ФИЗИКА
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
И КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
для студентов – заочников
инженерно – технических направлений
и специальностей МГТУ
Под редакцией А. А. Краева
Издание второе, переработанное и дополненное
Мурманск
1998
ББК 22.5
Ф50
УДК 530.1
Вихорев И.Б., Краев А.А. ФИЗИКА: Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников инженерно-технических направлений и специальностей МГТУ/Под ред. А. А. Краева. – 2-е изд., перераб. и доп. – Мурманск, 1998.
Содержатся общие методические указания к решению задач и выполнению контрольных работ. Предложена примерная схема решения задач. В таблицах приложения приводятся необходимые для решения задач физические постоянные, даны некоторые формулы приближенных вычислений.
Предназначено для студентов-заочников инженерно-технических направлений и специальностей. Может быть полезно курсантам и студентам дневных факультетов, а также преподавателям физики высших учебных заведений.
Табл. 29, список лит. – 39 назв.
Игорь Борисович Вихорев Александр Анатольевич Краев
ФИЗИКА: Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников инженерно-технических направлений и специальностей МГТУ.
© Мурманский государственный технический университет, 1999
Рукопись издается без редактирования
ПРЕДИСЛОВИЕ
Физика – фундаментальная база для теоретической подготовки будущих инженеров, без которой их успешная деятельность невозможна. Основной целью настоящего пособия является оказание помощи студентам-заочникам при самостоятельном изучении курса общей физики. Настоящее учебно-методическое пособие предназначено в первую очередь для студентов-заочников инженерно-технических направлений и специальностей вечерне-заочного факультета Мурманского государственного технического университета (МГТУ), однако оно может быть полезно курсантам и студентам дневных факультетов. Основной учебный материал программы курса общей физики в данном пособии распределен на шесть разделов:
1. Физические основы механики.
2. Молекулярная физика. Термодинамика.
3. Электростатика. Электрический ток.
4. Электромагнетизм.
5. Волновая оптика. Квантовая природа излучения.
6. Атомная и ядерная физика. Квантовая механика. Физика твердого тела.
В пособии даны общие методические указания к решению задач и выполнению контрольных работ, к самостоятельной работе над учебными материалами. Кроме того, здесь же предложена примерная схема решения задач, " приводится литература для подготовки к выполнению контрольных работ. В таблицах приложения приводятся основные физические постоянные и величины, необходимые для решения задач, даны некоторые формулы для приближенных вычислений. В конце пособия помещен список основной и дополнительной литературы.
В данном учебно-методическом пособии учтены особенности учебных планов разных направлений и специальностей вечерне-заочного факультета (ВЗФ) – различие в числе контрольных работ и во времени, отводимом для изучения курса физики. Поэтому в пособии даны различные таблицы вариантов контрольных работ для всех инженерно-технических направлений и специальностей вечерне-заочного факультета МГТУ.
В отличие от первого издания (Мурманск, МГТУ, 1997) в данное издание внесен ряд изменений и дополнений. Прежде всего был пересмотрен весь текст пособия и внесены необходимые исправления. Существенным образом переработаны контрольные работы № 3 и № 4 ("Электростатика. Электрический ток. Электромагнетизм"). Некоторые менее удачные задачи заменены новыми. Кроме того, приводится необходимая литература для подготовки к каждой контрольной работе по всем разделам курса общей физики.
В данном издании исправлены замеченные неточности и опечатки предыдущего пособия. Увеличено количество таблиц приложения, расширен список рекомендуемой литературы.
Надеемся, что коллеги и читатели будут помогать нам своими предложениями и советами по дальнейшему улучшению содержания пособия, которые будут с благодарностью восприняты.
Авторы
Мурманск, ноябрь 1998 г.
Решение задач
Систематическое решение задач – один из лучших методов прочного усвоения, проверки и закрепления теоретического материала и необходимое условие успешного изучения курса физики. Решение задач помогает уяснить физический смысл явлений, закрепляет в памяти формулы, прививает навыки практического применения теоретических знаний. Прежде чем приступить к решению той или иной задачи необходимо хорошо понять ее содержание и поставленные в ней вопросы. При решении задач необходимо выполнять следующие указания:
1. Сначала ознакомьтесь с таблицами приложения, так как решение многих задач без них невозможно. Кроме того, содержащийся в этих таблицах справочный материал значительно облегчит Вашу работу и сэкономит время.
2- Хорошо вникнув в условие задачи, ее смысл и постановку вопроса, сделайте краткую запись условия.
3. Установите, все ли данные, необходимые для решения задачи, приведены. Константы физических величин и другие недостающие справочные данные, где это необходимо, можно найти в соответствующих таблицах приложения.
4. Запишите основные законы и формулы, на которых базируется решение задачи, дайте словесную формулировку этих законов и разъясните буквенные обозначения, употребляемые при написании формул. Если при решении задач применяется формула, полученная для частного случая, не выражающая какой-нибудь физический закон, или не являющаяся определением какой-либо физической величины, то ее следует вывести.
5. Выполните рисунок, начертите схему или сделайте чертеж, поясняющие содержание задачи (если позволяет характер задачи и в тех случаях, когда возможно) – это во многих случаях значительно облегчает как поиск решения, так и само решение. Выполнять их надо аккуратно при помощи чертежных принадлежностей.
6. Решение задач сопровождайте краткими, но исчерпывающими пояснениями.
7. При решении задач необходимо обосновывать каждый этап решения, исходя из теоретических положений курса. Если Вы видите несколько путей решения, то должны сравнить их и выбрать из них самый лучший и рациональный.
8. Решите задачу в общем виде, т. е. выразите искомую величину в буквенных обозначениях величин, заданных в условии задачи и взятых из таблиц. Решение в общем виде придает окончательному результату особую ценность, так как позволяет установить определенную закономерность, показывающую, как зависит искомая величина от заданных величин. Кроме того, ответ, полученный в общем виде, позволяет судить в значительной степени о правильности самого решения. При таком способе решения не производятся вычисления промежуточных величин (числовые значения подставляются только в окончательную расчетную формулу, выражающую искомую величину).
В тех случаях, когда в процессе нахождения искомых величин приходится решать систему нескольких громоздких уравнений, как, например, часто бывает при нахождении токов, текущих в сложных разветвленных цепях (см. контр, раб. № 3, задачи 351 – 360), целесообразно сначала подставить в эти уравнения числовые значения коэффициентов и лишь затем определять значения искомых физических величин.
9. После получения расчетной формулы для проверки правильности ее следует подставить в правую часть этой формулы вместо символов величин размерности (или сокращенные обозначения) единиц измерения этих величин, произвести с ними необходимые действия и убедиться в том, что полученная при этом единица соответствует размерности искомой величины (или ее единицы). Если в формулу входит показательная функция, то размерность показателя должна быть равна нулю. Неверная размерность служит явным признаком ошибочности решения.
10. Если возможно, исследуйте поведение решения в предельных частных случаях.
11. Выразите все физические величины, входящие в расчетную формулу, в единицах Международной системы единиц СИ. При решении задач следует, как правило, пользоваться этой системой единиц (СИ) или единицами одной системы.
12. Подставьте в окончательную расчетную формулу, полученную в результате решения задачи в общем виде, заданные числовые значения величин, выраженные в единицах одной системы. Несоблюдение этого правила приводит к неверному результату. В виде исключения из этого правила допускается выражать в любых, но только одинаковых единицах, числовые значения лишь тех однородных величин, которые входят в виде сомножителей в числитель и знаменатель формулы и имеют одинаковые показатели степени.
13. При подстановке в расчетную формулу, а также при записи ответа числовые значения физических величин следует записывать как произведение десятичной дроби с одной значащей цифрой перед запятой на соответствующую степень десяти.
Например, вместо 4560 надо записывать 4,56·103, а вместо 0,00789 записать 7,89·10־3 и т. п.
14. Подставив в формулу числовые значения, прежде чем начать вычисления, проверьте, нельзя ли воспользоваться формулами для приближенных вычислений, приведенными в приложении к настоящему пособию.
15. Произведите вычисление величин, подставленных в окончательную расчетную формулу, руководствуясь правилами приближенных вычислений.
16. В конце каждой решенной задачи необходимо записать ответ. Числовое значение ответа и сокращенное наименование единицы измерения искомой величины привести в той системе, в которой производились вычисления.
17. Точность расчета определяется числом значащих цифр исходных данных. Как правило, окончательный ответ следует записывать с тремя значащими цифрами. Это относится и к случаю, когда результат получен с применением микрокалькулятора.
18. Оцените, где это целесообразно, реальность и правдоподобность полученного численного ответа. В ряде случаев такая оценка поможет обнаружить ошибочность полученного результата.
Например, скорость υ тепа не может быть больше скорости света в вакууме с = =3·108 м/с; масса молекулы mo не может быть порядка 1 мг; коэффициент полезного действия η тепловой машины не может быть больше 1 (единицы) или 100 % ; электрический заряд q не может быть меньше элементарного заряда е = 1,60·10־CAPut!’ Кл и т. д.
CAPut!’. Полезно, если это возможно, решить задачу несколькими способами и сравнить полученные результаты.
Решение задач определенного типа нужно продолжать до приобретения достаточно твердых навыков в их решении.
Умение решать задачи приобретается длительными и систематическими упражнениями. Чтобы научиться решать задачи и подготовиться к выполнению контрольной работы, следует после изучения очередного раздела учебника внимательно разобрать, а затем решить достаточное количество задач из различных задачников по физике (см. список основной и дополнительной литературы).
Примерная схема решения задач
Физические задачи даже в одной контрольной работе весьма разнообразны, и предложить единую схему их решения невозможно. Можно рекомендовать лишь определенный алгоритм решения задач.
При решении задач целесообразно придерживаться следующей схемы:
1. По условию задачи представьте себе физическое явление, о котором идет речь. Вникнув в условие задачи, сделайте краткую запись условия, выразив все исходные данные в единицах СИ.
2. Сделайте, где это необходимо и возможно, чертеж, схему или рисунок, поясняющие содержание задачи или описанный в задаче процесс.
3. Установив, какие физические законы лежат в основе данной задачи, напишите уравнение или систему уравнений, отображающие этот физический
процесс.
4. В соответствии с условием задачи преобразуйте уравнения так, чтобы в них входили лишь исходные данные и табличные величины.
5. Решите задачу в общем виде, т. е. выразите искомую физическую величину через заданные в задаче и табличные величины в буквенных обозначениях без подстановки числовых значений в промежуточные формулы.
6. Проверив правильность общего решения, проверьте ответ по равенству размерностей величин, входящих в расчетную формулу.
7. Подставьте числа в окончательную расчетную формулу, произведите вычисления и укажите единицу измерения искомой физической величины.
8. Получив числовой ответ, оцените, где это возможно, его реальность и правдоподобность.
Контрольная работа № 2
Контрольная работа №3
Контрольная работа № 5
Номера задач
Перед решением задач данной контрольной работы необходимо хорошо изучить соответствующие темы курса общей физики, указанные в следующей таблице:
Номера задач | Наименование темы |
601–610 | Атом водорода по теории Бора |
611–620 | Волновые свойства микрочастиц. Волны де Бройля |
621–630 | Соотношения неопределенностей Гейзенберга |
631–640 | Простейшие случаи движения микрочастиц |
641–650 | Радиоактивность |
651–660 | Дефект массы и энергия связи атомных ядер. Ядерные реакции |
661–670 | Тепловые свойства твердых тел |
671–680 | Элементы квантовой статистики. Полупроводники |
Литература для подготовки к выполнению контрольной работы № 6
Наименование темы | Трофимова Т. И, Курс физики. М., Высшая школа, 1997 | ДетлафА. А., Яворский Б. М. Курс физики. М., Высшая школа, 1989 | Савельев И. В., Курс общей физики. Т.З. М., Наука, 1987 | |
1. Атом водорода по теории Бора | Гл.27,§209 – 210,с.387 – 389; §212,с.391-393. Гл.29,§223, с. 412-416. | Гл.38,§38.3 – 38.4,с.447 – 452.Гл.39, §39.1,с.455. | Гл.Ш, §12,с.46-48; §17, с. 59-61. Гл.V, §28,с.93 – 99. | |
2. Волновые свойства микрочастиц. Волны де Бройля | Гл.28, §213, С.393 – 395. | Гл.37, §37.1,с.422 – 426. | Гл.IV,§18, c. 62 – 65. | |
3. Соотношения неопределенностей Гейзенберга | Гл.28,§215, с.396 – 398. | Гл.37,§37.4, c.428 – 431. | Гл.IV, §20, с. 68 – 72. | |
4. Простейшие случаи движения микрочастиц | Гл.28, § 220, с. 404 – 407. | Гл.37, § 37.7, с. 434 – 437. | Гл.IV,§23, c.77 – 81. | |
5. Радиоактивность | Гл.32, §256,с.472 – 474. | Гл.45, §45.4, с.535 – 537. | Гл.Х, §70, с. 244 – 252. | |
6. Дефект массы и энергия связи атомных ядер. Ядерные реакции | Гл.32, §252,с. 467 – 468; § 262 – 265,с.484 – 490; §268, c.494 – 496, | Гл.45, §45.2, с.533 – 534; § 45.9, с.542 – 546. | Гл.Х, §67, с.234 – 237; §71 – 73, c.252 – 265. | |
7. Тепловые свойства твердых тел | Гл.30, §237, с.438 – 439. | Гл.41, §41.8, с.498 – 500. | Гл.VI, §48, с. 162 – 166. | |
8. Элементы квантовой статистики. Полупроводники | Гл.31,§242, с.445 – 448. | Гл.43, §43.4 – 43.5, с. 516 – 523. Гл.44, §44.4, с. 528 – 530. | Гл.VIII,§58, с.201 – 204. | |
Контрольная работа №6
ПРИЛОЖЕНИЕ
1. Основные физические постоянные (округленные значения)
Физическая постоянная | Обозначение | Числовое значение |
Нормальное ускорение свободного падения Гравитационная постоянная Постоянная Авогадро Число Лошмидта Молярная газовая постоянная Стандартный объем газа Постоянная Больцмана Скорость света в вакууме Элементарный заряд Масса покоя электрона Удельный заряд электрона Масса покоя протона Удельный заряд протона Постоянная Фарадея Постоянная Стефана – Больцмана Постоянная Вина в первом законе (смещения) Постоянная Вина во втором законе Постоянная Планка Постоянная Ридберга Первый боровский радиус Энергия ионизации атома водорода Комптоновекая длина волны электрона Комптоновекая длина волны протона Комптоновекая длина волны нейтрона Атомная единица массы Энергия, соответствующая 1 а. е. м. Электрическая постоянная Магнитная постоянная Магнетон Бора Ядерный магнетон | g γ na nо R Vm k с e т e e/me mp e/mp F σ b С h ћ R R′ R" ao Е i λce λcp λcn a. е. м . εo μo μB μN | 9,81 м/с2 6,67.10‾11м3/(кг·с2) 6,02·1023 моль‾1 2,69·1025 м‾3 8,31 Дж/(моль.К) 22,4.10‾3 м3/моль 1,38·10‾23 Дж/К 3,00·108 м/с 1,60·10‾19Кл 9,11·10‾31 кг 1,76·1011 Кл/кг 1,67·10‾27 кг 9,59·107 Кл/кг 96,5 кКл/моль 5,67·10‾8 Вт/(м2·К4) 2,90·10‾3м·К 1,30·10‾3 Вт/(м3·К5) 6,626·10‾14 Дж·с 1,054· 10‾34 Дж·с 1,097·107 м‾1 3,29·1015 c‾1 2,07·1016 с‾1 5,29·10‾11 м 2,18·10‾18 Дж(13,6 эВ) 2,436·10‾12 м 1,321·10‾15м 1,319·10‾15 м 1,660·10‾27 кг 931,42МэВ 8,85·10‾12 Ф/м 4π·10‾7 Гн/м 9,27·10‾24Дж/Тл 5,05·10‾27 Дж/Тл |
Плотность твердых тел
Твердое тело | Плотность ρ, кг/м3 | Твердое тело | Плотность ρ, кг/м3 |
Алюминий Барий Ванадий Висмут Вольфрам Германий Железо Золото Индий Калий Каменная соль Кварц Кремний Латунь Лед Литий | 2,70·103 3,50·103 6,02·103 9,80·103 CAPut!’,3·103 5,46·103 7,87·103 CAPut!’,3·103 7,28·103 0,86·103 2,20·103 2,65·103 2,35·103 8,55·103 0,90·103 0,53·103 | Марганец Медь Натрий Никель Олово Платина Пробка Свинец Серебро Сталь Теллур Уран Фарфор Цезий Цинк Эбонит | 7,40·103 8,93·103 0,97·103 8,90·103 7,30·103 21,4·103 0,20·103 11,3·103 10,5·103 7,70·103 6,02·103 18,7·103 2,30·103 1,90·103 7,15·103 1,20·103 |
Плотность жидкостей
Жидкость | Плотность ρ, 103 кг/м3 | Жидкость | Плотность ρ, 103 кг/м3 |
Бензол Вода (при t = 4°С) Глицерин Керосин Масло смазочное | 0,88 1,00 1,26 0,80 0,90 | Масло касторовое Ртуть Сероуглерод Спирт Эфир | 0,96 13,6 1,26 0,80 0,70 |
Газ
Критическая температура Tкр, К
Критическое давление
p кр , Мпа
Поправки Ван-дер-Ваальса
9. Динамическая вязкость и поверхностное натяжение Жидкостей (при г = 20°С)
Жидкость | Динамическая вязкость η, мПа·с | Поверхностное натяжение σ, мН/м |
Вода Глицерин Масло касторовое Мыльная вода Ртуть Спирт Эфир | 1,00 1480 990 – 1,58 1,20 0,24 | 73 62 33 40 500 22 17 |
Скорость звука в веществе
Вещество | Скорость звука υ , м/с |
Алюминий Бериллий Вода Воздух (при нормальных условиях) Воск Железо Кирпич | 5100 12250 1450 332 390 5300 3650 |
Показатель преломления
(средние значения для видимой части спектра)
Вещество | Показатель преломления n | Вещество | Показатель преломления n |
Алмаз Бензол Вода Воздух Глицерин Каменная соль | 2,42 1,50 1,33 1,00029 1,47 1,54 | Кварц Лед Масло коричное Сероуглерод Скипидар Стекло | 1,55 1,31 1,60 1,63 1,48 1,50 |
Частица
Обозначение
Масса
Энергия
Порядковый номер
Изотоп
1
1H
2H
3H
2
3He
4He
3
6Li
7Li
4
7Be
8Be
9Be
10Be
5
9B
10B
11B
6
10C
11C
12C
13C
14C
7
13N
14N
15N
8
15O
16O
17O
18O
9
19F
10
20Ne
11
22Na
23Na
24Na
12
23Mg
24Mg
27Mg
13
27Al
30Al
14
26Si
28Si
30Si
31Si
15
31P
33P
CAPut!’
51K
20
44Ca
82
207Pb
84
210Po
92
235U
Водород
Гелий
Литий
Бериллий
Бор
Углерод
Азот
Кислород
Фтор Неон Натрий
Магний
1Н
2Н
3Н
3Не
4Не
6Li
7Li
7Be
8Be
9Be
10Be
9B
10B
11B
10С
11С
12С
13С
14С
13N
14N
15N
15O
16O
17O
18O
19F
20Ne
22Na
23Na
24Na
23Mg
24Mg
27Mg
1,00783
2,01410
3,01605
3,01603
4,00260
6,01513
7,01601
7,01693
8,00531
9,012)9
10,01354
9,01333
10,01294
11,00931
10,00168
11,01143
12,00000
13,00335
14,00324
13,00574
14,00307
15,00011
15,00307
15,99491
16,99913
17,99916
18,99840
CAPut!’,99244
21,99444
22,98977
23,99097
22,99414
23,98504
26,98436
Алюминий
Кремний
Фосфор
Калий
Кальций
Свинец
Полоний
Уран
27Al
30Al
26Si
28Si
30Si
31Si
31P
33P
41K
44Ca
207Pb
210Po
235U
26,98135
29,99817
26,81535
27,9769
29,97377
30,97535
30,97376
32,97174
40,96184
43,95549
206.97590
209,98297
235,04393
CAPut!’. Относительные атомные массы (округленные значения) и порядковые номера некоторых элементов
Элемент | Символ элемента | Относительная атомная масса АТ | Порядковый номер Z |
Азот Алюминий Аргон Барий Бериллий Бор Ванадий Водород Вольфрам Гелий Германий Железо Золото Индий Кадмий Калий Кальций Кислород Кобальт Кремний Криптон Ксенон Литий Магний Марганец Медь Молибден Натрий Неон Никель Олово Платина Ртуть Свинец Сеяен Сера Серебро Титан Углерод Уран Фосфор Фтор Хлор Хром Цинк | N А1 Аг Ва Be В V Н W Не Ge Fe Au In Cd К Ca 0 Co Si Kr Xe Li Mg Mn Cu Mo Na Ne Ni Sn Pt Hg Pb Se S Ag Ti С U P F Cl Cr Zn | 14 27 40 137 9 11 51 1 184 4 73 56 197 115 112 39 40 16 59 28 84 131 7 24 55 64 96 23 20 59 119 195 201 207 79 32 108 48 12 238 31 CAPut!’ 35 52 65 | 7 13 18 56 4 5 23 1 74 2 32 26 79 49 48 CAPut!’ 20 8 27 14 36 54 3 12 25 29 42 11 10 28 50 78 80 82 34 16 47 22 6 92 15 9 17 24 30 |
Приставка
Множитель
Приставка
Множитель
Греческий алфавит
Обозначения букв | Название букв | Обозначения букв | Название букв |
А, α B, β Γ, γ Δ, δ Ε, ε Ζ, ζ, ς Η, η Θ, θ Ι, ι Κ, æ Λ, λ Μ, μ | альфа бета гамма дельта эпсилон дзета эта тэта йота каппа ламбда мю | N, v Ξ, ξ 0, о Π, π Ρ, ρ Σ, σ Τ, τ Υ, υ Φ, φ Χ, χ Ψ, ψ Ω, ω | ню кси омикрон пи ро сигма тау ипсилон фи хи пси омега |
ЛИТЕРАТУРА
Основная
Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1997.
ДетлафА.А., Яворский Б.М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1989.
Савельев И.В. Курс общей физики. T.I.- М.: Наука, 1987.
Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2.-М.: Наука, 1988.
Савельев И.В. Курс общей физики. Т.З. – М.: Наука, 1987.
Савельев И.В. Курс физики. – М.: Наука, 1989. Т.1,2,3.
Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики. – Киев: Днiпро, 1994. Т.1,2,3.
Геворкян Р.Г. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1979.
Рымкевич П.А. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1975.
Шубин А.С. Курс общей физики.-М.: Высшая школа, 1976.
Бушманов Б.Н., Хромов Ю.А. Физика твердого тела. – М.: Высшая школа, 1971.
Епифанов Г. И. Физика твердого тела. – М.: Высшая школа, 1977.
Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. – М.: Интеграл-Пресс, 1997.
Волькенштейн B.C. Сборник задач-по общему курсу физики. – СПб.: Специальная литература,1997.
Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики. – М.: Высшая школа, 1996.
Трофимова Т.И. Физика. 500 основных законов и формул, – М.: Высшая школа,1997.
Загуста Г.А., Макеева Г.П., Микулич А.С., Савицкая И.Ф., Цедрик М.С. Сборник задач по курсу общей физики. – М.: Просвещение, 1989.
Гофман Ю.В. Законы, формулы, задачи физики. Справочник – Киев: Наукова думка, 1977.
Кибец И.Н., Кибец В.И. Физика: Справочник. – Харьков: Фолио; Ростов
н/Д: Феникс, 1997.
Мясников С.П., Осанова Т.Н. Пособие по физике. – М.: Высшая школа, 1988.
Гольдфарб Н.И. Сборник вопросов и задач по физике. – М.: Высшая школа, 1993.
Фирганг Е.В. Руководство к решению задач по курсу общей физики. – М.: Высшая школа, 1977.
Беликов Б.С. Решение задач по физике. – М.: Высшая школа, 1986.
Коган Л.М. Учись решать задачи по физике. – М.: Высшая школа, 1993.
Дополнительная
Стрелков С.П. Механика. – М.: Наука, 1975.
ХайкинС.Э. Физические основы механики. – М.: Наука, 1971.
Кикоин А.К., Кикоин И.К. Молекулярная физика. – М.: Наука, 1976.
Калашников С.Г. Электричество. – М.: Наука, 1977.
Ландсберг Г.С. Оптика. – М.: Наука, 1976.
Широков Ю.М., Юдин Н.П. Ядерная физика. – М.: Наука, 1980.
Киттель Ч. Элементарная физика твердого тела. – М.: Наука, 1965.
Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. – М.; Наука, 1978.
Уэрт Ч., Томсон Р. Физика твердого тела. – М.: Мир, 1966.
Савельев И.В. Сборник вопросов и задач по общей физике. – М.: Наука, 1988.
Иродов И.Е. Задачи по общей физике. – М.: Бином, 1998.
Сахаров Д.И. Сборник задач по физике. – М.: Просвещение, 1973.
Гурьев Л.Г., КортневА.В., Куценко А.Н., Латьев Б.В., Минкова С.Е., Рублев Ю.В., Тивденко В.В.,
Шепетуха М.И. Сборник задач по общему курсу физики.-М.: Высшая школа, 1972.
Чертов А.Г. Единицы физических величин. – М.: Аквариум, 1997.
Сена Л.А. Единицы физических величин и их размерности. – М.: Наука, 1988.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие...........................................................................................................………. 3
Общие методические указания к решению задач и выполнению контрольных 5 работ....................................................................................................................……….....
1. Решение задач.......................................................................................……................. 5
2. Выполнение контрольных работ......................………................................................ 9
3. Примерная схема решения задач........................................................................…….. 14
1 Физические основы механики. Контрольная работа № 1..................................………... 15
Таблица вариантов................................................................................................………... 15
Литература для подготовки к выполнению контрольной работы № 1..............……….. 16
Задания контрольной работы № I.……………........................................................……… 18
2 Молекулярная физика. Термодинамика. Контрольная работа № 2...............…………… 30
Таблица вариантов................................................................................................………… 30
Литература для подготовки к выполнению контрольной работы № 2...............………. 31
Задания контрольной работы № 2........................……….................................................. 33
3 Электростатика. Электрический ток. Контрольная работа № 3......………..................... 43
Таблица вариантов..........................................................................................………........ 43
Литература для подготовки к выполнению контрольной работы № 3...............……... 44
Электростатика. Электрический ток. Электромагнетизм.
Контрольная работа № 3 (3 и 4)................................................................….........…….... 46
Таблица вариантов...................................................................................………….......... 46
Литература для подготовки к выполнению контрольной работы № 3 (3 и 4)..………. 47
Задания контрольной работы № 3.............................................................…………........ 49
4 Электромагнетизм. Контрольная работа №4.................................................…………... 64
Таблица вариантов.................................................................................................……… 64
Литература для подготовки к выполнению контрольной работы № 4...............…….. 65
Задания контрольной работы № 4.............................…………...................................... 67
5 Волновая оптика. Квантовая природа излучения. Контрольная работа № 5.……….... 80
Таблица вариантов.................................................................................................……... 80
Литература для подготовки к выполнению контрольной работы № 5.............…….... 81
Волновая оптика. Квантовая природа излучения. Атомная и ядерная физика.
Квантовая механика. Физика твердого тела. Контрольная работа № 4 (5 и 6)..….…. 83
Таблица вариантов................................................................................................…….… 83
Литература для подготовки к выполнению контрольной работы № 4 (5 и 6)......…… 84
Задания контрольной работы № 5.............................................................………….......... 86
6 Атомная и ядерная физика. Квантовая механика. Физика твердого тела.
Контрольная работа № 6..................................................................…………................… 98
Таблица вариантов................................................................................................………... 98
Литература для подготовки к выполнению контрольной работы № 5...............……… 99
Задания контрольной работы №6...........................................................…………........... 101
Приложение................................................................................…........................…….. 111
Литература.............................................................................................………................ 125
ФИЗИКА
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
И КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
для студентов – заочников
инженерно – технических направлений
и специальностей МГТУ
Под редакцией А. А. Краева
Издание второе, переработанное и дополненное
Мурманск
1998
ББК 22.5
Ф50
УДК 530.1
Вихорев И.Б., Краев А.А. ФИЗИКА: Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников инженерно-технических направлений и специальностей МГТУ/Под ред. А. А. Краева. – 2-е изд., перераб. и доп. – Мурманск, 1998.
Содержатся общие методические указания к решению задач и выполнению контрольных работ. Предложена примерная схема решения задач. В таблицах приложения приводятся необходимые для решения задач физические постоянные, даны некоторые формулы приближенных вычислений.
Предназначено для студентов-заочников инженерно-технических направлений и специальностей. Может быть полезно курсантам и студентам дневных факультетов, а также преподавателям физики высших учебных заведений.
Табл. 29, список лит. – 39 назв.
Игорь Борисович Вихорев Александр Анатольевич Краев
ФИЗИКА: Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников инженерно-технических направлений и специальностей МГТУ.
© Мурманский государственный технический университет, 1999
Рукопись издается без редактирования
ПРЕДИСЛОВИЕ
Физика – фундаментальная база для теоретической подготовки будущих инженеров, без которой их успешная деятельность невозможна. Основной целью настоящего пособия является оказание помощи студентам-заочникам при самостоятельном изучении курса общей физики. Настоящее учебно-методическое пособие предназначено в первую очередь для студентов-заочников инженерно-технических направлений и специальностей вечерне-заочного факультета Мурманского государственного технического университета (МГТУ), однако оно может быть полезно курсантам и студентам дневных факультетов. Основной учебный материал программы курса общей физики в данном пособии распределен на шесть разделов:
1. Физические основы механики.
2. Молекулярная физика. Термодинамика.
3. Электростатика. Электрический ток.
4. Электромагнетизм.
5. Волновая оптика. Квантовая природа излучения.
6. Атомная и ядерная физика. Квантовая механика. Физика твердого тела.
В пособии даны общие методические указания к решению задач и выполнению контрольных работ, к самостоятельной работе над учебными материалами. Кроме того, здесь же предложена примерная схема решения задач, " приводится литература для подготовки к выполнению контрольных работ. В таблицах приложения приводятся основные физические постоянные и величины, необходимые для решения задач, даны некоторые формулы для приближенных вычислений. В конце пособия помещен список основной и дополнительной литературы.
В данном учебно-методическом пособии учтены особенности учебных планов разных направлений и специальностей вечерне-заочного факультета (ВЗФ) – различие в числе контрольных работ и во времени, отводимом для изучения курса физики. Поэтому в пособии даны различные таблицы вариантов контрольных работ для всех инженерно-технических направлений и специальностей вечерне-заочного факультета МГТУ.
В отличие от первого издания (Мурманск, МГТУ, 1997) в данное издание внесен ряд изменений и дополнений. Прежде всего был пересмотрен весь текст пособия и внесены необходимые исправления. Существенным образом переработаны контрольные работы № 3 и № 4 ("Электростатика. Электрический ток. Электромагнетизм"). Некоторые менее удачные задачи заменены новыми. Кроме того, приводится необходимая литература для подготовки к каждой контрольной работе по всем разделам курса общей физики.
В данном издании исправлены замеченные неточности и опечатки предыдущего пособия. Увеличено количество таблиц приложения, расширен список рекомендуемой литературы.
Надеемся, что коллеги и читатели будут помогать нам своими предложениями и советами по дальнейшему улучшению содержания пособия, которые будут с благодарностью восприняты.
Авторы
Мурманск, ноябрь 1998 г.
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ И ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
Решение задач
Систематическое решение задач – один из лучших методов прочного усвоения, проверки и закрепления теоретического материала и необходимое условие успешного изучения курса физики. Решение задач помогает уяснить физический смысл явлений, закрепляет в памяти формулы, прививает навыки практического применения теоретических знаний. Прежде чем приступить к решению той или иной задачи необходимо хорошо понять ее содержание и поставленные в ней вопросы. При решении задач необходимо выполнять следующие указания:
1. Сначала ознакомьтесь с таблицами приложения, так как решение многих задач без них невозможно. Кроме того, содержащийся в этих таблицах справочный материал значительно облегчит Вашу работу и сэкономит время.
2- Хорошо вникнув в условие задачи, ее смысл и постановку вопроса, сделайте краткую запись условия.
3. Установите, все ли данные, необходимые для решения задачи, приведены. Константы физических величин и другие недостающие справочные данные, где это необходимо, можно найти в соответствующих таблицах приложения.
4. Запишите основные законы и формулы, на которых базируется решение задачи, дайте словесную формулировку этих законов и разъясните буквенные обозначения, употребляемые при написании формул. Если при решении задач применяется формула, полученная для частного случая, не выражающая какой-нибудь физический закон, или не являющаяся определением какой-либо физической величины, то ее следует вывести.
5. Выполните рисунок, начертите схему или сделайте чертеж, поясняющие содержание задачи (если позволяет характер задачи и в тех случаях, когда возможно) – это во многих случаях значительно облегчает как поиск решения, так и само решение. Выполнять их надо аккуратно при помощи чертежных принадлежностей.
6. Решение задач сопровождайте краткими, но исчерпывающими пояснениями.
7. При решении задач необходимо обосновывать каждый этап решения, исходя из теоретических положений курса. Если Вы видите несколько путей решения, то должны сравнить их и выбрать из них самый лучший и рациональный.
8. Решите задачу в общем виде, т. е. выразите искомую величину в буквенных обозначениях величин, заданных в условии задачи и взятых из таблиц. Решение в общем виде придает окончательному результату особую ценность, так как позволяет установить определенную закономерность, показывающую, как зависит искомая величина от заданных величин. Кроме того, ответ, полученный в общем виде, позволяет судить в значительной степени о правильности самого решения. При таком способе решения не производятся вычисления промежуточных величин (числовые значения подставляются только в окончательную расчетную формулу, выражающую искомую величину).
В тех случаях, когда в процессе нахождения искомых величин приходится решать систему нескольких громоздких уравнений, как, например, часто бывает при нахождении токов, текущих в сложных разветвленных цепях (см. контр, раб. № 3, задачи 351 – 360), целесообразно сначала подставить в эти уравнения числовые значения коэффициентов и лишь затем определять значения искомых физических величин.
9. После получения расчетной формулы для проверки правильности ее следует подставить в правую часть этой формулы вместо символов величин размерности (или сокращенные обозначения) единиц измерения этих величин, произвести с ними необходимые действия и убедиться в том, что полученная при этом единица соответствует размерности искомой величины (или ее единицы). Если в формулу входит показательная функция, то размерность показателя должна быть равна нулю. Неверная размерность служит явным признаком ошибочности решения.
10. Если возможно, исследуйте поведение решения в предельных частных случаях.
11. Выразите все физические величины, входящие в расчетную формулу, в единицах Международной системы единиц СИ. При решении задач следует, как правило, пользоваться этой системой единиц (СИ) или единицами одной системы.
12. Подставьте в окончательную расчетную формулу, полученную в результате решения задачи в общем виде, заданные числовые значения величин, выраженные в единицах одной системы. Несоблюдение этого правила приводит к неверному результату. В виде исключения из этого правила допускается выражать в любых, но только одинаковых единицах, числовые значения лишь тех однородных величин, которые входят в виде сомножителей в числитель и знаменатель формулы и имеют одинаковые показатели степени.
13. При подстановке в расчетную формулу, а также при записи ответа числовые значения физических величин следует записывать как произведение десятичной дроби с одной значащей цифрой перед запятой на соответствующую степень десяти.
Например, вместо 4560 надо записывать 4,56·103, а вместо 0,00789 записать 7,89·10־3 и т. п.
14. Подставив в формулу числовые значения, прежде чем начать вычисления, проверьте, нельзя ли воспользоваться формулами для приближенных вычислений, приведенными в приложении к настоящему пособию.
15. Произведите вычисление величин, подставленных в окончательную расчетную формулу, руководствуясь правилами приближенных вычислений.
16. В конце каждой решенной задачи необходимо записать ответ. Числовое значение ответа и сокращенное наименование единицы измерения искомой величины привести в той системе, в которой производились вычисления.
17. Точность расчета определяется числом значащих цифр исходных данных. Как правило, окончательный ответ следует записывать с тремя значащими цифрами. Это относится и к случаю, когда результат получен с применением микрокалькулятора.
18. Оцените, где это целесообразно, реальность и правдоподобность полученного численного ответа. В ряде случаев такая оценка поможет обнаружить ошибочность полученного результата.
Например, скорость υ тепа не может быть больше скорости света в вакууме с = =3·108 м/с; масса молекулы mo не может быть порядка 1 мг; коэффициент полезного действия η тепловой машины не может быть больше 1 (единицы) или 100 % ; электрический заряд q не может быть меньше элементарного заряда е = 1,60·10־CAPut!’ Кл и т. д.
CAPut!’. Полезно, если это возможно, решить задачу несколькими способами и сравнить полученные результаты.
Решение задач определенного типа нужно продолжать до приобретения достаточно твердых навыков в их решении.
Умение решать задачи приобретается длительными и систематическими упражнениями. Чтобы научиться решать задачи и подготовиться к выполнению контрольной работы, следует после изучения очередного раздела учебника внимательно разобрать, а затем решить достаточное количество задач из различных задачников по физике (см. список основной и дополнительной литературы).
Дата: 2018-12-28, просмотров: 569.