Общие методические указания к решению задач Физические основы механики icon

Общие методические указания к решению задач Физические основы механики


Смотрите также:
Методические указания к лабораторной работе по курсу “Физические основы электроники” для...
Методические указания к практическим занятиям и индивидуальные домашние задачи по физике часть 1...
Учебно-методический комплекс...
Учебно-методический комплекс...
Методические указания к решению задач...
Рабочая программа обязательный минимум содержания образовательной программы по физике для...
Программа вступительных экзаменов по специальности 01. 04...
Экзаменационные вопросы по физике для студентов инженерно-технических специальностей 1 курс (1...
Методические указания по выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения...
Физические основы электроники...
Общие методические указания к решению задач и выполнению контрольных работ Номера задач...
Методические указания для студентов педагогического колледжа Канск...



Загрузка...
страницы:   1   2   3   4   5   6   7
скачать
НЕГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ


«Институт ТЕЛЕИНФО»


МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

к выполнению контрольных работ № 1 и № 2

по физике для студентов 1 курса

заочного отделения


Подлежит возврату в институт


Составители: к.ф.м., доц.Агапова Н.Н.

асс.Зотова Л.И.

асс.Бутузова Г.А.

Редактор: проф. Глущенко А.Г.

Рецензент: проф. Сподобаев Ю.М.


САМАРА 2004


ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

Общие методические указания к решению задач……………….……..1

1. Физические основы механики………………………………….

1.1. Кинематика………………………………………………………..…3

1.2. Динамика материальной точки. Законы сохранения……………..7

1.3. Динамика вращательного движения абсолютно

твердого тела……………………………………………………….11


2. Электростатика

2.1. Электрическое поле системы точечных зарядов.

Закон Кулона. Напряженность и потенциал

Электрического поля………………………………………………18

2.2. Электроемкость конденсатора. Энергия электрического поля…28


3. Законы постоянного тока……………………………………………29


4. Электромагнетизм……………………………………………………

4.1. Магнитное поле тока………………………………………………32

4.2. Действие магнитного поля на движущиеся заряды.

Сила Лоренца………………………………………………………37

4.3. Проводник с током в магнитном поле……………………………40

4.4. Работа, совершаемая при перемещении тока в магнитном

поле………………………………………………………………….43

4.5. Электромагнитная индукция……………………………………...46

4.6. Энергия магнитного поля…………………………………………50


5. Задачи для самостоятельного решения…………………………….52


Литература………………………………………………………………75


^ ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ


Работа студента по изучению физики складывается из следующих основных элементов: самостоятельного изучения теоретического материала по учебникам и учебным пособиям, решения задач, выполнения контрольных работ, выполнения лабораторных работ, сдачи зачетов и экзаменов. Для лучшего усвоения материала желательно изучать соответствующие разделы учебника, опираясь на конспект установочных лекций. Решение задач по физике – хорошее средство применения теории на практике, причем, с одной стороны, сам процесс решения помогает более глубоко и сознательно овладеть изучаемым материалом, с другой, - знание теоретического материала есть непременное условие умения решать задачи. Поскольку задачи по физике разнообразны как по содержанию, так и по степени трудности, умение их решать приобретается в процессе систематических упражнений, причем, в некоторых случаях необходимо знание специальных методов, приемов, общих для определенной группы задач.

Методические указания к каждой теме настоящего пособия и примеры решения задач преследуют следующее:

а) пояснить применение определенных методов;

б) углубить понимание физических законов;

в) развить умение рассуждать.

При решении задач необходимо руководствоваться следующей схемой:

  1. Записать полностью условие задачи. Выписать все величины, входящие в условие, - столбиком и выразить их в одних единицах (преимущественно в Международной системе единиц (СИ)).

  2. Осмыслить физическую сущность задачи, представив ее наглядно в виде четкого рисунка, на котором, хотя бы условно, указать все параметры, характеризующие те явления, на основе которых построено условие задачи.

  3. Указать основные законы и формулы, на которых базируется решение задачи, дать словесную формулировку этих законов, разъяснить



буквенные обозначения, употребляемые при написании формул. Векторные величины внести на чертеж. Если при решении задачи применяется формула, полученная для частного случая, не выражающая какой-нибудь физический закон или не являющаяся определением какой-нибудь физической величины, то ее следует вывести. Пояснения должны быть краткими, но исчерпывающими.

  1. Решить задачу сначала в общем виде, т.е. в буквенных обозначениях, заданных в условии задачи и взятые из таблиц.

  2. Подставив в рабочую формулу размерности или сокращенные обозначения единиц измерения величин, убедиться в правильности размерности искомой величины (см. примеры решения задач).

  3. Дать ответ в численном виде. При вычислении соблюдать правила приближенных вычислений и округлений.

  4. Оценить правдоподобность ответа. Такая оценка в ряде случаев позволяет обнаружить ошибочность полученного результата. Задачи могут иметь несколько вариантов решения. Хорошо, если будет проведено их сравнение и указано наиболее рациональное.



2


144. Однородное магнитное поле в воздухе действует с силой 0,01 Н на 1

см длины провода с током 1000А, расположенного перпендикулярно

полю. Найти объемную плотность энергии поля.


145. Обмотка электромагнита, индуктивность которого 0,4 Гн, находится

под постоянным напряжением. В течение 0,02 сек в обмотке его выде-

ляется столько же тепла, сколько энергии содержит магнитное поле

сердечника. Найти сопротивление обмотки.



  1. И.В.Савельев. Курс общей физики. Т.1.М. «Наука». 1977

  2. И.В. Савельев. Курс общей физики. Т.2.М. «Наука». 1982

  3. Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. Курс физики. Т.2.М. «Наука». 1973



75


137. Соленоид имеет длину ℓ=1 м и сечение S=20 см2. При некоторой силе

тока, протекающего по обмотке, в соленоиде создается магнитный по-

ток Ф=80 мкВб. Чему равна энергия магнитного поля соленоида? Сер-

дечник выполнен из немагнитного материала и магнитное поле во

всем объеме однородно.


138. Обмотка тороида имеет n=8 витков/см (по средней линии тороида).

Вычислить объемную плотность энергии магнитного поля при силе то-

ка J=20. Середник выполнен из немагнитного материала, и магнитное

поле во всем объеме однородно.


139. Магнитный поток соленоида сечением S=10 см2 равен 10 мкВб. Опре-

делить объемную плотность энергии магнитного поля соленоида. Сер-

дечник выполнен из немагнитного материала, и магнитное поле во

всем объеме однородно.


140. Тороид диаметром (по средней линии) Д=40 см и площадью сечения

S=10 см2 содержит 1200 витков. Вычислить энергию магнитного поля

тороида при силе тока J=10 А. Сердечник выполнен из немагнитного

материала и магнитное поле во всем объеме однородно.


141. Соленоид содержит N=800 витков. При силе тока J= 1 А магнитный

поток Ф=0,1 мВб. Определить энергию магнитного поля соленоида.

Сердечник выполнен из немагнитного материала и магнитное поле во

всем объеме однородно.


142. Определить плотность W энергии магнитного поля в центре кольцево-

го проводника, имеющего радиус r=25 см и содержащего N = 100 вит-

ков. Сила тока в проводнике J = 2 А.


143. При какой силе тока в прямолинейном, бесконечно длинном провод-

нике плотность энергии W-магнитного поля на расстоянии r = 1 см

от проводника равна 0,1 Дж/м3?


74


  1. ^ ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ




    1. Кинематика


Решение задач требует знания физических законов. Поэтому, преж-

де чем приступить к решению задач по кинематике, необходимо изучить [1] - § 1-5 или соответствующие параграфы по любому из рекомендуемых учебных пособий.

При изучении теоретического материала следует обратить внимание на то, что уравнение движения позволяет определить в любой момент времени положение движущегося тела в заранее выбранной системе координат.

Существуют три способа описания движения материальной точки:

- координатный (движение определяют тремя скалярными уравнениями

;

- векторный (уравнение движения) ;

- и так называемый, естественный, когда положение точки определяют криволинейной координатой, т.е. расстоянием вдоль траектории от выбранного начала отсчета. Не следует путать криволинейную координату точки с пройденным путем. Если с течением времени путь, пройденный движущимся телом, увеличивается и является величиной положительной, то координата точки может быть как положительной, так и отрицательной, в зависимости от положения тела по отношению к началу координат.

Надо четко себе представить разницу между перемещением и путем, средней и мгновенной скоростями, средним и мгновенным ускорениями.

Следует заметить, что при криволинейном движении точки вектор линейной скорости все время меняет свое направление, т.е. материальная точка движется ускоренно. Изменение скорости по направлению характеризует нормальное ускорение n . Если при этом меняется модуль вектора


3

скорости, то полное ускорение точки n + r,

где r – тангеициальное ускорение, характеризующее изменение скорости по величине.


^ Примеры решения задач


Пример 1. Уравнение движения материальной точки имеет вид

S(t) = А+Вt+Ct3, где А=2м, В=1 м/с, С=0,5 м/с3.

Определить среднюю скорость, среднее ускорение движения

точки в интервале времени от t1=2 c до t2=5 с, а также скорость и

ускорение к концу пятой секунды движения.


Дано: Решение:

S(t) = А+Вt+Ct3 Средняя скорость движения

А = 2 м ‹U› = = ,

В = 1 м/с

С = 0,5м/с где: S1 – путь, пройденный точкой к моменту времени t1 = 2 с t1;

t2 = 5 c S2 – путь, пройденный точкой к моменту времени t2.

‹U›, ‹α› - ? Пути S1 и S2 найдем, подставив в уравнение движения

U2, α2 - ? числовые значения коэффициентов А, В, С и времени t1

и t2 соответственно.

S1 = 2 + 1 · 2 + 0,5 · 23 = 8 (м).

S2 = 2 + 1 · 5 + 0,5 · 53 = 69,5 (м)

Средняя скорость в интервале от t1 до t2:

‹U› =

Мгновенная скорость есть первая производная от пути по времени:

U = 2


4


132. Проволочное кольцо радиусом R=10 см лежит на стопе. Какое коли

чество электричества q протечет по кольцу, если его повернуть с

одной стороны на другую? Сопротивление кольца 1 Ом. Вертикальная

составляющая индукции магнитного поля Земли В = 5·10-5 Тл.


133. Медный обруч массой m=5 кг расположен в плоскости магнитного

меридиана. Какое количество электричества индуцируется в нем, если

его повернуть вокруг вертикальной оси на 90о? Горизонтальная

составляющая магнитного поля Земли Вr = 32 · 10-5 Тл (плотность

меди 89·103 кг/м3, удельное сопротивление 1,7·10-8 Ом·м).


134. Круглый виток радиусом R, сделанный из медной проволоки,

площадь поперечного сечения S, находится в однородном магнитном

поле, напряженность которого за некоторое время меняется до нуля

от Н. Сколько электронов пройдет через поперечное сечение

проволоки за время существования электрического тока?


135. Тонкий медный проводник массой m=1 г согнут в виде квадрата и

концы его замкнуты. Квадрат помещен в однородное магнитное поле

(В=0,1 Тл) так, что его плоскость перпендикулярна линиям поля. Оп-

ределить заряд Q, который протечет по проводнику, если квадрат, по-

тянув за противоположные вершины, вытянуть в линию. (Плотность

меди 8,9·103 кг/м3, удельное сопротивление 1,7·10-8 Ом·м).


136. Обмотка соленоида содержи n=10 витков на каждый сантиметр

длины.При какой силе тока объемная плотность энергии магнитного

поля будет равна 1 Дж/м1? Сердечник выполнен из немагнитного

материала и магнитное поле во всем объеме однородно.


73

соленоид витке, когда ток в соленоиде выключается в течение 0,001 с?


127. Рамка, содержащая N = 1500 витков, площадь S = 50 см2, равномерно

вращается с частотой n = 960 об/мин. в магнитном поле, напряженно-

стью Н= 105 А/м. Ось вращения лежит в плоскости рамки и перпенди-

кулярна линиям напряженности. Определить максимальную ЭДС ин-

дукции, возникающую в рамке.


128. Рамка площадью S = 200 см2 равномерно вращается с частотой

n = 10 с-1 относительно оси, лежащей в плоскости рамки и перпенди-

кулярно линиям индукции однородного магнитного поля (В=0,2 Т).

Определить среднее значение ЭДС индукции за время, в течение ко-

торого магнитный поток, пронизывающий рамку, изменится от нуля

до максимального значения.


129. В однородном магнитном поле, индукция которого В=1Т, находится

прямой проводник длиной ℓ = 10 см. Концы проводника замкнуты

проводом, находящимся вне поля. Сопротивление всей цепи Г=0,10

см. Найти силу, которую нужно приложить к проводнику, чтобы

перемещать его перпендикулярно линиям индукции со скоростью

=2,5 м/с.


130. В однородном магнитном поле напряженностью Н = 2000 А/м, равно-

мерно с частотой n = 10 c-1 вращается стержень длиной ℓ = 20 см так,

что плоскость его вращения перпендикулярна линии напряженности,

а ось вращения проходит через один из его концов. Определить

индуцируемую на концах стержня разность потенциалов.


131. Горизонтальный стержень длиной 1 м вращается вокруг вертикальной

оси, проходящей через один из его концов. Ось вращения параллельна

силовым линиям магнитного поля, индукция которого равна 5·10-5 Тл.

При каком числе оборотов в секунду разность потенциалов на концах

Этого стержня будет равна 1 мВ?


72


В момент времени t2 = 5 с

м/с).

Среднее ускорение

,

где: U1- скорость материальной точки в момент времени ,

U2- скорость точи в момент времени .

В момент времени = 2 с

(м/с).

Среднее ускорение в интервале от = 2 с до =5 с

(м/с2).

Мгновенное ускорение есть первая производная от скорости по времени:

.

В момент времени =5 с (м/с2).


Пример 2. Автомобиль движется по закруглению шоссе, имеющему

радиус кривизны R=50 м. Уравнение движения автомобиля

,

где А=10м, В=10 м/с, С=-0,5 м/с2.

Найти скорость автомобиля, его тангенциальное , нормальное и полное ускорение в момент времени =5 с.

Дано: Решение:

м



А=10 м

В= 10 м/с

С=-0,5 м/с2 Рис.1

5

= 5 с Найдем выражение для скорости движения

____________ автомобиля, продифференцировав по времени

U- ? уравнение движения:

- ?

Подставив значения В и С, а также заданное значение времени,

найдем скорость:

(м/с).

Тангенциальное ускорение есть первая производная от скорости по времени:

, (м/с2)

Полученное выражение для тангенциального ускорения не содержит времени, следовательно, тангенциальное ускорение постоянно по величине, знак «-« указывает на то, что тангенциальное ускорение направлено в сторону, противоположную скорости. Движение равнозамедленное.

Нормальное ускорение найдем, подставив в формулу известные значения скорости и радиуса кривизны траектории

(м/с2).

Полное ускорение (рис.1) будет геометрической суммой взаимноперпендикулярных тангенциального и нормального ускорений:

.

Модуль полного ускорения



(м/с2).


6


121. Виток диаметром 20 см может вращаться около вертикальной оси,

совпадающей с одним из диаметров витка. Виток установили в плос-

кости магнитного меридиана и пустили по нему ток силой 10 А.

Какой вращающий момент нужно приложить к витку, чтобы удержать

его в начальном положении? Горизонтальная составляющая

напряженности магнитного поля Земли равна 14 А/м.


122. Виток радиусом R = 10 см, по которому течет ток силой J = 20 А,

свободно установили в однородном магнитном поле напряженностью

Н = 103 А/м. Виток повернули относительно диаметра на угол =60о.

Определить совершенную работу.


123. Квадратный контур со стороной а=20 см, в котором течет ток силой

J = 5 А, находится в магнитном поле с индукцией В = 0,5 Т под углом

= 30о к линиям индукции. Какую работу нужно совершить, чтобы

при неименной силе тока в контуре изменить его форму с квадрата на

окружность?


124. В однородном магнитном поле перпендикулярно к линии индукции

раположен плоский контур площадь S – 400 см2. Поддерживая в

контуре постоянную силу тока J = 20 А, его переместили из поля в

область пространства, где поле отсутствует. Определить индукцию

В магнитного поля, если при перемещении контура была

совершена работа 0,2 Дж.


125. Виток, в котором поддерживается постоянная сила тока J = 50 А, сво-

бодно установился в однородном магнитном поле (В = 0,025Т).

Диаметр витка d = 20 см. Какую работу А нужно совершить для того,

чтобы повернуть виток относительно оси, совпадающей с диаметром

на угол α = π ?


126. На соленоид длиной 20 см и площадью поперечного сечения 30 см2

надет проволочный виток. Соленоид имеет 320 витков, и по нему идет

ток в 3А. Какая средняя Э.Д.С индуцируется в надетом на


71


115. Электрон движется с однородном магнитном поле с индукцией

9·10-3 Т по винтовой линии, радиус которой 1 см и шаг 7,8 см.

Определить период обращения электрона и его скорость

(ℓ = 1,6 · 10-19 Кл, mе = 9,11 · 10-31 кг).


116. Квадратная проволочная рамка расположена в одной плоскости с

длинным прямым проводом так, что две ее стороны параллельны

проводу. По рамке и проводу текут одинаковые токи силой 100 А.

Определить силу, действующую на рамку, если ближайшая к прово-

ду сторона рамки находится на расстоянии, равном ее длине.


117. В горизонтральном однородном магнитном поле находится в равно-

веси незакрепленный горизонтальный прямолинейный проводник из

меди с поперечным сечение 1 мм2. Какой ток течет по проводнику

при индукции поля 10-2Т? Проводник расположен перпендикулярно

полю. Плотность меди 8930 кг/м3.


118. Длинный прямолинейный провод, по которому протекает ток, за-

креплен горизонтально. Параллельно ему внизу на расстоянии

2 см расположен второй провод с током 100 А. Оба провода лежат

в вертикальной плоскости. При каком токе в верхнем проводнике

нижний будет висеть в воздухе без опоры? Вес единицы длины

нижнего провода 0,2 Н/м.


119. Максимальный вращающий момент, действующий на соленоид,

имеющий 800 витков по 2 см диаметром, при токе 2 А, равен

0,6 Нм. Определить магнитный момент соленоида и индукцию маг-

нитного поля


120. Определить магнитный момент катушки гальванометра, состоящей

из 400 витков проволоки, намотанной на прямоугольный каркас

сечением 4 см2 при токе 10-7 А. Какой вращающий момент действу-

ет на катушку в однородном магнитном поле с индукцией 0,1 Т,

если плоскость катушки составляет 60о с направлением магнитно-

го поля.


70

Направление полного ускорения можно определить, если найти угол, образуемый полным ускорением с направлением радиуса или с направлением нормального ускорения

cos




Скачать 0,88 Mb.
оставить комментарий
страница1/7
Дата27.09.2011
Размер0,88 Mb.
ТипОбщие методические указания, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы:   1   2   3   4   5   6   7
отлично
  1
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

наверх