Tài liệu Scáh hướng dẫn học tập: Vật lý đại cương ( A1) pdf

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG ===== ===== SÁCH HƯỚNG DẪN HỌC TẬP VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG (A1) (Dùng cho sinh viên hệ đào tạo đại học từ xa) Lưu hành nội HÀ NỘI - 2005 Giới thiệu mơn học GIỚI THIỆU MƠN HỌC GIỚI THIỆU CHUNG: Môn Vật lý học môn khoa học tự nhiên nghiên cứu dạng vận động tổng quát giới vật chất để nắm qui luật, định luật chất vận động vật chất giới tự nhiên Con người hiểu biết điều để tìm cách chinh phục giới tự nhiên bắt phục vụ người Vật lý học nghiên cứu dạng vận động sau: Vận động cơ: chuyển động tương tác vật vĩ mô không gian thời gian Vận động nhiệt: chuyển động tương tác phân tử nguyên tử Vận động điện từ: chuyển động tương tác hạt mang điện photon Vận động nguyên tử: tương tác xảy nguyên tử, hạt nhân với electron electron với Vận động hạt nhân: tương tác hạt bên hạt nhân, nuclêon với Trong phần Vật lý đại cương A1 chương trình xét dạng vận động cơ, nhiệt điện từ Do mục đích nghiên cứu tính chất tổng quát giới vật chất, quy luật tổng quát cấu tạo vận động vật chất, đứng khía cạnh coi Vật lý sở nhiều môn khoa học tự nhiên khác hoá học, sinh học, học lý thuyết, sức bền vật liệu, điện kỹ thuật, kỹ thuật điện tử -viễn thông, kỹ thuật nhiệt… Vật lý học có quan hệ mật thiết với triết học Thực tế chứng tỏ phát minh mới, khái niệm, giả thuyết định luật vật lý làm phong phú xác thêm quan điểm triết học đồng thời Giới thiệu môn học làm phong phú xác tri thức người giới tự nhiên vơ vơ tận Vật lý học có tác dụng to lớn cách mạng khoa học kỹ thuật Nhờ thành tựu Vật lý học, khoa học kỹ thuật tiến bước dài trong nhiều lĩnh vực như: Khai thác sử dụng nguồn lượng mới: lượng hạt nhân, lượng mặt trời, lượng gió, lượng nước… Nghiên cứu chế tạo loại vật liệu mới: vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao, vật liệu vơ định hình, vật liệu nanơ, chất bán dẫn mạch tổ hợp siêu nhỏ siêu tốc độ … Tạo sở cho cách mạng công nghệ thông tin thâm nhập vào ngành khoa học kỹ thuật đời sống… MỤC ĐÍCH MƠN HỌC: Cung cấp cho sinh viên kiến thức Vật lý trình độ đại học, Tạo sở để học tốt nghiên cứu ngành kỹ thuật sở chuyên ngành, Góp phần rèn luyện phương pháp suy luận khoa học, tư logich, phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, Góp phần xây dựng giới quan khoa học tác phong khoa học cần thiết cho người kỹ sư tương lai PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU MƠN HỌC: Để học tốt mơn học này, sinh viên cần lưu ý vấn đề sau : 1- Thu thập đầy đủ tài liệu : ◊ Bài giảng Vật lý đại cương Võ Đinh Châu, Vũ Văn Nhơn, Bùi Xuân Hải, Học viện Công nghệ BCVT, 2005 ◊ Bài tập Vật lý đại cương Võ Đinh Châu, Vũ Văn Nhơn, Bùi Xuân Hải, Học viện Cơng nghệ BCVT, 2005 Nếu có điều kiện, sinh viên nên tham khảo thêm: Giới thiệu môn học ◊ Đĩa CD- ROM giảng điện tử Vật lý Đại cương Học viện Công nghệ BCVT ấn hành ◊ Vật lý đại cương; Bài tập Vật lý đại cương (tập I, II) Lương Dun Bình, Dư Trí Cơng, Bùi Ngọc Hồ Nhà Xuất Giáo dục, 2003 2- Đặt mục tiêu, thời hạn cho thân: Đặt mục mục tiêu tạm thời thời hạn cho thân, cố gắng thực chúng Cùng với lịch học, lịch hướng dẫn Học viện môn học môn học khác, sinh viên nên tự đặt cho kế hoạch học tập cho riêng Lịch học mơ tả tuần học (tự học) kỳ học đánh dấu số lượng công việc cần làm Đánh dấu ngày sinh viên phải thi sát hạch, nộp luận, kiểm tra, liên hệ với giảng viên Xây dựng mục tiêu chương trình nghiên cứu Biết rõ thời gian nghiên cứu bắt đầu nghiên cứu thử thực hiện, cố định thời gian hàng tuần Suy nghĩ thời lượng thời gian nghiên cứu để “Tiết kiệm thời gian” “Nếu bạn nhiều nghiên cứu”, bạn nên xem lại kế hoạch thời gian 3- Nghiên cứu nắm kiến thức đề cốt lõi: Sinh viên nên đọc qua sách hướng dẫn học tập trước nghiên cứu giảng môn học tài liệu tham khảo khác Nên nhớ việc học thông qua đọc tài liệu việc đơn giản so với việc truy cập mạng Internet hay sử dụng hình thức học tập khác Hãy sử dụng thói quen sử dụng bút đánh dấu dịng (highline maker) để đánh dấu đề mục nội dung, công thức quan trọng tài liệu 4- Tham gia đầy đủ buổi hướng dẫn học tập: Thông qua buổi hướng dẫn học tập này, giảng viên giúp sinh viên nắm nội dung tổng thể môn học giải đáp thắc mắc; đồng thời sinh viên trao đổi, thảo luận sinh viên khác lớp Thời gian bố trí cho buổi hướng dẫn khơng nhiều, đừng bỏ qua buổi hướng dẫn lên kế hoạch 5- Chủ động liên hệ với bạn học giảng viên: Giới thiệu môn học Cách đơn giản tham dự diễn đàn học tập mạng Internet Hệ thống quản lý học tập (LMS) cung cấp môi trường học tập suốt 24 giờ/ngày ngày/tuần Nếu khơng có điều kiện truy nhập Internet, sinh viên cần chủ động sử dụng sử dụng dịch vụ bưu phương thức truyền thông khác (điện thoại, fax, ) để trao đổi thông tin học tập 6- Tự ghi chép lại ý chính: Nếu đọc khơng khó cho việc ghi nhớ Việc ghi chép lại hoạt động tái kiến thức, kinh nghiệm cho thấy giúp ích nhiều cho việc hình thành thói quen tự học tư nghiên cứu -Trả lời câu hỏi ôn tập sau chương, Cuối chương, sinh viên cần tự trả lời tất câu hỏi Hãy cố gắng vạch ý trả lời chính, bước phát triển thành câu trả lời hoàn thiện Đối với tập, sinh viên nên tự giải trước tham khảo hướng dẫn, đáp án Đừng ngại ngần việc liên hệ với bạn học giảng viên để nhận trợ giúp Nên nhớ thói quen đọc ghi chép chìa khố cho thành cơng việc tự học! Chương - Động học chất điểm CHƯƠNG - ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM 1.1 MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU: Sau nghiên cứu chương 1, yêu cầu sinh viên: Nắm khái niệm đặc trưng chuyển động, hệ quy chiếu, vận tốc, gia tốc chuyển động thẳng chuyển động cong Nắm khái niệm phương trình chuyển động, phương trình quỹ đạo chất điểm Phân biệt dạng chuyển động vận dụng công thức cho dạng chuyển động 1.2 TÓM TẮT NỘI DUNG Vị trí chất điểm chuyển động xác định tọa độ hệ tọa độ, thường hệ tọa độ Descartes Oxyz, có trục Ox, Oy, Oz vng góc nhau, gốc O trùng với hệ qui chiếu Khi chất điểm chuyển động, vị trí thay đổi theo thời gian Nghĩa vị trí chất điểm hàm thời gian: G G r = r (t ) hay x=x(t), y=y(t), z=z(t) Vị trí chất điểm cịn xác định hồnh độ cong s, hàm thời gian s=s(t) Các hàm nói phương trình chuyển động chất điểm Phương trình liên hệ tọa độ khơng gian chất điểm phương trình quỹ đạo Khử thời gian t phương trình chuyển động, ta thu phương trình quỹ đạo Vectơ vận tốc G v = G G dr ds = dt dt đặc trưng cho độ nhanh chậm, phương chiều chuyển động, có chiều trùng với chiều chuyển động, có độ lớn bằng: 3.Vectơ gia tốc G G dv a= dt G G G dr ds = v=v = dt dt đặc trưng cho biến đổi véctơ vận tốc theo thời gian Nó gồm hai thành phần: gia tốc tiếp tuyến gia tốc pháp tuyến G Gia tốc tiếp tuyến a t đặc trưng cho thay đổi độ lớn vectơ vận tốc, có độ lớn: at = dv dt Chương - Động học chất điểm G có phương tiếp tuyến với quỹ đạo, có chiều chiều với véctơ vận tốc v G chuyển động nhanh dần, ngược chiều với v chuyển động chậm dần G G Gia tốc pháp tuyến a n (vng góc với a t ) đặc trưng cho biến đổi phương vectơ vận tốc, có độ lớn an = v , R G có phương vng góc với quỹ đạo (vng góc với a t ), hướng tâm quỹ đạo Như gia tốc tổng hợp bằng: G G G a = an + at Nếu xét hệ tọa độ Descartes thì: G G G G a = a x i + ay j + azk đó, ax= dv x d x = dt dt , ay= dv y dt = d 2y dt , az= dv z dt = d 2z dt Trường hợp riêng R = ∞, quĩ đạo chuyển động thẳng Trong chuyển động thẳng, an = 0, a = at Nếu at= const, chuyển động thẳng biến đổi Nếu t0= 0, ta có biểu thức: v= ds = v o + at dt at Δs = v t + 2 a Δs = v - v 02 Nếu s0 = Δs= s = vo t + at 2 , a s = v - v 02 Nếu a>0, chuyển động nhanh dần Nếu a0 nhanh dần đều, β0, a< 10 Thiết lập công thức cho toạ độ, vận tốc chất điểm chuyển động thẳng đều, chuyển động thay đổi đều, chuyển động rơi tự G G G G G G 11 Biểu diễn hình vẽ quan hệ vectơ β, R, a t , v, ω1 , ω trường hợp ω2 > ω1, ω2 < ω1 12 Khi vận tốc khơng đổi vận tốc trung bình khoảng thời gian có khác vận tốc tức thời thời điểm khơng? Giải thích 1.4 BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP A BÀI TẬP VÍ DỤ Chương - Động học chất điểm Thí dụ Một ô tô chuyển động đường trịn bán kính 50m Qng đường quỹ đạo có cơng thức: s = -0,5t2 + 10t + 10 (m) Tìm vận tốc, gia tốc tiếp tuyến, gia tốc pháp tuyến gia tốc tồn phần ơtơ lúc t = 5s Đơn vị quãng đường s mét (m) Lời giải G 1.Vận tốc ô tô lúc t: v = at ds = − t + 10 dt Lúc t = 5s, v =-5 +10 = 5m/s Gia tốc tiếp tuyến a t = an dv = −1m / s dt αα G a at < 0, tơ chạy chậm dần 2.Gia tốc pháp tuyến lúc t = 5s: an = v2 52 = = 0,5 m s 50 R Gia tốc toàn phần a = Vectơ gia tốc tồn phần góc α xác định bởi: tg α = a t2 + a n2 = + ,25 = 1,12 m s G a hợp với bán kính quĩ đạo (tức hợp với at +1 = = 2, ,5 an o G an ) o α = 63 25' 48' ' ≈ 63 26' Thí dụ Một vật ném lên từ mặt đất theo phương thẳng đứng với vận tốc ban đầu vo = 20 m/s Bỏ qua sức cản khơng khí, lấy gia tốc trọng trường g = 10 m/s2 a Tính độ cao cực đại vật thời gian để lên độ cao b Từ độ cao cực đại vật rơi tới mặt đất hết bao lâu? Tính vận tốc vật vật chạm đất Bài giải a Khi vật lên theo phương thẳng đứng, chịu sức hút trọng trường nên chuyển động chậm dần với gia tốc g ≈ 10m/s2; vận tốc giảm dần, đạt tới độ cao cực đại vận tốc không v = vo – gt1 = 0, với t1 thời gian cần thiết để vật từ mặt đất lên đến độ cao cực đại Từ ta suy ra: t = vo = 20 = 2s g Ta suy ra: độ cao cực đại: 10 h max = v o t - (Ta tính hmax theo cơng thức 10 v2 gt1 = o 2g =20m v2–v2o=2gs ... khía cạnh coi Vật lý sở nhiều môn khoa học tự nhiên khác hoá học, sinh học, học lý thuyết, sức bền vật liệu, điện kỹ thuật, kỹ thuật điện tử -viễn thông, kỹ thuật nhiệt… Vật lý học có quan hệ... gắng thực chúng Cùng với lịch học, lịch hướng dẫn Học viện môn học môn học khác, sinh viên nên tự đặt cho kế hoạch học tập cho riêng Lịch học mơ tả tuần học (tự học) kỳ học đánh dấu số lượng công... môn học này, sinh viên cần lưu ý vấn đề sau : 1- Thu thập đầy đủ tài liệu : ◊ Bài giảng Vật lý đại cương Võ Đinh Châu, Vũ Văn Nhơn, Bùi Xuân Hải, Học viện Công nghệ BCVT, 2005 ◊ Bài tập Vật lý đại