Методические указания к решению задач

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ФИЗИКЕ

Для студентов заочной формы обучения

Часть2

 

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Выписка из базовой рабочей программы курса физики

Семестр

 

Раздел «Электромагнетизм и волны».

 

Аннотация. Электростатика. Закон Кулона. Напряженность и потенциал электростатического поля. Теорема Гаусса в интегральной форме и ее применение для расчета электрических полей.

Проводники в электрическом поле. Равновесие зарядов в проводнике. Основная задача электростатики проводников. Эквипотенциальные поверхности и силовые линии электростатического поля между проводниками. Электростатическая защита. Емкость проводников и конденсаторов. Энергия заряженного конденсатора. Энергия взаимодействия электрических зарядов. Энергия системы заряженных проводников. Объемная плотность энергии электростатического поля. Диэлектрики в электрическом поле.

Постоянный электрический ток. Сила и плотность тока. Уравнение непрерывности для плотности тока. Закон Ома в интегральной и дифференциальной формах. Закон Джоуля-Ленца. Закон Видемана-Франца. Электродвижущая сила источника тока. Правила Кирхгофа. Классическая теория электропроводности металлов (теория Друде-Лоренца), условия ее применимости и противоречия с экспериментальными результатами. Максвелловская релаксация неоднородности заряда в проводнике.

Электрический ток в газах и жидкостях. Магнитостатика. Магнитное взаимодействие постоянных токов. Вектор магнитной индукции. Закон Ампера. Сила Лоренца. Движение зарядов в электрических и магнитных полях. Закон Био-Савара-Лапласа. Теорема о циркуляции (закон полного тока). Магнитное поле движущегося заряда. Поток и циркуляция магнитного поля.

Магнитное поле в веществе. Магнитное поле и магнитный дипольный момент кругового тока. Намагничение магнетиков. Напряженность магнитного поля. Магнитная проницаемость. Классификация магнетиков. Вектор намагниченности и его связь с плотностью молекулярных токов. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость. Диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Граничные условия на поверхности раздела двух магнетиков.

 

 

Раздел «Колебания, волны, основы оптики».

 

Аннотация. Гармонические колебания. Идеальный гармонический осциллятор. Уравнение идеального осциллятора и его решение. Амплитуда, частота и фаза колебания. Энергия колебаний. Примеры колебательных движений различной физической природы. Свободные затухающие колебания осциллятора с потерями. Вынужденные колебания.

Волны. Волновое движение. Плоская гармоническая волны. Длина волны, волновое число, фазовая скорость. Уравнение волны. Одномерное волновое уравнение. Упругие волны в газах жидкостях и твердых телах. Элементы акустики.

Интерференция волн. Интерференционное поле от двух точечных источников. Опыт Юнга. Интерферометр Майкельсона. Интерференция в тонких пленках. Стоячие волны.

Дифракция волн. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля на простейших преградах. Дифракция Фраунгофера. Дифракционная решетка как спектральный прибор. Понятие о голографическом методе получения и восстановления изображений.

Элементы оптики анизотропных сред и проводящих сред. Поглощение и дисперсия волн. Феноменология поглощения и дисперсии света. Модель среды с дисперсией. Фазовая и групповая скорость волны. Волновые пакеты. Нормальная и аномальная дисперсия. Классическая теория дисперсии. Рассеяние света.

Правила оформления контрольной работы

 

1. За время изучения курса общей физики студент должен выполнить конnрольную работу в соответствии с планом своей специальности.

2. Номер варианта соответствует порядковому номеру в журнале группы.

3. Контрольная работа выполняется в отдельной школьной тетради и подписывается по следующему образцу:

 

Контрольная работа №

по Физике

студента заочного отделения

Специальность: Нефтегазовое дело

Группа: пишется шифр группы

№ зачетной книжки

Фамилия

Имя

Отчество

Преподаватель

Методические указания к решению задач

 

Прежде чем приступить к решению задач какого-либо раздела, необходимо проработать теорию по этому разделу. Без знания теории нельзя рассчитывать на успешное решение даже простых задач. В решении большинства физических задач расчётного характера можно выделить четыре основных этапа:

1) анализ условия задачи, в котором необходимо дать схему или чертёж, поясняющий её содержание (в тех случаях, когда это возможно);

2) составление уравнений, связывающих физические величины, характеризующие рассматриваемое явление с количественной стороны;

3) решение полученных уравнений относительно той или иной величины, считающейся в данной задаче неизвестной;

4) численный расчёт и анализ полученного результата.

Рекомендуем Вам при решении задач придерживаться следующей последовательности действий.

1. Полностью запишите условие задачи.

2. Сделайте краткую запись условия, выразите все данные в единицах СИ.

3. Выполните схематический чертёж (где это возможно), отражающий условия задачи и идею её решения.

4. Запишите формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом. Сопровождайте решение задачи краткими, но исчерпывающими пояснениями. В результате получится одно или несколько уравнений, включающих в себя как заданные, так и неизвестные величины.

5. Прежде чем решать составленную систему уравнений, убедитесь в том, что число неизвестных равно числу уравнений, иначе система не будет иметь определенного решения.

 

Как правило, решать задачу следует в общем виде, т.е. надо выразить искомую величину в буквенных обозначениях величин, заданных в условии задачи и взятых из таблиц. Получив ответ в виде алгебраической формулы или уравнения, проверьте, даёт ли полученная формула единицу измерения иско-мой величины. Если при проверке единица измерения искомой величины не получается, то это означает, что в решении допущена ошибка. Убедившись в правильности наименования искомой величины нужно подставить в оконча-тельную формулу числовые данные, выраженные в единицах одной системы.

Вычисления по расчётной формуле надо проводить с соблюдением пра-вил приближённых вычислений. Как правило, окончательный ответ следует за-писывать как произведение десятичной дроби с одной значащей цифрой перед запятой на соответствующую степень десяти. Например, вместо 3520 надо за-писать 3,52⋅10³, а вместо 0,0000129 записать 1,29⋅10⁻⁵и т.п.

Примеры решения задач Вы можете найти в методических пособиях [3,4], список которых приведен в разделе «Рекомендуемая литература».

 

Построение графиков

Очень важным методом обработки результатов опыта является представление их в виде графика. Графики дают менее точное, но более наглядное представление о результатах измерений, чем таблицы. По графику, строящемуся непосредственно во время эксперимента, очень удобно следить за его ходом и выявлять промахи. При построении графиков необходимо придерживаться следующих правил:

1. Графики выполняются на миллиметровой бумаге или любой другой бумаге, имеющей координатную сетку, размером не более тетрадного листа.

2. Выбрать масштаб по осям координат. Масштаб выбирают таким образом, чтобы график не был сжат или растянут вдоль одной из осей. Кривые должны занимать все поле чертежа. За единицу масштаба разумно принимать числа, соответствующие 1, 2, 5 единицам откладываемой величины, или кратным и дольным им.

3. По оси ординат откладывают значение функции, по оси абсцисс − значение аргумента. Начало отсчёта не обязательно совмещать с нулем. На осях координат наносят метки через равные промежутки. Около осей координат (слева и внизу) необходимо написать обозначения величин и единицы их измерения. Полученные в эксперименте значения величин откладывать на осях координат нельзя! Экспериментальные точки наносятся на чертеже в виде условных знаков (точки, кружочки, квадратики, крестики и т.д.).

4. Как правило, зависимости одних физических величин от других − это гладкие, плавные линии, без резких изломов. Экспериментальные точки вследствие погрешностей измерений не ложатся на гладкие кривые зависимостей физических величин, а группируются вокруг них случайным образом. Поэтому не следует соединять соседние экспериментальные точки на графике отрезками прямой и получать, таким образом, некоторую ломаную линию. Кривую на графике проводят так, чтобы она лежала возможно ближе к экспериментальным точкам, и чтобы по обе её стороны оказывалось приблизительно одинаковое количество точек.

5. Гладкие кривые, соответствующие экспериментальным точкам, проводят с помощью линейки или лекала. Если имеется несколько кривых, то каждой кривой присваивается номер, а на свободном поле чертежа указывают название, обозначение, соответствующее этому номеру. Каждый график должен иметь номер и наименование, которое отражает основное содержание графика.

 

Семестр

I. Таблица вариантов к контрольной работе № 2 

Вариант		Номера контрольных заданий
	2.1	2.2	2.3	2.4	2.5	2.6	2.7	2.8
01	1	3	1	8	5	7	1	7
02	2	5	2	7	6	6	2	6
03	3	7	3	6	7	5	8	5
04	4	9	4	5	8	4	10	4
05	5	1	5	4	9	3	9	3
06	6	2	6	3	10	2	8	2
07	7	3	5	2	6	1	7	1
08	8	4	4	1	5	1	6	2
09	9	5	1	8	4	4	5	2
10	10	6	2	9	6	4	4	6
11	10	7	3	6	7	10	3	10
12	9	8	4	6	1	9	2	9
13	8	9	5	1	2	8	1	8
14	7	10	6	2	6	7	1	7
15	6	10	7	3	7	6	2	6
16	5	9	8	4	9	5	3	5
17	4	8	9	5	1	4	4	4
18	3	7	10	6	2	3	5	3
19	2	6	10	7	3	2	6	2
20	1	5	9	8	4	1	7	1
21	8	4	8	9	5	1	8	1
22	9	3	7	10	6	2	9	2
23	1	2	6	6	7	3	10	3
24	2	1	5	5	8	4	6	4
25	3	5	4	4	9	5	5	5
26	4	6	3	10	10	6	4	6
27	5	7	2	9	3	7	3	7
28	4	8	1	8	5	8	5	8
29	6	9	8	7	7	9	7	9
30	8	10	8	8	9	10	9	10