Пособие для проведения практических занятий

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

 «ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Колледж экономики, управления и права

 

 

Пособие для проведения практических занятий

по учебной дисциплине

 

ФИЗИКА

 

 

Специальности

Информационные системы (по отраслям)

Прикладная информатика (по отраслям)

 

Ростов-на-Дону

2018

 

Составители (авторы):

Джужук И.И., Шинакова С.В.

к.п.н., преподаватель физики преподаватель программирования

Рецензенты:

 

Пособие разработано с учетом ФГОС среднего профессионального образования специальностей «Информационные системы (по отраслям)» и «Прикладная информатика (по отраслям)».Предназначено для проведения практических работ по курсу физики.

 

 

Содержание

1 Перечень заданий. 4

Правила оформления отчета. 4

Задание № 1. 4

Задание № 2. 5

Задание № 3. 6

Задание № 4. 8

Задание № 5. 10

Задание № 6. 12

2 Программирование. 14

Система программирования Pascal АВС.. 14

Среда программирования Delphi Lite. 18

Список литературы.. 20

Перечень заданий

Правила оформления отчета

 

ü Отчет о работе оформляется каждой группой (1 на группу) в отдельной тетради (12 лист) или на бумаге А4.

ü Титульный лист оформляется печатным способом или пишется от руки печатными буквами (чертежным шрифтом). На титульном листе отображается информация: группа (общая), ФИО членов разработчиков программы, номер и название работы, дата сдачи результатов.

ü Содержание отчета печатается или оформляется аккуратным читаемым почерком.

 

 

Задание № 1

Бросок тела в поле притяжения планеты с переменной гравитацией

 

Условие:

Тело брошено возле поверхности планеты под некоторым углом к горизонту.

Задание:

Взяв начальные параметры (см. табл.)

1) разработать и представить в виде блока формул физическую модель явления;

2) разработать и представить в виде блока уравнений математическую модель явления;

3) выполнить теоретический расчет связи физических величин в соответствии с начальными параметрами своего варианта (см. табл.);

4) * разработать программу, позволяющую рассчитывать указанные физические величины (за дополнительные баллы).

 

Дополнительная информация:

1. Возле поверхности планеты на тело, брошенное под углом к горизонту, действуют сила тяжести () и сила сопротивления воздуха (F_сопр).

2. Движение тела описывается системой формул, позволяющих рассчитывать координаты тела и его скорость в любой момент времени.

3. Ускорение свободного падения в переменном гравитационном поле определяется уравнением g = g ₀ + k·t, где g ₀ — начальный уровень ускорения, k — коэффициент усиления гравитации.

4. Сила сопротивления воздуха при малых значениях скорости линейна значению скорости — F_сопр = j·v, где j — коэффициент пропорциональности.

 

Параметры

Параметры для всех групп (общие параметры):

g ₀ = 9,8 м/с²;

k= 0,98 м/с;

j = 0,001.

 

Параметры по группам:

 

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Начальная высота броска, (м)	5	10	15	20	25	20	15	10	5	0
Начальная скорость броска, (м/с)	10	15	20	25	30	35	40	20	25	30
Угол наклона начальной скорости броска к горизонту, (градусы)	30	35	45	40	0	40	35	60	50	65

 

 

Задание № 2

Вращение твердого тела (правило рычага)

 

Условие:

Материальное и весомое твердое тело, имеющее ось вращения находится в равновесии под действием тяжести самого тела, тяжести прикрепленного к телу груза и внешней силы. Необходимо сопоставить плечи приложенных сил и величину массы тела и груза.

Задание:

Взяв начальные параметры (см. табл.)

1) разработать и представить в виде блока формул физическую модель явления;

2) разработать и представить в виде блока уравнений математическую модель явления;

3) выполнить теоретический расчет связи физических величин в соответствии с начальными параметрами своего варианта (см. табл.);

4) * разработать программу, позволяющую рассчитывать указанные физические величины (за дополнительные баллы).

 

Дополнительная информация:

Плечо силы l (м) — кратчайшее расстояние от оси вращения тела до линии действия силы.

Момент силыМ (Н×м) — произведение силы на ее плечо.

M = Fl

Момент силы будем считать положительным, если сила вращает тело против направления вращения часовой стрелки, отрицательным — по направлению вращения часовой стрелки.

Тело находится в равновесии, если выполняются условия:  1) Векторная сумма внешних сил равна нулю. 2)Сумма моментов сил равна нулю.

l

F

 

X 1

X 2

m1g

m2g

 

Параметры по группам:

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
m1	0	0	0,5	0,5	0,5	1	1	1	1	1
m2	1	1	1	2	2	2	2	3	3	3
F	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?
l	1	1	1	2	1	1	2	2	1	1
x 1	0,3	0,4	0,1	0,2	0,3	0,2	0,2	0,1	0,2	0,3
x 2	0	0	0	0,05	0,05	0,1	0,1	0,05	0,05	0,1

Задание № 3

Движение воздушного шара

 

Условие:

Гондола с грузомзакреплена на воздушном шаре. Используя условие плавание тел и уравнение состояния идеального газа вывести соотношение между параметрами воздушного шара, находящегося в шаре воздуха и окружающей среды.

Задание:

Взяв начальные параметры (см. табл.)

1) разработать и представить в виде блока формул физическую модель явления;

2) разработать и представить в виде блока уравнений математическую модель явления;

3) выполнить теоретический расчет связи физических величин в соответствии с начальными параметрами своего варианта (см. табл.);

4) * разработать программу, позволяющую рассчитывать указанные физические величины (за дополнительные баллы).

 

Дополнительная информация

На тело, погруженное в жидкость (газ), действует выталкивающая (архимедова) сила F_A, численно равная весу жидкости (газа), содержащейся в объеме погруженной части тела, и направленная вертикально вверх:

,

где r_ж — плотность жидкости (газа);

V _т — объем погруженной части тела;

g =10 м/с² — ускорение свободного падения.

Условия плавания тел:

Ø если F_A < mg — тело тонет,

Ø если F_A = mg — тело плавает в жидкости (в газе),

Ø если F_A > mg — тело всплывает. 

 

 

Уравнение состояния газа (или уравнение Менделеева-Клапейрона) связывает эти основные макроскопические параметры газа между собой.

Это уравнение можно записать в следующих видах:

где p (Па) – давление;

V (м³) – объем;

Т (К) – температура;

N (–) – число частиц;

 (кг/моль) – молярная масса;

=6,02·10²³ моль^–1 – постоянная Авогадро;

R = 8,31 Дж/(моль·К) – газовая постоянная.

Так же это уравнение можно записать в виде:

где n = N / V (м^-3) — концентрация частиц.

 

Общие параметры

Нормальное давление атмосферы – 100 000 Па.

Молярная масса воздуха – 29 г/моль.

Параметры по группам:

 

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Масса груза (кг)	10	10	10	15	15	100	100	150	150	150
Масса оболочки шара (кг)	0	0	0	0	0	20	20	20	30	30
Объем шара (куб. м)	100	100	100	200	200	200	1000	1000	1000	1000
Масса необходимого для подъема газа (кг)	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?
Температура окружающего воздуха (° С)	10	20	30	25	- 10	- 20	- 25	40	45	40
Температура горелки (° С)	300	350	600	550	400	450	400	390	500	550
Молярная масса газа в оболочке (г/моль)	2	2	2	2	2	4	4	4	4	4

 

Задание № 4

Дополнительная информация

Количество теплотыQ (Дж) — это мера энергии, передаваемой системе в процессе теплообмена, т. е. без совершения механической работы.

1. Нагревание (охлаждение) тела.

Количество теплоты, поглощаемое телом при нагревании (выделяемое при охлаждении) определяется по формуле:

,

где с — удельная теплоемкость вещества,Дж/кг×К;

С = с m — теплоемкость тела,Дж/К.

Знак «+» ставят при нагревании, «–» — при охлаждении тела.

2. Плавление (кристаллизация) вещества.

Количество теплоты, поглощаемое в процессе плавления (выделяемое в процессе кристаллизации) определяется по формуле:

,

l — удельная теплота плавления вещества,Дж/кг.

Плавление и кристаллизация происходят при постоянной для каждого вещества температуре — температуре плавления.

3. Испарение (конденсация) вещества.

Количество теплоты, поглощаемое в процессе испарения (выделяемое в процессе конденсации) определяется по формуле:

,

где r — удельная теплота парообразования,Дж/кг.

Кипение происходит при постоянной для каждого вещества температуре кипения, зависящей от внешнего давления. 

4. Горение топлива.

Количество теплоты, выделяющееся при сгорании топлива, определяется по формуле:

,

где q — удельная теплота сгорания топлива,Дж/кг.

Уравнение теплового баланса: количество теплоты, которое выделяют тела равно количеству теплоты, которое поглощается другими телами с учетом тепловых потерь.

Q _выделh = Q _погл

 

Общие параметры

Температура кипения жидкости - 100°С;

Плотность жидкости – 1000 кг/м³;

Удельная теплоемкость жидкости — 4 200 (Дж/кг·К)

Коэффициент полезного действия системы - 0,85

Параметры по группам:

 

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Скорость течения носителя (м/с)	0,10	0,10	0,20	0,25	0,15	0,05	0,35	0,40	0,20	0,25
Площадь сечения трубы (кв. см)	5	6	5	10	15	25	15	20	25	30
Начальная температура теплоносителя (° С)	20	20	20	25	15	15	20	20	25	30

 

Задание № 5

Дополнительная информация

 

Уравнение свободных гармонических колебаний имеет вид

где a – ускорение тела,

x – смещение тела из положения равновесия,

w - циклическая частота колебаний.

Одним из условий существования свободных гармонических колебаний является то, что величина возвращающей в положение равновесия силы (в случае поплавка – силы Архимеда) пропорциональна величине смещения тела из положения равновесия.

Тогда, измерив по результатам наблюдений за поплавком, его циклическую частоту, можно определить силу Архимеда и плотность жидкости.

 

Общие параметры

Высота поплавка – 0,1 м;

Время фиксирования колебаний — 100 с.

Параметры по группам:

 

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Количество колебаний	50	65	250	10	12	20	525	75	115	54
Плотность материала поплавка, (г/см3)	0,6	0,45	0,30	0,65	0,80	0,45	0,50	0,50	0,65	0,65
Ускорение свободного падения на планете	10	15	35	5	2,5	5	190	25	45	10
Плотность жидкости водоема планеты, (г/см3)	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?

 

Задание № 6

Дополнительная информация

Закон радиоактивного распада.

Число радиоактивных N ядер убывает с течением времени t по закону:

,

где N ₀ – число ядер в момент времени t = 0;

e @ 2,72 – основание натуральных логарифмов,

l - радиоактивная постоянная (постоянная распада).

[l] – c^-1.

Период полураспада — время Т, в течение которого распадается половина первоначального количества радиоактивных ядер.

Связь между периодом полураспада и радиоактивной постоянной:

.

Активность радиоактивного вещества равна числу ядер, распавшихся за единицу времени:

A = l N.

 

Параметры по группам:

 

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Период полураспада радиоактивного вещества, Т (час)	4	10	24	20	24	5	10	8	16	20
Изменение активности излучения радиоактивного вещества, А/А0	0,25	0,16	0,01	0,35	0,50	0,05	0,15	0,20	0,25	0,25
Прошедшее время, t (час)	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?

 

Программирование

Операторы ввода-вывода

Write(B1,B2,…,Bn);

гдеB1,B2,…,Bn – выражениятипов: Integer, Char, Real, String, Boolean.

Writeln(B1, B2,…, Bn); - отличается от первого тем, что после вывода последнего значения курсор переводится в начало следующей строки экрана.

Writeln; - выводит пустую строку.

Write(123.456); на экране – 123.456

Write(‘Моя первая задача’); на экране – Моя первая задача

Write(1/3); на экране – 0.333333333333333

Для удобства восприятия вывода существует возможность задания маски. Она задается в следующем виде:

Write(A: N: M);

N –общее число позиций, отводимых под значение A, включая точку для разделения целой и дробной части

М – целая константа, обозначающая число позиций, отводимых под дробную часть.

Пример:

Write(123.456:10:4);на экране – 123.4560

Пример 1:

Рисунок 1 – Пример форматированного вывода

Пример 2:

 Вывести на экран фразу – «Моя первая программа»

Решение:

Program pr1;

Begin

Writeln(’Моя первая программа’);

End. 

 

Оператор ввода значений с клавиатуры имеет вид:

Read(A1,A2,…,An);

гдеA1, A2,…,An – именапеременных.

Readln(B1, B2,…, Bn);

Программа должна быть понятна любому пользователю, поэтому ее надо писать для диалога с компьютером.

Пример 3:

Program pr3;

varv,t:real; //v-скорость, t- время; переменные – дробные числа

Begin

Writeln(’Программа для вычисления расстояния’);

Writeln(‘Введите скорость – км/ч’);

Readln(v);

Writeln(‘Введите время - ч’);

Readln(t);

Writeln(‘Расстояние = ‘,v*t, ‘ км’);

End.

Результат выполнения программы представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 – Результат программы

Рассмотренные в примерах алгоритмы решения задач, относятся к линейным, так как в них действия выполняются последовательно одно за другим.

Если в задаче необходимо принять решение, которое зависит от каких-либо условий, то алгоритм называется разветвленным. Для его описания применяют условный оператор:

IFусловие THEN действие1ELSEдействие2;

Пример 4:

Program pr4;

Varx,y:integer;

Begin

Writeln ('Введитекоординатыточки');

readln (x,y);

If (x>0) and (y>0) then

writeln ('Точка находится в 1й четверти')

else

If (x<0) and (y>0) thenwriteln ('Точка находится во 2й четверти')

else

If (x<0) and (y<0) thenwriteln ('Точка находится в 3й четверти')

Elsewriteln ('Точка находится в 4й четверти');

end.

Данная программа демонстрирует применение условного оператора и логической операции «И»(and). Могут быть использованы логические операции: not – «не», or – «или».

Условный оператор может применяться для проверки вводимых данных. Если данные введены верно, то выполнится необходимое действие, иначе можно осуществить переход к возврату ввода данных. В этом случае можно применить оператор безусловного перехода GOTO.

Для применения оператора безусловного перехода необходимо описать метку label<имя метки>. Имя метки нужно указать после слова Goto.

Пример 5:

В данном примере был использован составной оператор.

Составной оператор– это группа операторов,заключенная в операторныескобки begin... end.

Если пропустить операторные скобки, программа будет работать не корректно.

В задачах могут быть кроме переменных и константы.

Для их описания применяется синтаксис:

CONST<имя константы>=<значение>;

Пример:

Список литературы

 

1. О.Ф. Кабардин. Физика, справочные материалы. Учебное пособие для учащихся. М.: Просвещение, 2015.

2. Элементарный учебник физики. Под. ред. Г.С. Ландсберга. М.: Просвещение, 2014.

3. А.П. Рымкевич. Сборник задач по физике. М.: Дрофа, 2014

4. Г.Н. Степанова. Сборник задач по физике. М.: Просвещение, 2014.

5. А.А. Пинский, Г.Ю. Граковский. Физика. М.: Форум-Инфра-М., 2015

 

 

Учебное издание

Составители:

Джужук Игорь Иванович

Шинакова Светлана Викторовна

 

Пособие для проведения практических работ по дисциплине 

ФИЗИКА

специальности:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

 «ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Колледж экономики, управления и права

 

 

Пособие для проведения практических занятий

по учебной дисциплине

 

ФИЗИКА

 

 

Специальности