ЛАБОРАТОРНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ ПО УЧЕБНОМУ ПРЕДМЕТУ УПОУ.01 ФИЗИКА в профессии. Для профессии 23.01.09 Машинист локомотива.
методическая разработка по физике (10, 11 класс)

Департамент образования, науки и молодежной политики Воронежской области

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Воронежской области

«Лискинский промышленно-транспортный техникум имени А.К. Лысенко»

(ГБПОУ  ВО «ЛПТТ имени А.К. Лысенко»)

ЛАБОРАТОРНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

ПО УЧЕБНОМУ ПРЕДМЕТУ

УПОУ.01       ФИЗИКА в профессии

название учебного предмета

для профессии

23.01.09     Машинист локомотива.

                                                                код                             название

Количество лабораторных и практических занятий по учебному предмету 20 часов

Лиски

Практическое занятие

форма текущего контроля

Решение задач  на определение средней скорости транспортного средства, длины тормозного пути локомотива.

Цель: сформировать умение вычислять среднюю скорость (маршрутная скорость транспортного средства), тормозной путь локомотива, ускорение на закруглениях пути.

По завершению практического занятия студент должен уметь: вычислять среднюю скорость, тормозной путь локомотива, ускорение на закруглениях пути.

     Продолжительность: 2 аудиторных часа (90 минут)

Необходимые принадлежности

1. Раздаточный материал.

Задание

1. Решить задачи.

  а). Половину пути поезд двигался со скоростью 72 км/ч, оставшийся участок со скоростью 36 км/ч. Определите среднее значение скорости движения.

б). Поезд движется 2/3 всего пути со скоростью 80 км/ч, а оставшуюся треть пути, чтобы "нагнать время", - со скоростью 160 км/ч. Чему равно среднее значение скорости поезда на всем участке пути?

в).   Поезд при скорости 150 км/ч начинает тормозить и останавливается, пройдя 425 м. Каким при этом было его ускорение? Является ли оно допустимым на железнодорожном транспорте?

г). С какой скоростью локомотив должен двигаться по закруглению 1 км, имея ускорение 0,9 м/с2?

Оформление отчета

1. Записи в тетрадях.

Контрольные вопросы

1. Что больше: маршрутная, конструкционная или эксплуатационная скорость транспортного средства?

2.  Какое значение ускорения считается допустимым и комфортным для пассажиров?

3. Каков тормозной путь поездов? электричек?

Литература

1.  [1] Касьянов В.А.. Физика. 10 кл. Базовый уровень : учебник. -5-е изд., стереотип. –М.: 2017. – 287с

2.  [5] Вереина Л.И. Техническая механика: учебник для УСПО-13-е изд.- М.: «Академия».2017.-224 с.
3.  [7] Дмитриева В.Ф. Физика: учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования-14-е изд., стер.- М.: Издательский центр «Академия», 2011.- 464 с.
4. [8] Кокин С.М., Селезнёв В.А Физика на железнодорожном транспорте: учебное пособие. - М.:1995, -159с.

Практическое занятие

форма текущего контроля

Решение задач на вычисление силы сцепления колес локомотива с рельсами.

Цель: сформировать умение вычислять силу сцепления колес локомотива с рельсами.

По завершению практического занятия студент должен уметь: вычислять силу сцепления колес локомотива с рельсами.

Продолжительность: 1 аудиторный час (45 минут)

Необходимые принадлежности

1. Раздаточный материал.

Задание

       1. Сопоставьте степень использования сцепного веса различными локомотивами.

 Графики зависимости коэффициента сцепления локомотивов от скорости.

 - (2) грузовые электровозы постоянного тока;

 - (1) грузовые электровозы переменного тока;

 - (3) пассажирские электровозы;

 - (4) тепловозы ТЭ10;

 - (5) остальные тепловозы.

5. Решите задачи.

а). Сколько груженых вагонов по 50 т может тащить по подъему в 10 м на 1 км пути локомотив, если его масса 200 т, коэффициент трения скольжения 0,15, а сила сопротивления движению составляет 0,003 от веса состава?

Дано:        Определить:

тв = 50 т = 50*   103 кг        п = ?

h= 10м

S = 10 km = 103m

тл = 200 т = 2*10 5кг

μс=0,15

Fсопр = 0,003 Р

б).  Масса и вес железнодорожного состава. В чем принципиальная разница?

       в).        Мы приводили ранее слова академика В.Н.Образцова:  "Опыты показывают, что по плохой грунтовой дороге сила, нужная для передвижения телеги, равна 0,1 веса телеги, по хорошей грунтовой дороге сила эта равна 0,05 от веса, по шоссе - 0,03 от веса, а по железной дороге - всего 0,003 от веса". Чем вы это объясните?

 г). На локомотив массой т = 200 т. На него действует горизонтальная сила F= 3кН. Коэффициент трения скольжения  μс = 0,15. Чему в этом случае равна сила сцепления между колесами и рельсами?

д).  По какому максимально возможному уклону может подняться локомотив без вагонов, если коэффициент трения скольжения μ =0,15. Сопротивление движению не учитывать.

Оформление отчета

1. Решение задач записать  в тетради.

Контрольные вопросы

1.  Какую природу имеет сила сцепления колес локомотива с рельсами?

2.  В каких случаях происходит уменьшение сцепления колес локомотива с рельсами?

3.  Когда коэффициент сцепления колеса с рельсом максимален?

Литература

1. [1] Касьянов В.А.. Физика. 10 кл. Базовый уровень : учебник. -5-е изд., стереотип. –М.: 2017. – 287с

2. [3] Афонин Г.С. Автоматические тормоза подвижного состава: учебник для СПО-1-е изд. М: «Академия».2012. -324с.
3. [4] Васько Н.М., Девятков А.С., Кучеров А.Ф. и др.Электровоз ВЛ-80с. Руководство по эксплуатации-М.: Транспорт, 1990.-454с.
4. [7] Дмитриева В.Ф. Физика: учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования-14-е изд., стер.- М.: Издательский центр «Академия», 2011.- 464 с.
5. [8] Кокин С.М., Селезнёв В.А Физика на железнодорожном транспорте: учебное пособие. - М.:1995, -159с.
6. [10] Пинский А.А., Граковский Г.Ю.  Физика: учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования/Под общ. ред. Ю.И. Дика, Н.С. Пурышевой. - 2-е  изд., испр. – М.: ФОРУМ: ИНТРА-М, 2004. -560 с.: ил.

Практическое занятие

форма текущего контроля

Решение задач на вычисление силы тяги локомотива.

Цель: сформировать умение вычислять силу тяги локомотива.

По завершению практического занятия студент должен уметь: вычислять силу тяги локомотива.

Продолжительность: 1 аудиторный час (45 минут)

Необходимые принадлежности

1. Раздаточный материал.

Задание

1. Решите задачи.

 в).  Состав  какой массы может привести в движение электровоз массой 180 т, если коэффициент трения скольжения колес о рельсы равен 0,2, а  коэффициент сопротивления качению поезда равен 0.006?

г). Поезд массой 1,5 тысячи тонн увеличил скорость с 5 м/с до 10 м/с в течение 2,5 мин. Определить силу, сообщающую поезду ускорение.

Решение

1. Краткая запись условия.

2. Графическая запись условия. Ввиду простоты рисунок не приводится. Положительное направление - по ходу поезда.

3. Решение в общем виде.

д) .  Задача  стр.36 Кокин С.М., Селезнёв В.А. Физика на железнодорожном транспорте.

Оформление отчета

1. Решение задач записать  в тетради.

Контрольные вопросы

1. Что собой представляет сила тяги локомотива?
2. От чего зависит сила тяги локомотива?
3. Почему масса локомотива большая? Можно ли её увеличивать чрезмерно?

Литература

1. [1] Касьянов В.А.. Физика. 10 кл. Базовый уровень : учебник. -5-е изд., стереотип. –М.: 2017. – 287с
2. [3] Афонин Г.С. Автоматические тормоза подвижного состава: учебник для СПО-1-е изд. М: «Академия».2012. -324с.
3.   [8] Кокин С.М., Селезнёв В.А Физика на железнодорожном транспорте: учебное пособие. - М.:1995, -159с.
4.     [9] Находкин В.М., Черепашенец Р.Г. Технология ремонта тягового подвижного состава: Учеб. для техникумов железнодорожного транспорта, М.: Транспорт. 1998. 461 с.

Практическое занятие

форма текущего контроля

Решение задач на определение момента сил двигателя локомотива.

Цель: сформировать умение вычислять момент сил двигателя локомотива.

По завершению практического занятия студент должен уметь: вычислять момент сил двигателя локомотива.

Продолжительность: 1 аудиторный час (45 минут)

Необходимые принадлежности

1. Раздаточный материал.

Задание

1. Решите задачи.

а). Определите радиус шестерни двигателя, если передаточное число редуктора i=4, радиус колеса 0.525 м?

б). Рассчитайте момент сил трения в подшипниках, если масса вагона 30 т, коэффициент трения в подшипнике 0,05, радиус оси колесной пары 0,05 м?

в). Определите движущую силу локомотива, если возникший момент силы 300 кН м, а радиус колеса локомотива 0,52 м.

Оформление отчета

1.Решение задач записать  в тетради.

Контрольные вопросы

1. Что собой представляет момент сила тяги локомотива?
2. Что такое передаточное число редуктора?
3. В каких случаях сила не вызывает вращение тела?

Литература

1. [1] Касьянов В.А.. Физика. 10 кл. Базовый уровень : учебник. -5-е изд., стереотип. –М.: 2017. – 287с
2.  [4] Васько Н.М., Девятков А.С., Кучеров А.Ф. и др.Электровоз ВЛ-80с. Руководство по эксплуатации-М.: Транспорт, 1990.-454с.
3.  [8] Кокин С.М., Селезнёв В.А Физика на железнодорожном транспорте: учебное пособие. - М.:1995, -159с.
4. [ [10] Пинский А.А., Граковский Г.Ю.  Физика: учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования/Под общ. ред. Ю.И. Дика, Н.С. Пурышевой. - 2-е  изд., испр. – М.: ФОРУМ: ИНТРА-М, 2004. -560 с.: ил.

Практическое занятие

форма текущего контроля

Решение задач на определение мощности двигателя.

Цель: сформировать умение вычислять мощность двигателя локомотива.

По завершению практического занятия студент должен уметь: мощность двигателя  локомотива.

Продолжительность: 2 аудиторных часа (90 минут)

Необходимые принадлежности

1. Раздаточный материал.

Задание

1. Решите задачи.

а). Двигатель локомотива  200 т  при скорости 1 м/с развивает усилие 10000 Н. Какую скорость мог бы иметь локомотив через 1 минуту после начала движения, если сопротивление движению принять равным нулю, а мощность двигателя считать во время движения постоянной?

Решение:

Мощность двигателя тележки Р — v ■ F  = 1000 Вт . Тогда работа, совершенная двигателем за время Δt:

  Отсюда скорость в конце 1-й минуты, если бы не было сопротивления, могла бы стать равной:

б). Тело массой m движется в горизонтальной плоскости по окружности радиуса R с постоянной по величине скоростью v. Чему равна совершенная за половину оборота тела работа, если сопротивление движению отсутствует?

в). На покоящееся тело массой т начала действовать постоянная сила F. Найдите зависимость кинетической энергии тела от времени t . Сопротивление движению отсутствует.

г). Поезд массой 300 т за 3 минуты развил скорость 200 км/ч. Какова была средняя мощность двигателей во время движения?

д). Состав массой т движется равномерно по горизонтальному участку пути со скоростью v . Сила сопротивления движению Fcmp = cv (где с - постоянный коэффициент). Во сколько раз нужно увеличить мощность двигателей локомотива, чтобы состав мог двигаться с той же скоростью на подъеме с углом наклона α?

е). Вагон, двигавшийся со скоростью v, ударяется в цепочку стоящих несцепленных вагонов одинаковой с ним массы. Что произойдет при таком соударении?

Оформление отчета

1. Решение задач записать  в тетради.

Контрольные вопросы

1. Какие ограничения имеет мощность двигателя локомотива?
2. Влияет ли мощность двигателя на скорость движения железнодорожного состава?
3. Какой закон лежит в основе работы гравитационно-вакуумного транспорта?

Литература

1.  [1] Касьянов В.А.. Физика. 10 кл. Базовый уровень : учебник. -5-е изд., стереотип. –М.: 2017. – 287с

2. [7] Дмитриева В.Ф. Физика: учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования-14-е изд., стер.- М.: Издательский центр «Академия», 2011.- 464 с.
3. [8] Кокин С.М., Селезнёв В.А Физика на железнодорожном транспорте: учебное пособие. - М.:1995, -159с.
4. [9] Находкин В.М., Черепашенец Р.Г. Технология ремонта тягового подвижного состава: Учеб. для техникумов железнодорожного транспорта, М.: Транспорт. 1998. 461 с.
5.  [11] Чарноцкая Л.П.  Железная дорога от А до Я.- М.: Транспорт,1990. - 208 с: ил.

Практическое занятие

форма текущего контроля

Решение задач по  определению глубины залегания дефектов в веществе.

Цель: сформировать умение вычислять глубину залегания дефектов в веществе.

По завершению практического занятия студент должен уметь: вычислять глубину залегания дефектов в веществе.

Продолжительность: 1 аудиторный час (45 минут)

Необходимые принадлежности

1. Раздаточный материал.

Задание

1.Решите задачи.

а). Проверяя рельсовый путь ударами по одному концу рельсовой плети, на другом её конце зафиксировали, что звук по рельсу дошел на 3с раньше, чем по воздуху. Чему равна длина плети, если скорость звука в воздухе 330 м/с, а в рельсе 5800 м/с?

б). Какова глубина залегания дефекта в рельсе, если, зафиксировали приход отраженного от дефекта сигнала через 4 мкс после его испускания? Скорость ультразвука в стали 5800 м/с.

в). Для обнаружения дефектов в рельсах пользуются ультразвуковым локатором (дефектоскопом). Ультразвуковая волна отражается от границы, разделяющей сталь от воздуха. При контроле  первый отраженный сигнал был обнаружен через 20 мкс, а второй через 150 мкс. Определить, на какой глубине был обнаружен дефект? Что фиксирует второй отраженный сигнал? На каком расстоянии находится вторая отражающая ультразвук поверхность. Скорость ультразвука в стали 5 .103 м/с.

Оформление отчета

1. Решение задач записать  в тетради.

Контрольные вопросы

1. Что называют ультразвуком?
2. Для чего  используют звуковые волны на железнодорожном транспорте?
3. В чём заключается метод неразрушающего контроля?

Литература

1.  [1] Касьянов В.А.. Физика. 10 кл. Базовый уровень : учебник. -5-е изд., стереотип. –М.: 2017. – 287с

2.  [7] Дмитриева В.Ф. Физика: учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования-14-е изд., стер.- М.: Издательский центр «Академия», 2011.- 464 с.
3.  [10] Пинский А.А., Граковский Г.Ю.  Физика: учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования/Под общ. ред. Ю.И. Дика, Н.С. Пурышевой. - 2-е  изд., испр. – М.: ФОРУМ: ИНТРА-М, 2004. -560 с.: ил.

Практическое занятие

форма текущего контроля

Решение задач по определению жесткости рессорных, буферных пружин.

Цель: сформировать умение вычислять жесткость  пружин.

По завершению практического занятия студент должен уметь: вычислять жесткость  пружин.

Продолжительность: 1 аудиторный час (45 минут)

Необходимые принадлежности

1. Раздаточный материал.

Задание

1. Решите задачи.

а). Каким будет прогиб рессор, если жесткость рессор 1,2*107 Н/м,  если масса вагона 50 т?

б). Как изменится частота колебаний пассажирского вагона при заполнении его пассажирами, если масса вагона -50 т, а он вмещает 40 человек (средний вес пассажира с багажом считать равным 100 кг)?

 в). Буферные пружины вагона (масса 60 т) сжимаются на 1 см при воздействии на них силой в 30 кН. Чему равна жесткость пружин и период возможных колебаний?

Оформление отчета

1.Решение задач записать  в тетради.

Контрольные вопросы

1. Колебания с какой частотой человек переносит особенно плохо?
2. Какие рессоры устанавливают в пассажирских вагонах?
3. Каково действие колебаний на железнодорожный путь?
4. Когда может возникнуть явление резонанса на железной дороге?

Литература

1.  [1] Касьянов В.А.. Физика. 10 кл. Базовый уровень : учебник. -5-е изд., стереотип. –М.: 2017. – 287с

2.  [4] Васько Н.М., Девятков А.С., Кучеров А.Ф. и др.Электровоз ВЛ-80с. Руководство по эксплуатации-М.: Транспорт, 1990.-454с.
3.  [8] Кокин С.М., Селезнёв В.А Физика на железнодорожном транспорте: учебное пособие. - М.:1995, -159с.
4. [9] Находкин В.М., Черепашенец Р.Г. Технология ремонта тягового подвижного состава: Учеб. для техникумов железнодорожного транспорта, М.: Транспорт. 1998. 461 с.
5. [10] Пинский А.А., Граковский Г.Ю.  Физика: учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования/Под общ. ред. Ю.И. Дика, Н.С. Пурышевой. - 2-е  изд., испр. – М.: ФОРУМ: ИНТРА-М, 2004. -560 с.: ил.

Практическое занятие

форма текущего контроля

Решение задач по определению объёмного и линейного расширений рельсов.

Цель: сформировать умение вычислять объёмное и линейное расширение рельсов.

По завершению практического занятия студент должен уметь: объёмное и линейное расширение рельсов.

Продолжительность: 1 аудиторный час (45 минут)

Необходимые принадлежности

1. Раздаточный материал.

Задание

1. Решите задачи.

а). Оцените, на какую величину укорачивается рельсовая плеть в морозную погоду (-30°С). Принять температурный коэффициент линейного расширения стали равным 12*10-6 К-1, длину одного перемещающегося концевого участка плети, измеренную про 0°С, -80 м. Силами трения пренебречь.

б). Одно из первых названий железной дороги –«чугунка», так как рельсы для нее изготавливают из чугуна. Рассчитайте, на сколько длина стального рельса при 50°С отличается от длины чугунного, если при -20°С длины рельсов были одинаковы (12,5 м). Термический коэффициент линейного расширения чугуна принять равным 10*10-6 К-1, а стали- 12*10-6К-1.

 в). Что произойдёт с отверстием, просверленном в рельсе, если рельс нагревается: увеличивается?  уменьшается?  останется неизменным?

Оформление отчета

1.Решение задач записать  в тетради.

Контрольные вопросы

1. Зачем делают зазоры на стыках рельсов?
2. Чем объясняется увеличение размеров предметов при нагревании?

Литература

1.  [1] Касьянов В.А.. Физика. 10 кл. Базовый уровень : учебник. -5-е изд., стереотип. –М.: 2017. – 287с

2. [4] Васько Н.М., Девятков А.С., Кучеров А.Ф. и др.Электровоз ВЛ-80с. Руководство по эксплуатации-М.: Транспорт, 1990.-454с.

3.  [8] Кокин С.М., Селезнёв В.А Физика на железнодорожном транспорте: учебное пособие. - М.:1995, -159с.

Практическое занятие

форма текущего контроля

Решение задач по использованию уравнений идеального газа на железнодорожном транспорте.

Цель: сформировать умение применять уравнений идеального газа для объяснения пневматического торможении, перевозку сжиженных газов.

По завершению практического занятия студент должен уметь: применять уравнений идеального газа для объяснения пневматического торможении, перевозку сжиженных газов.

Продолжительность: 1 аудиторный час (45 минут)

Необходимые принадлежности

1. Раздаточный материал.

Задание

1.Решите задачи.

а). Используя уравнение состояния идеального газа, докажите опасность перевозки легковоспламеняющихся жидкостей в железнодорожных цистернах.

б). В пневматической системе торможения температура 27°С, объём газа 16,62 л. В нём находится 6*1024 молекул кислорода и 12*1024 молекул азота. Чему равно давление в этой системе?

 в). Система пневматического торможения поезда имеет недостаток: поворотом крана машинист выпускает воздух из тормозной магистрали в атмосферу, однако спад давления в воздухораспределителях разных вагонов происходит не одновременно. Этот недостаток особенно заметен у длинных составов: слишком большое время требуется, чтобы атмосферное давление «добежало» до последних вагонов. Поезд тормозится не сразу, что может привести к аварии. Предложите способ, как, не отказываясь от принципа пневматического торможения, можно ликвидировать этот недостаток.

г). Средняя скорость движения молекул паров бензина в железнодорожной цистерне возросла в 2 раза. Во сколько раз возросла температура газа?

Оформление отчета

1.Решение задач записать  в тетради.

Контрольные вопросы

1. На каком явлении основан метод капиллярной дефектоскопии?
2. Как применяют сжатый воздух для очистки железнодорожного пути, стрелочных переводов от снега?
3. Для чего применяют явление переноса на железнодорожном транспорте?

Литература

1.  [1] Касьянов В.А.. Физика. 10 кл. Базовый уровень : учебник. -5-е изд., стереотип. – М.: 2017. – 287с

2. [7] Дмитриева В.Ф. Физика: учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования-14-е изд., стер.- М.: Издательский центр «Академия», 2011.- 464 с.
3. [8] Кокин С.М., Селезнёв В.А Физика на железнодорожном транспорте: учебное пособие. - М.:1995, -159с.
4.  [10] Пинский А.А., Граковский Г.Ю.  Физика: учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования/Под общ. ред. Ю.И. Дика, Н.С. Пурышевой. - 2-е  изд., испр. – М.: ФОРУМ: ИНТРА-М, 2004. -560 с.: ил.

Практическое занятие

форма текущего контроля

Решение задач по вычислению кпд тепловых двигателей, холодильных установок.

Цель: сформировать умение вычислять кпд тепловых двигателей, холодильных установок.

По завершению практического занятия студент должен уметь: вычислять кпд тепловых двигателей, холодильных установок.

Продолжительность: 2 аудиторных часа (90 минут)

Необходимые принадлежности

1. Раздаточный материал.

Задание

1.Решите задачи.

а). В дизельном двигателе 25 % энергии топлива уносится вместе с выхлопными газами, 35% - с охлаждающей водой, а 20% расходуется на трение и нагревание воздуха. Сколько полезной механической работы дает каждый килограмм сгоревшего дизельного топлива? Удельную теплоту сгорания топлива принять равной 42*106 Дж/кг.

Решение:

При сгорании 1 кг топлива ( т = 1 кг) выделяется количество теплоты Q = qm. Но на полезную работу расходуется только р = 20% этой теплоты: ∆А = Q. Таким образом, при сгорании 1 кг топлива полезная работа двигателя составляет

б). Для работы паровоза с кпд 7% необходим уголь, удельная теплота сгорания которого 30 106 Дж/кг, а для работы тепловоза (кпд 28%) - дизельное горючее (удельная теплота сгорания 42*106 Дж/кг). Во сколько раз можно уменьшить на локомотиве запас топлива, заменив паровоз на тепловоз?

в). Пользуясь рисунками, объясните, какие процессы происходят в двигателях, работающих по соответствующим циклам. Можно ли считать газ в рабочей камере двигателей идеальным?

1) цикл Отто (по  нему работают обычные карбюраторные двигатели автомобилей), состоящий (рис. 1) из изохоры ( V= const) 1-2 (к рабочему телу подводится тепло Q), адиабаты 2-3, изохоры 3-4 (тепло Q2 отводится к холодильнику) и адиабаты 4-1;

                                                  Рис.1

2) цикл Дизеля (в дизельных двигателях автомобилей, тепловозов, морских и речных судов), в котором тепло Q, подводится при изобарическом (р = const) расширении 1-2 (рис. 2), затем следует адиабатическое расширение 2-3. Тепло Q2 отводится к холодильнику при постоянном объеме (изохорическое охлаждение) 3-4 и затем следует адиабатическое сжатие 4-1;

                                                             Рис.2

3) смешанный цикл: 1-2 - изохора, 2-3 - изобара, 3-4 - адиабата, 4-5 - изохора, 5-1 - адиабата (рис.3).

                               Рис.3

г). Для функционирования идеальной холодильной машины, работающей по циклу Карно, необходимо за один цикл совершать работу 3,7 104 Дж. Машина забирает тепло от тела с температурой -13°С и передает тепло в окружающую среду с температурой +24°С. Найти количество теплоты, отнимаемой у охлажденного тела за один цикл.

Оформление отчета

1.Решение задач записать  в тетради.

Контрольные вопросы

1. Как определяется  КПД теплового двигателя?
2. Как можно повысить КПД теплового двигателя?

Литература

1.  [1] Касьянов В.А.. Физика. 10 кл. Базовый уровень : учебник. -5-е изд., стереотип. –М.: 2017. – 287с

2 . [8] Кокин С.М., Селезнёв В.А Физика на железнодорожном транспорте: учебное пособие. - М.:1995, -159с.

2.  [10] Пинский А.А., Граковский Г.Ю.  Физика: учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования/Под общ. ред. Ю.И. Дика, Н.С. Пурышевой. - 2-е  изд., испр. – М.: ФОРУМ: ИНТРА. - М, 2004. -560 с.: ил.
3. [11] Чарноцкая Л.П.  Железная дорога от А до Я.- М.: Транспорт,1990. - 208 с: ил.

Практическое занятие

форма текущего контроля

Решение задач по определению сопротивление обмоток,  характеристик  проводников.

Цель: сформировать умение рассчитывать сопротивление, длину, площадь поперечного сечения проводников.

По завершению практического занятия студент должен уметь: рассчитывать сопротивление, длину, площадь поперечного сечения проводников при монтаже электрических цепей.

     Продолжительность: 1 аудиторный час (45 минут)

Необходимые принадлежности

1. Раздаточный материал.

Задание

1. Решите задачи.

а). Участок цепи должен иметь сопротивление 8 Ом. Какой длины должен быть медный провод если площадь его поперечного сечения 0,5 мм2?

б).  Алюминиевый провод длиной 2,5 м имеет сопротивление 5 Ом. Какова площадь его поперечного сечения?

в). Провод  длиной 1 м с площадью поперечного сечения 0,6 мм2 имеет сопротивление 6 Ом. Из какого материала он изготовлен?

    г). Рассчитайте длину нихромовой проволоки площадью поперечного сечения 0,05 мм2, необходимой для изготовления спирали нагревателя мощностью 275 Вт, работающего от сети постоянного напряжения 220 В.

2. Исследуя измерения, ответьте на вопрос.

Меняя электрическое напряжение на участке цепи, состоящем из никелинового проводника площадью поперечного сечения 0,2 мм2,  получили данные измерений силы тока и напряжения, записанные в таблицу. Чему равна длина проводника?

Оформление отчета

1. Записи в тетрадях.

Контрольные вопросы

1. Каков физический смысл удельного сопротивления проводников?
2. От чего зависит сопротивление проводников?
3. Когда  в вашей профессии полезно выделение «Джоулева» тепла?

Литература

1.  [1] Касьянов В.А.. Физика. 10 кл. Базовый уровень : учебник. -5-е изд., стереотип. –М.: 2017. – 287с

2.  [7] Дмитриева В.Ф. Физика: учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования-14-е изд., стер.- М.: Издательский центр «Академия», 2011.- 464 с.
3. [8] Кокин С.М., Селезнёв В.А Физика на железнодорожном транспорте: учебное пособие. - М.:1995, -159с.
4.  [10] Пинский А.А., Граковский Г.Ю.  Физика: учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования/Под общ. ред. Ю.И. Дика, Н.С. Пурышевой. - 2-е  изд., испр. – М.: ФОРУМ: ИНТРА. - М, 2004. -560 с.: ил.

Практическое занятие

форма текущего контроля

Решение задач по вычислению кпд источников тока.

Цель: сформировать умение рассчитывать КПД, ЭДС, внутреннее сопротивление, мощность источников тока.

По завершению практического занятия студент должен уметь: рассчитывать КПД, ЭДС, внутреннее сопротивление, мощность источников тока.

     Продолжительность: 1 аудиторный час (45 минут)

Необходимые принадлежности

1. Раздаточный материал.

Задание

1. Выполнить экспериментальные задания.

Реостат со спиралями, рассчитанными на 1, 2, 2 и 5 Ом, включен в цепь батареи гальванических элементов с ЭДС ε =9 В и внутренним сопротивлением r=3Ом. С помощью реостата сопротивление внешней цепи  последовательно меняют от 0 до 10 Ом (с шагом ΔR =1 Ом). Найти зависимость мощности, выделяемой во внешней цепи, а также КПД источника тока от сопротивления внешней цепи. Построить графики этих зависимостей. Выяснить, при каком сопротивлении внешней цепи мощность электрического тока в ней максимальна. Каков при этом КПД батареи?

  Цепь состоит из батареи гальванических элементов, плавкого предохранителя, школьного реостата и ключа, соединённых последовательно.

Запишите самостоятельно, что дано, и кто-нибудь расскажет всем, что зафиксировал в отчёте.

Дано:                                  Вывод формул

ε =9 В

r =3 Ом

R = 0- 10 Ом

ΔR = 1 Ом

Найти зависимости

P(R) и η(R).

Построить графики

этих зависимостей.

Найти: 1) R, при

котором Pmax.

2) η, при котором Pmax.            

1. Вспомните, что такое мощность электрического тока. Запишите формулу, которая является определением мощности.

Ответ: Мощность электрического тока – величина, равная работе тока, совершаемой в единицу времени.

P=A/t     (1)

2. По какой  формуле можно найти работу тока на участке цепи?

Ответ:   A = I*U*t    (2)

Работа электрического тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения на концах этого участка и времени, в течение которого совершалась работа.

3. По какой формуле находится напряжение на участке цепи, если известны сила тока и сопротивление данного участка?

Ответ: U = I*R   (3)

Из закона Ома для участка цепи следует, что напряжение на концах участка цепи равно произведению силы тока на сопротивление этого участка.

4. Подставим выражение (3) в формулу работы тока (2) и получим ещё одну формулу для нахождения работы тока на участке цепи.

Ответ: A = I^2*R*t   (4)

5. Выражение для работы тока (4) подставим в формулу мощности тока (1). Что получится?

Ответ: P = I^2*R   (5)

Мощность во внешней цепи равна произведению квадрата силы тока на внешнее сопротивление.

6. Сформулируйте закон Ома для полной цепи и запишите его математическое выражение.

Ответ: Сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.

I = ε/(R+r )    (6)

7. Подставим выражение (6) в формулу (5) и получим формулу (7), по которой будем рассчитывать полезную мощность, то есть мощность, выделяющуюся во внешней цепи

P = ε^2*R/(R+r)^2     (7)

8. Проверим правильность полученной формулы, сделав действия с наименованиями физических величин:

[P] = [ В*В* Ом/Ом*Ом = В*В/Ом = А*В = Вт ]

При практическом использовании источников тока важна не только мощность, но и их коэффициент полезного действия.

9. Что такое КПД источника в цепи?

Ответ: КПД источника – это отношение полезной мощности к полной мощности, развиваемой источником.

η = P/Po   (8)

10. Как можно представить полную мощность источника, учитывая, что некоторая мощность Pi = I^2*r тратится бесполезно на выделение тепла внутри источника?

Ответ: Po = I^2*R + I^2*r     (9)

11. Подставим выражения (5) и (9) в формулу (8) и получим формулу для расчёта КПД  батареи.

Ответ: η = I^2*R/I^2*(R+r) = R/(R+r)      (10)

КПД зависит от сопротивления нагрузки.

2. Решите задачи.

а). Падение напряжения во внешней цепи равно U = 5,1 В. Определить ток в цепи, ЭДС и КПД источника тока, если его внутреннее сопротивление r = 1,5 Ом, а сопротивление цепи R = 8 Ом.

б).  При замыкании на внешнее сопротивление 4 Ом в цепи протекает ток 0.4 А, а при замыкании на сопротивлении 6 Ом протекает ток 0.3 А. Определите ток короткого замыкания источника.

в).    Найти ЭДС и внутреннее сопротивление гальванического элемента, если при одном положении движка реостата ток в цепи равен 1.2 А и напряжение на клеммах элемента 1.2 В, а при другом положении — соответственно 2 А и 0.8 В.

Оформление отчета

1. Записи в тетрадях.

Контрольные вопросы

1. Как изменяется полезная мощность, то есть мощность, выделяемая во внешней  цепи, с увеличением внешнего сопротивления?
2. При каком соотношении внешнего и внутреннего сопротивлений достигается максимальная мощность во внешней цепи?
3. Совместимы ли условия получения наибольшей полезной мощности и наибольшего КПД?
4. Каким должно быть для получения высокого КПД внутреннее сопротивление источника по сравнению с сопротивлением внешней цепи?

Литература

1.  [1] Касьянов В.А.. Физика. 10 кл. Базовый уровень : учебник. -5-е изд., стереотип. –М.: 2017. – 287с

2.  [4] Васько Н.М., Девятков А.С., Кучеров А.Ф. и др.Электровоз ВЛ-80с. Руководство по эксплуатации-М.: Транспорт, 1990.-454с.
3. [7] Дмитриева В.Ф. Физика: учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования-14-е изд., стер.- М.: Издательский центр «Академия», 2011.- 464 с.
4. [8] Кокин С.М., Селезнёв В.А Физика на железнодорожном транспорте: учебное пособие. - М.:1995, -159с.
5. [9] Находкин В.М., Черепашенец Р.Г. Технология ремонта тягового подвижного состава: Учеб. для техникумов железнодорожного транспорта, М.: Транспорт. 1998. 461 с.
6. [10] Пинский А.А., Граковский Г.Ю.  Физика: учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования/Под общ. ред. Ю.И. Дика, Н.С. Пурышевой. - 2-е  изд., испр. – М.: ФОРУМ: ИНТРА-М, 2004. -560 с.: ил.

Практическое занятие

форма текущего контроля

Решение задач по расчёту характеристик электродвигателей.

Цель: сформировать умения рассчитывать КПД электрических машин.

По завершению практического занятия студент должен уметь: рассчитывать КПД электрических машин.

     Продолжительность: 1 аудиторный час (45 минут)

Необходимые принадлежности

1. Раздаточный материал.

Задание

1. Решите задачи.

а). Рассчитайте КПД электродвигателя, если суммарные потери мощности составили 130 Вт, подведённая к электродвигателю мощность составила 1200 Вт.

б). Сила тока в первичной обмотке трансформатора, понижающего напряжение в 5,5 раз, равна 5 А. Найдите силу тока и напряжение во вторичной обмотке, если первичная подключена к сети с напряжением 220 В. Каков КПД трансформатора?

в). Электродвигатель постоянного тока работает при напряжении 220 В и силе тока 40 А. Полезная мощность двигателя 6,5 кВт. Чему равен КПД электродвигателя?

Оформление отчета.

1. Записи и расчеты  в тетрадях.

Контрольные вопросы

1.Каковы основные этапы передачи энергии на большие расстояния?

2. Какие электрические машины вам известны?

3. Какие потери энергии существуют при работе электрических машин?

Литература

1.    [2] Касьянов В.А. Физика. Базовый уровень.11 кл.: учебник. -2-е изд., стереотип. –М.: 2015. – 272 с.

2.  [7] Дмитриева В.Ф. Физика: учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования-14-е изд., стер.- М.: Издательский центр «Академия», 2011.- 464 с.
3. [8] Кокин С.М., Селезнёв В.А Физика на железнодорожном транспорте: учебное пособие. - М.:1995, -159с.

Практическое занятие

форма текущего контроля

Решение задач по расчёту магнитных цепей.

Цель: сформировать умение рассчитывать параметры магнитных цепей.

По завершению практического занятия студент должен уметь: рассчитывать параметры магнитных цепей.

     Продолжительность: 1 аудиторный час (45 минут)

Необходимые принадлежности

1. Раздаточный материал.

Задание

5. Решите задачи.

         Оформление отчета

1. Записи в тетрадях.

Контрольные вопросы

1. Какие цепи называют магнитными?
2. Чем отличаются поляризованные цепи от нейтральных? 

Литература

1.   [2] Касьянов В.А. Физика. Базовый уровень.11 кл.: учебник. -2-е изд., стереотип. –М.: 2015. – 272 с.

2. [4] Васько Н.М., Девятков А.С., Кучеров А.Ф. и др.Электровоз ВЛ-80с. Руководство по эксплуатации-М.: Транспорт, 1990.-454с.

3.  [7] Дмитриева В.Ф. Физика: учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования-14-е изд., стер.- М.: Издательский центр «Академия», 2011.- 464 с.
4. [8] Кокин С.М., Селезнёв В.А Физика на железнодорожном транспорте: учебное пособие. - М.:1995, -159с.

Практическое занятие

форма текущего контроля

Решение задач по расчёту характеристик и кпд трансформаторов.

Цель: сформировать умение рассчитывать характеристики и кпд трансформаторов.

По завершению практического занятия студент должен уметь: рассчитывать характеристики и кпд трансформаторов.

     Продолжительность: 1 аудиторный час (45 минут)

Необходимые принадлежности

1. Раздаточный материал.

Задание

1. Коллективное решение задачи.

Задача 1. Однофазный трансформатор ОМ-6667/35 работает как понижающий. Пользуясь его техническими данными приведенными в таблице , рассчитать: коэффициент трансформации; номинальные токи первичной вторичной обмоток; напряжение на вторичной обмотке U2 при активно-индуктивной нагрузке, составляющей 50% (β=0,5) от номинальной и cosφ2=0,8; к.п.д. при cosφ2–0,9 и нагрузке, составляющей 75% (β=0,75)от номинальной.

Таблица

Решение. Коэффициентом трансформации называется отношение высшего напряжения к низшему в режиме холостого хода независимо от того, является ли трансформатор повышающим или понижающим:

.

Номинальные токи первичной и вторичной обмоток определим из формулы номинальной мощности трансформатора:

;

;

.

Активно-индуктивная нагрузка трансформатора приводит к снижению напряжения на его вторичной обмотке U2, которое можно найти из формулы процентного изменения напряжения

,

где: ΔU – процентное изменение напряжения (в трансформаторах ΔU не превышает 1÷6%);
 – коэффициент нагрузки;
Ua и Uр – активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания, выраженные в процентах (; ).

Следовательно,

.

К.п.д. трансформатора

где: Р0 – мощность потерь при холостом ходе, равная сумме потерь в стали на гистерезис и вихревые токи;
Рк – мощность потерь в обмотках при коротком замыкании (при нагрузке, отличной от номинальной, мощность потерь в обмотках Pβ = β2 Pк.

Задача 2. Автотрансформатор, схема которого изображена на рис. 6.1, включен в сеть с напряжением U1=220 В. Напряжение на вторичных зажимах U2=180 В, ток нагрузки I2=10 А. Обмотка имеет ω1=500 витков. Определить площадь поперечного сечения провода, из которого сделана обмотка, если максимально допустимая плотность тока равна 2,5 А/мм2.

Решение. Коэффициент трансформации

.

Ток, потребляемый из сети,

.

Число витков, к которым присоединена нагрузка,

.

Ток, который течет по этим виткам,

.

В верхней части обмотки содержится  виток, сечение провода  мм2.

Сечение провода остальной части обмотки (409 витков)  мм2.

Если при прочих равных условиях изготовить не автотрансформатор, а трансформатор, то первичная обмотка из 500 витков имела бы сечение S1=3,272 мм2, а вторичная из 409 витков  мм2.

Таким образом, автотрансформаторная схема позволяет сэкономить значительное количество меди при изготовлении обмоток.

Оформление отчета

1. Записи в тетрадях.

Контрольные вопросы

1. В чем состоит режим холостого хода трансформатора?
2. Что называют коэффициентом трансформации трансформатора?
3. Почему на сердечнике трансформатора обмотки высшего и низшего напряжений размещают на общем стержне?

ЛИТЕРАТУРА

1.    [2] Касьянов В.А. Физика. Базовый уровень.11 кл.: учебник. -2-е изд., стереотип. –М.: 2015. – 272 с.

2.  [7] Дмитриева В.Ф. Физика: учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования-14-е изд., стер.- М.: Издательский центр «Академия», 2011.- 464 с.
3. [8] Кокин С.М., Селезнёв В.А Физика на железнодорожном транспорте: учебное пособие. - М.:1995, -159с.
4. [9] Находкин В.М., Черепашенец Р.Г. Технология ремонта тягового подвижного состава: Учеб. для техникумов железнодорожного транспорта, М.: Транспорт. 1998. 461 с.
5. [10] Пинский А.А., Граковский Г.Ю.  Физика: учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования/Под общ. ред. Ю.И. Дика, Н.С. Пурышевой. - 2-е  изд., испр. – М.: ФОРУМ: ИНТРА. - М, 2004. -560 с.: ил.

Практическое занятие

форма текущего контроля

Решение задач по расчёту параметров колебательного контура.

Цель: сформировать умение рассчитывать параметры колебательного контура.

По завершению практического занятия студент должен уметь: рассчитывать параметры колебательного контура.

     Продолжительность: 1 аудиторный час (45 минут)

Необходимые принадлежности

1. Раздаточный материал.

Задание

1. Разберите примеры расчетов реальных контуров.

а). Нужно сделать параллельный контур, имеющий резонанс на частоте 1 МГц. Ёмкость конденсатора  1000 пФ.   Найти индуктивность катушки.

Решение:

Для предварительного расчета есть упрощенная формула:

L=(159,1/F)2/C  где:
L – индуктивность катушки в мкГн;   С – емкость конденсатора в пФ;   F – частота в МГц

Получим:

L=(159,1/1)2 /1000 = 25 мкГн

Таким образом, если мы захотим контур на частоту 1 МГц, то нужен конденсатор на 1000 пФ и индуктивность на 25 мкГн. Конденсатор можно подобрать, а вот индуктивность нужно сделать самостоятельно.

б). Рассчитать число витков для катушки с индуктивностью 25 мкГн без сердечника, у которого диаметр каркаса – 5 мм.

Решение:

Расчет  можно выполнить по  формуле:

N=32 *√(L/D)   где:
N – требуемое число витков; L – заданная индуктивность в мкГн; D – диаметр каркаса в мм, на котором предполагается намотать катушку.

Предположим, диаметр каркаса – 5 мм, тогда:

N=32*√(25/5) = 72 витка.

Данная формула является приближенной, она не учитывает собственную межвитковую емкость катушки. Формула служит для предварительного вычисления параметров катушки, которые затем настраиваются при настройке контура.

В радиолюбительской практике чаще используются катушки с подстроечными сердечниками из феррита, имеющими длину 12-14 мм и диаметр 2,5 – 3 мм. Такие сердечники, например, применяются в контурах телевизоров и приемников. Для предварительного расчета числа витков для такого сердечника есть другая приближенная формула:

N=8,5*√L , подставляем значения для нашего контура N=8,5*√25 = 43 витка. То есть, в таком случае  потребуется намотать на катушку 43 витка провода.

Оформление отчета

1. Записи в тетрадях.

Контрольные вопросы

1. Что такое колебательный контур?
2. Какое превращение энергии происходит в колебательном контуре?
3. Для чего применяют колебательный контур?

Литература

1.    [2] Касьянов В.А. Физика. Базовый уровень.11 кл.: учебник. -2-е изд., стереотип. –М.: 2015. – 272 с.

2.  [7] Дмитриева В.Ф. Физика: учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования-14-е изд., стер.- М.: Издательский центр «Академия», 2011.- 464 с.
3. [8] Кокин С.М., Селезнёв В.А Физика на железнодорожном транспорте: учебное пособие. - М.:1995, -159с.
4. [9] Находкин В.М., Черепашенец Р.Г. Технология ремонта тягового подвижного состава: Учеб. для техникумов железнодорожного транспорта, М.: Транспорт. 1998. 461 с.

Практическое занятие

форма текущего контроля

Решение задач по расчёту характеристик фотоэлементов.

Цель: сформировать умение рассчитывать характеристики фотоэлементов.

По завершению практического занятия студент должен уметь: рассчитывать характеристики фотоэлементов.

     Продолжительность: 1 аудиторный час (45 минут)

Необходимые принадлежности

1. Раздаточный материал.

Задание

1. Начертить  вольтамперные характеристики для одного и того же фотоэлемента, если фотокатод освещать светом различной частоты (2 значения частоты).
2. Решите задачи.

а). При замене одного металла другим красная граница фотоэффекта λкр возрастает. Что можно сказать о работе выхода этих двух металлов?

б). Какова наименьшая частота света, при которой еще наблюдается фотоэффект, если работы выхода электрона из металла А = 3 эВ?

в). В опыте Столетова заряженная отрицательная цинковая пластинка облучалась светом от вольтовой дуги. До какого максимального потенциала зарядится цинковая пластинка, если она будет облучаться монохроматическим светом с длиной волны 324 нм (ближайший ультрафиолетовый свет)? Работа выхода   электрона из цинка равна Авых = 3,74 эВ.

Оформление отчета

1. Записи в тетрадях.

Контрольные вопросы

1. Что такое фотоэффект?
2. Что такое фотоэлементы?
3. Для чего применяют фотоэлементы?

Литература

1.   [2] Касьянов В.А. Физика. Базовый уровень.11 кл.: учебник. -2-е изд., стереотип. –М.: 2015. – 272 с.

2.  [7] Дмитриева В.Ф. Физика: учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования-14-е изд., стер.- М.: Издательский центр «Академия», 2011.- 464 с.

3. [8] Кокин С.М., Селезнёв В.А Физика на железнодорожном транспорте: учебное пособие. - М.:1995, -159с.