Физика Содержание дисциплины Тема 1 Кинематика и

Физика

Содержание дисциплины Тема 1. Кинематика и динамика материальной точки. Тема 2. Работа и энергия. Тема 3. Механические колебания и волны. Тема 4. Основы молекулярно-кинетической теории. Тема 5. Электричество. Тема 6. Магнетизм. Тема 7. Оптика и оптические явления. Тема 8. Взаимодействие света с веществом. Тема 9. Физика атома и элементарных частиц. Основы ядерной физики. Учебная литература: • • Савельев И. В. Курс общей физики. В 5 кн. / И. В. Савельев. - М. : АСТ, 2005. Трофимова Т. И. Курс физики / Т. И. Трофимова. – М. : Высшая школа, 2002 Зисман Г. А. Курс общей физики: учебное пособие: в 3 т. / Г. А. Зисман, О. М. Тодес. - СПб. : Лань, 2007 Волькенштейн В. С. Сборник задач по общему курсу физики / В. С. Волькенштейн. - М. : Наука, 2005

Кинематика и динамика материальной точки. Кинематика поступательного и вращательного движения. Законы динамики. Уравнения движения материальной точки. Механическое движение Система отсчета – это совокупность системы координат, связанной с телом отсчета, и системы отсчета времени. Материальная точка – тело, размерами которого в условиях данной задачи модно пренебречь: - когда размеры тела очень малы и несущественны для данной задачи, - когда движение тела является поступательным Виды движения твердого тела: - поступательное, - вращательное, - плоское, - вокруг неподвижной точки, - свободное Поступательное движение – движение, при котором любая прямая, связанная с телом, остается параллельной самой себе

Скорость Вычисление пройденного пути Путь – расстояние между точками 1 и 2, отсчитанное вдоль траектории Перемещение – прямолинейный отрезок, проведенный из точки 1 в точку 2.

Ускорение

Ускорение при криволинейном движении

Задание № 2 Точка М движется по спирали с равномерно возрастающей скоростью в направлении, указанном стрелкой. При этом величина полного ускорения точки … 1. 2. 3. 4. Увеличивается Уменьшается Не изменяется Равно нулю

Задание № 5 Материальная точка движется с постоянной по величине скоростью вдоль плоской кривой. Ее полное ускорение максимально… 1. 2. 3. В точке 1 траектории В точке 2 траектории В точке 3 траектории

Движение тела, брошенного под углом к горизонту или брошенного горизонтально с некоторой высоты

Задание № 6 Два тела брошены под одним и тем же углом к горизонту с начальными скоростями V 0 и 2 V 0. Если сопротивлением воздуха пренебречь, то соотношение дальностей полета S 2/S 1 равно … Задание № 7 Камень бросили под углом к горизонту со скоростью V 0. Его траектория в однородном поле тяжести изображена на рисунке. Сопротивления воздуха нет. Модуль тангенциального ускорения на участке А-В-С … Варианты ответов: 1) увеличивается 2) уменьшается 3) не изменяется Задание № 8 Тело брошено с поверхности земли со скоростью V 0 =20 м/с под углом α=60° к горизонту. Найти радиус кривизны траектории в верхней точке.

Кинематика вращательного движения Правило правого винта

Задание № 9 Диск равномерно вращается вокруг вертикальной оси в направлении, указанном на рисунке белой стрелкой. В некоторый момент времени к ободу диска была приложена сила, направленная по касательной. При этом правильно изображает направление углового ускорения диска вектор … Задание № 10 Твердое тело вращается вокруг неподвижной оси. Скорость точки, находящейся на расстоянии 10 см от оси, изменяется со временем в соответствии с графиком, представленным на рисунке. Угловое ускорение тела (в единицах СИ) равно … 1. 5 2. 0, 5 3. 0, 05 4. 50

Законы Ньютона 1. Всякое тело находится в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения, пока на него не действуют силы или равнодействующая сил, действующих на тело, равна нулю. 2. Изменение количества движения пропорционально приложенной силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует. (Скорость изменения импульса тела равна действующей на тело силе). 3. Силы, с которыми действуют друг на друга взаимодействующие тела, равны по величине и противоположны по направлению.

Первый закон Ньютона Всякое тело находится в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения, пока на него не действуют силы или равнодействующая сил, действующих на тело, равна нулю. Иначе, скорость тела остается постоянной, пока воздействие других тел на это тело не вызовет ее изменения. Первый закон Ньютона выполняется в инерциальных системах отсчета. Существуют такие системы отсчета, в которых тело движется прямолинейно и равномерно, если оно не подвержено действию других тел. Системы отсчета, движущиеся относительно инерциальных систем с ускорением, называются неинерциальными.

Третий закон Ньютона Выполняется в случае контактных взаимодействий, а также при взаимодействии находящийся на расстоянии друг от друга покоящихся тел.

Задание № 11 Теннисный мяч летел с импульсом в горизонтальном направлении, когда теннисист произвел по мячу резкий удар длительностью Δt=0, 1 с. Изменившийся импульс мяча стал равным (масштаб указан на рисунке). Средняя сила удара равна … Варианты ответов: 1) 0, 5 Н 2) 5 Н 3) 50 Н 4) 30 Н Задание № 12 Импульс тела р1 изменился под действием кратковременного удара и стал равным р2 , как показано на рисунке. В момент удара сила действовала в направлении… Варианты ответов: 1) 3 2) 2 3) 1 4) 4

Силы

Законы сохранения Система – совокупность тел, выбранных для рассмотрения. Внутренние силы – силы, с которыми остальные тела системы взаимодействуют с данным телом. Внешние силы – силы, обусловленные действием на тело не принадлежащих системе тел. Система тел, взаимодействующих только между собой и не взаимодействующих с другими телам, называется замкнутой. Для замкнутых систем остаются неизменными: энергия, импульс, момент импульса, откуда следуют три закона сохранения.

Кинетическая энергия Уравнение движения частицы F – результирующая всех действующих на частицу сил Умножим правую и левую части уравнения на перемещение частицы ds=vdt Так как система замкнута, то F=0 Кинетическая энергия

Работа, совершаемая силой F на пути ds Работа характеризует изменение энергии, обусловленное действием силы на движущуюся частицу Величина A есть работа силы F на пути 1 -2 Работа результирующей всех сил, действующих на частицу, идет на приращение кинетической энергии частицы

Работа, совершаемая силой F на пути ds где α – угол между направлением силы и перемещения точки приложения силы. Работа, совершаемая за единицу времени, называется мощностью Единица работы – джоуль – это работа, совершаемой силой в 1 Н на пути 1 м. Единица мощности – ватт – мощность, при которой за единицу времени совершается работа, равная единице (1 Вт=1 Дж/с)

Консервативные силы Полем сил называют область пространства, в каждой точке которого на помещенную туда частицу действует сила, закономерно меняющаяся от точки к точке. Поле сил, величина которой зависит только от расстояния до неподвижного центра F=F(r), называется центральным. Если во всех точках поля силы, действующие на частицу, одинаковы по величине и направлению, поле называется однородным. Поле, изменяющееся со временем, называется нестационарным. Поле, остающееся постоянным во времени, называется стационарным. Если для стационарного поля работа сил поля зависит только от начального и конечного положения частицы, но не зависит от пути, такое поле называется консервативным. Для консервативных сил работа на замкнутом участке пути равна нулю. Диссипация – процесс перехода механической энергии в немеханические виды энергии (например, во внутреннюю энергию тел). Силы, приводящие к диссипации, называются диссипативными.

Консервативные силы : 1). Силы, для которых работа на замкнутом участке пути равна нулю. 2). Силы, для которых работа не зависит от пути, по которому частица переходит из одного положения в другое. Сила тяжести является консервативной.

Потенциальная энергия Поле называется потенциальным, если его можно описать с помощью функции П(x, y, z, t), называемой потенциалом, градиент которой определяет силу поля в каждой его точке Градиент – вектор, показывающий направление наискорейшего возрастания некоторой скалярной величины П, значение которой меняется от точки к точке. Если потенциал явно не зависит от времени, т. е. П=П(x, y, z), то потенциальное поле оказывается стационарным, а силы поля – консервативными. П(x, y, z)= – U(x, y, z)

Закон сохранения механической энергии Полная механическая энергия системы невзаимодействующих тел, на которые действуют лишь консервативные силы, остается постоянной В поле сил тяжести потенциальная энергия имеет вид Закон сохранения механической энергии Полная механическая энергия системы тел, на которые действуют лишь консервативные силы, остается постоянной

Центр масс (центр инерции) системы – точка, положение которой задается радиус-вектором, определяемым формулой Скорость центра масс Импульс системы частиц Для замкнутой системы т. е. центр замкнутой системы или движется прямолинейно и равномерно или покоится

Задача № 13 Камень брошен горизонтально со скоростью Vx=10 м/с. Найти радиус кривизны траектории камня через t=3 c после начала движения. Задача № 15 Два тела с массами m 1=10 г, m 2=15 г связаны невесомой нитью, перекинутой через блок, установленный на наклонной плоскости (см. рисунок). Найти ускорение, с которым будут двигаться тела, если угол наклона плоскости α=30°. Трением пренебречь.

Колебания – процессы, отличающиеся той или иной степенью повторяемости. В зависимости от физической природы различают колебания: 1. Механические. 2. Электромагнитные. 3. Электромеханические и т. д. В зависимости от характера воздействия на колеблющуюся систему различают колебания: 1. Свободные (собственные) – колебания в системе, предоставленной самой себе, после того, как ее вывели из состояния равновесия. 2. Вынужденные – колебания в системе под действием внешней периодически изменяющейся силы. 3. Автоколебания – колебания в системе под действием внешней силы, однако моменты времени, в которые эта сила действует, задаются самой системой. 4. Параметрические – при колебаниях под действием внешней силы происходит периодическое изменение какого либо параметра системы, например, длины нити, на которой подвешен колеблющийся шарик.

Молекулярная физика Основы молекулярно-кинетической теории. Масса молекул и число Авогадро. Основные газовые законы и обобщенное уравнение состояния идеального газа. Понятие температуры. Шкала температур. Агрегатные состояния вещества. Основы термодинамики.

Количество вещества

Первое начало термодинамики Изменить внутреннюю энергию системы можно, совершив над системой работу внешними силами или путем теплопередачи. Количество теплоты, сообщенное системе, идет на приращение внутренней энергии системы и на совершение системой работы над внешними телами

Изопроцессы Изобарный процесс Изохорный процесс

Задача № 1 Закрытий горизонтальный цилиндр разделен на две части подвижным поршнем. По одну сторону поршня в цилиндре имеется некоторое количество молей газа при температуре t 1= – 73°C, по другую сторону такое же количество молей этого газа при температуре t 2= +27°C. Поршень находится в равновесии. Определить объемы V 1 и V 2, занимаемые газом, если общий объем равен V=500 см 3. Задача № 2 Газ нагрет от температуры t 1= 27°C до t 2= 39°C. Насколько процентов увеличился объем, если давление осталось неизменным?

Электричество и магнетизм Электрические заряды и электрический ток. Электрическое поле. Напряженность электрического поля и потенциал. Сила тока. Проводники и изоляторы. Электрическое сопротивление. Удельное сопротивление проводников, зависимость сопротивления от температуры. Магнитное поле и электромагнитная индукция. Взаимодействие электрических токов. Закон Ампера. Магнитная индукция и напряженность магнитного поля. Магнитное поле Земли. Физические явления в магнитном поле Земли

Фундаментальные свойства заряда: 1) Электрический заряд существует двух видов – положительный и отрицательный. 2) В любой электрически изолированной системе алгебраическая сумма зарядов не изменяется – закон сохранения электрического заряда. 3) Электрический заряд является релятивистки инвариантным – его величина не зависит от системы отсчета, а значит, не зависит от того, движется он или покоится. Заряд всех элементарных частиц (если он не равен нулю) одинаков по абсолютной величине. +e – положительный заряд протона, -e – отрицательный заряд электрона. Точечные заряды – это заряженные тела, размеры которых малы по сравнению с расстояниями между ними, и в этом случае формой и размерами тел можно пренебречь.

Принцип суперпозиции (наложения) полей Результирующая сила, действующая на i-ый заряд равна векторной сумме сил от всех зарядов, действующих на пробный i-ый заряд

Напряженность электрического поля Всякий заряд изменяет свойства окружающего пространства – создает электрическое поле. Электростатическое поле - особая форма материи, посредством которой в пространстве и во времени взаимодействуют неподвижные электрические заряды. Напряженность электростатического поля в данной точке есть вектор, численно равный силе, действующей со стороны поля на единицу пробного заряда (положительного), помещенного в эту точку поля, и совпадающий по направлению с силой, действующей на заряд.

Принцип суперпозиции (наложения) полей состоит в том, что если в пространстве существует несколько зарядов (или заряженное тело), то каждый заряд (или заряженное тело) создает свое электрическое поле независимо от существования других зарядов (или тел) 1 В/м – напряженность такой точки электростатического поля, в которой на заряд в один кулон действует со стороны поля сила в 1 Н.

Задача № 1 Два точечных заряда q 1=7, 5 н. Кл и q 2= – 14, 7 н. Кл расположены на расстоянии r=5 см. Найти напряженность электрического поля в точке, находящейся на расстояниях a=3 см от положительного заряда и b=4 см от отрицательного заряда.