Учебно-методический комплекс для студентов специальности 010400 «Физика» «подготовлено к изданию»

Вид материала

Содержание

Подобный материал:

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

«УТВЕРЖДАЮ»:

Проректор по учебной работе

_______________________ /Л.М. Волосникова/

__________ _____________ 200__г.

МЕХАНИКА

Учебно-методический комплекс

для студентов специальности 010400 «Физика»

«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:

Автор работы ________________________________________/Семихин В.И./

«______»___________200__г. к.ф.-м.н., доцент

Рассмотрено на заседании кафедры механики многофазных систем 28.08.2008г. Протокол №1 Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.

«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:

Объем 13 стр.

Зав.кафедрой ________________________________________/Шабаров А.Б./

«______»___________ 200__ г. д.т.н., профессор

Рассмотрено на заседании УМК физического факультета 15.09.2008г. Протокол № 3

Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.

«СОГЛАСОВАНО»:

Председатель УМК __________________________________/Кислицын А.А./

«______»_____________200__ г. д.ф.-м.н., профессор

«СОГЛАСОВАНО»:

Зав. методическим отделом УМУ_______________________/Ф.И.О./

«______»_____________200__ г.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА МЕХАНИКИ МНОГОФАЗНЫХ СИСТЕМ

В.И. Семихин

МЕХАНИКА

Учебно-методический комплекс

для студентов 1 курса очной формы обучения

специальности 010400 «Физика»

Издательство

Тюменского государственного университета

2008

В.И. Семихин. Механика: Учебно-методический комплекс для студентов 1 курса очной формы обучения специальности 010400 «Физика». Тюмень: Издательство Тюменского государственного университета, 2008, 13 стр.

Программа составлена для студентов 1 курса, обучающихся по специальности 010400 ’’Физика’’ на физическом факультете ТюмГУ. Она состоит из тематического плана, содержания дисциплины, перечня тем семинаров и тем лабораторных работ, контрольных вопросов к экзамену, тем рефератов для самостоятельной работы, литературы.

В тематическом плане выделено 12 основных тем. Содержание дисциплины включает 27 лекций по основным аспектам дисциплины.

Рабочая учебная программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ: Механика [электронный ресурс] / Режим доступа: ссылка скрыта., свободный.

Рекомендовано к изданию кафедрой механики многофазных систем. Утверждено проректором по учебной работе Тюменского государственного университета.

ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: А.Б. Шабаров, д.т.н., профессор

Пояснительная записка.

Данная программа реализуется в первом семестре: лекции - 54 ч., лабораторные работы - 72 ч, семинарские занятия 72 ч. Контрольные мероприятия: коллоквиум, два зачета, экзамен.

Цели и задачи: сформировать у студентов представления о физической картине окружающего мира, обеспечить усвоение материала данного курса и создать базу для изучения последующих разделов курса общей физики, а также теоретической физики.

В результате изучения курса студент должен знать:

основные понятия и законы классической механики, свойства пространства и времени, основные понятия теории относительности, законы механики сплошных сред, уравнения, описывающие колебания и волны.

2. Тематический план изучения дисциплины

№	Тема	Кол-во лекционных часов	Кол-во семинарских занятий	Самост. работа
1.	Введение	2	-
2.	Кинематика материальной точки	4	10	6
3.	Пространство и время	2	-	4
4.	Динамика материальной точки	4	10	6
5.	Закон сохранения импульса и энергии	4	8	8
6.	Неинерциальные системы отсчета	2	4	4
7.	Основы специальной теории относительности	8	4	6
8.	Динамика твердого тела	8	12	6
9.	Основы механики деформируемых тел	2	4	4
10.	Колебательное движение	8	10	8
11.	Механика жидкостей и газов	6	6	8
12.	Волны в сплошной среде	4	4	8
	Итого	54	72	68

3. Содержание дисциплины по темам

Тема 1. Введение. Предмет физики. Сочетание экспериментальных и теоретических методов в познании окружающей природы. Роль модельных представлений. Физические величины, их измерение и оценка точности и достоверности полученных результатов. 2 ч.

Тема 2. Кинематика материальной точки. Способы описания движения. Закон движения, линейная скорость и линейное ускорение. Криволинейное движение, нормальное, тангенциальное и полное ускорение. Вращательное движение, угловая скорость и угловое ускорение. 4 ч.

Тема 3. Пространство и время. Свойства пространства и времени в классической механике. Принцип относительности и преобразования координат Галилея. Следствия из преобразования координат, закон сложения скоростей. Инварианты. 2 ч.

Тема 4. Динамика материальной точки. Понятия массы, импульса и силы в механике Ньютона. Виды взаимодействия и свойства соответствующих им сил. Законы Ньютона. Система взаимодействующих материальных точек. Уравнение движения. 4 ч.

Тема 5. Законы сохранения импульса и энергии. Замкнутые системы материальных точек. Закон сохранения импульса замкнутой системы. Абсолютно упругое и неупругое взаимодействия.

Работа силы. Консервативные силы и потенциальные силовые поля. Критерий потенциальности. Кинетическая и потенциальная энергия материальной точки и системы материальных точек.

Движение тел с переменной массой. Уравнение Мещерского. Формула Циолковского. 4 ч.

Тема 6. Неинерциальные системы отсчета. Движение материальной точки в неинерциальной системе отсчета. Силы инерции, преобразование ускорений в классической механике. Вращающиеся системы отсчета. Переносное и Кориолисово ускорение. Центробежная и Кориолисова силы инерции. Законы сохранения. Принцип эквивалентности. 2 ч.

Тема 7. Основы специальной теории относительности. Принцип относительности и постулаты Эйнштейна. Пространство и время в теории относительности. Преобразования координат Лоренца. Следствия из преобразования координат: относительность одновременности, сокращение длины движущихся отрезков и замедление хода движущихся часов. Закон сложения скоростей. Интервал, инвариантность интервала.

Релятивистское уравнение движения. Релятивистская энергия, соотношение между массой и энергией. 8 ч.

Тема 8. Динамика твердого тела. Момент силы относительно точки и оси. Момент импульса. Закон динамики вращательного движения. Момент инерции. Теорема Штейнера. Понятие о тензоре инерции, оси свободного вращения. Плоское движение твердого тела. Физический маятник. Кинетическая энергия твердого тела. Закон сохранения момента импульса. Гироскопы, прецессия гироскопа. 8 ч.

Тема 9. Основы механики деформируемых тел. Виды деформаций и их количественные характеристики. Закон Гука. Упругие характеристики материалов: модуль Юнга, модуль сдвига, коэффициент Пуассона. Энергия упругих деформаций. 2 ч.

Тема 10. Колебательное движение. Кинематика гармонических колебаний. Динамика гармонических колебаний, уравнение гармонического осциллятора. Принцип суперпозиции. Сложение гармонических колебаний одинакового направления. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний, фигуры Лиссажу. Затухающие колебания. Логарифмический декремент затухания и добротность.

Вынужденные колебания. Амплитудная и фазовая резонансные кривые. Процесс установления колебаний. Параметрические колебания. Автоколебания.

Колебания систем с двумя степенями свободы. 8 ч.

Тема 11. Механика жидкостей и газов. Основные свойства жидкостей и газов. Законы гидростатики. Стационарное течение жидкости, линии и трубки тока. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли. Стационарное течение вязкой жидкости. Формула Пуазейля. Уравнение Эйлера. Движение тел в жидкостях и газах, силы трения. 6 ч.

Тема 12. Волны в сплошной среде. Волны в жидкостях и газах. Волновое уравнение. Уравнение плоской волны. Характеристики волнового движения: длина волны, скорость распространения, период, частота.

Граничные условия. Стоячие волны на струне, в стержне, в столбе газа. Нормальные колебания. Акустические резонаторы.

Поток энергии в бегущей волне. Вектор Умова. Ультразвук. Применение в науке и технике. 4 ч.

4. Темы семинаров по дисциплине МЕХАНИКА.

Тема 1. Кинематика материальной точки 10 ч.

Кинематика поступательного движения. 4 ч.

Криволинейное движение. Нормальное, тангенциальное и полное ускорения.

2 ч.

Кинематика вращательного движения. 4 ч.

Тема 2. Динамика материальной точки 10 ч.

Законы Ньютона. 6 ч.

Динамика вращательного движения материальной точки 4 ч.

Тема 3. Закон сохранения импульса и энергии 8 ч.

Закон сохранения импульса. 4 ч.

Работа сил. Закон сохранения энергии. 4 ч.

Тема 4. Неинерциальные системы отсчета 4 ч.

Движение материальной точки в неинерциальных системах. Силы инерции.

4 ч.

Тема 5. Основы специальной теории относительности 4 ч.

Кинематика теории относительности. 4 ч.

Тема 6. Динамика твердого тела 12 ч.

Основной закон динамики вращательного движения 4 ч.

Вычисление моментов инерции тел 2 ч.

Закон сохранения момента импульса 2 ч.

Плоское движение твердого тела. Закон сохранения энергии 4 ч.

Тема 7. Основы механики деформируемых тел 2 ч.

Закон Гука 2 ч.

Тема 8. Колебательное движение 10 ч.

Кинематика и динамика гармонических колебаний 4 ч.

Сложение колебаний 2 ч.

Затухающие колебания 2 ч.

Вынужденные колебания. Резонанс 2 ч.

Тема 9. Механика жидкостей и газов 6 ч.

Основные законы гидростатики 2 ч.

Законы гидродинамики. Уравнение Бернулли 4 ч.

Тема 10. Волны в сплошной среде 4 ч.

Бегущие волны. Эффект Доплера 2 ч.

Стоячие волны. Моды и нормальные частоты 2 ч.

5. Темы лабораторных работ.

1. Проверка основного закона динамики вращательного движения с помощью маятника Обербека.

2. Изучение прецессии свободного гироскопа.

3. Изучение движения маятника Максвелла.

4. Изучение качения тела по наклонной плоскости.

5. Определение момента инерции тела методом крутильных колебаний.

6. Определение скорости пули с помощью баллистического маятника.

7. Определение ускорения свободного падения с помощью оборотного и математического маятника.

8. Изучение затухающих колебаний..

9. Изучение сил сухого трения с помощью наклонного маятника.

10. Исследование резонанса при вынужденных колебаниях.

11. Определение упругости твердого тела.

12. Определение модуля сдвига методом кручения.

13. Определение скорости звука в воздухе.

14. Определение скорости распространения ультразвука в твердых телах.

6. Контрольные вопросы к экзамену

Поступательное движение. Перемещение, скорость, ускорение. Обратная задача.
Криволинейное движение, нормальное, тангенциальное и полное ускорение.
Вращательное движение. Угловое смещение, скорость, ускорение.
Принцип относительности Галилея, преобразование координат, следствия из преобразования координат Галилея.
Законы динамики Ньютона. Движение системы материальных точек.
Закон сохранения импульса. Нецентральный удар.
Работа в потенциальном силовом поле. Критерий потенциальности. Потенциальная энергия.
Кинетическая энергия. Закон сохранения энергии.
Принцип относительности Эйнштейна. Относительность одновременности.
Преобразование координат в теории относительности.
Сокращение длины при движении с большими скоростями.
Замедление хода движущихся часов. Собственное время.
Сложение скоростей в теории относительности.
’’Поперечная’’ и ’’продольная’’ массы. Релятивистское уравнение движения.
Полная энергия релятивистской частицы и энергии покоя. Кинетическая энергия.
Вращательное движение. Момент сил относительно точки и относительно оси.
Основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела.
Момент инерции. Вычисление момента инерции диска и шара.
Кинетическая энергия вращающегося тела. Полная кинетическая энергия движущегося тела.
Физический маятник, математический маятник.
Момент импульса, закон сохранения момента импульса.
Понятие о тензоре инерции. Свободные оси.
Гироскопы. Прецессия гироскопа. Гироскопический маятник.
Закон всемирного тяготения. Энергия гравитационного взаимодействия.
Законы Кеплера.
Первая, вторая и третья космические скорости.
Силы инерции в поступательно движущейся неинерциальной системе отсчета.
Силы инерции во вращающихся системах отсчета. Центробежная сила инерции.
Сила инерции Кориолиса. Кориолисово ускорение.
Кинематика гармонических колебаний.
Динамика гармонических колебаний. Уравнение гармонического осциллятора.
Энергия гармонических колебаний.
Сложение гармонических колебаний одинакового направления. Векторные диаграммы.
Сложение гармонических колебаний с близкими частотами. Биения.
Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу.
Затухающие колебания.
Вынужденные колебания. Резонанс.
Амплитудная и фазовая резонансные кривые.
Параметрические колебания, параметрический резонанс.
Движение тел переменной массы, уравнение Мещерского.
Формула Циолковского.
Общие свойства жидкостей и газов.
Уравнение динамики для жидкостей и газов.
Законы гидростатики.
Ламинарное и турбулентное течение жидкости. Уравнение Бернулли.
Течение вязкой жидкости. Закон Пуазейля.
Волны в сплошной среде. Волновое уравнение.
Плоские волны. Поперечные и продольные волны.
Интерференция волн. Стоячие волны.

7. Темы рефератов для самостоятельной работы

(15 ч. индивидуальной и 68 ч. самостоятельной работы)

1. Законы Ньютона – основные законы Классической механики.

2. Инерциальные и неинерциальные системы отсчета.

3. Гироскопы и их применение в технике.

4. Законы сохранения в механике.

5. Движение тел переменных массы. Работы Мещерского и Циолковского.

6. Кинематика теории относительности. Преобразования координат Лоренца и следствия из них.

7. Релятивистская динамика.

8. Гармонические колебания. Уравнение гармонического осциллятора.

9. Вынужденные колебания. Применение в технике.

10. Параметрические колебания.

11. Волны в сплошных средах.

12. Эффект Доплера.

8. Литература.

Основная литература

1. Матвеев А.Н. Механика и теория относительности. М.: Высшая школа. 2006.

2. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.1. Механика. М.: Наука. 2007.

3. Стрелков С.П. Механика. М.: Наука. 2007.

4. Иродов И.Е. Задачи по общей физике. М.: Наука. 2006.

Дополнительная литература

1. Хайкин С.Э. Физические основы механики. М.: Наука. 2007.

2. Стрелков С.П., Сивухин Д.В., Угаров В.А., Яковлев И.А.. Сборник задач по общему курсу физики. Механика. Под редакцией Яковлева И.А. М.: Наука. 1977.

3. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.1. М.: Наука. 2005.

4. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общей физике. М.: Высшая школа. 2006.

II. Методические указания к семинарским и лабораторным занятиям

1. Семихин В.И., Ширшова А.В., Зырянова М.В. Методические рекомендации для практических занятий по курсу общей физики для студентов физического факультета «Решение задач по механике и специальной теории относительности». ТюмГУ, 1999, 68с.

2. Семихин В.И., Семихина Л.П., Зырянова М.В. Учебно-методические указания к физическому практикуму по механике для студентов 1 курса физического факультета. Раздел «Изучение деформаций», ТюмГУ, 1999, 30с.

3. Семихин В.И. Учебно-методические указания для студентов 1 курса физического факультета «Изучение динамики вращательного движения», 1997, 34с.

4. Семихин В.И., Семихина Л.П. Учебно-методические указания для студентов 1 курса физического факультета «Изучение колебательного движения», ТюмГУ, 1995, 28с.

5. Семихин В.И., Ширшова А.В. Учебно-методический комплекс. Методические указания к лабораторной работе для студентов специальностей «Теплофизика», «Физика» «Механика и основы специальной теории относительности. Изучение динамики вращательного движения», ТюмГУ 2008, 14с.

III. Дидактические материалы для самоконтроля, текущего контроля знаний и промежуточной аттестации

Blog