Введение
Алматы 2006
Методическое руководство по освоению курса
ФИЗИКА 1
ФИЗИКА 1» жылу энергетика – бакалавриат
апталар | 31.01-13.02 | 14.02-27.02 | 28.02-12.03 | 14.03-26.03 | 28.03-02.04 | 11.04-23.04 | 25.04-07.05 | 09.05-21.05 | 23.05-28.05 | ||||||||
ЕГЖ | Тапсырмаларды беру №1-№4 | ЕГЖ қабыл дау №1 | ЕГЖ қорғау №1 | ЕГЖ қабыл дау №2 | ЕГЖ қорғау №2 | ЕГЖ қабыл дау №3 | ЕГЖ қорғау №3 | ЕГЖ қабыл дау №4 | ЕГЖ қорғау №4 | ||||||||
СӨЖ, ОЭ: | 1.1 | 1.2 | 1.3 | 2.1 | 2.2 | 3.1 | 3.3,3.4 | 4.1 | 4.2 | ||||||||
Коллоквиум | М 1 | М 2 | М 3 | М 4 | |||||||||||||
Б.Ж. | № 1 | № 2 |
Алматинский институт энергетики и связи
Кафедра физики
(для студентов очной формы обучения теплоэнергетических специальностей )
СОСТАВИТЕЛИ: Л.Х. Мажитова, Л.В. Завадская, А.И. Кенжебекова. Физика 1. Методическое руководство по освоению курса (для студентов очной формы обучения теплоэнергетических специальностей). – Алматы: АИЭС, 2006. – 42 с.
Методическое руководство включает содержание лекций, практических занятий, самостоятельной работы студентов, РГР, график текущего и рубежного контроля, вопросы для подготовки к экзаменам.
Ил.33, табл.6, библиограф. – 14 назв.
Рецензент: канд.физ.-мат.наук, доцент Т.Д. Дауменов
Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2006 год
Ó Алматинский институт энергетики и связи, 2006 г.
Изучение курса физики создаёт фундаментальную базу инженерно – технических знаний, умений и навыков выпускников высшей технической школы, формирует их научное мировоззрение.
Основными целями курса являются:
а) формирование у студентов умений и навыков использования фундаментальных законов, теорий классической физики, а также методов физического исследования как основы системы профессиональной деятельности;
б) формирование у студентов творческого мышления и научного мировоззрения, навыков самостоятельной познавательной деятельности, умения моделировать физические ситуации.
В курсе «Физика 1» изучаются разделы классической физики: «Механика», «Статистическая физика и термодинамика», «Электродинамика».
Приобретённые при изучении физики знания и умения составляют ту основу, которая необходима при изучении технических дисциплин: «Теоретическая механика», «Прикладная механика», «Техническая гидродинамика», «Гидравлика», «Теплотехнические измерения», «Теоретические основы электротехники» и другие.
Весь курс «Физика 1» состоит из четырех модулей, по каждому из которых студенты выполняют расчетно – графическое задание (РГР) по трем уровням сложности (А, В и С – по выбору). Номер варианта выбирается студентом и утверждается преподавателем, ведущим практическое занятие.
В данном руководстве представлены темы лекций, самостоятельных работ студентов (СРС), планы практических занятий, в которые включены темы занятий, вопросы для подготовки к ним и номера типовых задач по теме, варианты РГР, график учебного процесса и вопросы для подготовки к экзамену.
Сроки сдачи и защиты РГР, коллоквиумов, выполнения контрольных работ приведены в графике учебного процесса.
Требования к оформлению и содержанию самостоятельных работ
Каждая РГР выполняется в отдельной тетради, на обложке которой должны быть указаны: дисциплина, номер работы, вариант, кем выполнена, кто её проверил, дата сдачи на проверку. Работа должна быть выполнена аккуратно, рисунки – карандашом при помощи линейки.
Условие задачи переписывается полностью, затем оно должно быть записано с помощью общепринятых символических обозначений в краткой форме под заглавием «Дано». Числовые значения должны быть переведены в единицы СИ. Решение каждой задачи необходимо сопровождать краткими пояснениями, раскрывающими смысл используемых обозначений, где это возможно, дать схематически чертеж, поясняющий решение задачи. Необходимо указать, какие физические законы лежат в основе данной задачи, решить ее в общем виде (в буквенных обозначениях), после чего подставить числовые данные и произвести вычисления, указать единицу искомой физической величины. При вычислениях рекомендуется пользоваться правилами приближенных вычислений и грамотно записывать ответ.
Таблица 1
Модуль 1 Физические основы механики | |||
УЭ | № и содержание лекции | Содержание СРС | Планы практических занятий |
УЭ-1 Кинематика и динамика материальной точки и твердого тела | 1 Введение. Кинематика и динамика материальной точки и твердого тела.Механическое движение как простейшая форма движения материи. Пространство и время. Система отсчета. Понятия материальной точки и абсолютно твердого тела. Момент импульса. Момент силы и момент инерции твердого тела. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси. Аналогия между описанием вращательного и поступательного движений. Описание движения в неинерциальных системах отсчета. | 1 Кинематическое описание движения материальной точки и твердого тела. Законы движения. Основная задача кинематики и методы ее решения. 2 Инерциальные системы отсчета. Законы Ньютона. Масса, импульс, сила. Силы в механике. Система материальных точек. Внешние и внутренние силы. Центр масс механической системы и закон его движения. | Занятие № 1. Кинематическое описание движения. 1 Кинематические характеристики движения материальной точки. 2 Основная задача кинематики. 3 Поступательное и вращательное движения твердого тела. //10 1-10,1-28,1-53,1-55 // Занятие № 2. Основная задача динамики. 1 Законы динамики поступательного и вращательного движения. 2 Момент силы. 3 Момент инерции. Вычисление моментов инерции. Теорема Штейнера. //10 2-5,3-6,3-22,3-26 // |
Продолжение таблицы 1
УЭ-2 Энергия и работа | 2 Энергия как универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. Работа силы и ее выражение через криволинейный интеграл. Мощность. Кинетическая энергия механической системы и ее связь с работой внешних и внутренних сил, приложенных к системе. Потенциальная энергия материальной точки во внешнем силовом поле и ее связь с силой, действующей на материальную точку. Консервативные и неконсервативные силы. Движение в центральном поле сил. 3 Законы сохранения.Законы сохранения как следствие симметрии пространства и времени. Закон сохранения импульса. Закон сохранения момента импульса. Закон сохранения энергии в механике. | 3 Соударение двух тел. Упругий и неупругий удары. | Занятие № 3.Импульс, момент импульса. Механическая энергия и работа. 1 Импульс. Момент импульса. 2 Работа силы. Мощность. 3 Кинетическая энергия поступательного и вращательного движения. 4 Потенциальная энергия и ее связь с силой. // 10,2-12,2-61,3-50,4-57 // Занятие № 4. Законы сохранения в механике. 1 Закон сохранения импульса и его применение к решению задач о столкновении тел. 2 Закон сохранения момента импульса. 3 Полная механическая энергия. Закон сохранения энергии в механике. 4 Границы применимости законов сохранения. 5 Абсолютно упругий и неупругий удары. // 10, 2-40,2-77,3-31,3-56 // |
УЭ-3 Элементы СТО | 4 Принцип относительности в механике.Механический принцип относительности. Преобразования Галилея. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Инварианты преобразований. Элементы релятивистской динамики. Релятивистское преобразование импульса и энергии. Описание движения в неинерциальных системах отсчета. |
Продолжение таблицы 1
Модуль 2 Статистическая физика и термодинамика | |||
УЭ-1 Статистические распределения | 5 Статистические распределения. Статистический и термодинамический методы исследования. Вероятность и флуктуации. Распределение Максвелла. Скорости теплового движения частиц. Распределение Больцмана для частиц во внешнем потенциальном поле. Число степеней свободы. Распределение энергии по степеням свободы. Внутренняя энергия идеального газа. Молекулярно-кинетическая теория теплоемкости идеальных газов и ее ограниченность. | 4 Основы молекулярно-кинетической теории. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Средняя кинетическая энергия молекул идеального газа. Термодинамические параметры. Равновесные состояния и процессы, их изображения на термодинамических диаграммах. Уравнение состояния идеального газа. Изопроцессы. | Занятие № 5. Статистические распределения. 1 Физический смысл функции распределения для системы частиц. 2 Распределения Максвелла и Больцмана. 3 Средняя кинетическая энергия частиц. 4 Распределение энергии по степеням свободы молекул. Внутренняя энергия идеального газа с точки зрения МКТ. // 10, 9-21,9-29,10-10,10-17,10-43 // |
УЭ-2 Основы термодинамики | 6 Основы термодинамики.Теплота и работа как изменение энергии.Обратимые и необратимые тепловые процессы. Цикл Карно и его КПД. Теорема Карно. Приведенная теплота. Энтропия. Термодинамические потенциалы. 7 Второе начало термодинамики и его физический смысл. Статистическое толкование второго начала термодинамики. Связь энтропии с вероятностью состояния. Теорема Клаузиуса. Энтропия открытой нелинейной системы. Самоорганизующиеся системы. | 5 Первое начало термодинамики и его применение к изопроцессам идеального газа. Теплоёмкости идеального газа. Вычисление работы, совершаемой идеальным газом в различных термодинамических процессах. | Занятие № 6. Первое и второе начала термодинамики. 1 Теплота и работа как мера изменения энергии. Теплоемкость. 2 Применение первого начала термодинамики к изопроцессам идеального газа. 3 Второе начало термодинамики. // 10, 11-17,11-22,11-43 // |
Продолжение таблицы 1
УЭ-3 Явления переноса УЭ-1 Статистические распределения | 8 Явления переноса.Общая характеристика явлений переноса. Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега. Время релаксации. Явления переноса в неравновесных термодинамических системах. Молекулярно-кинетическая теория явлений переноса: теплопроводности, вязкого трения, диффузии. Коэффициенты переноса. | Занятие № 7. Энтропия. Цикл Карно. КПД теплового двигателя. 1 Понятие энтропии. Вычисление энтропии. 2 КПД теплового двигателя. 3 Цикл Карно. T-S – диаграмма. 4 Термодинамические потенциалы. Занятие № 8.Контрольная работа № 1. | |||
Модуль 3 Электростатика. Постоянный ток | |||||
УЭ-1 Электростатическое поле в вакууме | 9 Электростатика. Электрический заряд. Электрическое поле, его характеристики и связь между ними. Основная задача электростатики. Поток вектора. Теорема Гаусса. Применение теоремы Гаусса к расчету напряженностей электрических полей. Работа по перемещению заряда в электрическом поле. Циркуляция электрического поля. Потенциал, связь потенциала с напряженностью электростатического поля. | 6 Взаимодействие электрических зарядов. Закон сохранения электрического заряда. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Электрический диполь, поле диполя. | Занятие № 9. Электростатическое поле. 1 Принцип суперпозиции. 2 Напряженность и потенциал электростатического поля. 3 Работа перемещения электрического заряда в поле. // 10,13-21,14-7,14-40,15-14,15-45 // | ||
Продолжение таблицы 1
УЭ-2 Электростатическое поле в веществе | 10 Диэлектрики в электростатическом поле. Поляризационные заряды. Поляризованность. Типы диэлектриков. Диэлектрическая восприимчивость вещества и ее зависимость от температуры. Электрическое смещение. Основные теоремы электростатики как отражение свойств электростатического поля. | 7 Диполь в электрическом поле. 8 Проводники в электростатическом поле. Электрическое поле в проводнике и вблизи его поверхности. Граничные условия на границе проводник – вакуум. 9 Электроемкость. Конденсаторы. Емкость конденсаторов различной геометрической формы. | Занятие № 10. Теорема Гаусса и её применение для расчета электростатических полей в вакууме и диэлектриках. 1 Диэлектрики. Поляризация диэлектриков. 2 Теорема Гаусса и ее применение для расчета электрических полей. Электрическое смещение. 3 Условия на границе двух диэлектрических сред. // 10, 14-28,14-50,15-34 // |
УЭ-3 Энергия электрического поля. Постоянный ток | 11 Энергия взаимодействия электрических зарядов. Энергия заряженного конденсатора и системы проводников. Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии электростатического поля. Постоянный электрический ток. Общие характеристики и условия существования электрического тока. Стационарное электрическое поле. Уравнение непрерывности, стационарности электрического поля. Классическая электронная теория электропроводности металлов. Законы Ома и Джоуля - Ленца в дифференциальной форме. | 10 Сторонние силы. ЭДС гальванического элемента. Обобщенный закон Ома для неоднородного участка цепи. Электрические токи в газе и в плазме. | Занятие № 11.Энергия электростатического поля. Электрический ток. Законы постоянного тока. 1 Энергия и плотность энергии электрического поля. 2 Характеристики и условия существования постоянного электрического тока. 3 Обобщенный закон Ома. Понятия ЭДС, разности потенциалов, напряжения. 4 Законы Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной форме. // 10, 18-11,18-18,19-17,20-3,20-5 // |
Окончание таблицы 1
Модуль 4 Магнетизм | |||
УЭ-1 Магнитное поле в вакууме | 12 Магнитное поле.Вектор магнитной индукции. Принцип суперпозиции. Закон Био-Савара-Лапласа. Расчеты магнитных полей простейших систем. Эффект Холла. Магнитный поток. Теорема Гаусса для магнитного поля. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле. | 11 Магнитный момент контура с током. Действие магнитного поля на токи и заряженные частицы. Сила Ампера. Сила Лоренца. Вращающий момент. Движение заряженной частицы в магнитном и электрическом полях. | Занятие № 12. Магнитное поле в вакууме. 1 Магнитная индукция. Принцип суперпозиции. 2 Закон Био-Савара-Лапласа и его применение к расчету магнитных полей токов. 3 Действие магнитного поля на токи и заряженные частицы. 4 Магнитный поток. 5 Теорема Гаусса и теорема циркуляции (закон полного тока) для магнитного поля в вакууме и веществе. // 10, 21-30,21-34,22-9,23-10, 24-4,24-9,51-68 // |
УЭ-2 Магнитное поле в веществе | 13 Магнитное поле в веществе.Магнетики. Виды магнетиков. Диамагнетики. Парамагнетики. Ферромагнетики. Магнитный гистерезис. Закон полного тока для магнитного поля в веществе. Основные теоремы магнитостатики как отражение свойств магнитного поля. | Занятие № 13. Контрольная работа № 2. |
Таблица 2 - График текущего и рубежного контроля