Файл: Учебнометодическое пособие по дисциплине физика часть 1 Физические основы механики. Электричество. Электромагнетизм. Для студентов 1 курса.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.12.2023
Просмотров: 524
Скачиваний: 5
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
, которые оказались выполненными неверно. При этом все исправления, дополнения, повторные решения задач, вытекающиеизтребований рецензента, выполняются в этой же тетради на свободных страницах. Нельзя делать исправления в том же месте, где допущены ошибки. Если исправления выполняются в отдельной тетради, то эта тетрадь обязательно представляется вместе с не зачтенной работой.
8. Если контрольная работа зачтена, но рецензентом указано на необходимость внести какие-либо дополнения, пояснения или исправления в решения задач, то все они должны быть выполнены до экзамена (зачета).
9. При получении экзаменационного билета экзаменатору предъявляется зачтенная работа. Студент должен быть готов дать вовремя экзамена пояснения по существу решения задач, входящих в его контрольную работу.
10. Срок действия зачтенных контрольных работ, по тематике которых не сдан экзамен - два года.
Выполнение лабораторных работ
Лабораторные работы служат связующим звеном теории и практики. Они позволяют углублять и закреплять теоретические знания, проверять физические положения и законы экспериментальным путем, приобретать навыки в обращении с оборудованием, приборами и материалами, изучать на практике методы научных исследований, а также использовать компьютерные модели для анализа различных физических процессов.
Выполнение лабораторных работ является обязательным для всех студентов МТУСИ.
Каждый студент выполняет лабораторные работы в соответствии с индивидуальным графиком, сообщаемым ему преподавателем на первом занятии. Все выполняемые студентом лабораторные работы оформляются на двойном тетрадном листе.
Каждый студент обязан являться на очередное лабораторное занятие, имея заранее подготовленный конспект к той работе, которая будет им выполняться. Кроме того, он обязан быть подготовленным к предварительному собеседованию с преподавателем о цели и методике выполнения данной работы или к компьютерному тестированию.
Конспект к лабораторной работе составляется по сборнику описаний лабораторных работ. Он должен содержать краткое изложение теоретического введения к ней, схематический чертеж лабораторной установки, расчетные формулы, поясняющие графики, таблицы, в которые будут заноситься результаты измерений и расчетов. Неподготовленные студенты к выполнению лабораторных работ не допускаются . После выполнения измерений
, оформления результатов и защиты всех работ, предусмотренных графиком, студенты допускаются к сдаче экзамена или теоретического зачета.
Срок действия выполненных лабораторных работ - один год.
Сдача зачетов и экзаменов
К сдаче зачета или экзамена допускаются студенты, выполнившие установленное число контрольных и лабораторных работ. Контрольные работы, зачтенные рецензентом с подписью преподавателя, проверившего исправления, предъявляются экзаменатору.
При сдаче экзамена или зачета студент должен обнаружить знание курса физики в объеме, установленном программой, и умение решать физические задачи, а также готовность дать пояснения по существу решений задач, входящих в его контрольные работы.
В соответствии с учебным планом студенты МТУСИ направления15.03.04. «Автоматизация технологических процессов и производств»сдают один зачет и один экзамен. Зачет в конце второго семестра первого курса сдается по разделам«Механика», «Электростатика, постоянный ток» и «Электромагнетизм». В конце первого семестра второго курса сдается экзамен по разделам «Колебания и волны», «Элементы квантовой и статистической физики».
Тестирование
Зачет и экзамен в могут проводиться в виде тестирования в компьютерном классе.
Обратите внимание направила ввода данных при ответах на тестовые задания:
СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО КУРСА
ВВЕДЕНИЕ
Предмет физики и ее связи со смежными науками. Общие методы исследования физических явлений. Развитие физики и техники и их взаимное влияние друг на друга. Успехи физики в течение последних десятилетий и характеристика ее современного состояния. Многообразие и значение практических применений физики.
I. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ
Механика, ее разделы и основные этапы развития. Физическое содержание
механики.
Классическая механика
1.Кинематика точки и твердого тела. Механическое движение. Системы отсчета и системы координат. Понятие материальной точки. Движение материальной точки. Перемещение и путь, скорость, ускорение, тангенциальная и нормальная составляющие ускорения. Угол поворота, угловое перемещение, угловая скорость, угловое ускорение. Связь между линейными и угловыми кинематическими характеристиками.
2. Динамика точки. Масса, импульс, сила. Сила гравитационного притяжения, сила тяжести, вес, сила упругости, сила трения скольжения, сила сопротивления, действующая на тело при его поступательном движении в газе или жидкости.
Законы Ньютона, их физическое содержание и взаимная связь. Основное уравнение динамики материальной точки. Понятие об инерциальных и неинерциальных системах отсчета. Сложение скоростей в классической механике. Механический принцип относительности. Преобразование координат Галилея. Границы применимости классической механики.
3. Законы сохранения. Импульс частицы. Импульс системы частиц.Закон сохранения импульса. Работа и мощность. Работа переменной силы. Кинетическая и потенциальная энергии. Закон сохранения энергии в механике. Консервативные и диссипативные системы. Применение законов сохранения импульса и энергии к упругому и неупругому ударам.
4. Механика твердого тела. Понятие абсолютно твердого тела. Поступательное и вращательное движение твердого тела. Применимость законов кинематики и динамики материальной точки к поступательному движению твердого тела. Центр инерции (массы) твердого тела. Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси. Момент силы относительно точки и оси. Момент импульса. Момент инерции. Основной закон динамики вращательного движения. Закон сохранения момента импульса для системы тел. Кинетическая энергия, работа и мощность при вращательном движении.
.
6. Элементы теории относительности. Постулаты теории относительности. Преобразования Лоренца. Релятивистское изменение длин и промежутков времени. Релятивистский закон сложения скоростей. Понятие о релятивистской механике. Закон изменения массы со скоростью. Взаимосвязь массы и энергии.
2. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ
А. Электростатика
2. Электрическое поле в диэлектриках. Проводники и диэлектрики. Свободные и связанные заряды. Полярные и неполярные диэлектрики. Ориентационная и деформационная поляризация диэлектриков. Вектор поляризации. Напряженность поля в диэлектрике. Теорема Гаусса для поля в диэлектрике. Электрическое смещение. Диэлектрическая проницаемость и ее физический смысл. Электрическое поле на границе двух диэлектриков. Понятие о пьезоэлектрическом эффекте и сегнетоэлектриках.
3. Проводники в электрическом поле. Распределение зарядов в проводниках. Связь между напряженностью поля у поверхности проводника и поверхностной плотностью зарядов. Электроемкость проводников. Конденсаторы.
4. Энергия электростатического поля. Энергия системы неподвижных точечных зарядов, заряженного проводника, электростатического поля. Объемная плотность энергии электростатического поля.
Б. Постоянный ток
1. Законы постоянного тока. Сила тока. Вектор плотности тока. Разность потенциалов, электродвижущая сила и напряжение. Законы Ома и Джоуля-Ленца. Дифференциальная форма законов Ома и Джоуля-Ленца. Закон Ома для полной цепи и для неоднородного участка цепи. Законы Кирхгофа для разветвленных цепей.
2. Электропроводность металлов. Классическая теория электропроводности. Экспериментальные доказательства электронной природы тока в металлах. Вывод законов Ома и Джоуля-Ленца из классической теории электропроводности. Зависимость сопротивления металлов от температуры. Сверхпроводимость. Трудности классической теории электропроводности.
В. Электромагнетизм
1. Магнитное поле. Магнитное взаимодействие токов. Закон Ампера. Вектор индукции магнитного поля. Сила Лоренца. Эффект Холла. Закон Био-Савара-Лапласа для элемента тока. Магнитное поле движущегося заряда. Применение закона Био-Савара-Лапласа для расчета магнитных полей прямолинейного и кругового токов. Магнитный момент кругового тока. 'Магнитный поток. Работа перемещения контура с током в магнитном поле.;
2. Магнитные свойства веществ. Магнитные моменты атомов. Атом в магнитном поле. Намагничивание вещества. Напряженность магнитного поля. Циркуляция напряженности магнитного поля. Закон полного тока. Вихревой характер магнитного поля. Поле соленоида. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость. Деление вещества на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Зависимость намагничивания магнетиков от напряженности магнитного поля и температуры. Точка Кюри. Гистерезис.
3. Электромагнитная индукция. Возникновение индукционного тока. Электродвижущая сила индукции. Законы Фарадея и Ленца. Вывод ЭДС индукции из закона сохранения энергии. Электронный механизм возникновения ЭДС индукции. Самоиндукция и взаимоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии магнитного поля. Вихревые токи.
4. Уравнения Максвелла. Токи смещения. Уравнения Максвелла в интегральной форме,их связь с экспериментально установленными законами электричества и магнетизма. Материальность электромагнитного поля.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Основная
1. Савельев И.В., Курс физики: учебное пособие для вузов: в 3 томах-7-е изд., стер., - Санкт-Петербург:Лань,2021. Том 1,2,3.
2. Г.А. Зисман, О.М. Тодес. Курс общей физики: учебное пособие для вузов: в 3 томах-9-е изд., стер., - Санкт-Петербург:Лань,2021. Том 1.
Дополнительная
1. Коренчук А.Ф., Физика (ч.1 Введение в основы механики) конспект лекций, М., Информсвязьиздат, 1999.
8. Если контрольная работа зачтена, но рецензентом указано на необходимость внести какие-либо дополнения, пояснения или исправления в решения задач, то все они должны быть выполнены до экзамена (зачета).
9. При получении экзаменационного билета экзаменатору предъявляется зачтенная работа. Студент должен быть готов дать вовремя экзамена пояснения по существу решения задач, входящих в его контрольную работу.
10. Срок действия зачтенных контрольных работ, по тематике которых не сдан экзамен - два года.
Выполнение лабораторных работ
Лабораторные работы служат связующим звеном теории и практики. Они позволяют углублять и закреплять теоретические знания, проверять физические положения и законы экспериментальным путем, приобретать навыки в обращении с оборудованием, приборами и материалами, изучать на практике методы научных исследований, а также использовать компьютерные модели для анализа различных физических процессов.
Выполнение лабораторных работ является обязательным для всех студентов МТУСИ.
Каждый студент выполняет лабораторные работы в соответствии с индивидуальным графиком, сообщаемым ему преподавателем на первом занятии. Все выполняемые студентом лабораторные работы оформляются на двойном тетрадном листе.
Каждый студент обязан являться на очередное лабораторное занятие, имея заранее подготовленный конспект к той работе, которая будет им выполняться. Кроме того, он обязан быть подготовленным к предварительному собеседованию с преподавателем о цели и методике выполнения данной работы или к компьютерному тестированию.
Конспект к лабораторной работе составляется по сборнику описаний лабораторных работ. Он должен содержать краткое изложение теоретического введения к ней, схематический чертеж лабораторной установки, расчетные формулы, поясняющие графики, таблицы, в которые будут заноситься результаты измерений и расчетов. Неподготовленные студенты к выполнению лабораторных работ не допускаются . После выполнения измерений
, оформления результатов и защиты всех работ, предусмотренных графиком, студенты допускаются к сдаче экзамена или теоретического зачета.
Срок действия выполненных лабораторных работ - один год.
Сдача зачетов и экзаменов
К сдаче зачета или экзамена допускаются студенты, выполнившие установленное число контрольных и лабораторных работ. Контрольные работы, зачтенные рецензентом с подписью преподавателя, проверившего исправления, предъявляются экзаменатору.
При сдаче экзамена или зачета студент должен обнаружить знание курса физики в объеме, установленном программой, и умение решать физические задачи, а также готовность дать пояснения по существу решений задач, входящих в его контрольные работы.
В соответствии с учебным планом студенты МТУСИ направления15.03.04. «Автоматизация технологических процессов и производств»сдают один зачет и один экзамен. Зачет в конце второго семестра первого курса сдается по разделам«Механика», «Электростатика, постоянный ток» и «Электромагнетизм». В конце первого семестра второго курса сдается экзамен по разделам «Колебания и волны», «Элементы квантовой и статистической физики».
Тестирование
Зачет и экзамен в могут проводиться в виде тестирования в компьютерном классе.
Обратите внимание направила ввода данных при ответах на тестовые задания:
-
Все числа в ответах на вопросы в заданиях открытого типа (если иное не оговорено) представляются в стандартном виде
и записываются с клавиатуры так: 
где
целая часть, 
дробная часть числа 
Целая часть числа 
отделяется от дробной запятой. Например, 
записывается так: 3,1(-3). Если порядок числа 
равен нулю, то число записывается обычным образом без указания 
, например, 
-
Запись формул по шаблону производится буквами латинского алфавита. При этом в шаблоне заполняется только та часть, которая представлена его элементами в описании. В тех случаях, когда шаблон составляет часть выражения, записывается все, что стоит в кавычках, например,
, где 
, b
. Ответ: -
-
Символ операции @, если он специально не определен в задании, может обозначать круглые скобки ( ), знаки сложения (+), вычитания (-), умножения (*), в том числе скалярного, векторного произведения (#), деления ( / ), возведения в
степень (^
). -
В некоторых заданиях без пояснения используются следующие обозначения: m–масса; k–коэффициент жесткости; I–момент инерции или сила тока; r–коэффициент силы (момента силы) сопротивления; C–емкость конденсатора; L–индуктивность катушки; R–сопротивление; Δ – логарифмический декремент; Q – добротность; Т – период;
- коэффициент затухания; 
- круговая частота; 
-частота; 
- фаза; 
- длина волны; 
– электрическая и магнитная постоянные; 
- относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости; E, H–напряженности электрического и магнитного полей; B, D–магнитная индукция и электрическое смещение; с – скорость света в вакууме.
СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО КУРСА
ВВЕДЕНИЕ
Предмет физики и ее связи со смежными науками. Общие методы исследования физических явлений. Развитие физики и техники и их взаимное влияние друг на друга. Успехи физики в течение последних десятилетий и характеристика ее современного состояния. Многообразие и значение практических применений физики.
I. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ
Механика, ее разделы и основные этапы развития. Физическое содержание
механики.
Классическая механика
1.Кинематика точки и твердого тела. Механическое движение. Системы отсчета и системы координат. Понятие материальной точки. Движение материальной точки. Перемещение и путь, скорость, ускорение, тангенциальная и нормальная составляющие ускорения. Угол поворота, угловое перемещение, угловая скорость, угловое ускорение. Связь между линейными и угловыми кинематическими характеристиками.
2. Динамика точки. Масса, импульс, сила. Сила гравитационного притяжения, сила тяжести, вес, сила упругости, сила трения скольжения, сила сопротивления, действующая на тело при его поступательном движении в газе или жидкости.
Законы Ньютона, их физическое содержание и взаимная связь. Основное уравнение динамики материальной точки. Понятие об инерциальных и неинерциальных системах отсчета. Сложение скоростей в классической механике. Механический принцип относительности. Преобразование координат Галилея. Границы применимости классической механики.
3. Законы сохранения. Импульс частицы. Импульс системы частиц.Закон сохранения импульса. Работа и мощность. Работа переменной силы. Кинетическая и потенциальная энергии. Закон сохранения энергии в механике. Консервативные и диссипативные системы. Применение законов сохранения импульса и энергии к упругому и неупругому ударам.
4. Механика твердого тела. Понятие абсолютно твердого тела. Поступательное и вращательное движение твердого тела. Применимость законов кинематики и динамики материальной точки к поступательному движению твердого тела. Центр инерции (массы) твердого тела. Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси. Момент силы относительно точки и оси. Момент импульса. Момент инерции. Основной закон динамики вращательного движения. Закон сохранения момента импульса для системы тел. Кинетическая энергия, работа и мощность при вращательном движении.
.
6. Элементы теории относительности. Постулаты теории относительности. Преобразования Лоренца. Релятивистское изменение длин и промежутков времени. Релятивистский закон сложения скоростей. Понятие о релятивистской механике. Закон изменения массы со скоростью. Взаимосвязь массы и энергии.
2. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ
А. Электростатика
-
Электрическое поле в вакууме. Свойства электрического заряда. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Поле и вещество как две основные формы материи. Напряженность электрического поля. Силовые линии поля. Поток вектора напряженности. Теорема Гаусса и ее применение к вычислению напряженности полей. Принцип суперпозиции полей. Работа сил поля при перемещении зарядов. Циркуляция вектора напряженности. Потенциальный характер электростатического поля. Потенциальная энергия взаимодействия точечного заряда с электростатическим полем. Потенциал электростатического поля. Эквипотенциальные поверхности. Градиент потенциала. Связь между напряженностью и потенциалом. Потенциал поля точечного заряда, системы точечных зарядов, заряженной сферы.
2. Электрическое поле в диэлектриках. Проводники и диэлектрики. Свободные и связанные заряды. Полярные и неполярные диэлектрики. Ориентационная и деформационная поляризация диэлектриков. Вектор поляризации. Напряженность поля в диэлектрике. Теорема Гаусса для поля в диэлектрике. Электрическое смещение. Диэлектрическая проницаемость и ее физический смысл. Электрическое поле на границе двух диэлектриков. Понятие о пьезоэлектрическом эффекте и сегнетоэлектриках.
3. Проводники в электрическом поле. Распределение зарядов в проводниках. Связь между напряженностью поля у поверхности проводника и поверхностной плотностью зарядов. Электроемкость проводников. Конденсаторы.
4. Энергия электростатического поля. Энергия системы неподвижных точечных зарядов, заряженного проводника, электростатического поля. Объемная плотность энергии электростатического поля.
Б. Постоянный ток
1. Законы постоянного тока. Сила тока. Вектор плотности тока. Разность потенциалов, электродвижущая сила и напряжение. Законы Ома и Джоуля-Ленца. Дифференциальная форма законов Ома и Джоуля-Ленца. Закон Ома для полной цепи и для неоднородного участка цепи. Законы Кирхгофа для разветвленных цепей.
2. Электропроводность металлов. Классическая теория электропроводности. Экспериментальные доказательства электронной природы тока в металлах. Вывод законов Ома и Джоуля-Ленца из классической теории электропроводности. Зависимость сопротивления металлов от температуры. Сверхпроводимость. Трудности классической теории электропроводности.
В. Электромагнетизм
1. Магнитное поле. Магнитное взаимодействие токов. Закон Ампера. Вектор индукции магнитного поля. Сила Лоренца. Эффект Холла. Закон Био-Савара-Лапласа для элемента тока. Магнитное поле движущегося заряда. Применение закона Био-Савара-Лапласа для расчета магнитных полей прямолинейного и кругового токов. Магнитный момент кругового тока. 'Магнитный поток. Работа перемещения контура с током в магнитном поле.;
2. Магнитные свойства веществ. Магнитные моменты атомов. Атом в магнитном поле. Намагничивание вещества. Напряженность магнитного поля. Циркуляция напряженности магнитного поля. Закон полного тока. Вихревой характер магнитного поля. Поле соленоида. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость. Деление вещества на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Зависимость намагничивания магнетиков от напряженности магнитного поля и температуры. Точка Кюри. Гистерезис.
3. Электромагнитная индукция. Возникновение индукционного тока. Электродвижущая сила индукции. Законы Фарадея и Ленца. Вывод ЭДС индукции из закона сохранения энергии. Электронный механизм возникновения ЭДС индукции. Самоиндукция и взаимоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии магнитного поля. Вихревые токи.
4. Уравнения Максвелла. Токи смещения. Уравнения Максвелла в интегральной форме,их связь с экспериментально установленными законами электричества и магнетизма. Материальность электромагнитного поля.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Основная
1. Савельев И.В., Курс физики: учебное пособие для вузов: в 3 томах-7-е изд., стер., - Санкт-Петербург:Лань,2021. Том 1,2,3.
2. Г.А. Зисман, О.М. Тодес. Курс общей физики: учебное пособие для вузов: в 3 томах-9-е изд., стер., - Санкт-Петербург:Лань,2021. Том 1.
Дополнительная
1. Коренчук А.Ф., Физика (ч.1 Введение в основы механики) конспект лекций, М., Информсвязьиздат, 1999.
-
Жилинский А.П., Тимошина М.И., Оборотов В.А. Электромагнетизм (Элементы классической электродинамики): учебное пособие для вузов.-ЭБ МТУСИ, 2019 -
Жилинский А.П., Файзулаев В.Н., Оборотов В.Н. Электростатика: учебное пособие для вузов. - ЭБ МТУСИ, 2019.