уп_Вабищевич_Физика ч

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования «Полоцкий государственный университет»

ФИЗИКА

В двух частях

Часть 1

Допущено Министерством образования Республики Беларусь

вкачестве учебного пособия для студентов технических высших учебных заведений

Новополоцк

ПГУ

2009

УДК 53(075.8) ББК 22.3я73

Ф50

АВТОРЫ:

С. А. ВАБИЩЕВИЧ, В. А. ГРУЗДЕВ, Г. А. ДУБЧЁНОК, В. Г. ЗАЛЕССКИЙ, Г. М. МАКАРЕНКО

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

д-р физ.-мат. наук, проф., зав. каф. физики БГТУ И.И. НАРКЕВИЧ; канд. физ.-мат. наук, доц., зав. каф. физики БНТУ П.Г. КУЖИР

ISBN 978-985-418-933-8.

Включает три модуля: «Механика материальной точки», «Механика ма- териальных тел. Модель системы материальных точек», «Молекулярно- кинетическая теория. Основы термодинамики». Объединение содержательно- го материала этих модулей в одну книгу обусловлено рабочей программой дисциплины на один семестр, а также тем, что в основу модуля «Молекуляр- но-кинетическая теория. Основы термодинамики» положена модель класси- ческой механики движения частиц газа.

Предназначен для студентов технических высших учебных заведений.

УДК 53(075.8) ББК 22.3я73

ISBN 978-985-418-933-8 (Ч. 1)

ISBN 978-985-418-932-1

© УО «Полоцкий государственный университет», 2009

2

3

4

ВВЕДЕНИЕ

Учебно-методический комплекс разрабатывался как система взаимо- связанных и взаимодополняющих средств и способов обучения, проекти- руемых в соответствии с учебной программой и выбранным дидактическим процессом, необходимых и достаточных для реализации требований обра- зовательного стандарта. Предполагается, что УМК по учебной дисциплине «Физика» будет способствовать системному решению следующих задач:

–контроль исходного уровня подготовки обучающихся физике;

–выбор необходимых, в том числе обусловленных исходным уровнем подготовки технологий организации процесса обучения;

–организация перманентного контроля результатов обучения, не- обходимого для своевременной корректировки процесса обучения (обрат- ная связь) и обеспечения требуемых результатов конечного контроля под-

готовки студента.

В данный УМК заложены следующие функции:

–методическое обеспечение курса физики;

–предоставление дидактических средств, объединенных конечными целями обучения;

–адаптация содержания курса физики к образовательному стан- дарту специальности;

–предоставление обучающимся возможности приобретения новых знаний и развития новых навыков и умений;

–развитие творческой активности и потенциала студента.

Основой УМК является обобщенный для технических специальностей стандарт по курсу физики как необходимый уровень естественнонаучной подготовки к изучению общеобразовательных и специальных дисциплин.

Для студентов УМК предлагает:

–рекомендации по выбору учебников и методических пособий, необходимых для достижения целей обучения при минимизированном бюджете учебного времени;

–рекомендации по самоорганизации и содержанию самостоятель- ной работы над курсом как одной из самых эффективных форм обучения новым навыкам и умениям;

–методические материалы для различных форм учебного процесса;

–перечень требований для самооценки и выбор уровня обучения,

что необходимо для реализации индивидуальной «траектории» обучения. Для преподавателей учебно-методический комплекс будет полез-

ным, во-первых, при адаптации курса физики к учебным программам спе- циальных дисциплин, на чем обычно настаивают выпускающие кафедры, но не удалением «ненужных» разделов и тем, а вариацией уровня изучения

5

тех или иных разделов при сохранении целостности курса физики как есте- ственнонаучной дисциплины. Во-вторых, УМК избавляет от значитель- ной рутинной работы по подготовке материалов контроля. И, в-третьих, позволяет унифицировать оценку знаний, умений и навыков при контроле, проводимом на разных специальностях и различными преподавателями.

Обычно курс физики для технических специальностей изучается в течение двух – трех семестров, поэтому УМК построен по модульно- блочному принципу. Учебный модуль представляет собой единицу курса, единство которой основано на используемой физической модели или на совокупности физических явлений, относимых к единому классу. В свою очередь, учебный модуль состоит из учебных блоков, формируемых на тех же принципах, но с большей детализацией. Как и УМК, каждый модуль и блок представляют содержание в виде завершенного элемента в структуре учебного курса; содержат собственные цели обучения; конкретное техно- логическое и методическое обеспечение обучения; предусматривают те- кущий и итоговый контроль наряду с элементами самоконтроля.

Настоящее издание охватывает три модуля и содержит учебную про- грамму к этим модулям; перечень рекомендуемой литературы с указанием рекомендуемых разделов; перечень требований к знаниям, умениям и на- выкам; краткое содержание теоретического материала; примеры решения типовых задач; задачи для самостоятельного тренинга, некоторые спра- вочные таблицы.

Учебно-методический комплекс разработан коллективом преподава- телей кафедры физики Полоцкого государственного университета в составе профессора Г.М. Макаренко, доцентов С.А. Вабищевича и В.Г. Залесского, старшего преподавателя Г.А. Дубченка, под общим руководством профес- сора В.А. Груздева.

Методические указания для студентов

При изучении курса физики рекомендуется использовать настоящий учебно-методический комплекс следующим образом:

1.По заданной теме необходимо найти соответствующий модуль

иблок учебного материала.

2.Прочитать краткое содержание теоретического материала блока, выписать основные (базовые) формулы, к которым относятся формулы-

6

3.Выучить (запомнить) базовые формулы. Методика запоминания может быть различной, поэтому целесообразно пользоваться наиболее эф- фективной (привычной) для студента.

4.Прочитать раздел «Студент должен знать». Оценить соответствие своих знаний требованиям. При необходимости вернуться к «Краткому со- держанию» для повторного прочтения либо обратиться к учебнику или учебному пособию.

5.Обратиться к разделу «Вопросы для самоконтроля». Ответить на вопросы. Если возникают затруднения с ответами, вернуться к разделу «Краткое содержание» или к рекомендуемой литературе.

6.После ответов на вопросы для самоконтроля перейти к разделу «Примеры решения задач». Студенты должны изучить приведенные в раз-

деле примеры решения типовых задач до полного их понимания.

7.Обратиться к разделу «Студент должен уметь». Проверить соот- ветствие своих умений предъявляемым требованиям. Одним из способов проверки может быть составление алгоритма ваших действий для опреде- ления (нахождения) требуемых величин по заданным. В случае возникно- вения затруднений надо обратиться к примерам решения типовых задач или за консультацией к преподавателю.

8.Приступить к решению задач из раздела «Задачи для самостоя- тельного решения». При этом рекомендуется следующий порядок действия:

8.1.Сконцентрируйте заданные величины, переведите их в систему СИ.

8.2.Сделайте необходимый рисунок, поясняющий физическую суть задачи.

8.3.Попробуйте записать предварительный ответ, т.е. формулу (уравнение) для искомой величины. Если в этой формуле (урав- нении) содержатся неизвестные (не данные в условии) величины, то запишите известные вам формулы для этих неизвестных ве- личин. Полученная система уравнений позволяет найти искомую в задаче величину.

8.4.Получите решение задачи в общем виде (без подстановки кон- кретных значений величин).

8.5.Проверьте полученный ответ методом анализа размерностей.

После этого можно находить значение искомой величины.

9. После приобретения требуемых знаний и навыков можно при- ступать к контрольному тестированию (по рекомендации преподавателя) успешности обучения в компьютерном классе или выполнению контроль- ных заданий. Результаты тестирования или выполнения контрольных зада- ний сформируют рейтинговую оценку ваших знаний.

7

УЕБНЫЙ МОДУЛЬ 1. МЕХАНИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ

В данном учебном модуле рассматриваются основные законы, зако- номерности и принципы классической механики в упрощенной модели объектов – модели «материальной точки». Эта модель облегчает изучение базовых понятий и законов механики, ограничивая их рассмотрением толь- ко поступательного движения. В то же время модель «материальной точ- ки» позволяет сформировать достаточную базу знаний для описания новых видов движения, присущих системам материальных точек, образующих жид-

кие и твердые тела: течение жидкости и вращательное движение твердого тела, статическое состояние твердых тел.

Модуль содержит три учебных блока:

1.Кинематика материальной точки.

2.Динамика материальной точки.

3.Колебательное движение материальной точки.

В первом блоке рассматриваются общепринятые кинематические па- раметры поступательного движения и связь между ними. Используются элементы дифференциального и интегрального исчисления для определе- ния параметров поступательного движения. Рассматриваются различные виды поступательного движения и основные закономерности, относящиеся к ним. Поясняются принципы суперпозиции и относительности движения.

Во втором блоке рассматриваются контактные и неконтактные взаимодействия материальных точек на основе законов Ньютона. Вводятся понятие системы материальных точек и механические параметры системы. Рассматриваются виды механической энергии и принцип эквивалентности работы и энергии, законы сохранения энергии и импульса материальных точек и их систем.

В третьем блоке рассматриваются колебания материальной точки под действием упругих (квазиупругих) сил, виды колебательных движе- ний. На основе принципа суперпозиции движений демонстрируется сложе- ние колебаний при различных условиях. Вводятся понятия поляризации, интерференции, когерентности и векторных диаграмм.

Для приобретения запланированных в модуле навыков в каждом учебном блоке даны примеры решения типовых задач.

8

Учебно-методическая структура модуля

УМ 1. Механика материальной точки

9

УЧЕБНЫЙ БЛОК 1. КИНЕМАТИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ

Кинематика – раздел механики, в котором изучается движение тел, но не рассматриваются причины, вызывающие это движение.

В настоящем учебном блоке рассматриваются закономерности по- ступательного движения тел с использованием модели материальной точки (м.т.). Движение тела можно считать поступательным, если все элементы (точки) тела движутся по одинаковым траекториям, т.е. траекториям, кото- рые могут быть полностью совмещены соответствующим параллельным переносом точек траекторий. Так как одинаковые траектории элементов тела могут быть получены при одинаковых закономерностях их движения, тело можно представить безразмерной точкой, обладающей массой всего тела (материальной точкой).

Для описания движения используются системы координат. Про- грамма данного учебного блока предусматривает получение навыков исполь- зования прямоугольной (декартовой) и сферической систем координат.

Критерием выбора той или иной системы координат являются наи- большая простота получаемых уравнений движения и наименьшее их ко- личество.

Для успешного изучения учебного материала данного блока студент должен

иметь представление:

–об основных кинематических характеристиках движения;

обладать навыками:

–использования прямоугольной системы координат;

–сложения и вычитания векторов;

–дифференцирования и интегрирования простейших функций.

Учебная программа блока

10