Рассматриваемые вопросы - Основные образовательные

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Филиал в г.Ишиме
УТВЕРЖДАЮ
Директор филиала
______________ /Шилов С.П./
20.11.2014
ФИЗИКА
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов специальности
050201.65 Математика с дополнительной специальностью Физика
очной формы обучения
1
ЛИСТ СОГЛАСОВАНИЯ
от 20.11.2014
Содержание: УМК по дисциплине Физика
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для специалистов направления подготовки
050201.65 Математика с дополнительной специальностью Физика очной формы обучения
Автор(-ы): Журавлева Н.С.
Должность
ФИО
Дата
согласования
Заведующий
кафедрой
Мамонтова
Т.С.
16.10.2014
Председатель УМС
филиала ТюмГУ в
г.Ишиме
Поливаев
А.Г.
11.11.2014
Согласовано
Начальник ОИБО
Гудилова
Л.Б.
20.11.2014
Согласовано
2
Результат
согласования
Рекомендовано
к электронному
изданию
Примечание
Протокол заседания
кафедры от 16.10.2015
№2
Протокол заседания
УМС от 11.11.2015
№3
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Филиал в г. Ишиме
Кафедра физико-математических дисциплин и профессионально-технологического образования
Журавлева Н.С.
ФИЗИКА
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов специальности
050201.65 Математика с дополнительной специальностью Физика
очной формы обучения
Тюменский государственный университет
2014
Рабочая программа «Физика»
Журавлева Н.С. УМК по дисциплине Физика
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для специалистов направления подготовки
050201.65 Математика с дополнительной специальностью Физика очной формы обучения.
Тюмень, 2014.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ГОС ВПО с учетом
рекомендаций и ПрОП ВО по направлению подготовки.
Рабочая программа дисциплины (модуля) опубликована на сайте ТюмГУ: Физика [электронный
ресурс] / Режим доступа: http://www.utmn.ru, раздел «Образовательная деятельность»,
свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой физико-математических дисциплин и
профессионально-технологического образования.
Утверждено директором филиала ТюмГУ в г. Ишиме.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР Мамонтова Т.С., к.п.н., доцент
Ф.И.О., ученая степень, звание заведующего кафедрой
© Тюменский государственный университет, филиал в г. Ишиме, 2014.
© Журавлева Н.С., 2014.
Страница 4 из 88
Рабочая программа «Физика»
Страница 5 из 88
Рабочая программа «Физика»
Страница 6 из 88
Рабочая программа «Физика»
Содержание
I. Общие сведения
1.1.Выписка из ГОС ВПО
1.2. Введение
1.2.1. Цель и задачи изучения дисциплины
1.2.2. Требования к результатам освоения дисциплины
1.2.3.Требования к организации дисциплины
1.2.4. Объем дисциплины и виды учебной работы
II. Содержание дисциплины
2.1. Тематический план изучения дисциплины
2.2. Содержание разделов дисциплины
2.3. Материально-техническое оснащение дисциплины
Ш. Организация аудиторной и самостоятельной работы студентов
3.1. Организация аудиторной работы студентов
3.1.1. Краткий курс лекций
3.1.2. Планы практических занятий
3.1.3. Планы лабораторных работ
3.1.4. Вопросы самопроверки
3.2. Организация самостоятельной работы студентов
3.3. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
3.4. Методические рекомендации для преподавателя
3.5. Методические рекомендации для студента
4
4
4
4
4
4
5
5
5
6
8
8
8
8
39
62
73
73
76
76
76
IV. Материалы входного, текущего и итогового контроля
4.1. Входной контроль – тест
4.2. Текущий контроль
4.2.1. Контрольная работа
4.2.2. Темы рефератов
4.3. Итоговый контроль
V. Терминологический минимум
5.1. Основные термины и понятия курса
77
77
78
78
78
79
82
82
Страница 7 из 88
Рабочая программа «Физика»
I. Общие сведения
Выписка из ГОСТ ВПО
1.1.
ЕН.Ф.03. Физика
Физические основы механики; колебания и волны; молекулярная физика и
термодинамика; электричество и магнетизм; оптика; атомная и ядерная физика; физический
практикум.
1.2. Введение
Рабочая программа (РП) дисциплины «Физика» разработана на основе требований ГОС
ВПО в соответствии с нормативно-правовыми актами, учредительными и нормативными
документами ФГБОУ ВПО ИГПИ.
РП дисциплины «Физика» предназначена для студентов физико-математического
факультета педагогического института. Она включает в себя общие вопросы организации
дисциплины, содержание курса, планы практических занятий и методические рекомендации к
ним; вопросы (тесты) для самоконтроля; организацию СРС; материалы входного и итогового
контроля; темы рефератов; терминологический минимум (терминологический словарь).
Дисциплина «Физика» призвана решить задачу формирования у будущих учителей
математики и информатики научного мировоззрения и умения пользоваться теоретическими
методами научного познания.
1.2.1. Цель и задачи изучения дисциплины
Целью освоения дисциплины «Физика» является формирование у будущего учителя
математики и физики научного мировоззрения и умения пользоваться теоретическими
методами, добиваясь при этом усвоения студентами общей структуры физической науки и
конкретных физических явлений, и в целом формирование готовности использовать знания о
современной картине мира в образовательной и профессиональной деятельности.
Задачи изучения дисциплины:
- ознакомление с основными направлениями развития физической науки;
- овладение понятийным аппаратом (экспериментальными фактами, понятиями, законами,
теориями, методами физической науки);
- развитие мышления и формирование умений самостоятельно приобретать и применять
знания, наблюдать и объяснять физические явления;
- формирование познавательного интереса к физике и технике, развитие творческих
способностей;
- раскрытие взаимосвязи физики и техники, показ ее применения в производстве и
человеческой деятельности, объяснение физических процессов, протекающих в природе;
- привитие умения самостоятельно пополнять свои знания, ориентироваться в научно–
информационном потоке.
1.2.2. Требования к результатам освоения дисциплины
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать:
- основные физические понятия, законы, теории и методы исследований;
- место физики в системе естественных, технических наук и ее основных
отраслей применения.
Уметь:
- применять физические закономерности к решению производственных,
технологических задач;
- пользоваться основными физическими приборами;
- устанавливать связь физики с другими техническими дисциплинами.
Владеть:
навыками
физического
эксперимента
и
обработки
результатов
экспериментальных исследований
1.2.3. Требование к организации дисциплины
Дисциплина «Физика» читается на очном отделении в четвертом, пятом и шестом
Страница 8 из 88
Рабочая программа «Физика»
семестрах (2-3 курс), на нее отводится 324 часа: 162 – аудиторных; 162 –
самостоятельная работа студентов.
Дисциплина «Физика» предусматривает проведение лекций, практических
занятий, лабораторных работ и физического практикума, работы которого выполняются
на протяжении всего курса.
Основное содержание лекций – изложение теоретических вопросов дисциплины.
Практические занятия посвящаются рассмотрению возможного применения
полученных на лекциях теоретических знаний в ходе решения задач, различного вида.
Лабораторные работы и работы практикума посвящены экспериментальному
изучению и подтверждению на практике изученных теорий.
Самостоятельная работа студентов по физике, как правило, носит учебноисследовательский характер: самостоятельное изучение теоретических вопросов, анализ
современных достижений науки в области физики; подготовка к семинарским занятиям,
лабораторным работам; выполнение контрольной работы, индивидуальных заданий в
виде написания рефератов, консультации с преподавателем.
Контроль знаний и умений проводится в виде оценки качества написания
контрольных работ, защиты лабораторных работ, сдачи зачетов и экзамена.
1.2.4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы
Аудиторные занятия (всего)
В том числе:
Лекции (ЛК)
Практические занятия (ПРЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа (всего) (СРС)
В том числе:
Консультации
Работа с литературой и ЭОР
Выполнение домаш. контр. работ
Подготовка к лабораторным работам
Подготовка рефератов
Подготовка к зачету, экзамену
Общая трудоемкость
№
1
2
3
Всего
часов
162
4
70
Семестры
5
6
46
46
62
50
26
22
18
14
18
14
50
162
22
70
14
46
14
46
6
55
18
25
12
46
2
19
6
7
6
14
2
19
6
9
6
12
2
17
6
9
324
140
92
92
II. Содержание дисциплины
2.1. Тематический план изучения дисциплины
Наименование темы дисциплины
ЛК
ПРЗ
ЛР
С
Физические основы механики:
Кинематика материальной точки.
Динамика материальной точки и
4
2
4
системы материальных точек.
Физический практикум
2
2
2
Колебания. Волны.
Электричество и магнетизм:
Электростатика
22
22
Постоянный ток
20
СРС
Всего
30
60
4
10
54
108
Страница 9 из 88
Рабочая программа «Физика»
5
6
3
Ток в металлах, в полупроводниках, в
электролитах, в газах, в вакууме
Магнитное поле
Переменный ток
Электромагнитные колебания
Электромагнитные волны
Физический практикум
Оптика:
Интерференция света.
Дифракция света.
Геометрическая оптика.
Поляризация света.
Дисперсия.
Квантовая природа излучения.
Физический практикум
Атомная и ядерная физика:
Элементы атомной и квантовой
физики.
Физика атома.
Физика ядра.
Элементарные частицы.
Молекулярная физика и
термодинамика:
Основы молекулярной физики.
Основы термодинамики.
Реальные жидкости и газы.
Твердые тела.
Физический практикум
ИТОГО
30
11
12
7
6
8
6
62
50
18
36
77
18
31
4
20
38
50
162
324
Содержание разделов дисциплины
Физические основы механики
Предмет и задачи механики. Исторический обзор развития механики.
Кинематика материальной точки. Движение. Пространство. Время. Материальная точка.
Система отсчета. Радиус-вектор. Векторы перемещения, скорости и ускорения. Прямолинейное
равномерное и равноускоренное движения. Движение по окружности. Нормальное,
тангенциальное и полное ускорения. Вращательное движение. Угловые и линейные
характеристики движения, связь между ними. Движение в поле тяжести.
Динамика материальной точки и системы материальных точек. 1 Закон Ньютона.
Инерциальные системы отсчета. Фундаментальные взаимодействия. Сила. Сила трения. Масса.
Второй и третий законы Ньютона. Импульс. Закон сохранения импульса. Принцип реактивного
движения.
Колебания. Волны.
Колебания. Кинематика гармонических колебаний. Сложение колебаний. Динамика
свободных и затухающих колебаний. Математический и физический маятник. Вынужденные
колебания. Резонанс.
Волны. Волны в упругой среде. Поперечные и продольные волны. Уравнение плоской
бегущей волны. Звук. Природа звука. Объективные и субъективные характеристики звука.
Электричество и магнетизм
Электростатика. Электрические заряды. Закон сохранения заряда. Взаимодействия
зарядов. Закон Кулона. Электрическое поле. Напряжённость электрического поля.
Напряженность точечного заряда. Принцип суперпозиции полей. Поток напряженности.
2.2.
Страница 10 из 88
Рабочая программа «Физика»
Теорема Остроградского-Гаусса и применение ее к расчёту полей в простейших случаях. Работа
сил поля по перемещению заряда. Потенциальный характер электростатического поля. Связь
между потенциалом и напряженностью. Проводники и диэлектрики в электрическом поле.
Электроемкость. Конденсаторы и способы их соединения. Энергия конденсатора. Энергия
электростатического поля.
Постоянный ток. Движение зарядов в электрическом поле. Условия существования тока и
характеристики его. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление проводника. Параллельное и
последовательное соединение проводников. Сторонние силы. Источники тока. ЭДС источника
тока. Закон Ома для полной цепи. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа.
Работа и мощность в цепи постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца. КПД источника тока.
Ток в металлах. Природа носителей тока в металлах. Зависимость сопротивления металлов
от температуры. Понятие о сверхпроводимости.
Ток в полупроводниках. Виды носителей тока в полупроводниках и типы проводимости.
Ток в электролитах. Электрическая диссоциация. Электролиз и законы Фарадея.
Ток в газах. Процессы ионизации и рекомбинации. Виды разрядов.
Ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия. Электронно-лучевая трубка использование в
технике.
Магнитное поле. Магнитное поле и его характеристики. Закон Био-Савара-Лапласа.
Магнитное поле прямого и кругового тока.
Сила Ампера. Взаимодействие токов.
Электроизмерительные приборы.
Движение заряда в магнитном поле. Сила Лоренца.
Магнитное поле в веществе. Диа-, пара- и ферромагнетики. Магнитный гистерезис.
Магнитный поток. Опыты Фарадея. Закон электромагнитной индукции и правило Ленца.
Вихревые токи. Явление самоиндукции. Индуктивность. Энергия магнитного поля.
Переменный ток. Переменный ток и его параметры. Резистор, конденсатор, катушка
индуктивности в цепи переменного тока. Закон Ома для переменного тока. Работа и мощность
переменного тока. Эффективные значения ЭДС, тока и напряжения. Трансформатор.
Электромагнитные колебания. Колебательный контур. Собственные и затухающие
колебания. Формула Томсона. Добротность контура. Вынужденные колебания. Резонанс.
Электромагнитные волны. Вихревое электрическое поле. Основные законы
электромагнитного поля - уравнения Максвелла. Электромагнитные волны, их свойства и
применение. Модуляция и демодуляция электромагнитных колебаний. Принципы радиосвязи и
телевидения. Шкала электромагнитных волн.
Оптика
Современные представления о природе света.
Интерференция света. Принцип суперпозиции. Способы наблюдения интерференции
света. Условия максимума и минимума интерференции. Интерферометры. Просветление
оптики.
Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция Френеля
на круглом отверстии. Дифракция Фраунгофера на одной, нескольких щелях. Дифракционная
решетка как спектральный прибор.
Геометрическая оптика. Геометрическая оптика – предельный случай волновой оптики.
Распространение, отражение и преломление света. Полное внутреннее отражение.
Преломление на плоской и сферической поверхностях. Линзы, зеркала. Погрешности
оптических систем. Формула линзы. Оптические приборы. Оптика глаза.
Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Поляризация при отражении,
угол Брюстера. Двойное лучепреломление. Вращение плоскости поляризации в оптически
активных средах.
Дисперсия. Опыты Ньютона. Скорость света в веществе. Призма как спектральный прибор.
Квантовая природа излучения. Тепловое излучение. Закон Кирхгофа. Спектральная
плотность излучения абсолютно черного тела. Законы излучения абсолютно черного тела.
Формула Планка.
Страница 11 из 88
Рабочая программа «Физика»
Фотоэффект. Работа А.Г. Столетова. Законы фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна.
Фотоэлементы, фоторезисторы, фотоумножители. Давление света. Опыты Лебедева. Квантовое
и волновое объяснение давления света. Эффект Комптона и его природа. Корпускулярно –
волновой дуализм света.
Атомная и ядерная физика
Элементы атомной и квантовой физики. Гипотеза де Бройля. Опытное обоснование
корпускулярно-волнового дуализма свойств вещества. Соотношение неопределенностей.
Уравнение Шреденгера для стационарных состояний. Волновая функция и ее статический
смысл.
Физика атома. Опыты Резерфорда по рассеиванию альфа-частиц. Ядерная модель атома.
Излучение и поглощение света атомом. Постулаты Бора. Теория атома по Бору. Уровни
энергии и спектр атомарного водорода. Опыты Франка - Герца. Квантовые числа. Принцип
Паули. Строение электронных оболочек. Периодическая система Д.И.Менделеева.
Физика ядра. Строение ядер. Нуклоны. Роль кулоновских и ядерных сил в стабильности
ядра. Заряд и масса ядра. Изотопы. Естественная радиоактивность. Искусственная
радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Период полураспада. Ядерные реакции
деления и синтеза. Энергия связи. Дефект массы. Перспективы ядерной энергетики.
Элементарные частицы. Понятие элементарной частицы. Виды и классификация
элементарных частиц. Фундаментальные взаимодействия. Гипотеза кварков.
Молекулярная физика и термодинамика
Основы молекулярной физики. Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа и его
внутренняя энергия. Закон Авогадро. Изопроцессы. Абсолютная шкала температур.
Распределение скоростей молекул по Максвеллу и его опытное подтверждение. Измерение
температуры.
Основные положения молекулярно–кинетической теории. Основное уравнение молекулярнокинетической теории газов. Связь температуры с энергией движения молекул. Явления
переноса в газах – теплопроводность, вязкость, диффузия.
Основы термодинамики. Термодинамическое равновесие. Внутренняя энергия - функция
состояния. Способы изменения внутренней энергии. Первое начало термодинамики.
Теплоемкость идеального газа. Работа при изопроцессах. Адиабатический процесс. Обратимые
и необратимые процессы. Второе начало термодинамики. Цикл Kapнo и его КПД.
Реальные жидкости и газы. Экспериментальные изотермы реального газа. Уравнение Вандер-Ваальса. Кипение, испарение и конденсация. Теплота парообразования. Свойства
насыщенных и ненасыщенных паров. Влажность. Смачивание. Капиллярность. Капиллярные
явления в природе.
Твердые тела. Кристаллические и аморфные тела. Типы кристаллов. Дефекты в кристаллах.
Кристаллизация, плавление и испарение твердых тел.
2.3. Материально-техническое оснащение дисциплины
Для обеспечения освоения данной дисциплины имеются: специализированная
лаборатории «Механики и молекулярной физики» «Оптики и электромагнетизма»;
мультимедийная установка, презентации лекций; кодоскоп, кодограммы; демонстрационное
оборудование.
Ш. Организация аудиторной и самостоятельной работы студентов
3.1. Организация аудиторной работы студентов
3.1.1. Краткий курс лекции
(избранные вопросы)
Тематика лекций соответствует ряду вопросов разделов дисциплины.
1. Основы кинематики
1.1 Кинематика поступательного движения
1.2 Равномерное прямолинейное движение
1.3 Неравномерное движение
Страница 12 из 88
Рабочая программа «Физика»
1.4 Равнопеременное прямолинейное движение
1.5 Свободное падение. Движение тела, брошенного вертикально вверх
1.6 Движение тела, брошенного под углом к горизонту и брошенного горизонтально с
некоторой высоты
1.7 Равномерное движение точки по окружности
1.8 Вращательное движение абсолютно твердого тела вокруг неподвижной оси
Кинематика изучает различные механические движения тел без рассмотрения причин
вызывающих эти движения.
1.1 Кинематика поступательного движения
При поступательном движении тела все точки тела движутся одинаково, и, вместо того
чтобы рассматривать движение каждой точки тела, можно рассматривать движение только
одной его точки.
Основные характеристики движения материальной точки: траектория движения,
перемещение точки, пройденный ею путь, координаты, скорость и ускорение.
Линию, по которой движется материальная точка в пространстве, называют траекторией.
Перемещением материальной точки за некоторый промежуток времени называется вектор
перемещения ∆r=r-r0, направленный от положения точки в начальный момент времени к ее
положению в конечный момент.
Скорость материальной точки представляет собой вектор, характеризующий направление
и быстроту перемещения материальной точки относительно тела отсчета.
Вектор ускорения характеризует быстроту и направление изменения скорости
материальной точки относительно тела отсчета.
1.2 Равномерное прямолинейное движение
Равномерным прямолинейным движением называется такое прямолинейное движение,
при котором материальная точка (тело) движется по прямой и в любые равные промежутки
времени совершает одинаковые перемещения.
Вектор скорости равномерного прямолинейного движения материальной точки
направлен вдоль ее траектории в сторону движения. Вектор скорости при равномерном
прямолинейном движении равен вектору перемещения за любой промежуток времени,
поделенному на этот промежуток времени:
Примем линию, по которой движется материальная точка, за ось координат ОХ, причем за
положительное направление оси выберем направление движения точки. Тогда, спроецировав
векторы r и v, на эту ось, для проекций ∆rx = |∆r| и ∆vx = |∆v| этих векторов мы можем
записать:
, отсюда получаем уравнение равномерного движения:
∆rx = vx · t .
Т.к. при равномерном прямолинейном движении S = |∆r|, можем записать: S x = vx · t.
Тогда для координаты тела в любой момент времени имеем:
х = х0 + Sx = х0 + vx · t,
где х0 - координата тела в начальный момент t = 0.
1.3 Неравномерное движение
Движение, при котором за равные промежутки времени тело совершает неравные
перемещения, называют неравномерным или переменным.
Средней скоростью vср называется величина, равная отношению перемещения тела ∆r за
некоторый промежуток времени ∆t к этому промежутку:
Страница 13 из 88
Рабочая программа «Физика»
Модуль средней скорости определяется как отношение пути ∆S, пройденного телом за
некоторый промежуток времени, к этому промежутку:
Направление вектора средней скорости vср
совпадает с направлением ∆r (рис.1).
При неограниченном уменьшении ∆t, vср стремится
к
предельному
значению,
которое
называется
мгновенной скоростью. Итак, мгновенная скорость v
есть предел, к которому стремится средняя скорость vср,
когда промежуток времени движения стремится к нулю:
Рис. 1
Из курса математики известно, что предел отношения приращения функции к
приращению аргумента, когда последний стремится к нулю, представляет собой первую
производную этой функции по данному аргументу. Поэтому:
Мгновенная скорость v есть векторная величина, равная первой производной радиуса вектора движущейся точки по времени. Так как секущая в пределе совпадает с касательной, то
вектор скорости v направлен по касательной к траектории в сторону движения (рис. 1).
По мере уменьшение ∆t путь ∆S все больше будет приближаться к |∆r|, поэтому модуль
мгновенной скорости:
Таким образом, модуль мгновенной скорости v равен первой производной пути по
времени:
При неравномерном движении тела его скорость непрерывно изменяется. Как быстро
изменяется скорость тела, показывает величина, которая называется ускорением.
Средним ускорением неравномерного движения в интервале от t до t + ∆t называется
векторная величина, равная отношению изменения скорости ∆v к интервалу времени ∆t:
Мгновенным ускорением а в момент времени t будет предел среднего ускорения:
Таким образом, ускорение ∆а есть векторная величина, равная первой производной
скорости по времени. В данной системе отсчета вектор ускорения может быть задан
проекциями на соответствующие координатные оси (проекциями ах, ау, аz).
Составляющая аτ вектора ускорения, направленная вдоль касательной к траектории в
данной точке, называется тангенциальным (касательным) ускорением. Тангенциальное
ускорение характеризует изменение вектора скорости по модулю. Вектор аτ направлен в
сторону движения точки при возрастании ее скорости (рис. 2 - а) и в противоположную сторону
- при убывании скорости (рис.2 - б).
Страница 14 из 88
Рабочая программа «Физика»
а)
б)
Рис. 2.
Тангенциальная составляющая ускорения аτ равна первой производной по времени от
модуля скорости, определяя тем самым быстроту изменения скорости по модулю:
Вторая составляющая ускорения, равная:
называется нормальной составляющей ускорения и направлена по нормали к траектории к
центру ее кривизны (поэтому ее называют так же центростремительным ускорением).
Полное ускорение есть геометрическая сумма тангенциальной и нормальной
составляющих:
1.4 Равнопеременное прямолинейное движение
Равнопеременным называется движение, при котором скорость тела (материальной
точки) за любые равные промежутки времени изменяется одинаково, т.е. на равные величины.
Это движение может быть равноускоренным и равнозамедленным.
Если направление ускорения а совпадает с направлением скорости v точки, движение
называется равноускоренным. Если направление векторов а и v противоположны, движение
называется равнозамедленным.
При равнопеременном прямолинейном движении ускорение остается постоянным и по
модулю и по направлению (а = const). При этом среднее ускорение аср равно мгновенному
ускорению а вдоль траектории точки. Нормальное ускорение при этом отсутствует (аn=0 ).
Изменение скорости ∆v = v - v0 в течении промежутка времени ∆t = t - t0 при
равнопеременном прямолинейном движении равно: ∆v = a·∆t, или v - v0 = a·(t - t0). Если в
момент начала отсчета времени (t0) скорость точки равна v0 (начальная скорость) и ускорение а
известно, то скорость v в произвольный момент времени t: v = v0 + a·t. Проекция вектора
скорости на ось ОХ связана с соответствующими проекциями векторов начальной скорости и
ускорения уравнением: vх = v0х ± aх·t. Аналогично записываются уравнения для проекций
вектора скорости на другие координатные оси.
Вектор перемещения ∆r точки за промежуток времени ∆t = t - t0 при равнопеременном
прямолинейном движении с начальной скоростью v0 и ускорением а равен:
,
а его проекция на ось ОХ (или перемещение точки вдоль соответствующей оси координат) при
t0 = 0 равна:
Путь Sx, пройденный точкой за промежуток времени ∆t = t - t0 в равнопеременном
прямолинейном движении с начальной скоростью v0 и ускорением а, при t0 = 0 равен:
Страница 15 из 88
Рабочая программа «Физика»
Так как координата тела равна х = х0 + S, то уравнение движения тела имеет вид:
Возможно так же при решении задач использовать формулу:
1.5 Свободное падение тел. Движение тела, брошенного вертикально вверх
Свободным падением называется движение, которое совершило бы тело только под
действием силы тяжести без учета сопротивления воздуха. При свободном падении тела с
небольшой высоты h от поверхности Земли (h ≪Rз, где Rз - радиус Земли) оно движется с
постоянным ускорением g, направленным вертикально вниз.
Ускорение g называется ускорением свободного падения. Оно одно и тоже для всех тел и
зависит лишь от высоты над уровнем моря и от географической широты. Если в момент начала
отсчета времени (t0 = 0) тело имело скорость v0, то по истечении произвольного промежутка
времени ∆t = t - t0 скорость тела при свободном падении будет: v = v0 + g·t.
Путь h, пройденный телом в свободном падении, к моменту времени t:
Модуль скорости тела после прохождения в свободном падении пути h находится из
формулы:
Так как vk2-v02=2·g·h, то
Продолжительность ∆t свободного падения без начальной скорости (v0 = 0) с высоты h:
При движении тела вертикально вверх с начальной скоростью v0, ускорение тела равно
ускорению свободного падения g. На участке до наивысшей точки подъема движение тела
является равнозамедленным, а после достижения этой точки - свободным падением без
начальной скорости.
Скорость тела в произвольный момент времени t от начала движения независимо от того,
рассматривается лишь подъем тела или его опускание после достижения наивысшей точки,
равна v = v0 + g·t.
Вектор перемещения ∆r тела за произвольный промежуток времени ∆t = t - t0, при
условии t0 = 0, равен:
В момент времени tпод, соответствующий наибольшему подъему тела над точкой
бросания (когда у = умах или высота подъема тела максимальна h = hmax = уmax - у0) скорость тела
станет равна нулю: v = v0 - g·tпод = 0, откуда tпод = v0/g, в этот момент направление движения
тела изменяется на противоположное.
Максимальная высота подъема тела над точкой бросания:
Страница 16 из 88
Рабочая программа «Физика»
1.6 Движение тела, брошенного под углом к горизонту и брошенного горизонтально с
некоторой высоты
Движение тела, брошенного с некоторой высоты, можно разложить на два независимых
движения: равномерное прямолинейное, происходящее в горизонтальном направлении со
скоростью υх , равной начальной скорости бросания υ0 (υх =
υ0),
и свободное падение с высоты, на которой находилось тело
в
момент бросания, с ускорением g. Для описания этого
движения выбирают прямоугольную систему координат
хОу.
Траектория движения является ветвь параболы (рис. 3).
Уравнение движения по осям Ох и Оу:
Скорость тела в любой точке траектории можно
определить по формуле:
Рис. 3
При этом время полета связано с вертикальной составляющей движения. Дальность
полета - с горизонтальной.
Движение тела, брошенного под углом к горизонту, также можно разложить на два
независимых движения: равномерное прямолинейное, происходящее в горизонтальном
направлении с начальной скоростью v0х = v0·Cosα и свободное падение с начальной скоростью
v0у = v0·Sinα, (рис.4). Где α - угол между направлениями вектора скорости υ0 и осью Ох.
Траекторией такого движения является парабола. Уравнения движения примут вид:
Рис.4
Скорость тела в любой точке траектории:
,
где υх = υ0х, υу = υ0у - g·t.
Вертикальная скорость тела в наивысшей точке траектории (при t = t1) равна очевидно
нулю. С другой стороны, эта скорость может быть выражена при помощи формулы
зависимости скорости равнозамедленного движения от времени.
Отсюда, получаем: 0 = υ0Sinα - g·t1 или
(1.1)
Зная t1, находим Н:
Страница 17 из 88
Рабочая программа «Физика»
(1.2)
Подставим (1.1) в (1.2)
Время спуска t2 можно вычислить, рассмотрев падение тела с известной высоты Н без
начальной вертикальной скорости:
отсюда следует, что t1 = t2.
Полное время полета:
Для нахождения дальности полета L необходимо обратиться к горизонтальной
составляющей движения тела. Как уже отмечалось, по горизонтали тело перемещается
равномерно
.
1.7 Равнопеременное движение точки по окружности
Движение по окружности является простейшим примером криволинейного движения.
Скорость υ движения по окружности называется линейной (окружной) скоростью. При
равномерном движении по окружности модуль мгновенной скорости материальной точки с
течением времени не изменяется. Движущаяся точка за равные промежутки времени проходит
равные по длине дуги окружности. Тангенциальное ускорение при равномерном движении
точки по окружности отсутствует (aτ). Изменение вектора скорости υ по направлению
характеризуется нормальным ускорением an, которое
называется также центростремительным ускорением.
В каждой точке траектории вектор an направлен по
радиусу к центру окружности, а его модуль равен:
При
описании
механического движения, в
частности
движения
по
окружности,
наряду
с
Рис.5.
прямоугольной
декартовой
системой координат используется полярная система координат.
Положение точки М на какой-то
плоскости
(например,
ХОУ)
определяется двумя полярными
координатами: модулем r радиуса
Рис. 7
вектора точки и углом φ угловой
координатой,
или
полярным углом (рис. 5).
Угол φ отсчитывается от оси ОХ до радиуса-вектора r против
часовой стрелки. Точку О в этом случае называют полюсом
Рис. 8
системы координат. Совместим полюс координат системы с
центром окружности, по которой движется материальная точка;
Страница 18 из 88
Рабочая программа «Физика»
тогда r = R (рис.6), а изменение положения точки на окружности может быть охарактеризовано
изменением ∆φ угловой координаты точки: ∆φ = φ2 -φ1.
Угол ∆φ называется углом поворота радиуса - вектора точки. Элементарные (бесконечно
малые) углы поворота рассматриваются как векторы.
Модуль вектора dφ равен углу поворота. Направление вектора dφ совпадает с
направлением поступательного движения острия винта, головка которого, вращается в
направлении движения точки по окружности, т.е. подчиняется правилу правого винта (рис. 7).
Средней угловой скоростью движения точки по окружности вокруг оси называется
величина ωcp, равная отношению угла поворота ∆φ радиус-вектора точки за промежуток
времени ∆t к длительности этого промежутка:
Угловой скоростью (мгновенной угловой скоростью) ω называется предел, к которому
стремится средняя угловая скорость при бесконечном уменьшении промежутка времени ∆t, или
первая производная от угла поворота по времени:
Вектор ω направлен вдоль оси вращения по правилу правого винта, т.е. также как и dφ (рис.
8).
При равномерном движении точки по окружности за любые равные промежутки времени
углы поворота ее радиус-вектора одинаковы. Следовательно, при таком движении мгновенная
угловая скорость равна средней угловой скорости: ω = ωcp. Угол поворота ∆ω радиус-вектора
точки, равномерно движущейся по окружности, равен:
Промежуток времени Т, в течении которого точка совершает один полный оборот по
окружности, называется периодом обращения (периодом вращения), а величина υ, обратная
периоду:
,
частотой обращения (частотой вращения).
За один период угол поворота радиус-вектора точки равен 2π рад, поэтому 2π = ωT, откуда
T = 2π/ω, или ω = 2π/Т = 2πν.
Линейная υ и угловая ω скорости связаны соотношением: υ = ω·R. Это видно из
следующего вывода:
1.8 Вращательное движение абсолютно твердого тела вокруг неподвижной оси
Для кинематического описания вращательного движения абсолютно твердого тела
вокруг какой-то неподвижной оси используются те же величины (и уравнения связи между
ними), что и для описания движения точки по окружности. При вращательном движении
абсолютно твердого тела вокруг неподвижной оси за промежуток времени ∆t углы поворота
радиус-векторов различных точек тела одинаковы. Угол поворота ∆φ, средняя ωcp и
мгновенная ω угловые скорости характеризуют вращательное движение всего абсолютно
твердого тела в целом.
Линейная скорость υ какой-либо точки абсолютно твердого тела пропорционально
расстоянию R точки от оси вращения:
При равномерном вращательном движении абсолютно твердого тела углы поворота тела
за любые равные промежутки времени одинаковы (∆φ = const) и мгновенная угловая скорость
тела равна средней угловой скорости (ω = ωcp). Тангенциальные ускорения aτ у различных точек
Страница 19 из 88
Рабочая программа «Физика»
абсолютно твердого тела отсутствуют (aτ = 0), а нормальное (центростремительное) ускорение
an какой-либо точки тела зависит от ее расстояния R до оси вращения:
Вектор an направлен в каждый момент времени по радиусу траектории точки к оси
вращения.
При неравномерном вращательном движении абсолютно твердого тела углы поворота
тела за любые равные промежутки времени неодинаковы. Угловая скорость тела ω с течением
времени изменяется.
Средним угловым ускорением εср в промежутке времени ∆t = t2 - t1 называется
физическая величина, равная отношению изменения угловой скорости ∆ω = ω2 - ω1
вращающегося тела за промежуток времени ∆t к длительности этого промежутка:
Если угловая скорость за произвольные одинаковые промежутки времени изменяется
одинаково ( ∆ω12 = ∆ω34 и т.д.), то εср = const (равнопеременное вращение).
Угловым ускорением (мгновенным угловым ускорением) вращающегося тела в момент
времени t называется величина ε, равная пределу, к которому стремится среднее угловое
ускорение за промежуток времени от t до t + ∆t при бесконечном уменьшении ∆t, или, угловое
ускорение - это первая производная от угловой скорости по времени или вторая производная от
угла поворота по времени:
Изменение ∆ω угловой скорости абсолютно твердого тела за промежуток времени ∆t = t t0 при равнопеременном вращательном движении с угловым ускорением ε: ∆ω = ε·∆t = ε(t - t0).
Если при t0 = 0 начальная угловая скорость тела равна ω0, то в произвольный момент времени
t угловая скорость тела будет ω = ω0 + ε·t.
Угол поворота ∆φ тела вокруг оси за промежуток времени ∆t = t - t0 при равнопеременном
движении:
Тангенциальная составляющая ускорения:
; υ = ω·R, поэтому
Нормальная составляющая ускорения:
Таким образом, связь между линейными и угловыми величинами выражается
следующими формулами: S = R·φ, υ = ω·R, aτ = R·ε, an = ω2·R.
2. Механические колебания и волны
2.1. Кинематика гармонических колебаний.
2.2. Динамика механических колебаний.
2.3. Маятники.
2.4. Волны в упругих средах.
2.5. Звук.
2.1. Кинематика гармонических колебаний
Колебаниями называются процессы, в той или иной степени
Рис. 9
повторяющиеся во времени.
Рассмотрим
простейшую
кинематическую
модель
колебательного движения материальной точки, движущейся вдоль прямой. Условия, при
Страница 20 из 88
Рабочая программа «Физика»
которых эта модель адекватно описывает реальные колебания, могут быть получены только на
основании физических законов, в частности, законов динамики.
Для построения этой модели обратим внимание, что равномерное движение точки по
окружности является периодическим процессом. Действительно, пусть материальная точка C
движется с постоянной угловой скоростью ω по окружности радиуса A (рис.9). При этом
угловая координата точки будет изменяться по линейному закону
,
(2.1)
где φ0 - начальная координата точки.
Не смотря на то, что угол поворота монотонно
возрастает, через равные промежутки времени, равные
периоду вращения
точка возвращается в исходное
положение, в котором ее кинематические характеристики
(скорость, ускорение) принимают исходные значения.
Если радиус-вектор точки, векторы ее скорости и
ускорения изменяются по периодическому закону, то и их
Рис. 10
проекции также изменяются по периодическим законам.
Иными словами, движение проекции точки на любую из
осей координат является колебательным движением вдоль прямой.
Колебательное движение проекции можно наблюдать в реальном эксперименте. Для этого
необходимо поместить вращающийся по окружности шарик перед плоским экраном и осветить
его световым потоком, параллельным плоскости вращения (рис. 10). В этом случае тень от
шарика будет совершать колебания вдоль одной прямой.
Построим график закона движения тени шарика. Для этого необходимо изобразить
окружность, отметить на ней равноотстоящие точки, а затем нанести на график временной
зависимости их координаты через равноотстоящие интервалы времени (рис. 11).
Учитывая,
что
угол
поворота
изменяется в соответствии с формулой (2.1),
получим закон изменения координаты точки
от времени
X(t) = A cos(wt+  0 ).
(2.2)
Движение, при котором координата
точки изменяется по закону косинуса (или
синуса)
называется
гармоническим
Рис. 11
колебанием.
Таким образом, при равномерном движении точки по окружности ее проекция совершает
гармонические колебания.
Как следует из вида функции (2.2), гармоническое колебание точки определяется тремя
параметрами, каждый из которых имеет наглядный смысл. Параметр A называется амплитудой
колебаний, он равен максимальному отклонению точки от центрального положения. Эта
величина имеет ту же размерность, что и координата x, то есть размерность длины.
Изменяющаяся величина
называется фазой колебания, а величина φ0 - начальной
фазой.
Параметр ω называется круговой частотой колебаний. Так как период косинуса равен 2π,
то при изменении аргумента косинуса на эту величину значения функции принимает прежнее
значение. Это обстоятельство позволяет выразить круговую частоту через время одного
колебания T (которое также называется периодом колебаний. Таким образом, круговая частота
связана с периодом колебания соотношением
.
(2.3)
Страница 21 из 88
Рабочая программа «Физика»
Более наглядной характеристикой колебаний является обычная частота ν - число
колебаний в единицу времени. Если период – это время одного колебания, то величина
обратная периоду равна числу колебаний в единицу времени, то есть частоте колебаний
.
(2.4)
С помощью соотношений (2.3) и (2.4) легко связать круговую и обычную частоты
колебаний
.
(2.5)
При движении по окружности вектор скорости точки
направлен по касательной к окружности (рис.12), его модуль равен
(напомним, здесь A - радиус окружности). Если проекция
радиус-вектора есть координата точки x, то проекция вектора
скорости на ту же ось будет равна скорости движения проекции.
Проекция вектора скорости на ось Ox равна
.
Используя выражения для модуля скорости и выражение для угла
поворота, определяем, что скорость точки при гармоническом
колебании зависит от времени по закону
.
(2.6)
Рис. 12
Величина V0=wA равна максимальной скорости движения
точки при гармонических колебаниях.
Аналогичным образом найдем ускорение точки, совершающей гармонические колебания.
Так при равномерном движении по окружности ускорение точки является
центростремительным, то есть вектор ускорения
направлен к центру окружности, а его
модуль равен
. Из рисунка 12 следует, проекция вектора ускорения на выбранную ось
Ox равна
. Следовательно, зависимость ускорения от времени при
гармонических колебаниях имеет вид
.
(2.7)
На рисунке 13 показаны графики зависимостей координаты x(t), скорости υ(t) и ускорения
a(t) точки, совершающей гармонические колебания. Все эти зависимости описываются
гармоническими функциями одного периода (одинаковой частоты), сдвинутыми друг
относительно друга на четверть периода, (которой соответствует сдвиг фазы на ). Между
нулями и экстремумами этих функций существуют очевидные соответствия: координата
движущейся точки достигает максимального и минимального значения, когда ее скорость
обращается в нуль; модуль скорости максимален, когда точка проходит через нулевую
координату; модуль ускорения максимален, когда скорость равна нулю, а отклонение точки
максимально.
Рис. 28
Между ускорением точки и ее координатой, которое следует из сравнения функций:
. (2.8)
При гармонических колебаниях ускорение точки пропорционально его координате, с
отрицательным коэффициентом пропорциональности.
Страница 22 из 88
Рабочая программа «Физика»
6.2. Динамика механических колебаний
По второму закону Ньютона сила, действующая на материальную точку массой m:
F = ma = – m w02x.
(2.9)
Отсюда:
1) модуль силы пропорционален смещению материальной точки из положения равновесия;
2) направление силы и смещения противоположны.
Следовательно, сила всегда направлена к положению равновесия. Такие силы называются
возвращающими. Зависимость (2.9) характерна для упругой силы.
Рассмотрим простейшую механическую колебательную
систему с одной степенью свободы, именуемую гармоническим
осциллятором. В качестве реального воплощения осциллятора
рассмотрим тело массой m, подвешенное на пружине с
жесткостью k, в предположении, что силами сопротивления
можно пренебречь. Удлинение пружины будем отсчитывать от
положения равновесия. Статическая сила упругости уравновесит
силу тяжести, и ни та, ни другая сила в уравнение движения не
войдут. Запишем уравнение движения согласно второму закону
Рис. 14
Ньютона:
Fупр = ma (2.10)
Запишем это уравнение в проекции на ось х (рис. 14).
Проекцию ускорения на ось х представим как вторую производную от координаты х по
времени. (вторая производная отмечается двумя точками).
Тогда, уравнение (2.10) перепишется в виде:
(2.11)
Знак минус показывает, что сила направлена против смещения тела от положения
равновесия.
k
2
  , получим:
Обозначим
m
(2.12).
Уравнение (2.12) называется уравнением свободных гармонических колебаний. Это
дифференциальное уравнение, его решением является функция вида
x(t) = A cos(wt+  0 ).
.
Найдем энергию свободных колебаний. Она представлена двумя видами энергии:
кинетической и потенциальной.
Подставляя в эту формулу значения х и v согласно соотношениям (2.2) и (2.6), получим:
Таким образом, энергия свободных колебаний пропорциональна квадрату амплитуды
колебаний.
Вследствие сопротивления свободные колебания всегда рано или поздно затухают.
Рассмотрим процесс затухания колебаний. Допустим, что сила сопротивления
пропорциональна скорости тела.
,
(2.13)
где коэффициент пропорциональности обозначен через 2m
Страница 23 из 88
Рабочая программа «Физика»
Будем иметь в виду случай, когда за период колебания его затухание невелико. Тогда
можно считать, что затухание слабо скажется на частоте, но отразится на амплитуде колебаний.
Тогда уравнение затухающих колебаний можно представить в виде
Здесь А(t) представляет некоторую убывающую функцию, которую требуется определить.
Будем исходить из закона сохранения и превращения энергии.
Изменение энергии колебаний равно средней за период работе силы сопротивления, т.е.
(2.14)
Разделим обе части уравнения на dt. Справа будем иметь dx/dt, т.е. скорость v, а слева
получится производная от энергии по времени.
Следовательно будем иметь
Но средняя кинетическая энергия равна половине полной
энергии. Поэтому можно записать, что
Чтобы решить данное дифференциальное уравнение,
разделим обе его части на E и умножим на dt. Получим, что
Рис. 15
Проинтегрируем обе части полученного уравнения:
Постоянная С находится из начальных условий. Следовательно,
Но Е ~А2, поэтому и амплитуда затухающих колебаний убывает по показательному
закону:
Итак, вследствие сопротивления амплитуда колебаний убывает (рис. 15).
Коэффициент  называется коэффициентом затухания. Обычно затухание колебаний
характеризуется декрементом затухания, он показывает, во сколько раз уменьшается
амплитуда колебаний за время, равное периоду колебаний.
То есть декремент затухания определяется так:
2.3. Маятники
Маятник - тело, совершающее под действием переменной силы колебания.
1. Пружинный маятник — это груз массой m, который подвешен на пружине и
совершает гармонические колебания под действием упругой силы F = –kx, где k — жесткость
пружины.
Уравнение движения маятника имеет вид
или
Пружинный маятник совершает гармонические колебания по закону
Страница 24 из 88
Рабочая программа «Физика»
х = А соs (ω0t+φ)
с циклической частотой
и периодом
(2.15)
Формула (6.15) верна для упругих колебаний в границах, в которых выполняется закон
Гука.
Потенциальная энергия пружинного маятника, используя (2) и формулу потенциальной
энергии предыдущего раздела, равна
Ep 
kx
2
2
2. Физический маятник — это твердое тело, которое совершает колебания под
действием силы тяжести вокруг неподвижной горизонтальной оси, которая проходит через
точку О, не совпадающую с центром масс С тела (рис. 16).
Если маятник из положения равновесия отклонили на
некоторый угол α, то, используя уравнение динамики
вращательного движения твердого тела, момент M
возвращающей силы
, (2.16)
где J — момент инерции маятника относительно оси, которая
проходит через точку подвеса О, l – расстояние между осью и
центром масс маятника, Fτ ≈ –mgsinα ≈ –mgα —
возвращающая сила (знак минус указывает на то, что
направления Fτ и α всегда противоположны; sinα ≈ α
поскольку колебания маятника считаются малыми, т.е.
Рис. 16
маятника из положения равновесия отклоняется на малые
углы).
Уравнение (6.16) запишем как
или
Принимая
,
получим уравнение
,
решение которого найдем и запишем как
Из формулы вытекает, что при малых колебаниях физический маятник совершает
гармонические колебания с циклической частотой ω0 и периодом
, (2. 17)
где введена величина L=J/(ml) — приведенная длина физического маятника.
3. Математический маятник — это идеализированная система, состоящая из
материальной точки массой m, которая подвешена на нерастяжимой невесомой нити, и которая
колеблется под действием силы тяжести. Хорошее приближение математического маятника
есть небольшой тяжелый шарик, который подвешен на длинной тонкой нити. Момент инерции
математического маятника
Страница 25 из 88
Рабочая программа «Физика»
где l — длина маятника.
Поскольку математический маятник есть частный случай физического маятника, если
предположить, что вся его масса сосредоточена в одной точке — центре масс, то найдем
выражение для периода малых колебаний математического маятника
(2.18)
2.4. Волны в упругих средах
Если в каком-либо месте упругой (твердой, жидкой или газообразной) среды возбудить
колебания ее частиц, то вследствие взаимодействия между частицами это колебание будет
распространяться в среде от частицы к частице с некоторой скоростью v. Процесс
распространения колебаний в пространстве называется волной.
Частицы среды, в которой распространяется волна, не вовлекаются волной в
поступательное движение, они лишь совершают колебания около своих положений равновесия.
В зависимости от направления колебаний частиц по отношению к направлению, в котором
распространяется волна, различают продольные и поперечные волны. В продольной волне
частицы среды колеблются вдоль направления
распространения волны. В поперечной волне
частицы среды колеблются в направлениях,
перпендикулярных
к
направлению
распространения волны. Упругие поперечные
волны могут возникнуть лишь в среде,
обладающей сопротивлением сдвигу. Поэтому
в жидкой и газообразной средах возможно
возникновение только продольных волн. В
твердой среде возможно возникновение как
продольных, так и поперечных волн.
Рис. 17
На рисунке 17 показано движение частиц
при распространении в среде поперечной волны.
Номерами 1, 2 и т. д. обозначены частицы,
отстоящие друг от друга на расстояние, равное 1/
4v Т , т. е. на расстояние, проходимое волной за
четверть периода колебаний, совершаемых
частицами.
В момент времени, принятый за нулевой,
волна, распространяясь вдоль оси слева направо,
Рис. 18
достигла частицы 1, вследствие чего частица
начала смещаться из положения равновесия вверх, увлекая за собой следующие частицы.
Спустя четверть периода частица 1 достигает крайнего верхнего положения; одновременно
начинает смещаться из положения равновесия частица 2 . Через еще четверть периода первая
частица будет проходить положение равновесия, двигаясь в направлении сверху вниз, вторая
частица достигнет крайнего верхнего положения, а третья частица начнет смещаться вверх из
положения равновесия. В момент времени, равный Т, первая частица закончит полный цикл
колебания и будет находиться в таком же состоянии движения, как и в начальный момент.
Волна к моменту времени T , пройдя путь vТ, достигнет частицы 5.
На рисунке 18 показано движение частиц при распространении в среде продольной
волны. Все рассуждения, касающиеся поведения частиц в поперечной волне, могут быть
отнесены и к данному случаю с заменой смещений вверх и вниз смещениями вправо и влево.
Из рисунка видно, что при распространении продольной волны в среде создаются
чередующиеся сгущения и разрежения частиц (места сгущения частиц обведены на рисунке
пунктиром), перемещающиеся в направлении распространения волны со скоростью v.
Страница 26 из 88
Рабочая программа «Физика»
На рисунках 17 и 18 показаны колебания частиц, положения равновесия которых лежат на
оси х. В действительности колеблются не только частицы, расположенные вдоль оси х, а
совокупность частиц, заключенных в некотором объеме. Распространяясь от источника
колебаний, волновой процесс охватывает все новые и новые части пространства.
Геометрическое место точек, до которых доходят колебания к моменту времени t, называется
фронтом волны.
Геометрическое место точек, колеблющихся в одинаковой фазе, называется волновой
поверхностью .
Волновые поверхности могут быть любой формы. В простейших случаях они имеют
форму плоскости или сферы
Расстояние λ, на которое распространяется волна за время, равное периоду колебаний
частиц среды, называется длиной волны. Очевидно, что
=vТ,
где v – скорость волны, Т – период колебаний.
2.5. Звук
Звук, в широком смысле — колебательное движение частиц упругой среды,
распространяющееся в виде волн в газообразной, жидкой или твёрдой средах, в узком смысле
— явление, субъективно воспринимаемое специальным органом чувств человека и животных.
Человек слышит звук с частотой от 16 Гц до 20 000 Гц.
Звук с частотой ниже 16 Гц называется инфразвуком, выше 20 000 Гц — ультразвуком;
самые высокочастотные упругие волны в диапазоне от 109 до 1012—1013 Гц относят к
гиперзвуку.
Область инфразвуковых частот снизу практически не ограничена — в природе
встречаются инфразвуковые колебания с частотой в десятые и сотые доли Гц. Частотный
диапазон гиперзвуковых волн сверху ограничивается физическими факторами,
характеризующими атомное и молекулярное строение среды: длина упругой волны должна
быть значительно больше длины свободного пробега молекул в газах и больше межатомных
расстоянии в жидкостях и в твёрдых телах. Поэтому в воздухе не может распространяться
гиперзвук с частотой 109 Гц и выше, а в твёрдых телах — с частотой более 1012—1013 Гц.
Важной характеристикой звука является его спектр, получаемый в результате разложения
звука на простые гармонические колебания. Спектр бывает сплошной, когда энергия звуковых
колебаний непрерывно распределена в более или менее широкой области частот, и линейчатый,
когда имеется совокупность дискретных (прерывных) частотных составляющих. Звук со
сплошным спектром воспринимается как шум, например шелест деревьев под ветром, звуки
работающих механизмов. Линейчатым спектром с кратными частотами обладают
музыкальные звуки; основная частота определяет при этом воспринимаемую на слух высоту
звука, а набор гармонических составляющих — тембр звука.
Энергетической характеристикой звуковых колебаний является интенсивность звука —
энергия, переносимая звуковой волной через единицу поверхности, перпендикулярную
направлению распространения волны, в единицу времени. Интенсивность звука зависит от
амплитуды звукового давления, а также от свойств самой среды и от формы волны.
Субъективной характеристикой звука, связанной с его интенсивностью, является громкость
звука, зависящая от частоты. Наибольшей чувствительностью человеческое ухо обладает в
области частот 1—5 кГц. В этой области порог слышимости, т. е. интенсивность самых
слабых слышимых звуков, по порядку величины равна 10-12вм/м2, а соответствующее звуковое
давление — 10-5 Н/м2. Верхняя по интенсивности граница области воспринимаемых
человеческим ухом звук. характеризуется порогом болевого ощущения, слабо зависящим от
частоты в слышимом диапазоне и равным примерно 1 вм/м2.
Источники звука — любые явления, вызывающие местное изменение давления или
механическое напряжение.
Приёмники звука служат для восприятия звуковой энергии и преобразования её в др.
формы.
Страница 27 из 88
Рабочая программа «Физика»
Распространение звуковых волн характеризуется в первую очередь скоростью звука.
Скорость звука в сухом воздухе при температуре 0°С составляет 330 м/с, в пресной воде при
17°С — 1430 м/с.
3. Постоянный электрический ток
3.1. Электрический ток и его характеристики.
3.2. Тепловое действие тока.
3.3. Мощность в цепях постоянного тока.
3.4. Разветвленные цепи.
3.1. Электрический ток и его характеристики
При движении заряженных частиц в проводнике происходит перенос электрического
заряда. Однако если заряженные частицы совершают беспорядочное тепловое движение, как,
например, свободные электроны в металле, то переноса заряда не происходит. Электрический
заряд перемещается через поперечное сечение проводника лишь в том случае, если наряду с
беспорядочным движением электроны участвуют в упорядоченном движении. В этом случае
говорят, что в проводнике устанавливается электрический ток.
Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных
частиц. Электрический ток возникает при упорядоченном перемещении свободных электронов
или ионов.
Полный заряд, переносимый через любое сечение проводника равен нулю, так как заряды
разных
знаков
перемещаются
с
одинаковой
средней
скоростью.
Электрический ток имеет определенное направление. За направление тока принимают
направление движения положительно заряженных частиц. Если ток образован движением
отрицательно заряженных частиц, то направление тока считают противоположным
направлению движения частиц.
О наличии электрического тока говорят следующие действиям или явлениям, которые его
сопровождают:
1) проводник, по которому течет ток, нагревается;
2) электрический ток может изменять химический состав проводника;
3) ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела.
Если в цепи устанавливается электрический ток, то это означает, что через поперечное
сечение проводника все время переносится электрический заряд. Заряд, перенесенный в
единицу времени, служит основной количественной характеристикой тока, называемой силой
тока. Если через поперечное сечение проводника за время Δt переносится заряд Δq , то сила
тока равна:
Сила тока равна отношению заряда Δq, переносимого через поперечное сечение
проводника за интервал времени Δt, к этому интервалу времени.
Если сила тока со временем не меняется, то ток
называют постоянным (рис. 22).
Сила тока — величина скалярная. Она может
быть как положительной, так и отрицательной. Знак
силы тока зависит от того, какое из направлений
вдоль проводника принять за положительное. Сила
тока I > 0, если направление тока совпадает с условно
выбранным положительным направлением вдоль
Рис. 22
проводника, в противном случае I < 0.
Сила тока зависит от:
1) заряда, переносимого каждой частицей (q0);
2) концентрации частиц - носителей (n);
3) скорости направленного движения частиц (v);
4) площади поперечного сечения проводника (S).
Страница 28 из 88
Рабочая программа «Физика»
Единица измерения силы тока - ампер (А).
Условия возникновения и существования постоянного электрического тока:
1) наличие свободных заряженных частиц;
2) на заряженные частицы должны действовать силы, обеспечивающие их упорядоченное
перемещение в течение конечного промежутка времени.
Для того чтобы в проводнике мог существовать постоянный ток проводимости,
необходимо выполнение следующих условий:
а) напряженность электрического поля в проводнике должна быть отлична от нуля и не
должна изменяться с течением времени;
б) цепь постоянного тока проводимости должна быть замкнутой;
в) на свободные электрические заряды, помимо кулоновских сил, должны действовать
неэлектростатические силы, называемые сторонними силами.
Сторонние силы могут быть созданы источниками тока (гальваническими элементами,
аккумуляторами, электрическими генераторами и др.).
Величина, характеризующая поле внутри проводника при протекании по нему
электрического тока называется напряжением.
Напряжение – физическая величина, равная отношению работы сил электрического поля
по перемещению заряда к величине этого заряда
Aï
.
U
q
Для однородного участка (где не действуют сторонние силы) напряжение равно разности
потенциалов на концах этого участка.
Единица измерения напряжения – вольт (В).
Экспериментально доказано, что сила тока в проводнике прямо пропорциональна
приложенному напряжению.
(4.1)
Данное утверждение называется законом Ома для участка цепи.
Сопротивление проводника R — величина, характеризующая противодействие
проводника установлению в нем электрического тока.
Сопротивление измеряется в омах (Ом). Если при напряжении в 1 В в проводнике
устанавливается ток в 1 А, то сопротивление такого проводника равно 1 Ом.
Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине l и обратно
пропорционально площади его поперечного сечения S:
, (4.2)
пропорциональности ρ
Рис. 23
где коэффициент
называется удельным
сопротивлением.
Удельное сопротивление зависит от рода вещества и от
температуры (с повышением температуры удельное сопротивление
большинства металлов увеличивается), численно оно равно
сопротивлению проводника единичной длины с единичной площадью
поперечного сечения.
Векторная физическая величина равная отношению силы тока на
площадь поперечного сечения проводника называется плотностью
тока j.
Подставим формулу (3.2) в (3.1) и проведем ряд преобразований
;
;
- электропроводность
Страница 29 из 88
Рабочая программа «Физика»


j  E (4.3)
Формула (4.3) – закон Ома для участка цепи в дифференциальном виде.
Для того чтобы в проводнике существовал электрический ток длительное время,
необходимо поддерживать на его концах разность потенциалов.
Если в начальный момент времени потенциал точки А проводника выше потенциала точки
В (рис. 23), то перенос положительного зарада q из точки А к точке В приводит к уменьшению
разности потенциалов между ними. Чтобы разность потенциалов оставалась неизменной,
необходимо точно такой же заряд q перенести из точки В в точку А.
Из точки А в точку В электрические заряды движутся под действием сил электрического
поля. Перемещение их из точки В в точку А будет происходить в направлении против сил
электрического поля. Такое перемещение заряда может осуществляться только под действием
сил неэлектростатической природы, действующих в устройствах, называемых источниками
постоянного тока.
Силы, вызывающие перемещение электрических зарядов внутри источника постоянного
тока против направления действия сил электростатического поля, называются сторонними
силами.
Физическая величина, равная отношению работы стороннего поля по перемещению заряда
к величине этого заряда, называется электродвижущей силой:
Электродвижущую силу выражают в вольтах.
Сопротивление источника называют внутренним сопротивлением r в отличие от
внешнего сопротивления R цепи.
Закон Ома для замкнутой цепи записывают в форме
Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению.
При последовательном соединении электрическая цепь не имеет разветвлений. Все
проводники включают в цепь поочередно друг за другом (рис. 24).
Рис. 24
сила тока
напряжение
сопротивление
связь напряжения с
сопротивлением
При параллельное соединение проводников они все имеют общее начало и общий конец
(рис. 25)
Рис. 25
сила тока
Страница 30 из 88
напряжение
сопротивление
связь силы тока с
сопротивлением
Рабочая программа «Физика»
сила тока
напряжение
сопротивление
связь силы тока с
сопротивлением
Параллельное соединение – самый распространенный способ соединения различных
потребителей. В этом случае выход из строя одного прибора не отражается на работе
остальных, тогда как при последовательном соединении выход из строя одного прибора
размыкает цепь.
3.2. Тепловое действие тока
Закон Джоуля-Ленца определяет меру теплового действия электрического тока. Дело в
том, что электрический ток представляет собой перемещение заряда под действием
электрического поля. Отсюда следует, что электрическое поле совершает работу:
dA = U dq = IU dt
Если электрическое поле совершает работу, то должна выделяться энергия. Если ток
проходит по неподвижному металлическому проводнику, то вся работа тока идет на нагревание
этого проводника.
dQ = dA
Другими словами, энергия переходит в другое качество, в тепловую энергию.
Экспериментируя, независимо друг от друга, Дж. Джоуль и Э. Х. Ленц пришли к единому
выводу: количество теплоты, выделяющейся током в проводнике равно работе электрического
поля по перемещению заряда за время t:
Q = Ut = I2 Rt (4.4)
Это и есть закон Джоуля - Ленца.
Если выделить в проводнике элементарный цилиндрический объем dV = dS dl (ось цилиндра
совпадает с направлением тока), то его сопротивление будет равно R = ρ dl/dS. Тогда, по
закону Джоуля - Ленца
dQ = I2r dt = ρ dl/dS (jdS)2 dt = ρj2 dV dt
Количество теплоты, выделяющееся за единицу времени в единице объема, называется
удельной тепловой мощностью тока
w = ρj2
То же можно записать используя дифференциальную форму закона Ома
W = jE = γE2
Последние выражение является обобщенным выражением закона Джоуля – Ленца в
дифференциальном виде.
Единица измерения количества теплоты - джоуль (Дж).
3.3. Мощность в цепях постоянного тока
Кулоновские и сторонние электрические силы совершают работу А при перемещении
зарядов вдоль электрической цепи. Если электрический ток постоянен, а образующие цепь
проводники неподвижны, то энергия W , которая необратимо преобразуется за время t в объеме
проводник, равна совершенной работе:
W = А = IUΔt,
Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в
течение которого совершалась работа.
Необратимые преобразования энергии в проводнике с током обусловливаются
взаимодействием электронов проводимости с узлами кристаллической решетки металла. В
результате столкновения электронов с положительными ионами, находящимися в узлах
решетки, электроны передают ионам энергию. Эта энергия идет на нагревание проводника.
Страница 31 из 88
Рабочая программа «Физика»
Мощность электрического тока равна отношению работы тока за время к этому
интервалу времени:
,
где А - работа, которая совершается током за время Δt - сила тока.
Единица мощности электрического тока – ватт (Р)
Для характеристики цепи постоянного тока вводят такие величины как полная, полезная
мощность, кпд источника тока.
Полная мощность, выделяемая в цепи, будет слагаться из мощностей, выделяемых во
внешней и внутренней частях цепи
Таким образом, полная мощность, выделяемая в цепи, выражается произведением из силы
тока на эдс элемента. Эта мощность выделяется за счет каких-либо сторонних источников
энергии (батарейка, элемент и т.д.).
Сила тока в цепи определяется по закону Ома и достигает максимального значения при
R=0; при этом ток называется – током короткого замыкания
.
Наибольшее значение полная мощность достигает при коротком замыкании, при
увеличении R мощность спадает, стремясь асимптотически к нулю при неограниченном
увеличении внешнего сопротивления.
На нагрузке выделяется только часть полной мощности, которая называется полезной:
Полезная мощность при коротком замыкании равна нулю.
Возьмем производную от Р по внешнему сопротивлению R
По условию максимума требуется приравнять к нулю первую производную
,
откуда R=r.
Полезная мощность достигает максимального значения при
внешнем сопротивлении равном внутреннему. При дальнейшем
увеличении внешнего сопротивления полезная мощность
стремится к нулю.
Отношение полезной мощности к полной даёт
кпд
источника:
Рис. 27
Страница 32 из 88
Рис. 26
При максимальной полезной мощности кпд
составляет 50%.
3.4. Разветвленные цепи
Для
упрощения
расчетов
сложных
электрических цепей, содержащих неоднородные
участки, используются правила Кирхгофа, которые
являются обобщением закона Ома на случай
разветвленных цепей. В разветвленных цепях можно
выделить узловые точки (узлы), в которых сходятся
не менее трех проводников (рис. 26). Токи,
Рабочая программа «Физика»
втекающие в узел, принято считать положительными; токи, вытекающие из узла –
отрицательными.
В узлах цепи постоянного тока не может происходить накопление зарядов. Отсюда следует
первое правило Кирхгофа:
Алгебраическая сумма сил токов для каждого узла в разветвленной цепи равна нулю:
I1 + I2 + I3 + ... + In = 0.
Первое правило Кирхгофа является следствием закона сохранения электрического
заряда.
В разветвленной цепи всегда можно выделить некоторое количество замкнутых путей,
состоящих из однородных и неоднородных участков. Такие замкнутые пути называются
контурами. На разных участках выделенного контура могут протекать различные токи. На
рисунке 27 представлен простой пример разветвленной цепи. Цепь содержит два узла a и d, в
которых сходятся одинаковые токи; поэтому только один из узлов является независимым (a или
d).
В цепи можно выделить три контура abcd, adef и abcdef. Из них только два являются
независимыми (например, abcd и adef), так как третий не содержит никаких новых участков.
Второе правило Кирхгофа является следствием обобщенного закона Ома. Запишем
обобщенный закон Ома для участков, составляющих один из контуров цепи (рис. 28),
например, abcd. Для этого на каждом участке нужно задать положительное направление тока и
положительное направление обхода контура.
При записи обобщенного закона Ома для
каждого из участков необходимо соблюдать
определенные «правила знаков» (рис. 28)
Для участков контура abcd обобщенный
закон Ома записывается в виде: Для участка bc:
I1R1 = Δφbc – 1. Для участка da: I2R2 = Δφda –
2. Складывая левые и правые части этих
равенств и принимая во внимание, что Δφbc = –
Рис. 28
Δφda , получим:
I1R1 + I2R2 = Δφbc + Δφda – 1 + 2 = – 1 – 2.
Аналогично, для контура adef можно записать:
– I2R2 + I3R3 = 2 + 3.
Второе правило Кирхгофа можно сформулировать так: алгебраическая сумма
произведений сопротивления каждого из участков любого замкнутого контура разветвленной
цепи постоянного тока на силу тока на этом участке равна алгебраической сумме ЭДС вдоль
этого контура.
Первое и второе правила Кирхгофа, записанные для всех независимых узлов и контуров
разветвленной цепи, дают в совокупности необходимое и достаточное число
алгебраических уравнений для расчета электрической цепи. Для цепи (рис. 27) система
уравнений для определения трех неизвестных токов I1, I2 и I3 имеет вид:
I1R1 + I2R2 = – 1 – 2,
– I2R2 + I3R3 = 2 + 3,
– I1 + I2 + I3 = 0.
Таким образом, правила Кирхгофа сводят расчет разветвленной электрической цепи к
решению системы линейных алгебраических уравнений. Это решение не вызывает
принципиальных затруднений, однако, бывает весьма громоздким даже в случае достаточно
простых цепей. Если в результате решения сила тока на каком-то участке оказывается
отрицательной, то это означает, что ток на этом участке идет в направлении, противоположном
выбранному положительному направлению.
4.Элементы волновой оптики
4.1.Интерференция света.
Страница 33 из 88
Рабочая программа «Физика»
4.2.Дифракция света.
4.3.Поляризация света.
4.4.Дисперсия.
4.1. Интерференция света
Свет – электромагнитная волна.
Интерференция волн – это явление наложения
когерентных волн, приводящее к их усилению или
ослаблению. Когерентные волны - это волны, имеющие
одинаковую частоту и
постоянную разность фаз.
Когерентность световых волн бывает пространственной и
временной.
При наложении когерентных волн в какой-либо точке
пространства амплитуда колебаний в этой точке будет
зависеть от разности расстояний от источников до
Рис. 29
рассматриваемой точки. Эта разность расстояний
называется разностью хода.
При
наложении
когерентных
волн
возможны
два
предельных
случая:
Условие максимума (рис. 29): разность хода волн равна целому числу длин волн (четному
числу длин полуволн)
В этом случае волны в рассматриваемой точке приходят с одинаковыми фазами и
усиливают друг друга – амплитуда колебаний этой точки максимальна и равна удвоенной
амплитуде.
Условие минимума (рис. 30): разность хода волн равна
нечетному числу длин полуволн
где
Волны приходят в рассматриваемую точку в противофазе и
гасят друг друга.
Амплитуда колебаний данной точки равна нулю.
В результате наложения когерентных волн (интерференции
Рис. 30
волн) образуется интерференционная картина.
При наложении некогерентных волн нет интерференционной
картины, т.к. амплитуда колебаний каждой точки меняется со
временем.
Впервые интерференцию света наблюдал Т. Юнг в 1802 г.
Опыт Томаса Юнга (рис. 31):
От одного источника через щель А формировались два пучка
света ( через щели В и С), далее пучки света падали на экран Э. Так
как воны от щелей В и С были когерентными, на экране можно было
Рис. 31
наблюдать интерференционную картину: чередование светлых и
темных полос.
Светлые полосы – волны усиливали друг друга (соблюдалось условие максимума).
Темные полосы – волны складывались в противофазе и гасили друг друга (условие минимума).
Если в опыте Юнга использовался источник монохроматического света ( одной длины
волны, то на экране наблюдались только светлые и темные полосы данного цвета.
Если источник давал белый свет (т.е. сложный по своему составу), то на экране в области
Страница 34 из 88
Рабочая программа «Физика»
светлых полос наблюдались радужные полосы. Радужность объяснялась тем, что условия
максимумов и минимумов зависят от длин волн.
Интерференция в тонких пленках.
Явление
интерференции
можно
наблюдать,
например:
радужные разводы на поверхности жидкости при разливе нефти, керосина, в мыльных пузырях.
Толщина
пленки
должна
быть
больше
длины
световой
волны.
При попадании монохроматического света (рис. 32) на тонкую пленку часть света
отражается от наружной поверхности пленки, другая часть света,
пройдя через пленку, отражается от внутренней поверхности.
При попадании в глаз на сетчатке происходит наложение
(сложение) двух когерентных волн и возникает интерференционная
(полосатая) картина, как результат усиления и ослабления волн. В
случае белого света интерференционная картина будет радужной.
Применение интерференции:
Рис. 32
- интерферометры – приборы для измерения длины световой волны;
- просветление оптики ( в оптических приборах при прохождении света через объектив
потери света составляют до 50%) – все стеклянные детали покрывают тонкой пленкой с
показателем преломления чуть меньше, чем у стекла; перераспределяются интерференционные
максимумы и минимумы и потери света уменьшаются.
4.2. Дифракция света
Дифракцией света называется явление огибания световыми волнами соизмеримых
препятствий. Благодаря дифракции волны могут попадать в область геометрической тени,
огибать препятствия, проникать через небольшие отверстия в экранах и т. д.
Явление дифракции объясняется с помощью принципа Гюйгенса, согласно которому
каждая точка, до которой доходит волна, служит центром вторичных волн, а огибающая этих
волн задает положение волнового фронта в следующий момент времени.
Явление дифракции характерно для волновых процессов. Поэтому если свет является
волновым процессом, то для него должна наблюдаться дифракция, т. е. световая волна,
падающая на границу какого-либо непрозрачного тела, должна огибать его (проникать в
область геометрической тени). Из опыта, однако, известно, что предметы, освещаемые светом,
идущим от точечного источника, дают резкую тень и, следовательно, лучи не отклоняются от
их прямолинейного распространения. Почему же возникает резкая тень, если свет имеет
волновую природу? К сожалению, теория Гюйгенса ответить на этот вопрос не могла.
Принцип Гюйгенса решает лишь задачу о направлении распространения волнового фронта,
но не затрагивает вопроса об амплитуде, а следовательно, и об интенсивности волн,
распространяющихся по разным направлениям. Френель вложил в принцип Гюйгенса
физический смысл, дополнив его идеей интерференции вторичных волн.
Согласно принципу Гюйгенса - Френеля, световая волна, возбуждаемая каким-либо
источником S, может быть представлена как результат суперпозиции когерентных вторичных
волн, «излучаемых» фиктивными источниками.
Такими источниками могут служить бесконечно малые элементы любой замкнутой
поверхности, охватывающей источник S. Обычно в качестве этой поверхности выбирают одну
из волновых поверхностей, поэтому все фиктивные источники действуют синфазно. Таким
образом, волны, распространяющиеся от источника,
являются
результатом
интерференции
всех
когерентных вторичных волн. Френель исключил
возможность возникновения обратных вторичных
волн и предположил, что если между источником и
точкой наблюдения находится непрозрачный экран с
отверстием, то на поверхности экрана амплитуда
вторичных волн равна нулю, а в отверстии - такая же,
Рис. 33
как при отсутствии экрана.
Страница 35 из 88
Рабочая программа «Физика»
Принцип Гюйгенса - Френеля в рамках волновой теории должен был ответить на вопрос о
прямолинейном распространении света. Френель решил эту задачу, рассмотрев взаимную
интерференцию вторичных волн и применив прием, получивший название метода зов Френеля.
Найдем в произвольной точке М амплитуду световой волны, распространяющейся в
однородной среде из точечного источника S (рис. 33). Так как колебания от соседних зон
проходят до точки М расстояния, отличающиеся на /2, то в точку М они приходят в
противоположной фазе и при наложении эти колебания будут взаимно ослаблять друг друга.
Поэтому амплитуда результирующего светового колебания в точке М
где А1, А2, ... - амплитуды колебаний, возбуждаемых 1-й, 2-й, ..., m-й зонами.
К тому же амплитуды находятся в соответствии
Общее число зон Френеля, умещающихся на полусфере, очень велико, поэтому в качестве
допустимого приближения можно считать, что амплитуда колебания Ат от некоторой m-й зоны
Френеля равна среднему арифметическому от амплитуд примыкающих к ней зон, т. е.
Тогда выражение можно записать
так как выражения, стоящие в скобках равны нулю, а оставшаяся часть от амплитуды
последней зоны ± Аm/2 ничтожно мала.
Таким образом, амплитуда результирующих колебаний в произвольной точке М
определяется как бы действием только половины центральной зоны Френеля. Следовательно,
действие всей волновой поверхности на точку М сводится к действию ее малого участка,
меньшего центральной зоны.
Различают два вида дифракции: дифракция Френеля – в сферических волнах и дифракция
Фраунгофера – в плоских волнах. Большее практическое применение имеет дифракция
Фраунгофера.
Немецкий физик И. Фраунгофер (1787-1826) рассмотрел дифракцию плосках световых
волн, или дифракцию в параллельных лучах. Дифракция Фраунгофера, имеющая большое
практическое значение, наблюдается в том случае, когда источник света и точка наблюдения
бесконечно удалены от препятствия, вызвавшего дифракцию. Чтобы этот тип дифракции
осуществить, достаточно точечный источник света поместить в фокусе собирающей линзы, а
дифракционную картину исследовать в фокальной плоскости второй собирающей линзы,
установленной за препятствием.
Большое практическое значение имеет дифракция, наблюдаемая при прохождении света
через одномерную дифракционную решетку - систему параллельных щелей равной ширины,
лежащих в одной плоскости и разделенных равными по ширине непрозрачными промежутками.
Условия максимума для дифракционной решетки имеет вид
d sin φ=±mλ,
где d – постоянная дифракционной решетки, m – порядок максимума, λ – длина световой волны
падающей на решетку, φ – угол дифракции.
Если ширина каждой щели равна а, а ширина непрозрачных участков между щелями b, то
величина d = a + b называется постоянной (периодом) дифракционной решетки.
Положение главных максимумов зависит от длины волны . Поэтому при пропускании
через решетку белого света все максимумы, кроме центрального (m = 0), разложатся в спектр,
фиолетовая область которого будет обращена к центру дифракционной картины, красная наружу. Это свойство дифракционной решетки используется для исследования спектрального
состава света (определения длин волн и интенсивностей всех монохроматических
Страница 36 из 88
Рабочая программа «Физика»
компонентов), т. е. дифракционная решетка может быть использована как спектральный
прибор.
4.3. Поляризация света
В начале XIX века, когда Т. Юнг и О. Френель развивали волновую теорию света,
природа световых волн была неизвестна. На первом этапе
предполагалось, что свет представляет собой продольные
волны, распространяющиеся в некоторой гипотетической
среде – эфире. При изучении явлений интерференции и
дифракции вопрос о том, являются ли световые волны
продольными или поперечными, имел второстепенное
значение. В то время казалось невероятным, что свет – это
Рис. 34
поперечные волны, так как по аналогии с механическими
волнами пришлось бы предполагать, что эфир – это твердое тело (поперечные механические
волны не могут распространяться в газообразной или жидкой среде). Однако, постепенно
накапливались экспериментальные факты, свидетельствующие в пользу поперечности световых
волн. Еще в конце XVII века было обнаружено, что кристалл исландского шпата (CaCO3)
раздваивает проходящие через него лучи. Это явление получило название двойного
лучепреломления.
В 1809 году французский инженер Э. Малюс открыл закон, названный его именем. В
опытах Малюса свет последовательно пропускался через две одинаковые пластинки из
турмалина. Пластинки могли поворачиваться друг относительно друга на угол φ (рис. 34).
Интенсивность прошедшего света оказалась прямо пропорциональной cos2 φ:
I ~ cos2 φ.
Ни двойное лучепреломление, ни закон Малюса не могут найти объяснение в рамках
теории продольных волн. Для продольных волн направление распространения луча является
осью симметрии. В продольной волне все направления в плоскости, перпендикулярной лучу,
равноправны. В поперечной волне направление колебаний и перпендикулярное ему
направление не равноправны.
Таким образом, асимметрия относительно луча является решающим признаком, который
отличает поперечную волну от продольной. Впервые догадку о поперечности световых волн
высказал Т. Юнг (1816 г.). Френель, независимо от Юнга, также выдвинул концепцию
поперечности световых волн, обосновал ее многочисленными экспериментами и создал теорию
двойного лучепреломления света в кристаллах. В середине 60-х годов XIX века Максвелл
сделал вывод о том, что свет – это электромагнитные волны.


В электромагнитной световой волне вектора Å и Â перпендикулярны друг другу и лежат
в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Во всех процессах

взаимодействия света с веществом основную роль играет электрический вектор Å , поэтому его
называют световым вектором. Если при распространении электромагнитной волны световой
вектор сохраняет свою ориентацию, такую волну называют линейно-поляризованной или
плоско-поляризованной. Плоскость, в которой колеблется
световой вектор называется плоскостью колебаний, а
плоскость, в которой совершает колебание магнитный вектор
– плоскостью поляризации.
Линейно-поляризованный свет испускается лазерными
источниками. Свет может оказаться поляризованным при
Рис. 35
отражении или рассеянии. В частности, голубой свет от неба
частично или полностью поляризован. Однако, свет,
испускаемый обычными источниками (например, солнечный свет, излучение ламп накаливания
и т. п.), неполяризован.
4.4. Дисперсия
Страница 37 из 88
Рабочая программа «Физика»
Луч белого света, проходя через трехгранную призму, не только отклоняется, но и
разлагается на составляющие цветные лучи (рис. 35).
Это явление установил Исаак Ньютон, проведя серию опытов (рис. 36). Ньютон направил
луч солнечного света через маленькое отверстие на стеклянную призму.
Попадая на призму, луч преломлялся и давал на противоположной стене удлиненное
изображение с радужным чередованием цветов – спектр.
Сначала Ньютон направил солнечный луч на призму. Затем,
собрав вышедшие из призмы цветные лучи с помощью
собирающей линзы, Ньютон на белой стене получил вместо
окрашенной
полосы
белое
изображение
отверстия.
Выводы Ньютона:
- призма не меняет свет, а только разлагает его на
Рис. 36
составляющие;
- белый свет является сложным (составным);
- световые лучи, отличающиеся по цвету, отличаются по степени преломляемости,
наиболее сильно преломляются фиолетовые лучи, менее сильно – красные.
Зависимость показателя преломления света от его цвета называется дисперсией.
Цвет
луча
света
определяется
его
частотой
колебаний.
При переходе из одной среды в другую изменяются скорость света и длина волны, а
частота, определяющая цвет остается постоянной.
Границы диапазонов белого света и его составляющих принято характеризовать их
длинами волн в вакууме.
Белый свет – это совокупность волн длинами от 380 до 760 нм.
Чем больше частота волны, тем больше показатель преломления среды и меньше ее
скорость света в ней, данный вид дисперсии называют нормальной.
В некоторых веществах (например в парах йода) наблюдается эффект аномальной
дисперсии, при котором синие лучи преломляются меньше, чем красные, а другие лучи
поглощаются веществом и от наблюдения ускользают. Говоря строже, аномальная дисперсия
широко распространена, например, она наблюдается практически у всех газов на частотах
вблизи линий поглощения, однако у паров йода она достаточно удобна для наблюдения в
оптическом диапазоне, где они очень сильно поглощают свет.
Дисперсией объясняется факт появления радуги после дождя (точнее тот факт, что
радуга разноцветная, а не белая), является причиной хроматических аберраций — одних из
аберраций оптических систем, в том числе фотографических и видео-объективов.
5. Основы молекулярной физики
5.1. Основные положения молекулярно–кинетической теории.
5.2. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории.
5.3. Идеальный газ и его законы.
5.4. Явления переноса.
5.1. Основные положения молекулярно–кинетической теории
Молекулярно-кинетической теорией называют учение о строении и свойствах вещества
на основе представления о существовании атомов и молекул как наименьших частиц
химических веществ.
Фундаментом молекулярно-кинетической теории (МКТ) является гипотеза, что все тела
в природе состоят из мельчайших структурных единиц - атомов и молекул (комбинаций
атомов). Атомистическая гипотеза зародилась 2500 лет назад в Древней Греции (Левкипп и
Демокрит из Абдеры) и была окончательно сформулирована в трудах европейских ученых XIX
в. За сто лет до этого выдающийся русский ученый-энциклопедист М. В. Ломоносов
рассматривал тепловые явления как результат движения частиц, образующих тела.
Страница 38 из 88
Рабочая программа «Физика»
В основе молекулярно-кинетической теории лежат основные положения:
1. Вещество состоит из атомов (молекул).
Современные приборы позволяют наблюдать изображения отдельных атомов и молекул.
С помощью электронного микроскопа или ионного проектора (микроскопа) можно получить
изображения отдельных атомов и оценить их размеры. Диаметр любого атома имеет порядок d
= 10-8 см (10-10 м). Размеры молекул больше размеров атомов. Поскольку молекулы состоят из
нескольких атомов, то чем больше количество атомов в молекуле, тем больше её размер.
Размеры молекул лежат в пределах от 10-8 см (10-10 м) до 10-5 см (10-7 м).
2. Атомы (молекулы) вещества находятся в непрерывном хаотическом тепловом
движении.
Наиболее яркое доказательство - броуновское движение (Р. Броун, 1827 г.) мелких частиц,
взвешенных в жидкости, происходящее из-за непрерывных беспорядочных соударений этих
частиц с молекулами жидкости. Другой простой экспериментальный факт, доказывающий
тепловое
движение
атомов
вещества,
диффузия.
3. Между атомами (молекулами) вещества действуют силы притяжения и
отталкивания, зависящие от расстояния между частицами.
На далеких расстояниях (превышающих несколько радиусов молекулы) взаимодействие
слабо и носит характер притяжения, быстро убывающего с ростом расстояния. Физически это
слабое притяжение обусловлено наличием электрического дипольного момента у
электронейтральной в целом молекулы. С уменьшением расстояния это притяжение сначала
несколько возрастает, а затем стремится к нулю. В момент соприкосновения электронных
оболочек молекул возникают быстро растущие с уменьшением расстояния силы
электростатического
отталкивания.
4. Характер теплового движения молекул зависит от того, в каком агрегатном
состоянии (твердом, жидком или газообразном) находится вещество.
Расстояние между отдельными молекулами (атомами) в газах очень велико по сравнению
с размерами самих молекул. Поэтому силы притяжения между молекулами в газе
пренебрежимо малы. Следовательно, газы могут неограниченно расширяться, занимая любой
предоставленный им объем. Молекулы в жидкости расположены достаточно близко друг к
другу, так что при попытке сжатия жидкости возникают большие силы отталкивания. Отсюда
малая сжимаемость жидкостей. С другой стороны, всякая внешняя сила заставляет молекулы
жидкости перемещаться, что объясняет текучесть жидкости. В твердом теле атомы или
молекулы могут лишь колебаться вокруг определенных положений равновесия. Поэтому
твердые тела сохраняют и форму, и объем. У кристаллических твердых тел центры атомов
(молекул) образуют пространственную решетку, в узлах которой находятся атомы вещества.
Аморфные твердые тела не обладают жесткой структурой и скорее напоминают застывшие
жидкости (в частности, под действием определенной силы аморфное тело может течь как
жидкость).
Эти основные положения подтверждаются экспериментально и теоретически.
Массы атомов (молекул) весьма малы в привычных единицах (порядка 10 -26 кг), поэтому
для их описания используют относительные единицы. По определению массу молекулы (атома)
любого вещества m0 относят к 1/12 массы атома углерода m0C и называют относительной
атомной массой Mотн.
Введем понятие количества вещества. Если измерять его числом атомов (молекул), то
получающиеся цифры настолько велики, что ими неудобно оперировать. Поэтому вводят
единицу количества вещества - моль.
Один моль равен количеству вещества, в котором содержится столько же атомов, сколько
их содержится в 0,012 кг чистого углерода. Таким образом, число атомов в одном моле всех
веществ одинаково. Оно называется числом Авогадро:
.
Страница 39 из 88
Рабочая программа «Физика»
Количество вещества равно отношению числа атомов (молекул) этого вещества к числу
N
Авогадро: 
. Единица размерности ν - моль.
Na
Молярная масса M равна массе вещества, взятого в количестве одного моля. Единица
размерности M - кг/моль.
m
Количество вещества (в молях) равно  
.
M
Простейшей моделью молекулярно-кинетической теории является модель идеального
газа.
В кинетической модели идеального газа молекулы рассматриваются как идеально упругие
шарики, взаимодействующие между собой и со стенками только во время упругих
столкновений. Суммарный объем всех молекул предполагается малым по сравнению с объемом
сосуда, в котором находится газ. Модель идеального газа достаточно хорошо описывает
поведение реальных газов в широком диапазоне давлений и температур.
Задача молекулярно-кинетической теории состоит в том, чтобы установить связь между
микроскопическими (масса, скорость, кинетическая энергия молекул) и макроскопическими
параметрами (давление, газ, температура). В результате каждого столкновения между
молекулами и молекул со стенкой скорости молекул могут изменяться по модулю и по
направлению; на интервалах между последовательными столкновениями молекулы движутся
равномерно и прямолинейно.
5.2. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории
В модели идеального газа предполагается, что все
столкновения происходят по законам упругого удара, то есть
подчиняются законам механики Ньютона. Используя модель
идеального газа, вычислим давление газа на стенку сосуда.
В процессе взаимодействия молекулы со стенкой сосуда
между ними возникают силы, подчиняющиеся третьему
закону Ньютона. В результате проекция υx скорости
молекулы, перпендикулярная стенке, изменяет свой знак на
противоположный, а проекция υу скорости, параллельная
Рис. 19
стенке, остается неизменной (рис. 19).
Поэтому изменение импульса молекулы будет равно
2m0υх, где m0 – масса молекулы. Выделим на стенке
некоторую площадку S (рис. 20). За время Δt с этой
площадкой столкнутся все молекулы, имеющие проекцию
скорости υх, направленную в сторону стенки, и
находящиеся в цилиндре с основанием площади S и
высотой υхΔt.
Рис. 20
Пусть в единице объема сосуда содержатся n молекул;
тогда число молекул в объеме цилиндра равно nSυхΔt. Но из этого числа лишь половина
движется в сторону стенки, а другая половина движется в противоположном направлении и со
стенкой не сталкивается. Следовательно, число ударов молекул о площадку S за время Δt равно
1
nSυхΔt.
2
Поскольку каждая молекула при столкновении со стенкой изменяет свой импульс на
величину 2m0υх, то полное изменение импульса всех молекул, столкнувшихся за время Δt с
площадкой S, равно nm0υх2SΔt.
По законам механики это изменение импульса всех столкнувшихся со стенкой молекул
происходит под действием импульса силы FΔt, где F – некоторая средняя сила, действующая на
Страница 40 из 88
Рабочая программа «Физика»
молекулы со стороны стенки на площадке S. Но по 3-му закону Ньютона такая же по модулю
сила действует со стороны молекул на площадку S. Поэтому можно записать:
Разделив обе части на SΔt, получим:
где p – давление газа на стенку сосуда.
При выводе этого соотношения предполагалось, что все n молекул, содержащихся в
единице объема газа, имеют одинаковые проекции скоростей на ось X. На самом деле это не
так. В результате многочисленных соударений молекул газа между собой и со стенками в
сосуде, содержащем большое число молекул, устанавливается некоторое статистическое
распределение молекул по скоростям. При этом все направления векторов скоростей молекул
оказываются равноправными (равновероятными), а модули скоростей и их проекции на
координатные оси подчиняются определенным закономерностям.
Распределение молекул газа по модулю
скоростей
называется
распределением
Максвелла (1860 г.). Дж. Максвелл вывел закон
распределения молекул газа по скоростям,
исходя из основных положений молекулярнокинетической
теории.
На
рисунке 21
представлены типичные кривые распределения
молекул по скоростям. По оси абсцисс отложен
Рис. 21
модуль скорости, а по оси ординат –
относительное число молекул, скорости которых
лежат в интервале от υ до υ + Δυ.
Характерными параметрами распределения Максвелла являются наиболее вероятная
скорость υв, соответствующая максимуму кривой распределения, и среднеквадратичная
скорость vêâ  v , где v – среднее значение квадрата скорости.
С ростом температуры максимум кривой распределения смещается в сторону больших
скоростей, при этом υв и υкв увеличиваются.
Формулу для давления газа можно записать в виде
2
2
Формула для среднего давления газа на стенку сосуда запишется в виде
Это уравнение называют основным уравнением молекулярно-кинетической теории
газов.
Для изменения кинетической энергии необходимо изменить температуру.
Единица измерения температуры по шкале Кельвина называется кельвином К.
Например, комнатная температура TС = 20 °С по шкале Кельвина равна TК = 293,15 К.
Температурная шкала Кельвина называется абсолютной шкалой температур. Она оказывается
наиболее удобной при построении физических теорий.
Давление газа в сосуде постоянного объема V изменяется прямо пропорционально его
абсолютной температуре: p ~ T. С другой стороны, опыт показывает, что при неизменных
объеме V и температуре T давление газа изменяется прямо пропорционально отношению
количества вещества ν в данном сосуде к объему V сосуда, объединив эти выводы получим
p = nkT,
где n = N / V – концентрация молекул (то есть число молекул в единице объема сосуда), k –
постоянной Больцмана.
Страница 41 из 88
Рабочая программа «Физика»
Сравнивая соотношения p = nkT с основным уравнением молекулярно-кинетической
теории газов, можно получить:
Средняя кинетическая энергия хаотического движения молекул газа прямо
пропорциональна абсолютной температуре.
Таким образом, температура есть мера средней кинетической энергии поступательного
движения молекул. Следует обратить внимание на то, что средняя кинетическая энергия
поступательного движения молекулы не зависит от ее массы.
5.3. Идеальный газ и его законы
В молекулярно-кинетической теории используется модель идеального газа, в которой
считают:
1) собственный объем молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объемом сосуда;
2) между молекулами газа отсутствуют силы взаимодействия;
3) столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда абсолютно упругие.
Реальные газы при низких давлениях и высоких температурах близки по своим свойствам
к идеальному газу.
Уравнение состояния идеального газа (иногда уравнение Клапейрона или уравнение
Клапейрона — Менделеева) — формула, устанавливающая зависимость между давлением,
молярным объёмом и абсолютной температурой идеального газа. Уравнение имеет вид:
pVm = RT,
где
 p — давление,
 Vm — молярный объём,
 R — универсальная газовая постоянная
 T — абсолютная температура,К
Так как Vm = V / ν, где ν — количество вещества, а ν = m / M, где m — масса, M —
молярная масса, уравнение состояния можно записать:
m
pV =
RT
M
Эта форма записи носит имя уравнения (закона) Менделеева — Клапейрона.
В случае постоянной массы газа уравнение можно записать в виде:
pV / T = ν R,
pV / T =const
Последнее уравнение называют объединённым газовым законом. Из него получаются
законы Бойля — Мариотта, Шарля и Гей-Люссака – законы для изопроцессов:
Постоянный График
Уравнение
Закон
параметр
m = const
изотерма
PV=const закон Бойля-Мариотта: для данной массы газа
T=const
при постоянной температуре произведение
давления газа на его объем есть величина
постоянная
m = const
изобара
V=V0(1+αt) закон Гей-Люсака: объем данной массы газа при
p=const
V/T=const постоянном давлении изменяется с температурой
линейно
m = const
изохора
p=p0(1+αt) закон Шарля: давление данной массы газа при
V=const
p/T=const постоянном объеме изменяется линейно с
температурой
Для смеси газов выполняется закон Дальтона: давление в смеси химически
невзаимодействующих газов равно сумме их парциальных давлений.
Страница 42 из 88
Рабочая программа «Физика»
p = p1 + p2 + p3 + …
Закон Авогадро: моли любых газов при одинаковых температуре и давлении занимают
одинаковые объемы.
5.4. Явления переноса
К явлениям переноса относят: диффузию, теплопроводность и внутреннее трение
(вязкость).
Диффузия — это обусловленный хаотическим тепловым движением перенос атомов, он
может стать направленным под действием градиента концентрации или температуры.
Диффузия для химически однородного газа подчиняется закону Фика
d
jm   D ,
dx
где
jm  плотность потока массы – величина, определяемая массой вещества,
диффундирующего в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную оси х;
d
D  коэффициент диффузии;
- градиент плотности, равный скорости изменения плотности
dx
на единицу длины х в направлении нормали к этой площадке.
Знак «-» говорит о том, что перенос массы происходит в направлении убывания
плотности.
Существуют три основных вида теплообмена: теплопроводность, конвекция и тепловое
излучение.
Теплопроводность — это молекулярный перенос теплоты между непосредственно
соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором
происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных
электронов).
Конвекция осуществляется путем перемещения в пространстве неравномерно нагретых
объемов среды. При этом перенос теплоты неразрывно связан с переносом самой среды.
Тепловое излучение характеризуется переносом энергии от одного тела к другому
электромагнитными волнами.
Часто все способы переноса теплоты осуществляются совместно. Например, конвекция
всегда сопровождается теплопроводностью, так как при этом неизбежно соприкосновение
частиц, имеющих различные температуры.
Теплопроводность описывается законом Фурье
dÒ
jÅ   
,
dx
где jÅ  плотность теплового потока – величина, определяемая энергией, переносимой в форме
теплоты в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную оси х;
dÒ
 градиент температуры, равный скорости изменения
  коэффициент теплопроводности;
dx
температуры на единицу длины х в направлении нормали к этой площадке.
Знак «-» говорит о том, что при теплопроводности энергия переносится в направлении
убывания температуры.
Внутреннее трение (вязкость) — одно из явлений переноса, свойство текучих тел
(жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно
другой. Механизм внутреннего трения в жидкостях и газах заключается в том, что хаотически
движущиеся молекулы переносят импульс из одного слоя в другой, что приводит к
выравниванию скоростей — это описывается введением силы трения.
Внутреннее трение подчиняется закону Ньютона
dv
F 
S,
dx
Страница 43 из 88
Рабочая программа «Физика»
dv
 градиент скорости, показывающий быстроту изменения
dx
скорости в направлении х, перпендикулярном направлению движения слоев; S– площадь, на
которую действует сила F.
где   динамическая вязкость;
3.1.2. Планы практических занятий
(вариативный комплекс)
Кинематика
прямолинейного и криволинейного движения материальной точки
Цель: 1. Повторить основные понятия и законы кинематики материальной точки.
2. Практическое применение теоретического материала при решении задач.
Рассматриваемые вопросы:
1. Характеристики движения материальной точки.
2. Законы равномерного и равноускоренного движения.
3. Криволинейное движение, движение по окружности.
I. Подготовка к занятию
1. Повторить теоретический материал:
1. Дать определение:
- материальной точки;
- абсолютно твердого тела;
- механического движения;
- равномерного движения;
- равноускоренного движения;
- криволинейного и прямолинейного движения;
- траектории;
- пути;
- перемещения;
- скорости; средней скорости;
- ускорения;
- угла поворота;
- линейная скорость и угловая скорость;
- период вращения;
- частота;
- центростремительное ускорение.
2. Записать формулы:
- средней скорости
- закона равномерного прямолинейного движения
= законов равнопеременного прямолинейного движения.
II. Работа в аудитории
1. Вопросы, выносимые на обсуждение:
а) Что изучает физика? Каковы методы исследования физики?
б) В чем сущность центростремительного ускорения при равномерном движении по
окружности?
в) Может ли ваше перемещение за сутки равняться нулю? Приведите пример.
2. Практический блок.
1. Решение задач в аудитории
2. Решение задач домашнего задания: [1]
III. Литература
1. Волькенштейн, В.С. Сборник задач по общему курсу физики / Волькенштейн В.С. – М:
Наука, 1985.
Страница 44 из 88
Рабочая программа «Физика»
2. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Академия, 2006.
3. Трофимова, Т.И. Краткий курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Высшая школа, 2000.
4. Дягилев, Ф.М. Пособие по физике / Дягилев Ф.М., Конев Ю.М. – Тюмень: Вектор бук
лимитед, 1996.
Динамика материальной точки и системы тел
Цель: 1. Повторить основные понятия и законы динамики материальной точки.
2. Практическое применение теоретического материала при решении задач.
Рассматриваемые вопросы:
1. Законы динамики Ньютона.
2. Силы в механике.
I. Подготовка к занятию
1. Повторить теоретический материал:
1. Дать определение:
- абсолютно твердого тела
- деформации
- абсолютной деформации
- относительной деформации
- силы упругости
- коэффициент жесткости
- закон Гука
- силы трения (виды сил трения)
- коэффициент трения
- веса тела; невесомости; перегрузки
2.Записать формулы:
- второго и третьего закона Ньютона
- закона Гука
- закона трения (закона Амонтона – Кулона)
- веса тела (находящегося в покое и движущегося с ускорением
II. Работа в аудитории
1. Вопросы, выносимые на обсуждение:
а) В чем заключается основная задача динамики?
б) Что такое инерция? Приведите примеры проявления инерции в бытовых явлениях и
технике.
в) Дать основные характеристики сил – направление, точка приложения, числовые
значения - упругости, всемирного тяготения, тяжести, реакции опоры,, трения, веса тела.
2. Практический блок.
3. Решение задач в аудитории
4. Решение задач домашнего задания: [1]
III. Литература
1. Волькенштейн, В.С. Сборник задач по общему курсу физики / Волькенштейн В.С. – М:
Наука, 1985.
2. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Академия, 2006.
3. Трофимова, Т.И. Краткий курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Высшая школа, 2000.
4. Дягилев, Ф.М. Пособие по физике / Дягилев Ф.М., Конев Ю.М. – Тюмень: Вектор бук
лимитед, 1996.
Работа, мощность. Законы сохранения
Цель: 1. Повторить основные понятия и законы темы.
2. Практическое применение теоретического материала при решении задач.
Рассматриваемые вопросы:
1. Механическая работа.
2. Мощность.
3. Импульс, закон сохранения импульса.
Страница 45 из 88
Рабочая программа «Физика»
4. Кинетическая, потенциальная энергии.
5. Закон сохранения механической энергии..
I. Подготовка к занятию
1. Повторить теоретический материал:
1. Дать определение:
- кинетической энергии
- потенциальной энергии
- теоремы о кинетической энергии.
2.Записать формулы:
- механической работы;
- мощности;
- кинетической энергии;
- потенциальной энергии взаимодействия;
- потенциальной энергии упруго деформированного тела;
- импульса тела;
- импульса силы;
- закона сохранения импульса.
- связь работы с потенциальной и кинетической энергией.
II. Работа в аудитории
1. Вопросы, выносимые на обсуждение:
а) Как определяется работа: а) если перемещение тела происходит по направлению
силы? когда перемещение тела составляет угол с направлением силы? Когда сила, действующая
на тело, не производит работы при его перемещении?
б) В каких случаях работа может принимать отрицательное значение?
в) Какие силы называются внешними, внутренними? Какие системы называются
замкнутыми?
2. Практический блок.
1. Решение задач в аудитории
2.Решение задач домашнего задания: [1]
III. Литература
1. Волькенштейн, В.С. Сборник задач по общему курсу физики / Волькенштейн В.С. – М:
Наука, 1985.
2. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Академия, 2006.
3. Трофимова, Т.И. Краткий курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Высшая школа, 2000.
4. Дягилев, Ф.М. Пособие по физике / Дягилев Ф.М., Конев Ю.М. – Тюмень: Вектор бук
лимитед, 1996.
Колебания и волны
Цель: 1. Повторить основные понятия и законы темы.
2. Практическое применение теоретического материала при решении задач.
Рассматриваемые вопросы:
1. Механические колебания.
2. Механические волны.
I. Подготовка к занятию
1. Повторить теоретический материал:
1. Дать определение:
- колебаний
- гармонических колебаний
- частоты колебаний
- периода колебаний
- математического маятника
- поперечной волны
- продольной волны
Страница 46 из 88
Рабочая программа «Физика»
- звука
2.Записать формулы:
- гармонических колебаний
- периода математического маятника
- частоты математического маятника
II. Работа в аудитории
1. Вопросы, выносимые на обсуждение:
а) Какие колебания называются свободными? вынужденными? Приведите примеры.
б) Как изменяются скорость и ускорение точки, совершающей гармонически колебания?
в) В каких положениях математического маятника скорость, ускорение его движения
наибольшие? в каких – наименьшие?
г) Как изменится период свободного колебания математического маятника, если его
перенести с полюса на экватор?
д) Какая связь между длиной волны, скоростью ее распространения, периодом и
частотой?
2. Практический блок.
1. Решение задач в аудитории
2.Решение задач домашнего задания: [1]
III. Литература
1. Волькенштейн, В.С. Сборник задач по общему курсу физики / Волькенштейн В.С. – М:
Наука, 1985.
2. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Академия, 2006.
3. Трофимова, Т.И. Краткий курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Высшая школа, 2000.
4. Дягилев, Ф.М. Пособие по физике / Дягилев Ф.М., Конев Ю.М. – Тюмень: Вектор бук
лимитед, 1996.
Закон Кулона. Напряженность электрического поля
Цель: 1. Повторение теоретического материала темы занятий.
2. Практическое применение теоретического материала при решении задач.
Рассматриваемые вопросы:
1. Электрический заряд, его характеристики.
2. Закон Кулона.
3. Электрическое поле.
4. Напряженность электрического поля.
I. Подготовка к занятию
1. Повторить теоретический материал:
1. Дать определение:
 закона сохранения электрического заряда
 закона Кулона
 диэлектрической проницаемости среды
 электрического поля
 напряженности электрического поля
 принципа суперпозиции эл. полей
 линии напряженности
2.Записать формулы:
 закона сохранения электрического заряда
 закона Кулона
 напряженности электрического поля
 напряженности поля точечного заряда
 напряженность поля электрического диполя
 принципа суперпозиции электрических полей
II. Работа в аудитории
Страница 47 из 88
Рабочая программа «Физика»
1. Вопросы, выносимые на обсуждение:
а) Будут ли взаимодействовать электрические заряды в состоянии невесомости?
б) Два заряда взаимодействуют в воздухе с определенной силой. Как изменится сила
взаимодействия зарядов, если их поместить, например, в керосин?
в) Если напряженность в данной точке поля равна нулю, то должен ли в ней равняться
нулю и потенциал? Приведите пример.
д) Могут ли силовые линии пересекаться?
2. Практический блок.
1. Решение задач в аудитории
2. Решение задач домашнего задания: 9.4, 9.6, 9.9, 9.22. [1]
III. Литература
1. Волькенштейн, В.С. Сборник задач по общему курсу физики / Волькенштейн В.С. – М:
Наука, 1985.
2. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Академия, 2006.
3. Трофимова, Т.И. Краткий курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Высшая школа, 2000.
4. Дягилев, Ф.М. Пособие по физике / Дягилев Ф.М., Конев Ю.М. – Тюмень: Вектор бук
лимитед, 1996.
Потенциал электрического поля
Цель: 1. Повторение теоретического материала темы занятий.
2. Практическое применение теоретического материала при решении задач.
3. Контроль за самостоятельным изучением теоретического материала.
Рассматриваемые вопросы
1. Работа сил поля при перемещении заряда.
2. Электрический потенциал.
1. Потенциал поля системы зарядов.
2. Эквипотенциальные поверхности.
3. Связь между напряженностью и потенциалом электрического поля.
I. Подготовка к занятию
1. Повторить теоретический материал:
1. Дать определение:
 однородного электрического поля
 неоднородного электрического поля
 циркуляции вектора напряженности
 потенциала электрического поля
 эквипотенциальной поверхности
2. Записать формулы:
 напряженности электрического поля
 работы поля по перемещению заряда
 потенциала
 потенциала поля точечного заряда
 потенциала поля системы зарядов
 связь между потенциалом и напряженностью однородного поля
 связь между потенциалом и напряженностью произвольного поля
2. Законспектировать материал, выносимый на самостоятельное изучение: «Связь между
напряженностью и потенциалом электрического поля»
II. Работа в аудитории
1. Вопросы, выносимые на обсуждение:
а) Двум металлическим шарам различных радиусов сообщили одинаковый заряд, после
чего соединили проволочкой. Что произойдет?
Страница 48 из 88
Рабочая программа «Физика»
б) Изобразить графически, как изменяется напряженность поля двух бесконечных
параллельных плоскостей, заряженных одноименно, но с различными поверхностными
плотностями зарядов.
2. Практический блок.
1. Отчет по самостоятельному изучению материала
2. Решение задач в аудитории
3. Решение задач домашнего задания: 9.25, 9.23 [1]
III. Литература
1. Волькенштейн, В.С. Сборник задач по общему курсу физики / Волькенштейн В.С. – М:
Наука, 1985.
2. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Академия, 2006.
3. Трофимова, Т.И. Краткий курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Высшая школа, 2000.
4. Дягилев, Ф.М. Пособие по физике / Дягилев Ф.М., Конев Ю.М. – Тюмень: Вектор бук
лимитед, 1996.
Электроемкость. Конденсаторы
Цель: 1. Повторение теоретического материала темы занятий.
2. Практическое применение теоретического материала при решении задач.
3. Контроль за самостоятельным изучением теоретического материала.
Рассматриваемые вопросы
1. Электрическая емкость проводника.
2. Электрическая емкость конденсаторов.
3. Батарей конденсаторов.
I. Подготовка к занятию
1. Повторить теоретический материал:
1. Дать определение:
 емкость проводника
 фарада
 конденсатора
 емкости конденсатора
2. Записать формулы:
 емкости проводника
 емкости конденсатора
 емкости плоского конденсатора
 емкости сферического конденсатора
 емкости цилиндрического конденсатора
 емкости батареи последовательно соединенных конденсаторов
 емкости батареи параллельно соединенных конденсаторов
2. Законспектировать материал, выносимый на самостоятельное изучение:
«Последовательное и параллельное соединение конденсаторов»
II. Работа в аудитории
1. Вопросы, выносимые на обсуждение:
а) Обладает ли электроемкостью незаряженный проводник?
б) При уменьшении расстояния между пластинами плоского конденсатора его емкость
увеличивается, а при уменьшении радиуса проводящего шара его емкость уменьшается. Как
связать эти факты?
в) Как изменится емкость плоского конденсатора, если между его обкладками поместить
диэлектрик?
2. Практический блок.
1. Отчет по самостоятельному изучению материала
2. Решение задач в аудитории
3. Решение задач домашнего задания: 9.89, 9.96, 9.100, 9.104 [1]
Страница 49 из 88
Рабочая программа «Физика»
III. Литература
1. Волькенштейн, В.С. Сборник задач по общему курсу физики / Волькенштейн В.С. – М:
Наука, 1985.
2. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Академия, 2006.
3. Трофимова, Т.И. Краткий курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Высшая школа, 2000.
4. Дягилев, Ф.М. Пособие по физике / Дягилев Ф.М., Конев Ю.М. – Тюмень: Вектор бук
лимитед, 1996.
Постоянный электрический ток
Цель: 1. Повторение теоретического материала темы занятий.
2. Практическое применение теоретического материала при решении задач.
Рассматриваемые вопросы
1. Электрический ток и его характеристики.
2. Закон Ома для участка цепи.
3. Сопротивление проводников.
4. Электродвижущая сила.
5. Закон Ома для полной замкнутой цепи.
I. Подготовка к занятию
1. Повторить теоретический материал:
1. Дать определение:
 электрического тока
 силы тока
 напряжения
 сопротивления
 закона Ома для участка цепи
 ЭДС
 закона Ома для полной замкнутой цепи
 единицы силы тока
 единицы напряжения
 единицы ЭДС
 единицы сопротивления
2. Записать формулы:
 силы тока
 напряжения
 ЭДС
 сопротивления
 закона Ома для участка цепи (в двух видах)
 закона Ома для полной замкнутой цепи (в двух видах)
2. Ответить письменно на вопрос:
Исходя из закона Ома для участка цепи, изобразите примерные вольтамперные
характеристики для двух проводников. Исходя только из полученных графиков зависимостей,
как определить, какой проводник имеет большее сопротивление? Является ли полученный
Вами вывод общим?
II. Работа в аудитории
1. Вопросы, выносимые на обсуждение:
а) Могут ли существовать токи в проводнике, если в нем отсутствует разность
потенциалов между двумя его сечениями?
б) Могут ли существовать токи, текущие от более низкого потенциала к более
высокому?
в) Может ли течь ток в проводнике между точками А и В, если потенциал этих точек
одинаков?
Страница 50 из 88
Рабочая программа «Физика»
г) Можно ли утверждать, что источник электрического тока является источником
электрических зарядов в цепи? Почему?
2. Практический блок.
1. Решение задач в аудитории
2. Решение задач домашнего задания: 10.10, 10.14, 10.22, 10.28 [1]
III. Литература
1. Волькенштейн, В.С. Сборник задач по общему курсу физики / Волькенштейн В.С. – М:
Наука, 1985.
2. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Академия, 2006.
3. Трофимова, Т.И. Краткий курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Высшая школа, 2000.
4. Дягилев, Ф.М. Пособие по физике / Дягилев Ф.М., Конев Ю.М. – Тюмень: Вектор бук
лимитед, 1996.
Работа, мощность и тепловое действие постоянного тока
Цель: 1. Повторение теоретического материала темы занятий.
2. Практическое применение теоретического материала при решении задач.
Рассматриваемые вопросы
1. Работа и мощность в цепи постоянного тока.
2. Закон Джоуля-Ленца.
I. Подготовка к занятию
1. Повторить теоретический материал:
1. Дать определение:
 мощности
 полной мощности
 полезной мощности
 кпд
 закона Джоуля-Ленца
 единицы работы
 единицы мощности
 единицы кпд
2. Записать формулы:
 работы постоянного тока
 мощности
 полной мощности
 полезной мощности
 кпд
 закона Джоуля-Ленца
II. Работа в аудитории
1. Вопросы, выносимые на обсуждение:
а) Две проволоки – медная и железная – одинаковой длины и одинакового сечения
включили в сеть параллельно. В какой из них будет выделяться большее количество тепла?
б) Выгодно ли добиваться такого использования источника тока, при котором его кпд
будет близким к единице?
в) Два электронагревателя с различными мощностями включены последовательно в сеть.
В каком из них выделится больше тепла?
г) При ремонте электроплитки, ее спираль была уменьшена на ¼ часть. Как и во сколько
раз изменилась потребляемая из сети мощность?
2. Практический блок.
1. Решение задач в аудитории
2. Решение задач домашнего задания: 10.41, 10.46, 10.53, 10.59 [1]
III. Литература
Страница 51 из 88
Рабочая программа «Физика»
1. Волькенштейн, В.С. Сборник задач по общему курсу физики / Волькенштейн В.С. – М:
Наука, 1985.
2. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Академия, 2006.
3. Трофимова, Т.И. Краткий курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Высшая школа, 2000.
4. Дягилев, Ф.М. Пособие по физике / Дягилев Ф.М., Конев Ю.М. – Тюмень: Вектор бук
лимитед, 1996.
Ток в электролитах
Цель: 1. Повторение теоретического материала темы занятий.
2. Практическое применение теоретического материала при решении задач.
3. Контроль за самостоятельным изучением теоретического материала.
Рассматриваемые вопросы
1. Электрический ток в электролитах.
2. Законы Фарадея.
3. Использование электролиза в жизни человека.
I. Подготовка к занятию
1. Повторить теоретический материал:
1. Дать определение:
 электролита
 электролитической диссоциации
 электролиза
 электрохимического эквивалента
 степени диссоциации
 химического эквивалента
 числа Фарадея
2. Записать формулы:
 1 закона Фарадея
 2 закона Фарадея
2. Законспектировать материал, выносимый на самостоятельное изучение: «Применение
электролиза в практической жизни человека».
II. Работа в аудитории
1. Вопросы, выносимые на обсуждение:
а) Известно, что если в стакан с питьевой водой опустить два электрода и к ним подвести
достаточное напряжение, то вода закипит. Объясните это явление.
б) Можно ли на основании законов Фарадея сделать заключение, что для
электролитического выделения одинаковых масс данного вещества требуется затратить
одинаковое количество энергии тока?
2. Практический блок.
1. Отчет по самостоятельному изучению материала
2. Решение задач в аудитории
3. Решение задач домашнего задания: 10.103, 10.107, 10.109 [1]
III. Литература
1. Волькенштейн, В.С. Сборник задач по общему курсу физики / Волькенштейн В.С. – М:
Наука, 1985.
2. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Академия, 2006.
3. Трофимова, Т.И. Краткий курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Высшая школа, 2000.
4. Дягилев, Ф.М. Пособие по физике / Дягилев Ф.М., Конев Ю.М. – Тюмень: Вектор бук
лимитед, 1996.
Магнитное поле
Цель: 1. Повторение теоретического материала темы занятий.
2. Практическое применение теоретического материала при решении задач.
Страница 52 из 88
Рабочая программа «Физика»
Рассматриваемые вопросы
1. Магнитное поле электрического тока.
2. Индукция и напряженность магнитного поля.
3. Закон Био-Савара-Лапласа.
4. Силы, действующие на токи и заряды в магнитном поле.
I. Подготовка к занятию
1. Повторить теоретический материал:
2. Дать определение:
 магнитного поля
 магнитной индукции
 напряженности магнитного поля
 закона Био-Савара-Лапласа
 силы Ампера
 единицы силы тока
 силы Лоренца
2. Записать формулы:
 принципа суперпозиции магнитных полей
 связь В и Н
 закона Био-Савара-Лапласа
 силы Ампера
 силы Лоренца
II. Работа в аудитории
1. Вопросы, выносимые на обсуждение:
а) Вдоль длинного прямолинейного магнита расположен гибкий свободный проводник.
Какое положение он займет, если по нему пропустить ток?
б) Если заряженная частица, пролетая некоторую область пространства, не откланяется
от первоначального направления движения, можно ли утверждать, что магнитное поле в этой
области пространства отсутствует?
2. Практический блок.
1. Решение задач в аудитории
2. Решение задач домашнего задания: 11.5, 11.10, 11.26, 11.56, 11.73, 11.89 [1]
III. Литература
1. Волькенштейн, В.С. Сборник задач по общему курсу физики / Волькенштейн В.С. – М:
Наука, 1985.
2. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Академия, 2006.
3. Трофимова, Т.И. Краткий курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Высшая школа, 2000.
4. Дягилев, Ф.М. Пособие по физике / Дягилев Ф.М., Конев Ю.М. – Тюмень: Вектор бук
лимитед, 1996.
Электромагнитная индукция
Цель: 1. Повторение теоретического материала темы занятий.
2. Практическое применение теоретического материала при решении задач.
3. Контроль за самостоятельным изучением теоретического материала.
Рассматриваемые вопросы
1. Опыты Фарадея.
2. Законы Фарадея и правила Ленца.
3. Самоиндукция.
4. Вихревые токи.
5. Энергия магнитного поля.
I. Подготовка к занятию
1. Повторить теоретический материал:
1. Дать определение:
Страница 53 из 88
Рабочая программа «Физика»
 электромагнитной индукции
 индукционного тока
 правила Ленца
 самоиндукции
 индуктивности (2 определения)
 вихревого тока
 силы Лоренца
2. Записать формулы:
 магнитного потока
 эдс индукции
 эдс самоиндукции
 энергии магнитного поля
 плотности энергии магнитного поля
2. Законспектировать материал, выносимый на самостоятельное изучение: «Вихревые
токи».
3. Выполнить письменно задание:
Покажите, что правило Ленца соответствует закону сохранения энергии для процесса
электромагнитной индукции.
II. Работа в аудитории
1. Вопросы, выносимые на обсуждение:
а) Как будет вращаться магнитная стрелка, если над ней вращать медный диск?
б) Как обеспечивается малая индуктивность реостата?
2. Практический блок.
1. Отчет по самостоятельному изучению материала
2. Решение задач в аудитории
3. Решение задач домашнего задания: 11.93, 11.98, 11.103, 11.108 [1]
III. Литература
1. Волькенштейн, В.С. Сборник задач по общему курсу физики / Волькенштейн В.С. – М:
Наука, 1985.
2. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Академия, 2006.
3. Трофимова, Т.И. Краткий курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Высшая школа, 2000.
4. Дягилев, Ф.М. Пособие по физике / Дягилев Ф.М., Конев Ю.М. – Тюмень: Вектор бук
лимитед, 1996.
Квазистационарные токи
Цель: 1. Повторение теоретического материала темы занятий.
2. Практическое применение теоретического материала при решении задач.
Рассматриваемые вопросы
1. Получение переменной эдс.
2. Закон Ома для цепей переменного тока.
3. Резонанс в цепях переменного тока.
4. Мощность переменного тока.
I. Подготовка к занятию
1. Повторить теоретический материал:
1. Дать определение:
* переменного тока
* квазистационарного тока
* амплитудного значения силы тока
* амплитудного значения напряжения
* действующего значения силы тока
* действующего значения напряжения
* индуктивного сопротивления
Страница 54 из 88
Рабочая программа «Физика»
* емкостного сопротивления
* реактивного сопротивления
* полного сопротивления
* резонанса силы тока
* резонанса напряжения
* мгновенной мощности переменного тока
* коэффициента мощности
2. Записать формулы:
* связь между амплитудными значениями тока и напряжения и их действующими
значениями
* закон Ома для цепи, содержащей активное и индуктивное сопротивления
* индуктивного сопротивления
* закона Ома для цепи содержащей, активное и емкостное сопротивление
* закон Ома для цепи содержащей активное, индуктивное и емкостное
сопротивление
* резонансной частоты
* средней мощности переменного тока
* коэффициента мощности
2. Выполнить письменно задание:
Начертить векторные диаграммы напряжения для случая L>C и L<C
~
II. Работа в аудитории
1. Вопросы, выносимые на обсуждение:
а) Можно ли одновременно в одной и той же цепи передавать постоянный и переменный
ток?
б) Как физический использовать тот факт, что при возрастании частоты подаваемого
напряжения индуктивное сопротивление растет, а емкостное уменьшается?
2. Практический блок.
1. Решение задач в аудитории
2. Решение задач домашнего задания: 14. 16, 14.20, 14.25 [1]
III. Литература
1. Волькенштейн, В.С. Сборник задач по общему курсу физики / Волькенштейн В.С. – М:
Наука, 1985.
2. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Академия, 2006.
3. Трофимова, Т.И. Краткий курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Высшая школа, 2000.
4. Дягилев, Ф.М. Пособие по физике / Дягилев Ф.М., Конев Ю.М. – Тюмень: Вектор бук
лимитед, 1996.
Интерференция и дифракция света
Цель: 1. Повторение теоретического материала темы занятий.
2. Практическое применение теоретического материала при решении задач.
3. Контроль за самостоятельным изучением теоретического материала.
Рассматриваемые вопросы
1. Когерентность световых волн и способы ее осуществления.
2. Оптическая длина пути, условия максимума и минимума интерференции.
3. Дифракция Френеля.
4. Дифракция Фраунгофера.
5. Дифракционная решетка
I. Подготовка к занятию
Страница 55 из 88
Рабочая программа «Физика»
1. Повторить теоретический материал:
1. Дать определение:
 интерференции
 когерентности
 оптической разности хода
 дифракции
 дифракция Фраунгофера
 дифракция Френеля
 дифракционной решетки
 постоянной дифракционной решетки
2. Записать формулы:
 условия максимума для интерференции
 условия минимума для интерференции
 для определения радиуса колец Ньютона
 условия максимума для дифракционной решетки
2. Указать способы получения когерентных лучей и описать ход лучей в каждом способе.
3. Законспектировать материал, выносимый на самостоятельное изучение:
«Интерферометры»; «Дифракционная решетка и ее характеристики»
II. Работа в аудитории
1. Вопросы, выносимые на обсуждение:
а) Как изменится интерференционная картина, если установку поместить в воду?
б) Почему не возникает интерференции от двух фар удаленной автомашины?
в) Почему масляные пятна на поверхности воды имеют радужную окраску?
г) Почему цвет одного и того же места поверхности мыльного пузыря непрерывно
изменяется?
д) Почему дифракция звуковых волн более очевидна в повседневном опыте, чем
дифракция световых волн?
2. Практический блок.
1. Отчет по самостоятельному изучению материала
2. Решение задач в аудитории по сборникам
3. Решение задач домашнего задания: 16.6, 16.12 , 16.13, 16.37, 16.40, 16.50 - [1]
III. Литература
1. Волькенштейн, В.С. Сборник задач по общему курсу физики / Волькенштейн В.С. – М:
Наука, 1985.
2. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Академия, 2006.
3. Трофимова, Т.И. Краткий курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Высшая школа, 2000.
4. Дягилев, Ф.М. Пособие по физике / Дягилев Ф.М., Конев Ю.М. – Тюмень: Вектор бук
лимитед, 1996.
Основные законы геометрической оптики
Цель: 1. Повторение теоретического материала темы занятий.
2. Практическое применение теоретического материала при решении задач.
Рассматриваемые вопросы
1. Основные понятия геометрической оптики.
2. Основные законы геометрической оптики.
I. Подготовка к занятию
1. Повторить теоретический материал:
1. Дать определение:
 светового луча
 принципа Ферма
 закона отражения
Страница 56 из 88
Рабочая программа «Физика»
 закона преломления
 угла падения
 угла преломления
 абсолютного показателя преломления
 относительного показателя преломления
 полного отражения
2. Записать формулы:
 закона отражения
 закона преломления
 предельного угла полного отражения
2. Законспектировать решение задачи:
На дне реки глубиной 2 м лежит предмет. Где будет видеть его изображение человек,
луч зрения которого составляет угол 30° с перпендикуляром к поверхности воды?
Дано
Н=2м
β =30°
Найти
h, f - ?
Решение
Изображение предмета будет находиться в т. А1 пересечения продолжение преломленных
лучей. Точка А1 смещена относительно точки А на расстоянии
(Н – h)
по вертикали и на расстояние f по горизонтали.
Из треугольников А1ОС и А1 OD имеем:
f1 – f = h tgβ
f2 – f = h tgβ1
1
Из треугольников АКС и АКD имеем:
f1 = H tgα
f2 = H tgα1
2
Углы α1 и β1 можно представить как
α1 = α + Δ α
β1 = β + Δ β
Очевидно, что Δ α и Δ β малы, так как они дают разницу в углах падения и преломления луча
в глазе наблюдателя.
Из уравнений 1 получаем
Страница 57 из 88
Рабочая программа «Физика»
f = f1 – h tgβ = f2 - h tg(β + Δ β)
Подставим значение уравнений 2, получим
f = H tgα – h tgβ = H tg(α + Δ α) – h tg(β + Δ β)
или
hH
tg (   )  tg
sin  cos  cos(    )
H
tg (    )  tg
cos cos(   ) sin 
Учитывая малость углов Δ α и Δ β:
sin Δ β= Δ β; sin Δ α= Δ α; cos Δ α= 1; cos Δ β=1
получаем
соs2  • ∆
:
h = Н ———————
соs2  • ∆
Из законов преломления
sin / sin = 1/n
sin( +∆) / sin( + ∆) = 1/n
sin  sin(    ) sin  cos   cos sin 


sin  sin(    ) sin  cos   cos  sin 
sin sin +∆ sincos = sin sin +∆ sincos 
 sin  cos 
cos 


 sin  cos n cos
Окончательно
cos 
(
)
cos
3
H
h 
n
Из закона преломления, зная, что показатель преломления воды 1,33, находим h = 1,22 м
f=0,104 м.
II. Работа в аудитории
1. Вопросы, выносимые на обсуждение:
а) В каких случаях можно пользоваться представлением о световом луче?
б) В какой среде лучи света могут быть криволинейными?
в) В каких случаях свет, переходя из одной среды в другую, не преломляется?
г) Почему сидя у костра, мы видим предметы по другую сторону костра колеблющимися?
д) Почему трудно попасть в камень, лежащий на глубине в несколько десятков
сантиметров, если вы стоите на берегу?
2. Практический блок.
1. Применить принцип Ферма для доказательства закона отражения.
Страница 58 из 88
Рабочая программа «Физика»
2. Решение задач в аудитории по сборникам
3. Решение задач домашнего задания: 15.13, 15.17, 15.18 – [1]
III. Литература
1. Волькенштейн, В.С. Сборник задач по общему курсу физики / Волькенштейн В.С. – М:
Наука, 1985.
2. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Академия, 2006.
3. Трофимова, Т.И. Краткий курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Высшая школа, 2000.
4. Дягилев, Ф.М. Пособие по физике / Дягилев Ф.М., Конев Ю.М. – Тюмень: Вектор бук
лимитед, 1996.
Оптические системы
Цель: 1. Повторение теоретического материала темы занятий.
2. Практическое применение теоретического материала при решении задач.
3. Формирование умений студентов строить изображение в зеркалах и линзах.
4. Контроль за самостоятельным изучением теоретического материала.
Рассматриваемые вопросы
1. Основные элементы оптических систем.
I. Подготовка к занятию
1. Повторить теоретический материал:
1.Дать определение:
 фокуса сферического зеркала
 фокусного расстояния зеркала
 оптического центра зеркала
 оптической силы зеркала
 преломляющего угла призмы
 линзы
 фокуса линзы
 оптического центра линзы
 фокусного расстояния линзы
 оптической силы линзы
 фокальной плоскости линзы
2. Записать формулы:
 оптической силы зеркала
 увеличения зеркала
 угла отклонения лучей призмы
 главного фокусного расстояния линзы
 тонкой линзы
 поперечного увеличения линзы
 углового увеличения линзы
 продольного увеличения линзы.
2. Законспектировать материал, выносимый на самостоятельное изучение: «Глаз – как
оптическая система»
II. Работа в аудитории
1. Вопросы, выносимые на обсуждение
а) Почему на автобусах с наружной стороны устанавливают выпуклые зеркала?
б) В каких случаях в собирающей линзе получается действительное изображение, а в
каких – мнимое?
2. Практический блок
1. Отчет по самостоятельному изучению материала
2. Решение задач в аудитории по сборникам
Страница 59 из 88
Рабочая программа «Физика»
3. Решение задач домашнего задания: 15.34, 15.37, 15.41, 15.42, 15.51
- [1]
III. Литература
1. Волькенштейн, В.С. Сборник задач по общему курсу физики / Волькенштейн В.С. – М:
Наука, 1985.
2. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Академия, 2006.
3. Трофимова, Т.И. Краткий курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Высшая школа, 2000.
4. Дягилев, Ф.М. Пособие по физике / Дягилев Ф.М., Конев Ю.М. – Тюмень: Вектор бук
лимитед, 1996.
Квантовые свойства света
Цель: 1. Повторение теоретического материала темы занятий.
2. Практическое применение теоретического материала при решении задач.
3. Контроль за самостоятельным изучением теоретического материала.
Рассматриваемые вопросы:
1. Тепловое излучение.
2. Фотоэффект.
3. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта
I. Подготовка к занятию
1. Повторить теоретический материал:
1. Дать определение, ввести понятие:
 кванта
 фотоэффекта
 тока насыщения
 1-3 закон фотоэффекта
 красной границы фотоэффекта
 теплового излучения
 энергетической светимости
 испускательной способности
 поглощательной способности
 абсолютно черного тела
 функции Кирхгофа
 закона Стефана – Больцмана
 закона смещения Вина
2. Записать формулы:
 энергия кванта
 уравнения Эйнштейна
 красной границы фотоэффекта
 функции Кирхгофа
 закона Стефана – Больцмана
 закона смещения Вина
 формулы Планка
2. Письменно ответить на вопрос: Как измерить постоянную Планка?
3. Законспектировать материал, выносимый на самостоятельное изучение: «Фотоэлементы
и их применение».
II. Работа в аудитории
1. Вопросы, выносимые на обсуждение
а) Через вакуумный фотоэлемент протекает фототок насыщения. Если заполнить этот
фотоэлемент инертным газом, то сила фототока при той же освещенности резко изменяется.
Как и почему?
б) Почему для изготовления газонаполненных фотоэлементов обычно используют
инертные газы?
Страница 60 из 88
Рабочая программа «Физика»
в) Излучает ли электромагнитные волны книга, которую вы читаете?
г) Почему температура всех тел в не отапливаемом помещении одинакова?
д) Как можно измерить температуру тела на расстоянии?
2. Практический блок
1. Отчет по самостоятельному изучению материала
2. Решение задач в аудитории по сборникам
3. Решение задач домашнего задания: 18.4, 18.9, 18.16, 19.16, 19.18 - [1]
III. Литература
1. Волькенштейн, В.С. Сборник задач по общему курсу физики / Волькенштейн В.С. – М:
Наука, 1985.
2. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Академия, 2006.
3. Трофимова, Т.И. Краткий курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Высшая школа, 2000.
4. Дягилев, Ф.М. Пособие по физике / Дягилев Ф.М., Конев Ю.М. – Тюмень: Вектор бук
лимитед, 1996.
Планетарная модель атома.
Постулаты Бора
Цель: 1. Повторение теоретического материала темы занятий.
2. Практическое применение теоретического материала при решении задач.
Рассматриваемые вопросы
1. Опыты Резерфорда по рассеиванию α-частиц
2. Планетарная модель атома.
3. Постулаты Бора.
4. Спектр водорода по Бору.
I. Подготовка к занятию
1. Повторить теоретический материал.
1. Дать определение:
 планетарной модели атома
 первого постулата Бора
 второго постулата Бора
 спектральной серии
2. Записать формулы:
 постоянной Ридберга
 обобщенной формулы Бальмера
 радиуса стационарной орбиты электрона
II. Работа в аудитории
1. Вопросы, выносимые на обсуждение.
а) Для какой цели в опыте Резерфорда применялся люминесцирующий экран?
б) В чем заключается противоречие между ядерной моделью атома Резерфорда и
законами классической физики?
в) Чем определяется частота излучения атома водорода по теории Бора?
г) Какое состояние атома называется возбужденным?
д) Какая величина, характеризующая физическое состояние атома, по теории Бора
должна быть квантованной?
2. Практический блок.
1. Решение задач в аудитории по сборникам
2. Решение задач домашнего задания: 20.6, 20.12, 20.14 - [1]
III. Литература
1. Волькенштейн, В.С. Сборник задач по общему курсу физики / Волькенштейн В.С. – М:
Наука, 1985.
2. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Академия, 2006.
3. Трофимова, Т.И. Краткий курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Высшая школа, 2000.
Страница 61 из 88
Рабочая программа «Физика»
4. Дягилев, Ф.М. Пособие по физике / Дягилев Ф.М., Конев Ю.М. – Тюмень: Вектор бук
лимитед, 1996.
Радиоактивность
Цель: 1. Повторение теоретического материала темы занятий.
2. Практическое применение теоретического материала при решении задач.
Рассматриваемые вопросы
1. Радиоактивность, виды радиоактивного распада.
2. Закон радиоактивного распада.
I. Подготовка к занятию
1. Повторить теоретический материал.
1. Дать определение:
 радиоактивности
 естественной радиоактивности
 закона радиоактивности
 постоянной распада
 периода полураспада
 изотопа
 средней времени жизни изотопа
 закона сохранения зарядового числа
 закон сохранения массового числа
 материнского ядра
 дочернего ядра
  - излучения
2. Записать формулы:
 закона убывания радиоактивного вещества
 закона радиоактивного распада
 количества распавшихся ядер
 периода полураспада
 среднего времени жизни изотопа
  - распада
  - распада: электронный, позитронный, электронный захват
 спонтанного деления тяжелых ядер
II. Работа в аудитории
1. Вопросы, выносимые на обсуждение:
а) Чем сопровождается естественная радиоактивность?
б) Что означает знак «-»в законе убывания радиоактивности вещества?
в) Что происходит, если образовавшиеся ядра при радиоактивном распаде
радиоактивны?
г) Какие крупные семейства естественно радиоактивных веществ вы знаете?
д) Какие существуют виды радиоактивного распада?
е) В чем заключен закон смещения при радиоактивных распадах?
2. Практический блок.
1. Решение задач в аудитории по сборникам
2. Решение задач домашнего задания: 21.11, 21.15, 21.21 - [1]
III. Литература
1. Волькенштейн, В.С. Сборник задач по общему курсу физики / Волькенштейн В.С. – М:
Наука, 1985.
2. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Академия, 2006.
3. Трофимова, Т.И. Краткий курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Высшая школа, 2000.
4. Дягилев, Ф.М. Пособие по физике / Дягилев Ф.М., Конев Ю.М. – Тюмень: Вектор бук
лимитед, 1996.
Страница 62 из 88
Рабочая программа «Физика»
Ядерные реакции
Цель: 1. Повторение теоретического материала темы занятий.
2. Практическое применение теоретического материала при решении задач.
Рассматриваемые вопросы
1. Ядерные реакции.
2. Цепная ядерная реакция.
3. Термоядерная реакция.
I. Подготовка к занятию
1. Повторить теоретический материал.
1. Дать определение, формулировку:
 ядерной реакции
 экзоэнергетической реакции
 эндоэнергетической реакции
 цепной реакции
 термоядерной реакции
2. Записать формулы:
 схемы ядерной реакции
 энергии ядерной реакции
 ядерной реакции под действием -частиц
 ядерной реакции под действием протонов
 ядерной реакции под действием нейтронов
 термоядерной реакции
II. Работа в аудитории
1. Вопросы, выносимые на обсуждение:
а) Как можно осуществить цепную ядерную реакцию?
б) Имеется ли предел у мощности термоядерного взрыва?
в) Почему мощность атомного взрыва не может превзойти определенного предела?
2. Практический блок.
1. Решение задач в аудитории по сборникам
III. Литература
1. Волькенштейн, В.С. Сборник задач по общему курсу физики / Волькенштейн В.С. – М:
Наука, 1985.
2. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Академия, 2006.
3. Трофимова, Т.И. Краткий курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Высшая школа, 2000.
4. Дягилев, Ф.М. Пособие по физике / Дягилев Ф.М., Конев Ю.М. – Тюмень: Вектор бук
лимитед, 1996.
Основы молекулярно-кинетической теории. Газовые законы
Цель: 1. Повторить основные понятия и законы темы.
2.Практическое применение теоретического материала при решении задач.
Рассматриваемые вопросы:
1. Основы МКТ.
2. Идеальный газ.
3. Изопроцессы.
I. Подготовка к занятию
1. Повторить теоретический материал:
1. Дать определение:
- атома
- молекулы
- относительной атомной массы
- относительной молекулярной массы
- количества вещества
Страница 63 из 88
Рабочая программа «Физика»
- идеального газа
- изотермического процесса
- изобарного процесса
- изохорного процесса
- абсолютной температуры
2.Записать формулы:
- основное уравнение молекулярно-кинетической теории
- уравнение Менделеева – Клапейрона
- уравнение Клапейрона
- уравнение Бойля - Мариотта
- уравнение Гей - Люсака
- уравнение Шарля.
II. Работа в аудитории
1. Вопросы, выносимые на обсуждение:
а) Как определить молярную массу вещества? Рассчитайте молярную массу серной
кислоты Н2SO4, метана СН4, кислорода О2 (в тетради).
б) Как можно вычислить массу тела, число молекул в данном теле, количество вещества,
концентрацию молекул, плотность вещества?
в) Объясните, почему белье скорее просыхает на чердаке при открытых слуховых окнах,
чем в комнате, даже жарко натопленной?
г) Является ли беспорядочное движение пылинок примером Броуновского движения?
2. Практический блок.
1. Решение задач в аудитории
2.Решение задач домашнего задания: [1]
III. Литература
1. Волькенштейн, В.С. Сборник задач по общему курсу физики / Волькенштейн В.С. – М:
Наука, 1985.
2. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Академия, 2006.
3. Трофимова, Т.И. Краткий курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Высшая школа, 2000.
4. Дягилев, Ф.М. Пособие по физике / Дягилев Ф.М., Конев Ю.М. – Тюмень: Вектор бук
лимитед, 1996.
Явления переноса в газах
Цель: 1. Повторить основные понятия и законы темы.
2.Практическое применение теоретического материала при решении задач.
Рассматриваемые вопросы:
1. Основные положения МКТ.
2. Явления переноса.
I. Подготовка к занятию
1. Повторить теоретический материал:
2. Дать определение:
- средней длины свободного пробега молекулы
- среднего времени свободного пробега
- среднего число столкновений
- градиент скорости
- градиент плотности
- градиента температуры
- диффузии
- теплопроводности
- вязкости
2.Записать формулы:
- для диффузии
- для теплопроводности
Страница 64 из 88
Рабочая программа «Физика»
- для вязкости
- средней длины свободного пробега
II. Работа в аудитории
1. Вопросы, выносимые на обсуждение:
а) Как зависит скорость движения молекул от абсолютной температуры?
б) Что называют барометрической формулой?
в) Каков физический смысл коэффициента диффузии для газов? коэффициента
теплопроводности газов? коэффициент вязкости газов ?
2. Практический блок.
1. Решение задач в аудитории
2.Решение задач домашнего задания: [1]
III. Литература
1. Волькенштейн, В.С. Сборник задач по общему курсу физики / Волькенштейн В.С. – М:
Наука, 1985.
2. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Академия, 2006.
3. Трофимова, Т.И. Краткий курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Высшая школа, 2000.
4. Дягилев, Ф.М. Пособие по физике / Дягилев Ф.М., Конев Ю.М. – Тюмень: Вектор бук
лимитед, 1996.
Основы термодинамики
Цель: 1. Повторить основные понятия и законы темы.
2.Практическое применение теоретического материала при решении задач.
Рассматриваемые вопросы:
1. Внутренняя энергия и способы ее изменения.
2. Первое начало термодинамики.
3. Второе начало термодинамики.
4. КПД тепловых машин.
I. Подготовка к занятию
1. Повторить теоретический материал:
3. Дать определение:
- термодинамического состояния;
- термодинамических параметров;
- термодинамического равновесия
- температуры
- внутренней энергии
- удельной теплоемкости тела
- удельная теплота парообразования
- удельной теплоты плавления
- удельной теплоты сгорания топлива
- 1 н.т.д.
- адиабатического процесса
- 2 н.т.д.
- кпд
2.Записать формулы:
- количества теплоты при нагревании или охлаждении вещества
- количества теплоты при плавлении или отвердевании
- количества теплоты при парообразовании или конденсации
- количества теплоты при сгорании вещества
- первого начала термодинамики
- первого начала термодинамики для изопроцессов
- кпд
II. Работа в аудитории
1. Вопросы, выносимые на обсуждение:
Страница 65 из 88
Рабочая программа «Физика»
а) Как определить работу, совершаемую внешними телами над системой, и работу,
совершаемую системой над внешними телами?
б) Какие процессы называются необратимыми? Приведите примеры.
в) Когда кпд тепловой машины больше летом или зимой? Почему?
2. Практический блок.
1. Решение задач в аудитории
2.Решение задач домашнего задания: [1]
III. Литература
1. Волькенштейн, В.С. Сборник задач по общему курсу физики / Волькенштейн В.С. – М:
Наука, 1985.
2. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Академия, 2006.
3. Трофимова, Т.И. Краткий курс физики / Т.И. Трофимова – М.: Высшая школа, 2000.
4. Дягилев, Ф.М. Пособие по физике / Дягилев Ф.М., Конев Ю.М. – Тюмень: Вектор бук
лимитед, 1996.
3.1.3. Планы лабораторных работ
(вариативный комплекс)
1. Лабораторные работы по разделам «Основы механики», «Колебания и волны»
Ермакова, Е.В. Лабораторный практикум по курсу общей физики (механика) / Е.В.
Ермкова, В.Г. Гурова – Ишим: Изд-во ИГПИ, 2007. :
Работа 1. Определение линейных размеров тел
Работа 2. Определение модуля Юнга
Работа 3. Определение модуля Юнга медицинского жгута
Работа 4. Изучение движения по наклонной плоскости
Работа 5. Определение момента инерции махового колеса и силы трения в опоре
Работа 6. Проверка законов колебания математического маятника
Работа 7. Определение ускорения силы тяжести при помощи оборотного маятника.
Работа 8. Определение коэффициента трения.\
Работа 9. Проверка закона вращения твердого тела на маятнике Обербека
Работа 10. Изучение затухающих колебаний.
2. Лабораторные работы по разделу «Электричество и магнетизм»
Работа 1. Определение сопротивления проводника
Цель: изучить методы измерения сопротивления проводников.
Приборы и принадлежности: источник постоянного тока (4В и 30В), амперметр, вольтметр,
лампочка, гальванометр, реохорд, магазин сопротивления, ключ, резисторы, соединительные
провода.
Ход работы
1. Собрать цепь по схеме и определить сопротивление лампочки в «холодном» виде по
методу моста.
2. Установить на магазине сопротивления значение R. Передвигая ползунок реохорда
добиться нулевого показания гальванометра.
Страница 66 из 88
Рабочая программа «Физика»
3. Снять показания с реохорда и по формуле
сопротивление.
4. Изменить значение R и повторить эксперимент не менее трех раз.
5. Результаты занести в таблицу.
6. Повторить измерение для двух резисторов.
рассчитать
Таблица
№
1
2
3
, Ом
, Ом
Работа 2. Изучение зависимости мощности источника тока и его КПД от величины
нагрузки
Цель: исследовать зависимость полной, полезной мощности и кпд источника тока от величины
сопротивления нагрузки.
Приборы и принадлежности: два источника ЭДС, вольтметр (с пределом до 15 В), амперметр,
реостат, ключ, соединительные провода.
Ход работы
1. Собрать цепь по схеме.
2. Изменяя сопротивление нагрузки не менее 8-10 раз, снять показания амперметра и
вольтметра.
3. Пользуясь законом Ома для участка цепи, рассчитать R.
4. Подключить к вольтметру батарею ЭДС и, пренебрегая потерями на источнике, измерить .
5. Пользуясь формулами , рассчитать искомые величины, результаты занести в таблицу.
6. Построить графики зависимости:
(R), (R),
(R).
Таблица
№
I, A
U, B
R, Oм
,Bт
,
Вт
Работа 3. Измерение электродвижущей силы методом компенсации
Страница 67 из 88
Рабочая программа «Физика»
Цель: изучить компенсационный метод измерения ЭДС.
Приборы и принадлежности: источник постоянного тока (4В), нормальный элемент, два
элемента с неизвестной ЭДС, гальванометр, реохорд, магазин сопротивления, ключ,
переключатель, соединительные провода.
Ход работы
1. Собрать цепь по схеме
2. Определить
, подключив
, провести измерения 3 раза, записать среднее значение в
таблицу.
3. Подключить неизвестное , определить для него
, провести измерения 3 раза, записать
среднее значение в таблицу.
4. По формуле (6) рассчитать , если
, результат занести в таблицу.
5. Повторить эксперимент для другого элемента.
Таблица
,В
м
м
1,018
Работа 4. Определение заряда электрона
Цель: определить заряд электрона электролитическим методом.
Приборы и принадлежности: амперметр (1-2 А), источник постоянного тока, ключ, электроды,
раствор электролита, часы, соединительные провода, реостат, весы, электроплитка.
Ход работы
1. Взвесить катод .
2. Собрать установку рис. 1.
3. Замкнуть цепь, отрегулировать реостатом ток не более 1,5 А.
4. Произвести процесс электролиза в течении 10 - 15 минут, поддерживая постоянную силу
тока. По истечению времени разомкнуть цепь и, обсушив над плиткой катод, определить его
массу .
5. Повторить опыт не менее 3-х раз.
6. Вычислить заряд электрона по формуле
.
7. Результаты измерений и расчетов занести в таблицу.
8. Определить погрешность полученного результата в сравнении с табличными данными.
рис.1
Таблица
№
m1, кг
Страница 68 из 88
m2, кг
m,кг
I, А
t,с
e,Кл
eср, Кл
Δe, Кл
ε,%
Рабочая программа «Физика»
Работа 5. Изучение закона Ома для цепи переменного тока
Цель: определить индуктивность катушки, емкость конденсатора, проверить опытным путем
закон Ома для цепи переменного тока.
Приборы и принадлежности: источник переменного тока, катушка индуктивности, конденсатор,
реостат (500 Ом), амперметр (0,25-1 А), вольтметр, соединительные провода.
Ход работы
Задание 1Измерение индуктивности катушки
1. Собрать цепь по схеме рис.1.
2. Ввести реостат полностью (максимальное сопротивление).
3. Для каждой секции катушки измерить напряжение для трех различных значений силы тока
(регулируем реостатом).
4. Измерить активное сопротивление секций катушки.
5. Рассчитать индуктивность каждой секции катушки. .
6. Результаты занести в таблицу 1.
Таблица 1
Число
витков
1200
2400
3600
№
R, Ом
,В
,А
, Ом
, Гн
, Гн
1
2
3
1
2
3
1
2
3
рис.1
Задание 2 Определение емкости конденсатора
1. Собрать цепь по схеме рис.2.
2. Ввести реостат полностью (максимальное сопротивление).
3. Измерить напряжение для трех различных значений тока.
4. Определить емкость конденсатора.
5. Результаты занести в таблицу 2.
6. Повторить п.п 1-5 для второго конденсатора.
Таблица 2
№
,А
,В
, Ом
, мкФ
, мкФ
1
2
3
рис.2
Задание 3 Проверка закона Ома для переменного тока
Страница 69 из 88
Рабочая программа «Физика»
1. Соберите цепь по схеме рис.3, выбрав любую секцию катушки и конденсатор.
2. Пользуясь результатами 1-2 заданий, заполните 2-4 столбцы таблицы 3.
3. Ввести реостат полностью (максимальное сопротивление).
4. Измерить напряжение для трех различных значений тока.
5. Определите полное сопротивление цепи по показаниям амперметра и вольтметра, и по
полученным данным.
6. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 3.
Таблица 3
№
R, Ом
, Гн
, мкФ
,
А
,Ом
,В
,Ом
,Ом
1
2
3
Работа 6. Измерение мощности, выделяемой в цепях переменного тока, и сдвига фаз между
током и напряжением
Цель: ознакомиться с методом измерения активной мощности и сдвига фаз между силой тока и
напряжением в цепях переменного тока.
Приборы и принадлежности: реостат, амперметр, вольтметр, ваттметр, лампа накаливания,
катушка индуктивности (на 3600 витков), конденсатор, соединительные провода.
Ход работы
1. Собрать цепь согласно схемы (рис.1), в зависимости от порядка опыта роль нагрузки будут
выполнять: лампа накаливания; катушка индуктивности (3600 витков); лампа накаливания и
катушка индуктивности, соединенные последовательно; лампа накаливания и катушка
индуктивности, конденсатор (58 мкФ), соединенные последовательно.
2. Регулируя напряжение ползунком реостата, добиться на нагрузке силы тока в пределах 0,40,5 А.
3. Снять показания приборов.
4. Рассчитать
, , активное, полное и реактивное сопротивления.
5. Результаты измерений и расчетов занести в таблицу.
6. Построить векторные диаграммы сдвига фаз между силой тока и напряжением для данных
нагрузок.
Таблица
Нагрузка
I, В
лампа накаливания
катушка индуктивности
послед.соед.
лампа
накаливания и катушка
индуктивности
послед.соед.
лампа
накаливания и катушка
индуктивности
и
конденсатор
Страница 70 из 88
U, В
P, Вт
R, Ом
Z, Ом
X,Ом
Рабочая программа «Физика»
рис.1
Работа 7. Изучение электроизмерительных приборов
Цель: ознакомление с устройством, принципом действия и основными характеристиками
электроизмерительных приборов электромагнитной системы.
Приборы и принадлежности: источник тока постоянного тока (до 30В), реостат,
миллиамперметр ( max предел 200 мА), амперметр ( 1-2 А ), вольтметр ( 30-60 В), вольтметр (
150-600 В ), магазин сопротивления, медная проволока, соединительные провода.
Ход работы
Задание 1.
Расширить предел измерения миллиамперметра
1. По данным преподавателя рассчитать длину медного провода и изготовить шунт.
2. Собрать цепь по схеме (рис.1).
3. Снять не менее трёх показаний амперметра и миллиамперметра, результаты измерений
занести в таблицу 1.
4. Рассчитать погрешность.
Таблица 1
№
n
Погрешность
Ср.погр.измер.
измерения
1
2
3
рис.1
Задание 2.
Расширить предел измерения вольтметра
1. Собрать цепь по схеме (рис.2).
2. Включить три величины добавочного сопротивления согласно данных таблицы 2.
3. Рассчитать цену деления, исследуемого вольтметра исходя из измерений, для этого поделите
на , в делениях шкалы.
4. Рассчитайте цену деления исследуемого вольтметра из расчёта добавочного сопротивления,
пользуясь формулой (3) определите n, затем величину расширяемого предела умножьте на n и
поделите на количество делений шкалы исследуемого вольтметра.
5. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 2.
6. Сравните и , сделайте вывод.
Таблица 2
№
, Ом
,В
,в делениях
1
1000
2
1500
Страница 71 из 88
Рабочая программа «Физика»
3
3000
рис.2
3. Лабораторные работы по разделу «Оптика»
Работа 1 Изучение дифракционной решетки и определение длины волны лазерного
излучения
Цель: определить длину волны излучения портативного лазера, определение постоянной
дифракционной решетки.
Приборы и принадлежности: лазер, 2 дифракционные решетки, экран, линейка.
Ход работы
Задание №1 Определение длины волны
1. Установить лазер, дифракционную решетку и экран согласно схемы
Решетка
Экран
Лазер
х1
х2
L
2. Передвигая решетку добиться на экране четкого изображения максимумов дифракционной
картины.
3. Измерить расстояние между максимумами (х1,х2,х3)
4. Измерить расстояние от решетки до экрана (L)
5. Рассчитать длину лазерного излучения по формуле  
dx
2kL
6. Результаты измерения и расчетов записать в таблицу 1.
L, м
d,м
х1, м
λ1, м
х2, м
λ2, м
х3, м
λ3, м
Таблица 1
λср, м
Задание №2. Определение постоянной дифракционной решетки
1. Установить лазер, дифракционную решетку и экран согласно схемы.
2. Передвигая решетку добиться на экране четкого изображения максимумов дифракционной
картины.
3. Измерить расстояние между максимумами (х1,х2,х3)
4. Измерить расстояние от решетки до экрана (L)
5. Пользуясь формулой   dx рассчитать постоянную решетки по длине излучения
2kL
полученного в задании 1.
6. Рассчитать по формуле
решетки.
Страница 72 из 88
k
d

количество максимумов получаемых при помощи данной
Рабочая программа «Физика»
7. Результаты измерения и расчетов записать в таблицу 2.
Таблица 2
L, м
λ, м
х1, м
d1, м
х2, м
d2, м
х3, м
d3, м
dср, м
k
Работа 2. Определение длины световой волны при помощи бипризмы Френеля.
Цель: наблюдение интерференции света и экспериментальное определение длины световой
волны при помощи бипризмы Френеля.
Приборы и принадлежности: оптическая скамья, источник света, бипризма Френеля, щель,
светофильтры, собирающая линза (с фокусным расстоянием 10-15 см), окулярный микроскоп
МИР-1, линейка.
Ход работы
1. Собрать установку согласно рис. 1.
2. Поместить бипризму Френеля на расстоянии 30-50 см от щели.
3. На расстоянии 20-30 см от бипризмы поместить отчетный микроскоп МИР-1 (при установки
тубуса микроскопа на 160, цена одного деления-0,045 мм).
4. Добиться установление окно осветителя, центра щели, бипризмы и отчетного микроскопа на
одной высоте.
5. Сделать щель достаточно узкой, отцентрировать ее относительно бипризмы, добиться
отчетливой интерференционной картины в микроскопе.
6. С помощью отчетного микроскопа определить величину õ , для этого с помощью
микроскопа определяют расстояние между двумя крайними темными полосами
интерференционной картины, и разделить полученный результат на число светлых полос
находящихся между выбранными темными.
7. Между бипризмой и микроскопом установить собирающую линзу и добиться с помощью ее
двойного изображения щели в микроскопе.
8. Измерить при помощи микроскопа расстояние L` между четкими изображениями щели.
9. Измерить расстояние d-от щели до линзы. L-от линзы до микроскопа.
d
10. По формуле L  L находят истинное расстояние между мнимыми изображениями щели.
G
11. Измерить расстояние d0-от щели до отчетного микроскопа.
12. Рассчитать по формуле (3) длину световой волны.
13. Повторить опыт и расчеты для другого светофильтра.
14. Данные измерений и расчетов занести в таблицу.
Рис.1
Фильтр
õ, ì
d0, м
d,м
G, м
L,м
L,м
 ,м
Таблица
Работа 3. Определение постоянной Планка
Цель: экспериментальным путем определить постоянную Планка.
Приборы и принадлежности: селеновый фотоэлемент СФ – 10; вольтметр; гальванометр;
светофильтры; потенциометр; сопротивлением до 100 Ом; соединительные провода.
Ход работы
1. Соберите установку
Страница 73 из 88
Рабочая программа «Физика»
V
2. Осветите фотоэлемент светом через определенный светофильтр.
3. Плавно увеличивая тормозящее напряжение, добейтесь полного исчезновения фототока.
Измерьте напряжение U1, при котором фототок прекратится. Произвести измерение не менее
трех раз, для расчета взять среднее значение U1.
4. Повторите измерение тормозящего напряжения при освещении фотоэлемента через другие
светофильтры.
5. По паспортам светофильтров определите средние частоты пропускаемых световых волн.
U  U1
6. По данным измерениям определите постоянную Планка h пользуясь формулой h  e 2
V2  V1
7. Для каждого сочетания светофильтра определите погрешность расчета h в сравнении с
табличной величиной.
8. Данные измерения и вычислений оформите в виде таблицы.
Таблица
Светофильтр
U, В
h, Дж с
Δ h, Дж с
,%

Работа 4. Изучение спектра водорода
Цель: научиться строить градуировочные кривые для спектральных приборов и исследовать
серию Бальмера в видимой области спектра.
Приборы и принадлежности: универсальный оптический монохроматор УМ-2, неоновая и
водородная трубки, высоковольтный индуктор, миллиметровая бумага.
Ход работы
1. Градуировка прибора:
1. Включить монохроматор и неоновую лампу.
2. Добиться узких, четких спектральных линий.
. 3. Вращая измерительный барабан установить острие указателя на измеряемую линию
спектра.
4. Определить показатель для длин волн спектра НЕОНА:
Красный
640 нм
Красно-оранжевый
614 нм
Оранжевый
595 нм
Желтый
585 нм
Светло-зеленый
576 нм
Зеленый
540 нм
Синий
486 нм
Страница 74 из 88
Рабочая программа «Физика»
2. Построение градуировочного графика.
1. Построить график зависимости  от N.
3. Изучение спектра водорода.
1. Поместить перед щелью водородную трубку, добиться ее свечения.
2. Определить показание барабана N для линий: красной n j  3 , голубой
n
j
 4
фиолетовой n j  5 .
3. По градуировочному графику определить длину волны для каждой спектральной линии
водорода.
4. Для каждого значения длины волны рассчитать, пользуясь 1  R 1  1  постоянную
 22 n 2 
ij
j


Ридберга R и определить ее среднее значение, рассчитать R.
4 2 2
5. Пользуясь формулой R  2me 3 k определить массу электрона.
h
6. По формуле r 
2
2
h n
определить радиус первой орбиты электрона в атоме
4k 2 mZe 2
водорода.
7. Итоги вычисления оформить в виде таблице.
8. Рассчитать погрешности в сравнении с табличными данными.
Работа 5. Исследование фотоэлемента
Цель: определение характеристик селенового фотоэлемента.
Приборы
и
принадлежности: селеновый фотоэлемент, лампа накаливания 100 Вт,
миллиамперметр.
Ход работы:
1. Подключить к фотоэлементу миллиамперметр соблюдая полярность.
2. Установить лампу накаливания и фотоэлемент на одном уровне на оптической скамье.
3. Меняя расстояние от фотоэлемента до лампы в приделах от 20 до 60 см с шагом в 5 см,
определить для каждого положения величину фототока і.
4. Повторить измерения вновь для тех же расстояний и определить среднее значение тока і ср.
5. Рассчитать для каждого расстояния по формуле Е 
I
освещенность приняв силу света
r2
лампы 80 кд, а площадь светочувствительного слоя селенового фотоэлемента 10,2 · 10ˉ 4 м².
6. Построить график зависимости іср =f(E).
7. Определить чувствительность фотоэлемента используя формулу   I .
ES
8. Определить количество фотонов приходящихся на единицу поверхности фотоэлемента
пользуясь формулой n  IS 2 , приняв S = 3,8 · 10ˉ ³ м² и получив у преподавателя величину r
hvr
и v.
9. Оформить результаты измерения в виде таблицы.
Работа 6. Определение показателя преломления различных веществ.
Цель : опытным путем определить показатель преломления твердых и жидких веществ.
Приборы и принадлежности: стеклянная призма, 2 кюветы с водой и глицерином, осветитель,
экран с щелью, бумага в клетку, карандаш, циркуль, линейка.
Ход работы
1. Расположить лист бумаги перед экраном со щелью, освещая щель добиться узкого светового
луча на листе.
2. Начертить на листе границу раздела воздух-вещество.
Страница 75 из 88
Рабочая программа «Физика»
3. Платину располагают так, что бы одна из ее параллельных граней совпадала с границей
раздела.
4. Направить на пластину световой луч, отметить булавками точку падения, точку выхода и
дополнительно любую точку на падающем луче.
5. Отключить осветитель, убрать пластину, произвести геометрический построение, подобно
рисунку
а
в
6. Произвести замер величин а и в,рассчитать показатель преломления n  à .
â
7. Изменяя угол падения повторить измерения не менее трех раз.
8. Сравнить полученный результат с техническим
9. Данные измерений и вычислений внести в таблицу.
10. Повторить п.п. 3-9 для кюветы с водой и глицерином.
Таблица
№
а, мм
в,мм
n
nср
4. Лабораторные работы по разделу «Молекулярная физика и термодинамика»
Работа 1. Определение среднего коэффициента линейного расширения твердого тела
Цель работы: научиться определять средний коэффициент линейного расширения твердого
тела.
Приборы и принадлежности: прибор для определения коэффициента линейного расширения,
индикатор, термометр.
Ход работы:
1. Изучить устройство и принцип работы прибора по определению коэффициента
линейного расширения.
2. Пробирки на ½ объема наполнить водой, опустить в них испытуемые стержни и
поместить в штатив прибора.
3. Измерить температуру воды до нагревания t1.
4. Установить индикатор в рабочее положение, заметить его показание
5. Включить прибор довести воду до кипения (t2 = 1000С)
6. Снять показания с индикатора, по разности первоначального и конечного показания
определить величину удлинения ΔL.
L
7. Определить коэффициент линейного расширения по формуле  
L 0 t
8. Повторить эксперимент для трех разных стержней по три раза
9. Данные занести в таблицу
№ Материал
L0, м
ΔL, м
t10С
t20С
Δt0С
α
αср
Страница 76 из 88
Рабочая программа «Физика»
Работа 2. Определение удельной теплоты парообразования воды
Цель работы: научиться определять удельную теплоту парообразования воды
калориметрическим методом.
Приборы и принадлежности: прибор для определения удельной теплоты парообразования воды,
электронагреватель, секундомер, калориметр, термометр, весы.
Ход работы:
1. Изучить устройство и принцип работы прибора для определения удельной теплоты
парообразования воды.
2. Установить колбу прибора на нагреватель, довести воду в ней до кипения
3. Налить в калориметр воды и определить ее массу, температуру.
4. Через 5 минут после закипания, опустить трубку с выходящим паром в калориметр с водой,
пропускать пар через воду в течение 10 минут.
5. Измерить конечную температуру воды в калориметре и ее массу.
6. Рассчитать удельную теплоту парообразования по формуле
m1ct 2  t1  Mc100  t 2 
L
M
4. Повторить опыт три раза.
5. Оформить результаты в разработанную вами таблицу.
Работа 3. Определение абсолютной и относительной влажности воздуха
Цель: научиться определять абсолютную и относительную влажность воздуха психрометра
Ассмена.
Ход работы
1. Изучить устройство психрометра.
2. Смочить влажный термометр и завести вентилятор на 3-4 оборота.
3. Снять показания влажного и сухого термометра через 3-4 минуты после включения.
4. Найти разность между показаниями сухого и влажного термометров.
5. По прилагаемой к психрометру таблице определить влажность воздуха.
6. Опыт повторить опыт три раза и определить среднее значение влажности.
Работа 4. Определение удельной теплоемкости твердых тел методом смешивания
Цель: научиться определять указанным методом удельную теплоемкость твердых тел.
Приборы и принадлежности: калориметр, электронагреватель, термометр, твердые тела, весы.
Ход работы:
1. Определить массу исследуемого тела М, массу сосуда колориметра m2, воды, налитой в сосуд
m1.
2. Поместить тело в сосуд нагревателя, подвесив его на нити и нагреть до температуры Т в
течении 4 минут.
3. Определить температуру в сосуде калориметра t.
4. Поместить нагретое тело в воду сосуда калориметра, перемешать воду и снять температуру
воды при установившемся балансе Q.
m1c1  m2c 2 Q  t 
5. Вычислить удельную теплоемкость по формуле c 
M T  Q 
6. Повторить эксперимент для каждого тела три раза.
7. Результаты эксперимента оформить в виде таблицы.
3.1.4. Вопросы самопроверки
Вопросы для самопроверки по содержанию практических и лабораторных занятий
помещены в планах занятий.
Страница 77 из 88
Рабочая программа «Физика»
3.2. Организация самостоятельной работы студентов
Самостоятельная работа студентов по электродинамике, как правило, носит учебноисследовательский характер: самостоятельное изучение теоретических вопросов, анализ
современных достижений науки в области электродинамики и магнетизма. Результаты
самостоятельной работы оформляются в виде конспектов, рефератов,
портфолиума
лабораторных работ.
Содержание самостоятельной работы студентов по темам дисциплины
№
Содержание самостоятельной работы
Количество
Темы дисциплины
п/п
студентов
времени, часы
Подготовка
к
практическим
занятиям
Введение. Кинематика
1
1
точки.
Подготовка к лабораторным работам и
1
защита результатов л/р
Динамика материальной
Изучение теоретического материала:
2
2
точки и системы
Принцип реактивного движения.
материальных точек.
Подготовка к практическим занятиям
1
3
4
5
Колебания. Волны.
Электростатика
Постоянный ток.
Ток в металлах, в
электролитах, в газах, в
вакууме.
8
Магнитное поле.
Страница 78 из 88
1
1
Подготовка к практическим занятиям
1
Подготовка к лабораторным работам и
защита результатов л/р
1
Написание рефератов
6
7
Подготовка к лабораторным работам и
защита результатов л/р
Изучение теоретического материала:
Объективные
и
субъективные
характеристики звука.
6
Изучение теоретического материала:
Теорема
Остроградского-Гаусса
и
применение ее к расчёту полей в
простейших случаях. Связь между
напряженностью
и
потенциалом
электрического поля. Последовательное и
параллельное соединение конденсаторов.
Подготовка к практическим занятиям
2
3
Изучение теоретического материала:
Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа.
3
Подготовка к практическим занятиям
2
Подготовка к лабораторным работам и
защита результатов л/р
Изучение теоретического материала:
Применение электролиза в практической
жизни человека. Электронно-лучевая
трубка использование в технике.
6
Подготовка к практическим занятиям
2
Изучение теоретического материала:
Диа-, пара- и ферромагнетики. Вихревые
токи.
2
Подготовка к практическим занятиям
3
7
Рабочая программа «Физика»
9
Переменный ток.
10
Электромагнитные
колебания.
11
Электромагнитные волны.
12
Введение в оптику.
13
Интерференция света.
1
Подготовка к практическим занятиям
1
Подготовка к лабораторным работам и
защита результатов л/р
Изучение теоретического материала:
Вынужденные колебания. Резонанс.
Изучение теоретического материала:
Модуляция
и
демодуляция
электромагнитных колебаний. Принципы
радиосвязи и телевидения. Шкала
электромагнитных волн.
2
Изучение теоретического материала:
Экспериментальные методы определения
скорости света.
1
Изучение теоретического
Интерферометры
1
материала:
3
2
2
Подготовка к практическим занятиям
1
Подготовка к лабораторным работам и
защита результатов л/р
2
Изучение теоретического материала:
Дифракционная
решетка
и
ее
характеристики
1
Подготовка к практическим занятиям
1
Подготовка к лабораторным работам и
защита результатов л/р
Изучение теоретического материала:
Оптические приборы. Оптика глаза.
1
Геометрическая оптика.
Подготовка к практическим занятиям
2
2
Поляризация света.
Подготовка к лабораторным работам и
защита результатов л/р
Изучение теоретического материала:
Вращение плоскости поляризации в
оптически активных средах.
Подготовка к лабораторным работам и
защита результатов л/р
Изучение теоретического материала:
Призма как спектральный прибор.
Изучение теоретического материала:
Фотоэлементы
и
их
применение.
природа Корпускулярно – волновой дуализм
света.
2
14
Дифракция света.
15
16
17
Подготовка к лабораторным работам и
защита результатов л/р
Изучение теоретического материала:
Трансформатор.
Дисперсия.
18
Квантовая
излучения.
Подготовка к практическим занятиям
2
1
1
2
2
Страница 79 из 88
Рабочая программа «Физика»
19
Элементы
атомной
квантовой физики.
20
Физика атома.
21
Физика ядра.
22
Элементарные частицы.
23
Написание рефератов
Основы молекулярной
физики.
24
25
26
Основы термодинамики.
Прочее
Подготовка к лабораторным работам и
защита результатов л/р
2
и Изучение теоретического материала:
Опытное обоснование корпускулярноволнового дуализма свойств вещества.
Изучение теоретического материала:
Строение
электронных
оболочек.
Периодическая система Д.И.Менделеева.
1
Подготовка к практическим занятиям
Изучение теоретического материала:
Перспективы ядерной энергетики.
2
Подготовка к практическим занятиям
1
Изучение теоретического материала:
Виды и совокупность кварков
1
2
2
6
Изучение теоретического материала:
Распределение скоростей молекул по
Максвеллу и его опытное подтверждение.
Измерение температуры.
3
Подготовка к практическим занятиям
2
Подготовка к лабораторным работам и
защита результатов л/р
Изучение теоретического материала:
Цикл Kapнo и его КПД.
1
Подготовка к практическим занятиям
1
Подготовка к зачетам и экзаменам
46
2
Итого:
162
Сроки проверки результатов самостоятельной работы студентов связаны с расписанием
аудиторных занятий и КСР, но не реже двух раз в месяц.
Форма организации отчетности по самостоятельной работе студентов – индивидуальная
беседа, защита рефератов и итогов лабораторных исследований.
3.3. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
Основная:
1. Грабовский, Р.И. Курс физики/ Р.И. Грабовский – С-Пб.:Лань, 2008.
http://vk.com/doc41508733_260033087
2. Детлаф, А.А. Курс физики / А.А. Детлаф, Б.М. Яворский – М.: Высшая школа, 2010. – 62 экз
3. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. – М.: Академия, 2006. – 20 экз.
Дополнительная:
1. Детлаф, А.А. Курс физики / А.А. Детлаф, Б.М. Яворский – М.: Высшая школа, 2000. – 62 экз
2. Трофимова, Т.И. Курс физики / Трофимова Т.И. – М.: Высшая школа,2000 – 12 экз.
–
электронный
ресурс
62 экз.
20 экз.
62 экз.
12 экз.
3.4. Методические рекомендации для преподавателя
Для освоения дисциплины «Физика» используются знания, умения и виды деятельности,
сформированные в процессе изучения дисциплин «Математический анализ», «Геометрия» и
школьного курса физики. Знания, умения и личностные качества будущего специалиста,
Страница 80 из 88
Рабочая программа «Физика»
формируемые в процессе изучения дисциплины «Физика», будут использоваться в дальнейшей
профессиональной деятельности студентов.
3.5. Методические рекомендации для студентов
Студенту следует помнить, что дисциплина «Физика» предусматривает обязательное
посещение студентом лекций, практических и лабораторных занятий. Она реализуется через
систему аудиторных и домашних работ, входных и итоговых контрольных работ, систему
рефератов и курсовых работ. Самостоятельная работа студентов заключается в изучении ряда
теоретических вопросов, в выполнении домашних заданий с целью подготовки к практическим
и лабораторным занятиям, выполнение рефератов и вариантов контрольных работ. Контроль
над самостоятельной работой студентов и проверка их знаний проводится в виде
индивидуальной беседы, контрольных работ, отчетов по лабораторным работам, зачетов и
экзамена.
IV. Материалы входного, текущего и итогового контроля
4.1 Входной контроль – тест
(образец)
Часть 1.
А1. Тело массой 2 кг движется прямолинейно со скоростью 2 м/с. После действия на тело
постоянной силы величиной 5 Н в течение некоторого промежутка времени импульс тела стал
равен 14 кг м/с. Время действия силы равно
1) 1 с
2) 2 с
3) 3 с
4) 4 с
А2. Высота подъема тела над землей увеличилась в 9 раз. Потенциальная энергия
1) уменьшилась в 3 раза
2) увеличилась в 3 раза
2) увеличилась в 9 раз
4) уменьшилась в 9 раз
А3. При постоянной температуре давление одного моля идеального газа увеличилось в 2 раза.
Объем газа
1) не измениться
2) увеличился в 4 раза
3) уменьшился в 2 раза
4) увеличился в 2 раза
А4. Внутренняя энергия идеального газа не изменяется в процессе
1) изотермического расширения
2) изобарного расширения
3) адиабатического сжатия
4) адиабатического расширения
А5. Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно, получая за один цикл от нагревателя
5 кДж теплоты и отдавая холодильнику 3 кДж теплоты. Температура холодильника 17 0С.
Температура нагревателя равна
1) 2100С
2) 3070С
3) 4830С
4) 6250С
А6. В момент размыкания электрической цепи, содержащей катушку,
1) индукционный ток не появляется
2) появится индукционный ток, помогающий исчезновению тока
3) появится индукционный ток, препятствующий исчезновению тока
4) появится постоянный индукционный ток
А7. Энергия пяти фотонов видимого света равна 2 10-18 Дж. Длина волны видемого света равна
1) 0,5 мкм
2) 0,02 мкм 3) 500 нм
4) 750 нм
В1. Установите соответствие между физическими явлениями и приборами, в которых
используется или наблюдаются эти явления:
Физические величины
Прибор
А) ионизация газа
1) вольтметр
Б) отражение волн
2) эхолот
3) термометр
4) счетчик Гейгера
А
Б
Страница 81 из 88
Рабочая программа «Физика»
В2. Установите соответствие между записью закона и названием изпроцесса
Закон
Изопроцесс
А) V/T= const
1) изотермический
Б) pV= const
2) изохорный
3) адиабатный
4) изобарный
А
Б
В3. Брусок, скользящий по горизонтальной поверхности, въезжает на гладкую наклонную
плоскость. Как изменяются потенциальная и кинетическая энергии бруска и полная
механическая энергия бруска в процессе движения.
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличилось
2) уменьшилось
3) не изменилось
Потенциальная энергия
Кинетическая энергия
Полная энергия
4.2. Текущий контроль
4.2.1. Контрольная работа
(образец)
«Основы механики»
1. К тросу подвешен груз массой 40 кг. Найти натяжение троса, если груз опускается с
ускорением 5 м/с2.
2. Под каким углом к горизонту необходимо бросить тело, чтобы максимальная высота
подъема была в 4 раза меньше дальности полета?
3. Мотор электровоза при движении со скоростью 72 км/ч потребляет мощность 800 кВт.
Найти силу тяги, если его кпд 80%.
«Электричество и магнетизм»
1. Определить, какой ток создает электрон, вращающийся вокруг ядра в атоме водорода,
если радиус его орбиты принять равным 5,3 нм.
2. Катушка диаметром d, состоящая из N витков, находится в магнитном поле, вектор
индукция которого параллелен оси катушки. Определить среднее значение эдс индукции, если
за время t индукция увеличивается от В1 до В2.
3. Две длинные катушки намотаны на один сердечник. Индуктивности катушек 1,6 Гн и
0,1 Гн. Во сколько раз число витков первичной катушки больше, чем второй?
«Оптика»
1. На мыльную пленку (n=1,33) падает белый свет под углом 450. При какой минимальной
толщине пленка будет казаться желтой?
2. Определите период дифракционной решетки, если при падении волны 650 нм, второй
максимум виден под углом 150.
3. Определить температуру, при которой энергетическая светимость а.ч.т. равна 10 кВт/м2.
«Молекулярная физика и термодинамика»
1. В сосуде находится 14 г азота и 9 г водорода при температуре 100С и давлении 1 МПа.
Найти молярную массу смеси и объем сосуда.
2. Идеальный газ, находится под давлением 200 кПа и имеет внутреннюю энергию 3 кДж.
Какой объем занимает газ?
3. При какой температуре средняя кинетическая энергия молекул идеального газа равна
Страница 82 из 88
Рабочая программа «Физика»
2,07 10-21Дж?
4.2.2. Тематика рефератов
(вариативный комплекс)
1. Рычаги в природе и технике.
2. Приливы и отливы на службе человека.
3. Физика космических скоростей.
4. Движение крови в кровеносной системе.
5. Механические колебания и их роль в технике.
6. Вибрации, их влияние на человека.
7. Шумы и экология шума
8. Эхо в жизни животных и людей.
9. Ультразвук в живой природе.
10. Ультразвук и инфразвук, их применение.
11. Нервные импульсы и механизмы их передачи.
12. Электрические поля в природе.
13. Электропроводность биологических жидкостей, тканей.
14. Действие тока на живой организм.
15. Электрические явления в организме.
16. Статическое электричество и меры борьбы с ним.
17. Экологические проблемы воздействия электрических полей на живой организм.
18. Магнитное поле Земли.
19. Озоновый слой атмосферы.
20. Оптические явления в природе.
21. Полярные сияния.
22. Оптическая система глаза.
23. Физика зрения
24. Принцип работы электронного микроскопа.
25. Микроскоп. Разрешающая способность микроскопа.
26. Атмосфера Земли.
27. Метеорология.
28. Теплообмен в природе и технике.
29. Технический вакуум. Его получение и применение.
30. Кристаллы в природе и технике.
31. Сверхпроводники в физике и технике.
32. Шаровая молния.
33. Газоразрядные приборы.
34. Изобретение радио А.С. Поповым.
35. Ионосфера и ее исследование.
36. Полупроводники в технике и в быту.
37. Химические источники тока.
38. Современная энергетика.
39. Радиолокация и ее применение.
40. Радиоактивные изотопы в природе, и на службе человеку.
41. Радиоактивные элементы Земли.
42. Биологическое действие ионизирующий излучений.
43. Радиация и проблемы экологии
44. Лазеры, их применение.
45. Лазерное излучение, его свойства и применение
46. Термоядерные реакции.
47. Современные ускорители частиц.
48. Космические лучи.
Страница 83 из 88
Рабочая программа «Физика»
49. Экологические проблемы энергопотребления.
50. Атомные электростанции.
51. Атомная энергия и ее применение.
4.3. Итоговый контроль
Вопросы зачета
(4 семестр)
1. Движение. Пространство. Время. Материальная точка. Система отсчета.
2. Прямолинейное равномерное и равноускоренное движения.
3. Движение по окружности. Нормальное, тангенциальное и полное ускорения.
4. Вращательное движение. Угловые и линейные характеристики движения, связь
между ними.
5. 1 Закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета.
6. Фундаментальные взаимодействия. Сила. Масса.
7. Второй и третий законы Ньютона.
8. Сила трения.
9. Импульс. Закон сохранения импульса.
10. Принцип реактивного движения.
11. Постулаты специальной теории относительности. Понятие одновременности.
Относительность длины и промежутков времени.
12. Работа. Мощность. Работа силы.
13. Кинетическая энергия.
14. Потенциальная энергия и ее связь с силой.
15. Закон сохранения механической энергии.
16. Закон всемирного тяготения.
17. Вес тела, невесомость и перегрузки.
18. Понятие твердого тела. Закон Гука.
19. Упругость и пластичность, прочность тел.
20. Кинематика гармонических колебаний.
21. Сложение колебаний.
22. Динамика свободных и затухающих колебаний.
23. Математический и физический маятник.
24. Вынужденные колебания.
25. Резонанс.
26. Волны в упругой среде. Поперечные и продольные волны.
27. Уравнение плоской бегущей волны.
28. Звук. Природа звука. Объективные и субъективные характеристики звука.
29. Электрические заряды. Закон сохранения заряда. Взаимодействия зарядов. Закон
Кулона.
30.Электрическое поле. Напряжённость электрического поля. Напряженность
точечного заряда. Принцип суперпозиции полей.
31. Поток напряженности. Теорема Остроградского-Гаусса и применение ее к расчёту
полей в простейших случаях.
32.Работа сил поля по перемещению заряда.
33. Потенциальный характер электростатического поля. Связь между потенциалом и
напряженностью.
34.Электроемкость. Конденсаторы и способы их соединения.
35 .Энергия конденсатора. Энергия электростатического поля.
36. Условия существования тока и характеристики его. Закон Ома для участка цепи.
Сопротивление проводника.
37. Параллельное и последовательное соединение проводников. ЭДС источника тока.
Закон Ома для полной цепи.
Страница 84 из 88
Рабочая программа «Физика»
38. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа.
39. Работа и мощность в цепи постоянного тока.
40. Магнитное поле и его характеристики. Закон Био-Савара-Лапласа.
41. Сила Ампера. Взаимодействие токов.
42. Движение заряда в магнитном поле. Сила Лоренца.
43. Магнитное поле в веществе. Диа-, пара- и ферромагнетики. Магнитный гистерезис.
44. Магнитный поток. Опыты Фарадея. Закон электромагнитной индукции и правило
Ленца.
45.Явление самоиндукции. Индуктивность.
46. Переменный ток и его параметры. Резистор, конденсатор, катушка индуктивности в
цепи переменного тока. Закон Ома для переменного тока.
47. Колебательный контур.
48. Собственные и затухающие колебания. Формула Томсона. Добротность контура.
49.Основные законы электромагнитного поля - уравнения Максвелла.
50. Электромагнитные волны, их свойства и применение.
Вопросы зачета
(5 семестр)
1.
Принцип суперпозиции. Способы наблюдения интерференции света.
2.
Условия максимума и минимума интерференции.
3.
Интерферометры.
4.
Просветление оптики.
5.
Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля.
6.
Дифракция Френеля на круглом отверстии.
7.
Дифракция Фраунгофера на одной, нескольких щелях.
8.
Дифракционная решетка как спектральный прибор.
9.
Распространение, отражение и преломление света.
10. Полное внутреннее отражение.
11. Преломление на плоской и сферической поверхностях.
12. Зеркала.
13. Линзы, Формула линзы.
14. Оптические приборы.
15. Оптика глаза.
16. Естественный и поляризованный свет.
17. Поляризация при отражении, угол Брюстера.
18. Двойное лучепреломление.
19. Вращение плоскости поляризации в оптически активных средах.
20. Опыты Ньютона. Дисперсия. Скорость света в веществе.
21. Призма как спектральный прибор.
22. Тепловое излучение.
23. Законы излучения абсолютно черного тела. Формула Планка.
24. Фотоэффект. Законы фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна.
25. Фотоэлементы, фоторезисторы, фотоумножители.
26. Давление света. Опыты Лебедева.
27. Квантовое и волновое объяснение давления света.
28. Эффект Комптона и его природа.
29. Корпускулярно – волновой дуализм света.
30. Гипотеза де Бройля. Опытное обоснование корпускулярно-волнового дуализма
свойств вещества.
31. Соотношение неопределенностей.
32. Уравнение Шреденгера для стационарных состояний.
33. Волновая функция и ее статический смысл.
34. Опыты Резерфорда по рассеиванию альфа-частиц. Ядерная модель атома.
Страница 85 из 88
Рабочая программа «Физика»
Постулаты Бора.
Теория атома по Бору.
Квантовые числа. Квантование электрона в атоме.
Принцип Паули. Периодическая система Д.И.Менделеева.
Строение ядер. Нуклоны. Заряд и масса ядра. Изотопы.
Естественная радиоактивность.
Искусственная радиоактивность.
Закон радиоактивного распада. Период полураспада.
Ядерные реакции деления и синтеза.
Энергия связи. Дефект массы.
Понятие элементарной частицы. Виды и классификация элементарных частиц.
Гипотеза кварков.
Вопросы к экзамену
(6
семестр)
1, Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа и его внутренняя энергия.
2. Изопроцессы.
3.Абсолютная шкала температур.
4. Распределение скоростей молекул по Максвеллу и его опытное подтверждение.
5. Измерение температуры.
6. Основные положения молекулярно–кинетической теории. Основное уравнение
молекулярно-кинетической теории газов.
7. Связь температуры с энергией движения молекул.
8. Явления переноса в газах – теплопроводность, вязкость, диффузия.
9. Внутренняя энергия - функция состояния. Способы изменения внутренней энергии.
10. Первое начало термодинамики.
11.Работа при изопроцессах.
12. Адиабатический процесс.
13. Второе начало термодинамики.
14. Цикл Kapнo и его КПД.
15. Уравнение Ван-дер-Ваальса.
16. Кипение, испарение и конденсация. Теплота парообразования.
17. Свойства насыщенных и ненасыщенных паров. Влажность.
18. Смачивание. Капиллярность.
19. Кристаллические и аморфные тела. Типы кристаллов. Дефекты в кристаллах.
20. Кристаллизация, плавление и испарение твердых тел.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
41.
42.
43.
44.
45.
46.
V. Терминологический минимум
5.1. Основные термины и понятия курса
Абсолютно черное тело – мысленная модель тела, способного полностью поглощать все
электромагнитное излучения, падающего него, при любой температуре.
Анализатор – устройство позволяющее определить поляризован свет или нет.
Взвешивание – процедура определения массы тела.
Волны де Бройля – волны описывающие состояния микрочастицы.
Давление – величина характеризующая действие одного тела на поверхность другого.
Диамагнетик – вещество, слабо уменьшающее внешнее магнитное поле.
Диэлектрик – вещество, не проводящее электрический ток.
Дисперсия – явление описывающее зависимость показателя преломления света от длины
волны.
Дифракция – явление отгибания световой волной соизмеримых препятствий.
Дифракционная решетка – оптический прибор для получения дифракционного спектра.
Идеальный газ – газ в котором отсутствуют силы взаимодействия между молекулами.
Изобары – ядра с одинаковым массовым числом, но с различным зарядовым.
Страница 86 из 88
Рабочая программа «Физика»
Изотопы – ядра с одинаковым зарядовым числом, но разными массовыми числами.
Индуктивность – указывает способность контура создавать магнитный поток.
Интерференция – явления заключенное в усилении ослаблении или усиления при
наложении двух и более когерентных волн.
Кинетическая энергия – энергия движения.
Когерентность – согласованность тех или иных процессов.
Когерентные волны – волны с равными амплитудами, частотами и постоянной разностью
фаз.
Лазер – оптический квантовый генератор.
Масса – инертная и гравитационная характеристика тела
Материальная точка – тело размерами которого, согласно условий, можно пренебречь.
Магнитная индукция – векторная силовая характеристика магнитного поля.
Магнитное поле – материальная субстанция, окружающая любой ток или магнит и
передающая взаимодействие между ними (идеализированный объект).
Мощность – скорость совершения работы.
Напряжение – скалярная физическая величина, равная работе сил поля и сторонних сил по
переноске единичного заряда.
Напряженность – векторная, силовая характеристика поля.
Перемещение – вектор соединяющий начальную и конечную точку движения.
Поглощение света – явление, состоящее в ослаблении света при его прохождении через
вещество.
Поляризатор – устройство поляризующее свет.
Потенциальная энергия – энергия взаимодействия.
Проводник – вещество, имеющие свободные заряды.
Сила – векторная величина характеризующая меру взаимодействия.
Сила тока – скалярная физическая величина равная количеству электричества,
перенесенного за единицу времени через поперечное сечение проводника.
Силовые линии – линии, в каждой точке которых вектор напряженности направлен по
касательной.
Скорость – векторная величина характеризующая быстроту движения.
Сопротивление проводника – скалярная физическая величина, характеризующая
способность проводника препятствовать протеканию тока.
Температура – скалярная величина характеризующая степень нагретости тела.
Ускорение – векторная величина характеризующая быстроту изменения скорости.
Фотон – частица света.
Фотоэффект – явление испускания электронов с поверхности жидкости и металлов под
действием света.
Электрический ток – упорядоченное движение зарядов.
Электрическое поле – материальная субстанция, окружающая заряды и передающая
взаимодействие между ними (идеализированный объект).
Электродвижущая сила - скалярная физическая величина, равная работе сторонних сил
по переноске единичного заряда.
Электромагнитное поле – реально существующая материальная субстанция,
представленная совокупностью двух полей электрического
Ядро – центральная часть атома, состоящая из протонов и нейтронов.
Страница 87 из 88
Рабочая программа «Физика»
Страница 88 из 88