Учебная программа, методические Указания и контрольные задания для студентов безотрывной формы обучения минск 200
Скачать 1.49 Mb.
|
 ФИЗИКА учебная программа, методические Указания и контрольные задания для студентов безотрывной формы обучения МИНСК 2003 Министерство образования республики беларусь Учреждение образования «Минский государственный высший радиотехнический колледж» ПОДЛЕЖИТ ВОЗВРАТУ Утверждаю Проректор по учебной работе ___________ В. И. Федосенко « 7 » мая 2003 г. ФИЗИКА Программа, методические указания и контрольные задания для студентов безотрывной формы обучения специальности 1-08 01 01 «Профессиональное обучение» В двух частях Часть 1 МИНСК 2003 УДК 531(075.8) ББК 22.3 Ф50 Рекомендовано к изданию кафедрой естественнонаучных дисциплин и Научно-методическим советом Учреждения образования «Минский государственный высший радиотехнический колледж» С о с т а в и т е л и: Хачатрян Юрий Михайлович, Тараканов Александр Николаевич, доценты кафедры естественнонаучных дисциплин, канд. физ.-мат. наук Р е ц е н з е н т доцент кафедры естественнонаучных дисциплин МГВРК, канд. физ.-мат наук, Лойко Михаил Михайлович Физика : Программа, методические указания и контрольные задания для студентов безотрывной формы обучения специальности 1-08 01 01 «Профессиональное обучение»: В 2 ч. Ч.1 / Сост. Ю.М. Хачатрян, А.Н. Тараканов. – Мн. : МГВРК, 2003. – 136 с. (ISBN 985 – 6526 – 42 – 6 Ч.1) Приведены учебная программа дисциплины, методические указания, требования по выполнению и оформлению контрольных работ, варианты контрольной работы и необходимые справочные данные для ее выполнения, вопросы для самоконтроля и список литературы. Предназначено для студентов и преподавателей колледжа. УДК 531(075.8) ББК 22.3 © Хачатрян Ю.М., Тараканов А.Н., составление, 2003 (ISBN 985 – 6526 – 42 – 6 Ч.1) © Оформление. Учреждение образо- (ISBN 985 – 6526 – 42 – Х вания «Минский государственный высший радиотехнический колледж», 2003 Введение Предлагаемая программа курса физики предназначена для самостоятельного изучения студентами безотрывной формы обучения основных законов, теоретических представлений и экспериментальных данных современной физики на уровне среднего технического образования. Курс физики наряду с другими общеобразовательными дисциплинами составляет основу теоретической подготовки инженеров и играет роль фундаментальной базы, без которой невозможна успешная деятельность современного инженера любого профиля. Многие области современной техники, такие как электроника, электро- и радиотехника, приборостроение, машиностроение, технология радиоэлектронных средств и другие, тесно связаны с физикой. Изучение курса физики способствует развитию у студентов физического и логического мышления, а также формированию у них научного мировоззрения, на основе которого складываются основные представления о современной физической картине мира. В ходе изучения курса физики находят отражение основные этапы сложного исторического развития физики как науки, и используются все компоненты процесса научного познания: анализ и синтез, абстрагирование и идеализация, аналогия и формализация, обобщения и ограничения, индукция и дедукция, историческое и логическое. Всё это имеет большое методологическое значение и создаёт основу для успешного изучения специальных дисциплин. Весь учебный материал в пособии излагается с точки зрения физики как единой науки о наиболее общих формах движения материи. Курс физики имеет своей целью:
Задачи изучения дисциплины:
Математической основой для изучения данного курса является владение студентами основными понятиями следующих разделов математики:
Наиболее важными являются следующие разделы и темы программы:
1 Общие методические указания Учебная работа студента безотрывной формы обучения по изучению курса высшей физики состоит из следующих основных элементов: а) самостоятельного изучения 10-ти разделов курса физики по предлагаемым учебным пособиям; б) выполнения двух контрольных работ; в) выполнения 20-ти лабораторных работ; г) сдачи дифференцированного зачёта и экзамена. Теоретический курс изучается самостоятельно по рекомендуемым учебным пособиям для высших учебных заведений. Для успешного освоения материала необходимо достаточно свободно владеть математическими методами описания физических явлений. Настоящие методические указания имеют целью помочь студентам в самостоятельной работе над учебным материалом. Кроме того, для студентов организуются лекции, лабораторные занятия и консультации, призванные облегчить понимание и усвоение сложных вопросов, выполнение контрольных работ и привести к успешной сдаче экзамена. В помощь студентам для более оперативного решения задач контрольной работы в качестве вспомогательного материала в приложениях А, Б и В приведены некоторые справочные данные. 2 Учебная программа 2.1 Примерный тематический план Таблица 1
Примечание - Общее количество часов по безотрывной форме обучения приведено для специальностей 1-08 01 01-07 «Информатика» и 1-08 01 01-08 «Экономика и управление». Для специальности 1-08 01 01-02 «Радиоэлектроника» количество лабораторных часов по разделу 1 «Физические основы механики» – 0, количество лекционных часов по разделу 2 «Колебания и волны» – 1, и по разделу 3 «Электродинамика» – 2. Остальные часы остаются без изменения. 2.2 Содержание дисциплины Раздел 1 Физические основы механики Тема 1.1 Кинематика материальной точки Системы отсчёта и системы координат. Кинематика материальной точки. Траектория и путь. Векторы перемещения, скорости и ускорения. Их проекции на координатные оси. Вычисление пути. Средние значения. Движение материальной точки по прямой и по окружности. Тангенциальное и нормальное ускорения. Лабораторная работа 1. Измерение механических величин Тема 1.2 Кинематика твёрдого тела Абсолютно твёрдое тело. Кинематика твёрдого тела – поступательные и вращательные степени свободы. Вращение вокруг неподвижной оси. Угловая скорость и угловое ускорение. Связь между угловыми и линейными скоростями и ускорениями. Тема 1.3 Динамика системы материальных точек. Законы Ньютона. Центр масс. Принцип относительности Галилея Инерциальные системы отсчёта. Первый закон Ньютона – закон инерции. Масса и импульс. Понятие силы. Второй закон Ньютона – закон действия сил. Третий закон Ньютона – закон взаимодействия. Законы Ньютона для системы материальных точек. Принцип суперпозиции сил. Замкнутые, или изолированные системы. Твёрдое тело как непрерывное распределение элементарных масс. Определение центра масс системы материальных точек и твёрдого тела. Скорость, ускорение и импульс центра масс. Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея. Тема 1.4 Типы сил, изучаемых в механике Полевые и контактные взаимодействия в механике. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести и вес тела. Движение в поле гравитации. Законы Кеплера. Деформация твёрдых тел. Упругие и квазиупругие силы. Линейная деформация. Закон Гука, модуль Юнга. Деформации сдвига и кручения. Тензоры напряжений и деформаций. Силы трения. Сухое и жидкое трение. Эмпирические законы сухого и жидкого трения. Лабораторная работа 2. Определение коэффициента трения качения с помощью наклонного маятника. Лабораторная работа 3. Определение модуля сдвига материала посредством крутильных колебаний диска. Лабораторная работа 4. Определение модуля продольной упругости по деформации изгиба. Тема 1.5 Неинерциальные системы отсчёта. Центробежная сила инерции, сила Кориолиса Сила инерции. Уравнения движения в неинерциальных системах отсчёта, аналогичные уравнению второго закона Ньютона. Центробежная сила инерции. Принцип эквивалентности гравитационной и инертной масс. Ускорение частицы, движущейся относительно диска во вращающейся системе отсчёта. Ускорение и сила Кориолиса. Сходство и различие центробежной силы и силы Кориолиса. Маятник Фуко. Тема 1.6. Законы сохранения импульса, энергии и момента импульса Сохраняющиеся величины. Импульс силы. Закон сохранения импульса. Столкновения и распад частиц. Реактивное движение. Работа и мощность. Кинетическая энергия. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия частицы в поле консервативных сил. Сохранение полной энергии для консервативных систем. Момент импульса частицы относительно точки и оси. Момент силы. Момент пары сил. Момент импульса системы. Закон сохранения момента импульса. Лабораторная работа 5. Определение момента инерции махового колеса и силы трения в опоре. Лабораторная работа 6. Определение момента инерции с помощью маятника Максвелла. Тема 1.7. Динамика твёрдого тела. Момент инерции Связь момента импульса тела с угловой скоростью вращения вокруг неподвижной оси. Момент инерции. Собственный момент инерции тела. Момент инерции относительно произвольной оси. Теорема Штейнера. Уравнение моментов сил  как основное уравнение динамики твёрдого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси.Кинетическая энергия тела, вращающегося вокруг неподвижной оси. Работа внешних сил, действующих на вращающееся твёрдое тело. Гироскопы. Гироскопический эффект. Прецессия гироскопа. Лабораторная работа 7. Прибор Обербека и момент инерции твёрдого тела при вращательном движении. Лабораторная работа 8. Крутильные колебания пластинки в трёх взаимно перпендикулярных плоскостях. Тема 1.8 Элементы специальной теории относительности Опыты Физо, Майкельсона-Морли. Принцип относительности Эйнштейна. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца и следствия из них: относительность одновременности событий, относительность длин и промежутков времени, закон сложения скоростей. Интервал между событиями и его инвариантность. Причинность. Продольный и поперечный эффекты Допплера. Четырёхмерное пространство-время. Релятивистский импульс. Релятивистское уравнение динамики. Релятивистские выражения для кинетической и полной энергии. Инвариантность величины  . Частицы с нулевой массой. Тахионы.^ В теме 1.1 рассматриваются фундаментальные понятия, используемые для описания движения всех физических систем: системы отсчёта, системы координат, радиус-вектор, вектор перемещения, скорость, ускорение и их проекции на координатные оси. Всякое движение можно представить как сумму двух движений вдоль двух направлений (не обязательно перпендикулярных). Рассматриваются движения материальной точки по прямой и по окружности. Применительно к произвольному поступательному движению материальной точки определяются тангенциальная и нормальная составляющие ускорения. Тема 1.2 изучает кинематику абсолютно твёрдого тела как сложение поступательного и вращательного движений. Вводятся понятия угловой скорости и углового ускорения, и устанавливается их связь с линейной скоростью и линейным ускорением. В теме 1.3 определяются инерциальные системы отсчёта, вводятся понятия массы, импульса и силы, формулируются три закона динамики – три закона Ньютона. Рассматриваются силы, действующие на систему материальных точек, и определяется результат этого воздействия. Систему материальных точек можно рассматривать как целое и представлять её движение точкой, в которой сосредоточена вся масса системы, называемой центром масс. Определяются скорость, ускорение и импульс центра масс. Замкнутая, или изолированная система определяется как система, на которую не действуют никакие силы. Следует отличать изолированную систему от системы, находящейся в равновесии. Необходимо уяснить, что имеет место как дискретное, так и непрерывное распределение материальных точек. Формулируется принцип относительности Галилея как принцип ковариантности законов физики относительно преобразований Галилея. Тема 1.4 изучает типы сил, существующих в природе, и способы взаимодействия различных физических объектов – контактный и полевой. В механике к полевым взаимодействиям относятся силы гравитации, электромагнитные силы (рассматриваются в разделе электродинамики) и упругие силы. Рассматриваются закон всемирного тяготения и движение тел в поле гравитации, следствием чего являются законы Кеплера для движения планет. Изучаются основы механики сплошных деформируемых сред, в которых возникают силы упругости, приводящие к нормальным внутренним напряжениям. Простейшим случаем является деформация одномерной среды, подчиняющаяся закону Гука. В трёхмерной среде возникают деформации сдвига и кручения, связанные с касательными напряжениями. Определяются понятия модуля Юнга, модуля сдвига и модуля кручения. К контактным силам относятся силы, возникающие при ударе, и силы трения. Рассматриваются законы сухого и вязкого трения. В теме 1.5 определяются неинерциальные системы отсчёта, вводится понятие силы инерции. Здесь следует уяснить фундаментальную роль принципа эквивалентности гравитационной и инертной масс для изучения гравитационного поля. Рассматривается преобразование от абсолютной системы отсчёта к подвижной. Вводятся понятия абсолютных, относительных и переносных скоростей и ускорений. Во вращающейся системе отсчёта на движущееся тело кроме центробежной силы инерции действует также сила Кориолиса. Воздействие сил инерции рассматривается на примере тел на поверхности Земли (маятник Фуко, течение рек, отклонение снарядов и т.п.) Тема 1.6 посвящена законам сохранения импульса, энергии и момента импульса. Вводятся понятия работы и мощности силы, кинетической энергии. Определяется понятие консервативной силы и связанной с ней потенциальной энергии. Следствием консервативности сил, действующих на систему, является сохранение полной энергии. Определяются консервативные и неконсервативные (диссипативные) системы как системы, в которых полная механическая энергия сохраняется или не сохраняется, соответственно. Законы сохранения импульса и энергии изучаются на примере абсолютно упругого и неупругого столкновений тел, распада тел и реактивного движения. Следует иметь в виду, что для любого вектора можно определить понятие момента этого вектора. Вводятся понятия моментов импульса и силы. Равенство нулю момента сил, действующих на систему, определяет условие равновесия сил. Как следствие второго закона Ньютона для замкнутых систем имеет место закон сохранения момента импульса. В теме 1.7 изучается динамика твёрдого тела. Уравнение движения для моментов применяется для описания динамики твёрдого тела. Вводится понятие момента инерции тела относительно оси и вычисляется работа внешних сил, действующих на вращающееся твёрдое тело, и кинетическая энергия вращающегося тела. В качестве примера применения уравнения движения для моментов рассматриваются гироскопы. Тема 1.8 посвящена изучению элементов специальной теории относительности, обобщающей классическую теорию Ньютона на случай движения со скоростями, близкими к скорости света. Из принципа относительности Эйнштейна и постоянства скорости света во всех инерциальных системах отсчёта выводятся преобразования Лоренца и рассматриваются следствия из них: относительность одновременности, относительность длин и промежутков времени, закон сложения скоростей, продольный и поперечный эффекты Допплера. Рассматривается релятивистское обобщение импульса, силы, уравнения динамики. ^ Движение материальной точки по произвольной траектории на малом участке может рассматриваться как равномерное и прямолинейное. Мгновенная скорость v и мгновенное ускорение a материальной точки определяются как:  ,   ,где ^ – радиус-вектор материальной точки M в рассматриваемой системе координат. Скорость v всегда направлена по касательной к траектории движения. Величина средней скорости на малом участке:  ,где  – путь, пройденный точкой за время t; – перемещение радиус-вектора R за это же время.Величина среднего ускорения определяется аналогично:  .Если известна зависимость ускорения от времени, то скорость вычисляется по формуле  ,а радиус-вектор материальной точки по аналогичной формуле  .Полное ускорение при движении точки по произвольной траектории разлагается на сумму тангенциального ускорения a вдоль касательной к траектории в данной точке и нормального ускорения an, перпендикулярного этой касательной:  .Движение материальной точки по окружности радиуса R характеризуется угловой скоростью и угловым ускорением :  ,  Если известна зависимость углового ускорения от времени, то угловая скорость вычисляется по формуле  ,а угол, на который повернётся материальная точка от начального положения, – по аналогичной формуле  .Угловая скорость указывает направление вращательного движения по окружности, соответствующее закручиванию правого винта. При движении по окружности связь между линейными и угловыми скоростями и ускорениями задаётся соотношениями:  ;  ,где  – тангенциальное ускорение,  ; – нормальное ускорение,  .Величина полного ускорения:  .Углы n между полным и нормальным ускорением и между полным и тангенциальным ускорением задаются соотношениями:  ; .Движение абсолютно твёрдого тела представляется как сумма поступательного и вращательного движений. Поступательное движение может быть представлено движением любой точки тела. Чаще всего такой точкой является центр масс. При вращательном движении тела вокруг какой-либо оси все точки тела движутся по окружностям с одинаковыми угловыми скоростями и ускорениями. Основными формулами являются формулы, описывающие движение материальной точки. Быстрота движения материальной точки по окружности или вращения тела вокруг оси характеризуется частотой вращения n – числом оборотов в единицу времени. Связь величины угловой скорости с частотой вращения n задаётся соотношением:  Период обращения:  .Импульс материальной точки массы m, движущейся со скоростью v:  .Основным уравнением, определяющим действие сил на материальную точку, является второй закон Ньютона – изменение импульса материальной точки в единицу времени определяется результирующей силой, действующей на неё:  .Если известна зависимость сил от времени, то изменение импульса за промежуток времени  определяется по формуле .Следствием второго закона Ньютона является уравнение движения  , где a – ускорение материальной точки.Основными силами, рассматриваемыми в механике, являются:
 , где G – гравитационная постоянная (приложение В, таблица В.1); m и M – массы взаимодействующих тел. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Программа, методические указания и контрольные задания для студентов безотрывной формы обучения специальности | | Статистика. Учебная программа, методические указания и задания к контрольной работе |
| Воловик, О. В./ Экология Республики Коми [Текст]: метод указания по выполнению контрольных работ для студентов безотрывной формы... | | Производственные технологии : программа, методические указания и контрольные задания для студентов специальностей 1-25 01 07 – Экономика... |
| Немецкий язык : методические указания и контрольные задания для студентов 2 курса железнодорожных специальностей заочной формы обучения... | | Статистика: методические указания и контрольные задания для студентов специальностей 1-26 02 02 «Менеджмент» и 1-26 02 03 «Маркетинг»... |
| Рассмотрены и рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом университета | | Методические указания и контрольные задания по дисциплине Стандартизация норм точности для студентов специальности: 1- 38. 02. 01... |
| Математика: программа и контрольные задания / В. Б. Грахов, М. Минькова, В. Б. Соловьянов. Екатеринбург: гоу впо угту-упи, 2005.... | | Статистика: методические указания и контрольные задания к выполнению контрольных работ для студентов специальностей 1-25 01 08 «Бухгалтерский... |