ДЗ%201-до-бакалавры-1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Старооскольский технологический институт им. А.А. Угарова (филиал)

Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

Кафедра физики

ФИЗИКА

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

№ 1

Физические основы механики.

для студентов технических направлений дневной формы обучения

Одобрено редакционно-издательским Советом СТИ НИТУ МИСиС для студентов технических направлений

Старый Оскол

СТИ НИТУ МИСиС

2012

УДК 51

ББК 22.3

С о с т а в и т е л и :

к.ф - м.н., доцент А.А. Босенко, к.ф - м.н., доцент А.Х. Иванова ст.преподаватель В.П. Сурков

Р е ц е н з е н т: к.т.н., А.С. Тимофеева.

А.А. Босенко

Физика. Домашнее задание № 1. Физические основы механики. Для студентов технических направлений . Дневная форма обучения./ А.А. Босенко, А.Х. Иванова, В.П.Сурков. – Старый Оскол: СТИ НИТУ МИСиС. 2012, –100 с. : илл .

В пособие включены задачи для самостоятельной работы студентов при изучении первой части курса физики.

Предназначено для студентов первого курса технических направлений.

УДК 51

ББК 22.3

А.А. Босенко, А.Х. Иванова В.П.Сурков, 2012.

СТИ НИТУ МИСиС, 2012.

2

1. Введение.

Курс общей физики студенты дневного отделения изучают в течение двух семестров, начиная со второго семестра. В соответствии с учебным планом и рабочей программой весь курс физики разбит на пять основных частей: 1)физические основы механики; 2)электричество и магнетизм; 3)физика колебаний и волн; 4)квантовая физика и физика атома; 5)молекулярная физика и термодинамика. Во втором семестре изучаются первые две части курса. Аудиторные занятия проводятся в форме лекций, практических, лабораторных занятий и консультаций. Контроль знаний осуществляется на коллоквиумах, при защите домашних заданий, в виде отчетов за проделанные лабораторные работы, зачетов и экзаменов.

Внастоящем пособии представлены домашние задания № 1 по программе первой части курса физики: “ Физические основы механики“. В первом домашнем задании студенту предлагается 4 задачи, охватывающие основные разделы программы первой части курса физики.

Впособии также содержатся рабочая программа на семестр

ивопросы к коллоквиумам 1.

3

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

IIсеместр

1.Кинематика и динамика частиц. Элементы теории относительности.

1.1.Измерения физических величин. Элементы векторной алгебры.

1.2.Кинематика материальной точки. Физические модели. Пространство и время. Прямолинейное движение точки. Скорость и ускорение. Прямая и обратная задачи кинематики. Движение точки по окружности.

1.3.Динамика материальной точки. Основные понятия динамики: масса, импульс, сила. Законы Ньютона и следствия из них. Понятие состояния в классической механике. Виды сил: сила трения, сила тяжести, сила тяготения. Элементы теории относительности.

2. Законы сохранения.

2.1.О законах сохранения. Закон сохранения импульса как фундаментальный закон природы. Движение тела переменной массы. Реактивное движение. Уравнение Мещерского, уравнение Циолковского. Центр инерции. Момент импульса. Момент силы. Уравнение моментов. Закон сохранения момента импульса.

2.2.Механический процесс. Работа. Мощность. Энергия. Кинетическая энергия. Внутренняя энергия. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия. Гравитационное поле. Закон сохранения энергии в механике.

Законы сохранения и симметрия пространства и времени. 3. Механика абсолютно твердого тела

3.1.Момент сил. Кинетическая энергия вращающегося твердого тела. Момент инерции тела относительно оси. Теорема Штейнера. Уравнения движения и равновесия твердого тела. Энергия движущегося тела.

4. Упругие свойства твердых тел. Гидродинамика

4.1.Деформация упругая, пластическая, остаточная. Закон Гука. Модуль Юнга. Коэффициент Пуассона. Деформации сдвига и

4

кручения. Модуль сдвига. Упругая энергия. Диаграмма растяжения. Пластичность.

4.2.Общие свойства жидкостей и газов. Уравнения равновесия идеальной жидкости. Закон Паскаля. Сила Архимеда. Уравнение Бернулли. Поверхностные явления.

4.3.Гидродинамика вязкой жидкости. Коэффициент вязкости. Течение по трубе, формула Пуазейля. Формула Стокса. Турбулентность. Число Рейнольдса.

5. Электростатика. Постоянный электрический ток

5.1.Предмет классической электродинамики. Электрический заряд и напряженность электрического поля. Закон сохранения заряда. Закон Кулона. Принцип суперпозиции. Электрический диполь. Электростатическая теорема Гаусса и ее применение к расчету электрических полей.

5.2.Работа электростатического поля. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля. Потенциал. Связь потенциала с напряженностью электростатического поля.

5.3.Проводник в электростатическом поле. Поверхностная плотность заряда. Распределение заряда на поверхности проводника. Электростатическая емкость. Емкость конденсаторов. Энергия системы точечных зарядов. Энергия заряженного проводника, заряженного конденсатора. Плотность энергии электростатического поля.

5.4.Постоянный электрический ток. Основные характеристики тока: сила тока, плотность тока. Проводники. Законы Ома и Джоуля - Ленца в дифференциальной форме. Сторонние силы. Э.Д.С. гальванического элемента. Закон Ома для участка цепи с гальваническим элементом. Правила Кирхгофа. Ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия. Ток в газах и жидкостях.

6. Магнитное поле

6.1. Открытие Эрстеда. Сила Ампера. Вектор магнитной индукции. Принцип суперпозиции. Закон Био-Савара-Лапласа. Сила Лоренца. Момент сил, действующих на рамку с током. Электродвигатель. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Эффект Холла (гальваномагнитный эффект). Принцип действия цилиндрических ускорителей.

5

6.2. Циркуляция вектора индукции магнитного поля. Закон полного тока. Магнитное поле тороида. Магнитный поток. Теорема Гаусса для магнитного поля.

6.4. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея, правило Ленца. Явление самоиндукции. Индуктивность длинного соленоида. Взаимная индукция. Магнитная энергия тока. Плотность магнитной энергии.

7. Статические поля в веществе

7.1.Диэлектрик в однородном электростатическом поле. Вектор поляризации. Поляризационные заряды. Поляризованность. Электрическое смещение. Основные уравнения электростатики диэлектриков. Плотность энергии электростатического поля в диэлектрике. Пьезоэлектрики. Сегнетоэлектрики.

7.2.Длинный соленоид с магнетиком. Молекулярные токи. Вектор намагниченности. Основные уравнения магнитостатики в веществе. Технические приложения законов магнитостатики. Диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики.

8. Уравнения Максвелла

8.1.Фарадеевская и Максвелловская трактовки явления электромагнитной индукции. Система уравнений Максвелла в интегральной форме.

8.2.Скорость распространения электромагнитных возмущений. Волновое уравнение. Плотность энергии. Плотность потока энергии.

8.3.Инвариантность уравнений Максвелла относительно преобразований Лоренца. Относительность магнитных и электрических полей.

6

Требования к оформлению домашнего контрольного задания

1) Титульный лист оформляется на отдельном листе следующим образом:

Домашняя задание по физике N ....

“ .........................................	.................”
(н а з в а н и е к. д. з.)
группа _______________.
______________________________
( Ф.	И. О. )

вариант N ......	(.......................	)
	н о м е р а з а д а ч

"Зачтено" ________ дата _________ роспись

2) Каждая задача оформляется на отдельном листе. В начале этого листа полностью (без сокращений) записывается текст задачи и краткое условие.

3) Решению задачи должно предшествовать изображение физических явлений и процессов, происходящих в данной задаче. Решение должно основываться на системе уравнений, которые описывают физические явления и процессы, происходящие в данной задаче с необходимыми пояснениями, и должно быть записано в общем виде.

4) Далее необходимо провести проверку размерности полученного выражения.

5). В полученное решение подставить численные значения в СИ и записать ответ.

Данный перечень требований с необходимостью должен быть применен к каждой из задач!

6) В конце каждого домашнего задания, после решения всех указанных в маршруте номеров задач, необходимо привести список использованной литературы с указанием автора (авторов), названия книги, справочника или пособия.

7

7) Все листы контрольного домашнего задания должны быть скреплены.

Пример решения и оформления задачи.

№ 000. По наклонной плоскости вниз с углом

30o к

горизонту

движется

тело.

Коэффициент

трения о

плоскость

f=0,2. Определить ускорение тела

Р е ш е н и е

a .

Дано:

T1

y

Fтр

30o

N

Px

f=0,2

а

a ?

Py

x

P=mg

На тело действуют силы:

- вес

P

mg

Fтр f

N - сила трения

N - реакция опоры

II закон Ньютона Fi ma ;

P N Fтр

ma

Найдем проекции всех сил действующих на тело на оси x и y

P

Fтр

N

a

P sin Fтр ma

(1)

Ox

P sin

0

a

- Fтр

P cos N 0

(2)

Oy

P cos

0

N

0

Из (2) имеем: N P cos mgcos

Тогда

f N fmg cos

(подставим в 1)

Fтр

P sin Fтр ma

mgsin fmg cos ma g(sin f cos ) a

a 9,8(0,5 0,2 0,87) 3,2 м/с²

Ответ: a 3,2 м/с².

8

Домашнее контрольное задание по физике № 1

Физические основы механики.

I блок.

Кинематика. Прямолинейное движение. Относительное движение.

1. Два тела бросили одновременно из одной точки: одно вертикально вверх, другое под углом =60 к горизонту. Начальная скорость каждого тела υо=25м/с. Пренебрегая сопротивлением воздуха, найти расстояние между телами через t=1,70с.

2. В момент t=0 частица вышла из начала координат в положительном направлении оси х. Ее скорость меняется со временем по закону υ=υ0(1-t/Т), где υо вектор начальной скорости, модуль которого υ0=10,0см/с, Т=5,0с. Найти координату x частицы в моменты времени 6,0с., 10с. и 20с.;

3. Человек находится на расстоянии h=50м от прямой дороги, по которой приближается автомобиль со скоростью υ1=10м/с. По какому направлению должен бежать человек, чтобы встретиться с автомобилем, если автомобиль находится на расстоянии b=200м от человека и если человек может бежать со скоростью

υ2=3м/с?

4. В момент t=0 частица вышла из начала координат в положительном направлении оси х. Ее скорость меняется со временем по закону υ=υ0(1-t/Т), где υо вектор начальной скорости, модуль которого υ0=10,0см/с, Т=5,0с. Найти моменты времени, когда частица будет находиться на расстоянии 10,0см от начала координат;

9

5. Наблюдатель, стоявший в момент начала движения электропоезда у его переднего края, заметил, что первый вагон прошел мимо него за t=4с. Сколько времени будет двигаться мимо него n-й (7-й) вагон? Движение считать равно-ускоренным.

6. В момент t=0 частица вышла из начала координат в положительном направлении оси х. Ее скорость меняется со временем по закону υ=υ0(1-t/Т), где υо вектор начальной скорости, модуль которого υ0=10,0см/с, Т=5,0с. Найти путь S, пройденный частицей за первые 4 и 8с; изобразить примерный график S(t).

7. Наблюдатель, стоящий на платформе, заметил, что первый вагон электропоезда, приближающегося к станции, прошел мимо него в течение 4секунд, а второй в течение 5секунд. После этого передний край поезда остановился на расстоянии 75м от наблюдателя. Считая движение поезда равномернозамедленным, определить его ускорение.

8. Два тела брошены вертикально вверх из одной и той же точки с одной и той же начальной скоростью υ0=24,5м/с с промежутком времени t=0,5с. Через сколько времени от момента бросания второго тела они столкнутся?

9. Два тела брошены вертикально вверх из одной и той же точки с одной и той же начальной скоростью υ0=24,5м/с с промежутком времени t=0,5с. На какой высоте h они столкнутся?

10. Начальная скорость брошенного камня равна 10м/с, а спустя 0,5с скорость камня равна 7м/с. На какую высоту над начальным уровнем поднимется камень?

11. Два автомобиля, выехав одновременно из одного пункта, движутся прямолинейно в одном направлении. Зависимость

10