1 к. Физика 49.03.01

Содержание учебной дисциплины

Раздел 1. Физические основы механики

Тема 1.1. Введение в физику

Студент должен знать: классификацию физических величин, определе-

ния и свойства операций сложения векторов и умножения векторов на числа;

свойства проекций вектора; определения скалярного и векторного произве-

дений векторов; свойства смешанного и двойного векторного произведений.

Студент должен уметь: геометрически находить сумму и разность не-

скольких векторов; находить проекцию вектора на ось; вычислять скалярное и векторное произведения;

СОДЕРЖАНИЕ ТЕМЫ Физические величины: скалярные и векторные. Операции над вектор-

ными величинами. Геометрическое понятие вектора: изображение и обозна-

чение векторных величин, умножение вектора на число, сложение векторов,

основные свойства векторов, правило многоугольника, разность векторов.

Проекция вектора на ось, свойства проекции вектора на ось. Скалярное про-

изведение векторов: свойства скалярного произведения. Векторное произве-

дение векторов: свойства векторного произведения. Произведения трёх век-

торов: смешанное произведение, двойное векторное произведение.

Тема 1.2. Кинематика

Студент должен знать: основные определения и физические величины кинематики; кинематические уравнения движения материальной точки и твердого тела.

Студент должен уметь: решать задачи по разделу «Кинематика»;

СОДЕРЖАНИЕ ТЕМЫ Модели. Кинематика точки. Системы отсчета. Радиус-вектор матери-

альной точки. Системы отсчета. Скорость и ускорение. Скорость и ускорение при вращательном движении. Кинематика вращательного движения.

11

Тема 1.3. Динамика

Студент должен знать: основные определения и законы динамики ма-

териальной точки и системы материальных точек.

Студент должен уметь: решать задачи по разделу «Динамика», опреде-

лять значения физических величин относящихся к разделу «Динамика» в фи-

зических экспериментах.

СОДЕРЖАНИЕ ТЕМЫ Законы динамики (Ньютона). Принцип относительности Галилея. Силы

тяжести, упругости и трения. Вес. Законы сохранения импульса и энергии.

Работа, мощность и энергия. Соударения шаров. Динамика вращения. Мо-

менты силы, импульса и инерции. Закон сохранения момента импульса.

Раздел 2. Колебания и волны

Тема 2.1. Основы теории механических колебаний и волн

Студент должен знать: особенности гармонических колебаний, диффе-

ренциальное уравнение гармонических и затухающих колебаний, волновое уравнение.

Студент должен уметь: решать уравнение колебаний, решать задачи на сложения колебаний и волн.

СОДЕРЖАНИЕ ТЕМЫ Кинематика гармонического колебания. Упругие и квазиупругие силы.

Энергия гармонических колебаний. Математический и физический маятники.

Сложение гармонических колебаний. Затухающие и вынужденные колеба-

ния. Резонанс. Волны. Уравнение волны. Эффект Доплера. Интерференция и дифракция волн. Стоячие волны. Принцип Гюйгенса.

Раздел 3. Молекулярная физика и термодинамика

Тема 3.1. Молекулярная физика

Студент должен знать: газовые законы; основные уравнения молеку-

лярной физики.

12

Студент должен уметь: решать задачи по молекулярной физике, само-

стоятельно разобраться и выполнить лабораторные работы по молекулярной физике.

СОДЕРЖАНИЕ ТЕМЫ Основные представления МКТ. Уравнение Менделеева-Клапейрона.

Статистические закономерности. Молекулярно-кинетическая теория идеаль-

ного газа. Распределение Максвелла. Барометрическая формула.

Тема 3.2. Основы термодинамики

Студент должен знать: основные законы и величины термодинамики.

Студент должен уметь: решать задачи по термодинамике, в том числе связанные с фазовыми переходами.

СОДЕРЖАНИЕ ТЕМЫ Первое начало термодинамики. Теплоемкость. Процессы и циклы с га-

зами и их графическое представление. Энтропия. Второе начало термодина-

мики. Энтропия. Обратимые и необратимые процессы.

Раздел 4. Электричество и магнетизм

Тема 4.1. Электростатика

Студент должен знать: основные приемы и методы решения задач по электростатике.

Студент должен уметь: решать задачи по электростатике.

СОДЕРЖАНИЕ ТЕМЫ Взаимодействие электрических зарядов. Электрическое поле. Напря-

женность. Расчет электрических полей. Теорема Гаусса. Применение теоремы Гаусса.

Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Электроем-

кость. Конденсаторы.

Энергия и потенциал электростатического поля. Работа сил поля по пе-

ремещению заряда.

13

Тема 4.2. Постоянный электрический ток

Студент должен знать: законы постоянного тока.

Студент должен уметь: решать задачи на расчет разветвленных элек-

трических цепей.

СОДЕРЖАНИЕ ТЕМЫ Электрический ток. Закон Ома для участка и для полной цепи. Правила

Кирхгофа. Работа, мощность и тепловые действия тока. Основы электронной теории металлов. Контактные явления. Термоэлектронная эмиссия. Ток в электролитах. Электролиз. Законы Фарадея. Действие тока на биологические объекты.

Перечень вопросов к зачету

1.Кинематика поступательного движения (система отсчёта, путь и траек-

тория, скорость, ускорение и т.д.).

2.Кинематика вращательного движения тела (угловое перемещение, уг-

ловая скорость и ускорение и т.д.). Связь между угловыми и линейны-

ми величинами.

3.Принцип относительности Галилея. Инерциальные и неинерциальные системы отсчёта. Законы динамики Ньютона. Масса и вес.

4.Виды взаимодействия в природе и силы в механике.

5.Импульс. Закон сохранения импульса.

6.Работа. Мощность. Энергия.

7.Кинетическая, потенциальная и полная энергия тела. Закон сохранения энергии.

8.Соударение шаров.

9.Динамика вращательного движения. Момент инерции, силы и импуль-

са. Закон сохранения момента импульса.

10.Гармонические колебания.

11.Сложение гармонических колебаний одной частоты и одинаковых

направлений.

14

12.Сложение гармонических колебаний разных частот и одинаковых направлений. Биения.

13.Сложение взаимно перпендикулярных гармонических колебаний.

14.Свободные затухающие колебания.

15.Вынужденные колебания. Резонанс.

16.Пружинный, математический и физический маятники. Период их коле-

баний.

17.Волны. Уравнение плоской бегущей волны.

18.Волны. Уравнение сферической бегущей волны. Волновое число.

19.Дисперсия. Фазовая скорость. Волновое уравнение. Интенсивность и объёмная плотность энергии волны.

20.Суперпозиция. Групповая скорость. Интерференция.

21.Стоячие волны. Ультра и инфразвук, и их применение в человеческой деятельности и в природе.

22.Основные понятия молекулярной физики и термодинамики.

23.Молекулярно-кинетическая теория идеального газа. Статистические закономерности (опытные законы идеального газа и уравнение Менде-

леева-Клайперона).

24.Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального га-

за.

25.Барометрическая формула. Распределение Больцмана.

26.Распределение Максвелла.

27.Число степеней свободы. Внутренняя энергия.

28.Первое начало термодинамики. Работа газа при изменении его объёма.

29.Теплоёмкость. Изопроцессы. Адиабатический процесс.

30.Круговой процесс. Тепловой двигатель и холодильная машина. КПД.

31.Энтропия

32.Второе и третье начало термодинамики. Цикл Карно. КПД цикла Кар-

но.

33.Электрическое поле. Напряженность. Закон Кулона.

15

34.Диполи.

35.Поток вектора электростатической индукции. Теорема Гаусса.

36.Применение теоремы Гаусса (равномерно заряженные сфера, плос-

кость, две плоскости).

37.Потенциал электростатического поля. Эквипотенциальные по-

верхности.

38.Проводники и диэлектрики в электростатическом поле.

39.Конденсаторы. Электроемкость. Энергия электрического поля.

40.Электрический ток. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление.

41.Закон Ома для полной цепи. Правила Кирхгофа.

42.Работа и мощность электрического тока. Электронная теория металлов.

43.Электролиты. Законы Фарадея и Ома для электролитов.

44.Магнитное поле и его характеристики. Закон Ампера. Взаимодействие токов.

45.Закон Био-Савара-Лапласа. Магнитное поле кругового и прямого тока.

46.Циркуляция вектора напряженности магнитного поля. Поле соленоида.

47.]Поток вектора магнитной индукции. Магнитные цепи.

48.Сила Лоренца. Движение зарядов в магнитном поле.

49.Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца.

50.Трансформаторы. Явление самоиндукции. Энергия магнитного поля

51.Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле.

52.Диамагнетизм. Парамагнетизм. Ферромагнетизм.

Перечень контрольных задач

контрольная работа

1. Тело, брошенное вертикально вверх, находилось на одной и той же вы-

соте h=8,6 м два раза с интервалом t =3 с. Пренебрегая сопротивлени-

ем воздуха, вычислить начальную скорость брошенного тела.

2.С какой наименьшей высоты h должен скатываться акробат на велоси-

педе (не работая ногами), чтобы проехать по дорожке имеющей форму

16

«мёртвой петли» радиусом R=4 м, и не оторваться от дорожки в верх-

ней точке петли? Трением пренебречь.

3.Через неподвижный блок массой m=0,2 кг перекинут шнур, к концам которого подвесили грузы массами m1=0,3 кг и m2=0,5 кг. Определить силы натяжения T1 и T2 шнура по обе стороны блока во время движе-

ния грузов, если масса блока равномерно распределена по ободу.

4.С балкона бросили мячик вертикально вверх с начальной скоростью

v0 =5 м/с. Через t=2 с мячик упал на землю. Определить высоту балкона

над землёй и скорость мячика в момент удара о землю.

5.На железнодорожной платформе установлено орудие. Масса платфор-

мы с орудием M=15 т. Орудие стреляет вверх под углом 60к гори-

зонту в направлении пути. С какой скоростью v1 покатиться платформа вследствие отдачи, если масса снаряда m=20 кг и он вылетает со скоростью v2 =600 м/с?

6.Платформа, имеющая форму диска, может вращаться около вертикаль-

ной оси. На краю платформы стоит человек массой m1=60 кг. На какой угол повернётся платформа, если человек пройдёт вдоль края плат-

формы и, обойдя его, вернётся в исходную точку на платформе? Масса m2 платформы равна 240 кг. Человека считать материальной точкой.

7.С вышки бросили камень в горизонтальном направлении. Через про-

межуток времени t=2 с камень упал на землю на расстоянии s=40 м от основания вышки. Определить начальную v0 и конечную v скорости камня.

8.Два бруска массами m1=1 кг и m2=4 кг, соединённые шнуром, лежат на столе. С каким ускорением a будут двигаться бруски, если к одному из них приложить силу F=10 Н, направленную горизонтально? Какова бу-

дет сила натяжения T шнура, соединяющего бруски, если силу 10 Н

приложить к первому бруску? Ко второму бруску? Трением прене-

бречь.

17

9.На краю горизонтальной платформы, имеющей форму диска радиусом

R=2 м, стоит человек массой m1=80 кг. Масса m2 платформы равна 240

кг. Платформа может вращаться около вертикальной оси, проходящей через её центр. Пренебрегая трением, найти с какой угловой скоростью будет вращаться платформа, если человек будет идти вдоль её края

со скоростью v=2 м/с относительно платформы.

10.Водяной пар расширяется при постоянном давлении. Определить рабо-

ту A расширения, если пару передано количество теплоты Q=4 кДж.

11.Камень падает с высоты h=1200 м. Какой путь s пройдёт камень за по-

следнюю секунду своего падения?

12.На столе стоит тележка массой m1=4 кг. К тележке привязан один ко-

нец шнура, перекинутого через блок. С каким ускорение a будет дви-

гаться тележка, если к другому концу шнура привязать гирю массой m2=1 кг?

13.На горизонтальную ось насажены маховик и лёгкий шкив радиусом

R=5 см. На шкив намотан шнур, к которому привязан груз массой m=0,4 кг. Опускаясь равноускоренно, груз прошёл путь s=1,8 м за вре-

мя t=3 с. Определить момент инерции J маховика. Массу шкива счи-

тать пренебрежимо малой.

14.Маховик начал вращаться равноускоренно и за промежуток времени t =10 с достиг частоты вращения n=300 мин-1. Определить угловое

ускорение маховика и число N оборотов, которое он сделал за это время.

15.На рельсах стоит платформа, на которой закреплено орудие, и ствол его расположен в горизонтальном положении. Масса m1 снаряда равна

10 кг, и его скорость u1=1 км/с. На какое расстояние откатится плат-

форма после выстрела, если коэффициент трения платформы о рельсы f=0,002?

16.Сколько времени t будет скатываться без скольжения обруч с наклон-

ной плоскости длинной =2 м и высотой h=10 см?

18

17.Идеальный газ совершает цикл Карно. Работа A1 изотермического рас-

ширения газа равна 5 Дж. Определить работу A2 изотермического сжа-

тия, если КПД цикла равен 0,2.

18.Расширяясь, водород совершил работу A=6 кДж. Определить количе-

ство теплоты Q, подведённое к газу, если процесс протекал 1) изобар-

но; 2) изотермически.

19.Водяной пар расширяется при постоянном давлении. Определить рабо-

ту A расширения, если пару передано количество теплоты Q=4 кДж.

20.Наименьший объём газа, совершающего цикл Карно, равен 153 л.

Определить наибольший объём V3, если объём V2 в конце изотермиче-

ского расширения и объём V4 в конце изотермического сжатия равны соответственно 600 и 189 л.

21.При адиабатическом сжатии газа его объём уменьшился в n=10 раз, а

давление увеличилось в k=21,4 раза. Определить отношение Cp/Cv теп-

лоёмкостей газов.

22.Расширяясь, водород совершил работу A=6 кДж. Определить количе-

ство теплоты Q, подведённое к газу, если процесс протекал 1) изобар-

но; 2) изотермически.

23.В баллоне находилась масса m1=10 кг газа при давлении

p1=10 МПа. Какую массу газа m взяли из баллона, если давление ста-

ло равным p2=2,5 МПа? Температуру газа считать постоянной.

19