Физика

2

СОДЕРЖАНИЕ

3

1. ВВЕДЕНИЕ

Курс физики совместно с курсом высшей математики составляет основу подготовки инженеров и играет роль фундаментальной физикоматематической базы, без которой невозможна успешная деятельность инженера любого профиля.

Целью и задачами курса являются:

1.Изучение основных физических явлений; овладение фундаментальными понятиями, законами и теориями классической и современной физики,

атакже методами физического исследования.

2.Овладение приемами и методами решения конкретных задач из различных областей физики.

3.Формирование навыков проведения физического эксперимента, умение выделить конкретное физическое содержание в прикладных задачах будущей специальности.

2.ОСОБЕННОСТИ ДИСТАНТНОГО ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ

Учебная работа студента по изучению физики в первом семестре состоит из следующих основных элементов: самостоятельного изучения физики по учебным пособиям (Посохов В.Н. Физические основы механики .ТАСУР1997, Рипп А.Г. Молекулярная физика и термодинамика. ТАСУР1997) , решения задач, выполнение двух контрольных работ, сдачи итогового компьютерного экзамена.

2.1. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА ПО УЧЕБНЫМ ПОСОБИЯМ.

Основным видом работы студента при дистанционном обучении является самостоятельная работа по учебным пособиям. В качестве учебных пособий можно ограничиться теми, что предложены выше, поскольку приведенные в них выводы , законы, определения достаточны для освоения рабочей программы по физике для 1 семестра. Однако, часто полезно воспользоваться учебными пособиями, в которых изложение вопросов программы более пространно. Перечень таких пособий будет приведен в разделе 4 методических указаний.

Выбрав одно или несколько пособий в качестве основных для определенной части курса, следует, прорабатывая пункты рабочей программы, составлять конспект, в котором записывать только определения и законы. Определения- это то, что придумано для удобства и краткости физических выражений. Например, определение плотности вещества: это -физическая величина, численная равная количеству вещества, находящемуся в единице объе-

4

ма тела. Зная определение плотности, можно всякий раз произнося “плотность” , понимать, что имеется в виду. Основные законы - это обычно формулы, устанавливающие связь между физическими величинами, часто они имеют специальное название или носят фамилии открывших их ученых. Например, закон всемирного тяготения, закон Менделеева-Клапейрона, первое начало термодинамики.

Спомощью такого конспекта, составленного для каждого из изучаемых

всеместре разделов (тем), удобно решать типовые задачи, контрольные работы, готовиться к экзамену. При решении задач следует преимущественно пользоваться международной системой единиц (СИ).

Важную роль в самостоятельном изучении физики следует отводить самоконтролю, для этого целесообразно использовать приведенные в методическом указании варианты вопросов.

2.2. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ

Необходимым условием успешного изучения курса физики является систематическое решение задач.

Приступая к решению задач на новую тему, следует прочитать соответствующий раздел пособия, выписать те формулы, что не выводятсяэто формулыопределения и формулызаконы.

Весьма часто решение задачи, особенно в разделе “механика” целесообразно начинать с рисунка, поясняющего содержание задачи.

Решать задачу следует в общем виде, т.е. выразить искомую величину через величины, заданные в условии задачи, фундаментальные константы, величины, взятые из таблиц (например, плотность азота при нормальном давлении, ускорение свободного падения и т.). Решение в общем виде не имеет альтернативы при компьютерных контрольных работах, поскольку при этом способе не производятся вычисления промежуточных величин, не используется округление при промежуточных вычислениях и, следовательно, уменьшается вероятность чисто расчетной ошибки.

Итак, после решения задачи в общем видеполучении рабочей формулы- весьма полезно подставить в рабочую формулу размерности или наименования единиц измерения и убедиться в правильности размерности искомой величины или ее единицы. И только после этого имеет смысл выразить все заданные величины в единицах СИ и подставить их в рабочую формулу. Числовой ответ получить, руководствуясь правилами приближенных вычислений. Оценить, где это целесообразно, разумность полученного результата. В ряде случаев такая оценка поможет обнаружить ошибку в рабочей формуле, или даже в выбранной физической модели. Кроме того, постоянно доводя ответ до числового результата, студент начинает ориентироваться в порядках физических величин.

Чтобы научиться решать задачи следует заниматься этим систематически, разбирая помещенные в пособиях и методических указаниях примеры

5

решения типовых задач, решая задачи из раздела “Задачи для самостоятельного решения” и задания из “Вариантов для самоконтроля”.

2.3. КОМПЬЮТЕРНЫЕ КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ ПО ФИЗИКЕ

Курс физики, изучаемый в первом семестре включает в себя два обширных раздела : “Классическая и релятивистская механика” и “Молекулярная физика и термодинамика”.

С целью оптимизации самостоятельной работы студентов над курсом физики и контроля полученных студентами знаний весь курс разбит на десять тематических блоков (тем):

Тема 1. Кинематика поступательного и вращательного движения. Тема 2. Динамика поступательного и вращательного движения. Тема 3. Законы сохранения в механике. Работа. Энергия.

Тема 4. Релятивистская механика. Тема 5. Механические колебания. Тема 6. Волны в упругой среде.

Тема 7. Молекулярно-кинетическая теория вещества. Тема 8. Классические статистические распределения.

Тема 9. Первое начало термодинамики. Изопроцессы. Теплоемкость. Тема 10. Второе начало термодинамики. Циклы.

Согласно учебному плану в первом семестре предстоит выполнить две контрольные работы по курсу физики: перваяпо классической и релятивистской механике (темы 1-6), втораяпо молекулярной физике и термодинамике (темы 7- 10).

При выполнении контрольных работ студенту необходимо учесть :

1.Решения задач должны сопровождаться объяснениями, раскрывающими физический смысл употребляемых формул, и выполняться в соответствии с правилами, изложенными в пункте 2.2.

2.Контрольная работа засчитывается если для 60% предложенных заданий получены верные решения.

3.Если контрольная работа не зачтена, студенту предлагается новое за-

дание.

4.Зачтенные контрольные работы предъявляются экзаменатору во время экзамена. Студент должен быть готов во время экзамена дать пояснения по существу решения задач, входящих в контрольные работы.

2.4.КОМПЬЮТЕРНЫЙ ЭКЗАМЕН ПО ФИЗИКЕ

7

Динамические характеристики твердого тела. Момент импульса. Момент сил. Момент инерции.

Основной закон динамики вращательного движения. Закон сохранения момента импульса. Кинетическая энергия тела, вращающегося вокруг неподвижной оси.

4. Элементы специальной теории относительности.

Принцип относительности в классической механике. Инерциальные системы отсчета. Преобразования Галилея.

Элементы релятивистской динамики. Релятивистский импульс. Масса покоя. Уравнение движения релятивистской частицы. Релятивистская энергия . Инвариантная связь энергии и импульса.

Принцип специальной теории относительности. Относительность одновременности. Относительность временных интервалов. Преобразования Лоренца. Лоренцево сокращение длин.

Элементы релятивистской динамики. Релятивистский импульс. Масса покоя. Уравнение движения релятивистской частицы. Релятивистская энергия. Инвариантная связь энергии и импульса.

5. Механические гармонические колебания

Понятие о колебательных процессах. Единый подход к колебаниям различной физической природы. Гармонические колебания . Основные характеристики колебательного движения: амплитуда, фаза, частота, период.

Дифференциальные уравнения колебательных систем. Математический маятник. Физический маятник. Уравнение гармонических колебаний. Кинетическая, потенциальная и полная энергия гармонического колебания.

Сложение одинаково направленных колебаний. Биения.

6. Реальные механические колебания

Диссипативные факторы в колебательных системах. Дифференциальное уравнение свободных колебаний. Уравнение затухающих колебаний. Характеристики затухающих колебаний: частота, амплитуда, коэффициент затухания, логарифмический декремент. Характеристики рассеяния энергии. Добротность.

Вынужденные колебания. Уравнение вынужденных колебаний. Характеристики вынужденных колебаний: амплитуда, частота, сдвиг фаз относительно вынуждающей силы. Резонанс. Резонансная характеристика колебательной системы.

7. Волновые процессы в упругих средах

8

Образование волн. Продольные и поперечные волны. Волновая поверхность и фронт волны. Управление плоской волной. Длина волны, фазовая скорость, волновое число. Волновое управление. Распространение волн в средах с дисперсией. Групповая скорость и ее связь с фазовой скоростью.

Энергетические характеристики волны. Вектор Умова.

Интерференция волн. Когерентные источники волн. Принцип суперпозиции волн. Стоячие волны.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

1. Макроскопические состояния и процессы

Состояние и процесс. Микросостояние и макросостояние. Макроскопические параметры. Уравнение состояния. Внутренняя энергия. Распределение энергии по степеням свободы.

Равновесный процесс. Функции процесса. Первое начало термодинамики. Изотермический , изохорический, изобарический и адиабатический процессы.

2. Статические распределения

Распределение Максвелла. Элемент теории вероятностей. Распределение частиц по проекции скорости, по модулю скорости, по кинетическим энергиям.

Распределение Больцмана по потенциальным энергиям. Барометрическая формула.

3. Энтропия. Статистический вес

Понятия статистического веса, фазового пространства. Энтропия. Закон возрастания энтропии.

Термодинамический смысл энтропии. Поведение энтропии в равновесных процессах. Поведение энтропии в процессах изменения агрегатного состояния.

4. Тепловая машина

Устройство тепловой машины. КПД тепловой машины. Второе начало термодинамики. Цикл Карно и идеальная тепловая машина. Максимальный КПД тепловой машины.

4. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

10

ФИЗИКИ

5.1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КЛАССИЧЕСКОЙ И РЕЛЯТИВИСТСКОЙ МЕХАНИКИ

5.1.1. Основные формулы. Кинематика

1. Поступательное движение

1. Кинематическое уравнение движения материальной точки (центра масс системы материальных точек) :

r = f (t),

где ∆S - путь, пройденный за время ∆t.

4.Вектор мгновенной скорости:

v= dd rt ,

Величина мгновенной скорости: