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