1. - Томский политехнический университет

Сегодня: суббота, 7 мая 2016 г.
Физика
Степанова Екатерина Николаевна
доцент кафедры ОФ ФТИ ТПУ
Установочная лекция
для студентов групп З-8Л21, З-1В21, З-4Е21
Физика является
одной
из
фундаментальных
дисциплин, составляющих базу для дальнейшего освоения
конкретных разделов науки и техники.
В основе современной естественнонаучной картины
мира лежат физические законы, принципы и концепции.
Физика
отражает
основные
этапы
сложного
исторического пути познания физической природы вещей,
способствует формированию целостного взгляда на
окружающий мир и освоению студентами современного
стиля физическими мышления.
2
Одна из ее целей – дать элементарное состояние дел в
современной физической теории и характера физических
исследований, проводящихся в настоящее время;
обеспечить систематическое и точное описание
физических явлений.
Изучение физики позволяет ответить на вопросы:
почему столь важную роль в ней играет эксперимент, что
понимается под физической теорией и как применяется
эта теория к реальному физическому миру.
3
О КУРСЕ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ
Курс
общей
физики
рассчитан
на
три
семестра. Каждый семестр заканчивается
экзаменом (зачетом).
О курсе общей физики
Разделы
I-й семестр –
Физические основы
механики. Молекулярная
физика и термодинамика.
II-й семестр – Электростатика.
Постоянный ток.
Электромагнетизм.
III-й семестр – Колебания и волны.
Волновая оптика.
Квантовая оптика.
Атомная и ядерная
физика. Физика
элементарных частиц.
О курсе общей физики
Допуск к экзамену: 33 балла при
условии выполнения и защиты всех
контрольных работ и лабораторных
работ, предоставлении на проверку
конспекта лекций и контрольных
вопросов!!!
О курсе общей физики
Лабораторные работы
Выполняются
во
время
лабораторноэкзаменационной сессии для студентов заочной
формы обучения. В зависимости от числа аудиторных
часов студент должен выполнить 2 или 3
лабораторные работы.
Студенты должны выполнять лабораторные работы
по индивидуальным маршрутам, имеющимся в
учебных лабораториях, представляя отчеты по каждой
из них и защищая работы с применением имеющихся
тестов или в устной беседе с преподавателем.
О курсе общей физики
Контрольные работы
Также необходимо решить контрольные работы в
каждом из трех семестров изучения физики.
Контрольная работа
Перед сдачей экзамены все студенты должны
выполнить
две
контрольные
работы.
При
выполнении
работы
необходимо
соблюсти
следующие требования:
1. Первая страница – титульный лист, на котором
должны быть указаны: вариант № __, фамилия и
инициалы исполнителя работы, факультет и номер
группы.
9
Пример заполнения титульного листа
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт/Факультет – _____________________________________________
Направление – _____________________________________________
Кафедра
–
Контрольная работа №1
по курсу «____________________________________________»
Наименование учебной дисциплины
Вариант №
Выполнил студент гр.
_
_______ _____________
Подпись
Проверил преп.
Дата
И.О.Фамилия
_ ________ _______ _____________
Томск - 2013
10
Пример заполнения титульного листа
шаблоны:
http://portal.tpu.ru/student/about/documents
11
2. Необходимо переписывать условия задач
полностью, без сокращений.
3. Записываете, что Вам дано, и что необходимо
найти в ходе решения задачи. Все величины
необходимо перевести в систему СИ.
4. Решения необходимо сопровождать краткими, но
исчерпывающими
пояснениями
(с
указанием
определений использованных величин, законов и др.
соотношений). При необходимости нужно привести
поясняющий рисунок.
5. Задачи нужно решать в общем виде с получением
конечной расчетной формулы. Промежуточные
величины рассчитывать не нужно.
12
6. После получения расчетной формулы необходимо
провести проверку размерностей.
7. В конце каждого задания должен быть приведен
ответ в виде отдельной строки.
8. Каждая работа при проверке оценивается
определенным количеством баллов, которое влияет
на Вашу итоговую оценку.
9. Если представленная работа не зачтена, студент
обязан устранить выявленные ошибки или
недоработки и представить ее повторно.
13
Пример решения и оформления задачи
Найдите скорость частицы, если ее кинетическая
энергия составляет половину энергии покоя. Ответ
представьте в гигаметрах за секунду и округлите до
сотых.
Дано: Екин = 0,5Е0.
Найти: .
14
Кинетическая энергия частицы в классической
механике рассчитывается по формуле
mυ

.
2
2
Екин
В нашей задаче мы не можем пользоваться этой
формулой, т.к. у нас речь идет об релятивистской
частице, т.е. такой частице, которая движется со
скоростью, близкой к скорости света. Кинетическая
энергия релятивистской частицы равна полной
энергии минус энергия покоя
Екин = Е - Е0.
Здесь Е – полная энергия, равная
Е = mc2,
15
Е0 –энергия покоя.
Тогда
Е0 = m0c2.
Екин = mc2 - m0c2 = c2(m - m0),
(1)
где
m0 – масса покоя частицы, m – масса релятивистской
частицы, с – скорость света.
с = 3108 м/с.
Известно, что если частица движется со скоростью,
близкой к скорости света, то ее масса меняется по
закону
m
m0
υ
1- 2
c
2
.
(2)
16
Подставим выражение (2) в формулу (1).
Екин








m0
1


2
2
с 
 m0   m0 с 
 1.
2
2
υ
υ
 1 
 1 
2
2
c
c




Или
Екин




 1

 Е0 
 1.
2
υ
 1 
2
c


17
Из условия задачи
Екин = 0,5Е0.
Следовательно,




 1

0,5Е0  Е0 
 1.
2
υ
 1 
2
c


3

2
1
υ2
1- 2
c
.
или
υ2 2
1- 2  .
c
3
1

2
1
υ2
1- 2
c
 1.
υ2 4
1- 2  .
c
9
18
Контрольные вопросы для студентов заочного
отделения (приведены на след. слайде)
по курсу «ФИЗИКА. Часть 1»
Темы:
1. Физические основы классической механики.
2. Элементы специальной теории относительности.
3. Механические колебания и волны в упругих средах.
4. Основы молекулярной физики и термодинамики.
(По данным вопросам необходимо написать краткий
конспект лекций к экзамену)
1. Система отсчета. Скорость ускорение.
2. Динамика материальной точки. Законы ньютона.
3. Энергия. Работа переменной силы.
4. Законы сохранения энергии и импульса.
5. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси
(момент инерции, момент силы, момент импульса). Закон сохранения момента импульса.
6. Закон всемирного тяготения. Поле тяготения и его характеристики. Работа в поле тяготения.
Космические скорости.
7. Механический принцип относительности. Инерциальные системы отсчета. Преобразования
Галилея.
8. Преобразования Лоренца. Постулаты СТО. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции.
9. Релятивистские выражения для массы, импульса, кинетической энергии. Взаимосвязь массы и
энергии.
10. Основные положения и уравнения молекулярно-кинетической теории идеальных газов.
11. Распределение Максвелла молекул по скоростям. Распределение Больцмана (барометрическая
формула).
12. Количество теплоты. Теплоемкость идеального газа.
13. Явление переноса.
14. Первое начало термодинамики и его применение к изопроцессам.
15. Второе начало термодинамики. Энтропия.
16. Цикл Карно. КПД цикла.
17. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса.
18. Гармонические колебания и их характеристика. Скорость, ускорение, энергия при гармоническом
колебании.
19. Дифференциальные уравнения:
а) затухающих колебаний;
б) вынужденных колебаний. Резонанс.
20. Волны продольные, поперечные. Интерференция волны. Стоячие волны. Эффект Доплера.
1. Система отсчета. Скорость ускорение.
2. Динамика материальной точки. Законы ньютона.
3. Энергия. Работа переменной силы.
4. Законы сохранения энергии и импульса.
5. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси
(момент инерции, момент силы, момент импульса). Закон сохранения момента импульса.
6. Закон всемирного тяготения. Поле тяготения и его характеристики. Работа в поле тяготения.
Космические скорости.
7. Механический принцип относительности. Инерциальные системы отсчета. Преобразования
Галилея.
8. Преобразования Лоренца. Постулаты СТО. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции.
9. Релятивистские выражения для массы, импульса, кинетической энергии. Взаимосвязь массы и
энергии.
10. Основные положения и уравнения молекулярно-кинетической теории идеальных газов.
11. Распределение Максвелла молекул по скоростям. Распределение Больцмана (барометрическая
формула).
12. Количество теплоты. Теплоемкость идеального газа.
13. Явление переноса.
14. Первое начало термодинамики и его применение к изопроцессам.
15. Второе начало термодинамики. Энтропия.
16. Цикл Карно. КПД цикла.
17. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса.
18. Гармонические колебания и их характеристика. Скорость, ускорение, энергия при гармоническом
колебании.
19. Дифференциальные уравнения:
а) затухающих колебаний;
б) вынужденных колебаний. Резонанс.
20. Волны продольные, поперечные. Интерференция волны. Стоячие волны. Эффект Доплера.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ю.И. Тюрин, И.П. Чернов, Ю.Ю. Крючков. ФИЗИКА, Ч.1.
Механика. Молекулярная физик. Термодинамика.
.
2.
3.
4.
5.
И.В. Савельев, КУРС ФИЗИКИ Ч.1;
А.А. Детлаф, Б.М.Яворский. КУРС ФИЗИКИ.
Т.И. Трофимова. Курс физики.
Фейнмановские лекции по физике
6. С.И. Кузнецов. Физические основы механики.
7. С.И. Кузнецов. Молекулярная физика и термодинамика.
22
ЛИТЕРАТУРА
Тюрин Ю.И., Чернов И.П., Крючков Ю.Ю. Физика. Ч.1. Механика. Молекулярная физика.
Термодинамика: учебное пособие для технических университетов. – Томск: Изд-во
Томского ун-та, 2002. – 502 с.
Савельев И.В. Курс общей физики: В 5 кн.: кн. 1: учебное пособие для втузов. – М.: ООО
«Издательство Астрель», 2004. – 336 с.
Яворский Б.М., Пинский А.А. Основы физики. Т. 1. – М.: Наука, 1991.
Трофимова Т.И. Курс физики: учеб. пособие для вузов. – М.: Издательский центр
«Академия», 2004. – 560 с.
Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. В 9 т.: т. 1. – М.: Мир.
1978.
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Курс теоретической физики: В 10 т.: т. 1: Механика. – М.:
Физматлит, 2002. – 224 с.
Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: учебное пособие для втузов. – 4-е изд., испр. –
М.: Высш. шк., 2002. – 718 с.
Ларионов В.В., Иванкина М.С., Мурашко А.Т. Физический практикум: учебное пособие. –
Томск: Изд. ТПУ, 1993. – 92 с.
Чернов И.П., Ларионов В.В., Веретельник В.И. Физический практикум. Часть 1. Механика.
Молекулярная физика. Термодинамика: учебное пособие для технических университетов. –
Томск: Изд-во ТПУ, 2004. – 182 с.
Чернов И.П., Ларионов В.В., Тюрин Ю.И. Физика: Сборник задач. Часть 1. Механика.
Молекулярная физика. Термодинамика: учебное пособие. – Томск: Изд-во Томского ун-та,
2004. – 390 с.
23
Грин Б. Элегантная Вселенная. – М.: Изд-во «Едиториал УРСС», 2004. – 288 с.