Физические основы механики
Кафедра физики
ФИЗИКА
Часть I
Физические основы механики.
Электричество и магнетизм.
Методические материалы и
Контрольные работы №1 и №2
Одобрено редакционно-издательским Советом СТИ НИТУ МИСиС
для студентов технических направлений
заочной формы обучения
Старый Оскол
СТИ НИТУ МИСиС
УДК
ББК
С о с т а в и т е л и :
к.ф.-м.н., профессор А. А. Босенко, ст. преп. Н.Н. Жданова.
Р е ц е н з е н т:
к.т.н., доцент А. С. Тимофеева.
Босенко А.А.
Физика. Часть I. Физические основы механики. Электричество и магнетизм. Методические материалы для студентов технических специальностей. / Составили: А. А. Босенко, Н.Н. Жданова. Старый Оскол СТИ НИТУ МИСиС 2012, 144 с., илл.
В пособие включены программа учебного курса и все необходимые материалы для аудиторной и самостоятельной работы студентов при изучении курса физики по разделу “Физические основы механики. Электричество и магнетизм.”
Предназначено для студентов заочной формы обучения технических высших учебных заведений.
УДК
ББК
Ó А.А. Босенко, Н.Н. Жданова, 2012.
Ó СТИ НИТУ МИСиС, 2012 г.
ВВЕДЕНИЕ
Курс общей физики студенты заочного отделения изучают на первом и втором курсах. Занятия по расписанию (аудиторные) проводятся в форме лекций, практических, лабораторных занятий и консультаций.
Контроль знаний осуществляется при защите контрольных работ и отчетов о проделанных лабораторных работах, при сдаче зачетов и экзаменов. Содержание курса изложено в рабочей программе. Рабочая программа курса составлена на основе требований Государственного стандарта и типовой программы по физике, утвержденной Главным учебно-методическим управлением министерства образования. В программе даны тематика лекций, темы практических занятий, список лабораторных работ, приведены основные формулы и соотношения, примеры решения задач, задачи контрольных работ.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
II семестр
1. Кинематика и динамика частиц. Элементы теории относительности.
1.1. Измерения физических величин. Элементы векторной алгебры.
1.2. Кинематика материальной точки. Физические модели. Пространство и время. Прямолинейное движение точки. Скорость и ускорение. Прямая и обратная задачи кинематики. Движение точки по окружности.
1.3. Динамика материальной точки. Основные понятия динамики: масса, импульс, сила. Законы Ньютона и следствия из них. Понятие состояния в классической механике. Виды сил: сила трения, сила тяжести, сила тяготения. Элементы теории относительности.
2. Законы сохранения.
2.1. О законах сохранения. Закон сохранения импульса как фундаментальный закон природы. Движение тела переменной массы. Реактивное движение. Уравнение Мещерского, уравнение Циолковского. Центр инерции. Момент импульса. Момент силы. Уравнение моментов. Закон сохранения момента импульса.
2.2. Механический процесс. Работа. Мощность. Энергия. Кинетическая энергия. Внутренняя энергия. Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия. Гравитационное поле. Закон сохранения энергии в механике.
Законы сохранения и симметрия пространства и времени.
3. Механика абсолютно твердого тела
3.1. Момент сил. Кинетическая энергия вращающегося твердого тела. Момент инерции тела относительно оси. Теорема Штейнера. Уравнения движения и равновесия твердого тела. Энергия движущегося тела.
4. Упругие свойства твердых тел. Гидродинамика
4.1. Деформация упругая, пластическая, остаточная. Закон Гука. Модуль Юнга. Коэффициент Пуассона. Деформации сдвига и кручения. Модуль сдвига. Упругая энергия. Диаграмма растяжения. Пластичность.
4.2. Общие свойства жидкостей и газов. Уравнения равновесия идеальной жидкости. Закон Паскаля. Сила Архимеда. Уравнение Бернулли. Поверхностные явления.
4.3. Гидродинамика вязкой жидкости. Коэффициент вязкости. Течение по трубе, формула Пуазейля. Формула Стокса. Турбулентность. Число Рейнольдса.
5. Электростатика. Постоянный электрический ток
5.1. Предмет классической электродинамики. Электрический заряд и напряженность электрического поля. Закон сохранения заряда. Закон Кулона. Принцип суперпозиции. Электрический диполь. Электростатическая теорема Гаусса и ее применение к расчету электрических полей.
5.2. Работа электростатического поля. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля. Потенциал. Связь потенциала с напряженностью электростатического поля.
5.3. Проводник в электростатическом поле. Поверхностная плотность заряда. Распределение заряда на поверхности проводника. Электростатическая емкость. Емкость конденсаторов. Энергия системы точечных зарядов. Энергия заряженного проводника, заряженного конденсатора. Плотность энергии электростатического поля.
5.4. Постоянный электрический ток. Основные характеристики тока: сила тока, плотность тока. Проводники. Законы Ома и Джоуля - Ленца в дифференциальной форме. Сторонние силы. Э.Д.С. гальванического элемента. Закон Ома для участка цепи с гальваническим элементом. Правила Кирхгофа. Ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия. Ток в газах и жидкостях.
6. Магнитное поле
6.1. Открытие Эрстеда. Сила Ампера. Вектор магнитной индукции. Принцип суперпозиции. Закон Био-Савара-Лапласа. Сила Лоренца. Момент сил, действующих на рамку с током. Электродвигатель. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Эффект Холла (гальваномагнитный эффект). Принцип действия цилиндрических ускорителей.
6.2. Циркуляция вектора индукции магнитного поля. Закон полного тока. Магнитное поле тороида. Магнитный поток. Теорема Гаусса для магнитного поля.
6.4. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея, правило Ленца. Явление самоиндукции. Индуктивность длинного соленоида. Взаимная индукция. Магнитная энергия тока. Плотность магнитной энергии.
7. Статические поля в веществе
7.1. Диэлектрик в однородном электростатическом поле. Вектор поляризации. Поляризационные заряды. Поляризованность. Электрическое смещение. Основные уравнения электростатики диэлектриков. Плотность энергии электростатического поля в диэлектрике. Пьезоэлектрики. Сегнетоэлектрики.
7.2. Длинный соленоид с магнетиком. Молекулярные токи. Вектор намагниченности. Основные уравнения магнитостатики в веществе. Технические приложения законов магнитостатики. Диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики.
8. Уравнения Максвелла
8.1. Фарадеевская и Максвелловская трактовки явления электромагнитной индукции. Система уравнений Максвелла в интегральной форме.
8.2. Скорость распространения электромагнитных возмущений. Волновое уравнение. Плотность энергии. Плотность потока энергии.
8.3. Инвариантность уравнений Максвелла относительно преобразований Лоренца. Относительность магнитных и электрических полей.
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
Продолжительность каждой лабораторной работы 2 часа. В семестре студент выполняет шесть лабораторных работ: три по механике и три по электромагнетизму из ниже приведённого списка.
Физические основы механики
1. Определение плотности образца и вычисление погрешностей косвенных измерений.
2. Определение скорости вращения диска стробоскопическим методом.
3. Проверка законов вращательного движения с помощью маятника Обербека.
4. Определение коэффициента внутреннего трения по методу Стокса.
5. Определение модуля Юнга.