Методические указания к выполнению ргр для студентов специальности 5В081200 Энергообеспечение сельского хозяйства Алматы 2019

Введение

Изучение курса физики создаёт фундаментальную базу инженерно – технических знаний, умений и навыков выпускников высшей технической школы, формирует их научное мировоззрение.

Основными целями курса являются:

1) Формирование у студентов умений и навыков использования фундаментальных законов, теорий классической физики, а также методов физического исследования как основы системы профессиональной деятельности.

2) Формирование у студентов творческого мышления и научного мировоззрения, навыков самостоятельной познавательной деятельности, умения моделировать физические ситуации.

«Физика» изучает разделы классической физики: «Механика», «Статистическая физика и термодинамика», «Электромагнетизм», «Уравнения Максвелла», «Физика колебаний и волн», «Квантовая физика и физика атома», «Физика твердого тела, атомного ядра и элементарных частиц».

Приобретённые при изучении физики знания и умения составляют ту основу, которая необходима при изучении технических дисциплин: «Теоретическая механика», «Прикладная механика», «Техническая гидродинамика», «Гидравлика», «Теплотехнические измерения», «Теоретические основы электротехники» и другие.

Весь курс «Физика» состоит из двух кредитов (модулей), по каждому из которых студенты выполняют расчетно – графическое задание (РГР) по трем уровням сложности (А, В и С – по выбору). Номер варианта студентом выбирается самостоятельно и утверждается преподавателем, ведущим практическое занятие.

1 Рекомендации к освоению дисциплины «Физика»

При изучении данной дисциплины необходимо, прежде всего, усвоить основные понятия, законы и принципы классической и современной физики, а затем их важнейшие следствия.

В разделе «Механика» следует обратить особое внимание на:

- кинематические и динамические характеристики поступательного и вращательного движения, связь между ними. При этом необходимо использовать математический аппарат векторной алгебры и дифференциального и интегрального исчислений;

- понятия энергии и работы с учетом особенности консервативных и неконсервативных сил;

- законы сохранения импульса, момента импульса и механической энергии, их универсальность, отражающую фундаментальные свойства симметрии пространства и времени;

- эффективность использования законов сохранения при решении реальных физических задач;

- границы применимости классической физики.

В разделе «Статистическая физика и термодинамика» необходимо усвоить два качественно различных и взаимно дополняющих друг друга метода исследования физических свойств макроскопических систем, а именно: статистический и термодинамический. Особое внимание следует обратить на статистические распределения (Максвелла, Больцмана), законы термодинамики, понятие энтропии и связанное с ней статистическое толкование второго начала термодинамики.

В разделе «Электродинамика», прежде всего, следует акцентировать внимание на роль электрического поля во взаимодействии заряженных тел, его характеристики (напряженность, потенциал) и свойства, выражаемые основными теоремами:

- о циркуляции электростатического поля;

- Гаусса.

При решении задач необходимо уметь пользоваться принципом суперпозиции и теоремой Гаусса.

Особого внимания заслуживают вопросы, связанные с распределением зарядов в проводниках и поведением диэлектриков в электрическом поле.

При изучении обобщенного закона Ома необходимо знать четкое разграничение понятий: разность потенциалов, электродвижущая сила и напряжение.

В разделе «Электромагнетизм» при изучении свойств и характеристик магнитного поля важно уяснить сходство и различие этого поля с электростатическим (потенциальный и вихревой характер, наличие или отсутствие источников поля, действие поля на электрические заряды).

В разделе «Уравнения Максвелла» очень важно знать явление электромагнитной индукции (закон Фарадея – Максвелла), его роль в развитии теории электромагнитного поля (теории Максвелла); обратить особое внимание на физический смысл уравнений Максвелла.

В разделе «Физика колебаний и волн» механические и электрические колебания и волны следует изучать параллельно, обращая внимание на их сходство и различие, характеристики и уравнения. Усвоить, наряду с аналитическим, графический метод представления гармонического колебания с помощью вращающегося вектора амплитуды.

В разделе « Квантовая физика и физика атома» следует понять:

- роль теплового излучения в развитии квантовой природы излучения;

- основные закономерности теплового излучения, эффекта Комптона, фотоэффекта;

- свойства и характеристики фотона как кванта электромагнитного излучения;

- корпускулярно-волновой дуализм электромагнитного излучения и вещества как универсального закона природы.

Следует обратить внимание на физический смысл соотношений неопределенностей как квантового ограничения применимости понятий классической механики, необходимости задания состояния частицы с помощью волновой функции.

В разделе «Физика твердого тела, атомного ядра и элементарных частиц» следует понять различия в распределении электронов по энергетическим зонам между металлами, диэлектриками и полупроводниками; изучить собственную и примесную проводимость полупроводников, фотопроводимость, уяснить свойства р-n-перехода. Необходимо хорошо знать строение атомного ядра, особенности ядерных сил, физическую сущность реакции деления тяжелых ядер и термоядерной реакции, уяснить возможность практического использования внутриядерной энергии.

2 Общие требования к выполнению и оформлению контрольных ра­бот

Из-за большого разнообразия физических задач не существует единого способа их решения, тем не менее, при решении учебных физических задач можно придерживаться следующего общего алгоритма:

- осмыслите и проанализируйте содержание задачи, установите, в каких условиях находится изучаемая система (объект), сделайте чертёж, график или рисунок, поясняющий физический смысл задачи и ход ее дальнейшего реше­ния;

- подумайте, какие физические законы следует применить в данной си­туации, запишите их уравнения в общем виде, затем – применительно к дан­ной задаче - поясните смысл каждого обозначения в уравнении;

- решите задачу в общем виде, получите рабочую (расчетную) формулу. Числовые значения, как правило, подставляются только в рабочую формулу, выражающую искомую величину;

- производя вычисления величин, руководствуйтесь правилами прибли­женных вычислений. Все, входящие в данную формулу величины, выражайте в одной и той же системе единиц (желательно в СИ);

- в некоторых случаях целесообразно оценить правдоподобность ответа, это поможет избежать ошибок в решении.

Все РГР и контрольные работы выполняются в тетради (школьной) или набираются на компьютере. На обложке или титульном листе приводятся сведения в соответствии с приведенным ниже примером.

РГР №1, М 1 студента группы АУ – 18 –1 Серикжанулы Н.С.

Вариант 1 (Шифр 255327).

Каждая работа выполняется в отдельной тетради. Работа должна быть выполнена аккуратно, рисунки – карандашом при помощи линейки. Условие задачи переписывается полностью, без сокращений, затем оно должно быть записано с помощью общепринятых символических обозначений в краткой форме под заглавием «Дано». Решение каждой задачи необходимо сопровождать краткими пояснениями, раскрывающими смысл используемых обозначений, где возможно, дать схематический чертеж, поясняющий решение задачи. Необходимо указать, какие физические законы лежат в основе данной задачи, решить ее в общем виде (в буквенных обозначениях), после чего подставить числовые данные и произвести вычисления, указать единицу искомой физической величины. При вычислениях рекомендуется пользоваться правилами приближенных вычислений и грамотно записывать ответ.

Для замечаний преподавателя на странице оставляются поля.

В конце работы необходимо указать, каким учебником или учебным пособием студент пользовался при изучении физики.

Дано:

___________

Коэффициент полезного действия тепловой машины:

Для нахождения полученного системой тепла Q₁ и отданного – Q₂, применим первое начало термодинамики.

2-3, адиабатное расширение: