-order-57190-fizika spec

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ

И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

Академия Государственной противопожарной службы

В. И. Слуев, В. В. Кузьмин, А. В. Клыгин, А. Н. Крылов

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ФИЗИКА» направление подготовки «Специалист» (ЗАОЧНОЕ ОБУЧЕНИЕ)

Москва 2012

3

ВВЕДЕНИЕ

Физика является одной из общенаучных дисциплин и образует фундаментальную базу теоретической подготовки инженера, без которой его успешная деятельность невозможна.

Настоящее учебное пособие предназначено для слушателей заочного обучения Академии ГПС МЧС России. В нём содержатся контрольные задания, общие рекомендации по самостоятельной работе над темами курса физики, включенными в учебный план, примеры решения задач.

Рабочая программа курса физики по направлению подготовки «Специалист» (заочное обучение) рассчитана на два года обучения. Лекции - 20 часов, практические занятия - 8 часов, лабораторные занятия - 12 часов. Контроль успеваемости осуществляется в форме защиты лабораторных работ, выполнения 5 контрольных работ и экзаменов (1 и 2 семестры). В первом семестре предполагается выполнение контрольных работ №1 и №2, во втором семестре - №3, №4 и №5. Тематика контрольных работ: Контрольная работа №1 – Механика; Контрольная работа №2 – Молекулярная физика и термодинамика; Контрольная работа №3 – Электростатика. Законы постоянного тока; Контрольная работа №4 – Электромагнетизм; Контрольная работа №5 – Оптика. Атомная и ядерная физика.

1. ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ И ОФОРМЛЕНИЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

При выполнении контрольных работ необходимо строго придерживаться указанных правил. Работы, выполненные без соблюдения этих правил, не зачитываются и возвращаются слушателю для переработки.

Контрольную работу следует выполнять в тетради, отдельной для каждой работы, чернилами любого цвета, кроме красного, оставляя поля для замечаний рецензента.

На обложке тетради должны быть четко написаны фамилия слушателя, инициалы, номер зачетной книжки, номер контрольной работы и название дисциплины. Здесь же следует указать адрес слушателя. В конце контрольной работы рекомендуется указать, каким учебником или учебным пособием слушатель пользовался при изучении данного раздела курса физики.

В работе должны быть представлены все задачи, указанные в задании соответствующего варианта. Номер варианта контрольной работы -

это последняя цифра номера зачетной книжки.

4

Перед решением каждой задачи следует выписать полностью словами её условие.

Решения задач нужно располагать в порядке номеров, указанных в задании, сохраняя номер задач.

Решения задач следует излагать подробно и письменно объяснять все действия по ходу решения. Необходимые чертежи и схемы следует выполнять с помощью чертёжных принадлежностей.

После получения прорецензированной не зачтённой работы слушатель должен исправить все отмеченные рецензентом ошибки, недочёты и выполнить все рекомендации. Исправленная работа высылается для повторной проверки. Для исправлений и повторного решения задач рекомендуется в конце тетради оставлять несколько чистых листов. Вносить исправления в текст работы после рецензирования запрещается.

2. ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ НАД КУРСОМ ФИЗИКИ

Самостоятельная работа над учебным материалом - это основная форма обучения слушателя-заочника, которая состоит из изучения материала по учебникам и выполнения контрольных работ. В помощь заочникам организуются чтение лекций, практические занятия и лабораторные работы в соответствии с учебным планом. Слушатель-заочник может обращаться письменно или устно на кафедру для получения индивидуальной консультации. Изучение отдельных частей курса физики заканчивается сдачей экзаменов.

Изучение материала из учебника

При изучении материала по учебнику следует руководствоваться вопросами рабочей программы по каждому разделу курса физики. Переходить к следующему вопросу следует только после правильного понимания предыдущего.

Необходимо уяснить содержание формулировок физических законов, их математическую запись в виде формул, а также особенности применения данных законов.

Особое внимание следует обращать на определение основных понятий, выяснять физический смысл тех или иных величин, их обозначение и единицы в СИ.

5

При изучении материала по учебнику полезно вести конспект, в который рекомендуется выписывать определения, формулировки законов и их формулы.

Решение задач

Усвоение теоретического материала контролируется решением задач. Задачи по физике охватывают разнообразные явления и отличаются большим многообразием, поэтому выработать навыки решения задач можно только в результате систематических занятий. Решая задачи целесообразно пользоваться следующей общей методикой:

Записать условие задачи полностью словами, обращая внимание на «скрытые» условия.

Записать условия задачи кратко, выразив все данные в СИ.

Выполнить схематический чертёж, поясняющий задачу.

Установить, какие физические законы лежат в основе задачи и записать формулы этих законов.

На основе формул физических законов составить уравнения для нахождения искомых величин.

Выразить искомую величину в буквенных обозначениях величин, заданных в условии задачи ( получить расчётную формулу, решив задачу в общем виде).

Проверить единицы физических величин, входящих в расчётную формулу.

Подставить в расчётную формулу числовые значения величин, выраженные в единицах СИ и получить числовой ответ.

Вычисления по расчётной формуле надо проводить с соблюдением правил приближенных вычислений. Как правило, окончательный ответ следует записывать с тремя значащими цифрами.

Рекомендуемая литература

1.Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики.-М.: Высшая школа, 2006.

2.Трофимова Т. И. Курс физики.: - М.: Высшая школа, 2008.

3.Слуев В. И. Пожары, катастрофы и безопасность людей в задачах по физике.- М.:

МИПБ, 1998.

4.Чертов А. Г., Воробьев А. А. Задачник по физике.- М.: Высшая школа, 1983.

5.Трофимова Т. И. Сборник задач по курсу физики. - М.: Высшая школа, 2006.

6.Бирюлин Ю.С. Решение задач по физике: Методические указания. – М., Академия ГПС МЧС России, 2003. – 20 с.

6

Дополнительная литература для более глубокого изучения курса физики

1.Овсяник А. И., Седнев В. А. Методические указания для подготовки и проведения лекционных, семинарских, практических, лабораторных занятий и самостоятельной работы под руководством преподавателя: Учебно-методическое пособие. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2007. – 83 с.

2.Безбородько М. Д. Технология подготовки лекции. – М.: Академия ГПС МЧС Рос-

сии, 2004. – 38 с.

3.Безбородько М. Д. Методика подготовки и проведения практических занятий: Учеб. метод. пособие, – М.: Академия ГПС МЧС России, 2006. – 43 с.

4.Брушлинский Н. Н., Соколов С. В., Вагнер П. Человечество и пожары. М.: Академия ГПС МЧС России 2007.-121 с.

5.Исаева Л. К. Пожары и окружающая среда – М, 2001.-222 с

6.Гинзбург В. Л. Какие проблемы физики и астрофизики представляется сейчас особенно важными и интересными. Успехи физических наук.-1999.-Т 169, №4 – с. 420441

7.Емельянов В.М., Рыбакина Е.А. Уравнения математической физики: Практикум по решению задач – М, 2008.-192с.

8.Михлин С. Г. Курс математической физики – М, 2010.-576с.

9.Шпольский Э. В. Атомная физика. В двух томах – М, 2010.-1008с.

10.Блохинцев Д. И. Основы квантовой механики – М, 2010.-672с.

11.Демидович Б. П. Математические основы квантовой механики – М, 2010.-200с.

3.ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУ

ВПЕРВОМ СЕМЕСТРЕ

1.Основные понятия кинематики. Кинематика поступательного движения твердого тела.

2.Основные характеристики кинематики твердого тела: скорость и ускорение. Кинематика равномерного и равнопеременного прямолинейного движения материальной точки.

3.Первый закон Ньютона. Инерциальная система отсчета. Преобразования Галилея.

4.Взаимодействие тел. Сила. Второй закон Ньютона. Импульс материальной точки. Основной закон динамики материальной точки.

5.Третий закон Ньютона. Закон сохранения импульса.

6.Виды сил в механике. Силы трения. Силы упругости. Силы тяготения.

7.Закон всемирного тяготения. Понятие о гравитационном поле. Сила тяжести. Вес тела.

8.Работа силы. Мощность. Консервативные и неконсервативные силы.

9.Энергия. Механическая энергия. Кинетическая энергия. Теорема об изменении кинетической энергии.

7

10.Потенциальная энергия. Потенциальная энергия однородного поля, поля центральных сил, упруго деформированного тела. Связь между консервативной силой и потенциальной энергией.

11.Полная механическая энергия системы тел. Закон изменения и сохранения механической энергии.

12.Абсолютно упругий и абсолютно неупругий удары.

13.Вращательное движение твердого тела. Кинематика движения материальной точки по окружности. Связь угловых и линейных кинематических величин.

14.Динамика твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси. Момент силы. Момент инерции. Основное уравнение вращательного движения. Теорема о переносе осей инерции.

15.Момент импульса. Законы изменения и сохранения момента импульса. 16.Кинетическая энергия тела, вращающегося вокруг неподвижной оси.

Работа внешних сил при повороте твердого тела вокруг неподвижной оси.

17.Гармоническое колебание: основные характеристики. Дифференциальное уравнение гармонического колебания. Периоды собственных колебаний пружинного, физического и математического маятников. Кинематика и динамика гармонического колебания.

18.Дифференциальное уравнение затухающих колебаний. Добротность колебательной системы.

19.Вынужденные колебания. Дифференциальное уравнение вынужденного колебания. Амплитудные и фазовые характеристики. Резонанс.

20.Термодинамические системы и параметры состояния. Равновесное и неравновесное состояние. Равновесный и неравновесный процессы. Уравнение состояния идеального газа. Изопроцессы идеального газа.

21.Работа идеального газа при изопроцессах.

22.Теплота. Виды теплообмена. Теплоемкость вещества.

23.Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к изопроцессам идеального газа.

24.Адиабатный процесс идеального газа. Уравнение адиабаты. Работа идеального газа при адиабатном процессе.

25.Обратимые и необратимые процессы. Энтропия. Изменение энтропии идеального газа. Второй закон термодинамики.

26.Тепловой двигатель. Круговые процессы. Цикл Карно. Теорема Карно о к.п.д. теплового двигателя.

27.Основные положения молекулярно-кинетической теории. Основное уравнение кинетической теории идеального газа. Статистический смысл температуры.

8

28.Число степеней свободы молекулы. Закон равнораспределения энергии по степеням свободы. Внутренняя энергия и теплоемкость идеального газа.

29.Распределение Максвелла молекул идеального газа по скоростям. Наиболее вероятная, средняя арифметическая и средняя квадратичная скорости молекул.

30. Распределение Максвелла молекул идеального газа по значением кинетической энергии поступательного движения. Средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы идеального газа.

31.Распределение Больцмана во внешнем потенциальном поле. Барометрическая формула.

32.Столкновение между молекулами. Средняя длина свободного пробега молекулы идеального газа.

33.Явление переноса в газах. Коэффициенты диффузии, вязкости теплопроводности газов.

34. Силы межмолекулярного взаимодействия в газах. Потенциальная энергия молекул реального газа.

35.Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы реальных газов. Критическое состояние.

36.Внутренняя энергия реального газа. Изменение температуры газа при адиабатическом расширении его в пустоту.

37.Поверхностное натяжение жидкости. Поверхностно-активные вещества. 38.Явление смачивания. Давление под искривленной поверхностью жид-

кости (формула Лапласа). Капиллярные явления.

39.Понятие о характере теплового движения в твердых телах. Теплоемкость кристаллических твердых тел (закон Дюлонга и Пти).

40.Понятие о фазовых переходах первого и второго рода. Уравнение Кла- пейрона-Клаузиуса. Диаграмма состояния. Тройная точка.

4. ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУ ВО ВТОРОМ СЕМЕСТРЕ

1.Электрические свойства тел. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона.

2.Электрическое поле. Напряжённость электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей.

3.Поток вектора напряжённости электростатического поля. Теорема Ост- роградского-Гаусса для электростатического поля в вакууме.

4.Применение теоремы Остроградского-Гаусса к расчёту напряжённости поля различных заряженных тел.

5.Работа сил электрического поля при перемещении зарядов. Циркуляция вектора напряжённости электростатического поля.

9

6.Потенциал электростатического поля. Связь между напряжённостью электростатического поля и его потенциалом. Вычисление разности потенциалов по напряжённости поля.

7.Электрический диполь. Диполь в однородном электрическом поле.

8.Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков. Поляризованность (вектор поляризации). Электрическое смещение. Теорема Остроград- ского-Гаусса для электростатического поля в диэлектрике.

9.Проводники в электростатическом поле. Распределение зарядов в проводниках. Электрическая ёмкость уединённого проводника.

10.Конденсаторы. Соединение конденсаторов.

11.Энергия системы точечных зарядов, уединённого проводника и конденсатора. Энергия электростатического поля.

12.Электрический ток, сила и плотность тока. Сопротивление проводников.

13.Источники тока. Электродвижущая сила и напряжение. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Последовательное и параллельное соединение проводников.

14.Работа и мощность тока. Закон Джоуля - Ленца.

15.Разветвлённые цепи. Правила Кирхгофа для разветвлённых цепей.

16.Элементарная классическая теория электропроводности металлов. Объяснение закона Ома и Джоуля-Ленца на основе этой теории.

17.Работа выхода электронов из металла. Термоэлектронная эмиссия. Электрический ток в вакууме. Устройство электровакуумных приборов.

18.Магнитное взаимодействие токов. Магнитное поле. Закон Ампера для элемента тока. Магнитная индукция. Закон Ампера для витка с током.

19.Закон Био-Савара-Лапласа для элемента тока. Применение закона Био- Савара-Лапласа к расчёту магнитного поля прямолинейного и кругового токов.

20.Циркуляция вектора магнитной индукции. Магнитное поле соленоида и тороида.

21.Магнитное поле движущегося заряда. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Эффект Холла.

22.Магнитные моменты электронов и атомов. Диа- и парамагнетизм. Намагниченность. Напряжённость магнитного поля. Магнитное поле в веществе. Закон полного тока.

23.Ферромагнетики и их свойства. Природа ферромагнетизма. 24.Магнитный поток. Работа перемещения проводника с током и контура с

током в магнитном поле.

25.Явление электромагнитной индукции (опыты Фарадея). Правило Ленца. Закон электромагнитной индукции Фарадея-Ленца.

10

26.Явление самоиндукции. Индуктивность. ЭДС самоиндукции. Переходные процессы в цепях с индуктивностью.

27.Энергия магнитного поля соленоида. Плотность энергии магнитного поля.

28.Колебательный контур. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний в контуре. Формула Томсона. Волновое сопротивление колебательного контура.

29.Дифференциальное уравнение затухающих электромагнитных колебаний. Добротность контура.

30.Дифференциальное уравнение вынужденных электромагнитных колебаний. Резонанс напряжений и токов.

31.Система уравнений Максвелла в интегральной форме и их физический смысл.

32.Переменный ток. Индуктивность и ёмкость в цепи переменного тока. Мощность переменного тока. Полное сопротивление цепи переменного тока.

33.Электромагнитные волны. Плоская электромагнитная волна. Скорость

распространения электромагнитных волн. Вектор Умова-Пойтинга. 34.Интерференция световых волн. Когерентность и монохроматичность световых волн. Способы получения когерентных источников. Оптическая длина пути. Условия минимума и максимума при интерференции.

35.Интерференция в тонких плёнках. Кольца Ньютона.

36.Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция Френеля.

37.Дифракция Фраунгофера от щели. Дифракционная решётка. Разрешающая способность дифракционной решётки.

38.Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса. Степень поляризации.

39.Поляризация света при отражении и преломлении. Закон Брюстера. 40.Двойное лучепреломление. Поляризация света при двойном лучепре-

ломлении. Явление дихроизма. Вращение плоскости поляризации. 41.Нормальная и аномальная дисперсия света. Электронная теория дис-

персии света.

42.Поглощение света. Связь дисперсии с поглощением. Спектры поглощения и цвета тел.

43.Рассеяние света. Закон Рэлея.

44.Тепловое излучение. Абсолютно чёрное тело. Закон Кирхгофа.

45.Закон Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно чёрного тела.

46.Гипотеза Планка о квантовом характере излучения. Формула Планка.

11

47.Квантовая природа света. Фотоны: энергия, импульс, масса, скорость. Корпускулярно-волновой дуализм свойств света.

48.Фотоэлектрический эффект. Законы Столетова для внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

49.Опыты Лебедева. Давление света согласно квантовым представлениям.

50.Опыты по рассеянию рентгеновских лучей веществом. Эффект Комптона и его квантовая теория.

51.Опыты Резерфорда по рассеянию α -частиц. Ядерная модель атома по Резерфорду. Спектры излучения атома водорода. Формула Бальмара.

52.Постулаты Бора. Энергия атома водорода. Опыты Франка и Герца.

53.Гипотеза де Бройля и формула де Бройля. Соотношение неопределённостей.

54.Волновая функция. Уравнение Шредингера для стационарных состояний. Собственные функции и собственные значения.

55.Решение уравнения Шредингера для случая частицы в бесконечно глубокой «потенциальной яме».

56.Опыты Штерна и Герлаха. Понятие о спине электрона. Полный момент импульса электрона в атоме.

57.Уравнение Шредингера для атома водорода. Квантовые числа: главное, орбитальное, магнитное и спиновое. 1-S состояние атома водорода. Спектр излучения атома водорода. Правила отбора.

58.Принцип Паули. Распределение электронов в атоме.

59.Состав атомного ядра: протоны и нейтроны. Основные характеристики нуклонов. Изотопы. Дефект массы и энергия связи в ядре. Понятие о ядерных силах.

60.Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Период полураспада. Активность изотопа. Типы радиоактивности. Понятие о дозиметрии.

61.Понятие о ядерных реакциях. Законы сохранения в ядерных реакциях. Деление тяжёлых ядер. Термоядерный синтез.

62. Понятие об элементарных частицах. Типы взаимодействий и их переносчики. Кварковая гипотеза строения адронов.

12