Geum.ru

Методические указания к выполнению контрольных работ Для студентов зф

Вид материалаМетодические указания

Содержание


План-график учебной работы для студентов ЗФ
Контрольная работа № 2
Контрольная работа № 2
Условие задачи
Подобный материал:
Министерство транcпорта Российской Федерации (Минтранс России)


Федеральное агентство воздушного транспорта (Росавиация)


ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный


университет гражданской авиации»


физика


Методические указания
к выполнению контрольных работ

Для студентов ЗФ

Санкт-Петербург


2010 г.


3

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ


Учебная работа студента-заочника по изучению курса физики
включаете себя:
  • составление конспекта изучаемой дисциплины;
  • решение типовых задач, в том числе и задач контрольных работ;
  • выполнение лабораторных работ;
  • сдачу зачетов и экзаменов.

При этом необходимо руководствоваться следующими рекомендациями:
  1. Для изучения курса следует выбрать один из однотомных учебников из числа
    рекомендованных для высшей школы (см. список литературы). Если выбранный
    учебник не дает полного и ясного ответа на вопрос, необходимо обращаться к
    другим учебникам, в том числе и многотомным, учебным пособиям и
    методическим указаниям. >
  2. При работе с учебным материалом необходимо составлять краткий конспект,
    отражая в нем:



  • изучаемое физическое явление, кем оно было изучено впервые;
  • модель физического явления, иллюстрируя ее необходимыми схемами;



  • математическое описание явления, основные соотношения, выражающие связь
    между величинами;
  • примеры его появления и использования на практике.

3. В межсессионный период студенты-заочники могут пользоваться письменными
консультациями, а в период лабораторно-экзаменационной сессии -
индивидуальными консультациями преподавателей кафедры физики Академии.

4. Работа на кафедре физики со студентами ЗФ проводится в соответствии с
планом-графиком, который приведен ниже.

План-график учебной работы для студентов ЗФ


Семестр
Специализация
ЛЭГБС, ОрВД, ОРТОП, ТОЛААД, СНГ,
ОАБ, БТПиП, УФП, ОЭСТОП
Специализация
ОАП, УАК

2
Кр-1, Кр-2

Лаб. практика – б работ
ЭКЗАМЕН
Кр-1, Кр-2
Лаб. - 6 работ
ЗАЧЕТ

3
Кр-3, Кр-4
Лаб. - 6 работ
ЭКЗАМЕН





4

ЛИТЕРАТУРА

1.Грабовский Р.И. Курс физики. М., Высшая школа, 1980. 2.Трофимова Т.И. Курс физики. М., Высшая школа, 1990. З.Рымкевич П.А. Курс физики. М., Высшая школа, 1975.

4.Руководство к лабораторным работам. Механика и молекулярная физика. С.-Пб., ОЛАГА, 2000.

5.Руководство к лабораторным работам. Электричество и магнетизм. С.-Пб., ОЛАГА, 2000.

6.Руководство к лабораторным работам. Оптика. С.-Пб., ОЛАГА, 2000,

Т.Гусев В.Г., Павлов С.С., Сипаров С.В. Сборник задач по физике. С.-Пб., ОЛАГА, 2000.

Содержание дисциплины

1 .Системы координат. Основные понятия кинематики поступательного движения. Уравнения кинематики, Вращательное движение. Центростремительное ускорение. Радиус кривизны.

2.Динамика. Материальная точка. Сила. Масса. Импульс. Инерциальные системы отсчета. Законы Ньютона. Закон сохранения импульса. Гамильтонов подход к построению динамики. Однородность пространства. Реактивное движение. Близко- и дальнодействующие силы. Силы трения. Силы упругости. Закон всемирного тяготения. Космические скорости. Работа, Кинетическая и потенциальная энергия. Закон сохранения энергии и его связь с однородностью пространства. Центральный удар.

З.Твердое тело. Центр инерции и его расчет. Момент силы. Момент импульса. Момент инерции и его расчет. Теорема Штейнера. Кинетическая энергия вращающегося тела. Закон сохранения момента импульса и его связь с изотропностью пространства. Свободные оси. Гироскоп.

4.Гармонические колебания и их параметры. Сложение колебаний одинаковой и различных частот, направленных вдоль одной прямой. Векторная диаграмма. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Дифференциальные уравнения колебаний пружинного, математического и физического маятников. Собственная частота. Квазиупругие силы. Затухающие колебания. Декремент. Вынужденные колебания. Резонанс.


5

5 .Принцип относительности Галилея. Постулаты СТО. Преобразования Лоренца. Интервал и его инвариантность. Связь массы и энергии.

б.Эмпирические и газовые законы. Идеальный газ. Уравнения состояния. Изопроцессы. Закон Авогадро. Обоснования МКТ. Уравнение МКТ Клаузиуса и его следствия.

7.Скорости молекул. Распределение Максвелла. Барометрическая формула. Распределение Больцмана. Свойства разряженных газов. Диффузия. Внутреннее трение. Теплопроводность.

8.Теплоемкость при различных условиях. Формула Майера. Первое начало термодинамики. Адиабатический процесс. Формула Пуассона. Работа в изо- и адиабатических процессах, Молекулярно-кинетическая теория теплоемкости. Степени свободы, Круговые процессы. Цикл Карно.

9.Статистический смысл энтропии. Формула Клаузиуса. Второе начало термодинамики.

КШзотермы Эндрюса. Уравнения Ван-дер-Ваальса. Эффект Джоуля-Томсона. Сжижение газов. Жидкости. Поверхностное натяжение. Формула Лапласа. Строение твердых тел. Энергия молекул газа, жидкого и твердого тела. Дисперсионные силы.

11,Электрические силы. Заряд и его сохранение. Опыт Милликена. Закон Кулона. Поле. Напряженность. Принцип суперпозиции и основная задача электростатики. Поток. Теорема Гаусса-Остроградского и ее использование. Работа в электростатическом поле. Потенциал. Связь напряженности и потенциала. Поле в веществе. Поляризация диэлектриков. Электроемкость. Конденсаторы. Энергия конденсатора. Энергия электростатического поля.

12.3акон Ома в дифференциальной и интегральной формах. Сопротивление. Сверхпроводимость. ЭДС. Закон Ома для замкнутой цепи, Максимум мощности. Закон Джоуля-Ленца. Правила Кирхгофа. Ток в газах. Плазма. Работа выхода электронов. Контактная разность потенциалов, ТермоЭДС. Энергетические зоны в кристаллах. Основы теории электропроводности. Полупроводники. Собственная и примесная проводимость. P-N-переход. Транзистор. Фотоэлектрические явления в полупроводниках.


6

13-Магнитное поле и его характеристики. Закон Био-Савара-Лапласа; Теорема о циркуляции. Магнитные поля проводников различной формы. Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях. Электромагнитная индукция. Закон Фарадея. Правило Ленца. Самоиндукция. Взаимная индукция. Индуктивность. Вихревые токи. Экстратоки. Энергия магнитного поля.

Н.Классификация магнетиков. Магнитные моменты электронов, атомов. Электронная теория слабомагнитных веществ, пара- и диамагнетики. Ферромагнетизм. Спиновая природа ферромагнетиков,

!5.Уравнения Максвелла.

16.Парадокс взаимодействия движущегося заряда с током. Относительность полей.

17.Колебательный контур. Превращение энергии. Колебания в контуре с омическим сопротивлением в контуре и без него. Уравнение колебаний. Собственная частота.

18.Волны, их уравнения и параметры. Стоячие волны. Волновое уравнение. Колебания струны. Звук. Зависимость скорости звука в газах от температуры. Эффект Доплера. Электромагнитные волны, Анализ уравнений Максвелла. Энергия электромагнитных волн. Особенности распространения электромагнитных волн в различных средах. Сложение волн.

19.Развитае взглядов на природу света. Законы геометрической оптики. Полное внутреннее отражение. Линзы. Корпускулярная и волновая теории, Принцип Ферма и его связь с вариационным принципом Лагранжа-Гамильтона.

20.Когерентность. Способы получения когерентных волн. Геометрическая и оптическая разности хода. Условия максимума и минимума. Опыт Юнга и его расчет. Диаграмма направленности излучения. Интерференция в тонких пленках. Кольца Ньютона. Практическое применение интерференции. Интерферометр и рефрактометр. Просветление оптики. Опыт Майкельсона.

21.Дифракция Френеля. Зоны Френеля. Расчег зонной пластинки..Дифракция Фраунгофера. Дифракция на щели. Графический метод сложения амплитуд. Дифракция на системе щелей. Дифракционная решетка и ее разрешающая способность. Дифракция на полуплоскости. Дифракция рентгеновских лучей на кристаллах. Голография.


7

22.Естественные и поляризованные электромагнитные волны. Поляроиды. Двойное лучепреломление. Вывод формулы Брюстера. Закон Малюса. Оптическая активность. Закон Био. Искусственная анизотропия и ее применение. Закон Фарадея.

23.Нормальная и аномальная теории дисперсии. Электронная теория дисперсии. Практическое применение дисперсии. Поглощение и рассеяние волн. Закон Бугера.

24.Характеристики электромагнитного излучения. Тепловое излучение и люминесценция. Закон Кирхгофа. Закон Стефана-Больцмана. Законы Вина и Рэлея-Джинса для спектральной плотности энергетической светимости. Гипотеза Планка. Вывод формулы Планка. Ее предельные случаи. Фото- и хемилюминееценция. Фотоэффект, его виды и применение. Формула Эйнштейна для фотоэффекта. Опыт Боте. Фотоны, их энергия и импульс. Опыт Лебедева. Давление света. Принцип неопределенности Гейзенберга. Длина волны де Бройля. Вывод соотношения неопределенности. Эффект Комптона.

25.Спектральный анализ. Формула Бальмера для спектра водорода. Модель атома Томсона. Опыт Резерфорда. Планетарная модель атома. Постулаты Бора. Вывод сериальной формулы. Опыт Франка-Герца. Волновая функция и ее смысл. Уравнение Щредингера. Электрон в потенциальной яме. Туннельный эффект. Квантовые числа. Периодическая система элементов.

26.Лазеры. Физические основы действия ОКГ. Спонтанное и вынужденное излучение. Активные среды. Принцип работы ОКГ. Классификация ОКГ. Устройство гелий-неонового, рубинового и полупроводникового лазера.

27,Естественная радиоактивность и ее закономерности. Правила смещения. Уравнение альфа- и бета-распада. Период полураспада. Дефект массы и энергия связи. Устойчивость ядер. Реакции деления и синтеза. Солнечный, цикл и его расчет. Состав ядра и его характеристики. Расчет критической массы. Космические лучи, их состав, методы исследования. Ионизирующие излучения и их характеристики. Элементарные частицы.


8

Таблицы вариантов для специализаций ЛЭ, ОрВД, ОРТОП, ТОЛААД, СнТ, УФП, БТиП, ОЭСТОП, ОАБ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1 Тема. Физические основы механики. Молекулярная физика и термодинамика

Таблица 1
Номера задач

1

1.03

2.23

1.43

1.73

2.11

2.31

2.51

2.71

2

1.14

1.34

1.54

1.74

2.07

2.27

2.47

2.67

3

1.12

1.32

1.52

1.72

2.09

2.29

2.49

2.69

4

1.01

1.21

1.41

1.70

2.23

2.43

2.63

2.73

5

1,15

1.35

1.55

1.75

2.01

2.21

2.41

2.61

6

1.05

1.25

1.45

1.77

2.17

2.37

2.57

2.77

7

1.11
1.31

1.51

1.71

2.08

2.28

2.48

2.68

8

1.02

1.22

1.42

1.79

2.14

2.34

2.54

2.74

9

1.13

1.33

1.53

1.76

2.05

2.25

2.45

2.65

0

1.04

1.24

1.44

1.64

2.12

2.32

2.52

2.72

Номера задач в табл. 1-7 взяты из задачника «Сборник задач по физике». С.-Пб., ОЛАГА, 2000. Авторы: Гусев ВТ., Павлов С.С., Сипаров С.В.

Номер варианта определяется по последней цифре шифра.

Например, студент Грачев А.Н. (ЛЭ-900017) в контрольной работе №1 должен

решать следующие задачи: 1.11, 1.31, 1.51, 1.71,2.08,2.28,2.48,2.68.

В КР №2 задачи: 3.05, 3.25, 3.45, 3.77, 4.17, 4.37, 4.57, 4.77 и т.д.


9

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 2

Тема. Электричество, магнетизм

Таблица 2
Номера задач




1










1

3.03

3.23

3.43

3.73

4.11

4.31

4.51

4.71

2

3.13

3.33

3.53

3.76

4.05

4.25

4.45

4.65

3

3.11

3.31

3.51

3.71

4.08

4.28

4.48

4.68

4

3.02

3.22

3,42

3.79

4.14

4.34

4.54

4.74

5

3.04

3.24

3.44

3.64

4.12

4.32

4.52

4.72

6

3.15

3.35

3.55

3.75

4.01

4.21

4.41

4.61

7

3,05

3.25

3.45

3.77

4.17

4.37

4.57

4.77

8

3.14

3.34

3.54

3.74

4.07

4.27

4.47

4.67

9

3.15

3.32

3.52

3.72

4.09

4.29

4.49

4.69

0

3,01

3.21

3.41

3.70

4.23

4.43

4.63

4.73

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №3 Тема. Оптика

Таблица 3
Номера задач

1

5.03

5.13

5.23

5.33

5.43

5.53

5.63

5.73

2

5.09

5.19

5.29

5.39

5.49

5.59

5.69

5.79

3

5.07

5.17

5.27

5.37

5.47

5.57

5.67

5.77

4

5.08

5.18

5.28

5.38

5.48

5.58

5.68

5.78



10



5

5.01

5,11

5.21

5.31

5.41

5.51

5.61

5.71

6

5.10

5.20

5.30

5.40

5.50

5.60

5.70

5.80

7

5.05

5.15

5.25

5.35

5.45

5.55

5.65

5.75

8

5.02

5.12

5.22

5.32

5.42

5.52

5.62

5.72

9

5.06

5.16

5.26

5.36

5.46

5.56

5.66

5.76

0

5.04

5.14

5.24

5.34

5.44

5.54

5.64

5.74

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 4 Тема. Физика атома и атомного ядра

Таблица 4
Номера задач

1

6.04

6.14

6.24

6.34

6.44

6.54

6.64

6.74

2

6.06

6.16

6.26

6.36

6.46

6.56

6.66

6.76

3

6.02

6.12

6.22

6.32

6.42

6.52

6.62

6.72

4

6.05

6.15

6.25

6.35

6.45

6.55

6.65

6.75

5

6.10

6.20

6.30

6.40

6.50

6.60

6.70

6.80

6

6.01

6.11

6.21

6.31

6.41

6.51

6.61

6.71

7

6.08

6.18

6.28

6.38

6.48

6.58

6.68

6.78

8

6.07

6.17

6.27

6.37

6.47

6.57

6.67

6.77

9

6.09

6.19

6.29

6.39

6.49

6.59

6.69

6.79

0
6,03

6.13

6.23

6.33

6.43

6.53

6.63

6.73



11

Таблицы вариантов для специализаций ОАП, УАК

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1 Тема. Физические основы механики, Молекулярная физика и термодинамика.

Таблица 5
Номера задач

1

1.04

1.33

1,42

1.71

2.17

2.21

2.63

2.69

2

1.13

1.22

1.51

1.77

2.01

2.43

2.49

2,67

3

1.02

1.31

1.45

1.75

2.23

2.29

2.47

2.71

4

1.11
1.25

1.55

1.70

2.09

2.27

2.51

2.72

5

1.05

1.35

1.41

1.72

2.07

2.31

2,52

2.65

6

1.15

1.21

1.52

1.74

2.11

2.32

2.45

2.74

7

1.01

1,32

1.54

1.73

2.12

2.25

2.54

2.68

8

1.12

1.34

1.43

1.64

2.05

2.34

2.48

2.77

9

1-14

1.23

1.44

1.76

2.14

2.28

2.57

2.61

0

1.03

1.24

1.53

1.79

2.08

2.37

2.41

2.73

Номер варианта определяется по последней цифре шифра.

Например, студент Федоров А.И. (ОАП - 900031) в контрольной работе № !

должен представить решение следующих задач: 1.04, 1.33, 1.42, 1.71, 2.17, 2.21,

2.63, 2.69.

В КР № 2 задачи: 3.03, 3.51, 4.12, 4.57,4.67, 5.03, 5.47, 6.04,6.42 и т.д.


12

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 2

Тема. Электричество, магнетизм, оптика, физика атома и атомного ядра.

Таблица 6
Номера задач

1

3.03

3.51

4.12

4.57

5.03

5.47

6.04

6.42

2

3.01

3.53

4.08

4.52

5.13

5.57

6.02

6.50

3

3.12

3.43

4.14

4.41

5.07

5.47

6.14

6.52

4

3.14

3.41

4.05

4.54

5.17

5.57

6.16

6.55

5

3.05

3.52

4.11

4.48

5.01

5.45

6.05

6.46

6

3.15

3.54

4.23

4.45

5.10

5.42

6,01

6.45

7

3.04

3.45

4.09

4.51

5.05

5.46

6.18

6.60

8

3.02

3.55

4,07

4.63

5.15

5.56

6.09

6.48

9

3.11

3.44

4.17

4.49

5.12

5.54

6.03

6.47

0

3.13

3.42

4.47

4.47

5.06

5.49

6.13

6.57

Примеры решения задач. Задача № 1.

Условие задачи: Парашютист массой 80 кг совершает затяжной прыжок и к концу 14-ой секунды имеет скорость 60 м/с. Найти работу по преодолению сопротивления воздуха.


13


Дано:

m
FC
- 80 кг 1. Запишем уравнение движения тела:

tc-14 с max = mg - Fc; (1)

Vс-60м/с ax = g-Fc/m. (2)

А
mg
Fc - ? Считаем, что во время движения сила

сопротивления остается постоянной и равной


v
среднему значению
Fc = const = Fc, ср.

Анализируя соотношение (2), видим, что
движение парашютиста является равноуско-

ренным (ах < g).

2. Для равноускоренного движения справедливы

соотношения: V = ах • t, Sx - ах • t2 / 2. (3)

За 14 с тело приобрело скорость 60 м/с,
Отсюда: ах = Vc / tc = 60 /14 = 4,28 м/с2.
3. По определению, работа силы равна: AF.- = F•S-cos α, где
S - перемещение (путь) тела,
а - угол между направлением перемещения и силой.

В нашем случае:

пройденный путь: Sc = ax• tc2 / 2 = 4,28• 142 / 2 = 419,4 м;

сила сопротивления: Fc = mg - m• ax = 80• (9,8 - 4,28) = 441,6 Н;

работа силы сопротивления воздуха:

А|,с = Fc•'Sc•cos 180° = 441,6• 419,4• (-1) - -185207 Дж = -185,2 кДж.

Задача № 2.

Условие задачи: пройдя разность потенциалов 2000 В, электрон
влетает в однородное магнитное поле с индукцией 15x10" Тл и
движется в нем по дуге окружности радиусом I м в плоскости,
перпендикулярной магнитному полю. Найти отношение заряда
электрона к его массе.


Д

ано:

q = 1,6• 10-19 Кл

m = 9,1•10-31 кг

Δφ = 2000В

B=15 MTЛ

R=1M



Найти:

q/m-?


14


1.Работа электростатического поля затрачивается на приращение
кинетической энергии частицы Аэд = AWKHH. Отсюда скорость движения частицы,
влетающей в магнитное поле, равна:
V = т/(2цД<р/т) . После подстановки числовых значений получим V - 2,65* 107 м/с.

2.При попадании в магнитное поле на частицу действует сила Лоренца,
которая сообщает ей центростремительное -ускорение. Уравнение движения
частицы в магнитном поле имеет вид:

mV2/R = BqV; (sina = 1, т.к. частица влетает перпендикулярно силовым линиям
поля). Удельный заряд электрона (q/m), исходя из уравнения движения, равен:
q/m = V/(BR). После подстановки числовых данных получим, что удельный заряд
электрона равен: q/m = 1,76'Ю11 Кл/кг.


Одобрено и рекомендовано к изданию
Учебно-методическим советом Университета

Физика: Методические указания к выполнению контрольных работ.

/Университет ГА. С.-Петербург, 2009.

Методические указания составлены в соответствии с учебной

программой курса. Содержать общие методические указания,

перечень вопросов учебной программы и таблицы вариантов

с номерами задач. Предназначены для студентов ЗФ разных

специализаций.

Табл. 7, рис.1, библ.7.

Составитель С.С.Павлов, доцент.
Рецензент В.М.Нечаев, доцент.

Университет ГА, 2010