Методические рекомендации по освоению студентами курса физики (90

интуитивно пользовался этими принципами, а, прочитав эти рекомендации, будет уже осознанно применять их в решении любых, не только физических задач.

Но, не смотря ни на что, никакие теоретические знания не заменят вам практических умений, и только систематическая практика в решении задач приведет к успеху.

Примерный алгоритм решения задач

1.Внимательно прочитать условие задачи. Установить в общих чертах смысл условия задачи и каким физическим законам они отвечают.

2.Сделать краткую запись условий. Обычно слева в столбик записывают все данные и искомые величины. Лучше все данные задачи сразу выразить в одинаковых величинах (СИ).

3.Сделать чертеж, схему или рисунок, поясняющие описанный в задаче процесс. Указать на чертеже все данные и искомые величины задачи.

4.Написать уравнение или систему уравнений, отображающих происходящий физический процесс в общем виде.

5.Если равенства векторные, то им сопоставить скалярные равенства.

6.Используя условия задачи и чертеж, преобразовать исходные равенства так, чтобы в конечном виде в них входили лишь упомянутые в условиях задачи величины и табличные данные.

7.Решить задачу в общем виде (получить "рабочую формулу"), т.е. выразить искомую величину через заданные в задаче параметры.

8.Произвести вычисления.

9.Произвести проверку единиц величин, подставив их в "рабочую формулу".

10.Полученная единица должна совпадать с единицей искомой в задаче величины.

Примеры решения задач по физике

1

В момент t tn падения камня на дно ямы его координата y h .

Поэтому

gt2

h t п

0п 2.

Решим это уравнение относительно tn :

Разумеется, можно было бы систему координат выбрать иначе, расположив, например, начало координат на уровне дна ямы. Тогда уравнение будет иметь другой вид:

gt2 y h t .

0 2

В момент падения камня на дно ямы его координата

y 0, t t

n

Подставив эти значения в последнее уравнение и решив его, читатель убедится, что для tn получается то же значение, что и в первом случае.

Студенты ошибочно считали, что кинематические уравнения, описывающие движение камня вверх и вниз, будут различными, потому что меняется направление движения.

Задача 2

1

Студенты, формально усвоившие третий закон Ньютона, не могли правильно объяснить ряд вопросов, которые мы сейчас рассмотрим.

человека. Почему же они движутся вперед? Здесь имеются три

это горизонтальные составляющие сил взаимодействия). Системе человек –

упирается ногами в пол. Если бы сила трения покоя между ступнями человека и полом оказалась меньше силы трения покоя между шкафом и полом, то человек не смог бы сдвинуть шкаф с места. Так что в данном случае сила трения, препятствуя проскальзыванию ступней, делает воз-

можным движение человека со шкафом.

Таким образом, если тела рассматривать как части одной и той же системы, то силы взаимодействия этих тел взаимно уравновешиваются и поэтому не могут сообщить ускорение системе в целом. Чтобы система

1

двигалась с ускорением, необходимо, чтобы на нее действовали другие тела, не входящие в эту систему.

Студенты обычно твердо уверены, что силы взаимодействия не могут уравновешивать друг друга.

Задача 3

Некоторые студенты рассуждают, что если тело погрузить в жидкость, то уменьшится сила тяжести, так как на тело будет действовать архимедова сила. В действительности же сила тяжести не изменяется, а уменьшается вес тела.

Предположим, что тело подвешено на нити в жидкости (рис. 3). На

Согласно третьему закону Ньютона,

тело действует на нить с такой же по модулю силой, т.е. вес тела Р1 Т1 . Если это Рис. 3 тело подвесить на нити в вакууме, то в этом

случае FA 0 , поэтому сила натяжения

TF (2)

2

Следовательно, вес тела

P T F.

2 2

Сравнивая выражения (1) и (2), находим, что уменьшение веса в жидкости

равно по модулю архимедовой силе:

1

PPPTTF.

2 1 2 1

Задача 4

Некоторые студенты не могут раскрыть полностью физический смысл закона Кулона. В частности, не указывают, что сила взаимодействия двух точечных зарядов направлена вдоль прямой, соединяющей эти заряда, при этом одноименные заряды взаимно отталкиваются, а разноименные притягиваются.

Нередко забывают, что этот закон относится только к взаимодействию точечных зарядов, т.е. таких заряженных тел, размерами которых можно пренебречь (заряженных материальных точек). Это приводит к ошибкам в решениях задач.

Точечный заряд q1 находится вблизи большой квадратной равномерно заряженной пластины напротив ее центра. Расстояние r от заряда до пластины мало по сравнению со стороной квадрата. Поверхностная плотность заряда на пластине равна , диэлектрическая проницаемость окружающей среды равна . Найти силу, действующую на заряд.

Многие ошибочно находили эту силу по закону Кулона:

где q S a2 – заряд пластины; 0 – электрическая постоянная. Приведем

2

правильное решение.

Решение. Электрическое поле вблизи большой плоской пластины можно считать однородным. Напряженность этого поля

E 2 0

На заряд q , находящийся в этом поле, действует сила

q F qE .

2

0

1

Из последнего выражения видно, что эта сила не зависит от расстояния. Следует обратить внимание на то, что в тех случаях, когда размеры заряженных тел велики, для нахождения их силы взаимодействия нужно мысленно разбить эти тела на такие малые заряженные элементы, чтобы их можно было считать точечными зарядами, затем найти по закону Кулона силы взаимодействия каждой пары этих зарядов и произвести векторное

сложение этих сил.

Закон Кулона можно применять для нахождения силы взаимодействия двух равномерно заряженных сфер, при этом в формуле (3) q1 и q2 – заряды этих сфер, r – расстояние между их центрами, т. е. сила взаимодействия в этом случае такова, как если бы заряды были сосредоточены в центрах сфер.

По формуле (3) можно также вычислить силу взаимодействия двух зарядов, один из которых точечный, а второй равномерно распр еделен по поверхности сферы. В этом случае r – расстояние от точечного заряда до центра сферы.

Задача 5

Нередко студенты испытывают большие затруднения при решении задач с применением уравнения, описывающего колебания. Рассмотрим две такие задачи, предлагавшиеся на семинарских занятиях.

Материальная точка совершает колебания, при которых ее координата х изменяется со временем t по закону

x0,cos650t (4)

где все величины выражены в единицах СИ. Найти амплитуду, циклическую частоту, частоту, период и начальную фазу колебаний. Вычислить смещение

циклическая частота 50с1, начальная фаза 0 0 . Теперь найдем частоту и период Т колебаний:

Взяв производную координаты (5) по времени, получим выражение для скорости:

v xsin(t ).

x m 0

Максимальное (амплитудное) значение скорости

v x

xmax m.

Вычислим:

v 50, м/6с9,42м/с.

max

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Программа контроля Цель контроля: диагностика уровня обученности студентов физике.

Виды контроля: текущий, промежуточный (по основным разделам курса) итоговый (экзамен).

Текущий контроль

Форма отчетности: предоставление выполненной домашней работы или домашней контрольной работы; результаты расчетно-графической работы (две в течение семестра), результаты компьютерного физического практикума.

1

Перечень обучающих, контролирующих компьютерных программ

имультимедиа

1.Тимошкин В.Н., Новоселов М.А. Компьютерный мониторинг по физике: учебно-контролирующая и обучающая система / – М.: РГУФКСМиТ, 2002.

2.Тимошкин В.Н., Новоселов М.А. Компьютерный физический практикум по физике: учебно-контролирующая и обучающая система / – М.: РГУФКСМиТ, 2002.

Рубежный контроль

Форма отчетности: предоставление результатов компьютерного тестирования, выполнение контрольной работы.

Промежуточный и итоговый контроль

Перечень вопросов к экзамену:

1.Основные разделы и основополагающие идеи физики.

2.Системы измерения физических величин. Основные разделы физики с точки зрения изменения представлений о строении вещества.

энергетические характеристики.

4.Объекты движения. Особенности их характеристик при поступательном и вращательном движениях.

5.Системы отсчета. Формы задания закона движения.

6.Скалярные и векторные величины и действия над ними.

7.Пространственные, временные и пространственно-временные кинематические характеристики движения.

8.Основные виды и законы механического движения.

9.Понятие о сложном движении. Поступательное и вращательное движения.

10.Кинематические характеристики равномерного движения по окружности.

11.Типы сил взаимодействия материальных тел и их характеристики.

1

12.Фундаментальные взаимодействия в природе.

13.Законы механики Ньютона.

14.Инерциальные системы отсчета. Масса тела и ее свойства. Принцип относительности Галилея.

15.Закон всемирного тяготения. Сила тяжести и вес тела.

16.Виды трения. Коэффициент трения. Работа против сил трения.

17.Упругое взаимодействие тел. Закон Гука. Виды упругой дефор мации и формулы вычисления. Энергия упругой деформации.

18.Импульс тела и импульс силы. Законы сохранения и изменения импульса.

19.Три задачи статики. Сложение и разложение сил. Условия равновесия тел с закрепленной осью вращения. Рычаги.

20.Момент силы, момент инерции, момент импульса. Основной закон динамики вращательного движения твердого тела.

21.Консервативные и неконсервативные системы взаимодействующих тел.

22.Энергия, работа и мощность поступательного движения.

23.Энергия, работа и мощность вращательного движения.

24.Механические свойства жидкости. Давление жидкости и газа. Закон Паскаля.

25.Гидростатическое и гидродинамическое давление жидкости. Закон Архимеда. Условия плавания тел.

26.Стационарное течение. Два вида течения жидкости. Условия их возникновения.

27.Уравнение Бернулли для стационарного потока жидкости или газа и его следствия.

28.Вязкость жидкости. Силы сопротивления при движении тел в жидкости.

29.Основные положения молекулярно-кинетической теории и их экспериментальное обоснование.

30.Силы притяжения и отталкивания в молекулярных взаимодействиях.

31.Понятие об агрегатных состояниях вещества на основе молекулярно -

кинетической теории.

2