ДО ВИКОНАННЯ КОНТРОЛЬНИХ ЗАВДАНЬ З ФІЗИКИ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

 

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

 

 

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ВИКОНАННЯ КОНТРОЛЬНИХ ЗАВДАНЬ З ФІЗИКИ

РОЗДІЛИ “МЕХАНІКА, МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА ТА ТЕРМОДИНАМІКА”

 

для студентів усіх спеціальностей

 

Затверджено на засіданні кафедри фізики. Протокол №1 від 17 вересня 2002 р.

 

 

Харків - 2003

 

 

Методичні вказівки до виконання контрольних завдань з фізики. Розділи “Механіка, молекулярна фізика та термодинаміка” (для студентів усіх спеціальностей). /Укладачі Є.Г.Копанець, Ю.Є.Крот, С.О.Даньшева, І.Ф.Омеляненко - Харків: ХДТУБА, 2003. - 40 с.

 

 

Кафедра фізики.

 

 

Рецензент: к.ф-м. н., доцент Г.М. Подус

 

 

У методичних вказівках до виконання контрольних завдань з фізики міститься інформація, корисна для розв’язання задач.

 

 

Методичні вказівки призначені для студентів технічних спеціальностей будівельного профілю.

 

 

Вступ

Мета даних методичних вказівок – надати студентам допомогу під час виконання контрольних робіт з курсу загальної фізики.

Щоб навчитися успішно розв’язувати задачі, необхідно оволодіти системою методів для проведення всіх етапів розв’язування задачі як способу самостійної діяльності.

Узагальнений підхід до розв’язування задач з фізики грунтується на певних фундаментальних поняттях, які дозволяють сформулювати визначення теоретичної задачі як фізичного явища, в якому невідомі деякі зв’язки та величини. Розв’язати ж фізичну задачу – означає встановити зв’язки між фізичними величинами та визначити їх.

Слід зазначити, що наявність загальних методів не виключає й існування якихось специфічних прийомів розв’язування конкретних задач, які виходять за рамки типових схем. Проте, звичайно, вони не можуть конкурувати із загальними методами.

 

Загальні методичні вказівки до виконання контрольних робіт

Виконання контрольного завдання складається з двох етапів: теоретичного та практичного. Мета теоретичного етапу (фізичного аналізу задачі) полягає у тому, щоб,… - визначити фізичну систему;

Фізичні основи класичної механіки

Методика розв’язування задач

Кінематика

Задачі цього розділу можна поділити на такі: - задачі, в яких за відомим законом руху необхідно визначити певні… - задачі, в яких задано кінематичні характеристики, відповідно до яких слід визначити закон механічного руху.

Динаміка

У задачах розділу “Динаміка” при визначенні будь-якої з характеристик руху необхідно розглядати сили, які викликають їх зміну. Методика розв’язування задач цього розділу грунтується на використанні трьох… Закони Ньютона дозволяють розв’язати практично будь-яку задачу, в якій необхідно визначити положення тіла або іншу…

Приклади розв’язування задач

Задача 1. Молот масою кг, який рухається із швидкістю м/с, ударяє залізний виріб, що знаходиться на ковадлі (маса ковадла разом із виробом кг).…   кг м/с кг   - ? ККД - ? …

Фізичний аналіз

 

Фізичну систему утворюють молот – виріб – ковадло (виріб та ковадло розглядаються як одне тіло). Фізичний процес полягає у абсолютно непружній взаємодії двох тіл ізольованої системи. За умовою задачі маси та швидкості тіл до взаємодії визначені, необхідно визначити енергію та ККД системи. Для розв’язування задачі будемо використовувати закони збереження енергії та імпульсу.

Розв’язання

, (1) де - спільна швидкість тіл системи після непружного удару. Цю швидкість знайдемо на підставі закону збереження імпульсу:

Фізичний аналіз

 

Фізична система – однорідний тонкий стержень. Будемо його вважати абсолютно твердим тілом. Фізичний процес полягає у тому, що відхилене тіло повертається у стан рівноваги, де й необхідно визначити його кутову швидкість . Для розв’язання задачі доцільно використовувати закони збереження енергії та імпульсу.

 

Розв’язання

Для визначення кутової швидкості запишемо закон збереження енергії, враховуючи, що коли стержень набуде вертикального положення, його потенціальна…   ,

Розв’язання

У початковий момент часу вся енергія тягарця являє собою потенціальну енергію ,  

Фізичний аналіз

 

Фізичну систему утворюють два тіла: диск та людина. Людину будемо розглядати як матеріальну точку, диск - як тверде тіло. Фізичний процес полягає у взаємодії людини та диска, внаслідок чого змінюється частота обертання диска. Характер сил, що виникають у процесі їх взаємодії, невідомий, тому для розв’язання задачі треба використовувати закони збереження, зокрема - закон збереження моменту імпульсу.

 

Розв’язання

Згідно із законом збереження момента імпульсу , , (1)

Контрольна робота №1

101. Залежність пройденого тілом шляху від часу описується рівнянням де м/с, м/с2, м/с3. Визначити: а) залежність швидкості та прискорення від… Побудувати графік залежності шляху, швидкості та прискорення від часу в… 102. Залежність пройденого тілом шляху від часу описується рівнянням , де м/с2, м/с3. Через який час після початку…

Молекулярна фізика та термодинаміка

Згідно з молекулярно-кінетичною теорією (МКТ) всі тіла утворені з структурних мікроскладових (молекул, атомів, іонів тощо), які знаходяться у…   Методика розв’язування задач

Термодинаміка

Основна задача термодинаміки полягає у визначенні всіх макростанів фізичної системи. Розв’язання задач даного розділу грунтується на використанні… Для розв’язання задач, в яких необхідно обчислити кількість теплоти, що… ,

Явища переносу

Маса газу, що переноситься за час через площадку вздовж , перпендикулярному до цієї площадки, визначається рівнянням дифузії: . Теплопровідність у газі визначається рівнянням:

Приклади розв’язання задач

Фізичний аналіз Фізична система – газ, відносна молярна маса якого = 44. Цей газ будемо… – молярна теплоємність при сталому об’ємі; (1)

Фізичний аналіз

Розв’язання 1. Для визначення коефіцієнта теплопровідності будемо використовувати… , (1)

Задача 3.Яка частина молекул водню при ˚C має швидкість в інтервалі від 2000 до 2100 м/с?

 

˚C м/с м/с
-?

Фізичний аналіз

Фізична система – ідеальний газ. Якщо зовнішні сили відсутні, розподіл молекул ідеального газу в просторі описується законом Максвелла, який визначає розподіл молекул за швидкостями.

Розв’язання

, де - відносна швидкість , . У нашому випадку , ;

Фізичний аналіз

Враховуючи, що процеси, в яких бере участь газ, квазістатичні, параметри проміжного стану системи можна обчислити за допомогою газових законів, а… Розв’язання Розглянутий процес зображується на діаграмі двома відрізками прямих – ізохорою – та ізобарою , де - проміжний стан,…

Розв’язання

Для розв’язання задачі будемо використовувати барометричну формулу

, (1)

де - тиск газу на висоті ,

- тиск на висоті .

Густину газу визначимо з рівняння стану ідеального газу

(3) Підставляючи (2) і (3) в (1), одержимо: , тоді

Фізичний аналіз

Фізична система – азот масою . Фізичний процес полягає у зміні ентропії газу, що відбувається при ізохорному процесі. Процес є квазістатичним та оборотним.

Розв’язання

, де - кількість теплоти, що її віддає система при охолодженні. Цю зміну кількості теплоти визначимо з I-го початку термодинаміки

Контрольна робота № 2

201. У циліндр довжиною м, заповнений повітрям при нормальному тиску, почали повільно вводити поршень площею см2. Визначити силу , яка діє на… 202. У балоні знаходиться газ при температурі К. До якої температури треба… 203. Балон місткістю л заповнений азотом при температурі К. Коли деяка частина газу витекла, тиск у балоні знизився…

Основні рівняння і формули кінематики прямолінійного руху

  Таблиця 3

Основні рівняння і формули кінематики обертального руху

  Таблиця 4

Таблиця аналогій

  Таблиця 5 Формули основних термодинамічних процесів та їх характеристик

Даньшева Світлана Олегівна

Омеляненко Іван Федорович

 

Відповідальний за випуск : Є.Г.Копанець

 

 

Редактор: В. І. Пуцик

 

 

План 2003, поз. 35

 

Підп. до друку 20.12.02 Формат 60х84 1/16 Папір друк.№2

Друк – ризографія. Умовн.друк.арк. 1,84

Тираж 100 прим. Зам.№ 600 Безкоштовно

 

 

ХДТУБА, 61002, Харків, вул.Сумська,40

 

 

Підготовлено та віддруковано РВВ

Харківського державного технічного університету

будівництва та архітектури