Модульн

Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра физики

 

 

ФИЗИКА  

Методические указания к расчетно-графическим работам для студентов

 специальности 5В071700 - Теплоэнергетика

 

 

Алматы, 2013

СОСТАВИТЕЛИ: Мухтарова М.Н., Сарсенбаева С.Н.  Физика. Методические указания к расчетно-графическим работам для студентов  специальности  5В071700 - Теплоэнергетика. – Алматы: АУЭС, 2013. –32 с.

 

          Методические указания включают расчетно-графические задания (РГР), методические рекомендации и требования к оформлению и содержанию РГР, список необходимой литературы.

          Ил.25 , табл.4 , библиограф.15 назв.

 

Рецензент: доцент Абильдинова С.К.

 

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2013 год.

 

Ó НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2013 г.

 

Св. план 2013 г., поз.90

Введение

          Изучение курса физики создаёт фундаментальную базу инженерно – технических знаний, умений и навыков выпускников высшей технической школы, формирует их научное мировоззрение.

          Основными целями курса являются:

1) Формирование у студентов умений и навыков использования фундаментальных законов, теорий классической и современной физики, а также методов физического исследования как основы системы профессиональной деятельности.

2) Формирование у студентов творческого мышления и научного мировоззрения, навыков самостоятельной познавательной деятельности, умения моделировать физические ситуации.

          В курсе Физика изучаются разделы - «Механика», «Статистическая физика и термодинамика», «Электромагнетизм». «Уравнения Максвелла», «Физика колебаний и волн», «Квантовая физика и физика атома», «Физика твердого тела, атомного ядра и элементарных частиц».

          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 Физики состоит из четырех кредитов (модулей), по каждому из которых студенты очной формы обучения выполняют расчетно – графическое задание (РГР) по трем уровням сложности (А, В и С – по выбору). Критерии разделения задач таковы:

- задания уровня А – это задачи и качественные вопросы, требующие, в основном, умения решать задачи по заданному образцу;

- задания уровня В требуют умений решать типовые задачи по известному алгоритму;

- задания уровня С требуют умений выявлять внутренние связи в конкретной, достаточно сложной, физической ситуации и применять знание общих методов.

 

2       Задания к РГР

2.1            Задание к РГР  № 1 на тему «Физические основы механики.  

Статистическая физика и термодинамика»

 

Цель: изучение основных физических явлений, наиболее общие формы движения материи, их взаимные превращения, углубленное изучение тепловых процессов;

 

Таблица 1- РГР  № 1

Уровень

Вариант

Волькенштейн В.С.

«Сборник задач по общему курсу физики». - М., 2003.

Чертов А.Г., Воробьёв А.А. «Задачник по физике». - М., 2006.

Физика: Задания к практическим занятиям /Под общ.ред. Ж.П. Лагутиной.–Мн.,1989.

Приложение

Б

А

1

1.11, 2.11, 3.11

8.11, 11.11

 

1, 36

2

1.12, 2.12, 3.12

8.12, 11.12

 

2, 37

3

1.13, 2.3, 3.13

8.13, 11.13

 

3, 38

4

1.14, 2.14, 3.14

8.14, 11.14

 

4, 39

5

1.15, 2.15, 3.15

8.15, 11.15

 

5, 40

6

1.6, 2.6, 3.6

8.6, 11.6

 

6, 41

7

1.7, 2.7, 3.7

8.7, 11.7

 

7, 42

8

1.8, 2.8, 3.8

8.8, 11.8

 

8, 43

9

1.9, 2.9, 3.9

8.9, 11.9

 

9, 44

10

1.10, 2.10, 3.10

8.10, 11.10

 

10, 45

В

11

1.26, 2.26, 3.26

8.26, 11.26

 

11,26

12

1.27, 2.27, 3.27

8.27, 11.27

 

12,27

13

1.28, 2.28, 3.28

8.28, 11.28

 

13,28

14

1.29, 2.29, 3.29

8.29, 11.29

 

14,29

15

1.30, 2.30, 3.30

8.30, 11.30

 

15,30

16

1.21, 2.22, 3.22

8.21, 11.21

 

16,31

17

1.22, 2.22, 3.22

8.22, 11.22

 

17,32

18

1.23, 2.23, 3.23

8.23, 11.23

 

18,33

19

1.24, 2.24, 3.24

8.24, 11.24

 

19,34

20

1.25, 2.25, 3.25

8.25, 11.25

 

20,35

С

21

1.31, 2.31, 3.31

8.31, 11.31

 

21,46

22

1.32, 2.32, 3.32

8.32, 11.32

 

22,47

23

1.33, 2.33, 3.33

8.33, 11.33

 

23,48

24

1.34, 2.34, 3.34

8.34, 11.34

 

24,49

25

1.35, 2.35, 3.35

8.35, 11.35

 

25,50

 

Приложение А

 

А.1 Почему для описания механического движения необходимо, прежде всего выбрать систему отсчета (С.О.)? Что представляет собой ”система отсчета”? Какие системы отсчета различают в механике?

А.2 Постройте график скорости u(t), соответствующий графику пути s(t) (см. рисунок А.1). Можно ли из имеющихся данных определить ускорение тела в разные моменты времени?


Рисунок А.1

 

А.3 Частица движется по криволинейной траектории. Поясните физический смысл следующих выражений:

а) ; б) ; в) ; г) ; д) ; е) , где - скорость частицы; -ускорение частицы?

А.4 Частица движется равномерно, по окружности радиуса R. Пусть - радиус-вектор, определяющий положение частицы относительно центра окружности.

а) Сравните , ,  при t < Т и t = Т;

б) какое из выражений  или  отлично от нуля?

А.5 Как изменяется модуль полного ускорения точки, если она движется равномерно по: а) свертывающейся плоской спирали, б) раскручивающейся плоской спирали?

А.6 Третий закон Ньютона. Действие и противодействие. В чем состоит су-бъективный характер их отличия? Приведите примеры.

А.7 Почему работа, совершаемая силами динамического трения, всегда отрицательна? Какие виды сил трения различают в механике? От чего они зависят?

А.8  Как определяется работа переменной силы на малом и конечном перемещениях? Можно ли на графике F(S) определить работу? Ответ поясните.

А.9 Момент инерции твердого тела: определение и физический смысл.

 Может ли абсолютно твердое тело характеризоваться одним постоянным значением момента инерции? Почему?

А.10 Дайте определения понятий силы  и массы m? Каковы характерные свойства этих физических величин? Каково содержание закона независимости действия сил? Сформулируйте принцип суперпозиции сил.

А.11 Дайте определения понятий «инерция» и «инертность». Что служит мерой инертности тел при поступательном и вращательном движениях, при движении со скоростью

А.12 Предположим вы сидите на вращающемся табурете, не касаясь пола. Сможете ли вы привести себя и сиденье во вращение, отталкиваясь от обода сиденья? Ответ обоснуйте.

А.13 Частица массы движется с постоянной скоростью  вдоль прямой (см. рисунок А.2). Запишите выражение (в векторной и скалярной форме) момента импульса частицы   относительно точки О. Укажите направление вектора . Докажите, что в данном случае направление и модуль момента импульса частицы не изменяются в процессе движения.

Рисунок А.2

 

А.14 Центростремительная сила. Чем она отличается от других известных Вам сил? Совершает ли центростремительная сила работу? Приведите примеры.

А.15 Дайте определение понятию «энергия», перечислите основные свойства этой величины. Потенциальная и кинетическая энергия. В чем состоит различие в свойствах потенциальной и кинетической энергии? (Обратите внимание на то, как определяется та или другая энергия частицы и системы частиц).

А.16 Шар массы m2, имеющий скорость , налетает на покоящийся шар массы m1 (см. рисунок А.3). Могут ли после соударения скорости шаров  и  иметь направления, показанные на рисунке? В случае положительного ответа сформулируйте условия для угла a.

Рисунок А.3

 

А.17 Известно, что в некоторой точке траектории потенциальная энергия частицы U=5 Дж. Можно ли по этим данным найти силу, действующую на частицу в этой точке? Объясните, почему?

А.18 В чем заключается эффект «замедления хода движущихся часов» в движущейся системе отсчета? Приведите примеры экспериментального подтверждения этого эффекта.

А.19 Сформулируйте принцип относительности Эйнштейна и сравните его с принципом относительности Галилея. Запишите релятивистский закон сложения скоростей и получите из него классический закон сложения скоростей. Приведите примеры.

А.20 В чем заключается физический смысл закона связи между массой и энергией? Приведите факты, подтверждающие этот закон.

А.21 Импульс тела  в релятивистской динамике. Постройте график зависимости импульса тела  от его относительной скорости  (с – скорость света в вакууме). При каких значениях  релятивистский  импульс совпадает с классическим?

А.22 Нормальное ускорение частицы постоянно по модулю. Какую форму будет иметь траектория частицы в этом случае, если проекция тангенциального ускорения на направление движения: а) равна нулю; б) положительная; в) отрицательная?

А.23 Какое силовое поле называется центральным? Докажите, что все центральные поля, независимо от их природы, являются потенциальными.

А.24 Неинерциальная система отсчета. Зачем в неинерциальных системах отсчета нужно вводить силы инерции, и чем они отличаются от обычных сил взаимодействия между телами?

А.25 Сравните модуль силы натяжения нити математического маятника в крайнем положении с модулем силы натяжения нити конического маятника. Длины нитей, массы грузов и углы отклонения маятников одинаковы.

А.26 Цилиндр с намотанной на него нитью лежит на двух горизонтальных параллельных брусках (см. рисунок А.4). Конец нити пропущен между брусками, и к нему приложена постоянная сила F. Коэффициент трения между цилиндром и брусками k. Будет ли цилиндр перемещаться? В какую сторону? Ответ обоснуйте, записав уравнения динамики.

 

 

 

 

Рисунок А.4

 

А.27 Движение материальной точки задано уравнениями x=х0+at3, y=у0-bt, где a, b-const. Изменяется ли сила, действующая на точку: а) по модулю; б) по направлению. Чему равен момент этой силы относительно начала координат в момент времени t?

А.28 Гироскоп в виде массивного цилиндра вращается в направлении, указанном на рисунке стрелкой. Как направлен собственный момент импульса? Чему он равен? Что произойдет, если к оси гироскопа приложить силу F, как показано на рисунке А.5?

 

А.29 Зависит ли работа, совершаемая над телом, от выбора системы отсчета? Влияет ли это на теорему о связи работы и кинетической энергии?

А.30 Изобразите на рисунке поверхности постоянной потенциальной энергии U, а также силу  и градиент ÑU в некоторой произвольно взятой точке для: а) однородного поля тяжести; б) гравитационного поля точечной массы.

А.31 Определите положения равновесия и дайте ответ на  вопрос, устойчивы ли они для поля  вида: а) ; б) ,  где а – положительная постоянная. Проиллюстрируйте ответы графиками  функций U(r), Fr(r).

А.32 Известно, что в двух близлежащих точках 1 и 2 потенциальная энергия частицы равна соответственно U1=5 Дж и U2=5,1 Дж. Расстояние между точками  r=1 см. Можно ли по этим данным найти: а) проекцию силы на направление прямой, соединяющей точки 1 и 2; б) силу , действующую на частицу в окрестности этих точек?

А.33 Консервативна ли сила: а) ; б) ? В случае положительного ответа получите формулу для потенциальной энергии U(x,y,z).

А.34 Докажите, что в случае центрального упругого удара два тела обмениваются скоростями, если m1= m2.

А.35 Выведите формулы для скоростей тел после центрального абсолютно упругого удара для случая, когда тело массы m1 налетает со скоростью  на покоящееся тело массы m2. В каком случае налетающее тело: а) продолжит движение в прежнем направлении; б) отскочит обратно.

А.36 Зная число Авогадро NA, плотность вещества r  и молярную массу М, получите формулы, определяющие число молекул в произвольной массе вещества.

А.37 Как изменяется средняя арифметическая скорость теплового движения молекул идеального газа при увеличении давления в процессе, для которого р~?

А.38 Изменяется ли давление газа, если: а) молекулы газа диссоциируют при постоянной температуре? б) изменяется температура при постоянной концентрации молекул? Ответы обоснуйте.

А.39 Согласно МКТ давление газа р~n<Wпост>. В каком изопроцессе одновременно с возрастанием n увеличивается и средняя энергия поступательного движения молекулы <Wпост>? Объясните ответ.

А.40  Может ли в каком-либо изопроцессе одновременно с возрастанием n уменьшаться средняя энергия поступательного движения молекулы <Wпост>? Объясните ответ.

А.41 Известны градиент температуры  и теплопроводность l. Напишите выражение для плотности потока теплоты . Объясните его и укажите единицы  и l в СИ.

А.42 Сосуд, содержащий некоторое количество одноатомного газа, движется со скоростью u, затем внезапно останавливается. На сколько увеличится при этом квадрат средней квадратичной скорости молекул? Что такое средняя квадратичная скорость?

А.43 Принимая молекулу за шарик диаметром 3*10-10 м, определите, какая часть объема, занимаемая газом при нормальных условиях, приходится на его молекулы.

А.44 Объясните, почему снять плотно закрытую крышку сосуда бывает проще после прогрева ее под струей горячей воды.

А.45 Каково содержание одного из основных законов классической статистической физики о равнораспределении энергии по степеням свободы? Как определяется число степеней свободы молекулы?

А.46 Верны ли и почему приведенные соотношения для смеси двух химически нереагирующих идеальных газов: а) р1+р2=р; б) U1+U2=U; в) Cv1+Cv2=Cv.

А.47 Верна ли и почему формула приращения внутренней энергии идеального газа DU=Cvn(T2-T1) для процессов: а) изохорного; б) изобарного?

А.48 Газ сначала расширился изотермически, затем был сжат адиабатно. Работы расширения и сжатия равны по модулю. Сравните объем газа в начале и конце процесса. Изобразите графики процессов на р-V-диаграмме.

А.49 Какая из прямых на рисунке А.6 правильно изображает в логарифмическом масштабе зависимость средней квадратичной скорости молекул от температуры? Ответ обоснуйте.

 

 

 

 

 

 

Рисунок А.6

 

А.50 На рисунке А.7 представлены графики функции  распределения молекул по скоростям (закон Максвелла) для некоторого газа при двух значениях температуры Т.  Какая из кривых соответствует большей температуре?  Объясните изменение  формы кривой при переходе к большей температуре.  При каких условиях устанавливается такое распределение молекул по скоростям?

Рисунок А.7

 

2.2   Задание к РГР  № 2 на тему «Электростатика. Магнетизм. Уравнения Максвелла»

Цель: изучение свойств вещества и поля, расчеты значений величин с помощью формул, полученных из теории, умение выделить конкретное физическое содержание в прикладных задачах будущей деятельности.

 

Таблица 2 – РГР  № 2

Уровень

Вариант

Чертов А.Г.,

Воробьёв А.А.

«Задачник по

физике». - М., 2006.

Волькенштейн В.С.

«Сборник задач по

общему курсу физики». - М., 2003.

Физика: Задания к практическим занятиям /Под общ.ред. Ж.П. Лагутиной.–Мн.,1989.

Приложение

Б

А

1

15.29

9.16, 10.16, 11.16

18.16

1, 36

2

15.30

9.17, 10.17, 11.17

18.17

2, 37

3

15.31

9.18, 10.18, 11.18

18.18

3, 38

4

15.32

9.19, 10.19, 11.19

18.19

4, 39

5

15.33

9.20, 10.20, 11.20

18.20

5, 40

6

15.19

9.6, 10.6, 11.6

18.6

6, 41

7

15.20

9.7, 10.7, 11.7

18.7

7, 42

8

15.21

9.8, 10.8, 11.8

18.8

8, 43

9

15.22

9.9, 10.9, 11.9

18.9

9, 44

10

15.23

9.10, 10.10, 11.10

18.10

10, 45

В

11

15.43

9.30, 10.30, 11.30

18.30

16, 50

12

15.34

9.21, 10.21, 11.21

18.21

21, 49

13

15.35

9.22, 10.22, 11.22

18.22

22, 48

14

15.36

9.23, 10.23, 11.23

18.23

23, 47

15

15.37

9.24, 10.24, 11.24

18.24

24, 46

16

15.38

9.25, 10.25, 11.25

18.25

25, 30

17

15.39

9.26, 10.26, 11.26

18.26

26, 15

18

15.40

9.27, 10.27, 11.27

18.27

27, 14

19

15.41

9.28, 10.28, 11.28

18.28

28, 13

20

15.42

9.29, 10.29, 11.29

18.29

29, 12

С

21

16.15

9.31, 10.31, 11.31

18.31

31, 11

22

16.16

9.32, 10.32, 11.32

18.32

32, 20

23

16.17

9.33, 10.33, 11.33

18.33

33, 19

24

16.18

9.34, 10.34, 11.34

18.34

34, 18

25

16.19

9.35, 10.35, 11.35

18.35

35, 17

 

Приложение Б

 

Б.1  Измерения показали, что сила взаимодействия между двумя металлическими шарами, один из которых заряжен положительно, равна нулю. Заряжен ли другой шар?

Б.2 Между пластинами вертикально расположенного конденсатора висит на нити шарик. Когда на конденсатор подали напряжение, шарик отклонился к одной из пластин, затем стал совершать колебания между пластинами. Как это объяснить?

Б.3 Может ли измениться заряд системы взаимодействующих и взаимопревращающихся частиц, если через границы системы не течет ток? Дайте полное объяснение и приведите  примеры.

Б.4 В однородное электрическое поле напряженности  влетает электрон, имеющий скорость . Опишите характер движения электрона и нарисуйте траекторию в случаях, когда скорость электрона: а) параллельна силовым линиям поля; б) перпендикулярна им.

Б.5 Пластины заряженного конденсатора притягиваются с силой F. Изменится ли эта сила, если ввести в конденсатор пластинку из диэлектрика, как показано на рисунке Б.1? Если «да», то как изменится сила и почему; если «нет» - то значит ли это, что диэлектрик не оказывает никакого влияния на электрическое поле?

 

 

 

Рисунок Б.1

 

Б.6 На расстоянии r друг от друга находятся два точечных заряда q1 и q2. S – плоскость симметрии. Изучите характер поля этих зарядов в случае, когда заряды равны по модулю, но противоположны по знаку. Является ли плоскость S эквипотенциальной? Равна ли нулю напряженность поля во всех точках этой плоскости. Начертите примерный вид силовых линий и эквипотенциальных поверхностей поля (см. рисунок Б.2).

 

 

 

Рисунок Б.2

 

Б.7 Алгебраическая сумма зарядов внутри замкнутой поверхности равна нулю. Будет ли равна нулю напряженность поля во всех точках внутри этой поверхности? Дайте обоснованный ответ и приведите конкретный пример.

Б.8 Поток вектора напряженности электрического поля через замкнутую поверхность в некоторой области пространства оказался равным нулю. Значит ли это, что в данной области пространства отсутствует электрическое поле? (Поясните физический смысл понятия потока вектора , ответ проиллюстрируйте примерами).

Б.9 Дайте определение понятию «поток вектора». Может ли поток вектора напряженности электрического поля быть: 1) отрицательным; 2) равным нулю при условии, что  всюду отлична от нуля? Ответ поясните примерами.

Б.10 В электрическом поле потенциал точки А выше потенциала точки В. Однако, если поместить в это поле проводник АВ, то ток по нему идти не будет. Почему?

Б.11  Как в классической электронной теории металлов объясняется наличие сопротивления? Какую зависимость сопротивления от температуры предсказывает теория?

Б.12 Сравните свойства электростатического поля и стационарного электрического в проводнике при наличии  тока  в нем.

Б.13 В чем основное различие между вольтметром и амперметром? Нарисуйте схемы подключения  амперметра и вольтметра к нагрузке.

Б.14 Коэффициент полезного действия источника тока . Из формулы следует, что чем больше R (сопротивление нагрузки), тем больше h. Почему же на практике подбирают источник и потребитель так, чтобы их сопротивления были примерно одинаковы?

Б.15 Катод электронной лампы представляет собой цилиндр радиуса r0 и длины , а анод – коаксиальный с ним цилиндр радиуса R, причем >>R>r0. Найдите зависимость плотности тока j от расстояния r до оси катода, если ток I в анодной цепи известен. Постройте качественно график j(r).

Б.16 Два провода, имеющие одинаковые площади сечения S, но различные удельные сопротивления r1 и r2, соединены «встык» (см. рисунок Б.3). По проводникам течет ток I. Постройте качественные графики зависимостей плотности тока и напряженности поля внутри проводника от х, если r1 > r2.

 

 

 

 

Рисунок Б.3

 

Б.17 Участок электрической цепи представляет собой три последовательно соединенных резистора так, что ::=3:2:1 (см. рисунок Б.4). Известно, что потенциал точки 1 больше потенциала точки 2. Укажите направление тока и постройте качественный график зависимости потенциала j(х) на участке 1-2. Сопротивление соединительных проводов принять равным нулю.

                                                           

Рисунок Б.4

Б.18 Оцените среднюю скорость упорядоченного движения электронов <u> в проводнике с концентрацией электронов n=1029 м-3 при плотности тока j=100 А/см2. Сравните эту скорость со средней скоростью теплового движения <u> при комнатной температуре.

Б.19 Полная работа сторонних сил в электрической цепи при протекании тока в ней равна . На что расходуется эта работа в самом общем случае? Запишите закон сохранения энергии и поясните его содержание.

Б.20 Как будут изменяться показания вольтметра при перемещении движка реостата в цепи, изображенной на рисунке Б.5? Начертите график зависимости напряжения во внешней цепи от силы тока в ней.

 

 

 

 

Рисунок Б.5

 

Б.21  На рисунке Б.6 показаны две параллельные пластины, за­ряженные с поверхностными плотностями зарядов +2 и -. Объясните, как можно определить напряженность поля, создаваемого пластинами, постройте качественную картину силовых линий поля вне пластин и между ними. Чем определяется сила взаимодействия пластин, разность потенциалов ме­жду ними? Линейные размеры пластин считать много больше расстояния между ними, пренебречь краевыми эффектами.

 

 

 

 

Рисунок Б.6

Б.22 Можно ли все вещества считать: а) диамагнетиками; б) парамагнетиками; в) ферромагнетиками? Дайте конкретный аргументированный ответ.

Б.23 Угол между какими векторами в формуле закона Ампера  всегда равен 90°? Угол между какими векторами может быть другим? Ответ поясните рисунками.

Б.24 Сформулируйте и запишите теорему о циркуляции вектора  в интегральной и дифференциальной формах. Какие физические свойства стационарного магнитного поля она выражает? В чем заключается практический аспект этой теоремы? Проведите аналогию с электростатикой.

Б.25 Используя теоремы электростатики, докажите, что электростатическое поле, силовые линии, которого показаны на рисунке Б.7, существовать  не может. Здесь Ex=const, Еу и Ez изменяются, например, по линейному закону.

 

 

 

 

Рисунок Б.7

 

Б.26 Заряженная металлическая пластинка находится в электрическом поле, показанном на рисунке Б.8. Заряд пластинки q, слева от пластинки напряженность поля равна Е1, справа – Е2. Пренебрегая кривыми эффектами, правильно ли будет предположить, что сила, действующая на пластинку, равна q(E2-E1)? Докажите.

 

 Рисунок Б.8

Б.27 В горизонтальной плоскости расположен виток неопределенной формы из гибкой проволоки. Виток пронизывается однородным магнитным полем, направленным вертикально вниз. Какую форму примет виток, если по нему пропустить ток? Дайте полное объяснение своему ответу.

Б.28 Объясните, в чем состоит и как достигается эффект экранировки некоторого объема от статического магнитного поля? Покажите на конкретном примере.

Б.29 Жесткий контур с током находится во внешнем магнитном поле. Можно ли повернуть его на 180 градусов, не совершив при этом работы? Дайте убедительное обоснование своему ответу.

Б.30 Намагниченность  вещества связана с напряженностью  поля соотношением . Изобразите эту зависимость графически для  трех типов магнетиков: диа-, пара- и ферро-, дайте пояснения. Сравните  числовые значения их магнитных восприимчивостей c.

Б.31 Объясните, почему магнитная восприимчивость диамагнетиков не зависит от температуры, а парамагнетиков – зависит?

Б.32 Считая известным выражение  для силы Лоренца, получите закон Ампера для силы, действующей на элемент тока  со стороны магнитного поля.

Б.33 Установите аналогию между поляризацией диэлектриков и намагничиванием магнетиков. Результаты представьте в виде таблицы. (Обратите внимание на  механизмы процессов, электрические  и магнитные характеристики вещества, характер изменения поля в веществе).

Б.34 Согласно модели атома Резерфорда, электроны в атоме движутся по замкнутым орбитам вокруг ядра. Выразите орбитальный магнитный момент электрона через характеристики его движения. Что такое гиромагнитное отношение, чему оно равно для орбитального момента электрона?

Б.35 Проведите сравнительный анализ явлений поляризации полярных диэлектриков и намагничивания  парамагнетиков (обратите внимание на механизмы явлений, физические величины и их зависимость от внешних условий).

Б.36 Проведите сравнительный анализ явлений поляризации неполярных диэлектриков и намагничивания  диамагнетиков (обратите внимание на механизмы явлений, физические величины и их зависимость от внешних условий).

Б.37 Рассмотрите сходство и различие в характере полей: а) магнитного, созданного длинным прямолинейным током; б) электрического, созданного неподвижным зарядом, равномерно распределенным вдоль нити. Начертите силовые линии этих полей, выпишите основные формулы, их характеризующие.

Б.38 Докажите, пользуясь законом полного тока, что неоднородное магнитное поле, силовые линии которого параллельны (см. рисунок Б.9), не может существовать.

 

 

Рисунок Б.9

Б.39 Высокотемпературную плазму можно удерживать в замкнутом пространстве с помощью «магнитной ловушки». Объясните, что это значит? Какие физические законы или явления лежат в основе устройства «магнитной ловушки»? Поясните ответ рисунком, приведите примеры.

Б.40 Магнитное поле Земли в окружающем ее пространстве подобно полю постоянного магнита. Начертите силовые линии магнитного поля Земли. Как в этом поле будет двигаться высокоэнергичная заряженная частица, попавшая из космоса в поле Земли в области экватора и имеющая скорость, направленную к центру Земли. Объясните, нарисуйте примерную траекторию частицы, если: а) q>0; б) q<0.

Б.41 Два длинных прямых провода расположены в горизонтальной плоскости перпендикулярно друг другу. Один проводник жестко закреплен, другой подвешен свободно. Опишите, как будут взаимодействовать эти проводники, если по ним пропустить одинаковые токи I. Укажите направление сил. Каков будет результат такого взаимодействия?

Б.42 Запишите формулы для циркуляции вектора магнитной индукции в интегральной и локальной (дифференциальной) формах. Раскройте их физический смысл. Каков практический аспект теоремы о циркуляции вектора ? Проведите аналогию с электростатическими теоремами.

Б.43 Постройте графики зависимости намагниченности  и индукции от напряженности поля для ферромагнетиков. Объясните, о чем свидетельствует наличие насыщения намагниченности? Как это влияет на ход зависимости  B = f(H) и магнитную проницаемость вещества?  

Б.44 По очень большой пластине течет однородный ток с постоянной  плотностью *(см. рисунок Б.10). Докажите, что силовые линии магнитного поля, создаваемого этим током, параллельны пластине. Укажите направление  над и под пластиной. Краевыми эффектами пренебречь.

 

 

 

Рисунок Б.10

Б.45 В магнитное поле, представленное суперпозицией полей  и  () влетает электрон со скоростью . Запишите выражение для вектора и модуля силы, действующей на электрон. Определите форму траектории электрона, изобразите ее на рисунке с указанием направления всех векторов.

Б.46 Пластины заряженного конденсатора притягиваются с силой F. Изменится ли эта сила, если ввести в конденсатор пластинку           из диэлектрика, как показано на рисунке Б.11? Если «да», то как изменится сила и почему; если «нет» - то значит ли это, что диэлектрик не оказывает никакого влияния на электрическое поле?

 

 

 

Рисунок Б.11

Б.47 На расстоянии r друг от друга находятся два точечных заряда q1 и q2. S – плоскость симметрии. Изучите характер поля этих зарядов в случае, когда заряды равны по модулю, но противоположны по знаку. Является ли плоскость S эквипотенциальной? Равна ли нулю напряженность поля во всех точках этой плоскости. Начертите примерный вид силовых линий и эквипотенциальных поверхностей поля (см. рисунок Б.12).

 

 

                                                           Рисунок Б.12

Б.48 Прямоугольная рамка расположена перпендикулярно индукции  однородного магнитного поля. Одна из сторон рамки длиной  перемещается со скоростью  параллельно самой себе. Покажите, исходя из выражения силы Лоренца, что ЭДС индукции равна скорости изменения магнитного потока .

Б.49 В схеме, изображенной на рисунке Б.13, в момент времени t=0 замыкают цепь. Постройте качественно графики зависимости силы тока I в цепи и напряжения U на вольтметре от времени t (сопротивлением катушки пренебречь).

                                                                                                                                                                                       

 

 

Рисунок Б.13

Б.50 При демонстрации опыта по возникновению ЭДС самоиндукции при размыкании цепи используют схему рисунка Б14. Каким должно быть соотношение между активным сопротивлением катушки и сопротивлением лампочки накаливания и какой должна быть индуктивность L, чтобы эксперимент был убедительным? Постройте качественно графики зависимости I(t) в цепи для различных параметров цепи (сравнительные).

                    Рисунок Б.14                                 

2.3            Задание к РГР  № 3 на тему «Физика колебаний и волн»

 

Цель: изучение фундаментальных понятий современной физики, объяснение наблюдаемых явлений не только с качественной, но и с количественной стороны, умение решать профессиональные задачи в области теплоэнергетики;

 

Таблица 3 – РГР  № 3

Уровень

Вариант

В.С. Волькенштейн «Сборник задач по общему курсу физики».-М., 1990.

Чертов А.Г., Воробьёв А.А. «Задачник по физике». - М., 2006.

Физика: Задания к практическим занятиям /Под общ. ред. Ж.П. Лагутиной. – Мн.,1989.

Приложение Б

А

1

12.16, 14.16, 16.16

30.16

19.16

1

2

12.17, 14.17, 16.17

30.17

19.17

2

3

12.18, 14.18, 16.18

30.18

19.18

3

4

12.19, 14.19, 16.19

30.19

19.19

4

5

12.20, 14.20, 16.20

30.20

19.20

5

6

12.6, 14.6, 16.6

30.6

19.6

6

7

12.7, 14.7, 16.7

30.7

19.7

7

8

12.8, 14.8, 16.8

30.8

19.8

8

9

12.9, 14.9, 16.9

30.9

19.9

9

10

12.10, 14.10, 16.10

30.10

19.10

10

Б

11

12.21, 14.21, 16.21

30.21

19.21

11

12

12.22, 14.22, 16.22

30.22

19.22

12

13

12.23, 14.23, 16.23

30.23

19.23

13

14

12.24, 14.24, 16.24

30.24

19.24

14

15

12.25, 14.25, 16.25

30.25

19.25

15

16

12.26, 14.26, 16.26

30.26

19.26

16

17

12.27, 14.27, 16.27

30.27

19.27

17

18

12.28, 14.28, 16.28

30.28

19.28

18

19

12.29, 14.29, 16.29

30.29

19.29

19

20

12.30, 14.30, 16.30

30.30

19.30

20

С

31

12.31, 14.31, 16.31

30.31

19.31

21

32

12.32, 14.32, 16.32

30.32

19.32

22

33

12.33, 14.33, 16.33

30.33

19.33

23

34

12.34, 14.34, 16.34

30.34

19.34

24

35

12.35, 14.35, 16.35

30.35

19.35

25

 

Приложение В

В.1 Проведите аналогию математического описания гармонических колебаний различной природы: дифференциальное уравнение колебаний, его решение; физические величины, характеризующие систему, их графики.

В.2 Частица совершает гармоническое колебание с амплитудой А и периодом Т. Определите время, за которое частица сместится: 1) от положения х=0 до положения х=А/2; 2) от положения х=А/2 до х=А. Постройте графи колебания и отметьте указанные промежутки времени.

В.3 Что такое фигуры Лиссажу? В каком случае они наблюдаются? От чего зависит вид фигуры и какие характеристики колебаний  можно определить по виду кривой? Приведите примеры.

В.4 Что такое апериодический процесс? При каких условиях он наблюдается? Где возможно применение критического затухания (демпфирования)?

В.5 Объясните, почему мы слышим собеседника, речь и пение актеров, звучание музыкальных инструментов. Почему голос человека индивидуален, как и отпечатки пальцев?

В.6 Какова интенсивность света, отраженного от поверхности диэлектрика, если он падает на поверхность под углом Брюстера и поляризован: 1) в плоскости, перпендикулярной плоскости падения луча; 2) в плоскости падения?

В.7  Чему равна при гармоническом колебании работа А квазиупругой силы за время, равное периоду колебаний? Дайте обоснованный  ответ. Что является следствием данного результата?

В.8 Какое отношение имеет длина волны к вопросу о том, будет ли данное тело представлять препятствие для волн? Нарисуйте возможные картины распространения волны  для случаев: 1) , 2) , 3) .

В.9  Почему интерференцию света можно наблюдать от двух лазеров и нельзя – от двух электроламп? Дайте полную характеристику света от таких источников.

В.10 В чем заключается суть просветления оптики? Где применяются просветленные линзы?

В.11  От чего зависит амплитуда и начальная фаза гармонических колебаний? Приведите примеры, проиллюстрируйте результаты с помощью графиков и формул.

В.12  Нарисуйте и проанализируйте резонансные кривые для амплитуды смещения (заряда) и скорости (тока). В чем их отличие? Объясните причину этого отличия.

В.13  Говорят, что великий тенор Энрико Карузо мог заставить бокал разлететься вдребезги, спев в полный голос ноту надлежащей высоты. Как это объяснить?

В.14  На рисунке В.1 дан график смещений  в бегущей волне для некоторого момента времени . Нарисуйте под ним (соблюдая тот же масштаб для ) график плотности энергии  для того же момента времени.

В.15  Продольные и поперечные волны. Какую волну – поперечную или продольную – описывает уравнение ? Почему? Объясните смысл величины  и проанализируйте зависимости  и  .

В.16  На рисунке В.1 дана «моментальная» фотография смещений x частиц среды, в которой вдоль оси распространяется упругая волна. Укажите направление скоростей частиц в точках А, В и С в случае: а) продольной волны; б) поперечной волны, колебания в которой происходят в плоскости рисунка. Чему равна скорость частицы в точке в обоих случаях?

В.17  На рисунке В.1 дан график смещений  в бегущей волне для некоторого момента времени . Чему равна (нулю, отлична от нуля, максимальна) плотность кинетической, потенциальной и полной энергии в точках: 1) А и С, 2)  0 и В? Чему равен и как направлен вектор плотности потока энергии  в этих точках?                                                                             Рисунок В.1

В.18 Электрическое поле в плоской электромагнитной волне изменяется по закону , . Определите: а) величину и направление , запишите закон изменения ; б) направление распространения волны; в) величину и направление вектора Пойнтинга.

В.19  Почему винный бокал «поёт», если провести мокрым пальцем вдоль его края? Что именно вызывает звучание бокала и почему палец при этом должен быть влажным? Каковы колебания кромки бокала: поперечные или продольные?

В.20 Какое свойство упругих волн и каким образом помогло геофизикам сделать вывод о существовании жидкого ядра Земли.

В.21 На рисунке В.2 представлены графики двух гармонических колебаний. Первое из них описывается уравнением: . Запишите уравнение второго колебания, считая известными величины А и w. Какое из колебаний обладает большей энергией, во сколько раз?                                                           

                                                                           Рисунок В.2

В.22 Что описывает уравнение вида  , где  – некоторая функция,  и  – константы? Приведите примеры. Каков физический смысл величин   и ?

В.23 Запишите уравнение плоской монохроматической электромагнитной волны, распространяющейся вдоль оси  Покажите на рисунке расположение друг относительно друга векторы    и   в этой электромагнитной волне? Какие свойства волны отражают эти факты? Что можно сказать о частоте колебаний векторов , их начальных фазах?  Что представляет собой естественная световая волна? Опишите свойства световой волны.

В.24 Листовые поляроидные покрытия из пластмассы первоначально были разработаны для автомобильных фар – их ставили, чтобы не слепить водителей встречных автомобилей. Каким образом это достигалось и как лучше всего следовало ориентировать такой поляроид? Учтите, что встречная машина должна все-таки оставаться видимой, так что свет частично должен проходить через покрытие.

В.25 Колебания, изображаемые графиком 1 (рисунок В.3), выражаются уравнением х1=А1 sinw1t . Считая заданными величины А1 и w1, определите  частоту w2 и амплитуду А2. Запишите уравнение колебаний, изображаемых графиком 2.

 

Рисунок В.3

 

2.4 Задание к РГР  № 4 на тему «Квантовая физика и физика атома»

 

Цель: интенсивное изучение и овладение законами и теориями физики, которое сопровождается умением формулировать эти законы и применять их в конкретных случаях при решении задач.

 

Таблица 4 – РГР  № 4

Уровень

Вариант

В.С. Волькенштейн «Сборник задач по общему курсу физики».– М., 2003.

А.Г. Чертов, А.А. Воробьёв «Задачник по физике». –М., 2006.

Физика: Задания к практическим занятиям /Под общ. ред. Ж.П. Лагутиной. – Мн.,1989.

И.Е. Иродов «Задачи по общей физике». – М., 2001.

Приложение

Г

А

1

18.11, 19.11, 21.11

 

25.11

 

1, 36

2

18.12, 19.12, 21.12

 

25.12

 

2, 37

3

18.13, 19.13, 21.13

 

25.13

 

3, 38

4

18.14, 19.14, 21.14

 

25.14

 

4, 39

5

18.15, 19.15, 21.15

 

25.15

 

5, 40

6

18.6, 19.6, 21.6

 

25.6

 

6, 41

7

18.7, 19.7, 21.7

 

25.7

 

7, 42

8

18.8, 19.8, 21.8

 

25.8

 

8, 43

9

18.9, 19.9, 21.9

 

25.9

 

9, 44

10

18.10, 19.10, 21.10

 

25.10

 

10, 45

В

11

18.30, 19.30, 21.30

 

25.30

6.234

16, 50

12

18.21, 19.21, 21.21

 

25.21

 

21, 49

13

18.22, 19.22, 21.22

 

25.22

 

22, 48

14

18.23, 19.23, 21.23

 

25.23

 

23, 47

15

18.24, 19.24, 21.24

 

25.24

 

24, 46

16

18.25, 19.25, 21.25

 

25.25

 

25, 30

17

18.26, 19.26, 21.26

 

25.26

 

26, 20

18

18.27, 19.27, 21.27

 

25.27

 

27, 19

19

18.28, 19.28, 21.28

 

25.28

6.231

28, 18

20

18.29, 19.29, 21.29

 

25.29

 

29, 17

С

21

18.31, 19.31, 21.31

 

25.31

6.231

31, 15

22

18.32, 19.32, 21.32

 

25.32

 

32, 14

23

18.33, 19.33, 21.33

 

25.33

6.234

33, 13

24

18.34, 19.34, 21.34

 

25.34

6.232

34, 12

25

18.35, 19.35, 21.35

 

25.35

 

35, 11

 

Приложение Г

Г.1 Какую функцию описывает формула Рэлея-Джинса? При каких длинах волн она удовлетворительно согласуется с экспериментом? Почему из распределения Рэлея-Джинса был сделан вывод об «ультрафиолетовой катастрофе»?

Г.2 Изобразите зависимость испускательной способности черного тела           r(w,Т) от частоты w. Как можно рассчитать значение температуры излучающего тела, используя эту зависимость? Какие законы  лежат в основе этих расчетов?

Г.3 Что представляет собой вольтамперная характеристика фотоэлемента? Как с ее помощью  определить число N электронов, выбиваемых светом с поверхности катода в единицу времени? Какие параметры фотокатода необходимо при этом знать?

Г.4  В чем состоит физический смысл соотношения неопределенностей (для координат и проекций импульса)  В.Гейзенберга?  Какие из указанных физических величин могут быть одновременно точно определены?

Г.5 Дайте определение эффекту Комптона. Объясните: 1) независимость величины Dl в формуле для эффекта Комптона  от природы вещества; 2) наличие в рассеянном излучении несмещенной компоненты.

Г.6 Какой смысл вкладывается в соотношение неопределенностей? Проиллюстрируйте на примерах его подтверждение.

Г.7  Запишите формулу для энергетического спектра одномерного квантового гармонического осциллятора, изобразите вид этого спектра. Объясните, почему его минимальная энергия не равна нулю.

Г.8 Сформулируйте, в чем сущность корпускулярно-волнового дуализма электромагнитного излучения? Запишите и поясните формулы, выражающие связь волновых и корпускулярных характеристик электромагнитного излучения. Какие из этих соотношений являются фундаментальными, а какие – индивидуальными?

Г.9  В чем суть туннельного эффекта и почему он невозможен в рамках классической механики? Какие явления служат экспериментальным доказательством прохождения частиц сквозь потенциальный барьер?   Дайте определение коэффициента прозрачности D потенциального барьера. Не противоречит ли закону сохранения энергии прохождение частицы  сквозь потенциальный барьер при W<U?

Г.10 В спектре излучения абсолютно черного тела при температуре Т выделены два участка,  площади которых DS1=DS2 (см.рисунок Г.1). Сравните средние излучательные способности и энергетические светимости в интервалах Dl1 и Dl2. Одинаково ли  число излучаемых квантов?                                                                                                                   Рисунок Г.1

Г.11 Покажите, что при больших квантовых числах энергетические уровни электрона в потенциальном ящике с плоским дном и бесконечно высокими стенками становятся квазинепрерывными.

Г.12 На одном рисунке представьте графики зависимости от длины волны спектральной плотности энергетической светимости r (λ, Т) равновесного  теплового излучения для нескольких температур Т1 < Т2 < Т3. Охарактеризуйте все изменения кривых зависимости r (λ, Т) при переходе к более высоким температурам (проиллюстрируйте законы теплового излучения абсолютно черного тела). Объясните, почему эти кривые не могут пересекаться.

Г.13  Изобразите качественно зависимость задерживающего напряжения  Uз от частоты w падающего света при фотоэффекте. Проанализируйте влияние материала катода на эти кривые (изобразите два графика для различных фотокатодов). Какие физические постоянные могут быть получены с помощью этой зависимости и как?

Г.14 В конце 19 века физик Лоренц Х. сделал вывод о том, что «уравнения классической физики оказались неспособными объяснить, почему угасшая печь не испускает синих лучей наряду с излучением больших длин волн». Что легло в основу этого вывода? Как и кем были разрешены эти трудности?

Г.15  Объясните, почему существование граничной частоты фотоэффекта свидетельствует в пользу корпускулярной, а не волновой теории света? Какие еще закономерности фотоэффекта не могут быть правильно объяснены в волновой теории света?

Г.16 Покажите, что в эффекте Комптона проявляются корпускулярные свойства электромагнитного излучения. Почему эффект Комптона не наблюдается при рассеянии видимого света?

Г.17  Что такое  “ток насыщения» фотоэлемента? Как зависит ток насыщения  данного фотоэлемента: а) от величины светового потока, б) от напряженности электрического поля в падающей световой волне? Постройте графики этих зависимостей (качественные).

Г.18  Как изменится вид вольтамперной характеристики фотоэлемента, если: а) при неизменном спектральном составе волны увеличится в два раза ее полный световой поток; б) при неизменном световом потоке увеличится в два раза частота монохроматического света? Изобразите характеристики на графике и поясните их.

Г.19  Представьте графически и обсудите энергетический спектр одномерного квантового гармонического осциллятора. Поясните, почему его минимальная энергия не равна нулю.

Г.20  Представьте графически и обсудите энергетический спектр атома водорода. Опишите его оптический спектр: происхождение серий и отдельных линий в этом спектре.

Г.21  От каких квантовых чисел зависит волновая функция, описывающая состояние электрона в атоме водорода в теории Шредингера? Укажите возможные значения квантовых чисел и что каждое из них определяет. Что представляет собой полная система квантовых чисел? Что такое спин частицы?

Г.22  В потенциальном бесконечно глубоком одномерном ящике энергия W электрона точно определена. Значит, точно определено и значение квадрата импульса электрона (р2=2mW).  С другой стороны, электрон заперт в ограниченной области с линейными размерами l. Не противоречит ли это соотношению неопределенностей?

Г.23 Оцените, исходя из соотношения неопределенностей, энергию нулевых колебаний одномерного квантового гармонического осциллятора. Сравните полученный результат с тем, который следует из решения уравнения Шредингера.

Г.24 Как квантуется энергия и момент импульса частицы (охарактеризуйте квантовые числа)? Каким образом «форма потенциальной ямы» влияет на квантование энергии?

Г.25 Запишите законы сохранения энергии и импульса для процессов взаимодействия фотонов с частицами вещества (электронами). В чем специфика применения этих законов для оптических фотонов, рентгеновского и  излучений?

Г.26 Как изменится вид вольтамперной характеристики фотоэлемента, если  при неизменном потоке фотонов увеличится  (уменьшится) в два раза частота монохроматического света.  Изобразите характеристики на графике и поясните их.

Г.27  Запишите закон Кирхгофа для теплового излучения. Объясните, почему, например, тело, окрашенное в зеленый цвет и, следовательно, поглощающее красную часть видимого спектра, не излучает  волн красного диапазона, как можно было бы ожидать, исходя из закона Кирхгофа. Поясните свой ответ с помощью графика.

Г.28  В чем состоит принципиальное отличие квантовой  и классической статистик? Сформулируйте основную задачу квантовой статистики.

Г.29  Что такое фермионы и бозоны? Почему фермионы называют «индивидуалистами», а бозоны – «коллективистами»? Существуют ли другие классы частиц?

Г.30  Покажите, что классическая статистика Больцмана является приближенным предельным случаем, в который переходят обе квантовые статистики Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака. При каких условиях это происходит?

Г.31  Оцените скорость движения электронов, находящихся на уровне Ферми. Почему в квантовой теории проводимости металлов в отличие от классической теории принята независимость скорости беспорядочного движении электронов от температуры?

Г.32  В чем заключается принцип тождественности частиц и принцип Паули?

Г.33  В чем состоит особенность энергетического спектра электронов в кристаллах с точки зрения зонной теории? Опишите структуру спектра. Изобразите схематически энергетические спектры металла, диэлектрика, чистого полупроводника, объясните отличия.

Г.34  Рассмотрите механизм внутреннего фотоэффекта в полупроводниках. От чего зависит концентрация фотоносителей тока? Где используется явление внутреннего фотоэффекта?

Г.35  В чем отличие красной границы внутреннего фотоэффекта для собственных и примесных полупроводников? Приведите схемы энергетических спектров электронов для этих полупроводников. Запишите формулы, позволяющие определить красную границу внутреннего фотоэффекта.

Г.36  Фотосопротивление. Принцип работы фотосопротивлений и область их применения.

Г.37  При каком включении внешнего напряжения р-n-переход оказывается «запертым»? Почему и в этом случае ток не равен нулю? Какими носителям этот ток обусловлен?

Г.38  Запишите схему аннигиляции электрон-позитронной пары. Определите энергию каждого из возникших фотонов, принимая, что кинетическая энергия электрона и позитрона до их столкновения пренебрежимо мала.

Г.39  Какие частицы называют виртуальными? Приведите примеры виртуальных частиц. В каких взаимодействиях они участвуют?

Г.40  Как определяется число протонов и нейтронов, входящих в состав ядра? Опишите основные характеристики протонов и нейтронов.

Г.41  b- - распад. Объясните появление отрицательно заряженных частиц в положительном ядре.

Г.42  От чего зависит стабильность (устойчивость) ядер химических элементов? Какие ядра являются наиболее прочными, почему?

Г.43  Что такое дефект массы? Дайте определение энергии связи ядра, удельной энергии связи.  Сравните среднюю удельную энергию связи ядра с энергией связи электрона  в атоме, сделайте вывод.

Г.44  Что такое  частица? Приведите схему распада и сформулируйте его основные закономерности.

Г.45  Что представляет собой  излучение, его свойства. Какие явления сопровождают прохождение излучения через вещество и в чём их суть?

Г.46  Что такое  частица? Какие типы  распада Вы знаете? Приведите схемы радиоактивных превращений и поясните их.

Г.20  Какие фундаментальные типы взаимодействий осуществляются в природе и как их можно охарактеризовать? Какой из них является универсальным?

Г.47 Сравните формулу удельной проводимости металлов в классической и квантовой теории. В чем состоит их глубокое принципиальное различие, несмотря на их математическое сходство?

Г.48 Постройте и объясните кривую распределения фермионов по энергиям при абсолютном нуле температуры . Изобразите схематически  соответствующий энергетический спектр электронов в металле, объясните результаты. Дайте физический смысл  энергии Ферми.

Г.49  Что такое критерий вырождения и температура вырождения? Чем объясняется очень низкая температура вырождения обычных атомных и молекулярных газов и очень высокая температура вырождения электронного газа в металлических кристаллах?

Г.50  Поясните, как из зависимости удельной энергии связи от массового числа вытекает энергетическая выгодность деления тяжелых ядер и синтеза легких? Приведите примеры таких реакций. Находят ли они практическое применение?

 

3       Методические рекомендации к выполнению РГР

 

3.1 Рекомендации к освоению дисциплины «Физика»

 

При изучении данной дисциплины необходимо, прежде всего, усвоить основные понятия, законы и принципы классической и современной физики, а затем их важнейшие следствия. Знание законов физики предполагает уменье не только формулировать эти законы, но и применять их в конкретных случаях при решении задач. Для решения задач недостаточно формального знания физических законов. В некоторых случаях необходимо знание специальных методов, приемов, общих для решения определенных групп задач. В других случаях таких методов не существует. Кроме знания теории главным, что способствует успеху дела, становится способность аналитического мышления, т.е. умение рассуждать.

Важным элементом процесса решения задач являются углубленное понимание физических законов и развитие умения рассуждать. При решении задач необходимо руководствоваться следующими принципами: основное внимание уделять физической стороне вопроса: понять условие; отделив главное от несущественного, выявить основные физические процессы, имеющие место в данном случае; выяснить, каким физическим законам подчиняются эти процессы; иногда из нескольких законов выбрать один, применение которого приводит кратчайшим путем к цели.

 

3.2            Общие требования к выполнению и оформлению расчетно-графических ра­бот

 

Из-за большого разнообразия физических задач не существует единого способа их решения, тем не менее, при решении учебных физических задач можно придерживаться следующего общего алгоритма:

- осмыслите и проанализируйте содержание задачи, установите, в каких условиях находится изучаемая система (объект), сделайте чертёж, график или рисунок, поясняющий физический смысл задачи и ход ее дальнейшего реше­ния;

- подумайте, какие физические законы следует применить в данной си­туации, запишите их уравнения в общем виде, затем – применительно к дан­ной задаче, поясните смысл каждого обозначения в уравнении;

- решите задачу в общем виде, получите рабочую (расчетную) формулу. Числовые значения, как правило, подставляются только в рабочую формулу, выражающую искомую величину;

- производя вычисления величин, руководствуйтесь правилами прибли­женных вычислений. Все, входящие в данную формулу величины, выражайте в одной и той же системе единиц (желательно в СИ);

- в некоторых случаях целесообразно оценить правдоподобность ответа, это поможет избежать ошибок в решении.

- в задачах по квантовой механике при вычислении неопределенностей величин (, ), обязательно следует сделать вывод о том, являются ли рассматриваемые частицы классическими или квантовыми.

Все  РГР  выполняются в тетради (школьной) или набираются на компьютере. На обложке или титульном листе приводятся сведения в соответствии с приведенным ниже примером.

 

3.2.1 Пример – образец титульного листа

РГР №5, по дисциплине «Физика »

студента  группы БТЭ–12–5

Амирова И.Е.

Вариант А15

Каждая работа выполняется в отдельной тетради. Работа должна быть выполнена аккуратно, рисунки – карандашом при помощи линейки. Условие каждой задачи  переписываются полностью, без сокращений, затем оно должно быть записано с помощью общепринятых символических обозначений в краткой форме под заглавием «Дано».  Решение  необходимо сопровождать краткими пояснениями, раскрывающими смысл используемых обозначений, где 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.

          Для замечаний преподавателя на странице оставляются поля.

В конце работы необходимо указать, каким учебником или учебным пособием студент пользовался при изучении физики.

 

3.2.2  Пример решения  и оформления задачи

Задача. Тепловая машина с идеальным газом в качестве рабочего вещества совершает обратимый цикл, состоящий из изохорного нагревания 1-2, адиабатного расширения 2-3 и изотермического сжатия 3-1. Максимальная температура Тmax, достигаемая в цикле, равна 400К, минимальная – Tmin= 300К. Определите к.п.д. цикла. Каким был бы к.п.д. машины, если бы она работала по обратимому циклу Карно с теми же температурами нагревателя и холодильника?

Дано:

Тmax = 400К               

Tmin = 300К

___________

 

Изобразим указанный цикл на диаграмме P-V:

 

 

 

 

 

 

Коэффициент полезного действия тепловой машины

      .

Для нахождения полученного системой тепла Q1 и отданного – Q2, применим первое начало термодинамики.

1-2, изохорное нагревание:

2-3, адиабатное расширение:

3-1, изотермическое сжатие: .

Из диаграммы видно, что Тmax = T2, Tmin = T1. Таким образом

                                           .                                      (1)

Отношение объемов  заменим отношением температур , воспользовавшись уравнением адиабаты 2-3 и приняв во внимание равенство объемов

,

        .                                                 (2)

Подставим (2) в (1)

.

Преобразуем выражение

.

Окончательно получим

.

Для цикла Карно

.

Ответ:   

    .

 

Список литературы 

1. Савельев И.В. Курс физики.- М.: Наука, 1989. - т. 2, 3.

2. Детлаф А.А. , Яворский Б.М.  Курс физики. -М. :  Высш. шк., 2004.

3. Трофимова Т.И. Курс физики. - М. : Высш. шк., 2004.

4. Курс физики. Под ред. Лозовского В.Н. – СПб.: Лань, 2001. – т.1, 2.

5. Савельев И.В. Курс физики: Кн. 2: Электричество и магнетизм. –М.: «Издательство АСТ», 2004.

6. Савельев И.В. Курс физики: Кн. 4: Волны. Оптика. –М.: «Издательство АСТ», 2004.

7. Савельев И.В. Курс физики: Кн. 5: Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. –М.: «Издательство АСТ», 2004.

8. Иродов И.Е.  Электромагнетизм. Основные законы. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2000.

9. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики. – М., 2003.

10. Физика. Задания к практическим занятиям. Под ред. Ж.П. Лагутиной.– Мн.: Высш.шк., 1989.

11. Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. – М.: Уч. пособие для втузов. – М.: Изд-во  Физико-математической литературы, 2006.

13. Иродов И.Е. Задачи по общей физике. - М.: Физматлит., 1988.

14. Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики для втузов. - М.: Оникс 21 век, 2003.

15. Физика 2. Конспект лекций (для студентов специальностей 050718 – Электроэнергетика, 050717 – Теплоэнергетика). – Алматы: АУЭС, 2011.

 

Содержание 

1

Введение                                                                               

3

2

Задания к РГР     

4

2.1

РГР – 1

4

2.2

РГР – 2

10

2.3

РГР  – 3

19

2.4

РГР – 4                                                                                  

22

3

Методические рекомендации к выполнению РГР             

27

3.1

Рекомендации к освоению дисциплины «Физика»                             

27

3.2

Общие требования к оформлению и содержанию расчетно-графических  работ

28

3.2.1

Пример – образец титульного листа

28

3.2.2

Пример решения и оформления задачи

29

 

Список литературы

31