А М Галіахметов - Транспорт і транспортна інфраструктура - страница 1

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43 

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД «ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ» АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНІЙ ІНСТИТУТ

 

«ЗАТВЕРДЖУЮ» Директор АДІ ДВНЗ «ДонНТУ»

М. М. Чальцев 01.03.2012р.

Кафедра «Загальнонаукові дисципліни»

 

 

МЕТОДИЧНИЙ ПОСІБНИК ТА КОНТРОЛЬНІ ЗАВДАННЯ З ЗАГАЛЬНОГО КУРСУ ФІЗИКИ ГАЛУЗЬ ЗНАНЬ 0701 «ТРАНСПОРТ І ТРАНСПОРТНА ІНФРАСТРУКТУРА» ДЛЯ СТУДЕНТІВ ЗАОЧНОЇ ФОРМИ НАВЧАННЯ НАПРЯМУ ПІДГОТОВКИ - 6.070106 «АВТОМОБІЛЬНИЙ ТРАНСПОРТ»

 

 

 

 

 

15/42-2012«РЕКОМЕНДОВАНО»

Навчально-методична комісія факультету «Автомобільний транспорт» Протокол № 4 від 20.12.2011

«РЕКОМЕНДОВАНО»

Кафедра «Загальнонаукові дисципліни» Протокол № 4 від 01.12.2011р.Горлівка - 2УДК 538 (07)

Методичний посібник та контрольні завдання з загального курсу фізики галузі знань 0701 «Транспорт і транспортна інфраструктура» для студентів заочної форми навчання напряму підготовки - 6.070106 «Автомобільний транспорт», [Електронний ресурс] / укладач : А. М. Галіахметов. - Електрон. дані. - Горлівка: ДВНЗ «ДонНТУ» АДІ, 2012. - 1 електрон. опт. диск (СБ-R); 12 см. - Систем. вимоги: Pentium; 32 Mb RAM; WINDOWS 98/2000/NT/XP; М8 Word 2000. - Назва з титул.

екрану.

 

Наведено основні формули, методичні вказівки до розв'язку задач та приклади їх розв'язку, контрольні завдання та довідкові таблиці.Укладач:Відповідальний за випуск:Рецензент:


Сирота В. М., к.т.н., доц.

каф. «Технічна експлуатація автомобілів»© Державний вищий навчальний заклад «Донецький національний технічний університет» Автомобільно-дорожній інститут, 2ЗМІСТ

 

ПЕРЕДМОВА ......  4

РОБОЧА ПРОГРАМА ЗАГАЛЬНОГО КУРСУ ФІЗИКИ ........................................................ 5

ЗАГАЛЬНІ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ....................................................................................... 11

ФІЗИЧНІ ОСНОВИ КЛАСИЧНОЇ МЕХАНІКИ................................................................. 13

1.1  Основні формули................................................................................................................... 13

1.2       Методичні   вказівки   до   розділу   «Фізичні основи
класичної механіки» ............  19

1.3    Приклади розв'язання задач.................................................................................................. 21

1.4    Контрольна робота № 1 ....................................................................................................... 35

МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА. ТЕРМОДИНАМІКА .............................................................. 45

2.1   Основні формули .......  45

2.2      Методичні  вказівки  до  розділу  «Молекулярна фізика.
Термодинамика» .......  51

2.3   Приклади розв'язання задач ................  52

2.4. Контрольна робота № 2......................................................................................................... 63

ЕЛЕКТРОСТАТИКА. ПОСТІЙНИЙ ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ ....................................... 71

3.1     Основні формули................................................................................................................... 71

3.2     Методичні вказівки до розділу «Електростатика. Постійний
електричний струм»
.................................................................................................................... 77

3.3     Приклади розв'язання задач.................................................................................................. 78

3.4     Контрольна робота № 3...................................................................................................... 101

ЕЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ ...................................................................................................... 112

4.1     Основні формули .......  112

4.2     Методичні вказівки до розділу «Електромагнетизм» .................................................... 116

4.3     Приклади розв'язання задач............................................................................................... 118

4.4     Контрольна робота № 4...................................................................................................... 144

ОПТИКА.................................................................................................................................. 155

5.1     Основні формули .......  155

5.2     Методичні вказівки до розділу «Оптика»........................................................................ 160

5.3     Приклади розв'язання задач............................................................................................... 161

5.4     Контрольна робота № 5...................................................................................................... 174

6       ЕЛЕМЕНТИ  АТОМНОЇ  ФІЗИКИ  ТА КВАНТОВОЇ

МЕХАНІКИ. ФІЗИКА ТВЕРДОГО ТІЛА ............................................................................. 183

6.1     Основні формули................................................................................................................ 183

6.2     Методичні вказівки до розділу «Елементи атомної фізики та
квантової механіки. Фізика твердого тіла» ..................  189

6.3     Приклади розв'язання задач............................................................................................... 189

6.4     Контрольна робота № 6...................................................................................................... 202

ДОДАТОК А............................................................................................................................... 210

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ        ПЕРЕДМОВА

 

 

Необхідною умовою розуміння фізичних законів є грамотне застосу­вання їх під час розв'язку задач. Основна мета цього навчально-методичного посібника - надати допомогу студентам-заочникам факуль­тету «Автомобільний транспорт» під час самостійного рішення задач за­гального курсу фізики.

Основний навчальний матеріал програми курсу в посібнику розподі­лений на шість розділів. Передбачається, що, працюючи з даним посібни­ком, читач буде користуватися рекомендованою літературою загального курсу фізики. Тому, на початку кожного розділу розташований лише ко­роткий перелік формул, пов'язаних з рішенням задач, які наведені у дано­му розділі.

Слідом за списком формул поміщені методичні вказівки до розв'язку задач на тему даного розділу. В методичних вказівках наводяться методи та приклади розв'язання конкретних задач. При цьому, акцент зроблено на фізичному боці питання, перевірці розмірності кінцевих формул, методах обчислення. Далі наводяться варіанти контрольних завдань.

Робочими програмами спеціальності АТР передбачені три контроль­ні роботи:

-                     КР № 1 «Фізичні основи класичної механіки» та «Молекулярна фізика. Термодинамика»;

-                     КР № 2 «Електростатика. Постійний електричний струм» та «Електромагнетизм»;

-                     КР № 3 «Оптика» та «Елементи атомної фізики та квантової механіки. Фізика твердого тіла».

Робочими програмами спеціальності АТР (ПР) передбачені чотири контрольні роботи:

-                     КР № 1 «Фізичні основи класичної механіки»;

-                     КР № 2 «Молекулярна фізика. Термодинамика»;

-                     КР № 3 «Електростатика. Постійний електричний струм» та «Електромагнетизм»;

-                     КР № 4 «Оптика» та «Елементи атомної фізики та квантової механіки. Фізика твердого тіла».

Для кожної спеціальності викладачі визначають правила вибірки номерів задач з наведених у посібнику таблиць варіантів завдань.РОБОЧА ПРОГРАМА ЗАГАЛЬНОГО КУРСУ ФІЗИКИ

 

У цьому розділі наведемо робочу програму загального курсу фізики, шодо галузі знань 0701 «Транспорт і транспортна інфраструктура» для студентів заочної форми навчання напряму підготовки - 6.070106 «Авто­мобільний транспорт».

Фізичні основи класичної механіки

Механічний рух як найпростіша форма руху матерії. Уявлення про властивості простору й часу, що лежать в основі класичної (ньютонівсь-кої) механіки. Елементи кінематики матеріальної точки. Швидкість і при­скорення точки як похідні радіуса-вектора за часом. Нормальне та танген­ціальне прискорення. Радіус кривизни траєкторії. Поступальний рух твер­дого тіла.

Динаміка матеріальної точки й поступального руху твердого тіла. Закон інерції й інерціальні системи відліку. Закони динаміки матеріальної точки й системи матеріальних точок. Зовнішні та внутрішні сили. Центр мас (центр інерції) механічної системи та закон його руху. Закон збере­ження імпульсу.

Енергія як універсальна міра різних форм руху й взаємодії. Робота змінної сили. Кінетична енергія механічної системи та її зв'язок з роботою зовнішніх і внутрішніх сил, прикладених до системи.

Поле як форма матерії, що здійснює силову взаємодію між частин­ками речовини. Потенційна енергія матеріальної точки в зовнішньому си­ловому полі та її зв'язок з силою, що діє на матеріальну точку. Поняття про градієнт скалярної функції координат. Поле центральних сил. Потен­ційна енергія системи. Закон збереження механічної енергії. Дисипація енергії. Закон збереження й перетворення енергії як прояв незнищенності матерії та її руху. Застосування законів збереження до зіткнення пружних і не пружних тіл.

Елементи кінематики обертального руху. Кутова швидкість і кутове прискорення, їх зв'язок з лінійними швидкостями та прискореннями точок тіла, що обертаються. Момент сили й момент імпульсу механічної систе­ми. Момент сили відносно осі. Момент імпульсу тіла відносно нерухомої осі обертання. Момент інерції тіла відносно осі. Рівняння динаміки обер­тального руху твердого тіла відносно нерухомої осі. Кінетична енергія ті­ла, що обертається. Закон збереження моменту імпульсу та його зв'язок з ізотропністю простору. Неінерціальні системи відліку. Сили інерції. Елементи спеціальної (приватної) теорії відносності Перетворення Галілея. Механічний принцип відносності. Постулати спеціальної теорії відносності. Перетворення Лоренца. Поняття одночас­ності. Відносність довжин і проміжків часу. Інтервал між подіями та його інваріантність по відношенню до вибору інерціальної системи відліку якпрояв взаємозв'язку простору й часу. Релятивістський закон додавання швидкостей. Релятивістський імпульс. Основний закон релятивістської динаміки матеріальної точки. Релятивістський вираз для кінетичної енер­гії. Взаємозв'язок маси й енергії. Енергія зв'язку системи. Співвідношення між повною енергією та імпульсом частинки. Межі застосування класич­ної (ньютонівської) механіки.

Механічні коливання й хвилі в пружних середовищах Гармонійні механічні коливання. Кінематичні характеристики гар­монійних коливань. Диференціальне рівняння гармонічних коливань. Пружинний, фізичний і математичний маятники. Енергія гармонічних ко­ливань. Додавання гармонічних коливань одного напрямку й однакової частоти. Биття. Додавання взаємно перпендикулярних коливань. Ди­ференціальне рівняння затухаючих коливань і його рішення. Аперіодич­ний процес. Диференціальне рівняння вимушених коливань і його рішен­ня. Амплітуда зміщення й фаза вимушених коливань. Поняття про резо­нанс.

Хвильові процеси. Механізм утворення механічних хвиль в пружно­му середовищі. Поздовжні й поперечні хвилі. Синусоїдальні (гармонійні) хвилі. Рівняння біжучої хвилі. Довжина хвилі й хвильове число. Хвильове рівняння. Фазова швидкість і дисперсія хвиль. Енергія хвилі. Принцип су­перпозиції хвиль і межі його застосовності. Хвильовий пакет. Групова швидкість. Когерентність.

Інтерференція хвиль. Утворення стоячих хвиль. Рівняння стоячої хвилі та його аналіз.

Основи молекулярної фізики й термодинаміки

Статистичний та термодинамічний метод дослідження. Термодина­мічні параметри. Рівноважні стани й процеси, їх зображення на термоди­намічних діаграмах. Виведення рівняння молекулярно - кінетичної теорії ідеальних газів для тиску та його порівняння з рівнянням Менделєєва -Клапейрона. Середня кінетична енергія молекул. Молекулярно-кінетичне тлумачення термодинамічної температури. Число ступенів свободи моле­кули. Закон рівномірного розподілу енергії за ступенями свободи молекул. Внутрішня енергія ідеального газу. Робота газу при зміні його об'єму. Кі­лькість теплоти. Теплоємність. Перший закон термодинаміки. Застосуван­ня першого закону термодинаміки до ізопроцесів та адіабатного процесу ідеального газу. Залежність теплоємності ідеального газу від виду проце­су. Класична молекулярно-кінетична теорія теплоємностей ідеальних газів та її обмеженість.

Закон Максвелла для розподілу молекул ідеального газу за швидкос­тями й енергіями теплового руху. Барометрична формула. Закон Больцма-на для розподілу частинок у зовнішньому потенціальному полі. Середнє число зіткнень і середня довжина вільного пробігу молекул. Час релакса­ції. Явища переносу у термодинамічно нерівноважних системах. Дослідні закони дифузії, теплопровідності та внутрішнього тертя. Молекулярно-кінетична теорія цих явищ.

Зворотні й незворотні процеси. Круговий процес (цикл). Теплові двигуни й холодильні машини. Цикл Карно та його ККД для ідеального газу. Другий закон термодинаміки. Незалежність ККД циклу Карно від природи робочого тіла. Ентропія. Ентропія ідеального газу. Статистичне тлумачення другого закону термодинаміки.

Відхилення від законів ідеальних газів. Реальні гази. Сили і потен­ціальна енергія міжмолекулярної взаємодії. Ефективний діаметр молекул. Рівняння Ван-дер-Ваальса. Порівняння ізотерм Ван-дер-Ваальса з експе­риментальними. Фазові переходи I і II роду. Критичний стан. Внутрішня енергія реального газу. Особливості рідкого й твердого станів речовини.

Електростатика

Закон збереження електричного заряду. Електричне поле. Основні характеристики електростатичного поля - напруженість і потенціал. На­пруженість як градієнт потенціалу. Розрахунок електростатичних полів методом суперпозиції. Потік вектора напруженості. Теорема Остроградсь-кого - Гаусса для електростатичного поля у вакуумі. Застосування теоре­ми Остроградського - Гаусса до розрахунку поля. Електричне поле в ре­човині. Вільні та пов'язані заряди в діелектриках. Типи діелектриків. Еле­ктронна та орієнтаційна поляризація. Поляризованність. Діелектрична сприйнятність. Електричне зміщення. Діелектрична проникність середо­вища. Обчислення напруженості поля в діелектрику. Сегнетоелектрики. Провідники в електричному полі. Поле всередині провідника й біля його поверхні. Розподіл зарядів у провіднику. Електроємність відокремленого провідника. Взаємна ємність двох провідників. Конденсатори. Енергія за­ряджених провідника, конденсатора й системи провідників. Енергія елек­тростатичного поля. Об'ємна густина енергії.

Постійний електричний струм

Постійний електричний струм, його характеристики й умови існу­вання. Класична електронна теорія електропровідності металів та її дослі­дне обґрунтування. Виведення закону Ома в диференціальній формі з електронних уявлень. Закон Відемана - Франца. Закон Ома в інтегральній формі. Різниця потенціалів, електрорушійна сила, напруга. Труднощі кла­сичної теорії електропровідності металів. Межі застосовності закону Ома. Струм у газах. Плазма. Робота виходу електронів з металу. Термоелек­тронна емісія.

Електромагнетизм

Магнітне поле. Магнітна індукція. Закон Ампера. Магнітне поле струму. Закон Біо - Савара-Лапласа та його застосування до розрахунку магнітного поля. Магнітне поле прямолінійного провідника зі струмом.Магнітне поле кругового струму. Магнітний момент витка зі струмом. Вихровий характер магнітного поля. Закон повного струму (циркуляція вектора магнітної індукції) для магнітного поля у вакуумі та його застосу­вання до розрахунку магнітного поля тороїда та довгого соленоїда. Дія магнітного поля на рухомий заряд. Сила Лоренца. Рух заряджених части­нок в магнітному полі. Принцип дії циклічних прискорювачів заряджених частинок. Ефект Холла. МГД-генератор. Контур зі струмом у магнітному полі. Магнітний потік. Теорема Остроградського - Гаусса. Робота пере­міщення провідника й контуру зі струмом у магнітному полі.

Явище електромагнітної індукції (досліди Фарадея). Правило Ленца. Закон електромагнітної індукції та його висновок із закону збереження енергії. Явище самоіндукції. Індуктивність. Струми при замиканні й роз­миканні ланцюга. Явище взаємної індукції. Взаємна індуктивність. Енер­гія системи провідників зі струмом. Густина енергії магнітного поля.

Магнітне поле в речовині. Магнітні моменти атомів. Типи магнети­ків. Намагніченість. Мікро - і макроструми. Елементарна теорія діа - і па­рамагнетизму. Магнітна сприйнятливість речовини та її залежність від температури. Закон повного струму для магнітного поля в речовині. На­пруженість магнітного поля. Магнітна проникність середовища. Феромаг­нетики. Досліди Столєтова. Крива намагнічування. Магнітний гістерезис. Точка Кюрі. Домени. Спінова природа феромагнетизму.

Основи теорії Максвелла для електромагнітного поля. Струм змі­щення. Рівняння Максвелла для електромагнітного поля в інтегральній формі.

Електромагнітні коливання і хвилі

Гармонічні електромагнітні коливання та їх характеристики. Дифе­ренціальне рівняння електромагнітних коливань. Електричний коливаль­ний контур. Енергія електромагнітних коливань. Диференціальне рівняння електромагнітних коливань і його рішення. Диференціальне рівняння ви­мушених коливань і його рішення. Амплітуда й фаза вимушених коли­вань. Випадок резонансу. Електромагнітні хвилі. Диференціальне рівнян­ня електромагнітної хвилі. Основні властивості електромагнітних хвиль. Монохроматична хвиля. Енергія електромагнітних хвиль. Потік енергії. Вектор Умова - Пойнтінга. Випромінювання диполя.

Хвильова оптика

Інтерференція світла. Когерентність і монохроматичність світлових хвиль. Розрахунок інтерференційної картини від двох когерентних дже­рел. Оптична довжина шляху. Інтерференція світла в тонких плівках. Ін­терферометри. Дифракція світла. Принцип Гюйгенса - Френеля. Метод зон Френеля. Прямолінійне поширення світла. Дифракція Френеля на круглому отворі й диску. Дифракція Фраунгофера на одній щілині й диф­ракційної решітці. Роздільна здатність оптичних приладів. Дифракція напросторовій решітці. Формула Вульфа - Брегга. Принцип голографії. До­слідження структури кристалів. Оптично неоднорідне середовище. Дис­персія світла. Області нормальної й аномальної дисперсії. Електронна теорія дисперсії світла. Ефект Доплера. Випромінювання Вавилова - Че-ренкова. Поляризація світла. Природне й поляризоване світло. Поляриза­ція світла при відображенні. Закон Брюстера. Подвійне променезалом-лення. Одноосьові кристали. Поляроїди й поляризаційні призми. Закон Малюса.

Квантова природа випромінювання

Теплове випромінювання. Чорне тіло. Закон Кірхгофа. Закон Стефа­на - Больцмана. Розподіл енергії в спектрі абсолютно чорного тіла. Закон зміщення Віна. Квантова гіпотеза й формула Планка. Оптична пірометрія. Зовнішній фотоефект і його закони. Фотони. Рівняння Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту. Маса та імпульс фотона. Тиск світла. Досліди Лебедєва. Квантове і хвильове пояснення тиску світла. Ефект Комптона та його теорія. Діалектична єдність корпускулярних і хвильових властивос­тей ектромагнітного випромінювання.

Елементи атомної фізики та квантової механіки

Дослідне обґрунтування корпускулярно-хвильового дуалізму влас­тивостей речовини. Формула де Бройля. Співвідношення невизначеностей як прояв корпускулярно-хвильового дуалізму властивостей матерії. Хви­льова функція та її статистичний зміст. Обмеженість механічного детер­мінізму. Принцип причинності в квантовій механіці. Стаціонарні стани. Рівняння Шредінгера для стаціонарних станів. Вільна частинка. Тунель­ний ефект. Частинка в одномірній прямокутній «потенціальній ямі». Ква­нтування енергії та імпульсу частинки. Поняття про лінійний гармонійний осцилятор. Атом водню. Головні, орбітальні і магнітні квантові числа. До­слід Штерна й Герлаха. Спін електрона. Спінове квантове число. Ферміо-ни й бозони. Принцип Паулі. Розподіл електронів в атомі за станами. По­няття про енергетичні рівні молекул. Спектри атомів і молекул. Погли­нання, спонтанне й вимушене випромінювання. Поняття про лазер.

Елементи квантової статистики та фізики твердого тіла

Фазовий простір. Елементарна комірка. Густина станів. Поняття про квантову статистику Бозе - Ейнштейна. Фотонний і фононний гази. Розпо­діл фононів за енергіями. Теплоємність кристалічної решітки. Надплин-ність. Поняття про квантову статистику Фермі - Дірака. Розподіл електро­нів провідності в металі за енергіями при абсолютному нулі температури. Енергія Фермі. Вплив температури на розподіл електронів. Рівень Фермі. Внутрішня енергія та теплоємність електронного газу в металі. Електро­провідність металів. Надпровідність. Магнітні властивості надпровідників.

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43 


Похожие статьи

А М Галіахметов - Транспорт і транспортна інфраструктура

А М Галіахметов - Молекулярна фізика і термодинаміка

А М Галіахметов - Розділи класична механіка і молекулярна фізика та термодинаміка