Очно - Заочная Школа интеллектуального развития

 

   
  Главное меню

  Главная

------------------------------------------

  Положение об ОЗШ

------------------------------------------

  Олимпиада

------------------------------------------

  Библиотека

------------------------------------------

  Справочники

------------------------------------------

  Тестирование on-line

------------------------------------------

  Зачетная книжка

------------------------------------------

  Вход для

  преподавателей

------------------------------------------

 

    

 
Добро пожаловать в пользовательский раздел сайта!
 
БИБЛИОТЕКА: Физика. Подготовка к ЕГЭ (справочник)
 

Справочник для подготовки к ЕГЭ по физике

 

 
1. Кинематика:

***************

Прямолинейное движение.

1.1. Механика – раздел физики изучающий механическое движение.

1.2. Под механическим движением понимают изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени.

1.3. Положение тела в пространстве задается координатами.

1.4. Основная задача механики - определить координаты тела в любой момент времени.

1.5. Материальная точка – тело, размерами и формой которого можно пренебречь в условиях данной задачи.

1.6. Система отсчета – совокупность тела отсчета, системы координат и приборов для отсчета времени и расстояния.

1.7. Траектория – непрерывная линия, по которой движется тело (материальная точка). Если траектория прямая линия – движение прямолинейное, иначе – криволинейное. Любую криволинейную траекторию можно представить как совокупность дуг окружностей разных радиусов. Прямолинейное движение – предельный случай криволинейного, такое движение можно рассматривать как движение по окружности, радиус которой равен бесконечности.

1.8. Путь – длина траектории.

1.9. Перемещение – направленный отрезок (вектор), соединяющий начальное и конечное положение тела, единица измерения:  [S]=1м.

1.10. Скорость -  векторная физическая величина, показывающая, как быстро изменяется координата тела, единица измерения []= 1 м/с.

Физический смысл: скорость тела равна 1 м/с, если за каждую секунду координата тела изменяется на 1 м.

1.11. Равномерное – движение, при котором за равные промежутки времени тело совершает одинаковые перемещения. При равномерном движении скорость тела остается постоянной и определяется по формуле:

,

– уравнение прямолинейного равномерного движения, служит для определения координаты тела в любой момент времени (решение основной задачи механики)

.

1.12. Ускорение – векторная физическая величина, показывающая,  как быстро изменяется скорость тела, единица измерения - [a]=1м/с2

Физический смысл: ускорение равно 1 м/с2, если за каждую секунду скорость изменяется на 1 м/с. Характеризует неравномерное движение.

.

1.13. Средняя скорость:

,

где S - весь путь, t - все время движения. Средняя скорость не позволяет решить основную задачу механики.

1.14. простейшим видом неравномерного движения является прямолинейное равноускоренное (равнозамедленное) движение. При равноускоренном движении за равные промежутки времени скорость тела изменяется на одинаковую величину, а ускорение остается постоянным по модулю.

- уравнение зависимости скорости от времени:

,

- уравнение зависимости координаты от времени (уравнение движения) при прямолинейном равноускоренном движении:

.

1.15. Свободное падение является частным случаем прямолинейного равноускоренного движения. Ускорение свободного падения – ускорение, с которым тела падают к Земле, без учета сопротивления воздуха. Обозначается – g

g = 9,81 м/с2 .

Не является постоянной величиной, в разных точках Земли разное. Ускорение свободного падения равно 9,81 м/с2 означает, что при свободном падении за каждую секунду скорость тела увеличивается на 9,81 м/с, при решении задач считаем g=10 м/с2, если не указано иное.

1.16. Перемещение при равноускоренном движении:

, .

1.17. Закон сложения скоростей:

Скорость тела относительно неподвижной системы отсчета (V2), равна сумме скорости подвижной системы отсчета относительно неподвижной системы отсчета (V1) и скорости тела относительно подвижной системы отсчета (V21).

Движение по окружности.

1.18. Движение по окружности – криволинейное движение, траектория которого – окружность. Движение по окружности характеризуется линейными и угловыми величинами.

1.19. Линейная скорость, направлена по касательной к окружности. Движение по окружности с постоянной по модулю скоростью называется равномерным. При этом центростремительное ускорение отлично от нуля.

1.20. Центростремительное ускорение направлено к центру, определяет изменение направления скорости.

.

1.21. Тангенциальное (касательное) ускорение, направлено по касательной к окружности, определяет изменение модуля скорости. Если тангенциальное ускорение совпадает с направлением линейной скорости, то модуль скорости увеличивается, если противоположно – модуль скорости уменьшается. Вычисляется по формуле для прямолинейного движения. Обозначается аτ.

1.22. Полное ускорение тела движущегося по окружности равно геометрической сумме центростремительного и касательного ускорений.

,

так, как в любой момент времени центростремительное и тангенциальное ускорение перпендикулярны друг другу, то модуль полного ускорения вычисляется по формуле:

.

1.23. Угловая скорость показывает, как быстро меняется угол поворота радиус-вектора, проведенного в место положение тела.

Обозначается ω, единица измерения [ω]=1рад/с.   

1.24.  Связь угловой и линейной скорости:  

1.25. Период – время одного полного оборота по окружности. Обозначается – Т, единица измерения [T]=1c.

,

n – число оборотов, t – время, за которое эти обороты были совершены.

1.26. Частота – число полных оборотов, совершенных за единицу времени. Обозначается – ν, единица измерения [ν]=1c-1=1Гц. Физический смысл: частота обращения равна 1 Гц, если за каждую секунду тело делает 1 оборот.

.

1. 27. Частота и период – взаимно обратные величины:

, .

.1.28. Связь угловых и линейных величин:

 , , , .

Движение под углом к горизонту.

1.29. Движение тела под действие силы тяжести (сопротивление воздуха не учитывается). Траектория – парабола. Движение рассматривается относительно двух осей. Относительно оси ОХ движение с постоянной скоростью. Относительно оси ОУ первую половину движение равнозамедленное, вторую половину - равноускоренное.

1.30. Время полета:

.

1.31. Дальность полета:

.

1.32. Максимальная высота подъема:

.

***************

2. Динамика:

***************

Динамика - это раздел механики изучающий механическое движение и отвечающий на вопрос: почему тело движется так, а не иначе.

2.1.  Сила – векторная физическая величина, являющаяся причиной изменения скорости тела.  Обозначается –, единица измерения [F]=1H.

Задать силу - значит указать направление силы, точку приложения, численное значение.

2.2. Сила, равная геометрической сумме сил приложенных к телу, называется равнодействующей силой.

.

2.3. Масса –  характеристика тела, определяемая только родом вещества, из которого изготовлено тело и его геометрическими размерами. Обозначается - m. [m]=1 кг

m=ρV

m – масса тела, ρ – плотность вещества, V – объем тела.

Плотность показывает, чему равна масса вещества в объеме 1 м3.

Масса является мерой инертности тела. Говорят, что чем инертнее тело, тем труднее изменить его скорость.

2.4 . Первый закон Ньютона. Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной, если равнодействующая сил приложенных к этому телу равна нулю.

 .

2.5. Принцип относительности Галилея: Все механические процессы протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчета. Т.е. находясь в инерциальной системе отсчета никакими способами нельзя определить, движется тело прямолинейно и равномерно или покоится.

2.6. Второй закон Ньютона. Ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей всех сил приложенных к телу и обратно пропорционально массе этого тела.

. 

Второй закон Ньютона, записанный в форме:

.

Называют основным уравнением динамики.

2.7. Третий закон Ньютона: Тела действуют друг на друга с силами равными по модулю и противоположными по направлению.

.

2.8. Все силы, действующие в природе можно разделить на 4 класса:

1.        Гравитационные (сила Всемирного тяготения, сила тяжести);

2.        Электромагнитные (сила трения, вес тела, сила реакции опоры и т.д.);

3.        Ядерные (сила взаимодействия нуклонов в ядре атома);

4.        Слабые (силы взаимодействия элементарных частиц).

2.9. Закон Всемирного тяготения. Все тела во Вселенной притягиваются друг к другу с силой прямо пропорциональной произведению масс тел и обратно пропорциональной квадрату расстояния между центрами этих тел.

,

– гравитационная постоянная.

Физический смысл: Гравитационная постоянная численно равна силе взаимного притяжения двух тел по 1 кг каждое, расположенных на расстоянии 1 м друг от друга.

2.10. Сила тяжести – частный случай силы всемирного тяготения

.

Если учесть, что в выражении для закона всемирного тяготения m1 – масса Земли равная М, а m2 -  масса тела равная m, получим выражение для ускорения свободного падения.

.

2.11. Первая космическая скорость – тело движется по круговой орбите.

;

М – масса Земли, R – радиус Земли, h – высота орбиты.

для Земли первая космическая скорость составляет 7,9 км/с.

2.12. Вторая космическая скорость – тело движется по параболической орбите.

,

для Земли вторая космическая скорость составляет 11,2 км/с. Если скорость спутника больше первой космической, но меньше второй, то он движется по эллиптической орбите, в одном из фокусов которого находится планета.

2.13. Сила упругости – сила, возникающая при деформации тел, стремящаяся вернуть тело в недеформированное состояние и имеющая электромагнитную природу. Сила упругости рассчитывается по закону Гука. Величина силы упругости прямо пропорциональна смещению от положения равновесия и направлена в сторону противоположную смещению.

2.14. Вес тела – сила, с которой тело действует на горизонтальную опору или вертикальный подвес в результате притяжения к Земле. В зависимости от условий движения вес тела может изменяться.

a) тело движется по горизонтальной поверхности или находится в покое.

б) тело вместе с опорой движется вверх с ускорением а. Увеличение веса - перегрузка.

в) тело вместе с опорой движется вниз с ускорением а. Уменьшение веса. При a=g, вес тела равен нулю, состояние называется невесомостью.

г) тело движется по выпуклой траектории радиусом R со скоростью V. Уменьшение веса.

д) тело движется по вогнутой траектории радиусом R со скоростью V. Увеличение веса - перегрузка.

.

2.15. Трение – взаимодействие тел, в результате которого часть механической энергии превращается в другие виды энергии. Сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого и направленная в сторону противоположную движению, называется силой трения. Различают следующие виды трения: трение покоя, трение скольжения, трение качения, жидкое трение.

2.16. Сила трения покоя – возникает между неподвижным телом и опорой. Она равна по величине и противоположна по направлению силе вынуждающей тело к движению. Сила трения покоя изменяется от 0 до Fтр=μN, где μ – коэффициент трения, N – сила реакции опоры.

2.17.Трение скольжения возникает при скольжении одного тела по поверхности другого и вычисляется по формуле:

.

2.18. Трение качения возникает в том случае, если одно тело катится по поверхности другого, оно мало по сравнению с трением скольжения.

2.19. Жидкое трение возникает при относительном движении слоев жидкости. Мало по сравнению с другими видами трения.

***************

3. Статика:

***************

Статика изучает равновесие тел.

Статика твердых тел.

3.1. Различают два условия равновесия: равновесие тел не имеющих оси вращения и равновесие тел с закрепленной осью вращения.

3.2. Тело, не имеющее оси вращения, находится в равновесии, если геометрическая сумма сил приложенных к телу равна нулю.

.

.3.3. Тело с закрепленной осью вращения находится в равновесии, если алгебраическая сумма моментов сил приложенных к телу равна нулю.

.

Момент, вращающий тело по часовой стрелке будем считать положительным, а вращающий против часовой стрелки будем считать отрицательным.

3.4. Моментом силы называется произведение силы на плечо этой силы.

.

Плечом силы называют кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы.

3.5.  Если тело вращается и при этом ось вращения совершает поступательное движение, то для равновесия этого тела необходимо выполнение сразу двух условий равновесия.

3.6. Центр масс – точка, в которой сосредоточена вся масса тела, для однородных тел правильной геометрической формы центр масс совпадает с геометрическим центром.  Если линия действия силы проходит через центр масс, то под действием этой силы тело движется поступательно. Если линия действия силы не проходит через центр масс, то тело совершает вращательное движение до тех  - пор, пока линия действия силы не пройдет через центр масс.

3.7. Давление – величина, равная отношению перпендикулярной силы, действующей на поверхность, к площади этой поверхности.

.

Единица измерения [P]= 1 Па. Физический смысл: Сила 1 Н, действующая перпендикулярно поверхности площадью 1 м2, производит на эту поверхность давление 1 Па.

 

Статика жидкостей и газов.

3.8. Закон Паскаля. Давление, производимое на жидкость или газ, без изменения передается в любую точку жидкости или газа.

3.9. Сообщающиеся сосуды. Однородная жидкость в сообщающихся сосудах устанавливается на одном уровне. Если жидкость разнородная, то высота столба жидкости обратно пропорциональна плотности жидкости.

.

3.10. Гидравлический пресс:

.

3.11. Давление столба жидкости высотой h:

,

где ρ – плотность жидкости, h – высота столба жидкости.

3.12. Атмосферное давление – давление воздуха, оказываемое на все тела ввиду сжатия нижних слоев верхними под действием силы тяжести. Нормальное атмосферное давление равно давлению столба ртути высотой 760 мм. (105 Па), 1 мм.рт.ст.≈133 Па.

3.13. Давление в открытом водоеме рассчитывается по формуле:

,

где Ро- атмосферное давление.

3.14. Закон Архимеда. На всякое тело, погруженное в жидкость или газ, действует вертикально вверх сила, равная весу, вытесненной этим телом жидкости или газа:

,

где ρ – плотность жидкости (газа), V – объем погруженной в жидкость (газ) части тела.

3.15. Условие плавания тел: для любого тела плавающего на поверхности или внутри жидкости или газа выполняется равенство:

.

Сравнивая плотности тела и жидкости (газа) можно определить результат погружения тела в жидкость (газ). При погружении неоднородных тел для сравнения используется средняя плотность тела.

а) плотность тела больше плотности жидкости – тело тонет,

б) плотность тела равна плотности жидкости – тело плавает в жидкости,

в) плотность тела меньше плотности жидкости – тело всплывает.

В случае плавания тела, глубина погружения рассчитывается как отношение плотности тела к плотности жидкости.

3.16. Согласно закону Бернулли полное давление в установившемся потоке жидкости остается постоянным вдоль этого потока.

.

При движении жидкости по трубам давление жидкости обратно пропорционально ее скорости.

***************

4. Законы сохранения:

***************

4.1. Импульс тела (количество движения) – произведение массы тела на его скорость.

 ,

 единица измерения [P]= 1кгм/с. Физический смысл: тело массой 1 кг, движущееся со скоростью 1 м/с обладает импульсом 1 кгм/с.

4.2. Импульс силы – произведение силы на промежуток времени, в течении которого действовала сила.

4.3. Второй закон Ньютона – изменение импульса тела равно импульсу силы (связь импульса тела и импульса силы).

4.4. Закон сохранения импульса. Геометрическая сумма импульсов тел взаимодействующих в замкнутой системе остается постоянной.

Для упругого взаимодействия двух тел ЗСИ примет вид:

Для неупругого взаимодействия двух тел ЗСИ запишется в виде:

4.5. Механическая работа постоянной силы равна векторному произведению силы на перемещение. Обозначается А,

единица измерения [A]=1Дж. Физический смысл: Сила 1 Н, на пути 1 м. при совпадении направлений силы и перемещения совершает работу 1 Дж.

Если сила и перемещение направлены в одну сторону, - работа положительна, если сила и перемещение направлены в противоположные стороны, - работа отрицательна, если сила и перемещение направлены под углом 900, - работа равна нулю.

4.6. Мощность – величина, численно равная работе совершаемой в единицу времени. Обозначается N,

единица измерения [N]=1Вт. Физический смысл: Мощность силы равна 1 Вт, если за каждую секунду эта сила совершает работу 1 Дж.

При равномерном движении:

N=FV

4.7. Энергия – физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело. Различают два вида механической энергии – кинетическую и потенциальную. Обозначается Е, единица измерения  [E]=1Дж.

 4.8. Кинетическая энергия – энергия движущегося тела, определяется скоростью тела.

4.9.Потенциальная энергия – энергия взаимодействия. Различают потенциальную энергию в поле тяготения:

потенциальную энергию упруго деформированного тела:

4.10. Теорема о кинетической энергии. Работа, совершаемая над телом равна изменению кинетической энергии этого тела.

А=Ек2 – Ек1,     или   

4.11. Потенциальной, называется сила, работа которой не зависит от формы траектории и на замкнутой траектории равна 0. Такими силами являются сила тяжести и сила упругости.

4.12. Работа силы тяжести равна изменению потенциальной энергии тела с противоположным знаком

 

А= - (Еп2 – Еп1)

Знак минус указывает на то, что если сила совершает положительную работу, то потенциальная энергия тела убывает.

4.13.Полная механическая энергия тела в любой момент равна сумме кинетической и потенциальной энергии этого тела.

Е=Ек + Еп

4.14. Закон сохранения энергии в замкнутой системе: полная механическая энергия с течением времени не изменяется.

Е=const или Ек1 + Еп1= Ек2 + Еп2

4.15. Закон сохранения энергии в не замкнутой системе ( имеются внешние силы, например, сила трения): работа внешней силы равна изменению полной механической энергии:

А=DЕ.

4.16. Золотое правило механики: ни один из простых механизмов не дает выигрыша в работе, во сколько раз выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в расстоянии.

4.17. КПД механизма показывает, какая часть затраченной работы пошла на выполнение полезной работы.

***************

5. Механические колебания и волны:

***************

5.1.Движение, которое точно или почти точно повторяется через определенные промежутки времени называется колебательным.

5.2. Под механическими колебаниями понимают периодические изменения координаты, скорости и ускорения.

5.3. Для возникновения механических колебаний необходимо:

- наличие силы направленной к положению равновесия;

- малое сопротивление среды.

5.4. Механические колебания, происходящие под действием внутренних сил (без внешних воздействий) называются свободными. Мех. колебания происходящие под действием внешних сил называются вынужденными. Если сила, вызывающая колебания пропорциональна смещению от положения равновесия, то такие колебания называют гармоническими.

5.5. Гармонические колебания – колебания, при которых координата, скорость и ускорение меняются с течением времени по законам:

5.6. Период колебаний – время одного полного колебания. Обозначается  - Т.  [T]=1c.

5.7. Частота колебаний – число колебаний за единицу времени (1 секунду). Иногда говорят собственная частота колебаний. Обозначается – ν,единица измерения [ν]= 1Гц.

5.8. Циклическая частота – число колебаний за 2π секунд. Обозначается - ω, единица измерения [ω]= 1Гц.

5.9. Период, частота и циклическая частота связаны между собой соотношениями:

, ,

5.10. Амплитуда – наибольшее отклонение от положения равновесия. Обозначается - Хм или А

5.11. Математический маятник – тело бесконечно малых размеров, подвешенное на невесомой, нерастяжимой нити. Длина нити ( l ) – много больше линейных размеров тела.

5.12. Период математического маятника:

5.13. Пружинный маятник – механическая система, совершающая гармонические колебания под действие силы упругости.

5.14. Период колебаний пружинного маятника:

5.15. Резонанс – явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний при совпадении собственной частоты колебательной системы и частоты внешней вынуждающей силы.

5.16. График зависимости амплитуды от частоты при резонансе:

А - амплитуда колебаний (задана в сантиметрах)

ν - частота колебаний (задана в герцах)

По графику - резонансная частота равна 1 Гц, амплитуда при резонансе составляет 10 см.

5.17. Механические волны – процесс распространения механических колебаний в упругих средах. Причина возникновения механических волн – взаимодействие частиц среды.

5.18. Основные свойства волн:

- перенос энергии;

- перенос импульса;

- не перенос вещества;

- сохранение формы волны с течением времени.

5.19. Продольная волна – волна, в которой частицы совершают колебания вдоль направления распространения волны. Распространяется в твердых, жидких и газообразных средах.

5.20. Поперечная волна – волна, в которой частицы совершают колебания перпендикулярно направлению распространения волны. Распространяется только в твердых телах и на границе раздела жидкость – газ.

5.21. Длина волны – расстояние, на которое распространится волна за время одного полного колебания частицы среды в волне. С другой стороны длина волны это расстояние между двумя ближайшими точками волны, совершающими колебания в одной фазе. Обозначается – λ. [λ]=1м.

Связь длины волны с периодом колебаний:

V – скорость волны, Т - период колебаний частиц среды в волне.

Связь длины волны с частотой колебаний:

V – скорость волны, ν - частота колебаний частиц среды в волне.

5.22. Волновой фронт – линия, отделяющая ту область пространства, где волна уже распространилась от той области пространства, до которой она еще не дошла.

5.23. По виду волнового фронта волны делят:

- сферические (волновой фронт – сфера) распространяются по всем направлениям от источника волны.

- круговые (волновой фронт – окружность) распространяются по всем направлениям от источника волны в одной плоскости.

- плоские (волновой фронт – прямая линия) распространяются в направлениях, перпендикулярных протяженному источнику волны.

5.24. Плотность потока энергии – физическая величин, показывающая какая энергия приходится на единицу длины волнового фронта. По мере удаления от источника плотность потока энергии в круговых и сферических волнах уменьшается.

5.25. Звук – продольная сферическая волна. Источником звука является тело, совершающее колебания с частотой от 20 Гц, до 20 кГц.

5.26. Громкость звука – характеристика связанная с энергией, переносимой звуковой волной за одну секунду через перпендикулярную площадку площадью 1 м2.

5.27. Высота звука – характеристика определяемая частотой колебаний в звуковой волне. Чем больше частота, тем выше звук.

5.28. Тембр звука – субъективная характеристика, определяемая набором гармоник (гармонических составляющих колебаний) в звуковой волне.

5.29.Скорость звука в данном веществе есть величина постоянная, она не зависит от частоты и амплитуды.

5.30. скорость звука в твердых телах больше, чем в жидкостях, а в жидкостях больше, чем в газах. С ростом температуры  и давления в газе скорость звука увеличивается, в жидкостях уменьшается. Исключение – вода, при увеличении температуры от 0 до 74 градусов Цельсия скорость звука растет, при дальнейшем росте температуры скорость уменьшается.

***************

6. Основы МКТ:

***************

6.1. Основные положения молекулярно-кинетической теории (МКТ):

- Все тела состоят из частиц;

- Все частицы непрерывно, хаотично движутся;

- Все частицы взаимодействуют между собой.

6.2. Диффузия – это явление взаимного проникновения соприкасающихся веществ друг в друга, в следствии движения частиц и наличия промежутков между частицами.

6.3. Молекула – мельчайшая частица, сохраняющая свойства вещества.

6.4. Количество вещества – число молей. Обозначается – ν, [ν]=1моль. В одном моле содержится столько же атомов или частиц, сколько их содержится в углероде массой 0,012 кг.

,

В одном моле любого вещества содержится одинаковое количество частиц. Постоянная Авогадро – Na=6,02*1023 моль -1. Физический смысл: Постоянная Авогадро равна числу частиц в одном моле любого вещества.

6.5. Молярная масса – масса вещества взятого в количестве 1 моля.

M=m0NA,

где m0 – масса частицы.

6.6. Идеальный газ – физическая модель, в которой пренебрегают взаимодействием и массой частиц.

6.7. Макро параметры, описывают состояние вещества в целом (давление, объем, температура). Микро параметры, описывают характеристики частиц, из которых состоят тела (масса, скорость, кинетическая энергия)

6.8. Основное уравнение МКТ – связывает макро и микро параметры.

– давление газа, m0 – масса частицы, n – концентрация, - средняя квадратичная скорость.

С учетом выражения для кинетической энергии получаем:

Ek– средняя кинетическая энергия частиц.

Учитывая физический смысл плотности (масса единицы объема) и концентрации частиц: число частиц в единице объема:

,

получим, что:

,

тогда основное уравнение МКТ примет вид:

6.9. Давление газа обусловлено столкновениями частиц со стенками сосуда.

6.10. Термодинамическое равновесие – такое состояние, при котором все макропараметры сколь угодно долго остаются неизменными.

6.11. Температура – макро параметр, одинаковый во всех частях системы находящейся в термодинамическом равновесии.

6.12. При увеличении температуры – возрастает скорость движения частиц, следовательно, возрастает давление. Уравнение Авогадро:

P=nkT,

Температура является мерой средней кинетической энергии:

где Р- давление, n – концентрация частиц, k – постоянная Больцмана (k=1,38*10-23 Дж/К, коэффициент пропорциональности между температурой в энергетических единицах и температурой в градусной мере), Т – абсолютная температура.

6.13. Прибор для измерения температуры – термометр. Принцип действия термометра основан на зависимости объема тела от температуры. Существуют термометры, принцип действия которых, основан на зависимости других физических параметров от температуры – давления, электрического сопротивления ит.д.

6.14. Существуют три шкалы для измерения температуры. Шкала Кельвина – абсолютная температурная шкала, применяется в научной литературе и при расчетах по формулам. Самая низкая температура по этой шкале равна 0 К (ноль Кельвинов), называется абсолютным нулем температур. Шкала Цельсия – температурная шкала, используемая в бытовых условиях. Имеет две контрольные точки: температура таяния льда – 00С и температура кипения воды – 1000С (при нормальных условиях). Шкала Цельсия и шкала Кельвина связаны соотношением:

Т=t+273,

где Т – температура по шкале Кельвина (абсолютная температура), t – температура по шкале Цельсия. Абсолютный ноль температуры соответствует температуре -273,150С по шкале Цельсия. Шкала Фарингейта – используется в научно-фантастической литературе и некоторых странах западной Европы, для перевода температуры в другие шкалы необходимо воспользоваться формулой:

t – температура в градусах Цельсия, F – температура в градусах Фарингейта.

6.15 Изменение температуры по шкале Цельсия и Кельвина одинаково, не зависит от выбранной шкалы. Если температура тела изменилась на 10 градусов Цельсия, то по шкале Кельвина изменение составит так же 10 градусов.

6.16. Состояние идеального газа описывается макро параметрами – уравнение Менделеева – Клайперона.

PV=νRT,

 P – давление газа, V – занимаемый объем, ν – количество вещества,

R=kNA=8,31 Дж/мольК – универсальная газовая постоянная, Т – абсолютная температура.

6.17. Процесс изменения состояния термодинамической системы протекающий при неизменном одном макро параметре называется изопроцессом. Существуют три изопроцесса: изотермический, изобарный, изохорный.

6.18. Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянной температуре называется изотермическим.

Т=const => PV=const.

Закон Бойля – Мариотта: Для данной массы газа произведение давления на объем есть величина постоянная при постоянной температуре.

Зависимость давления от объема при постоянной температуре, представленная графически называется изотермой. В пределах одной изотермы температура одинакова. Чем выше лежит изотерма, тем большей температуре она соответствует.

6.19. Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном давлении называется изобарным.

Р=const => V/Т=const.

Закон Гей-Люссака: Для данной массы газа отношение объема к температуре есть величина постоянная при постоянном давлении.

Зависимость объема от температуры при постоянном давлении, представленная графически называется изобарой. В пределах одной изобары давление одинаково. Чем ниже лежит изобара, тем большему давлению она соответствует.

6.20. Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном объеме называется изохорным.

V=const => P/Т=const.

Закон Шарля: Для данной массы газа отношение давления к температуре есть величина постоянная при постоянном объеме.

Зависимость давления от температуры при постоянном объеме, представленная графически называется изохорой. В пределах одной изохоры объем одинаков. Чем ниже лежит изохора, тем большему объему она соответствует.

6.21. Среднюю квадратичную скорость движения частиц можно рассчитать по формуле:

6.22. Абсолютная влажность воздуха – это масса водяного пара содержащегося в воздухе.

6.23. Относительная влажность воздуха – отношение парциального давления водяного пара к давлению насыщенного пара при данной температуре.

6.24. Температура, при которой водяной пар, находящийся в воздухе становится насыщенным называется точкой росы.

6.25. Анизотропия – зависимость свойств кристалла, от выбранного в нем направления (присуща только кристаллическим телам)

6.26. Аморфные тела – характеризуются отсутствием температуры плавления.

6.27. Закон Дальтона – если в сосуде находится смесь газов, то давление смеси находится как сумма парциальных давлений газов, входящих в состав смеси.

Р=Р12+…+Рn

6.28. Парциальным называется давление, которое производил бы газ, если бы занимал весь предоставленный объем. Парциальное давление можно рассчитать, воспользовавшись уравнением состояния идеального газа.

***************

7. Термодинамика:

***************

7.1. Основные понятия: внутренняя энергия, количество теплоты, работа.

7.2. Внутренняя энергия – сумма кинетической энергии движущихся частиц, из которых состоит тело и потенциальной энергии их взаимодействия.

U=NEk+NEп

U – внутренняя энергия тела, N – число частиц в теле, Ek – средняя кинетическая энергия частиц, Eп – средняя потенциальная энергия взаимодействия частиц.

7.3. Внутренняя энергия идеального газа:

где i – число степеней свободы частицы (число возможных независимых перемещений), для одноатомного газа i=3, для двухатомного i=5, для трех и более атомных газов i=6. Изменение внутренней энергии идеального газа определяется изменением температуры:

7.4. В общем случае изменить внутреннюю энергию можно двумя способами: путем теплопередачи и совершением работы.

7.5. Количество теплоты – физическая величина характеризующая процесс теплопередачи, это энергия, которую получает или отдает тело в процессе теплопередачи. Обозначается – Q. , единица измерения [Q]=1Дж.

7.6. Количество теплоты, полученное или отданное телом в процессе теплопередачи, происходящем без изменения агрегатного состояния вещества, рассчитывается по формуле:

Q=cmT,

где с – удельная теплоемкость, m – масса тела, ∆T – изменение температуры. Если тело получает энергию то Q>0, если тело отдает энергию тогда Q<0.

Физический смысл: удельная теплоемкость вещества численно равна количеству теплоты, которое нужно передать телу (отнять у тела) массой 1 кг, чтобы его температура изменилась на 1 градус Цельсия ( Кельвина).

7.7. Количество теплоты, полученное телом в процессе плавления или отданное телом в процессе кристаллизации,  рассчитывается по формуле:

Qm,

где λ – удельная теплота плавления вещества. При плавлении Q>0, при кристаллизации  Q<0.

Физический смысл: удельная теплота плавления вещества численно равна количеству теплоты, которое нужно передать телу  массой 1 кг, взятому при температуре плавления, чтобы полностью перевести его в жидкое состояние без изменения температуры. Удельная теплота плавления вещества равна его удельной теплоте кристаллизации.

7.8. Количество теплоты, полученное телом в процессе парообразования или отданное телом в процессе конденсации,  рассчитывается по формуле:

Q=Lm,

где L – удельная теплота парообразования вещества. При парообразовании Q>0, при конденсации  Q<0.

Физический смысл: удельная теплота парообразования вещества численно равна количеству теплоты, которое нужно передать жидкости  массой 1 кг, взятой при температуре кипения, чтобы полностью перевести её в жидкое состояние без изменения температуры. Удельная теплота парообразования вещества равна его удельной теплоте конденсации.

7.9. Энергия, которую получает тело в процессе теплопередачи, плавления или парообразования чаще всего выделяется в результате сгорания топлива. Количество теплоты, выделяющееся при сгорании топлива, рассчитывается по формуле:

Q=qm,

 где q – удельная теплота сгорания топлива.

Физический смысл: удельная теплота сгорания вещества численно равна количеству теплоты, которое выделяется при полном сгорании 1 кг топлива.

7.10. В замкнутой системе суммарная выделившаяся энергия равна суммарной поглощенной энергии.

Q1+Q2+…+Qn=Q1+Q2+…+Qm,

данное уравнение называется уравнением теплового баланса, где n и m – число процессов идущих с выделением и число процессов идущих с поглощением энергии, число таких процессов может быть разным.

7.11. Работа в термодинамике, совершаемая газом при изобарном процессе, вычисляется по формуле:

A= pV.

Расширяясь, газ совершает положительную работу, сжимаясь – отрицательную. Работа, совершаемая внешними силами над газом

A’= - A,

поэтому сжимая газ, внешние силы совершают положительную работу, а расширяя газ – отрицательную.

7.12. Первый закон термодинамики: Закон сохранения и превращения энергии записанный для тепловых процессов и есть первый закон термодинамики. Иначе его можно сформулировать следующим образом: Количество теплоты, переданное термодинамической системе, идет на изменение внутренней энергии этой системы и совершение ей работы.

Q=∆U+A.

7.13. Первый закон термодинамики применительно к изобарному процессу:

Q=∆U+A.

- Количество теплоты, переданное термодинамической системе, идет на изменение внутренней энергии этой системы и совершение ей работы.

7.14. Первый закон термодинамики применительно к изохорному процессу:

Q=∆U

– количество теплоты, переданное термодинамической системе, идет на изменение внутренней энергии этой системы.

7.15. Первый закон термодинамики применительно к изотермическому процессу:

Q=A

– количество теплоты, переданное термодинамической системе, идет на совершение работы этой системой.

7.16. Процесс изменения состояния термодинамической системы протекающий в теплоизолированной системе называется адиабатным. Применительно к адиабатному процессу первый закон термодинамики примет вид:

U=A

-  изменение внутренней энергии системы происходит за счет совершения над ней работы. При этом

 Q=0

7.17. Процесс – самопроизвольно протекающий только в одном направлении (диффузия, теплопроводность), называется необратимым.

7.18. Второй закон термодинамики: Невозможно передать тепло от менее нагретого тела к более нагретому, без одновременных изменений в этих телах или окружающей среде.

7.19. Тепловая машина – устройство, преобразующее внутреннюю энергию топлива в механическую работу.

7.20. КПД тепловой машины показывает, какая часть от выделившейся энергии идет на совершение полезной работы:

где Ап – полезная работа, Аз – совершенная или затраченная работа. По закону сохранения энергии полезная работа равна разности количеств теплоты полученного от нагревателя и отданного холодильнику, а затраченная работа равна количеству теплоты, полученному от нагревателя:

Ап=Q1-Q2; Аз=Q1

.21. КПД идеальной тепловой машины рассчитывается по формуле:

где Т1 – температура нагревателя, Т2 – температура холодильника.

7.22. Максимальный КПД идеальной тепловой машины составляет 62% (машина Карно).

***************

8. Электростатика:

***************

8.1. Электрический заряд – количественная мера участия тела в электромагнитном взаимодействии. Существует два типа электрических зарядов: положительные и отрицательные. Электрические заряды взаимодействуют между собой – одноименные отталкиваются, разноименные притягиваются. В природе существует наименьший заряд, который нельзя ни уменьшить, не разделить – элементарный заряд:

е=1,6*10-19 Кл.

Носителями заряда являются частицы. Заряд без частицы не существует, частица без заряда существует.

8.2. Зарядить тело – это значит отнять у него или сообщить ему некоторое количество заряженных частиц одного знака. Заряд любого тела кратен элементарному заряду:

q=Ne,

где q – заряд тела, N – число заряженных частиц, e – элементарный заряд.

8.3. Закон сохранения электрического заряда – алгебраическая сумма зарядов в замкнутой системе остается постоянной.

q1+q2+ …+qn=const.

8.4. Закон Кулона – сила взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами.

|q1|,|q2| – модули взаимодействующих зарядов, R – расстояние между зарядами, k – коэффициент пропорциональности равный 9*109 Нм2/Кл2, который рассчитывается по формуле:

 ε0- электрическая постоянная, численное значение:

8.5. Если заряды взаимодействуют в среде, то сила взаимодействия уменьшается в ε раз, где ε – диэлектрическая проницаемость среды показывает во сколько раз сила взаимодействия двух точечных зарядов в данной среде меньше силы взаимодействия тех же зарядов, на том же расстоянии, в вакууме.

8.6. Электрическое поле – особый вид материи, посредством которого осуществляется взаимодействие неподвижных электрических зарядов. Основное свойство поля – действие с некоторой силой на заряды находящиеся в этом поле.

8.7. Напряженность электрического поля – основная силовая характеристика электрического поля. В данной точке пространства напряженность поля равна отношению силы действующей на заряд со стороны поля к величине этого заряда. Обозначается E, единица измерения  [E]=1 В/м=1Н/Кл

Напряженность электрического поля равна 1 Н/Кл, если на заряд 1 Кл со стороны электрического поля действует сила 1 Н. q – электрический заряд на который действует электрическое поле.

8.8. Направление вектора напряженности совпадает с направлением силы действующей на положительный заряд и противоположно направлению силы действующей на отрицательный заряд.

8.9. Силовые линии поля точечного заряда:

положительного

отрицательного

двух разноименных зарядов, расположенных вблизи друг друга

На основании приведенных рисунков можно утверждать, что положительный заряд является источником, а отрицательный стоком электрического поля.

8.10. Напряженность поля точечного заряда:

8.11. Напряженность поля точечного заряда в среде с диэлектрической проницаемостью e:

8.12. напряженность поля заряженной плоскости:

где, σ - поверхностная плотность заряда.

8.13..Принцип суперпозиции полей. Если в некоторой точке пространства электрическое поле создается сразу несколькими зарядами, то результирующая напряженность в данной точке определяется по принципу суперпозиции полей: результирующая напряженность равно геометрической сумме напряженностей полей создаваемых отдельными зарядами.

8.14. Энергетическая характеристика электрического поля, определяемая как отношение потенциальной энергии заряда в некоторой точке поля к величине этого заряда называется потенциалом этой точки поля. Потенциал

8.15 Потенциал поля точечного заряда в некоторой точке, прямо пропорционален величине заряда и обратно пропорционален расстоянию до заряда.

8.16. При перемещении заряда из одной точки поля в другую электрическое поле совершает работу:

А=q12).

Величина

U= φ12

– называется разностью потенциалов или электрическим напряжением. Напряжение, численно равно работе поля по переносу единичного заряда. [U]=1В. Физический смысл: напряжение между двумя точками электрического поля равно 1 В, если при перемещении заряда 1 Кл между этими точками электрическое поле совершает работу 1 Дж.

8.17. Однородным электрическим полем называется такое поле, в каждой точке которого напряженность по направлению и модулю одинакова. Для однородного поля справедливо равенство.

φ12=Е(х21), 

где х21 - расстояние между точками 1 и 2 вдоль силовой линии.

8.18. Учитывая, что разность потенциалов есть не что иное, как электрическое напряжение, получим еще одну формулу для напряженности электрического поля.

из этого равенства следует, что за единицу напряженности можно принять 1 В/м.

8.19. Система двух проводников, разделенных слоем диэлектрика, способная накапливать электрический заряд называется конденсатором. Проводники - называются обкладками конденсатора.

8.20. Электроемкость конденсатора – показывает, какой заряд накоплен на обкладках конденсатора при заданной разности потенциалов.

[C]=1Ф, чаще применяется мкФ, нФ, пФ. Физический смысл: емкость конденсатора, заряженного до напряжения 1В, при накопленном заряде 1 Кл составляет 1 Фарад.

8.21. Электроемкость плоского конденсатора вычисляется по формуле:

где S – площадь перекрытия обкладок, d – расстояние между обкладками, ε – диэлектрическая проницаемость среды диэлектрика находящегося между обкладками конденсатора, ε0 – электрическая постоянная.

8.22. При соединении конденсаторов в батареи, общая емкость батареи вычисляется в зависимости от типа соединения: при параллельном соединении конденсаторов

С=С12+…+Сn,

при последовательном соединении :

8.23. Энергия заряженного конденсатора (электрического поля) сосредоточена между обкладками конденсатора:

8.24. Электрический ток в цепи конденсатора существует только в те моменты, когда конденсатор заряжается или разряжается. Когда конденсатор заряжен или разряжен, сила тока в цепи этого конденсатора равна нулю.

***************

9. Законы постоянного тока:

***************

9.1. Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц.

9.2. Для возникновения электрического тока необходимо выполнение условий:

- наличие свободных заряженных частиц;

- наличие силы, поддерживающей упорядоченное движение частиц;

- замкнутость электрической цепи.

9.3. Электрический ток оказывает следующие действия:

- магнитное (всегда, в пространстве окружающем проводник возникает магнитное поле)

- тепловое (под действием тока проводники нагреваются, исключение составляют сверхпроводники)

- химическое (в растворах или расплавах электролитов под действием тока протекают химические реакции).

9.4. Основная характеристика электрического тока – сила тока. Сила тока – физическая величина, равная отношению заряда перенесенного через поперечное сечение проводника за некоторый интервал времени, к этому интервалу времени.

[I]=1A

Один Ампер – это сила тока, при которой за каждую секунду через поперечное сечение проводника переносится заряд 1 Кл.

9.5. Сила тока в проводнике прямо пропорциональна концентрации свободных заряженных частиц, скорости движения этих частиц, заряду переносимому одной частицей, площади поперечного сечения проводника.

9.6. По отношению к электрическому току все тела можно разделить на проводники, полупроводники и диэлектрики.

9.7. Сопротивление проводника – физическая величина, характеризующая противодействие проводника электрическому току. Сопротивление проводника зависит от материала проводника и его геометрических размеров (длина, площадь сечения)

[R]=1 Ом.

9.8. Физический смысл: Удельное сопротивление материала показывает, каким сопротивлением будет обладать проводник длиной 1м и сечением 1м2, выполненный из этого материала.

Удельное сопротивление зависит от материала и от температуры:

ρ=ρ0(1+αt)

ρ0- удельное сопротивление при t=0ºC;

α – температурный коэффициент сопротивления;

t – температура проводника.

При понижении температуры удельное сопротивление материала уменьшается. При температурах близких к 0К, у некоторых материалов удельное сопротивление становится равным нулю (явление сверхпроводимости).

9.9. Закон Ома для участка цепи. Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к концам этого участка и обратно пропорционально сопротивлению этого участка.

Для удобства применения закона Ома в различных вычислениях часто применяют так называемый магический треугольник.

9.10. Если в каждой точке цепи соединяются не более двух проводников, то говорят, что проводники соединены последовательно. Если в некоторой точке цепи соединяются три или более проводников, то говорят, что проводники соединены параллельно.

9.11. Последовательное соединение:  Параллельное соединение:

I=I1=I2=… (во всем последовательном участке сила тока одинакова)

I=I1+I2+…

U=U1+U2+…

U=U1=U2=…  (на всем параллельном участке напряжение одинаково)

R=R1+R2+…

9.12. Смешанное соединение: если в цепи существуют участки как последовательного, так и параллельного соединения, то говорят, что соединение проводников смешанное.

9.13. Работа и мощность тока:

A=IU∆t, A=I2R∆t,

P=IU, P=I2R,

где  А – работа тока, I – сила тока, U – напряжение, P – мощность, ∆t - время протекания тока.

9.14. Электродвижущая сила (ЭДС) – физическая величина, характеризующая действие сторонних сил в источнике тока. ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда. Обозначается – ε, единица измерения - [ε]=1B. Физический смысл: ЭДС источника равна 1 вольту, если при перемещении заряда 1 кулон, сторонние силы совершают работу 1 Джоуль.

9.15. Закон Ома для полной цепи. Сила тока в замкнутой цепи с источником тока прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи. Полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участков.

Выразив из закона ЭДС, получим:

ε=IR+Ir,

 иными слова, ЭДС источника рано сумме падений напряжения на внешнем и внутреннем участках цепи.

9.16.Для расчета сложных электрических цепей, состоящих из нескольких разветвленных участков и содержащих несколько источников тока, применяют универсальные правила Кирхгофа:

Первое правило Кирхгофа: Алгебраическая сумма сил токов для каждого узла в разветвленной цепи равна нулю.

I1+I2+I3+...+In= 0.

Второе правило Кирхгофа: алгебраическая сумма падений напряжения на резистивных элементах (проводниках обладающих электрическим сопротивлением R) замкнутого контура равна алгебраической сумме ЭДС, входящих в этот контур.

I1R1+I2R2+I3R3+...+InRn=E1+E2+...+Ek

9.17. Закон Джоуля-Ленца – определяет количество теплоты, выделяемое проводником с током.

Q=I2Rt.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током прямо пропорционально квадрату силы тока в этом проводнике, сопротивлению проводника и времени протекания тока. По закону сохранения энергии, количество теплоты, выделяемое проводником с током равно работе тока в этом проводнике.

9.18. Металлы обладают электронной проводимостью, жидкости (электролиты) – ионной, полупроводники – электронной и дырочной. При нормальных условиях газы являются диэлектриками, но в результате ионизации становятся проводниками (газовый разряд).

9.19. Закон Фарадея – определяет массу вещества выделившегося на электроде в результате электролиза.

Масса вещества выделившегося на электроде прямо пропорциональна заряду, прошедшему через электролит.

m=kq,  так как q=It, то

m=kIt,

k – электрохимический эквивалент вещества, I - сила тока, ∆t - время протекания тока.

9.20. Если используется полу проводник без примесей, то его проводимость называется собственно, при этом число дырок равно числу электронов. Если в полупроводник внесена примесь то такая проводимость называется примесной. Если примесь имеет валентность больше чем сам полупроводник (донорная примесь), то основными носителями заряда становятся электроны и полупроводник называют полупроводником n – типа. Если примесь имеет валентность меньше чем сам полупроводник (акцепторная примесь), то основными носителями становятся дырки и полупроводник называют полупроводником р – типа.

9.21. Контакт полупроводников p  и n типов называют p-n переходом. p-n переход положен в основу устройства большинства полупроводниковых приборов:

Диод – 1 p-n переход;обозначение на схемах, стрелка указывает направление тока через диод

При прямом включении p-n перехода его сопротивление стремится к нулю, ток через переход существует.

При обратном включении p-n перехода его сопротивление стремится к бесконечности, тока через переход нет.

Транзистор – 2 p-n перехода, включенных навстречу друг другу. Обозначение на схемах:

***************

10. Магнитное поле:

***************

.10.1. Магнитное поле – это особый вид среды, посредством которого осуществляется взаимодействие движущихся электрических зарядов, в том числе электрических токов.

10.2. Индукция магнитного поля – основная силовая характеристика магнитного поля. Показывает, какая сила действует со стороны магнитного поля на проводник с током находящийся в этом магнитном поле.

10.3. Однородным магнитным полем называется такое, индукция которого во всех точках поля одинакова по модулю и направлению.

10.4. Индукция магнитного поля – векторная физическая величина. Направление вектора индукции совпадает с направлением от южного полюса к северному магнитной стрелки устанавливающейся в этом магнитном поле.

10.5. Внутри магнитов вектор индукции направлен от южного полюса к северному, вне магнитов от северного к южному.

10.6. Сила Ампера – сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током прямо пропорциональна индукции магнитного поля, силе тока, длине активной части проводника.

FA=IBlsinα.

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки. Левую руку надо расположить так, что линии магнитной индукции входили в ладонь, четыре пальца были вытянуты по направлению тока в проводнике, тогда отогнутый на 90 градусов большой палец укажет направление силы Ампера.

10.7. Сила Лоренца – сила, действующая со стороны магнитного поля на движущуюся в этом магнитном поле заряженную частицу прямо пропорциональна индукции магнитного поля, скорости частицы, заряду частицы:

Fл=Bqυsinα

Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки. Левую руку надо расположить так, что линии магнитной индукции входили в ладонь, четыре пальца были вытянуты по направлению скорости положительно заряженной частицы ( в сторону противоположную скорости отрицательно заряженной частицы), тогда отогнутый на 90 градусов большой палец укажет направление силы Лоренца.

10.8. В любом случае сила Лоренца направлена перпендикулярно скорости частицы, это приведет к тому, что частица, влетающая в магнитном поле перпендикулярно линиям индукции, начнет двигаться по траектории представляющей собой окружность (дугу окружности), радиус кривизны которой:

Если частица влетает в магнитное поле под углом к линиям магнитной индукции, то она будет двигаться по спирали.

10.9. Магнитная проницаемость среды показывает, во сколько раз индукция магнитного поля в данной среде отличается от индукции магнитного поля в вакууме.

.

В зависимости от значения магнитной проницаемости вещества делятся на три группы:

Диамагнетики – μ меньше 1

Парамагнетики – μ больше 1

Ферромагнетики μ много больше 1.

10.10. Температура Кюри – температура перехода вещества из ферромагнитного состояния в парамагнитное. При понижении температуры ниже температуры Кюри ферромагнитные свойства восстанавливаются.

***************

11. Электромагнитная индукция:

***************

11.1. Явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока пронизывающего этот контур называется явлением электромагнитной индукции (открыто Фарадеем).

11.2. Магнитный поток – физическая величина, равная произведению индукции магнитного поля на площадь ограниченную контуром и на косинус угла между направлением нормали к контуру и направлением вектора магнитной индукции.

Ф=BScosα

Изменение магнитного потока может быть вызвано изменением индукции магнитного поля (контур движется относительно не однородного магнитного поля), изменением площади контура, изменением угла (контур вращается в магнитном поле).

11.3. Закон электромагнитной индукции. ЭДС индукции возникающая в замкнутом контуре в следствии явления электромагнитной индукции равна скорости изменения магнитного потока, через поверхность ограниченную этим контуром.

знак минус в правой части объясняет правило Ленца.

11.4. Индукционный ток своим магнитным потоком препятствует всяческому изменению магнитного поля вызвавшего этот ток.

Правило Ленца применяется в следующем порядке:

- определить направление индукции внешнего магнитного поля. (В)

- определить убывает или возрастает магнитный поток через поверхность контура.

- определить направление индукции внутреннего магнитного поля (В’) по принципу, если магнитный поток возрастает то В и В’ направлены в противоположные стороны, если магнитный поток убывает, то В и В’ направлены в одну сторону.

- по правилу буравчика определить направление индукционного тока.

11.5. Явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении силы тока в нем называется самоиндукцией.

ЭДС самоиндукции пропорциональна скорости изменения силы тока в контуре.

коэффициент пропорциональности L называется индуктивностью проводника. Индуктивность характеризует магнитные свойства электрической цепи и зависит от магнитной проницаемости материала сердечника, числа витков и геометрических размеров катушки (контура)

.

11.6. Индуктивность проводника равна 1 Генри, если при изменения силы тока в нем на 1 А за 1с, в проводнике возникает ЭДС самоиндукции равная 1 В. [L]=1 Гн

11.7. ЭДС индукции в движущихся проводниках пропорциональна индукции магнитного поля, скорости проводника и длине активной части проводника.

ε =Вυlsinα

11.8. Энергия магнитного поля тока.

11.9. Связь магнитного потока с индуктивностью контура:

Ф=LI.

***************

12. Электромагнитные колебания и волны:

***************

12.1. Периодические изменения заряда, силы тока и напряжения называются электромагнитными колебаниями. Простейшей системой в которой могут возникнуть свободные электромагнитные колебания является колебательный контур.

Колебательный контур без сопротивления называется идеальным, контур содержащий активное сопротивление называется RLC контуром.

12.2. В идеальном колебательном контуре разряд конденсатора через катушку будет носить характер гармонических колебаний, которые можно описать следующими уравнениями:

q=qmcos(ωot + φo)

u=Umcos(ωot + φo)

i= - Imsin(ωot + φo)

из этих уравнений видно, что сдвиг фаз между колебаниями заряда и напряжения с одной стороны и силы тока с другой стороны составляет π/2, буквально это будет означать следующее: в тот момент, когда значения заряда и напряжения достигнут максимального значения – сила тока будет иметь минимальное значение.

12.3. Период (формула Томсона) и частота электромагнитных колебаний:

,

12.4. В колебательном контуре дважды за период происходит перекачка энергии из электрического поля конденсатора в магнитное поле катушки и обратно. В идеальном колебательном контуре полная энергия остается постоянной. В колебательном контуре, сопротивление которого не равно нулю, часть энергии выделяется в виде некоторого количества теплоты, поэтому полная энергия с течением времени убывает и колебания затухают.

12.5. Вынужденные электромагнитные колебания являются незатухающими, так как запасы энергии в колебательной системе пополняются за счет источника тока. ЭДС такого источника должна периодически меняться.

Примером вынужденных электромагнитных колебаний является переменный ток. Переменный ток характеризуется действующими и максимальными значениями тока и напряжения, которые связаны между собой соотношениями:

,

12.6. Простейшим устройством позволяющим поддерживать вынужденные электромагнитные колебания является генератор переменного тока, принцип работы которого основан на явлении электромагнитной индукции.  ЭДС индукции, возникающая в генераторе переменного тока меняется по закону:

е=еmcos(ωt + φo), где еm=BSω

12.7.Устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения, в переменный ток другого напряжения называется трансформатором. В простейшем случае трансформатор состоит из двух электроизолированных обмоток на металлическом сердечнике.

12.8. Основной характеристикой трансформатора является коэффициент трансформации:

N1 - число витков в первичной обмотке

N2 – число витков во вторичной обмотке

U1 – напряжение на первичной обмотке

U2 – напряжение на вторичной обмотке

При К>1, трансформатор называется понижающим, при К<1 – повышающим.

12.9. КПД трансформатора равно отношению мощности во вторичной обмотке к мощности в первичной.

P1=I1U1 : P2=I2U2

12.10. Электромагнитная волна – процесс распространения электромагнитных колебаний в пространстве. В электромагнитной волне вектора напряженности электрического поля Е и индукции магнитного поля В перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны.

12.11. Электромагнитные волны распространяются в вакууме.

12.12. Скорость распространения электромагнитных волн в среде конечная и вычисляется по формуле:

12.13. Абсолютный показатель преломления среды показывает во сколько раз скорость электромагнитной волны в данной среде меньше чем в вакууме:

С – скорость электромагнитной волны в вакууме,

υ – скорость электромагнитной волны в данной среде

12.14. Ускоренное движение заряженной частицы – основное условие излучения электромагнитных волн.

***************

13. Геометрическая оптика:

***************

13.1. Световой луч – линия указывающая направление распространения света.

13.2. Закон прямолинейного распространения - в однородной прозрачной среде свет распространяется прямолинейно, т.е. световой луч является прямой линией.

13.3. Закон отражения - угол отражения равен углу падения, луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр, восстановленный в точку падения, лежат в одной плоскости.

<γ = <α

13.4. Плоским зеркалом называется плоская отражающая свет поверхность. Предмет, и его изображение в плоском зеркале, симметричны относительно плоского зеркала. Размеры изображения в плоском зеркале равны размерам предмета.

13.5.  Если два плоских зеркала приставлены друг к другу так, что образуют угол, то количество изображений в этих зеркалах рассчитывается по формуле:

n – количество изображений, a - угол между зеркалами.

13.6. Сферическим зеркалом называют поверхность, имеющую форму сферического сегмента и зеркально отражающую свет. Размеры изображения в сферическом зеркале не равны размерам предмета, различают выпуклые и вогнутые сферические зеркала.

13.7. При прохождении света через границу раздела двух прозрачных сред, свет меняет направление распространения. Это явление называется преломлением.

13.8. Закон преломления - отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величин постоянная для двух данных сред. Луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, восстановленный в точку падения лежат в одной плоскости.

n – показатель преломления второй среды относительно первой, n1 и n2 - абсолютные (относительно вакуума) показатели преломления первой и второй среды соответственно.

Физический смысл: показатель преломления показывает во сколько раз скорость света в одной среде отличается от скорости света в другой среде.

При переходе света через границу раздела двух прозрачных сред возможны два случая:

Если оптическая плотность второй среды больше, чем первой угол преломления меньше угла падения. Если меньше, то угол преломления больше угла падения. Оптическая плотность среды обратно пропорциональна скорости света в данной среде.

13.8. При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, при некотором значении угла падения α0 преломленный луч идет вдоль границы раздела двух сред. Такой угол называется предельным углом полного отражения, а само явление называется полным отражением

13.9. Линза – прозрачное тело ограниченное двумя сферическими поверхностями. Если, при прохождении линзы параллельный пучок света преобразуется в сходящийся, то такая линза называется собирающей. Если, параллельный пучок света преобразуется в расходящийся, то такая линза называется рассеивающей. Линза – толщина, которой много меньше радиусов кривизны образующих ее сферических поверхностей называется тонкой.

13.10. Фокус линзы – точка, в которой пересекаются лучи, падающие на тонкую линзу параллельно главной оптической оси (или их продолжения) после прохождения линзы. Обозначается – F.

13.11. Фокусное расстояние – расстояние от центра линзы до ее фокуса. Обозначается – F. [F]=1м.

13.12. Оптическая сила линзы – величина обратная фокусному расстоянию. Обозначается – D. [D]=1 дптр (диоптрия).

 

У собирающих линз D>0, у рассеивающих D<0.

13.13. Формула тонкой линзы:

13.14. Увеличение линзы равно отношению линейных размеров изображения к линейным размерам предмета.

13.15. Основные точки тонкой линзы:

О – оптический центр линзы;

F – фокус линзы;

2F – двойной фокус линзы;

Главная оптическая ось – прямая, проходящая через оптический центр и перпендикулярная поверхности линзы.

13.16. Ход лучей в линзах

Собирающая линза Рассеивающая линза

- Луч, проходящий через оптический центр при прохождении линзы не преломляется. Такой луч называют побочной оптической осью.

- Луч, падающий на линзу параллельно главной оптической оси, после преломления проходит через фокус. - Луч, падающий на линзу параллельно главной оптической оси, после преломления идет так, что его продолжение проходит через фокус.

- Луч, падающий на линзу через фокус, после преломления идет параллельно главной оптической оси.

- Луч, падающий на линзу параллельно побочной оптической оси, пересекается с этой осью в фокальной плоскости. - Луч, падающий на линзу параллельно побочной оптической оси, после преломления идет так, что его продолжение пересекается с этой осью в фокальной плоскости.

13.17. Как при отражении, так и при преломлении свет может проходить один и тот же путь в обоих противоположных друг другу направлениях. Это свойство света носит название обратимости хода световых лучей.

***************

14. Волновая оптика и СТО:

***************

14.1. При распространении свет ведет себя как электромагнитная волна.

14.2. Скорость света – с=3*108 м/с.

14.3. Интерференция света – пространственное перераспределение энергии светового излучения при двух или нескольких световых волн. Интерференция возможна только в том случае, если волны когерентны.

14.4. Когерентными называются волны, источники которых совершают колебания с одинаковой частотой и постоянной разностью фаз.

Условие максимума интерференции:

d = kλ     (k=0,1,2,…)

В некоторой точке пространства наблюдается максимум интерференционной картины, если на разности хода двух волн укладывается целое число длин волн.

Условие минимума интерференции:

, (k=0,1,2,…)

В некоторой точке пространства наблюдается минимум интерференционной картины, если на разности хода двух волн укладывается не четное число длин полуволн.

14.5. Дифракция света – явление огибания светом непрозрачных тел и проникновение света в область геометрической тени.

14.6. Принцип Гюйгенса-Френеля. Каждая точка среды, до которой дошла волна, сама становится источником вторичных волн. Волновой фронт в любой момент времени представляет собой результат интерференции вторичных волн.

14.7. Дифракционная решетка – оптический прибор, представляющий собой чередование прозрачных и не прозрачных полос.

d sinφ=

 где d – период решетки (расстояние, через которое чередуются прозрачные и не прозрачные  полосы);

k – порядок максимума (0,1,2,3…)

λ – длина световой волны;

φ – угол, под которым наблюдается максимум по отношению к нормали к решетке.

14.8. Дисперсия света – зависимость показателя преломления вещества от длины волны (частоты) света. При переходе света из оптически менее плотной среды в оптически более плотную, с увеличением длины волны (уменьшением частоты) угол преломления увеличивается.

 14.9. Первый постулат СТО – все физические процессы протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчета.

14.10. Второй постулат СТО – скорость света постоянна во всех инерциальных системах отсчета и не зависит ни от скорости источника, ни от скорости приемника света.

14.11. Третий постулат СТО – пространство и время однородны, пространство  изотропно.

14.12. Относительность одновременности:

14.13. Относительность расстояний:

14.14. Относительность массы:

14.15. Закон сложения скоростей в релятивистской механике:

14.16. Связь между массой и энергией:

***************

15. Квантовая физика:

***************

15.1. Квант света (фотон) – элементарная частица электромагнитного излучения:

15.2. Энергия кванта:

Е=hν

где h=6,63*10-34 Джс – постоянная Планка.

15.3. Масса кванта:

15.4. Импульс кванта:

15.5. Фотоэффект – явление вырывания электронов с поверхности вещества под действием света

15.6. Первый закон фотоэффекта – количество электронов вылетающих с поверхности за единицу времени, прямо пропорционально интенсивности света.

15.7. Второй закон фотоэффекта – скорость вылетевших электронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется его частотой.

15.8. Работа электрического поля по задержке фотоэлектронов равна кинетической энергии фотоэлектронов.

где  Uз - задерживающая разность потенциалов (запирающее напряжение).

15.9. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта:

энергия фотона расходуется на извлечение электрона из вещества и сообщение этому электрону кинетической энергии.

15.10. Работа выхода – работа, которую нужно совершит для того, что бы извлечь электрон из вещества. Определяется красной границей фотоэффекта:

15.11. Л. де Бройль предположил, что волновыми свойствами обладают не только частицы электромагнитного излучения, но и другие частицы, в частности электрон, протон и т.д. Длина волны де Бройля:

.

***************

16. Атомная и ядерная физика:

***************

16.1. Модель атома Резерфорда: Атом состоит из положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него электронов. Заряд ядра равен порядковому номеру элемента в таблице Менделеева. Число электронов так же равно порядковому номеру. В целом атом электрически нейтрален.

16.2. Первый постулат Бора: в атоме существуют некоторые стационарные состояния, не изменяющиеся во времени без внешних воздействий. В этих состояниях атом не излучает.

16.3. Второй постулат Бора: при переходе атома из одного стационарного состояния в другое им испускается или поглощается один квант энергии.

16.4. Состав атомных ядер: Сразу же после открытия нейтрона российский ученый Д. Д. Иваненко и немецкий физик В. Гейзенберг выдвинули гипотезу о протонно-нейтронном строении атомных ядер, которая полностью подтвердилась последующими исследованиями. Протоны и нейтроны принято называть нуклонами. Общее число нуклонов (то есть протонов и нейтронов) называют массовым числом A:

A=Z+N

Z – число протонов в ядре, N – число нейтронов в ядре.

16.5. Энергия связи ядра равна минимальной энергии, которую необходимо затратить для полного расщепления ядра на отдельные частицы. Из закона сохранения энергии следует, что энергия связи равна той энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц.

Есв=∆Мс2

где ∆М=Zmp+Nmn-Mя – называется дефектом масс.

16.6. Самопроизвольное превращение ядер одних элементов в  ядра других элементов, сопровождающееся испусканием частиц называется радиоактивностью.

16.7. Альфа-распад: Альфа-распадом называется самопроизвольное превращение атомного ядра с числом протонов Z и нейтронов N в другое (дочернее) ядро, содержащее число протонов Z – 2 и нейтронов N – 2. При этом испускается α-частица – ядро атома гелия.

16.8. Бета-распад: При бета-распаде из ядра вылетает электрон. Внутри ядер электроны существовать не могут, они возникают при β-распаде в результате превращения нейтрона в протон. Этот процесс может происходить не только внутри ядра, но и со свободными нейтронами. Среднее время жизни свободного нейтрона составляет около 15 минут. При распаде нейтрон превращается в протон и электрон.

16.9. Правила смещения:

α распад:

β распад:

16.10. Период полураспада – промежуток времени в течении которого распадается половина из имеющихся радиоактивных ядер. Обозначается – Т.

16.11. Закон радиоактивного распада.

N(t) = N0 · 2t/T.

16.12. Ядерная реакция – это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра и выделением вторичных частиц или γ-квантов. При ядерных реакциях выполняется несколько законов сохранения: импульса, энергии, момента импульса, заряда.

16.13. При делении ядра урана-235, которое вызвано столкновением с нейтроном, освобождается 2 или 3 нейтрона.

16.14. При благоприятных условиях эти нейтроны могут попасть в другие ядра урана и вызвать их деление. На этом этапе появятся уже от 4 до 9 нейтронов, способных вызвать новые распады ядер урана и т. д. Такой лавинообразный процесс называется цепной реакцией. Схема развития цепной реакции деления ядер урана:

16.15. Для осуществления цепной реакции необходимо, чтобы так называемый коэффициент размножения нейтронов был больше единицы. Другими словами, в каждом последующем поколении нейтронов должно быть больше, чем в предыдущем.

16.16. Цепная реакция в уране с повышенным содержанием урана-235 может развиваться только тогда, когда масса урана превосходит так называемую критическую массу. В небольших кусках урана большинство нейтронов, не попав ни в одно ядро, вылетают наружу. Для чистого урана-235 критическая масса составляет около 50 кг.

16.17. Применение замедлителей нейтронов и специальной оболочки из бериллия, которая отражает нейтроны, позволяет снизить критическую массу до 250 г.

16.18. В атомных бомбах цепная неуправляемая ядерная реакция возникает при быстром соединении двух кусков урана-235, каждый из которых имеет массу несколько ниже критической.

16.19. Устройство, в котором поддерживается управляемая реакция деления ядер, называется ядерным (или атомным) реактором.

16.20. Реакции слияния легких ядер носят название термоядерных реакций, так как они могут протекать только при очень высоких температурах.

16.21. Энергия, которая выделяется при термоядерных реакциях, в расчете на один нуклон в несколько раз превышает удельную энергию, выделяющуюся в цепных реакциях деления ядер.

***************

 
 
 

 

 

 
 

Центр компьютерного обучения МБОУ СШ №2 © 2001 - 2022 г.