УМК по дисциплине "Физика" ( направление экология

Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"Московский государственный гуманитарный университет
имени М. А. Шолохова"
"Утверждаю"
Проректор по учебной
работе
МГГУ им. М.А. Шолохова
Ярыгин Д.В.
______________________
"Утверждаю"
Заведующий кафедрой
Минькова Н.О..
___________________
Решение заседания
кафедры
протокол № «__» от
«__________» 2014
Учебно-методический комплекс
Модулю « Физика»
Направление: ___020000__________/естественнонаучное образование
(шифр)
(название)
Профиль: __экология и природопользоание_______________
Квалификация: академический бакалавр
(ненужное удалить)
Кафедра: биологии и биотехнологии
Форма обучения: очная
Курс обучения: 1
Семестр обучения: I
Составители: Терентьева М.А. ст. преподаватель
кафедры биологии и биотехнологии
(ФИО, должность, степень, звание)
Москва 2014
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
"Московский государственный гуманитарный университет
имени М. А. Шолохова"
УТВЕРЖДАЮ
Заведующий кафедрой
биологии и биотехнологии
(название кафедры)
Минькова Н.О.
(ФИО)
Решение заседания
кафедры Протокол № __
«___» ___________20__г.
Рабочая программа дисциплины (модуля)
«Физика»
(название дисциплины (модуля)
Направление: _020000/естественнонаучное образование__________
(шифр) (название)
Профиль: _экология и природопользование________________
Квалификация: академический бакалавр
Кафедра: биологии и биотехнологии
Форма обучения: очная
Курс обучения: 1
Семестр обучения: I
Составители: Терентьева М. А., ст. преподаватель
кафедры биологии и биотехнологии
(ФИО, должность, степень, звание)
Москва 2014
1.
Пояснительная записка
В блоке предметной подготовки по специальности «Экология и экология
и природопользование» дисциплина «Физика» является связующим звеном
для изучения цикла дисциплин данной специальности и помогает познанию
фундаментальных законов и основных понятий химических систем,
реакционной
способности
веществ,
их
идентификации.
Данный модуль служит основой для более глубокого понимания
биологических дисциплин. Модуль составлен c учетом современного
состояния науки. Он определяет тот объем знаний, который необходим по
общей и неорганической химии. Модуль составлен в соответствии с
действующим
учебным планом для
специальности «Экология и
природопользование». Одной из задач преподавания общей физики
студентам данных специальностей является формирование у будущего
учителя современной физической картины мира. Это имеет большое
значение для общеобразовательной и профессиональной подготовки.
Модуль в сжатой форме охватывает вопросы общей физики. Она может
быть использована при подготовке как к зачету, так и экзамену, поскольку
нацеливает студента на самостоятельную работу и помогает ему про верить
знание материала по каждому разделу изучаемого курса. Программа
принесет пользу как студентам, так и преподавателям, так как в ней
приведено примерное распределение лекционных часов и тематики
лабораторных работ, а также перечень рекомендуемой основной и
дополнительной литературы. Эта методическая разработка подготовлена в
полном соответствии с Государственным образовательным стандартом
высшего профессионального образования. В целом курс физики должен
обеспечить подготовку высококвалифицированных специалистов, вооружить
их комплексом знаний, практических навыков и умений для плодотворной
педагогическойдеятельности.
Дисциплина «Физика» включена в структуру программы бакалавриата по
направлению «Естественные науки».
Основные цели и задачи модуля
Цель дисциплины: является формирование и развитие у студентов
научных знаний и умений, необходимых для понимания явлений и
процессов, происходящих в окружающем мире.
Задачи дисциплины
 Изучение
основных
физических
явлений,
овладение
фундаментальными
понятиями,
законами,
теориями
классической и современной физики, а также методами
физического исследования.
 воспитание убежденности в познавании окружающего мира в
необходимости разумного использования достижений науки и
технологий для дальнейшего развития человеческого общества;
 показать как использовать язык физики для анализа научной
информации и изложения основных физических идей в устной и
письменной формах;
 сформировать умения систематизировать наблюдения явлений
природы
и
техники,
планировать
и
проводить
экспериментальные исследования;
Групповая принадлежность модуля: общекультурныйи мировоззренческий
Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине.
2. Дисциплина направлена на формирование следующих компетенций (с
шифрами из стандарта и КМВ):
 способность выстраивать и реализовать перспективные линии
интеллектуального, культурного, нравственного, физического саморазвития
и самосовершенствования (ОК 2);
 настойчивость в достижении цели, выносливость, способность
критически переосмысливать накопленный опыт в области физики, изменять
при необходимости профиль своей профессиональной деятельности ( ОК 7);
 способность следовать этическим и правовым нормам
толерантность, способность к социальной адаптации, умение работать
в коллективе, руководить людьми и подчиняться руководящим
указаниям(ОК 13);
 обладать математической и естественнонаучной культурой, в том числе
в области физики, как частью общечеловеческой культуры (ОК 10);
 уметь представлять физические утверждения, доказательства,
проблемы, результаты физических исследований ясно и точно в
соответствие с требованием своего профиля (ОК 11);
 понимать фундаментальные физические законы и уметь применять их
в своих исследованиях (ОК 14).
3 Место дисциплины (модуля) в структуре ОПОП
3.1 Необходимым условием обучения по данной дисциплине (модулю)
является успешное освоение следующих дисциплин (модулей):
Данная дисциплина является начальной в программе обучения студентов.
3.2 Данная дисциплина (модуль) является базой для изучения следующих
модулей:
1. «Концепция современного естествознания»
2. «Биофизика»
3. «Химические основы жизни»
4. «Основы географии»
5. «Биология и экология человека».
Формы освоения дисциплины (модуля):
 аудиторные занятия проводятся в виде лекций, семинаров,
практических занятий; самостоятельная работа студентов с
теоретическим
материалом
включает
поиск
информации,
содержательную работу с ней, оформление результатов в виде
практических заданий, работы над написанием статей в тезаурусе,
доклады на заданную тему;
 лекционные занятия строятся с преобладанием контекстных форм
обучения – проблемная лекция, лекция в диалоговом режиме,
чередование сложного теоретического материала с закреплением его в
виде кратких тестов по теме; традиционная лекция.
 практические занятия традиционной формы проходят с обсуждением
трудных для самостоятельного усвоения разделов дисциплины,
моделирования заданных чрезвычайных ситуаций, тестовых заданий,
демонстраций материала по оказанию первой медпомощи, деловых
игры, разбора учебных ситуаций, студенческих докладов.
Формы контрольных и учебных заданий:
- задания 1-го уровня сложности нацелены на выявление фактических
знаний и предметных понятий и включают тесты с закрытой формой (с
однозначным и многозначным выбором ответа), тесты идентификации,
устный и письменный опрос по теме, тесты на соответствие, тесты с
заданиями на группировку информации, тесты с заданиями установление
последовательности;
- задания 2-го уровня сложности нацелены на выявление мыслительных
операций и включают открытые тесты с заданиями на установление
логических связей, классификацию, умение решать типовые учебные задачи;
- задания 3-его уровня сложности нацелены на выявление
профессиональных компетенций и включают: способность к пониманию и
интерпретации изученного материала, умению осмысленно работать со
специальной информацией, готовности нести ответственность за состояние
окружающей среды и организовывать мероприятия по пропаганде
ответственного отношения к жизни и здоровью людей и среды.
Процентное соотношение академических и практико-ориентированных
форм учебной работы соответствует кластерной принадлежности
(мировоззренческий модуль): 70% / 30%.
Компет
енции
(шифр)
Тема
4. Технологическая карта учебной дисциплины (модуля)
Лекции
Семинарские
Практиче Самостоятел Контроль
(группова занятия
ские
ьная работа
я работа)
(групповая,
занятия * (индивидуал
звеньевая
(группова ьная работа)
работа)
я,
звеньевая
работа)
ОК
Тема 1.
Введение.
Физическая
картина мира.
Тема 2.
Физические
законы и их
многообразие
Конспект
лекций по
темам 1 – 2
Презентаци
я к теме 1,
2
Доклады по
вопросам ко 2
теме.
Задание 1-го
уровня (задания,
ориентированны
е на
самостоятельное
получение
нового знания)
Эссе по теме Письменн
«Научная
ый опрос.
картина
мира»,
«
Роль физики
в экологии».
Конспект по
теме
«История
естествознан
ия»
«
Звуковые
волны и их
особенности»
,
ОК
Тема3.
Физические
законы
классической
механики.
Тема 4.
Основные
понятия
кинематики
Тема 5.
Динамика.
Работа и
энергия.
Динамика
механической
системы
Тема 6.
Механически
е колебания и
волны.
Механически
е колебания в
природе.
Конспект
лекций по
темам 3-6.
Презентаци
я 3-6,
работа с
«Moodle»
Задания в форме
тестов,
выявляющие
знания по темам
3-6 ( знания
законов и
понятийного
аппарата).
Задания 2-ого
уровня
сложности,
выявляющие
способность
применять знания
в конкретных
ситуациях.
Интерактивн
ая
лабораторная
работа
«
измерение
модуля
упругости (
модуль
Юнга)
резины».
«Определени
е параметров
движения по
графику».
«Изменение
импульса при
ударе».
с «Moodle»,
задания 3,4.
Интерактивн
ый тест по
теме
«Кинематика
»
«Законы
сохранения».
Эссе
по
темам:
«Симметрия
и
законы
сохранения»,
«Физика
землетрясени
Письменн
ый
и
устный,
(тест,
опрос)
ОК
ОК
Тема 7.
Основы
молекулярно
й физики и
термодинами
ки.
Тема 8.
Уравнение
состояние
идеального
газа.
Основное
уравнение
молекулярнокинетической
теории.
Тема 9.
Понятие
термодинами
ка.
Термодинами
ческие
системы.
Тема 10.
термодинами
ческое
равновесие.
Первое
начало
термодинами
ки.
Термодинами
ческие
процессы в
природе.
Тема 11.
Обратимые и
необратимые
процессы. IIе начало
термодинами
ки
Обратимость
и
необратимост
ь процессов в
Конспект
лекций по
темам 7-11
Презентаци
я к теме 7, 9
Задание 1-3
уровня (задания,
ориентированны
е на
самостоятельное
получение
нового знания).
Показать
применение 1ого
начала
термодинамики
на конкретных
примерах
из
жизни.
Задание 1-3
уровня (задания,
ориентированны
е на
самостоятельное
получение
нового знания).
Показать
применение 1ого начала
термодинамики
на конкретных
примерах из
жизни.
й».
Презентация
на тему «
Закон
сохранения
механическо
й энергии в
лицах».
«Звук
в
воде».
Интерактивн
ая
лабораторная
работа
по
теме:
«
Проверка
закона ГейЛюссака
работа».
Презентация
на
тему
«Открытые
термодинами
ческие
системы».
Эссе по теме
« Энтропия и
природа».
Конспект по
теме
«Уравнение
состояния
идеального
газа»,
глоссарий по
теме
«
Термодинами
ка».
Письменн
ый
и
устный (
форум)
природе.
Энтропия.
ОК
Тема 12.
Электричеств
ои
магнетизм.
Понятие
электрическо
го
заряда.
Электрическо
го поля.
Тема13.
Постоянный
ток. Работа и
мощность
постоянного
тока. Закон
ДжоуляЛенца.
Тема14.
Понятие
о
переменном
токе.
Переменные
электрически
е
и
магнитные
поля.
Тема15.
Понятие об
электромагни
тной волне.
Конспект
лекций по
темам 12 –
15
Презентаци
я к теме 12,
15
Доклады по
вопросам 12-15
тем.
Задания 2-ого
уровня
сложности.
Презентация
по теме : «
Магнитные
полюса
Земли».
Конспект по
теме
«понятие
электрическо
го
заряда.
Электрическ
ое поле».
Глоссарий по
теме
«
Переменные
электрически
е
и
магнитные
поля».
Аннотации и
вопросы
к
видеофильму
«Электромаг
нитная
индукция»
Письменн
ый и
устный
(демонстр
ация
презентац
ий)
ОК
Тема 16.
Электромагни
тная теория
света.
Интерференц
ия.
Дифракция.
Тема 17.
Основы
квантовой
оптики.
Теория
фотоэффекта.
Тема 18.
строение
атомного
ядра. Модели
Томсона и
Резерфорда.
Тема 19.
Альфа, бета и
гамма –
излучения.
Тема 20.
Космология;
эволюция
Вселенной
Конспект
лекций по
темам 1620
Презентаци
я к теме
16,18,19, 20
работа
с
«Moodle»
Доклады по
темам 16-20,
задания 1-3
уровня
сложности(
ориентированны
е на
самостоятельное
получение
новых знаний)
Аннотации и
основные
понятия по
видеофильму
« Что такое
теория
относительно
сти».
Конспект по
теме
«
Основы
квантовой
оптики».
Эссе
по
темам
«гамма
излучение и
его влияние
на
человеческий
организм»,
«радиоактив
ность
и
онкология»
Презентация
по
теме
«Эволюция
Вселенной».
Пиьменны
йи
устный (
тест и
опрос)
5. Объем дисциплины (модуля)
5.1 Количество зачетных единиц по дисциплине (модулю): 4 зач.ед. (144
часа)
5.2 Объем дисциплины (модуля) по видам учебных занятий
(по каждой форме обучения отдельная таблица)
Форма обучения: __очная____
Факультет /
Название
институт
дисциплины
(направлен
(модуля)
ие)
Вид учебных занятий
Количество
часов
1. Контактная работа с преподавателем:
Лекции (в том числе обзорные)
24
Практические/семинарские
48
Лабораторные
Консультации групповые1
Курсовые работы
Индивидуальная работа с преподавателем2
ФЭиЕН
Физика
Итоговый контроль:
Зачет3
Экзамен
+
Итоговый экзамен4
Защита выпускной квалифицированной работы
Общий объем контактной работы с преподавателем
72
2 Самостоятельная работа
72
Общий объем часов по дисциплине
144
Консультации:
- перед промежуточным экзаменом (2 часа на поток);
- перед итоговым экзаменом ( 2 часа на поток)
2
Консультирование выпускных квалифицированных работ:
- для бакалавриата – 12 часов
- для магистратуры – 22 часа
- для специалитета – 17 часов
3
- диф. зачет - 0.25 часа
- зачет – 0.2 часа
4
В соответствии с Положением о порядке планирования и учета работы ППС МГГУ им. М.А. Шолохова
1
6. Тематический план дисциплины (модуля)
(по каждой форме обучения отдельная таблица)
Форма обучения: очная
Наименование
разделом
дисциплин
(молулей)
I. Введение в
физику.
Физическая
картина мира.
Содержание раздела по темам
Тема 1. Введение.
картина мира.
Физическая
Сам/Ра
Всего
/сем
б
часов
1
2
2
1
2
2
2
4
Лекции
Прак
Л/Р
Роль физики в системе наук о природе.
Методы
физических
исследований.
Материя и движение. Пространство и
время - основные формы существования
материи. Напряженность и потенциал
гравитационного поля. Потенциальная
энергия гравитационного притяжения
тел. Зависимость между силой и
потенциальной
энергией.
Неконсервативные системы. Внутренняя
энергия. Условия равновесия систем.
Тема 2. Физические законы и их
многообразие.
Механика Ньютона и математические
начала натурфилософии. Молекулярнокинетическая теория и ее основные
положения. Развитие представлений об
электрических и магнитных явлений.
Основные законы электростатики и
постоянного тока. Квантовая физика и ее
основные законы.
II. Основы
классической
механики.
Тема 3. Физические законы
классической механики.
Понятие кинематика и динамика как
составные части механической картины
мира. Уравнение движения точки в
координатной и векторной форме.
Тангенциальное и нормальное
ускорения. Равномерное, равномернопеременное и неравномерное движения.
Движение тела по окружности. Элементы
кинематики вращательного движения.
Связь между линейными и угловыми
кинематическими величинами.
Относительность движения. Сложение
движений в механике Ньютона.
Преобразования Галилея.
Тема 4. Основные понятия
кинематики
2
4
6
2
2
4
8
Тема
6.
Механические 2
колебания и волны. Механические
колебания
в
природе.
2
4
8
Понятие материальной точки.
Относительность движения. Система
отсчета. Радиус-вектор, траектория,
путь. Векторы перемещения, скорости и
ускорения. Средняя скорость.
Равнопеременное движения и его
характеристики. Кинематика твердого
тела. Момент импульса системы
материальных точек. Момент силы.
Закон изменения момента импульса
системы. Закон сохранения момента
импульса в замкнутой системе. Связь
законов сохранения со свойствами
пространства-времени.
Тема 5. Динамика. Работа и
энергия. Динамика механической
системы.
Динамика материальной точки. Масса и
импульс тела. Первый закон Ньютона.
Инерциальные системы отсчета. Сила.
Второй закон Ньютона. Третий закон
Ньютона. Основная задача механики.
Принцип причинности в классической
механике. Границы применимости
классической механики. Замкнутые
системы. Закон сохранения импульса.
Движение тел с переменной массой.
Работа переменной силы. Кинетическая
энергия
тела.
Консервативные
(потенциальные) и неконсервативные
(диссипативные) силы. Потенциальная
энергия. Изменение полной энергии
системы. Закон сохранения энергии в
поле
консервативных
сил.
Потенциальная
энергия
упругодеформированного тела. Основное
уравнение
динамики
вращательного
движения твердого тела с неподвижной
осью. Момент импульса и момент
инерции твердого тела.
Механические
колебания
в
физике.
Гармонические
колебания,
как
простейшие колебания.
Амплитуда,
частота и фаза колебаний. Смещение,
скорость
и
ускорение
при
гармоническом колебательном движении.
Условия возникновения гармонических
колебаний.
Свободные
колебания
линейного гармонического осциллятора.
Энергия колебаний. Математический и
физический маятники. Апериодическое
движение.
Вынужденные
колебания.
Процесс установления
колебаний.
Резонанс.
III. МКТ и
термодинамика.
Тема 7. Основы
молекулярной физики и
термодинамики.Термодинамический и
1
4
4
9
2
2
4
8
2
2
4
8
2
2
4
8
молекулярно-кинетический подходы к
изучению макроскопических систем.
Основные положения молекулярнокинетической теории и её опытное
обоснование. Экспериментальные газовые
законы. Абсолютная шкала температур.
Уравнение состояние идеального газа.
Основное уравнение молекулярнокинетической теории ид. газа.
Парциальное давление. Закон Дальтона.
Понятие о распределении Больцмана.
Тема 8. Уравнение состояние
идеального газа.
Основное уравнение
молекулярно-кинетической теории.
Термодинамическая система.
Термодинамическое равновесие.
Равновесные и неравновесные процессы.
Функция состояния и функция процесса.
Внутренняя энергия термодинамической
системы и идеального газа. Первое начало
термодинамики.
Тема 9. Понятие термодинамика.
Термодинамические системы.
Равномерное распределение энергии по
степеням свободы. Теплоёмкость
идеального газа. Изопроцессы.
Адиабатный процесс. Работа, совершаемая
газом при различных процессах.
Тема 10. термодинамическое
равновесие. Первое начало
термодинамики.
Термодинамические процессы в
природе.
Циклические процессы. Первое начало
термодинамики. Термодинамические
системы. Термодинамическое равновесие.
Теорема Карно.
Тема 11. Обратимые и
необратимые процессы. II-е начало
термодинамики Обратимость и
необратимость процессов в
природе. Энтропия
1
4
4
9
4
4
8
2
4
7
Обратимые и необратимые процессы. II-е
начало термодинамики.
Энтропия как функция состояния.
Различные формулировки II начала
термодинамики и их эквивалентность.
Статистическое истолкование второго
начала, границы его применимости.
Процессы переноса. Конвекция (без
вывода). Необходимость тепловых
процессов. Тепловые машины и охрана
природы. Обратимость и необратимость
процессов в природе. Основа
термодинамических циклов энергетики
жизни.
Понятие энтропия. Энтропия в природе.
Замкнутые и открытые
термодинамические системы. Энергия.
IV.
Электричество и
магнетизм.
Тема 12. Электричество и
магнетизм.
Понятие электрического заряда.
Электрического поля.
Электромагнитное взаимодействие и его
место в ряду других фундаментальных
взаимодействий.
Электростатика. Электрический заряд.
Свойства электрических зарядов. Закон
сохранения электрического заряда. Закон
Кулона.
Напряженность электростатического поля.
Принцип суперпозиции. Графическое
изображение
полей.
Работа сил электростатического поля при
перемещении
зарядов.
Циркуляция
вектора
напряженности
электростатического поля, условие его
потенциальности.
Потенциал
поля
точечного
заряда
и
системы
электрических
зарядов.
Разность
потенциалов.
Тема13. Постоянный ток. Работа и
мощность постоянного тока. Закон
Джоуля-Ленца.
Постоянный электрический ток. Сила и
плотность тока. Закон Ома для
однородного участка цепи.
Дифференциальная форма закона Ома.
Сопротивление проводников.
Сторонние силы. Электродвижущая сила.
Закон Ома для неоднородного участка
цепи. Напряжение Закон Ома для
замкнутой цепи.
Работа и мощность в цепи постоянного
тока. Закон Джоуля-Ленца.
Природа электрического тока в металлах,
полупроводниках и диэлектриках.
1
Стационарное магнитное поле в вакууме.
Магнитное поле электрического тока.
Взаимодействие элементов тока.
Индукция и напряжённость магнитного
поля. Магнитный поток. Определение
вектора магнитной индукции. Действие
магнитного поля на движущийся заряд.
Сила Лоренца.
Электромагнитная индукция, опыты
Фарадея и правило Ленца. Основной закон
электромагнитной индукции.
Тема14. Понятие о переменном
токе. Переменные электрические и
магнитные поля.
2
4
6
2
2
6
2
2
5
4
4
8
Понятие о переменном токе. Получение
переменного тока. Условия
квазистационарности. Действующее
значение напряжения и силы тока.
Последовательный контур в цепи
переменного тока. Резонанс в
последовательном контуре.
Тема15.
Понятие
электромагнитной
об 2
волне.
Переменные электрические и магнитные
поля. Электромагнитное поле. Вихревое
электрическое поле. Ток смещения.
Понятие об электромагнитной волне.
Шкала электромагнитных волн.
V. Квантовая и
атомная физика.
Тема 16. Электромагнитная теория
света. Интерференция.
Дифракция.
1
Скорость света и методы ее измерения.
Абсолютность скорости света в СТО.
Принцип Ферма. Законы отражения и
преломления света. Показатель
преломления. Электромагнитная природа
света. Методы получения когерентных
световых волн. Оптическая разность
хода. Интерференция в тонких пленках.
Интерферометры. Интерференция
многих волн. Принцип ГюйгенсаФренеля. Зоны Френеля. Дифракция в
параллельных лучах на одной щели.
Дифракционная решетка.
Дифракционные спектры. Дифракция на
пространственной решетке.
Тема 17. Основы квантовой оптики.
Теория
фотоэффекта
Фотоэффект.
Законы
Столетова.
Фотонная теория света. Уравнение
Эйнштейна для фотоэффекта. Энергия и
импульс фотона.
Эффект
Комптона.
Давление
света.
Опыты
Лебедева.
Корпускулярно-волновая двойственность
свойств
света.
Несостоятельность
классической физики при объяснении
атомных явлений. Гипотеза де-Бройля.
Физический смысл волн де-Бройля, их
свойства.
Опытное
обоснование
корпускулярно-волнового
дуализма
свойств вещества. Люминесценция и ее
виды.
Тема 18. строение атомного ядра.
Модели Томсона и Резерфорда.
2
2
4
8
2
2
4
8
2
2
4
8
24
48
72
144
Доказательства
сложной
структуры
атома. Строение атома. Модель Томсона.
Модель Резерфорда. Модель Бора.
Элементарные частицы и античастицы.
Кванты света. Квантовые постулаты Бора.
Многоэлектронные атомы.
Тема 19. Альфа, бета и гамма –
излучения
Радиоактивность. Законы радиоактивного
распада. Свойства ионизирующих
излучений. Виды излучений. Ядерные
реакции. Ядерная энергетика.
Тема 20. Космология; эволюция
Вселенной
Эволюция Вселенной. Космология. Теория
Большого взрыва. Строение Вселенной.
Расширяющаяся Вселенная. Гипотезы о
движении Земли. Система мира по
Копернику.
Всего
7.Организация самостоятельной работы студентов по дисциплине
(модулю)
(по каждой форме обучения отдельная таблица)
Форма обучения: _очная
Наименование разделов
дисциплины (модуля)
Учебно – методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов
I. Введение в физику.
Физическая картина мира.
Основная и дополнительная литература, Источники
Интернет, эссе, конспект, элементы курса «Физика» в
системе дистанционного обучения «Moodle»
(«интерактивная лекция», «задание», «форум»)
Источники Интернет (статьи, журналы), работа с
электронными учебниками, таблицы, тесты. элементы курса
«Концепция современного естествознания» в системе
дистанционного обучения «Moodle» («интерактивная
лекция», «задание», «форум»)
II. Основы классической механики.
III. МКТ и термодинамика.
IV. Электричество и магнетизм.
V. Квантовая и атомная физика.
Основная и дополнительная литература, Источники
Интернет, презентации элементы курса «Физика» в системе
дистанционного обучения «Moodle» («тест», «задание»,
«форум»)
Работа с электронными учебниками, таблицы, тесты.
Изучение научной литературы элементы курса «Физика» в
системе дистанционного обучения «Moodle» («глоссарий»,
«задание», «форум»)
Основная и дополнительная литература, Источники
Интернет, эссе, конспект, доклады, тесты элементы курса
«Физика» в системе дистанционного обучения «Moodle»
(«интерактивная лекция», «задание», «форум»)
8.Фонд оценочных средств для проведения текущей и промежуточной
аттестации студентов по дисциплине (модулю)
Текущая и промежуточная аттестация по дисциплине проводится в
формате тестирования, примерные задания тестов:
1. Согласно постулатам Бора, частота электромагнитного излучения,
возникающего при переходе атома из возбужденного состояния с
энергией Е1 в основное состояние с энергией Е0вычисляется по
формуле:
А) ( Е1-Е0)/h
Б) ( Е1+Е0)/ h
В)ch/ (Е1-Е0)
Г) ch/ ( Е0+Е1)
2. Покоящийся атом поглотил фотон с энергией 1,2 *10-19Дж. При этом
импульс атома:
А) не изменился
Б) стал равным 1, 2*10-19кг*м/с
В) стал равным 4*10-28 кг*м/с
Г) стал равным 3, 6 *10-11 кг*м/с
3. Ядерные силы - это:
А) силы, способные преодолевать кулоновские силы отталкивания между
протонами.
Б) силы, действующие между нуклонами с целью оторвать протоны от
нейтронов и произвести ядерную реакцию.
В) являются силами отталкивания нуклонов.
Г) являются силами неподвижных зарядов.
4. Ядро урана (238/92)претерпело ряд α- распадов и β-распадов. В
результате образовалось ядро свинца (206/82). Определите число αраспадов.
А) 32
Б) 10
В)8
Г) 5
5. В некоторой ИСО частица покоится. В любой другой ИСО она:
А) покоится
Б) движется прямолинейно
В) движется с ускорением
Г) либо покоится, либо движется прямолинейно и равномерно.
6. Какие из приведенных ниже утверждений являются постулатами
СТО?!
1. Принцип относительности- равноправность всех ИСО ( все
физические явление одинаково протекают в любых ИСО).
2. Инвариантность скорости света в вакууме- неизменность ее величины
при переходе из одной ИСО в другую.
А) только 1
Б) только 2
В) и 1, и 2
Г) ни 1, ни 2
7. В результате серии радиоактивных распадов урана (238/92) в свинец
(206/82). Какое кол-во α- и β- распадов он испытывает при этом?!
А) 8α и 6β
Б) 6α и 8β
В) 10α и 5β
Г) 5α и 10β
9. Литература по дисциплине (модулю)
Список рекомендуемой литературы
Основная литература:
1. Лаврова И.В. Курс физики. -М. :Просвещение,1981.- 256 с.
2. Грабовский Р.И. Курс физики. - М.: Высшая школа,1980.-607 с
Дополнительная литература:
1. Концепция современного естествознания»(хрестоматия). – М.,
2004
2. Семке А.И. Нестандартные задачи по физике(для естественнонаучного профиля). –Яр., 2007
3. Бармосов А.В., Холмогоров В.Е. Курс общей физики для
природопользователей. «Колебания и волны».-С-П., 2009
4. Бармасов А.В. Холмогоров В.Е. Курс общей физики для
природопользователей. «Молекулярная физика». – С-П., 2009
5. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика 10.-М:2007г.
6. Рымкевич А.П. Задачник «Физика 9-11кл».-М:2004г.
7. Физика 10. Под ред. Пинского А.А.-М: Просвещение. 2005г.
8. Физика 11. Под ред. Пинского А.А.-М: Просвещение.2005г.
9. Гершензон Е.М., Малов Н.Н., Мансуров А.Н. Курс общей
физики. Механика. –М.: Академия, 2001.
10.Гершензон Е.М., Малов Н.Н., Мансуров А.Н. Курс общей
физики. Оптика и атомная физика. –М.: Академия, 2000.
11.Гершензон Е.М., Малов Н.Н., Мансуров А.Н. Курс общей
физики. Электродинамика. –М.: Академия, 2001.
12.Калашников С.Г. Электричество. –М.: Физматлит, 2004.
13.Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 1. –М.: Физматлит, 2001.
14.Гольденбург В.Б.,
Миллер М.А.
Сборник
задач
по
электродинамике. –М.: Физматлит, 2001.
15.Стрелков С.П., Сивухин Д.В., Угаров В.А., Яковлев И.А. Сборник
задач по общему курсу физики. –М.: Физматлит, 2005.
16.Иродов И.Е. Задачи по общей физике. –М.: Лань, 2009.
17.Савельев И.В. Курс общей физики (в трех томах). –М.: Лань,
2008.
18.Фриги С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики (в трех томах).
–М.: Лань, 2008.
19.Трофимова Т.И. Курс физики. –М., 2003.
20.Дмитриев В.Ф., Прокофьев В.Л. Основы физики. –М.: Высшая
школа, 2003.
21.Калашников Н.П., Кожевников Н.М. Физика. Интернет –
тестирование базовых знаний. –М.: Лань, 2009.
22.Старовиков М.И. Введение в экспериментальную физику. –М.:
Лань, 2008.
23.Хайкин С.Э. Физические основы механики. –М.: Лань, 2009.
10.Информационно – телекоммуникационные ресурсы
1. Электронные словари сайт «Энциклопедия и словари» [Электронный
ресурс] URL: http://enc-dic.com/nhistory/Nauchno-tehnicheskajarevoljucija-13371.html ( дата обращения 1.09.14)
2. Ресурс ЭЛЕМЕНТЫ ( большой науки ) cодержит много интереснейшей
информации по дисциплинам естественнонаучного цикла. Сайт
содержит много иллюстрированных статей и лекций, видеолекций,
творческих задач, книг. [Электронный ресурс] URL: http://elementy.ru
(дата обращения 1.09.14)
3. Электронный ресурс «ПскоВики — сайта педагогического сообщества
Псковской
области».
Методы
научного
познания.
URL:
http://wiki.pskovedu.ru/index.php/Методы_научного_познания(дата
обращения 1.09.14)
4. Электронные учебники по Физике (сайт « Библиотека Гумер)
[электронныйресурс]URL:
http://www.gumer.info/bibliotek_Buks/Science/INDEX_SCIENCE.php
(дата обращения 1.09.14)
5. Интерактивные тесты. Интерактивные задачи по общей физике.
[Электронный ресурс] URL: http://school-collection.edu.ru (дата
обращения 1.09.14)
6. Интерактивные лекции по физике для
учащихся 9-11 классов
[Электронный
ресурс]
URL:
http://www.astronomntl.narod.ru/physmain.htm#Лекции (дата обращения 1.09.14)
7. Каталог
научно-образовательных
ресурсов
МГУ
(Физика)
[Электронный ресурс] URL: http://top.msu.ru (дата обращения 1.09.14)
8. Образовательный портал Бобыч.Ру ( физика) [Электронный ресурс]
URL: http://bobych.ru/lection/fizika/ (дата обращения 1.09.14)
9. Лекционные материалы по категории - Физика на сайте Студопедия.
[Электронный ресурс] URL: http://studopedia.net/Fizika/
(дата
обращения 1.09.14)
10. Цифровые образовательные ресурсы по модулю «Физика»
[Электронный
ресурс]
URL:
http://schoolcollection.edu.ru/catalog/pupil/?subject=30 (дата обращения 1.09.14)
11. Ресурс All-fizika. Виртуальные лабораторные работы он-лайн
[Электронный ресурс] URL: http://www.all-fizika.com/virtual/pryjin.php,
http://www.all-fizika.com/article/index.php?id_article=110
(дата
обращения 1.09.14)
12. Виртуальнаялаборатория «КамераВильсона» [Электронный ресурс]
URL:
http://www.virtulab.net/index.php?option=com_content&view=article&id=3
51:rezerford&catid=38:16-&Itemid=98 (дата обращения 1.09.14)
13.Виртуальные лабораторные работы на ресурсе «Вирлаб»[Электронный
ресурс] URL: http://www.virtulab.net/ (дата обращения 1.09.14)
14.Интернет-ресурспофизике
[Электронный ресурс] URL:
http://www.gomulina.orc.ru/index1.html (дата обращения 1.09.14)
15. интерактивные лекции по общей физике [Электронный ресурс] URL:
http://physics-lectures.ru/ (дата обращения 1.09.14)
16. Электронная библиотека « Физика –класс!!!» [Электронный ресурс]
URL: http://fizika-class.narod.ru/ku.htm (дата обращения 1.09.14).
17. Видеоматериалы по разделам физике « Электричество и магнетизм», «
Квантовая и атомная физика» на ресурсе « All - физика» [Электронный
ресурс] URL: http://www.all-fizika.com/video/index.php (дата обращения
1.09.14)
18. Видеолекции по общей физике на ресурсе «Инструментальные
исследования окружающей среды» [Электронный ресурс] URL:
http://www.eco-konkurs.ru/fuzik-video (дата обращения 1.09.14)
19.«Что такое теория относительности?» — короткометражный научнопопулярный фильм, снятый режиссёром Семёном Райтбуртом на Втором
творческом объединении киностудии «Моснаучфильм» в 1964 году.
[Электронный
ресурс]
URL:
http://www.youtube.com/watch?v=bWBr2E3Y3aY (дата обращения 1.09.14)
20.
«Физика в половине десятого»
Советский познавательный
видеоролик, объясняющий некоторые основы квантовой физики. Основы
квантовой физики. http://www.youtube.com/watch?v=zM1lygfq7AY (дата
обращения 1.09.14)
11.Методические указания для студентов по усвоению дисциплины
(модуля)
11.1 Методические рекомендации по работе во время аудиторных
занятий.
В
ходе
лекционных
занятий
необходимо
осуществлять
конспектирование учебного материала, предлагаемого преподавателем.
Обращать особенное внимание на термины и формулировки определений,
раскрывающие содержание тех или иных явлений и процессов. По ходу
лекции выделять научные выводы (из приведенных научных данных),
практические рекомендации, а также различные примеры, которые приводит
преподаватель. Желательно оставить в рабочих конспектах поля, на которых
делать ссылки на рекомендованную литературу, дополняющую материал
лекции, а также обозначающие особую важность тех или иных теоретических
положений. После лекции желательно задавать преподавателю уточняющие
вопросы с целью уяснения теоретических положений или разрешения
спорных ситуаций. После лекционного занятия необходимо доработать свой
конспект лекции, делая в нем соответствующие записи из литературы,
рекомендованной преподавателем и предусмотренной учебной программой.
11.2 Методические рекомендации по подготовке к практическим и
семинарским занятиям.
В ходе подготовки к семинарам необходимо изучить основную
литературу, ознакомиться с дополнительной литературой и новыми статьями,
размещенными в научных электронных библиотеках. При этом учесть
рекомендации преподавателя и требования учебной программы. Подготовить
тезисы для выступлений по всем учебным вопросам, выносимым на семинар.
Готовясь к докладу или реферативному сообщению, рекомендовано
обращаться за методической помощью к преподавателю. После того, как
выступление будет подготовлено необходимо составить план-конспект
своего выступления, который впоследствии использовать во время доклада
или обсуждения. Продумать примеры с целью обеспечения тесной связи
изученной теории с реальной жизнью.
На семинаре каждый его участник должен быть готовым к
выступлению по всем поставленным в плане вопросам, проявлять
максимальную активность при их рассмотрении.
12. Информационные технологии, используемые при осуществлении
образовательного процесса по дисциплине (модулю)
В ходе обучения предполагается широкое использование мультимедийных
средств,
в том числе использование сайта https://www.wiziq.com (для
организации вебинаров), в помощь студентам во время самостоятельной
работы.
Компьютер с установленной (и поддерживаемой) версией системы
дистанционного обучения «Moodle» и выходом в интернет.
13.Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля)
Для проведения аудиторных занятий (лекционных и практических)
необходимы аудитории, оснащенные средствами мультимедиа: компьютер,
проектор, интерактивная доска, доступ в Интернет. Для проведения
некоторых практических занятий необходим компьютерный класс, с
компьютерами, имеющими доступ в Интернет. Также необходимо наличие
мультимедийного проектора, иллюстративных материалов ( плакаты и
макеты). Для организации самостоятельной работы по дисциплине
преподавателю необходим компьютер с установленной (и поддерживаемой)
версией системы дистанционного обучения «Moodle» и выходом в интернет.
Для выполнения самостоятельной работы студенту по дисциплине также
необходим компьютер с установленной (и поддерживаемой) версией системы
дистанционного обучения «Moodle».
«Moodle» относится к классу LMS (Learning Management System) - систем
управления обучением. В нашей стране подобное программное обеспечение
чаще называют системами дистанционного обучения (СДО), так как именно
при помощи подобных систем во многих вузах организовано дистанционное
обучение. Moodle - это свободное программное обеспечение с лицензией
GPL, что дает возможность бесплатного использования системы, а также ее
безболезненного изменения в соответствии с нуждами образовательного
учреждения и интеграции с другими продуктами. Основной формой
реализации контроля знаний при дистанционном обучении является
тестирование, поэтому в СДО Moodle содержится обширный
инструментарий по созданию тестов и проведению контрольного и
обучающего
тестирования.
СДО
«Moodle»
дает
возможность
проектирования, создания и управления ресурсами в информационнообразовательной среде. Система содержит удобный, доступно понятный
интерфейс, в котором абсолютно любой преподаватель самостоятельно
может создать свой электронный курс и управлять им, прибегнув при
создании разве что к помощи справочной системы. Для обеспечения
полноценного процесса обучения по дисциплине необходимо установленное
программное обеспечение: Microsoft powerpoint, Windows media pleer для
создания наглядных презентаций и возможности просмотра видеосюжетов.
14.Тематика курсовых проектов / работ (при наличии)
Курсовые проекты/работы по дисциплине не предусмотрены.
Реферативные работы используются в качестве оценивания активности
студентов на занятии.
Тема реферата студентом выбирается самостоятельно, исходя из раздельных
и общих контрольных вопросов.
1.Магнитные полюса земли.
2.Влажность воздуха.
3.Возникновение водоворота.
4.Физика Солнца.
5.Тепловые процессы в земной коре.
6.Парниковый эффект.
7.Физика гейзеров.
8.Физика морей и океанов.
9. Вещество в состоянии плазмы
10. Биофизика
11. Взаимосвязь науки и электроэнергии
12. Вода. Тяжелая вода
13. Воздействия электрического тока на организм человека
14. Второй закон термодинамики для замкнутых и незамкнутых систем
15. Защита от радиоактивности
16. Инфра- и ультразвуки и их использование
17. Искусственные спутники Земли
18. История развития электрического освещения
19. Люминесценция и химолюминесценция
20. Мозг и память человека – молекулярный аспект
21. Нобелевские лауреаты в области физики
22. Принцип построения атомной энергетики
23. Сила земного притяжения
24. Тепловые, гидравлические и атомные электростанции
25. Физика и НТР
26. Единая физическая картина мира
27. постижение природы молний. Шаровая молния.
28. Развитие представлений о физике возникновения радуги.
29. Атмосферное электричество.
30. Полярные сияния. Виды, особенности возникновения.
31. Землетрясение с точки зрения физики.
32. Вечный двигатель
33. История открытий в области строения атомного ядра
34. Магнетизм и магниты
35. Радиационный режим в атмосфере
15. Примерный перечень вопросов к экзамену.
1. Физика и ее связь с другими науками и с техникой. Роль
курса физики в подготовке учителя.
2. Материя. Основные представления о строении материи в
современной физике.
3. Предмет и задачи механики.
4. Кинематика материальной точки. Понятие материальной
точки. Относительность движения. Системы отсчета.
5. Векторы перемещения, скорости и ускорения.
6. Понятие средних и мгновенных значений скорости и
ускорения.
7. Тангенциальное и нормальное ускорение. Полное ускорение.
8. Траектория движения и пройденный путь. Принцип
независимости движений.
9. Преобразование Галилея для координат и скоростей.
10.Перемещение и путь при равномерном и равноускоренном
прямолинейном движении.
11.Движение точки по окружности. Угловые перемещение,
скорость и ускорение.
12.Динамика материальной точки. Первый закон Ньютона.
Инерциальные системы отсчета.
13.Понятие о силе и ее измерении. Силы в природе.
Фундаментальные взаимодействия.
14.Масса и ее измерение. Второй закон Ньютона.
15.Импульс. Общая форма второго закона Ньютона. Закон
сохранения импульса.
16.Третий закон Ньютона. Движение при наличии силы
тяжести, вес и невесомость.
17.Работа постоянной и переменной силы. Силы внутренние и
внешние. Мощность.
18.Энергия. Кинетическая энергия.
19.Потенциальная энергия тела в поле силы тяжести и в поле
упругих сил. Потенциальные кривые. Закон сохранения и
превращения энергии.
20.Гармонические
колебания.
Амплитуда,
частота,
фаза
колебаний.
21.Смещение, скорость и ускорение при гармонических
колебаниях.
22.Связь колебательного и вращательного движений.
23.Движение под действием упругих и квазиупругих сил.
Пружинный маятник.
24.Уравнение
движения
простейшей
механической
колебательности системы без трения: математический
маятник.
25.Физический маятник. Уравнение движения. Приведенная
длина физического маятника.
26.Кинетическая,
потенциальная
и
полная
энергия
колеблющегося тела.
27.Уравнение движения колебательных систем с трением.
Затухающие колебания.
28.Логарифмические декремент затухания, добротность и их
связь с параметрами системы.
29.Вынужденные колебания. Резонанс. Закон сохранения момента
импульса и примеры его проявления..
30.Всемирное тяготение. Движение планет, законы Кеплера.
Закон тяготения Ньютона. Постоянная тяготения.
31.Понятие о поле тяготения. Напряженность поля тяготения.
32.Применение законов сохранения энергии и момента импульса
к движению в центральном гравитационном поле.
33.Космические скорости.
34.Распространение колебаний в однородной упругой среде.
Волновое движение. Фронт волны. Волновая поверхность.
Виды волн. Продольные и поперечные волны.
35.Электромагнитное взаимодействие и его место в ряду других
фундаментальных взаимодействий.
36.Электростатика. Электрические заряды и их свойства; закон
сохранения электрического заряда; наличие элементарного
электрического заряда
37.Закон Кулона. Напряженность электростатического поля.
Принцип
суперпозиции.
Графическое
изображение
электростатического поля.
38.Вектор
электростатической
индукции.
Поток
вектора
электростатической индукции.
39.Работа
сил
электростатического
поля.Потенциал
поля
точечного
заряда и
системы
электрических
зарядов.
Эквипотенциальные поверхности. Связь потенциала и
напряженности электростатического поля.
40.Конденсаторы;
соединение
конденсаторов;
применение
конденсаторов.
41.Энергия и плотность энергии электрического поля.
42.Постоянный электрический ток. Движение электрических
зарядов в электрическом поле. Сила и плотность тока. Закон
Ома для однородного участка цепи.
Сторонние силы.
Электродвижущая сила. Напряжение. Закон Ома для
замкнутой цепи.
43.Работа и мощность в цепи постоянного тока. Закон Джоуля –
Ленца.
44.Разветвление
цепи.
Правило
Кирхгофа.
Соединение
проводников.
45.Стационарное магнитное поле в вакууме. Магнитное поле
токов. Взаимодействие токов. Индукция и напряженность
магнитного поля. Сила, действующая на ток в магнитном
поле. Закон Ампера. Действие магнитного поля на
движущийся заряд. Сила Лоренца.
46.Магнитное поле прямого и кругового токов. Работа,
совершаемая перемещением проводника с током в магнитном
поле.
47.Электромагнитная индукция. Открытие Фарадея. Закон Ленца.
Основной закон электромагнитной индукции. Самоиндукция.
Энергия
магнитного
поля
и
плотность
энергии.
Индуктивность проводника.
48.Электромагнитные
колебания.
Возникновение
электромагнитных колебаний в колебательном контуре.
Вихревое электрическое поле. Токи смещения. Действующее
и среднее значение переменного тока. Сопротивление,
индуктивность и емкость в цепи переменного тока. Закон
Ома в цепи переменного тока.
49.Предмет оптики. Эволюция представлений о природе света.
Волновые и корпускулярные свойства света.
50.Законы геометрической оптики: законы отражения и
преломления света на плоской границе раздела двух сред.
51.Интерференция света. Принцип суперпозиции. Когерентность
источников света. Разность хода и оптическая длина пути.
52.Методы наблюдения интерференции: полосы равной толщины
и равного наклона; кольца Ньютона.
53.Дифракция света. Принцип Гюйгенса – Френеля. Законы
Френеля.
54.Дифракция на одной щели. Дифракционная решетка.
55.Поляризация света. Свет естественный и поляризованный.
56. Тепловые излучения и его особенности. Характеристики
излучения.
57.Фотоэффект. Законы Столетова. Фотонная теория света.
Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Энергия и импульс
фотона.
58.Давление света. Опыты Лебедева. Рентгеновское излучение.
Эффект Комптона.
59.Опыты Резерфорда. Модель атома Резерфорда. Постулаты
Бора. Экспериментальные подтверждения модели атома Бора
– Резерфорда.(Спектральные серии и уровни энергии
водородоподобного атома).
60.Теория Бора. Принцип соответствия. Кризис теории Бора.
61.Гипотеза де – Бройля. Физический смысл волн де – Бройля,
их свойства.
62.Основные положения молекулярно – кинетической теории и
ее опытное обоснование.
63.Экспериментальные
температур.
газовые
законы.
Абсолютная
шкала
молекулярно – кинетической
теории
64.Уравнение состояния идеального газа.
65.Основное уравнение
идеального газа.
66.Парциальное давление. Закон Дальтона.
67.Понятие о распределении Больцмана.
68.Термодинамическая система. Термодинамическое равновесие.
Равновесные и неравновесные процессы. Функция состояния
и функция процесса.
69.Внутренняя
энергия
идеального газа.
термодинамической
системы
и
70.Первое начало термодинамики.
71.Равновесное распределение энергии по степеням свободы.
72.Теплоемкость идеального газа.
73.Применение I-го начала термодинамики к изопроцессам.
74.Работа, совершаемая газом при различных процессах.
75.Циклические процессы. Тепловые
холодильные машины.
двигатели.
Тепловые
и
76. Цикл Карно. Работа цикла Карно. КПД цикла Карно.
Теорема Карно.
77.Обратимые
и
термодинамики.
необратимые
процессы.
II-е
начало
78.Энтропия как функция состояния. Возрастание энтропии в
изолированной системе. Формула Клаузиуса. (Неравенство
Клаузиуса).
79.Различные формулировки II – го начала термодинамики и их
эквивалентность.
16. Дидактические материалы дисциплины ( модуля)
- лекционные материалы (конспекты лекций и/ или презентации);
- материал к практическим занятиям и семинарам (с обязательным
указанием рекомендуемой литературы, методические рекомендации по
проведению);
- тестовые задания и задания для самостоятельных аудиторных работ;
- задания для текущего и итогового контроля(с обязательным
указанием критериев допуска к экзамену и зачету, критериев оценки) и т.д.
Конспекты лекций ( общий обзор материала).
Раздел 1.
Физическая картина мира. Многообразие физических законов.
Физическая картина мира -это представление о мире и его процессах,
выработанное физикой на основе эмпирического и теоретического познания.
В физической картине мира отражается господствующая на тот или иной
исторический момент физическая парадигма: в античное время это
космоцентризм (геоцентризм Птоломея как высшая его теоретическая форма)
и сменивший его в XVI-XVII веках гелиоцентризм и механицизм ГалилеяНьютона, в начале XX века атомизм, позднее — динамизм и энергетизм, в
последние годы XX века — неразрывность пространственно-временного
многообразия (искривленного пространственно-временного континуума —
наиболее полно выражено в общей теории относительности) и
корпускулярно-волновых свойств материи (наиболее полно выражено в
квантовой механике и в квантовой хромодинамике). Физическая картина
постепенно утрачивала наглядный, модельный вид, качественные различия
все более сводились к количественным, так что современная физическая
картина мира состоит из недоступных наблюдению уравнений, значение
которых трудно для понимания «непосвященным», она не является более
«картиной». Прежде всего стало совершенно абстрактным понятие
материальной действительности, так что, согласно Планку, прогрессирующее
удаление физической «картины» мира от мира чувственного означает не что
иное, как увеличивающееся приближение к реальной действительности (от
ранее идеальной абсолютизированной), к физическому миру,
трансцендентному по отношению к переживаниям.
Всеобщая связь явлений - наиболее общая закономерность
существования мира, представляющая собой результат и проявление
универсального взаимодействия всех предметов и явлений и воплощающаяся
в качестве научного отражения в единстве и взаимосвязи наук.
В основе построения научной картины мира лежит принцип единства
природы и принцип единства знания.
Для описания процессов и явлений, происходящих в живой материи на
основании изучения лишь простейших явлений выводить общие законы.
Законы, которые связывают между собой различные физические явления,
происходящие в природе.
Физика знает два типа физических законов (теорий) это
динамические и статистические.
Динамический закон — это физический закон, отображающий
объективную закономерность в форме однозначной связи физических
величин, выражаемых количественно.
Динамической теорией является физическая теория, представляющая
совокупность динамических законов. Исторически первой и наиболее
простой теорией такого рода явилась классическая механика Ньютона.
Долгое время считалось, что никаких других законов, кроме динамических,
не существует. Это было связано с установкой классической науки на
механистичность и метафизичность, со стремлением построить любые
научные теории по образцу механики Ньютона. Если какие-либо
объективные процессы и закономерности не вписывались в предусмотренные
динамическими законами рамки, считалось, что мы просто не знаем их
причин, однако с течением времени это знание будет получено.
В середине XIX в. в физике были сформулированы законы,
предсказания которых не являются определенными, а только вероятными.
Они получили название статистических законов.
«Возникновение физики».
С давних времен человек наблюдал за окружающим миром, от которого
зависела его жизнь, пытался понять явления природы. Изучение природы, ее
явлений, свойств началось еще в античные (древние) времена ( с 1000 до н э 5 в н э ), чему предшествовала вначале мифологию, потом философия.
Родоначальником физики, как и многих других наук считают философию.
Филосо́фия (др.-греч. φιλοσοφία, дословно: любовь к мудрости) — особая
форма познания мира, вырабатывающая систему знаний о наиболее общих
характеристиках и фундаментальных принципах реальности (бытия) и
познания, бытия человека, об отношении человека и мира. Философия
изучает материю и материальный мир.
Неотъемлемое св-во материи:- движение. Движение материи представляет
собой любые изменения, происходящие с материальными объектами.
Для описания материальных систем используют корпускулярную и
континуальную теории( вся материя как форма поля , равномерно
распределена в пространстве; случайное возмущение поля волны, а их
проявление породило частицы и тд.
На основе этого критерия выделяют 3 уровня материи:
Микромир
Макромир
Мегамир.
Особое место в философии играет натурфилософия.
Натурфилосо́фия (от лат. natura — природа) — исторический термин,
обозначавший (примерно до XVIII века) философию природы, понимаемую
как целостную систему самых общих законов естествознания[1]. Впервые
термин «philosophia naturalis» встречается у Сенеки. Натурфилософия
возникла в античную эпоху как попытка найти «конечные причины» и
фундаментальные закономерности природных явлений. Яркими
представителями натурфилософии в средние века являлись схоласты.
Большинство натурфилософских систем до XVIII века были чисто
умозрительными; с появлением классической физики натурфилософия
быстро вытесняется философией науки, отсекающей всякую гипотезу,
которая не представляется необходимой для доказательства. Тем не менее,
различные натурфилософские системы появлялись в XIX и XX веках.
Фи́зика (от др.-греч. φύσις — природа) — область естествознания. Наука
о простейших и вместе с тем наиболее общих законах природы, о материи, её
структуре и движении. Законы физики лежат в основе всего
естествознания[1].
Термин «физика» впервые появился в сочинениях одного из величайших
мыслителей древности — Аристотеля, жившего в IV веке до нашей эры.
Первоначально термины «физика» и «философия» были синонимичны,
поскольку в основе обеих дисциплин лежало стремление объяснить законы
функционирования Вселенной. Однако в результате научной революции XVI
века физика выделилась в отдельное научное направление.
В русский язык слово «физика» было введено М. В. Ломоносовым,
издавшим первый в России учебник физики — свой перевод с немецкого
языка учебника
Древние называли физикой любое исследование окружающего мира и
явлений природы. Такое понимание термина "физика" сохранилось до конца
17 в.
Физика изучает мир, в котором мы живем, явления, в нем происходящие,
открывает законы, которым подчиняются эти явления. Главная задача
физики – познать законы природы, свойства различных веществ и
поставить их на службу человеку.
Философские категории пространство и время являются основными.
Взгляд на них существенно менялся от периода к периоду. Все события в
мире происходят в пространстве и изменяются с течением времени.
Уже в глубокой древности возникли зачатки знаний, впоследствии вошедшие
в состав физики и связанные с простейшими представлениями о длине,
тяжести, движении, равновесии и т. д. В недрах греческой натурфилософии
сформировались зародыши всех трех частей физики, однако на первом плане
стояла физика движения, понимаемая, как изменение вообще.
Взаимодействие отдельных вещей трактовалось наивно-антропоцентрически
( например, мнение об одушев- ленности магнита у Фалеса ). Подобное
рассмотрение проблем, связанных с анализом движения как перемещения в
пространстве, впервые было осуществлено в знаменитых апориях Зенона
Элейского. В связи с обсуждением структуры первоначал зарождаются и
конкурируют концепции непрерывной делимости до бесконечности (
Анаксагор ) и дискретности существования неделимых элементов (
атомисты: Аристотель и Демокрит ). В этих концепциях закладывается
понятийный базис будущей структурной физики.
В связи с задачами анализа простейшей формы движения ( изменения по
месту ) возникают попытки уточнения понятий "движение", "покой",
"место", "время". Результаты, полученные на этом пути, образуют основу
понятийного аппарата будущей физики движения - механики. При
сохранении антропоморфных тенденций у атомистов
четко намечается понимание взаимодействия как непосредственного
столкновения основных первоначал - атомов. Полученные умозрительным
путем достижения греческой натурфилософии вплоть до XVI в. служили
единственными средствами построения картины мира в науке. Превращение
физики в самостоятельную науку обычно связывается с именем Галилея.
Основной задачей физики он считал эмпирическое установление
количественных связей между характеристиками явлений и выражение этих
связей в математической форме с целью дальнейшего исследования их
математическими средствами, в роли которых выступали геометрические
чертежи и арифметическое учение
о пропорциях. Использование этих средств регулировалось
сформулированными им основными принципами и законами ( принцип
относительности, принцип независимости действия сил, закон
равноускоренного движения и др. ).
Достижения Галилея и его современников в области физики движения (
Кеплер, Декарт, Гюйгенс ) подготовили почву для работ Ньютона,
преступившего к оформлению целостного предмета механики в систему
понятий.
Современные физические представления о пространстве и времени
разработаны теорией относительности; по сравнению с классической
физикой - это новая ступень в познании физикой объективно-реальных
пространств и времени. Теория относительности, созданная великим
физиком нашей эпохи А. Эйнштейном, связала в высшем единстве
классическую механику и электродинамику, и пересмотрела основные
понятия и положения классической механики, относящиеся к длине и
длительности, к массе, энергии, импульсу и т. д., подчинив их новым
физическим понятиям и положениям, полнее и глубже отражающим
движущуюся материю.
Для классической физики пространство и время были некими
самостоятельными сущностями, причем пространство рассматривалось как
простое вместилище тел, а время - как только длительность процессов;
пространственно-временные понятия выступали как не связанные друг с
другом. Теория относительности показала односторонность такого взгляда на
пространство и время. Пространство и время органически связаны, и эта
связь отражается в теории относительности, в математическом аппарате
которой фигурируют так называемые четырехмерные пространственновременные составляющие. Эта теория привела к выводам о зависимости
ритма часов от состояния их движения, зависимости массы от скорости, о
взаимозависимости между массой и энергией; все эти выводы широко
подтверждены опытом.
Научная картина мира.
НКМ- целостная система представлений об общих свойствах и
закономерностях природы, возникающая в результате обобщения и синтеза
основных естеств.-науч. понятий и принципов. Главное отличие Н. к. м. от
донаучной или вненаучной (напр., религиозной) состоит в том, что она
строится на основе определенной фундаментальной науч. теории (или
теорий), служащей её обоснованием.
1. Механическая.
2. Электродинамическая.
3. Квантово-полевая.
Механическая. Основное движение: равномерное
прямолинейное.
Формировалась под влиянием идей античной картины мира Демокрита,
Аристотеля, Лукреция. Античного атомизма и метафизического
материализма 16-17 веков.9 материя рассматривается как иерархическая
совокупность дискретных элементов –атомов, все виды движения сводились
к механическому перемещению тел в пространстве, известно одно
единственное взаимодействие -гравитационное, причина рассматривалась
как внешнее воздействие).Первой физической теорией, созданной в рамках
МКМ, была механика Ньютона. Основа-идея дискретности материи теория
дальнодействия. Всё многообразие мира сводилось к законам механической
формы движения материи. Теория встретила препятствия в лице
термодинамики, статистической механики+ трудности из-за теории
электромагнитных явлений( нецентральность сил электромагнитного
взаимодействия, гипотеза об эфире). Все материальные тела состоят из
молекул, находящихся в непрерывном и хаотическом механическом
движении. Материя – вещество, состоящее из неделимых частиц.
Взаимодействие тел осуществляется согласно принципа дальнодействия,
мгновенно на любые расстояния (закон всемирного тяготения, закон Кулона),
или при непосредственном контакте (силы упругости, силы трения).
Пространство – пустое вместилище тел. Всё пространство заполняет
невидимая невесомая «жидкость» - эфир. Время – простая длительность
процессов. Время абсолютно.
Всё движение происходит на основе законов механики Ньютона, все
наблюдаемые явления и превращения сводятся к механическим
перемещениям и столкновениям атомов и молекул. Мир выглядит как
колоссальная машина с множеством деталей, рычагов, колёсиков.
Точно так же представляются и процессы, протекающие в живой природе.
Механика описывает все процессы, происходящие в микромире и макромире.
В механической картине мира господствует лапласовский детерминизм учение о всеобщей закономерной связи и причинной обусловленности всех
явлений в природе.
Механическая картина мира используется и сейчас во многих случаях, когда,
например, в рассматриваемых нами явлениях материальные объекты
движутся с небольшими скоростями, и мы имеем дело с небольшими
энергиями взаимодействия. Механический взгляд на мир по-прежнему
остается актуальным, когда мы сооружаем здания, строим дороги и мосты,
проектируем плотины и прокладываем каналы, рассчитываем крыло
самолета или решаем другие многочисленные задачи, возникающие в нашей
повседневной человеческой жизни.
Аристотель: В физике Аристотеля не было ни одного описания опыта или
прибора, ни рисунка, ни формулы, ни чертежа. В ней присутствовали
философские рассуждения о предмете, о времени, о движении вообще. Он
считал, что тело движется до тех пор, пока на него не действуют другие тела;
природа - есть начало движения и измерения; падение- естественное
стремление занять свое место в пространстве. ( задание 1: Что понимал
Аристотель над «надлунным и подлунным миром?! В чем их существенное
различие и сходство?)
Под движением он понимал «всякое изменение, происходящее с телом», «
более сложный вид движения включает в себя более простой» ( примеров не
приводил).
Галилей: Принцип относительности « Всякое механическое явление при
одних и тех же начальных условиях протекает одинаково в любой
инерциальной системе отсчета» ( записать преобразования Галилея)
преобразования Галилея служат математическим описанием перехода от
одной инерциальной системы отсчета к другой. Законы механики
инвариантны относительно преобразований Галилея- альтернативная
формулировка принципа относительности. ( инвариантность математической
формы законов механики). Свободное падение: наблюдая различных тел с
Пизанской башни, доказал, что земной шар сообщает всем телам одно и то
же ускорение. Все эти тела достигали поверхности Земли примерно за одно и
тоже время. g =9, 8 м/с*2.Законы сложения скоростей: v2=v1+v ( в векторном
виде). Если тело движется относительно некоторой системы отсчета к1 со
скоростью v1 и сама система к1 движется относительно другой системы к2 со
скоростью v, то скорость тела относительно второй системы отсчета равно
геометрической сумме скоростей v1+v.
Для описания движения тела в пространстве необходимо знать:
расположение тела в пространстве, наличие тела отсчета, относительно
которого производится рассмотрения движения и часы. (СО).
Понятие ИСО, НЕИСО. Характер движения можно описать
арифметическими или геометрическими действиями над величинами (
пример, действия над векторами).
Законы Ньютона.
В 1687 г. он опубликовал труд «Математические начала натуральной
философии», который стал вершиной достижений естествознания XVII в.
По Ньютону, мир состоит из материи, пространства и времени. Эти три
категории независимы друг от друга. Материя размещается в бесконечном
пространстве. Движение материи происходит в пространстве и времени.
Ньютон разделял пространство на абсолютное и относительное. Абсолютное
пространство неподвижно, бесконечно. Относительное – это часть
абсолютного. Так же он классифицировал и время. Под абсолютным,
истинным (математическим) временем он понимал время, которое течет
всегда и везде равномерно, а относительное время, по Ньютону, есть мера
продолжительности, которая существует в реальной жизни: секунда, минута,
час, сутки, месяц, год. У Ньютона абсолютное время существует и длится
равномерно само по себе, безотносительно к каким-либо событиям.
Абсолютное пространство и абсолютное время представляют собой
вместилище всех материальных тел и пространств и не зависят ни от этих
тел, ни от этих процессов, ни друг от друга.
Массу Ньютон определяет как количество материи и вводит понятие
«пассивной силы» (силы инерции) и «активной силы», создающей движение
тел.
Изучив и выявив закономерности движения, Ньютон таким образом
сформулировал его законы:
1– й закон. Всякому телу продолжать свое состояние покоя или
равномерного прямолинейного движения, поскольку оно не принуждается
приложенными силами изменять это состояние.
2– й закон. Изменению движения быть пропорциональным приложенной
движущей силе и происходить по направлению той прямой, по которой эта
сила действует.
3– й закон. Действию всегда встречать равное противодействие, или
воздействию двух тел друг на друга быть между собой равными и
направленными в противоположные стороны.
В наше время знаменитые законы формулируются в более удобной форме:
Второй закон Ньютона нам известен в виде
F = ma, или a = F/m,
где ускорение а, получаемое телом поддействием силы F, обратно
пропорционально массе тела m. Величина m называется инертной массой
тела, она характеризует способность тела оказывать сопротивление
действующей («активной») силе, то есть сохранять состояние покоя. Второй
закон Ньютона справедлив только в инерциальных системах отсчета.
Первый закон можно получить из второго, так как в случае отсутствия
воздействия на тело со стороны других сил ускорение также равно нулю.
Однако первый закон рассматривается как самостоятельный закон,
поскольку он утверждает существование инерциальных систем отсчета.
Инерциальные системы отсчета – это такие системы, в которых справедлив
закон инерции: материальная точка, когда на нее не действуют никакие силы
(или действуют силы, взаимно уравновешенные), находится в состоянии
покоя или равномерного прямолинейного движения.
Теоретически может существовать сколь угодно равноправных
инерциальных систем отсчета, и во всех таких системах законы физики
одинаковы. Это утверждает принцип относительности Галилея (1636 г.).
Закон всемирного тяготения был сформулирован Ньютоном в труде
«Математические начала натуральной философии» (1687 г.).
G – гравитационная постоянная (в системе СИ G = 6,672 · 10-11 м2/кг2).
Физический смысл гравитационной постоянной заключается в том, что она
характеризует силу притяжения двух масс весом в 1 кг на расстоянии в 1 м.
Открыв закон всемирного тяготения, Ньютон смог дать ответ на вопрос,
почему Луна обращается вокруг Земли и почему планеты движутся вокруг
Солнца. В каждом отдельном случае он мог рассчитать силу тяготения. Но
как передается взаимодействие между массами, притягивающимися друг к
другу, какова природа этой силы, Ньютон объяснить не мог.
В трудах Ньютона тяготение – это сила, которая действует на больших
расстояниях и как бы без какого-то материального посредника.
Это привело к понятию «дальнодействие». Природу «дальнодействия»
Ньютон объяснить не мог. Он думал о каком-то материальном «агенте», с
помощью которого осуществляется гравитационное взаимодействие, но в
решении этой проблемы он потерпел неудачу. Основываясь на законе
всемирного тяготения Ньютона, небесная механика допускает
принципиальную возможность мгновенной передачи сигналов, что
противоречит современной физике (общей теории относительности).
Поэтому буквальное понимание закона тяготения Ньютона с современной
точки зрения недопустимо.
Ньютоновская механистическая парадигма в естествознании господствовала
более 200 лет,
Законы сохранения - фундаментальные законы.
Закон сохранения импульса
Как известно, количеством движения, или импульсом, называют
произведение скорости на массу движущегося тела: p = mv Эта физическая
величина позволяет найти изменение движения тела за какой-нибудь
определенный промежуток времени. Для решения этой задачи следовало бы
применять второй закон Ньютона бесчисленное число раз, во все
промежуточные моменты времени. Закон сохранения количества движения
(импульса) можно получить, используя второй и третий законы Ньютона.
Если рассматривать две (или более) материальные точки (тела),
взаимодействующие между собой и образующие систему, изолированную от
действия внешних сил, то за время движения импульсы каждой точки (тела)
могут изменяться, но общий импульс системы должен оставаться
неизменным:
m1v + m1v2 = const.
Взаимодействующие тела обмениваются импульсами при сохранении общего
импульса.
В общем случае получаем:
где P – общий, суммарный импульс системы, mivi – импульсы отдельных
взаимодействующих частей системы.
Если сумма внешних сил равна нулю, импульс системы тел остается
постоянным при любых происходящих в ней процессах.
Закон сохранения момента импульса
Вращение твердых тел удобно характеризовать физической величиной,
которая называется моментом импульса.
При вращении твердого тела вокруг неподвижной оси каждая отдельная
частица тела движется по окружности радиусом ri с какой-то линейной
скоростью vi. Скорость vi и импульс p = mivi перпендикулярны радиусу ri.
Произведение импульса p = mivi на радиус ri называется моментом импульса
частицы:
Li = mi vi ri = Pi ri ·
Момент импульса всего тела:
где J = mr2– момент инерции.
Момент импульса замкнутой системы не изменяется во времени, то есть L =
const и J = const.
При этом моменты импульса отдельных частиц вращающегося тела могут
как угодно изменяться, однако общий момент импульса (сумма моментов
импульса отдельных частей тела) остается постоянным. Продемонстрировать
закон сохранения момента импульса можно, наблюдая вращение фигуриста
на коньках с руками, вытянутыми в стороны, и с руками, поднятыми над
головой. Так как J = const, то во втором случае момент инерции J
уменьшается, значит, при этом должна возрасти угловая скорость w, так как J
= const.
Закон сохранения энергии
Энергия – это универсальная мера различных форм движения и
взаимодействия. Энергия, отданная одним телом другому, всегда равна
энергии, полученной другим телом. Для количественной оценки процесса
обмена энергией между взаимодействующими телами в механике вводится
понятие работы силы, вызывающей движение.
Кинетическая энергия механической системы – это энергия механического
движения этой системы. Сила, вызывающая движение тела, совершает
работу, а энергия движущегося тела возрастает на величину затраченной
работы. Как известно, тело массой m, движущееся со скоростью v, обладает
кинетической энергией E = mv2/2.
Потенциальная энергия – это механическая энергия системы тел, которые
взаимодействуют посредством силовых полей, например посредством
гравитационных сил. Работа, совершаемая этими силами, при перемещении
тела из одного положения в другое не зависит от траектории движения, а
зависит только от начального и конечного положения тела в силовом поле.
Такие силовые поля называют потенциальными, а силы, действующие в них,
– консервативными. Гравитационные силы являются консервативными
силами, а потенциальная энергия тела массой m, поднятого на высоту h над
поверхностью Земли, равна
Епот = mgh,
где g – ускорение свободного падения.
Полная механическая энергия равна сумме кинетической и потенциальной
энергии:
E = Екин + Епот
Закон сохранения механической энергии (1686 г., Лейбниц) гласит, что в
системе тел, между которыми действуют только консервативные силы,
полная механическая энергия сохраняется неизменной во времени. При этом
могут происходить превращения кинетической энергии в потенциальную и
обратно в эквивалентных количествах.
Существуют еще один вид систем, в которых механическая энергия может
уменьшаться за счет преобразования в другие формы энергии. Например, при
движении системы с трением часть механической энергии уменьшается за
счет трения. Такие системы называются диссипативными, то есть системами,
рассеивающими механическую энергию. В таких системах закон сохранения
полной механической энергии несправедлив. Однако при уменьшении
механической энергии всегда возникает эквивалентное этому уменьшению
количество энергии другого вида. Таким образом, энергия никогда не
исчезает и не появляется вновь, она лишь превращается из одного вида в
другой. Здесь проявляется свойство неуничтожимости материи и ее
движения.
Раздел 2.
Основы классической механики.
Механика-раздел физики, который изучает закономерности механического
движения и причины, вызывающие или изменяющие это движение.
Классическая механика - часть общей механики, которая изучает законы
движения макроскопических тел, скорости которых малы по сравнению со
скоростью распространения света. Базируется на законах Ньютона и
принципе относительности Галилия.
Структура и содержание механики: понятия:
 Механическое движение ( изменение положения тела относительно
других тел с течение времени);
 Макроскопическое тело (объект, имеющий свою внутреннюю
структуру, а именно, состоящий из большого числа структурных
элементов );
 Механическое состояние (состояние определяемое значением
характеризующих ее параметров);
 Материальная точка ( объект, размеры которого допустимо считать
бесконечно малыми для конкретной задачи);
 Система отсчета( инерциальная, скорость движения в которой
константа, и неинерциальная, которая движется с ускорением);
 Взаимодействие;
 Виды движения;
 Основные механические величины.
Принципы:
 Дальнодействия (тела действуют друг на друга без материальных
посредников, через пустоту, на любом расстоянии. Такое
взаимодействие осуществляется с бесконечно большой скоростью, но
подчиняется определённым законам. Примером силы, считавшейся
одним из примеров непосредственного действия на расстоянии, можно
считать силу всемирного тяготения в классической теории гравитации
Ньютона);
 Суперпозиции (результат воздействия на материальную точку
нескольких внешних сил есть векторная сумма воздействия этих сил);
 Относительности (что законы механики во всех таких системах
одинаковы. Отсюда следует, что никакими механическими опытами,
проводящимися в какой-либо инерциальной системе, нельзя
определить, покоится ли данная система или движется равномерно и
прямолинейно);
 Симметрии ( инвариантность законов в механике при переходе из одно
ИСО в другую) ;
 Сохранения (которым численные значения некоторых физических
величин не изменяются со временем в любых процессах или в классе
процессов).
Законы :
 1, 2, 3 законы Ньютона.
Законы для сил:
 Всемирного тяготения;
 Упругости (закон Гука);
 Сухого и жидкого трения.
Законы сохранения:
 Сохранения энергии ( общая энергия системы есть константа);
 Импульса ( в замкнутой системы общий импульс константа);
 Момента импульса (сумму всех моментов импульса относительно
выбранной оси для замкнутой системы тел и остается постоянной, пока
на систему не воздействуют внешние силы.).
Основные характеристики:
 Поступательного движения(это механическое движение системы
точек (тела), при котором любой отрезок прямой, связанный с
движущимся телом, форма и размеры которого во время движения
не меняются);
 Вращательного движения(такое его движение, при котором какиенибудь две точки, принадлежащие телу (или неизменно с ним
связанные), остаются во все время движения неподвижными) ;
 колебательного движения (движения повторяющиеся во времени);
Объяснение явлений природы и техники:
 равновесие тел, невесомости, подъемной силы крыла самолета,
некоторых насекомых и птиц, реактивного движения и др.
Использование колебательного и вращательного движений в технике.
Кинематика: часть механики, изучающая движения тел без учета причин,
его обуславливающих.
Основные понятия:
 материальная точка
 механическое движение
 система отсчета (координаты, тело отсчета, прибор для измерения
времени).
 Координата, перемещение (вектор, характеризующий перемещение
тела в пространстве).
 Скорость (первая производная от перемещения по времени или
величина, характеризующее отношение изменения перемещения к
интервалу времени, за которое это перемещение произошло)
 Ускорение (первая производная от скорости по времени или вторая
производная от пути по времени; быстрота изменения скорости,
изменение скорости в единицу времени)
 Период ( время одного полного оборота тела вокруг своей оси)
 Частота( количество оборотов тела в единицу времени).
 Циклическая частота ( количество колебательных движений в
интервале 2π).
Виды движения:
Прямолинейное :
1. равномерное (v=const)
2. неравномерное (v≠ const)
Неравномерное:
1. равноускоренное (а=const)
2. с переменным ускорением (a≠const)
Криволинейное:
1. равномерное движение по окружности ( ускорение const по модулю и not
const по направлению)
2. ускоренное движение по окружности ( добавляется тангенциальное
ускорение).
Вращательное движение:
1. равномерное вращение ( без углового ускорения)
2. вращение с ускорением ( с угловым ускорением).
Колебательное:
1. Гармонические колебания ( колебания под знаком синуса или
косинуса)
2. негармонические колебания (численные методы)
Динамика: (раздел, изучающий причины движения). Изучает причину
изменения скорости, причину возникновения ускорения.
Основные понятия:
 масса (мера инертности тела)
 инерциальная система отсчета( СО движется с v=const)
 механическое состояние ( состояние материальной точки в некоторый
момент времени определено, если для этого момента времени заданы
ее радиус-вектор и скорость).
Законы:
 1-й закон Ньютона (постулат о существовании ИСО, в которых
свободное тело движется равномерно и прямолинейно или
покоится. Сумма действия сил равна нулю). Описывает состояние
покоя или равномерного прямолинейного движения. Пример:
движение космического корабля вдали от сил притяжения.
 2-й закон показывает связь между силой, массой и ускорением( чем
больше масса, тем меньше ускорение тела при постоянстве силы, у
при одинаковой массе тела увеличение ускорения будет связано с
увеличением приложенной силы). Взаимодействие проявляет
изменение скорости, т.е. ускорение. Пример: движение планет,
падение тел на Землю, торможение и разгон транспорта, зверей.
 3-й закон Ньютона(сила действия равна силе противодействия).
Приложены к разным телам, противоположны по направлению,
равны по модулю. Пример: взаимодействие Солнца и Земли,,
бильярдные шары.
Границы применения: ИСО, Макро-и мегамир, движение со
скоростями, много меньшими скорости света.
Основная ( прямая задача механики) : определение механического
состояния в любой момент времени.
Обратная задача механики: установление законов для сил.
Силы:
1. Тяготения (гравитационная природа взаимодействия. Является
функцией расстояния между взаимодействующими телами. Сила прямо
пропорциональна массам взаимодействующих тел. Направлена вдоль
прямой, соединяющей взаимодействующие тела. Сохраняет значение
при переходе из одной ИСО в другую, так как не меняется расстояние.
Условия применимости: материальные точки или сферически
симметричные шары.
2. упругости. Сила является функцией расстояния( зависит от
деформации). Сила направлена противоположно движению частиц при
деформации, сохраняет свое значение, так как деформация х не
изменяется. Х должна быть достаточно мала.
3. трения. Сила является функцией скорости относительно движения, не
зависит от массы. Направлена противоположно скорости.
Законы сохранения в механике.
1. закон сохранения импульса выполняется в ИСО. Внешние силы,
действующие на систему тел в сумме должны быть равны нулю.
Внутренние силы, действующие в системе могут быть любыми.
2. Закон сохранения энергии. Выполняется в ИСО. Сумма работ
отдельных сил, действующих на систему тел должна быть равна нулю.
Внутренние силы, действующие в системе, должны быть
консервативными( потенциальными)- силы тяготения, силы упругости.
3. Закон сохранения момента импульса. Выполняется в ИСО. Сумма
моментов отдельных сил, действующих на систему, должен быть равен
нулю. Внутренние силы, действующие на систему, могут быть
любыми.
Классификация колебаний.
Тип
колебаний
Свободные
Условия
возникновения
колебаний
Колебательная
система (КС)
при наличии
первоначально
го запаса
энергии
Вынужденны
е
Любая система
при наличии
внешнего,
периодически
изменяющегос
я воздействия
Автоколебан
ия
Автоколебател
ьная система
(АКС) при
наличии
внешнего
источника
Чем
определяется
период
колебаний
Собственны
е параметры
КС.
Т=2π√m/k,
Т=2π√l/g,,
Т=2π√LC,
Частотой
внешнего,
периодичес
ки
изменяющег
ося
воздействия
.
Собственны
ми
параметрам
и КС
Чем
определяется
амплитуда
колебаний
Начальными
условиями
Амплитудой
внешнего
воздействия,
соотношени
ем частоты
νвнеш=νсобст,
диссипативн
ми потерями
энергии в
КС
Параметрам
и АКС(ее
нелинейност
ью)
Параметриче
ские
энергии
Колебательная
система
(КС)при
периодически
изменяющихся
параметрах КС
Собственны
ми
параметрам
и КС
Соотношени
ем частоты
изменения
параметров
КС с ее
собственной
частотой.
Раздел 3. МКТ и термодинамика.
Структура и содержание молекулярно-кинетической теории.
МКТ изучает свойства систем, состоящих из большого числа
микроскопических частиц, характера их движения и взаимодействия.
Типичные явления:
 Диффузия (взаимопроникновения молекул одного вещества между
молекулами другого вещества при их взаимодействии);
 Теплопроводность (это процесс переноса внутренней энергии от более
нагретых частей тела (или тел) к менее нагретым частям (или телам),
осуществляемый хаотически движущимися частицами тела ( атомами,
молекулами.)
 Вязкость (одно из явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей
и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части
относительно другой)
Молекулярно-кинетическая теория объясняет вязкость движением и
взаимодействием молекул. В газах расстояния между молекулами
существенно больше радиуса действия молекулярных сил, поэтому В.
газов определяется главным образом молекулярным движением.
Между движущимися относительно друг друга слоями газа происходит
постоянный обмен молекулами, обусловленный их непрерывным
хаотическим (тепловым) движением. Переход молекул из одного слоя в
соседний, движущийся с иной скоростью, приводит к переносу от слоя
к слою определённого количества движения. В результате медленные
слои ускоряются, а более быстрые замедляются. Работа внешней силы
F, уравновешивающей вязкое сопротивление и поддерживающей
установившееся течение, полностью переходит в теплоту.
Вязкость газа не зависит от его плотности (давления), так как при
сжатии газа общее количество молекул, переходящих из слоя в слой,
увеличивается, но зато каждая молекула менее глубоко проникает в
соседний слой и переносит меньшее количество движения (закон
Максвелла). Для вязкости идеальных газов в молекулярнокинетической теории даётся следующее соотношение:
где m — масса молекулы, n — число молекул в единице объёма,
Длина свободного пробега молекулы между двумя соударениями её с
другими молекулами. Так как Т (несколько возрастает также и λ), то
В. газов увеличивается при нагревании (пропорционально
В жидкостях, где расстояния между молекулами много меньше,
чем в газах, вязкость обусловлена в первую очередь межмолекулярным
взаимодействием, ограничивающим подвижность молекул. В
жидкости молекула может проникнуть в соседний слой лишь при
образовании в нём полости, достаточной для перескакивания туда
молекулы. На образование полости (на «рыхление» жидкости)
расходуется так называемая энергия активации вязкого течения.
Энергия активации уменьшается с ростом температуры и понижением
давления. В этом состоит одна из причин резкого снижения В.
жидкостей с повышением температуры и роста её при высоких
давлениях. При повышении давления до нескольких тыс. атмосфер η
увеличивается в десятки и сотни раз. Строгая теория вязкости
жидкостей, в связи с недостаточной разработанностью теории жидкого
состояния, ещё не создана. На практике широко применяют ряд
эмпирических и полуэмпирических формул вязкости достаточно
хорошо отражающих зависимость вязкости отдельных классов
жидкостей и растворов от температуры, давления и химического
состава.
Вязкость жидкостей зависит от химической структуры их
молекул. В рядах сходных химических соединений (насыщенные
углеводороды, спирты, органические кислоты и т.д.) В. изменяется
закономерно — возрастает с возрастанием молекулярной массы.
Высокая вязкость смазочных масел объясняется наличием в их
молекулах циклов. Две жидкости различной вязкости, которые не
реагируют друг с другом при смешивании, обладают в смеси средним
значением вязкости. Если же при смешивании образуется химическое
соединение, то вязкость смеси может быть в десятки раз больше, чем
вязкость исходных жидкостей. На этом основано применение
измерений вязкости в качестве метода физико-химического анализ.
 Броуновское движение (правильнее брауновское движение,
беспорядочное движение малых (размерами в нескольких
мкм и менее) частиц, взвешенных в жидкости или газе,
происходящее под действием толчков со стороны молекул
окружающей среды). Открыто английским ботаником
Робертом Броуном в 1827. Видимые только под
микроскопом взвешенные частицы движутся независимо
друг от друга и описывают сложные зигзагообразные
траектории. Б. д. не ослабевает со временем и не зависит от
химических
свойств
среды.
Интенсивность
БД
увеличивается с ростом температуры среды и с
уменьшением её вязкости и размеров частиц.
Основные положения МКТ:
- все тела состоят из молекул и атомов
-молекулы и атомы находятся в хаотическом движении
- взаимодействуют между собой с силами притяжения и отталкивания.
Основные понятия :
 Масса частицы
 Концентрация частиц (количество частиц в единице
объема)
 Среднеквадратичная скорость частицы (это квадратный
корень из среднего значения квадратов скоростей молекул).
Теплова́я ско́рость — значение среднеквадратичной скорости теплового
движения частиц.
Если распределение частиц по скоростям задано некоторой функцией
то тепловая скорость определяется как:
,
В случае максвелловского распределения по скоростям, определяемого
температурой T, тепловая скорость равна:
где k — постоянная Больцмана, m — масса частиц. Таким образом, тепловая
скорость частиц и температура вещества однозначно связаны между собой.
Тепловая скорость характеризует среднюю кинетическую энергию частиц
вещества:
Таким образом, тепловая скорость также характеризует и внутреннюю
энергию вещества, связанную с поступательным движением составляющих
его частиц.
 Скорость частицы
 Средняя энергия частиц
 Моль(обозначение: моль, международное: mol) — единица измерения
количества вещества. Соответствует количеству вещества, в котором
содержится NА частиц (молекул, атомов, ионов, или любых других
тождественных структурных частиц)).
 Молярная масса ( масса вещества в количестве одного моля).
 Тепловое равновесие (состояние, при котором все макроскопические
параметры сколь угодно долго остаются неизменными). Любые
макроскопические тела при неизменных внешних условиях
самопроизвольно переходят в состояние теплового равновесия. Все
тела, находящиеся друг с другом в состоянии теплового равновесия,
имеют одинаковую температуру.
 Макроскопические параметры (величины, характеризующие состояние
макроскопических тел без учета их молекулярного строения P,T, V).
 Абсолютный нуль температуры (предельная температура, при которой
давление идеального газа стремиться к нулю при неизменном давлении
или давление газа обращается в нуль при фиксированном объеме).
 Газовые законы (количественные зависимости между двумя
параметрами газа при фиксированном значении третьего).
 Изопроцессы ( процессы, протекающие при неизменном значении
третьего). Изотермический ( температура постоянна), изобарный
(давление неизменно), изохорный ( постоянен объем).
Термодинамика изучает свойства макротел и явлений, опираясь на общие
законы термодинамики, не учитывая молекулярное строение тел.
Типичные явления:
-Тепловое равновесие
-Теплоемкость (физическая величина, определяющая отношение бесконечно
малого количества теплоты δQ, полученного телом, к соответствующему
приращению его температуры δT)
-изменения агрегатного состояния вещества (состояние вещества,
характеризующееся определёнными качественными свойствами:
Законы термодинамики:
Первый закон :изменение внутренней энергии термодинамической
сиколичества переданной теплоты и работы
dU=∂Q+∂A’
Второй закон термодинамики.
Невозможен процесс, единственным результатом которого была бы передача
энергии путем теплообмена от холодного тела к горячему без изменений в
окружающей среде.
Внутренняя энергия бывает:
1.
кинетическая энергия хаотического поступательного движения
молекул
2.
кинетическая энергия вращательного движения молекул
3.
кинетическая и потенциальная энергия колебательного
движения молекул
4.
потенциальная энергия, обусловленная силами молекулярного
взаимодействия
5.
химическая энергия
6.
энергия электронных оболочек атомов и ионов
7.
внутриядерная энергия
8.
энергия гравитационного взаимодействия
Способы изменения внутренней энергии:
Работа ( трение, деформация)
Теплопередача(конвекция, излучение, теплопроводность)
Химические реакции (эндотермические, экзотермические)
Идеальный газ. Модель реального газа. Газ, взаимодействие между
молекулами которого пренебрежительно мало.
Статистический метод (газ-система микрочастиц. Модель-идеальный газ)
Величины (масса молекул, концентрация молекул, средняя квадратичная
скорость, средняя кинетическая энергия молекул, число молей, молярная
масса, постоянная Больцмана)
Термодинамический метод (газ-макроскопическая система. Модельтермодинамическая система).
Величины (масса газа, давление, объем, температура, плотность, внутренняя
энергия, молярная теплоемкость, универсальная газовая постоянная).
Симметрия при типизации кристаллических твердых тел.
Тип кристалла
Молекулярный
Центры
симметри
и
(частицы,
образующ
ие
решетку)
молекулы
Силы
взаимодейс
твия в
кристалле
Основные
свойства
Примеры
кристаллов
Ван-дерВаальса,
дипольдипольные,
Низкая
температура
плавления
низкая
Нафталин
Металлический
Положит
ельные
ионы
Ковалентный
Атомы и
группы
атомов
ионный
ионы
водородные
связи
Электромаг
нитные (
электронны
м газом и
положитель
ными
ионами)
Ковалентн
ые связи
твердость
Высокая
электро и
теплопровод
ность
металлы
Очень
высокая
температура
плавления
Большая
твердость
Электромаг Высокая
нитные
температура
(между
плавления
ионами)
хрупкость
Алмаз,
кремний
Поваренная
соль
Раздел 4. Электричество и магнетизм.
Структура и содержание классической электродинамики.
Эмпирический базис:
1. Опыт Кулона
2. Опыт Эрстеда
3. опыт Ампера
4. опыт Ома
5. Опыт фарадея
6. Опыт Милликена-Иоффе,
Теоретический базис:
Идеализированные объекты: электрический заряд, электрическое поле,
магнитное поле, вещество-система заряженных частиц, взаимодействие
посредством полей.
Основные понятия: заряд, напряженность электрического поля,
напряженность магнитного поля, магнитная индукция, емкость,
индукционность, сопротивление, скорость
электрическая проницаемости среды.
света,
диэлектрическая
и
Основные идеи: взаимодействие, сохранение, близкодействия.
Уравнения Максвелла. Законы электростатического и поля подвижных
зарядов, магнитного поля. Электрические и магнитные свойства вещества.
Применение: энергетика.
Свойства вещества: электрические, магнитные, оптические, электрическая
проницаемость различных сред.
Раздел 5. Квантовая и атомная физика.
Тепловое излучение абсолютно черного тела – явление излучения энергии
нагретыми телами. Закон Стефана-Больцмана R=σT4. Квантовая гипотеза
планка, как теория, объясняющая явление.
Фотоэффект (внешний)- явление вырывания электронов из твердых и жидких
тел под воздействием света. Красная граница фотоэффекта определяет
возможность его возникновения. Безинерциальность фотоэффекта.
Уравнение Эйнштейна hν=A+ (mv2/2). Доказательство квантовой природы
света. Фотоэлементы.
Люминесценция – излучение световой энергии при облучении вещества
видимым светом, рентгеновским излучением, гамма –излучением. Правило
Стокса λл>λист
Антистоковское свечение λл<λист
Учет энергии фотонов hνл= hνи-∆Е, hνл= hνи+∆Е.
Лампы дневного света. Анализ состава вещества.
Химические действия света -возникновение или ускорение химических
реакций под действием света. Граница фотохимических реакций.
Поглощение фотона с длиной волны ~ 100-1500 нм, чему соответствует
энергия 0,8-12,4 эВ (80-1200 кДж/моль), вызывает квантовый переход
молекулы вещества из основного электронного состояния в одно из
возбужденных состояний или фотоионизацию - отщепление электрона и
образование катион-радикала. Возбужденные состояния молекул имеют
отличную от основного состояния электронную структуру и, как правило,
более высокую реакционную способность. Молекулы вступают в химической
реакции, первичные продукты которых (ионы, радикалы, изомеры) чаще
всего оказываются нестабильными. Конечные продукты Ф. р. появляются в
результате обычных термических реакций, которые протекают либо
непосредственно с участием первичных частиц, либо как ряд
последовательных хим. превращений. С химическими реакциями
возбужденных молекул конкурируют фотофизические. процессы: испускание
фотона (флуоресценция или фосфоресценция), внутренняя и
интеркомбинационная конверсия в нижележащие электронные состояния
(триплетное или основное).
Вследствие этих процессов времена жизни возбужденных
синглетных состояний обычно не превышают 10-8-10-9 с. Триплетные
состояния в жидких растворах обычно "гибнут" в результате
безызлучательного перехода и дезактивации (тушения) примесями (напр.,
кислородом); времена их жизни не превышают 10-5 с. В "жестких" средах
(замороженных растворах, полимерных матрицах), где процессы
дезактивации замедляются, времена жизни триплетных состояний могут
достигать десятка секунд.
Теория цепных реакций (Н.Н. Семенов). Цепные реакциисложные реакции, в которых промежуточные активные частицы,
регенерируясь в каждом элементарном акте, вызывают большое число (цепь)
превращений исходного вещества. В химических цепных реакциях (горение,
полимеризация и др.) активные частицы — свободные радикалы,
возбуждённые атомы и молекулы; в ядерных цепных реакциях — нейтроны.
Большой вклад в теорию цепных реакций внесли Н. Н. Семёнов,
С. Н. Хиншелвуд, Я. Б. Зельдович, Ю. Б. Харитон.
Фотосинтез как пример использования химического действия света.
Строение атома. Модель Томсона (пудинг с изюмом) 1903 год. Трудности
модели Томсона (опыты по рассеянию альфа частиц)
Резерфорда 1911- ядерная модель атома. Трудности модели Резерфорда
(устойчивость атома, линейчатые спектры).
Квантовые постулаты Н. Бора 1913 г91. Атомная система может находиться
только в некоторых стационарных состояниях, в которых не происходит
излучение. При переходе атома из одного стационарного состояния в другое
излучается или поглощается квант, частота которого определяется
уравнением │Еn-Em│=hν. Экспериментальное подтверждение постулатов Н.
Бора опыты Дж. Франка и Г. Герца 1913.
Атомное ядро как объект излучения состоит из протонов и нейтронов,
которые между собой связаны формулой A=Z+N (протоны+нейтроны)=
атомная масса. Типичные физические явления рассматриваемой области
связаны с протеканием ядерных реакций и проявлением радиоактивности
при альфа и бета распадах ядер. Применение явлений: ( изучаются изотопы и
их воздействия. Биологические излучения и защита от них.
Модели строения ядра.
название
год автор
Протонно- До
электронна 193
я
2
М. Кюри
Состав ядра
Что
объясняет
Ядро состоит Массу и
из протонов и заряд ядра,
электронов
устойчивост
ь ядра
Трудности
модели
Спиновая
азотная
катастрофа
(спин ядра
целый, а
Ne=A-Z
составляющи
х его 14
протонов и 7
электроновполуцелый)
Ядро состоит Массу и
из протонов и заряд ядра
нейтронов
Нет строгой
теории
ядерных сил
Np=A,
Протонно- 193
нейтронная 2
Капельная
193
6
Д.Д.
Иваненко
В
Гейзенбер Np=Z,
г
Nn=A-Z
Н. Бор
Ядро
представляет
Я.И.
собой
Френкель шарообразну
ю каплю
сверхплотной
заряженной
жидкости
Насыщение
ядерных
сил,
механизм
деления
ядер,
энергию
связи,
устойчивост
ь ядра.
Заряженная
жидкость
подчиняется
законам
квантовой
физики
Бета распад
b-распад, радиоактивный распад атомного ядра, сопровождающийся вылетом
из ядра электрона или позитрона. Этот процесс обусловлен
самопроизвольным превращением одного из нуклонов ядра в нуклон другого
рода, а именно: превращением либо нейтрона (n) в протон (p), либо протона в
нейтрон. В первом случае из ядра вылетает электрон (е-) — происходит так
называемый b--распад. Во втором случае из ядра вылетает позитрон (е+) —
происходит b+-распад. Вылетающие при бета распаде электроны и
позитроны носят общее название бета-частиц. Взаимные превращения
нуклонов сопровождаются появлением ещё одной частицы — нейтрино (n) в
случае b+-распада или антинейтрино в случае b--распада. При b--распаде
число протонов (Z) в ядре увеличивается на единицу, а число нейтронов
уменьшается на единицу. Массовое число ядра А, равное общему числу
нуклонов в ядре, не меняется, и ядропродукт представляет собой изобар
исходного ядра, стоящий от него по соседству справа в периодической
системе элементов. Наоборот, при b+-распаде число протонов уменьшается
на единицу, а число нейтронов увеличивается на единицу и образуется
изобар, стоящий по соседству слева от исходного ядра.
Бета распад и форма спектра b-частиц зависят от тех состояний, в
которых находятся внутри ядра исходный нуклон и нуклон-продукт.
Поэтому изучение бета распада помимо информации о природе и свойствах
слабых взаимодействий, значительно пополнило представления о структуре
атомных ядер. Вероятность бета распада существенно зависит от того,
насколько близки друг к другу состояния нуклонов в начальном и конечном
ядрах. Если состояние нуклона не меняется (нуклон как бы остаётся на
прежнем месте), то вероятность максимальна и соответствующий переход
начального состояния в конечное называется разрешённым. Такие переходы
характерны для бета распада лёгких ядер. Лёгкие ядра содержат почти
одинаковое число нейтронов и протонов. У более тяжёлых ядер число
нейтронов больше числа протонов. Состояния нуклонов разного сорта
существенно отличны между собой. Это затрудняет бета распад появляются
переходы, при которых бета распад происходит с малой вероятностью.
Переход затрудняется также из-за необходимости изменения спина ядра.
Такие переходы называются запрещёнными. Характер перехода сказывается
и на форме энергетического спектра b-частиц. Экспериментальное
исследование энергетического распределения электронов, испускаемых bрадиоактивными ядрами (бета-спектра), производится с помощью бетаспектрометров.
Банк контрольных и учебных заданий
Задания 1-ого уровня сложности:
Тесты
1. Назовите векторные величины из предложенных:
а) путь
б) перемещение
в) скорость
г) скорость и перемещение.
2. В космическом пространстве вблизи поверхности Земли телу
сообщается в горизонтальном направлении первая космическая
скорость. Определить траекторию движения тела:
а) гипербола
б)окружность
в) эллипсоид
г) парабола
3. Как изменится температура идеального газа, если увеличить его объем
в 2 раза при осуществлении процесса, описываемого формулой
PV2=const
а) не изменится
б) уменьшится в 2 раза
в) увеличится в 2 раза
г) нет правильного ответа.
4. Назовите частицы, которые находятся в узлах кристаллической
решетки льда.
а) нейтральные атомы
б) молекулы
в) ионы
г) электроны
5. Определить, какая из формул выражает закон Гука:
а) F=ma
б) F=µN
в)F=-kx
г) F=G(mM/R2)
6. Подумайте, какая часть периода требуется для, того чтобы при
гармонических колебаниях тело прошло первую половину пути от
среднего положения к крайнему.
а) Т/2
б) Т/4
в) Т/6
г) Т/12
7. Тело, подвешенное на пружине, совершает свободные колебания с
частотой ω0, определить частоту, с которой происходит изменение
кинетической энергии тела.
а) ω0/2
б)ω0
в)2ω0
г) 4ω0
8. Определите направления колебаний в продольной волне
а) во всех направлениях
б) по направлению распространения волны
в) по направлению перпендикулярному распространению волны.
г) по направлению распространения волны и перпендикулярно этому
распространению
9. Отметьте формулу, описывающую зависимость силы тяготения от
расстояния, при котором тело удерживалось бы на круговой орбите при
условии, что период Т обращения тела пропорционален R
а) F~1/R
б)F~1/R2
в)F~1/R3
г)F~1/R4
10 В комнате, при температуре 250 С создается высокая влажность
воздуха. Определите, изменится ли влажность воздуха в комнате и как,
если открыть форточку, а за окном холодно и идет дождь.
а) увеличится
б) уменьшится
в) не изменится ( динамическое равновесие)
г) сначала увеличится, потом уменьшится.
11. Наименование единицы кинетической энергии через Международную
систему единиц выглядит следующим образом:
а) 1 кг*м
б) 1 кг*(м/с)
в) 1 кг *(м2/с)
г) 1 кг* (м2/с2)
12. Определите суждение, являющееся справедливым:
а) Аморфное тело со может со временем превратиться в кристаллическое
б) Кристаллическое тело может превратиться в аморфное
в) Аморфное тело никогда не может превратиться в кристаллическое
г) Между аморфными и кристаллическими телами нет принципиальной
разницы.
13. Назовите обратимые процессы. Верный из них:
1. Расширение в пустоту
2 Неупругий удар.
а) 1
б) 2
в) 1 и 2)
г) ни 1 ни 2
14 Больше молекул в 1 моле Н2 или 1 моле Н2О
а) Одинаково
б) в 1 моле Н2
в) в 1 моле Н2О
г) ответ не однозначен
1. Темлоемкость идеального одноатомного газа при V=const есть:
а) 1/2 (R)
б)3/2 ( R )
в) 5/2 ( R)
г) 3 R
2. Силы, преобладающие в межмолекулярном взаимодействии при
деформации сжатия, являются:
а) силами отталкивания
б) силами притяжения
в) силами и притяжения и отталкивания
г) отсутствие таких сил
3. Эффект Доплера для звуковой волны наблюдается:
1) при движении источника звука относительно среды
2) при движении приемника звука относительно среды
а) 1
б) 2
в) 1 и 2
г) ни 1 ни 2
4. Процесс испарения или конденсации преобладает вблизи свободной
поверхности воды при температуре 300 С , если парциальное давление
пара 1, 23 к ПА.
а) испарение над конденсацией
б) конденсация над испарением
в) оба процесса происходят с одинаковой силой
г) только конденсация
19. Длина электромагнитной волны, распространяющейся в воздухе с
периодом Т=0, 03 мкс, равна:
а) 100м
б) 1м
в) 9м
г) 3м
20 Функцию выполняет колебательный контур радиоприемника:
а) выделять из электромагнитной волны модулирующий сигнал;
б) усиливает сигнал одной избранной частоты
в) выделяет из всех электромагнитных волн совпадающие по частоте
собственным колебаниям
г) принимает все электромагнитные волны
21. Упругие продольные волны распространяются:
а) только в газообразной среде
б) только в жидкой среде
в) в твердой среде
г) во всех выше перечисленных
Теоретические задания и задачи.
Для поверки теоретических знаний по теме Кинематика. ( уровень А).
1. Какие величины называются скалярными?! Приведите примеры.
2. Какие величины называются векторными?! Приведите примеры.
3. Как производятся вычитания и сложения векторов?! Приведите
примеры.
4. Чему равна проекция на ось, если вектор направлен так же, как и ось
проекции?!
5. Чему равна проекция вектора на перпендикулярную ему ось?!
6. Что называется перемещением точки?! Каков смысл модуля
перемещения?!
7. Чем отличается понятие пути от понятия перемещения?!
8. Что называется мгновенной скоростью и как она будет направлена в
данной точке траектории?!
9. Точка движется по криволинейной траектории так, что модуль ее
скорости не изменяется. Означает ли это, что скорость точки
постоянна?! Что называется ускорением?!
10.Куда направлено ускорение при прямолинейном движении точки, если
модуль ее скорости увеличивается?! уменьшается?!
11.Может ли иметь точка ускорение, если ее скорость в данный момент
времени =0?!
12.Чем объяснить разные значения линейной скорости точек земного
шара на разных широтах?!
Графические задачи.
1. Точка движется равномерно и прямолинейно в положительном
направлении по оси ОХ. В начальный момент времени точка имела
координату х0= - 10 м. Найдите координату точки через 5 с после
начала отсчета времени, если модуль ее скорости равен 2 м/с. Чему
равен путь пройденный точкой за это время. Сделайте чертеж.
2. какую скорость относительно воды должен сообщить катеру мотор,
чтобы при скорости течения реки 2 м/с, катер двигался
перпендикулярно к берегу со скоростью 3,5 м/с относительно берега?!
3. движение 2-х велосипедистов заданы уравнениями: x1=5t, x2=15010t.Построить графики зависимости x(t). Найти и показать время и
место встречи.
4. Движение материальной точки в данной системе отсчета описывается
уравнением: y=1+2t , x=2+t найти уравнение траектории. Построить
траекторию на плоскости ХОY. Указать положение точки t=0,
направление и скорость движения.
5. Уравнение движения материальной точки имеет вид x=0,4t2. написать
формулу зависимости vx (t) и построить график.. Показать на графике
штриховкой площадь, численно равную пути, пройденный точкой за 4
с.
6. движение 4-х материальных точек заданы уравнениями: x1=10t+0,4t2
;x2=2t-t2 ; x3=-4t+2t2 ; x4=-t-6t2. Написать уравнение v(t) для каждой
точки; построить графики этих зависимостей, описать движение
каждой точки.
Расчетные задачи .
1. Расстояние между двумя станциями поезд прошел со средней
скоростью vср=72км/ч за время t=20 мин. Разгон и торможение вместе
длились t1= 4мин, а всё остальное время поезд двигался равномерно.
Какой была скорость поезда при равномерном движении?!
2. Каково центростремительное ускорение поезда, движущегося по
закруглению радиусом 800 м со скоростью 20 м/с?!
3. Скорость точек экватора солнца при его вращении вокруг своей оси
равна 2 км/с. Найти период вращения Солнца вокруг своей оси и
центростремительное ускорение точек экватора.
4. Рабочее колесо турбины ГЭС имеет диаметр 7, 5 м и вращается с
частотой 93, 8 об/мин. Каково центростремительное ускорение концов
лопаток турбины?1
5. Длина минутной стрелки часов на Спасской башне Московского
Кремля 3, 5 м. Определите модуль и направление линейной скорости
конца стрелки через каждые 15 минут в течение часа.
1. Рассчитайте радиус кривизны траектории точки колеса радиусом R в
ее верхней точке.
2. Каким должен быть радиус круговой орбиты искусственного спутника
Земли, чтобы спутник всё время находился над одной и той же точкой
земной поверхности на экваторе?!
3. Почему на скользкой дороге при резком торможении автомобиль
заносит?!
4. От поезда идущего с постоянной скоростью 54 км/ч по
горизонтальному участку пути оцепляют 1/3 состава. Коэффициент
трения равен 0,1. Какова скорость отцепившихся вагонов через время
равное 5с?! Сила трения не зависит от скорости.
5. Шар массой 5 кг прикреплен к концу невесомого стержня длиной 2,5м,
который равномерно вращают в вертикальной плоскости. Стержень
разрывается при силе натяжения Т=100Н. При какой минимальной
угловой скорости произойдет разрыв?!
6. Какую форму имеет поверхность жидкости во вращающемся
цилиндрическом сосуде?!
7. На наклонной плоскости лежит брусок. Начертите график зависимости
ускорения бруска от угла наклона плоскости к горизонту для
коэффициента трения равного 0,6.
8. Грузы массами 1 и 1,5 кг связаны невесомой и нерастяжимой нитью.
Нить перекинута через блок. Найдите силу давления нити на ось блока,
если силой трения между нитью и блоком, а также его массой можно
пренебречь.
9. Брусок массой m1=0,3 кг лежит на наклонной плоскости, угол при
основании которой равен 300. коэффициент трения бруска о плоскость
равен 0,2 . К бруску привязана невесомая и нерастяжимая нить, другой
конец которой перекинут через неподвижный блок. К этому концу
нити прикреплен груз. Определите ускорение бруска при значениях
массы m2 груза 0,05 кг, 015кг. При каком значении массы брусок будет
покоиться?!
Напишите релятивисткий закон преобразования скоростей.
Какие частицы называют безмассовыми и почему?!
В чем состоит смысл Эффекта Доплера в релятивисткой механике?!
Дайте определение принципу соответствия.
Напишите формулу Эйнштейна для энергии.
Напишите фундаментальное соотношение релятивисткой механики
1. В сосуде неизменного объема находится идеальный газ в количестве 2
моль. Как надо изменить абсолютную температуру сосуда с газом
после выпуска из сосуда 1 моль газа, чтобы давление газа на стенке
сосуда увеличилось в 2 раза?!
2. Красная граница фотоэффекта, исследуемого металла соответствует
длине волны 600нм. Чему равна длина волны света, выбирающего из
него фотоэлектроны, максимальная кинетическая энергия которых в 3
раза меньше энергии падающего излучения?!
3. Как изменится сила кулоновского взаимодействия двух точечных
зарядов, если расстояние между ними уменьшить в 3 раза?!
4. Отец везет сына на санках с постоянной скоростью по горизонтальной
заснеженной дороге. Сила трения санок о снег равна 30 Н. Отец
совершил механическую работу, равную 3000Дж. Определите
пройденный им путь.
5. Если и длину математического маятника, и массу его груза увеличить в
4 раза, то период свободных гармонических колебаний маятника будет
составлять ( решите задачу).
6. Что происходит в процессе перехода вещества из жидкого состояния в
кристаллическое?!
7. В результате охлаждения одноатомного идеального газа его давление
уменьшилось в 4 раза, а концентрация молекул газа не изменилось.
Чему будет равна кинетическая энергия теплового движения молекул
газа?!
8. Какое количество теплоты необходимо для нагревания 100г свинца от
300К до 320 К?!
9. Атом испустил фотон с энергией 6 * 10-19Дж. Чему равно изменение
импульса атома?!
10.Период полураспада ядер активного изотопа висмута 19 мин. Через
какое время распадется 75% ядер висмута в исследуемом образце?!
11.Чему равен импульс, полученный атомом при поглощении фотона
частотой 1,5* 1014 Гц?!
12.К потолку вагона подвешен шар. Как он будет вести себя, если вагон
начнет двигаться ускоренно?! Равномерно?! Замедленно?! влево,
вправо?!
13.Бегущий человек, споткнувшись, падает вперед, а поскользнувшийся назад. Почему?!
14.Какие превращения энергии происходят при колебаниях маятника?!
15.Почему шофёр не может мгновенно остановить движущуюся
автомашину?1
16.Какие превращения энергии происходят при стрельбе из воздушного
пистолета?1
17.Почему тяжелая автомашина должна иметь более мощные тормоза, чем
легкая?!
18.На одной и той же высоте находятся кусок алюминия и кусок свинца
одинакового объема. У какого тела больше запас потенциальной
энергии?!
19.За счет какой энергии « автоматически» открываются и закрываются
двери трамвайных вагонов?1; идут часы-ходики; работает
механическая бритва?!
20.Является ли инерциальной системой отсчета вагон, движущийся
равномерно?! Неравномерно?! Является ли инерциальной системой
отсчета искусственный спутник Земли?! Карусель?!
21.Изобразите графики скорости движения электровоза в следующий
случаях: 1) сила тяги двигателей больше силы трения; 2) сила тяги =
силе трения; 3) сила тяги меньше силы трения. Силу тяги считать
постоянной.
Задания 2-ого уровня сложности. (аналитические задачи)
1.
Сайрес Смит предсказывал : « …когда каменноугольные залежи
иссякнут, человек превратит в топливо воду, люди будут обогреваться
водой. Вода- это уголь грядущих веков». Оцените, какая энергия
выделиться в результате синтеза ядер дейтерия в гелий.
2.
А. Р. Беляев. Звезда КЭЦ. « У моего провожатого портативная
ракета-ранец для недалеких перелетов в межпланетных пространствах.
Ловко стреляя то задними, то боковыми, то верхними, то нижними
«револьверами» ранца, он увлекал меня все дальше и дальше по дуге
над поверхностью шара». Как с точки зрения физики объяснить
вышеописанный способ перемещения?
3.
Жюль Верн. Дети Капитана Гранта. «в пять часов утра барометр
показал, что путешественники достигли высоты в семь тысяч пятьсот
футов. Таким образом, они находились на вторичных плоскогорьях,
там, где уже кончалась древесная растительность». Какое давление
показал барометр. Проанализируйте характеристики давления,
температуры и состояния людей на такой высоте.
4.
Жюль Верн. Робур-Завоеватель. «Пусть те, кто плавал в бурю на
корабле, идущем против ветра, припомнит свои ощущения, и они
поймут, какой страшной силы может достигнуть встречный поток
воздуха. Только теперь давление воздуха создавалось не ветром, а
неимоверной скоростью самого «Альбатроса». Объясните явление.
5.
Л.Н. Толстой. Рассказ аэронавта. Герой рассказа поднялся на
воздушном шаре. «Весело и легко было дышать и хотелось петь. Я
запел, но голос мой был такой слабый, что я удивился и испугался
своему голосу» Объясните явление. Подтвердите объяснение,
используя математический аппарат в работе.
6.
Дж. Свифт. Путешествия Гулливера. «Остров был весь
скалистый; однако мне посчастливилось найти много яиц, и, добыв
кремнем огонь, я развел костер из вереска и сухих водорослей, на
котором испек яиц». О каком разделе физики идет речь. Какие
преобразования энергии происходят при добывании огня с помощью
кремния. Опишите все сопутствующие физические процессы в
результате добывания огня.
7.
Ж. Верн. Робур-Завоеватель. «Около полуночи тьму озарило
южное сияние. Окруженное серебристой бахромою, оно походило на
гигантский раскрытый веер, занимающий половину небосклона…» Как
возникает полярное сияние?
1. Извержение
гейзеров не имеет ничего общего с извержением
вулканов. Однако для извержения гейзеров необходима теплота,
поступающая от вулканов. Поэтому гейзеры принято рассматривать
как вторичные вулканы. Сделайте сравнительный анализ процессов
извержения гейзеров и вулканов. Подтвердите правильность
выделенного утверждения.
2. Пылевые бури сродни низовым метелям. С точки зрения физики
объясните схожесть этих явлений.
3. Опишите процесс образование лавин:
 После снегопада с сильным ветром
 Наследующий день после метели ( учесть, что день ясный)
 В результате подземных толчков
 Во время оттепели.
При объяснениях опирайтесь на раздел физики ДИНАМИКА.
4. И скрылся день; клубясь, туманы
Одели темные поляны
Широкой белой пеленой. (Объясните процесс зарождения вечерних
туманов).
5. Кучевое облако образуется в результате конвекционных потоков,
способных подниматься значительно выше нижней границе облака.
Почему?
6. Расскажите о физике светящихся морских организмов.
Графические задачи.
К бруску массой 10 кг, находящемуся на горизонтальной поверхности,
приложена сила. Учитывая, что коэффициент трения равен 0,7, определите:




cилу трения для случая, если F = 50 Н и направлена горизонтально.
cилу трения для случая, если F = 80 Н и направлена горизонтально.
построить график зависимости ускорения бруска от горизонтально
приложенной силы.
с какой минимальной силой нужно тянуть за веревку, чтобы
равномерно перемещать брусок?
Многоступенчатые задачи.
Небольшому шарику, который находился на поверхности горизонтально
расположенной тонкой собирающей линзы с оптической силой D = 0,5 дптр,
сообщили вертикальную начальную скорость vo = 10 м/с.
Вопросы:
1. Сколько времени будет существовать действительное изображение
шарика в этой линзе?
2. Сколько времени будет существовать мнимое изображение шарика
в этой линзе до первого отскока?
3. Сколько времени будет существовать действительное изображение
в линзе, если при ударе о линзу шарик теряет 25% от своей
первоначальной скорости?
4. Сколько времени будет существовать мнимое изображение в линзе,
если при ударе о линзу шарик теряет 25% от своей первоначальной
скорости?
Сопоставьте закон Кулона с законом всемирного тяготения. Какие
выводы можно сделать? Проведите аналогию.
F = kQq/D2- закон Кулона
F = GMm/D2 –закон всемирного тяготения
Табличные задачи (составить и решить задачи по имеющимся
величинам).
Тема КИНЕМАТИКА. Движение по окружности.
ЗАДАНИЯ
№ Период, Частота, Линейная Циклическая
Радиус
Нормальное
скорость,
частота,
окружности, ускорение,
с
Гц
м/с
рад/с
м
м/с2
1
4
2
10
0,2
3
4
16
20
0,2
30
5
15,7
6
7
800
2,5
60
1,25
0,04
0,6
8
40
9
0,05
10
0,1
12
0,2
ОТВЕТЫ
10
№ Период, Частота, Линейная Циклическая
Радиус
Нормальное
скорость,
частота,
окружности, ускорение,
с
Гц
м/с
рад/с
м
м/с2
1
0,25
2
5
3
250
0,4
6
0,4
4 10-3
0,025
5
31,4
2,5
12,56
24,65
13
20
0,5
100
3,8
900
0,24
20
16
320
25
94
157
5,3 103
0,08
20
0,5
7
8
1,57
1,26
4
5
15,7
9
20
10
10
127
12,56
0,1
1440
63
790
Тема ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ.
ЗАДАНИЯ
Число Напря Сила Мощн Коэффи Число Напря Сила Мощн
витко жение тока в ость в циент витко жение тока
ость
№ вв
в
перви перви трансфо в во
во
во
во
перви первич чной чной
рмавтори вторич втори втори
чной
ной
цепи, цепи,
ции
чной
ной
чной чной
обмот обмотк
обмот цепи, цепи, цепи,
А
Вт
ке
е, В
ке
В
А
Вт
1
100
2
0,5
400
3
80
4
300
7
1200
450
220
2
1200
500
90
1
600
4
8
400
76
400
5
6
5
700
300
2200
0,8
0,5
100
0,09
45
8
550
9
1
0
0,03
606
11
400
0,25
1500
800
200
0,2
40
3
ОТВЕТЫ
Число Напря Сила Мощн Коэффи Число Напря Сила Мощн
витко жение тока в ость в циент витко жение тока
ость
№ вв
в
перви перви трансфо в во
во
во
во
перви первич чной чной рма-ции втори вторич втори втори
чной
ной
цепи, цепи,
чной
ной
чной чной
обмот обмотк
обмот цепи, цепи, цепи,
А
Вт
ке
е, В
ке
В
А
Вт
1
2
380
190
150
3
3
120
5
4
5
70
1
0
600
0,2
220
1760
18
0,5
300
320
0,4
120
1200
55
8
440
1000
20
1600
7,5
0,3
300
0,33
6,6
500
50
0,8
1
1760
0,18
220
200
190
10
800
45
2,5
600
75
0,6
8
9
1/3
440
6
7
20
320
120
Задачи 3-его уровня сложности.
Ситуационные задачи.
 Оцените, насколько градусов нагреют атмосферу Земли
автомобили в крупных городах, таких, как Москва, за один год,
если их средний коэффициент полезного действия составляет 30
%. Какие последствия могут быть? ( Cчитайте, что за одну
секунду топливо в цилиндре при сгорании выделяет 1000 Дж.
Массу атмосферы рассчитайте самостоятельно, используя
табличные значения. Количество автомобилей города взять из
табличных источников).
 Метеороид – ледяная глыба – влетела в атмосферу Земли при
температуре минус 270 град.С. В результате трения о воздух при
большой скорости он нагрелся, расплавился, полученная вода
закипела, и образовавшийся пар создал взрыв. Мощность взрыва
была оценена в 100 млн. МВт. по разрушительному эффекту.
Оцените массу влетевшего метеороида, считая длительность
всего процесса в 1 секунду.
Предложите идеи защиты человечества от метеоритной и
астероидной опасности.
 Изобразите электрическую схему электропроводки вашей
квартиры и перечислите устройства, входящие в квартирную
электропроводку. Подумайте, что может являться причиной
неисправности электропроводки. Напишите формулу короткого
замыкания и сделайте соответствующие выводы по ней. Как
избежать короткого замыкания. Опишите процесс. Как вести себя
в ситуации, когда произошло короткое замыкание?
 Опишите ( смоделируйте) процесс взрыва ядерного реактора. ----Укажите возможные причины взрыва.
-Укажите изотопы каких веществ попадут в атмосферу.
-Проанализируйте период полураспада этих веществ.
-Определите характер заражения местности.
-Опишите возможные последствия взрыва и места накопления
радиоактивных веществ.
-Сделайте прогноз.