Физика зимняя сессия 2014-15

Р. В. ХОМЯКОВ

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ФИЗИКЕ

Учебно-методическое пособие

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Электротехнический факультет

Кафедра физики

Р. В. ХОМЯКОВ

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ФИЗИКЕ

Учебно-методическое пособие

Киров

2013

УДК 53(07) Х 769

Допущено к изданию методическим советом электротехнического факультета ФГБОУ ВПО «ВятГУ» в качестве учебно-методического пособия для студентов

всех технических направлений подготовки заочной формы обучения

Рецензент кандидат физико-математических наук, доцент кафедры математики

ФГБОУ ВПО «ВятГУ» Б. Е. Кирин

Хомяков, Р. В.

Х769 Контрольные задания по физике: учебно-методическое пособие /

Р. В. Хомяков. – Киров: ФГБОУ ВПО «ВятГУ», 2013. – 45 с.

УДК 53(07)

В пособии рассмотрена примерная программа курса физики, приве-

дены таблицы физических постоянных, используемых при выполнении задания, изложены правила выполнения контрольных работ, и даны тек-

сты задач для десяти вариантов.

Редактор Е. О. Рябова

© ФГБОУ ВПО «ВятГУ», 2013

2

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА КУРСА ФИЗИКИ ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКИХ НАПРАВЛЕНИЙ ПОДГОТОВКИ……………………………………………... 4

Введение……………………………………………………………………......... 4

1.Механика……………………………………………………………………… 4

2.Основы молекулярной физики и термодинамики……………….….……… 6

3.Электростатика……………………………………………………………….. 7

4.Постоянный электрический ток……………………………………............... 8

5.Электромагнетизм……………………………………………………………. 8

6.Колебательное движение…………………………………………………….. 9

7.Волны………………………………………………………………………….. 9

8.Волновая оптика……………………………………………………………… 10

9.Квантовая природа излучения……………………………………………….. 11

10.Элементы атомной физики и квантовой механики……………………….. 11

11.Элементы физики атомного ядра……….......……………………….…....... 12

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ……………………………………... 12

I. Указания к самостоятельной работе по учебным пособиям…………..…...	12
II. Указания к выполнению контрольных работ………………………………	13
Ш. Порядок зачета контрольных работ………………………………………...	14
Библиографический список…………………………………………..................	15
ТАБЛИЦЫ некоторых физических величин………………………..................	17
Контрольная работа № 1………………………………………………………...	21
Контрольная работа № 2……………………………………………...................	34

3

ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА КУРСА ФИЗИКИ

ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКИХ НАПРАВЛЕНИЙ ПОДГОТОВКИ

Введение

Предмет физики. Методы физического исследования: опыт, гипоте-

за, эксперимент, теория. Роль физики в развитии техники и влияние тех-

ники на развитие физики. Физика как культура моделирования. Размер-

ность физических величин. Системы единиц. Основные единицы физиче-

ских величин в СИ.

1. Механика

Кинематика

Механическое движение как простейшая форма движения материи.

Представления о свойствах пространства и времени, лежащие в основе классической (ньютоновской) механики. Элементы кинематики матери-

альной точки. Скорость и ускорение точки как производные радиуса-

вектора по времени. Нормальное и тангенциальное ускорения. Радиус кривизны траектории. Поступательное движение твердого тела. Движение материальной точки по окружности. Кинематика твердого тела. Угловая скорость и угловое ускорение, их связь с линейными величинами.

Динамика. Законы Ньютона.

Инерциальные системы отсчета и первый закон Ньютона. Второй за-

кон Ньютона. Масса, импульс, сила. Уравнение движения материальной точки. Третий закон Ньютона и закон сохранения импульса. Закон все-

мирного тяготения.

4

Энергия

Работа силы. Мощность. Кинетическая энергия механической сис-

темы. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия.

Закон сохранения полной механической энергии системы частиц в поле консервативных сил.

Момент импульса

Момент импульса материальной точки и механической системы.

Момент силы. Уравнение моментов. Закон сохранения момента импульса механической системы.

Динамика вращательного движения

Момент импульса тела относительно неподвижной оси вращения.

Момент инерции тела относительно оси. Теорема Штейнера. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела относительно непод-

вижной оси. Кинетическая энергия вращающегося тела.

Элементы механики сплошных сред

Общие свойства жидкостей и газов. Уравнение равновесия и движе-

ние жидкости. Гидростатика несжимаемой жидкости. Стационарное дви-

жение идеальной жидкости. Уравнение Бернулли. Идеально упругое тело.

Упругие напряжения и деформации. Закон Гука. Модуль Юнга.

Релятивистская механика

Принцип относительности и преобразования Галилея. Эксперимен-

тальные обоснования специальной теории относительности (СТО). Посту-

латы специальной теории относительности Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Понятие одновременности. Относительность длин и промежут-

ков времени. Релятивистский закон сложения скоростей. Релятивистский

5

импульс. Уравнение движения релятивистской частицы. Релятивистское выражение для кинетической энергии. Взаимосвязь массы и энергии. Со-

отношение между полной энергией и импульсом частицы. Границы при-

менимости классической (ньютоновской) механики.

2. Основы молекулярной физики и термодинамики

Термодинамические системы. Идеальный газ

Динамические и статистические закономерности в физике. Стати-

стический и термодинамический методы исследования макроскопических явлений.

Тепловое движение молекул. Взаимодействие между молекулами.

Идеальный газ. Состояние системы. Термодинамические параметры со-

стояния. Равновесные состояния и процессы, их изображение на термоди-

намических диаграммах. Уравнение состояния идеального газа.

Основы молекулярно-кинетической теории

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов и его сравнение с уравнением Клапейрона-Менделеева. Средняя ки-

нетическая энергия молекул. Молекулярно-кинетическое толкование тер-

модинамической температуры. Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул.

Внутренняя энергия и теплоемкость идеального газа.

Закон Максвелла для распределения молекул по скоростям и энерги-

ям теплового движения. Идеальный газ в силовом поле. Больцмановское распределение молекул в силовом поле. Барометрическая формула.

Эффективный диаметр молекул. Число столкновений и средняя дли-

на свободного пробега молекул. Явления переноса.

6

Основы термодинамики.

Работа газа при изменении его объема. Количество теплоты. Первое начало термодинамики. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам и адиабатическому процессу идеального газа. Зависимость теплоемкости идеального газа от вида процесса. Второе начало термоди-

намики. Тепловой двигатель. Круговые процессы. Цикл Карно, коэффици-

ент полезного действия цикла Карно.

3. Электростатика

Электрическое поле в вакууме.

Закон сохранения электрического заряда. Электрическое поле. Ос-

новные характеристики электрического поля: напряженность и потенциал.

Напряженность как градиент потенциала. Расчет электростатических по-

лей методом суперпозиции. Поток вектора напряженности. Теорема Ост-

роградского-Гаусса для электростатического поля в вакууме. Применение теоремы Остроградского-Гаусса к расчету поля.

Электрическое поле в диэлектриках

Свободные и связанные заряды. Типы диэлектриков. Электронная и ориентационная поляризации. Поляризованность. Диэлектрическая вос-

приимчивость вещества. Электрическое смещение. Диэлектрическая про-

ницаемость среды. Вычисление напряженности поля в однородном ди-

электрике.

Проводники в электрическом поле

Поле внутри проводника и у его поверхности. Распределение заря-

дов в проводнике. Электроемкость уединенного проводника. Взаимная емкость двух проводников. Конденсаторы. Энергия заряженных провод-

ника, конденсатора и системы проводников. Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии.

7

4. Постоянный электрический ток

Сила тока. Плотность тока. Условия существования тока. Сторонние силы. Электродвижущая сила источника тока. Закон Ома для неоднород-

ного участка электрической цепи. Правила Кирхгофа. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца. Классическая теория электро-

проводности металлов. Трудности классической теории.

5. Электромагнетизм

Магнитное поле в вакууме

Магнитное взаимодействие постоянных токов. Магнитное поле.

Вектор магнитной индукции. Закон Ампера. Магнитное поле тока. Закон Био-Савара-Лапласа и его применение к расчету магнитного поля прямо-

линейного проводника с током. Магнитное поле кругового тока. Закон полного тока (циркуляция вектора магнитной индукции) для магнитного поля в вакууме и его применение к расчету магнитного поля тороида и длинного соленоида. Магнитный поток. Теорема Остроградского-Гаусса для магнитного поля. Вихревой характер магнитного поля. Действие маг-

нитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Вращение контура с током в магнитном поле.

Работа перемещения проводника и контура с током в магнитном поле.

Электромагнитная индукция

Явление электромагнитной индукции (опыты Фарадея). Правило Ленца. Закон электромагнитной индукции и его вывод из закона сохране-

ния энергии. Явление самоиндукции. Индуктивность. Токи при замыкании и размыкании электрической цепи, содержащей индуктивность. Энергия катушки с током. Объемная плотность энергии магнитного поля.

8

Магнитное поле в веществе

Магнитный момент атомов. Типы магнетиков. Намагниченность.

Микро- и макротоки. Элементарная теория диа- и парамагнетизма. Закон полного тока для магнитного поля в веществе. Напряженность магнитного поля. Магнитная проницаемость среды. Ферромагнетики. Магнитный гис-

терезис. Точка Кюри. Спиновая природа ферромагнетизма.

Уравнения Максвелла.

Фарадеевская и Максвелловская трактовки явления электромагнит-

ной индукции. Ток смещения. Система уравнений Максвелла в интеграль-

ной форме.

6. Колебательное движение

Понятие о колебательных процессах. Единый подход к колебаниям различной физической природы.

Амплитуда, частота, фаза гармонических колебаний. Сложение гар-

монических колебаний. Векторные диаграммы.

Маятник, груз на пружине, колебательный контур. Свободные зату-

хающие колебания. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний Коэффициент затухания, логарифмический декремент, добротность.

Вынужденные колебания при синусоидальном воздействии. Ампли-

туда и фаза при вынужденных колебаниях. Резонансные кривые. Вынуж-

денные колебания в электрических цепях.

7. Волны

Механизм образования волн в упругой среде. Продольные и попе-

речные волны. Плоская синусоидальная волна. Бегущие и стоячие волны.

Фазовая скорость, длина волны, волновое число. Одномерное волновое уравнение. Групповая скорость и дисперсия волн. Энергетические соот-

9