План коллоквиумов по физике для студентов 1 курса геологического факультета

ОСЕННИЙ СЕМЕСТР

 

Контрольные вопросы и задачи к коллоквиуму № 1

Тема: Кинематика и динамика материальной точки. Законы сохранения.

1. ВОПРОСЫ

  1. Относительность движения, системы отсчета. Закон движения. Тангенциальное и нормальное ускорение. Движение по окружности искусственного спутника Земли.
  2. Динамика материальной точки. Законы Ньютона. Силовые поля и основные фундаментальные взаимодействия. Виды сил в механике и их характеристики.
  3. Динамика системы материальных точек. Центр масс и закон движения центра масс. Момент силы и момент количества движения. Закон сохранения импульса и момента импульса.
  4. Работа и энергия. Кинетическая энергия движущегося тела. Консервативные и неконсервативные силы и работа, совершаемая ими.
  5. Потенциальная энергия. Закон сохранения и превращения энергии в механических системах. Космические скорости искусственных спутников и космических кораблей. Условия равновесия в механике.

II. ЗАДАЧИ

  1. При скорости ветра U1 = 10 м/с капля дождя падает под углом 30о к вертикали. При какой скорости ветра U2 капля будет падать под углом 45о?
  2. Камень, падающий свободно с нулевой начальной скоростью пролетел ворую половину пути за 1 с. С какой высоты он падал?
  3. Под действием силы F - 10 Н тело движется прямолинейно, так что зависимость пройденного пути S от времени дается уравнением S = A - Bt + Ct2, где С = 1 м/с. Найти массу тела.
  4. Тело, массой m = 0,5 кг движется так, что зависимость пройденного телом пути от времени дается уравнением S = A sin w t, где А = 5 см и w = p  рад/с. Найти силу F, действующую на тело через время t = 1/6 с после начала движения.
  5. Граната, летящая со скоростью V = 10 м/с, разорвалась на два осколка. Большой осколок, масса которого составляла 0,6 массы всей гранаты, продолжал двигаться в прежнем направлении, но с увеличенной скоростью U1 = 25 м/с. Найти скорость U2 меньшего осколка.
  6. Конькобежец массой М = 70 кг, стоя на коньках на льду, бросает в горизонтальном направлении камень массой m = 3 кг со скоростью V = 8 м/с. На какое расстояние откатится при этом конькобежец, если коэффициент трения коньков о лед составляет К = 0,027?
  7. Камень, массой m = 0,5 кг, привязанный к веревке длиной L = 50 см, равномерно вращается в вертикальной плоскости. Сила натяжения веревки в низшей точке окружности Т = 44 Н. На какую высоту поднимется камень, если веревка обрывается в тот момент, когда скорость направлена вертикально вверх?

 

Контрольные вопросы и задачи к коллоквиуму № 2

Тема: Движение твердого тела, инерциальные и неинерциальные системы, элементы теории относительности.
Механические колебания.

1. ВОПРОСЫ

  1. Момент инерции тела. Уравнение моментов. Теорема о переносе осей. Кинетическая энергия вращающегося тела. Гироскопы.
  2. Принцип относительности Галилея. Сложение скоростей и ускорений в неинерциальных системах. Второй закон Ньютона для неинерциальных систем. Силы инерции. Земля как неинерциальная система.
  3. Элементы специальной теории относительности. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Изменения размеров тел, массы и энергии.
  4. Механические колебания. Сложение гармонических колебаний. Свободные затухающие колебания. Вынужденные колебания. Резонанс.
  5. Упругие волны. Звуковые волны. Эффект Доплера. Сейсмические волны.
  6. Деформация тел и параметры ее определения. Закон Гука. Энергия упругой деформации. Хрупкость и пластичность. Пластическая деформация.
  7. Движение жидкости и газа. Закон Бернулли. Внутреннее трение. Ламинарные и турбулентные потоки. Число Рейнольдса. Подъёмная сила и лобовое сопротивление.

 

II. ЗАДАЧИ

1.

Тело весом Р скользит по наклонной плоскости под действием груза весом Q, прикрепленного к концу шнура. Шнур переброшен через вращающийся блок, который представляет собой однородный диск радиусом r и массой m и не проскальзывает по блоку. Коэффициент трения скольжения тела Р по наклонной плоскости равен К. С каким ускорением движутся тела и каковы силы натяжения шнура.

 

 

2.

Определить момент инерции тела, вращающегося вокруг оси 00’, походящей через центр тяжести. Тело состоит из двух одинаковых шаров массой m и диаметром d, скрепленных однородным стержнем массой 2m и длиной 4d.

   
  1. Однородный тонкий стержень длиной L и массой М может вращаться без трения вокруг неподвижной оси, проходящей через верхний конец стержня перпендикулярно его длине. В середину стержня ударяет пуля массой m, летящая горизонтально со скоростью V и застревает в стержне. На какой угол отклонится стержень после удара?
  2. Тонкий однородный стержень длиной L и массой m может свободно вращаться вокруг горизонтальной оси, проходящий через один из его концов. Вагон начинает двигаться горизонтально с ускорением а, направленным перпендикулярно оси вращения стержня. Найти величину и направление силы инерции, действующей на стержень во время движения вагона. На какой угол отклонится стержень от вертикали?
  3. Материальная точка массой m совершает гармонические колебания с циклической частотой w и амплитудой А0. Определить: а) скорость материальной точки в момент времени, когда смещение положительно и равно Х0; б) максимальную силу, действующую на материальную силы; в) полную энергию колеблющейся материальной очки.
  4. Определить логарифмический декремент затухания для математического маятника с L = 50 см, если за 8 мин колебаний маятник теряет 99 % своей энергии.

 

Контрольные вопросы и задачи к коллоквиуму № 3

Тема:. Молекулярная физика и термодинамика

1. ВОПРОСЫ

  1. Молекулярно-кинетическая теория вещества. Термодинамические параметры состояния. Количественные характеристики атомов и молекул.
  2. Статистический характер законов молекулярной физики. Элементы представления теории вероятностей. Определение среднестатистических значений физических параметров. Распределение Гиббса.
  3. Функции распределения вероятностей Максвелла. Понятие плотности состояний. Экспериментальная проверка распределения Максвелла.
  4. Распределение Больцмана. Барометрическая формула. Уравнение состояния идеального газа. Явление переноса (диффузия, теплопроводность, внутреннее трение).
  5. Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия. Теплота и работа. Закон распределения энергии по степеням свободы. Теплоемкость идеального газа пор постоянном объеме и давлении. Работа идеального газа при различных процессах.
  6. Второе начало термодинамики. Энтропия и ее связь с вероятностью состояния. Циклические процессы. Тепловые машины и холодильники. Цикл Карно и КПД тепловых машин. Термодинамические потенциалы.
  7. Реальные газы и жидкости. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Молекулярные силы в жидкостях. Поверхностное натяжение и капиллярные явления.
  8. Фазовые переходы и фазовые диаграммы. Критическое состояние. Скрытые теплоты фазовых превращений, уравнение Клайперона-Клаузиуса. Кристаллическое и аморфное состояние вещества. Способы определения кристаллических структур.

 

II. ЗАДАЧИ

  1. Температура Т окиси азота NO равна Т = 300 К. Найти долю молекул, cкорость которых находится в интервале скоростей от V1 820 м/c до V2 = 830 м/с.
  2. Молекулярный вес газа равен 44, отношение CP/CV = 1,33. Определить удельные теплоемкости СР и СV.
  3. Водород в объеме 5 л, находившийся под давлением 1 атм, адиабатически сжат до объема 1 л. Найти работу адиабатического сжатия.
  4. Нагреватель тепловой машины, работающей по циклу Карно, имеет температуру 200о С. Какова температура охладителя, если за чет каждой килокалории тепла, полученной от нагревателя, машина совершает работу 1,7 103 Дж. Потери на трение и рассеяние тепла не учитываются.
  5. Температура пара, поступающего в тепловую машину, t = 127о С, температура охладителя t2 = 27о С. Найти теоретически возможную максимальную работу при затрате количества тепла Q = 4,2 кДж.
  6. Найти изменение энтропии при превращении 100 г воды в пар при нормальном давлении.

 

ВЕСЕННИЙ СЕМЕСТР

 

Контрольные вопросы и задачи к коллоквиуму № 1

Тема: Электростатика. Постоянный электрический ток.

1. ВОПРОСЫ

  1. Взаимодействие электрических зарядов. Электрическое поле и его силовые характеристики. Поток напряженности электрического поля. Теорема Гаусса-Остроградского в интегральной и дифференциальной форме и ее следствия.
  2. Работа и энергия электростатического поля. Потенциал и его связь с напряженностью. Основные уравнения электростатики.
  3. Диэлектрики в электрическом поле. Поляризация диэлектриков, диэлектрическая проницаемость. Вектор электрической индукции. Теорема Гаусса-Остроградского для диэлектриков. Сегнетоэлектричество.
  4. Проводники в электрическом поле. Емкость, конденсаторы. Энергия электрического поля в конденсаторе.
  5. Постоянный электрический ток. Закон Ома в дифференциальной форме. Электродвижущая сила.
  6. Сопротивление проводников и его зависимость от температуры. сверхпроводимость. Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной и интегральной форме.
  7. Разветвленные электрические цепи. Параллельное и последовательное соединения я источников тока. Закон Ома для полной цепи. Правила Кирхгофа.

II. ЗАДАЧИ

  1. Определить напряженность электрического поля бсконечного равномерно заряженного стержня. Линейная плотность заряда равна t .
  2. По тонкому проволочному кольцу радиуса R, находящемуся в вакууме, равномерно распределен заряд q. Приняв ось кольца за ось Х, найти потенциал j на оси кольца как функцию координат.

3.

Элементы e 1 и e 2 включены в цепь, как показано на рисунке. Определить величины силы токов, текущих в сопротивлениях R1, R2, R3, если e 1 = 20 В, e 2 = 10 В, R1 = R2 = R3 = 40 Ом. Сопротивление соединительных проводов и элементов пренебречь.

4. Заряды распределены равномерно на поверхности двух концентрических сфер с радиусами 10 и 20 см, причем поверхности плотности зарядов на обеих сферах одинаковы. Найти плотность заряда s , если потенциал в центре сфер равен 300 В, а на бесконечности равен нулю.

5.

n одинаковых элементов с ЭДС e = 5 В и внутренним сопротивлением r = 0,2 Ом соединяют

а) последовательно,

б) параллельно (см. рисунок).

В том и другом случае батарею замыкают с помощью ключа К на внешнюю цепь, состоящую из С = 10 мкф и R = 20 Ом. Определить заряд на емкости в обоих случаях, если n = 10.

 

Контрольные вопросы и задачи к коллоквиуму № 2

Тема: Электромагнетизм. Переменный электрический ток. Электромагнитное пле..

1. ВОПРОСЫ

  1. Магнитное поле постоянных токов. Магнитная индукция. Закон Био-Савара-Лапласа. Теоремы о магнитном потоке и о циркуляции магнитного поля. Закон Ампера. Сила Лоренца.
  2. Вещество в магнитном поле. Намагниченность. Магнитные восприимчивость и проницаемость. Диамагнетизм, парамагнетизм. Ферромагнетизм. Температура Кюри. Доменная структура.
  3. Электромагнитная индукция. Закон Фарадея. Правило Ленца. Индуктивность длинного соленоида. Энергия магнитного поля. Взаимоиндукция. Трансформация токов и напряжений.
  4. Переменный электрический ток. Закон Ома для цепей переменного тока. Мощность переменного тока.
  5. Электромагнитные колебания. Дифференциальное уравнение собственных электромагнитных колебаний в контуре. Затухающие колебания. Добротность контура. Вынуждение колебания. Резонанс напряжений и токов.
  6. Электромагнитное поле. Вихревые электрические и потенциальные магнитные поля. Ток смещения. Уравнения Максвелла в интегральной форме. Электромагнитные волны и их свойства. Шкала электромагнитных волн.

 

II. ЗАДАЧИ

1.

По проволочному кольцу радиусом r течет ток силой I1. Точка М находится на оси кольца на расстоянии h1 от его центра. На расстоянии h2 от точки М параллельно плоскости кольца расположен бесконечный проводник, по которому течет ток силой J2. Определить величину и направление индукции магнитного поля в точке М.

 2

По двум проводникам, согнутым так, что они образуют правильный шестиугольник со стороной “а” (см. рис.) текут токи J1 и I2 в указанных направлениях. Определить величину направление индукции магнитного поля в центре шестиугольника.

 3

Два проволочных кольца с радиусами r1 и r2 расположены в параллельных плоскостях на расстоянии h так, что их центры находятся на одной оси. По большому кольцу течет ток, величины которого изменяется по линейному закону J0 (1 + a t), где a >0. Определить величину и направление ЭДС, наводимой в кольце меньшего радиуса.

 4

По бесконечному проводнику течет ток силой J/ На расстоянии h от него расположен параллельно оси отрезок проводника длиной l, по которому течет ток J в противоположном направлении. Определить величину и направление силы взаимодействия проводников.

 5

Внутри длинного соленоида (длина l и число витков N) находится виток проволоки (радиус витка r), ось которого совпадает с осью соленоида. По виткам соленоида течет ток, величина которого изменяется по закону J = J0t. Определить величину ЭДС, наводимую в указанном витке.

 

Контрольные вопросы и задачи к коллоквиуму № 3

Тема: Оптика. Строение атома и атомного ядра..

1. ВОПРОСЫ

  1. Физическая природа света. Излучение и поглощение света. Спектры, спектральный анализ.
  2. Равновесное излучение абсолютно черного тела. Формула Планка. Индуцированное излучение. Принцип действия лазера.
  3. Интерференция света. Когерентность. Оптическая разность хода. Распределение интенсивности света в интерференционной области. Интерференция в тонких пластинках.. Интерферометры.
  4. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля и Фраунгофера. Дифракционная решетка, спектры и спектрографы
  5. Дифракция рентгеновских лучей в кристаллах. Формула Вульфа-Бреггов. Определение кристаллической структуры минералов.
  6. Поляризация света. Закон Малюса. Закон Брюстера. Вращение плоскости поляризации. Мет оды поляризационного анализа горных пород.
  7. Нормальная и аномальная дисперсия света. Рассеяние света. Внешний фотоэффект. Законы Столетова. “Красная граница” фотоэффекта.
  8. Строение атома. Постулаты Бора. Особенности движения квантовых частиц. Гипотеза де Бройля. Принцип неопределенности Гейзенберга. Квантовые числа. Принцип Паули. Периодическая система Менделеева.
  9. Атомное ядро, его состав и характеристики. Энергия связи нуклонов в ядре и дефект массы. Взаимные превращения нуклонов. Естественная и искусственная радиоактивность. Цепная реакция деления урана. Термоядерный синтез и проблема управляемых термоядерных реакций.

 

II. ЗАДАЧИ

  1. Луч света выходит из скипидара в воздух. Предельный угол полного внутреннего отражения для этого луча b = 42о23. Найти скорость распространения света в скипидаре.
  2. Найти радиус r4 четвертой зоны Френеля, если расстояние от источника света до волновой поверхности а = 1 м, расстояние от волновой поверхности до точки наблюдения в = 1 м. Длина волны света l = 500 нм.
  3. На щель шириной а = 6l падает нормальнопараллельный пучок монохроматического света с длиной волны l . Под каким углом j будет наблюдаться третий дифракционный минимум света?
  4. На какое число штрихов N0 на единицу длины имеет дифракционная решетка, если зеленая линия ртути (l = 546,1 нм) в спектре первого порядка наблюдается под углом j  = 19о8?
  5. Найти угол l j между главными плоскостями поляризатора и анализатора, если интенсивность естественного света, проходящего через поляризатор и анализатор, уменьшается в четыре раза.