МЕХАНИКА. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА

ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ 1 КУРСА ЗАОЧНОЙ

ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ ПО СПЕЦИАЛЬНОСТЯМ

140400, 220400, 220700

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Южный федеральный университет»

Филиал в г. Геленджике Краснодарского края

Кафедра естественных и гуманитарных наук

Заведующий кафедрой

---------------------------- Смирнова Л.А.

« » 2015г.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 1 по дисциплине ФИЗИКА

Специальности 13.03.02;27.03.04;15.03.04

код ОКСО наименование

Ведущий лектор:

СТАРЦЕВА ЛЮДМИЛА ТЕРЕНТЬЕВНА

Доцент, к. ф.-м. н., доцент

(Ф.И.О., должность, учен. степень, учен. звание)

Одобрен на заседании кафедры

«___ »__________ 2015г. протокол №_______________

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Механика:

Кинематика

1.Под углом 60⁰ к горизонту брошено тело с начальной скоростью 20 м/с. Через сколько времени, оно будет двигаться под углом 45⁰ к горизонту? Сопротивлением воздуха пренебречь.

Дано: Решение:

X: Движение равномерное.

Y: Движение равнозамедленное.

Тело движется равнозамедленно следовательно <0

При тело достигло положения 1

Так как .

Ответ: t = 0,75 с

2.Найти угловое ускорение колеса, вращающегося равноускоренно, если известно, что через 3 с. после начала движения вектор полного ускорения для точек, лежащих на ободе, составляет 30⁰ с вектором их тангенциального ускорения.

Решение:

Дано

т.к

Ответ: ε =0,064 1/с²

Динамика

1. Платформа шахтного подъемника имеет массу 2.5 т с каким ускорением и в какую сторону движется подъемник, если сила натяжения каната равна 20 кН?

Решение:

Запишем второй закон Ньютона для груза:

Спроектируем уравнения на выбранное нами

направления ускорения:

Ответ: Тележка движется с ускорением 1.8 вниз.

2. С какой силой давят реборды вагона трамвая массой 2 т на рельсы, если вагон движется по закруглению радиусом 100м со скоростью и наружный и внутренний рельсы находится на одном уровне? Во сколько раз изменится эта сила, если скорость движения увеличится в 2 раза?

Решение: Составим уравнения Ньютона для точки,

находящейся на реборде трамвая:

где нормальное ускорение.

спроектируем на ось ускорения:

Ответ: F=500Н

Если увеличить скорость в 2 раза то сила увеличится в 4 раза т.к

3. На барабан, укрепленный на оси, массой 8 кг намотан шнур, к концу которого прикреплен груз массой 2 кг. Найти ускорение груза. Барабан считать однородным диском. Трением пренебречь.

Дано: Решение:

Запишем второй закон Ньютона для груза:

Запишем второй закон Ньютона для вращательного

движения диска:

Если нить невесома и нерастяжима, то:

Спроектируем уравнения на ось x:

Ответ =3.30

4. Самолет массой 2т движется горизонтально со скоростью 50 м/с, находясь на высоте 500м. затем он переходит в снижение при выключенном двигателе и достигает дорожки аэродрома, имея скорость 30м/с. Определить работу сил сопротивления воздуха при снижении.

Дано Решение:

Запишем закон сохранения энергии:

А -?

Ответ:

Молекулярная физика:

Молекулярно-кинетическая теория

1.Сравнить число атомов, из которых состоят медное и алюминиевое изделия равного объема.

Дано:

1- медь,

2- алюминий,

V1 = V2,

Решение:

Число атомов в изделии:

, тогда:

.

Значения молярных масс меди и алюминия определим по таблице Менделеева: μ₁= 64∙10^-3кг/моль, μ₂= 27∙10^-3кг/моль.

Значения плотностей меди и алюминия возьмем из справочника: ρ₁=8,9∙10³кг/м³, ρ₂=2,7∙10³кг/м³.

Вычислим отношение:

Ответ: в медном изделии атомов в 1,4 больше.

2. Некоторая масса газа совершает цикл, изображенный на PTдиаграмме, Изобразить этот цикл на PVи VTдиаграммах.

Решение:

Проведем анализ:

Процесс 1-2 - изобарическое охлаждение,

Р = const, T – уменьшается, V – уменьшается.

Процесс 2-3 - изохорное нагревание,

Р – растет, T – растет, V = const.

Процесс 3-4 - изотермическое расширение,

Р – уменьшается, T = const, V – растет.

Процесс 4-1 - изохорное охлаждение.

Р – уменьшается, T – уменьшается, V = const.

Построим графики.

PV –диаграмма. VT – диаграмма.

Ответ:эти графики и являются ответом.

3. Определить суммарную кинетическую энергию вращательного движения молекул азота, содержащихся в 1,4 г газа. Температура газа 400К.

Решение:

Молекула азота имеет вид:

Момент инерции молекулы относительно оси 0X равен нулю, остальные два момента – отличны от нуля.

Таким образом, молекулы азота имеют две степени свободы вращательного движения. На каждую степень свободы теплового движения молекулы приходится энергия: , тогда вращательная энергия одной молекулы азота : , а суммарная энергия вращения всех молекул равна:

.

Число молекул в m граммах азота можно вычислить по формуле: .

.

Ответ: W_ВР = 166,2 Дж.

4.Резиновая камера содержит воздух при температуре 300 К и нормальном атмосферном давлении. На какую глубину нужно опустить камеру в воду с температурой 277 К, чтобы ее объем уменьшился вдвое?

Решение:

Запишем объединенный газовый закон для воздуха в камере:

Р₁ = Р_А, а давление в камере на глубине h будет:

Р = Р_A + ρ∙g∙h, тогда получим:

,

вычислим:

Ответ: h = 8,64 м.

ТЕРМОДИНАМИКА

1. Одноатомный газ совершает цикл, изображенный на рисунке. Найти: значения параметров в характерных точках цикла, его КПД, полезную работу, теплоту, полученную от нагревателя и отданную холодильнику. Если: V₁ =1 л; V₄ = 2,5 л; V₃ = 4 л; T₃ = 480 К; P =2∙10⁵ Па.

Решение:

1.Применим закон Гей-Люссака к участку 3-4:

Т₁ = Т₄ = 300 К.

2. Применим закон Бойля-Мариотта к участку 1-4:

3. Применим закон Бойля-Мариотта к участку 2-3:

4. Вычислим теплоту полученную от нагревателя:

5.Вычислим теплоту, отданную холодильнику:

6. Полезная работа:

7. КПД:

Ответ: Р₁ = 5∙10⁵ Па; Т₁ = Т₄ =300 К; Р₂ = 8∙10⁵ Па;

Q₁ = 1560 Дж; Q₂ =1210 Дж; А = 350 Дж; η = 22,4 %.

2.Идеальный двухатомный газ в количестве 1 моля сжимают адиабатически так, что давление газа увеличивается в два раза. Затем газ изотермически расширяется. Изменение энтропии во всем процессе равно 5,75 Дж/К. Определить отношение начального и конечного объемов газа.

Дано:

ν = 1 моль,

Р2 = 2Р1,

1-2 - адиабата

ΔS = 5,75 Дж/К

- ?

Решение:

При адиабатном процессе энтропия не изменяется, поэтому изменение энтропии во всем процессе равно ее изменению в изотермическом процессе.

Для адиабатного участка 1-2 имеем:

Найдем , легко видеть, что ; прологарифмируем это выражение: и после подстановки получим:

Ответ:

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1

МЕХАНИКА. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА

ВАРИАНТ 1

1. Найти радиус вращающегося колеса, если известно, что линейная скорость точки, лежащей на ободе колеса в 3 раза больше линейной скорости точки, расположенной на 10 см ближе к оси вращения колеса.

Ответ: R = 0,15 м.

2. Платформа шахтного подъемника имеет массу 2,5т с каким ускорением и в какую сторону движется подъемник, если сила натяжения каната равна 20кН?

Ответ: вниз, а = 2 м/с².

3. Мяч, летящий со скоростью ₀ =15м/с, отбрасывается ракеткой в противоположную сторону со скоростью ₁ = 20м/с. Найти изменение импульса, если изменение кинетической энергии W = 8,75 Дж.

4. На изделие площадью 20 см² равномерно напылили 1,2·10²¹ атомов серебра. Определить толщину покрытия.

Ответ: h = 0,1 мм.

5. Некоторая масса газа совершает цикл, изображенный на PTдиаграмме, Изобразить этот цикл на PVи VTдиаграммах.

6. Два шарика массой по 10 мг подвешены на нитях длиной 120 см. Когда им сообщили одинаковые по знаку и величине заряды, нити разошлись на угол 120 градусов. Найти заряды шариков.

7. Два точечных одноименных заряда в 16 мкКл и 24 мкКл находятся на расстоянии 10 см друг от друга. Определить напряженность поля в точке, находящейся на расстоянии 4 см от первого заряда, на прямой, соединяющей эти заряды.

ВАРИАНТ 2

1. Вал вращается с частотой n = 180об/мин. С некоторого момента вал начал вращаться равнозамедленно с угловым ускорением = 3 рад/с². Через какое время t вал остановится? Найти число оборотов вала n до остановки.

2. При какой скорости движения давление, оказываемое автомобилем на вогнутый мост, в 2 раза больше, чем на выпуклый? Радиусы кривизны моста в обоих случаях одинаковы и равны 30м.

Ответ: v = 10 м/с.

3. Снаряд массой m = 100кг, летящий горизонтально со скоростью = 500м/с, попадает в вагон с песком, масса которого М = 10т, и застревает в нем. Какова скорость движения вагона после попадания снаряда, если: а) вагон стоял неподвижно; б) вагон двигался со скоростью и = 36км/ч в том же направлении, что и снаряд; в) вагон двигался с и = 36км/ч в направлении, противоположном движению снаряда?

4. Какое число молекул находится в комнате объемом v=80м³ при температуре t=17 ⁰C и давлении p=100 кПа?

5. Некоторая масса газа совершает цикл, изображенный на PVдиаграмме, Изобразить этот цикл на PTи VTдиаграммах.

6. Два шарика малых размеров одинаковой массы подвешены на тонких шелковых нитях к одной точке. Какова будет сила натяжения нитей, если шарикам сообщить одинаковые заряды 3 нКл?

Длина нитей 120 см, угол между нитями составляет 90 °.

7. Два точечных одноименных заряда по 12 нКл каждый находятся на расстоянии 10 см друг от друга. Определить напряженность поля в точке, находящейся на расстоянии 8 см от первого и 6 см от второго зарядов.

ВАРИАНТ 3

1. 1. Колесо, вращаясь равноускоренно, достигло угловой скорости =20рад/с через N = 10 оборотов после начала вращения. Найти угловое ускорение колеса.

2. Мальчик массой 50кг качается на качелях с длиной подвеса 4м. С какой силой он давит на сиденье при прохождении положения равновесия со скоростью 6м/с?

Ответ: N = 940 Н

3. Камень брошен со скоростью ₀ = 15 м/с под углом = 60^о к горизонту. Найти кинетическую W_k, потенциальную W_n и полную энергии камня через время t = 1с после начала движения . Масса камня m = 0,2кг.

4. Найти число молекул в куске меди объемом 1 дм³.

Ответ: N = 8,3∙10²⁵

5. Одноатомный газ совершает цикл, изображенный на PV диаграмме. Изобразить этот цикл наPTи VTдиаграммах.

6. Два маленьких шарика одинаковой массы подвешены в одной точке на невесомых шелковых нитях, длина которых 120 см. После того, как шарикам сообщили одинаковые заряды по 2 нКл, нити разошлись на угол 90°. Найти массы шариков.

7. Вычислить ускорение электрона и силу, действующую на него в однородном электрическом поле с напряженностью 2·10⁶ В/м.

ВАРИАНТ 4

1. Тело падает с высоты h = 19,6м, без начальной скорости. Какой путь пройдет тело за вторую секунду своего падения, за последнюю секунду?

2. Шар диаметром D = 6см и массой m = 0,25кг катится без скольжения по горизонтальной плоскости с частотой вращения n = 4об/с. Найти кинетическую энергию шара.

3. Мяч, летящий со скоростью ₀ =15м/с, отбрасывается ракеткой в противоположную сторону со скоростью ₁ = 20м/с. Найти изменение импульса, если изменение кинетической энергии W = 8,75 Дж.

4. Найти кинетическую энергию молекулы кислорода, находящегося при температуре 127⁰С.

Ответ: W_К =1,38∙10^-20 Дж.

5. Некоторая масса газа совершает цикл, изображенный на PTдиаграмме. Изобразить этот цикл на PVи VTдиаграммах.

6. Два одинаковых малых шарика подвешены на легких шелковых нитях в одной точке. Длина нитей 180 см. После того, как шарикам сообщили одинаковые заряды, нити разошлись на угол 90°, причем сила натяжения их стала равной 1, 75 мкН. Определить заряды шариков.

7. Пылинка массой 10^-8г, имеющая заряд 16·10^-18Кл, находится в равновесии в электрическом поле. Определить напряженность поля, если сила тяжести пылинки уравновешивается действием на нее электрической силы.

ВАРИАНТ 5

1. Найти радиус R вращающегося колеса, если известно, что линейная скорость точки, лежащей на ободе, в 2,5 раза больше линейной скорости точки, лежащей на расстоянии r = 5см ближе к оси колеса.

2. Диск массой m = 2кг катится без скольжения по горизонтальной поверхности со скоростью = 4м/с. Найти кинетическую энергию диска.

3. Снаряд массой m = 100кг, летящий горизонтально со скоростью = 500м/с, попадает в вагон с песком, масса которого М = 10т, и застревает в нем. Какова скорость движения вагона после попадания снаряда, если: а) вагон стоял неподвижно; б) вагон двигался со скоростью и = 36км/ч в том же направлении, что и снаряд; в) вагон двигался с и = 36км/ч в направлении, противоположном движению снаряда?

4. Газ при давлении 0,2 Мпа и температуре 15⁰С имеет объем 5л. Чему равен объем этой массы газа при нормальных условиях?

5. Некоторая масса газа совершает цикл, изображенный на PTдиаграмме. Изобразить этот цикл на PVи VTдиаграммах.

6. Во сколько раз сила гравитационного притяжения между двумя протонами меньше силы их электростатического отталки­вания? Заряд протона равен по модулю и противоположен по знаку заряду электрона.

7. Два точечных одноименных заряда в 16 мкКл и 24 мкКл находятся на расстоянии 10 см друг от друга. Определить напряженность поля в точке, находящейся на расстоянии 4 см от первого заряда, на прямой, соединяющей эти заряды.

ВАРИАНТ 6

1. Точка движется по окружности радиуса r = 20см с постоянным тангенциальным ускорением = 5см/с². через какое время t после начала движения нормальное ускорение а_n точки будет: а) равно тангенциальному, б) вдвое больше тангенциального?

Маховик, представляющий собой сплошной диск радиусом 0,2м и массой 2кг вращался с постоянной угловой скоростью вокруг оси симметрии перпендикулярной плоскости диска. Найти величину тормозящего момента, под действием которого маховик остановился через 20с после начала торможения, сделав 400 оборотов.

Ответ: М = 0,5 Н∙м

3. Снаряд массой m = 100кг, летящий горизонтально со скоростью = 500м/с, попадает в вагон с песком, масса которого М = 10т, и застревает в нем. Какова скорость движения вагона после попадания снаряда, если: а) вагон стоял неподвижно; б) вагон двигался со скоростью и = 36км/ч в том же направлении, что и снаряд; в) вагон двигался с и = 36км/ч в направлении, противоположном движению снаряда?

4. Какое количество вещества содержится в алюминиевой отливке массой 5,4 кг?

5. Некоторая масса газа совершает цикл, изображенный на PVдиаграмме, Изобразить этот цикл на PTи VTдиаграммах.

6. Два шарика массой по 10 мг подвешены на нитях длиной 120 см. Когда им сообщили одинаковые по знаку и величине заряды, нити разошлись на угол 120 градусов. Найти заряды шариков.

7. Два точечных одноименных заряда по 12 нКл каждый находятся на расстоянии 10 см друг от друга. Определить напряженность поля в точке, находящейся на расстоянии 8 см от первого и 6 см от второго зарядов.

ВАРИАНТ 7

1. Мяч, брошенный горизонтально, ударяется о стенку, находящуюся на расстоянии l = 5м от места бросания. Высота места удара о стенку на h =4,9м меньше высоты h, с которой брошен мяч. С какой скоростью _х брошен мяч? Под каким углом мяч подлетает к поверхности стенки?

2. При какой скорости движения давление, оказываемое автомобилем на вогнутый мост, в 2 раза больше, чем на выпуклый? Радиусы кривизны моста в обоих случаях одинаковы и равны 30м.

Ответ: v = 10 м/с.

3. Камень брошен со скоростью ₀ = 15 м/с под углом = 60^о к горизонту. Найти кинетическую W_k, потенциальную W_n и полную энергии камня: а) через время t = 1с после начала движения; б) в высшей точке траектории. Масса камня m = 0,2кг.

4. Найти число атомов в алюминиевом предмете массой 135г.

5. Одноатомный газ совершает цикл, изображенный на PV диаграмме. Изобразить этот цикл наPTи VTдиаграммах.

6. Два шарика малых размеров одинаковой массы подвешены на тонких шелковых нитях к одной точке. Какова будет сила натяжения нитей, если шарикам сообщить одинаковые заряды 3 нКл? Длина нитей 120 см, угол между нитями составляет 90 °.

7. Вычислить ускорение электрона и силу, действующую на него в однородном электрическом поле с напряженностью 2·10⁶ В/м.

ВАРИАНТ 8

1. Груз некоторой массы подвешен к потолку вагона. Куда и на какой угол отклонится груз, если вагон будет двигаться с ускорением , в направлении указанном на рисунке?

Ответ: вправо на j = arctg(a/g)

2. Платформа шахтного подъемника имеет массу 2,5т с каким ускорением и в какую сторону движется подъемник, если сила натяжения каната равна 20кН?

Ответ: вниз, а = 2 м/с².

3. Мяч, летящий со скоростью ₀ =15м/с, отбрасывается ракеткой в противоположную сторону со скоростью ₁ = 20м/с. Найти изменение импульса, если изменение кинетической энергии W = 8,75 Дж.

4. Сравнить число атомов, из которых состоят медное и алюминиевое изделия равного объема.

Ответ: в медном изделии атомов в 1,4 больше.

5. Некоторая масса газа совершает цикл, изображенный на PTдиаграмме, Изобразить этот цикл на PVи VTдиаграммах.

6. Два одинаковых малых шарика подвешены на легких шелковых нитях в одной точке. Длина нитей 180 см. После того, как шарикам сообщили одинаковые заряды, нити разошлись на угол 90°, причем сила натяжения их стала равной 1, 75 мкН. Определить заряды шариков.

7. Два точечных одноименных заряда в 16 мкКл и 24 мкКл находятся на расстоянии 10 см друг от друга. Определить напряженность поля в точке, находящейся на расстоянии 4 см от первого заряда, на прямой, соединяющей эти заряды.

ВАРИАНТ 9

1. Найти угловое ускорение колеса, вращающегося равноускоренно, если известно, что через 3 с. после начала движения вектор полного ускорения для точек, лежащих на ободе, составляет 30⁰ с вектором их тангенциального ускорения.

Ответ: ε =0,064 1/с²

2. При какой скорости движения давление, оказываемое автомобилем на вогнутый мост, в 2 раза больше, чем на выпуклый? Радиусы кривизны моста в обоих случаях одинаковы и равны 30м.

Ответ: v = 10 м/с.

3. С наклонной плоскости высотою h и углом наклона a к горизонту соскальзывает тело. Какова скорость тела у основания плоскости, если коэффициент трения равен m?

Ответ:

4. На изделие площадью 20 см² равномерно напылили 1,2·10²¹ атомов серебра. Определить толщину покрытия.

Ответ: h = 0,1 мм.

5. Некоторая масса газа совершает цикл, изображенный на PTдиаграмме, Изобразить этот цикл на PVи VTдиаграммах.

6. Два шарика малых размеров одинаковой массы подвешены на тонких шелковых нитях к одной точке. Какова будет сила натяжения нитей, если шарикам сообщить одинаковые заряды 3 нКл? Длина нитей 120 см, угол между нитями составляет 90 °.

7. Вычислить ускорение электрона и силу, действующую на него в однородном электрическом поле с напряженностью 2·10⁶ В/м.

ВАРИАНТ 10

1. Найти угловое ускорение колеса, вращающегося равноускоренно, если известно, что через 3 с. после начала движения вектор полного ускорения для точек, лежащих на ободе, составляет 30⁰ с вектором их тангенциального ускорения.

Ответ: ε =0,064 1/с²

2. Платформа шахтного подъемника имеет массу 2,5т с каким ускорением и в какую сторону движется подъемник, если сила натяжения каната равна 20кН?

Ответ: вниз, а = 2 м/с².

3.С наклонной плоскости высотою h и углом наклона a к горизонту соскальзывает тело. Какова скорость тела у основания плоскости, если коэффициент трения равен m?

Ответ:

4. Сравнить число атомов, из которых состоят медное и алюминиевое изделия равного объема.

Ответ: в медном изделии атомов в 1,4 больше.

5. Некоторая масса газа совершает цикл, изображенный на PTдиаграмме, Изобразить этот цикл на PVи VTдиаграммах.

6. Во сколько раз сила гравитационного притяжения между двумя протонами меньше силы их электростатического отталки­вания? Заряд протона равен по модулю и противоположен по знаку заряду электрона.

7. Пылинка массой 10^-8г, имеющая заряд 16·10^-18Кл, находится в равновесии в электрическом поле. Определить напряженность поля, если сила тяжести пылинки уравновешивается действием на нее электрической силы.

12
• 3
• Далее ⇒