Физика. Ч. 1

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт заочного образования 

и повышения квалификации

Ф И З И К А

Учебно-методическое пособие

Часть 1

Новосибирск 2012

УДК 53: (075)
ББК 22.171

Составители:  доц. И. М. Дзю, 

канд. техн. наук, доц. С. В. Викулов, 
ст. преподаватель А. П. Минаев, 

 
канд. тех. наук, доц. В. Я. Чечуев, 

 
ст. преподаватель М. Г. Алешкевич

Рецензент д-р тех. наук, проф. П. М. Плетнёв (СГУПС)

Физика: учеб.-метод. пособие / Новосиб. гос. аграр. ун-т. ИЗОП; 

сост.: И. М. Дзю, С. В. Викулов, А. П. Минаев, В. Я. Чечуев, М. Г. Алешкевич. – Новосибирск: Изд-во HГАУ, 2012. – Ч. 1. – 133 с.

Учебно-методическое пособие включает указания по изучению дис
циплины, задания к контрольным работам и методику их выполнения. 
Предназначено для студентов заочной формы обучения по направлениям подготовки 110800 – Агроинженерия (Машины и оборудование 
в агробизнесе, Электрооборудование и электротехнологии, Технологическое оборудование для хранения и переработки сельскохозяйственной продукции, Технический сервис в агропромышленном комплексе), 
190600 – Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов (Автомобили и автомобильное хозяйство), 190700.62 – Технология транспортных процессов (Организация и безопастность движения), 
051000 – Профессиональное обучение (Сельское и рыбное хозяйство).

Утверждено и рекомендовано к изданию методическим советом Ин
женерного института (протокол № 6 от 19 июня 2012 г.)

© Новосибирский государственный аграрный университет, 2012

ВВЕДЕНИЕ

Учебная работа студента по изучению физики склады
вается из следующих элементов: самостоятельное изучение 
дисциплины по учебным пособиям; овладение культурой 
мышления, способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК); решение инженерных задач с использованием 
основных законов физики; проведение и оценка результатов 
измерения (ПК); решение задач; выполнение контрольных 
и лабораторных работ; сдача зачётов и экзаменов.

Во время лабораторно-экзаменационной сессии студент 

слушает обзорные лекции, выполняет лабораторные работы 
и сдаёт по ним зачёты, а затем экзамен.

Самостоятельная работа по учебным пособиям является 

главным видом работы студента и на неё следует обратить 
особое внимание.

Рекомендуется изучать курс систематически, в течение 

всего учебного процесса. Изучение физики в сжатые сроки 
перед экзаменом не даст глубоких и прочных знаний и никогда не приведёт к положительным результатам. В самом 
начале изучения курса физики необходимо составить для 
себя график работы. Ознакомившись с программой и согласовав с ней материал учебника, распределите его по месяцам 
и начинайте регулярную проработку проходимого материала, стараясь жёстко соответствовать проходимой программе.

Решать задачи необходимо параллельно с изучением те
оретического материала по учебнику – это помогает уяснить 
физический смысл явлений, закрепляет в памяти формулы, 
прививает навыки практического применения теоретических знаний.

При решении задач необходимо выполнять следующее:
1. Записать столбиком данные задачи. Все величины 

выразить в единицах системы СИ. Выполнить чертеж или 

рисунок, поясняющий содержание задачи (чертеж, рисунок или электрическая схема выполняются аккуратно при 
помощи чертежных принадлежностей). Записать основные 
формулы, на которых базируется решение, дать словесную 
формулировку этих законов, разъяснить буквенные обозначения формул. В случае, если формула не выражает какойнибудь физический закон или не является определением какой-нибудь физической величины, ее надо вывести.

2. Решение задач сопровождать краткими, но исчерпыва
ющими пояснениями.

3. Решать задачу необходимо в общем виде, т. е. от на
чала и до конца решение выполняется в буквенном виде, 
числовые значения подставляются только в окончательную 
рабочую формулу, выражающую искомую величину.

4. Подставить в рабочую формулу размерности величин 

и убедиться в правильности размерности искомой величины 
или ее единицы.

5. Произвести вычисления величин, подставленных 

в формулу, руководствуясь правилами приближенных вычислений, записать в ответе числовое значение и сокращенное наименование единицы искомой величины по ГОСТу.

6. При подстановке в рабочую формулу, а также при за
писи ответа числовые значения величин записать как произведение десятичной дроби с одной значащей цифрой перед 
запятой на соответствующую степень десяти. Например, 
вместо 1743 надо записать 1 743 1 3
,
⋅ 0  или вместо 0,000325 – 

3 25 1
3
,
⋅
−
0  и т. д.

7. Обязательно оценить правдоподобность численного 

ответа. Такая оценка поможет обнаружить ошибочность полученного результата. Если коэффициент полезного действия двигателя больше единицы по расчетам, то допущена 
ошибка, т. к. КПД любой машины не может быть больше 
единицы, элементарный заряд меньше 1 6 1
19
, ⋅
−
0
 Кл, а ско

рость больше скорости света, т. е. 3 1 9
⋅ 0  м/с. Во всех случаях 

необходимо проверить расчеты.

Только после изучения теории и решения тренировоч
ных задач по каждому разделу студент-заочник приступает 
к выполнению контрольных работ.

При выполнении контрольных работ придерживаются 

следующих правил:

1. Контрольные работы выполняют в обычной школьной 

тетради, на лицевой обложке которой приводятся сведения 
о студенте по следующему образцу:

Контрольная работа №2
по физике

Выполнил Иванов С. И.
Направление подготовки  «Агроинженерия», НГАУ
Курс 2
Шифр УМ 99163

Адрес: г. Куйбышев, ул. Ленина, 2, кв. 3

2. Контрольная работа выполняется чернилами. На стра
ницах тетради оставляют поля для замечаний рецензента.

3. Текст условия задачи должен быть переписан полно
стью. Ниже столбиком выписываются все данные из условия и необходимые величины из справочных таблиц, а далее 
все операции выполняют в соответствии с вышеописанными требованиями. Все записи должны быть аккуратными 
и выполнены разборчивым почерком.

4. В конце контрольной работы необходимо указать, ка
ким учебником или учебным пособием студент пользовался 
при изучении теоретического материала (автор, название 
учебника, год издания).

5. Перечень номеров задач для каждой контрольной ра
боты студент берет из таблицы по шифру (последняя цифра 

шифра – номер варианта в таблице). Замена номера задачи 
из таблицы другим номером или замена текста задачи, взятой из другого пособия, не допускается.

Примечание: для студентов, обучающихся по сокра
щенным ускоренным программам, контрольная работа № 1 
включает решение задач из табл. 1 и 2 (16 задач), а контрольная работа № 2 – решение задач из табл. 3 и 4 (также 
16 задач). (Таблицы для выбора номеров задач – на кафедре «Теоретической и прикладной физики»).

6. Контрольные работы высылаются на рецензию до на
чала экзаменационной сессии. Работы, поступившие на рецензию во время экзаменационной сессии, не рецензируются и не принимаются к защите.

7. По каждой контрольной работе с пометкой рецензента 

«к защите» проводится собеседование, а работу с пометкой 
«не зачтена» студент обязан переделать – исправить ошибки, объяснить их и выслать на повторную проверку.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА КУРСА ФИЗИКИ 

(Часть I)

Цели и задачи курса физики

1. Изучение основных физических явлений и идей.
2. Овладение фундаментальными понятиями, законами, 

теориями классической и современной физики, а также методами физического исследования.

3. Формирование научного мировоззрения и современ
ного физического мышления.

4. Овладение приемами и методами решения конкрет
ных задач из различных областей физики.

5. Формирование навыков проведения физического экс
перимента.

6. Формирование умений выделять конкретное физиче
ское содержание в прикладных инженерных задачах будущей специальности.

Раздел I. Физические основы механики

Введение. Кинематика материальной точки. Предмет 

физики и его связь со смежными науками. Механическое 
движение. Системы отсчета. Материальная точка. Траектория. Перемещение и путь. Скорость и ускорение. Тангенциальное и нормальное ускорения. Движение материальной 
точки по окружности. Связь между линейными и угловыми 
характеристиками движения.

Динамика материальной точки. Первый закон Нью
тона. Инерциальные системы отсчета. Взаимодействие тел. 
Сила, масса. Второй закон Ньютона. Импульс (количество 
движения). Третий закон Ньютона. Изолированная система 
материальных тел. Закон сохранения импульса.

Преобразование Галилея. Механический принцип от
носительности. Граница применимости классической механики.

Виды сил в механике. Сила упругости. Сила трения. 

Сила тяготения. Центральные силы. Понятие о поле сил. 
Гравитационное поле и его напряженность. Поле силы тяжести вблизи Земли.

Понятие об неинерциальных системах отсчета.
Работа. Работа переменной силы. Мощность. Консерва
тивные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия. 
Связь между силой и потенциальной энергией. Энергия 
упругодеформированного тела. Потенциал гравитационного поля и его градиент. Кинетическая энергия. Полная механическая энергия системы тел. Закон сохранения энергии 
в механике. Условия равновесия системы.

Динамика твердого тела. Понятие абсолютно твердого 

тела. Поступательное и вращательное движение тела. Число степеней свободы. Центр инерции (масс) твердого тела. 
Момент силы. Момент инерции. Основной закон динамики 
вращательного движения. Момент импульса. Закон сохранения момента импульса. Кинетическая энергия тела, вращающегося вокруг неподвижной оси.

Механические колебания. Периодические движения. 

Колебательные процессы. Гармонические колебания. Основные характеристики колебательного движения: амплитуда, фаза, частота, период. Уравнение гармонических колебаний. Сложение одинаково направленных колебаний. 
Сложение взаимно-перпендикулярных колебаний. Динамика гармонических колебаний. Свободные колебания. Квазиупругие силы. Математический и физический маятники. 
Кинетическая, потенциальная и полная энергия гармонического колебания. Гармонический осциллятор. Затухающие 
колебания. Вынужденные колебания. Резонанс.

Волновое движение. Образование волн. Продольные 

и поперечные волны. Волновая поверхность и фронт волны. 
Принцип Гюйгенса. Уравнение плоской волны. Длина волны. Принцип суперпозиции. Когерентные источники волн. 

Интерференция волн. Стоячие волны. Понятие о дифракции 
волн. Энергия волны. Вектор Умова.

Раздел II. Молекулярная физика и термодинамика

Термодинамические системы. Идеальный газ. Моле
кулярно-кинетический и термодинамический методы изучения макроскопических явлений. Тепловое движение 
молекул. Броуновское движение. Взаимодействие молекул. 
Состояние системы. Параметры состояния. Равновесное 
и неравновесное состояние. Равновесный и неравновесный 
процесс. Работа, совершаемая газом при изменении объема. 
Внутренняя энергия. Уравнение состояния идеального газа.

Физические основы молекулярно-кинетической тео
рии. Идеальный газ как молекулярно-кинетическая модель 
реальных газов. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов. Средняя кинетическая энергия поступательного движения одноатомной молекулы и ее связь 
с температурой. Число степеней свободы и средняя энергия 
многоатомной молекулы. Внутренняя энергия и теплоемкость идеального газа.

Распределение молекул газа по скоростям. Функция рас
пределения. Распределение Максвелла. Вероятный характер закона распределения. График распределения Максвелла. Наиболее вероятная, средняя арифметическая и средняя 
квадратичная скорости молекул. Распределение молекул 
по значениям кинетической энергии поступательного движения. Экспериментальная проверка распределения Максвелла. Идеальный газ в поле силы тяжести. Изменение 
концентрации частиц с высотой. Распределение Больцмана. 
Распределение Максвелла – Больцмана. Столкновение между молекулами, эффективный диаметр молекулы. Средняя 
длина свободного пробега.

Явления переноса. Тепловое движение и связанный 

с ним перенос массы, импульса и энергии. Диффузия, вяз

кость и теплопроводность в газах. Экспериментальные законы диффузии, вязкости и теплопроводности; молекулярнокинетический расчет коэффициентов диффузии, вязкости 
и теплопроводности.

Основы термодинамики. Основные законы термодина
мики. Первое начало термодинамики. Изопроцессы. Работа 
газа при различных процессах. Второе начало термодинамики. Тепловой двигатель. Круговые процессы. Цикл Карно. КПД цикла Карно.

Энтропия. Необратимые процессы. Приведенная те
плота. Энтропия. Вычисление энтропии. Изменение энтропии при необратимых процессах. Статистический смысл 
второго начала термодинамики. Связь энтропии и вероятности состояния. Флуктуация параметров состояния. Тепловая 
теорема Нернста.

Реальные газы. Отступление от законов идеальных га
зов. Размеры молекул. Взаимодействие молекул. Уравнение 
Ван-дер-Ваальса. Изотермы Ван-дер-Ваальса. Сравнение 
изотерм Ван-дер-Ваальса с экспериментальными изотермами. Критическое состояние. Критические параметры. Области однофазных и двухфазных состояний. Внутренняя энергия реального газа.

Жидкости. Ближний порядок в жидкостях. Характер те
плового движения в жидкостях. Радиус молекулярного действия. Поверхностный слой жидкости. Поверхностная энергия. Поверхностное натяжение. Явление смачивания. Краевой 
угол. Поверхностное давление. Капиллярные явления.

Твердые тела. Кристаллические и аморфные тела. По
нятие о характере теплового движения в твердых телах. 
Тепловое расширение и теплоемкость твердых тел. Закон 
Дюлонга и Пти. Агрегатные состояния вещества. Понятие 
фазы. Кристаллизация и плавление. Испарение и конденсация. Теплота фазового перехода. Условие равновесия фаз. 
Диаграмма состояния. Тройная точка.