Физика Список тем, изучаемых по дисциплине «Физика».

advertisement
Физика
Список тем, изучаемых по дисциплине «Физика».
1 семестр
1. Физика наука о природе. Роль физики в технике. Понятие о физической картине
мира. Математические основы физики.
2. Системы отсчета. Виды движения. Относительность механического движения.
Путь и перемещение.
3. Виды механического движения и его характеристики. Графики равномерного и
равнопеременного движений.
4. Сложение перемещений и скоростей.
5. Равномерное движение точки по окружности. Вращательное движение твердого
тела.
6. Взаимодействие тел. Принцип суперпозиции сил. Законы Ньютона.
7. Силы в природе: упругости, трения.
8. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Вес тела. Невесомость.
9. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное движение.
10. Механическая работа и мощность.
11. Потенциальная и кинетическая энергии.
Закон сохранения энергии.
12. Момент силы. Условия равновесия твердого тела.
13. Элементы специальной теории относительности. Следствия, вытекающие из
постулатов теории относительности.
14. Свободные и вынужденные механические колебания. Амплитуда, период,
частота колебаний. Резонанс
15. Механические Волны. Свойства механических волн. Длина волны.
16. Звуковые волны. Ультразвук и его использование в технике и медицине
17. Основные положения молекулярно- кинетической теории
( МКТ) и их опытное обоснование. Масса и размеры молекул. Количество вещества.
18. . Основные положения молекулярно- кинетической теории
( МКТ) и их опытное обоснование. Масса и размеры молекул. Количество вещества.
19. Идеальный газ. Давление идеального газа. Основное уравнение МКТ.
20. Температура как мера средней кинетической энергии хаотического движения
молекул.
21. Уравнение состояния идеального газа. Изопроцессы и их графики.
22. Насыщенный пар и его свойства. Давление насыщенного пара.
23. Влажность воздуха. Точка росы. Приборы для определения влажности воздуха.
24. Кипение Зависимость температуры кипения от давления.
25. Поверхностное натяжение. Смачивание. Капиллярные явления в природе, быту и
технике.
26. Кристаллическое и аморфное состояние вещества.
27. Деформация. Виды деформации. Закон Гука.
28. Внутренняя энергия, способы её изменения. Первый закон термодинамики
29. Тепловые двигатели. КПД тепловых двигателей.
Краткое содержание конспектов по механике
(В помощь студентам, выезжающим на сборы и соревнования).
Математические основы физики
Если надо вычислить:
(1,610-19)2 ·3,48
6·1023
Надо знать:
≈
1.Стандартный вид числа
а=а1·10n, где 1≤а ≤10
n
!
10 = 101
300000=3·105
0,00006=6·10-5
13400000=1,34·107
0,0000067=6,7·10-6
2.3·105·410-3·0,029
4,5·10-2·8,31
10-15·105
1023·104
=
=
1018·0,0002·2500
5·10-6·200
=
Свойства степени
an·ak=an+k
105·107=1012
105·10-7=10-2
an n-k
=a
ak
107
2
5 =10
10
10-5
-5-7
=10-12
7 =10
10
(an)k=an·k
(108)2=1016
(10-3)4=10-12
an·bn=(a·b)n
54·34=154
a0=1
!
5550=1
!
100=1
1
a = an
-n
1
105
10-5=
10a  10 10a 1
105= 10·104
10-5= 10·10-6=10-3 10-3
Инструмент физики-математики
2·x=9
9
Х=
2х-3=9
2х=9+3
2х=12
Х = 12 =6
2
X = 4,5
2
5:6 = х:12
5  12
X=
6
X = 10
Системы
I
А=e·u
mv2
A=
2
mv 2
e·u=
2
т.к. левые части
равны => равны
правые
II
Р=
E=
A=
1
3
m0n V 2
m0 V 2
2
2E
2 E = m0 V 2=> V 2=m0
P=1/3m0n
2
2E
=
3
m0
nE
2. Основные единицы
Система СИ
Длина
Масса
Время
Термодинамическая
температура
Количество
вещества
Сила электрического тока I
Сила света
l
m
t
м
кг
c
метр
килограмм
секунда
Т
K
Кельвин
v моль
I
А
моль
Ампер
I
кандела
kд
3.Приставки и множители
1018
1015
1012
109
106
103
102
101
Экса
Пета
Тера
Гига
Мега
кило
гекто
дека
Э
П
Т
Г
М
к
г
да
10-1
10-2
10-3
10-6
10-9
деци
санти
милли
микро
нано
д
с
м
мк
н
10-12 пико п
10-15 фемто ф
10-18 атто a
Примеры перевода
S = 2км = 2·103м
t = 5мкc = 5·10-6c
t = 2, 3 нс = 2, 3∙10-9с
р = 5МПа = 5·106Пa
р = 3мПА = 3·10-3Пa
Понятие о физической картине мира
Физической картиной мира называют систему представлений о природе,
основанную на наиболее общих и универсальных законах физики. В 17-18 веках в
науке господствовала механическая картина мира. После открытия и изучения в
19 веке законов электрического и магнитного взаимодействия механическая
картина мира оказалась несостоятельной была построена электромагнитная
физическая картина мира в которой все явления и законы природы получили
объяснения на основе применения законов электрического и магнитного
взаимодействия. Двадцатый век стал эпохой открытия строения атома и атомного
ядра, открытия и изучения свойств элементарных частиц. Современная физическая
картина мира основана на представлениях об универсальности законов квантовой
физики, способной объяснить все явления в
природе от превращений
элементарных частиц до вспышек сверхновых звезд и расширения Вселенной.
Для дальнейшего развития науки нужны новые научные факты и основанные
на них новые физические модели и теории, способные точнее, полнее раскрыть
законы природы.
Механика
Раздел физики, изучающий и описывающий механическое движение тел и
происходящих при этом взаимодействий.
По характеру решаемых задач механику делят на кинематику и динамику
Основы кинематики
Тема:
Виды движения. Путь и перемещение. Сложение перемещений и
скоростей. Виды механического движения и его характеристики.
Кинематика - раздел механики, изучающий способы описания
механического движения без рассмотрения причин, вызывающих это движение.
Механическим движением
называется изменение положения тела
относительно других тел (условно принимаемых за неподвижные) с течением
времени.
.Во многих задачах механики используют понятие материальной точки.
Тело, размерами и формой которого в условиях данной задачи можно
пренебречь, называют материальной точкой
Основная задача механики: определить координаты точки (тела) в любой
момент времени.
Механическое движение тела рассматривается относительно выбранной
системы отсчета
Телом отсчета называется то тело, относительно которого рассматривается
данное движение.
Системой отсчета называется тело отсчета и связанная с ним система
координат
0
Х
Х0
Система отсчета
У
к
У
Тело отсчета
Х
0
0
Х
Z
Линия, которую описывает тело при своем движении, называется траекторией
S- путь
В
траектория
Аr
перемещение r
S – путь- длинна траектории или расстояние, пройденное телом вдоль траектории. /Если
измерить пройденное точкой расстояние от начального пункта движения до конечного вдоль
траектории, то получим длину пути s (или просто путь), который точка прошла за некоторый
промежуток времени./ Путь, как и вся длинна, - величина скалярная; он измеряется в метрах (или
других единицах) и показывает, как далеко переместилась точка по своей траектории, но ничего не
говорит о том, в какую сторону она переместилась и где находится в данный момент.
Для определения положения тела в произвольный момент времени надо знать не пройденный им
путь, а его перемещение r
Перемещением r ( r ) называют вектор, проведенный из начального положения
движущейся точки в ее положении в настоящий момент).
Вектор перемещения не совпадает с траекторией точки, совпадает только при
прямолинейном движении. Для характеристики быстроты и направления движения тела служит
векторная величина, называемая скоростью V. (В случае прямолинейного движения скорость
направлена как перемещение, а криволинейного – по касательной к траектории).
V - скорость; м/с
S - путь ; м
V=
S
t
A
v
v
B
t - время; с
v
v
B
A
v
C
Наиболее простой вид движения - это прямолинейное равномерное движение.
(это движение с постоянной скоростью).
S = V· t - уравнение равномерного движения.
Средняя и мгновенная скорости. Для характеристики переменного движения вводят среднюю
скорость. Для нахождения средней скорости на данном участке пути (или за данное время) надо
пройденный телом путь разделить на время движения:
VСР =
S
t
Средняя скорость дает представление только о быстроте прохождения пути, не определяя
направления движения (она скалярная величина).
Скорость, которую имеет тело в данный момент времени (в данной точке траектории),
называют мгновенной скоростью.
V - мгновенная скорость – векторная величина; м/с.
Ускорение. Для характеристики быстроты изменения скорости тела вводят ускорение.
Оно измеряется изменением скорости в единицу времени. Если в начальный момент времени
t = 0, скорость тела была V0, а в момент времени t стала V, то ускорение тела в случае
прямолинейного движения равно:
V  V0
а =
(1)
t
где а – ускорение; м/с.2
Скорость и путь в равнопеременном прямолинейном движении.
Равнопеременным называют движение, при котором скорость тела в любые равные
промежутки времени изменяется на равные величины (т.е. движение с постоянным ускорением).
В случае прямолинейного движения тела ось координат Ох целесообразно направить вдоль
прямой по которой оно перемещается.
Из формулы (1) следует, что
V = V0 + аt (2)
а >0 при равноускоренном движении
а<0 при равнозамедленном движении
Путь, пройденный телом можно вычислить по формуле:
at 2
S = V0 t +
2
(3) S – путь (или - проекция вектора перемещения на ось ох или оу)
Формулы мгновенной скорости (2) и пути (3) называют уравнениями равнопеременного
прямолинейного движения.
Если начальная скорость V0 = 0, то:
V = а t;
S=
at 2
:
2
V2 = 2аS
(4)
Свободное падение тел. Падение тел в вакууме называют свободным падением. Свободное падение
является важным случаем равнопеременного движения. Поскольку оно совершается без начальной
скорости, для него справедливы формулы (4), а так как ускорение свободного падения одинаково
для всех тел (его обозначают буквой g), то в системе отсчета, связанной с поверхностью Земли,
когда ось координат направлена вертикально вниз, они записываются так:
S=h
а = g; Если начальная скорость V0 = 0, то:
V= gt ;
h=
gt 2
2
;
V
2
= 2gh.
h – высота; м. g-ускорение свободного падения (9,8 м/с2)
Если падающему телу сообщена начальная скорость, направленная вниз, то уравнения его
движения в той же системе отсчета принимают вид:
gt 2
; V2 - V20 = 2gh.
2
Очевидно, что если тело бросить вертикально вверх, то оно будет двигаться с начальной
скоростью V0, направленной вверх, и ускорением g, направленным вниз. В системе отсчета,
связанной с поверхностью Земли (если ось координат направлена вертикально вверх), получим:
gt 2
а=-g;
V = V0 - gt ;
h=V0 t2
V = V0 + gt ;
h = V0 t +
Задача 1. Определите глубину колодца, если свободно падающий в него камень достигает
поверхности воды за 4 с. Какую скорость имеет камень в момент удара о поверхность воды?
Решение. Систему отсчета свяжем с поверхностью Земли, ось координат направим ко дну
колодца. Тогда расстояние, которое камень пролетает при свободном падении, равно:
gt 2
9,8  16
h=
; или h =
= 78,4 м.
2
2
Скорость падающего тела V = gt. К исходу четвертой секунды она равна:
V = 9,8 м/с · 4с = 39,2 м/с.
Задача 2. Электросварщик уронил огарок электрода. В момент удара о землю огарок имел скорость
V = 28м/с. На какой высоте работает электросварщик?
Решение. Начало системы координат совместим с электросварщиком, а ось направим
вертикально вниз. Для определения высоты, с которой упал электрод, воспользуемся формулой V2 =
V2
2gh. Из нее находим
h=
2g
Ответ: h = 40 м.
Задачи для закрепления:
Задача 1. Первую половину времени своего движения автомобиль двигался со скоростью 80
км/ч, а вторую – со скоростью 40 км/ч. Какова средняя скорость Vср движения автомобиля?
Задача 2. Электропоезд движется со скоростью 36 км/ч. Если выключить ток, то поезд,
двигаясь равнозамедленно, остановится через 20 с. Найти ускорение a электропоезда; на каком
расстоянии S до остановки надо выключит ток?
Задача 3. Два тела брошены вертикально вверх из одной и той же точки с одной и той же
начальной скоростью 29,4 м/с с промежутком времени 0,5с. Через какое время t c момента бросания
первого тела и на какой высоте h они встретятся? Сопротивлением воздуха пренебречь.
Тема: Сложение перемещений и скоростей.
Система отсчета, относительно которой рассматривается движение какого-то тела, сама может
перемещаться относительно какой-то иной, принимаемой за неподвижную систему отсчета.
.Если пассажир идет по вагону и вместе с ним движется относительно станции. За время t
перемещение вагона равно r1 , а пассажира в вагоне r2. Тогда перемещение пассажира r
относительно станции равно сумме перемещений.
О
r1
A
r2
В
r = r 1 + r2 .
r – модуль перемещения.
Если пассажир идет против хода поезда, то векторы r 1 и r 2 имеют противоположные
направления, перемещение r направлено в сторону большего из них (r 1 ), а его модуль равен
разности модулей векторов r 1 и r 2 .
.
О
r1
A
r2
r = r1 - r2
Как складываются перемещения, образующие между собой некоторый угол например, при
полете самолета в ветреную погоду?
Для нахождения скорости движения тела в неподвижной системе отсчета нужно построить
параллелограмм, сторонами которого являются векторы скоростей движения тела в подвижной
системе отсчета V1 и самой подвижной системы относительно неподвижной V2 ; диагональ этого
параллелограмма V определит значение и направление суммарной скорости.
y
B
r1
v
V1
A
V2
r2
0
x
В качестве примера рассмотрим использование правила сложения скоростей при запуске
искусственных спутников Земли. Для вывода спутника на орбиту ему надо сообщить относительно
центра Земли скорость около 8 км/с. Вследствие вращения Земли спутник, находясь еще на ее
поверхности, обладает скоростью v1, равной скорости движения места запуска.
Если спутник запускается в восточном направлении, то его скорость равна v1 + v2, где v2 скорость, сообщаемая ему реактивными двигателями. Значит, двигатели сообщают ему в этом
случае скорость, меньшую 8 км/с на v1. При запуске спутника в западном направлении реактивные
двигатели должны сообщить скорость, большую8 км/с на v1. Таким образом, спутники выгоднее
запускать в восточном направлении и с малых широт (где больше v1). Поэтому космодромы, откуда
производятся запуски космических кораблей и спутников, целесообразнее строить поближе к
экватору.
Задача 1. Машинист мостового крана поднимает деталь на высоту 3 м,
одновременно перемещая ее поперек цеха на 4 м. Определите результирующее перемещение детали
(относительно стен цеха).
Решение. Результирующее перемещение детали определяется диагональю r параллелограмма,
построенного на составляющих перемещениях r1 и r 2 .Так как r1 и r2 направлены под прямым
углом друг к другу, то
r2 =
V=
V1
+
r1 2 +
r2
2
r = 5 м.
V = 6,4 м/с
V2
Контрольные вопросы и задания.
Раздел: механика (кинематика)
1. Что называется механическим движением?
2. Что такое система отсчёта? Какие бывают системы отсчёта?
3. Что такое траектория, пройденный путь, перемещение? В чём заключается их различие?
4. Как различают движение: а) по форме траектории; б) по характеру изменения скорости? Каков
характер движения свободно падающего тела?
5. Перечислить признаки криволинейного движения.
6. Какова траектория движения точек винта самолёта: а) по отношению к лётчику; б) по отношению
к Земле?
7. Какую скорость переменного движения показывает спидометр автомобиля?
8. Пешеход перебежал шоссе под углом 30 к направлению дороги со скоростью 18 км/ч за 12 с.
Какова ширина шоссе?
Ответ: 30 м.
9. Одну треть пути автомобиль двигается со скоростью 60 км/ч, а в оставшуюся часть – со скоростью
80 км/ч. Какова средняя скорость движения автомобиля?
10. Человек идёт по эскалатору метрополитена вверх. Если эскалатор неподвижен, то человек
поднимается за 100 с. Если при этом эскалатор движется, то человек поднимается за 25 с. Длина
эскалатора 50 м. Какова скорость движения ленты эскалатора?
Тема: Криволинейное движение. Равномерное движение по окружности. Линейная и угловая
скорости.
Движение, траектория которой является кривая линия называется криволинейным. Криволинейное
движение – это движение с переменой скоростью, направленной по касательной к траектории, т.е.
это движение с ускорением.
V
R
R
V
Равномерным движением по окружности, является такое движение материальной точки, при
котором за любые равные промежутки времени, проходит одинаковые пути ( дуги )
Скорость движения точки по окружности называется линейной скоростью V
;
м
с
Линейная скорость измеряется длиной пути ( дуги ) пройденной точкой за единицу времени.
Численно значение линейной скорости точки во время равномерного кругового движения остается
постоянной, но её направление постоянно меняется. ( т.е линейная скорость при движении по
окружности является переменной).
S – путь - длина дуги; (м)
t - время; (с)
T – период - время одного оборота точки; (с)
(ню)- частота - -число оборотов в единицу времени; Гц ( герц )
1
1
1
Если частота 5 об. в сек, то период 1/5 сек; поэтому T= ; ν =
; 1Гц= =с-1
Т
с

В жизни приходиться встречаться с числом оборотов n сделанных за время t T=
; ν=
Т.к за период, путь пройденной точкой равен длине окружности (2πR ) R- радиус окружности; π
2R
=3,14, то V=
; V=2πRν
T
Вращательное движение удобно характеризовать не линейной, а угловой скоростью. Угол поворота
материальной точки за время t
называют угловым путем.
φ(фи) - угловой путь; рад. (радиан)
(Радиан – центральный угол, длина дуги которого равна радиусу)
ω- угловая скорость;
ω=
; ω= 2
; ω=2πν ; V=ωR
T
Равномерное движение по окружности возникает только под действием постоянной по величине
центростремительной силы, это движение с центростремительным ускорением
Сила приложенная к движущейся по окружности материальной точки, вызывающей это
движение и всегда направленная к центру, называется центростремительной
αцс=
;
Fц =
=m
R
Рассмотрим случай, когда в роли центростремительной силы выступает одна лишь сила
тяготения. Наиболее простой случай, это движение спутника по круговой орбите на постоянной
высоте над поверхностью Земли. Если бы атмосфера Земли отсутствовала, то спутник мог бы
двигаться непосредственно у поверхности Земли. Наличие земной атмосферы заставляет запускать
спутники на значительную высоту, так чтобы можно было пренебречь сопротивление воздуха.
Радиус орбиты спутника на эту величину должен быть больше радиуса Земли.
Начальная скорость, которая необходима для движения тела по круговой орбите вблизи земной
поверхности, называется первой космической скоростью. Она может быть рассчитана путем
приравнивания центростремительной силы, которая и должна держать тело на круговой орбите
вокруг Земли, силе тяготения. V1=8 км/с.
Основы динамики.
В основе динамики лежат три закона, открытые английским физиком И.Ньютоном. Эти законы
образуют фундамент классической механики.
Тема: Законы Ньютона.
Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчёта.
Опыты показывают, что изменение скорости тела (т.е. ускорение) вызывается действием на тело
других тел (или полей). Мера взаимодействия тел характеризуется силой – F (векторная величина).
Первый закон утверждает, что
Существуют такие системы отсчета, относительно которых, всякое тело сохраняет
состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если сумма всех сил,
действующих на тело, равна нулю. ( ∑ = 0).
Систему отсчёта, в которой выполняется первый закон Ньютона называют инерциальной.
Сумму всех сил, действующих на тело, заменяют равнодействующей силой.
Инерция – это свойство всех тел сохранять свою скорость неизменной, при отсутствии действия на
него других тел.
Fупр.
Сила упругости
равна силе тяжести
и тело находится
в покое.
Fтр
Fт
x
mg
Сила тяги равна силе
трения и тело движется
равномерно и прямолинейно.
Второй закон Ньютона.
Экспериментально установлено, чем меньшее ускорение получает тело, тем оно инертнее.
Величину, являющуюся количественной мерой инертных свойств тела, называют его массой.
Чем больше масса тела, тем труднее изменить его скорость.
Количественной мерой воздействия на данное тело других тел является сила F, равная
произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение.

F =m∙а
Ускорение с которым движется тело, прямо пропорционально равнодействующей силе и
обратно пропорционально массе этого тела .

F – равнодействующая сила; Н( Ньютон)
m- масса; кг
м
a - ускорение; 2
с
.
Третий закон Ньютона.
В природе нет действия только одного тела на другое, есть взаимодействие тел.


F1   F2
Два тела действуют друг на друга с силами, равными по величине и противоположенными по
направлению.
Силы, возникающие при взаимодействии тел, никогда не уравновешивают друг друга, поскольку
приложены к разным телам.
Проявлением третьего закона Ньютона можно объяснить возможность передвижения по земле,
затруднения передвижения во время гололёда, буксование машин, ибо, каково действие, таково и
противодействие, и наоборот.
( При изучении третьего закона Ньютона часто возникает вопрос такого рода. Сила, с которой
человек тянет санки, согласно третьему закону Ньютона, равна по модулю и противоположна по
направлению силе, с которой санки должны «тянуть» человека в обратном направлении. Однако
санки и человек движутся вперед. Это происходит потому, что санки и человек не только
взаимодействуют друг с другом, но каждый из них взаимодействует с землёй. Человек, двигаясь по
земле, подошвой обуви «толкает» землю в одну сторону, а земля «толкает» его в противоположную
сторону. Если эта сила по модулю, больше силы, с которой санки действуют на человека, то человек
сможет везти санки. Если меньше, то человек не сможет сдвинуть санки с места)
Законы Ньютона справедливы во всех инерциальных системах отсчета. При помощи этих законов
можно вычислить положение и скорость тела в любой момент времени по известным силам и
начальным условиям или найти силы по заданному движению.
Тема: Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Вес тела.
Невесомость.
Анализ законов движения небесных тел в солнечной системе и законов свободного падения на
Земле привёл Ньютона к идее о том, что все тела притягиваются друг к другу с силой (F), прямо
пропорциональной произведению их масс (m1 ·m2) и обратно пропорциональной квадрату
расстояния (R) между ними.
Этот закон был открыт Ньютоном в 1667 году.
-гравитационная постоянная.
Если m1 = m2 = 1кг, а R= 1м, то
= 6,67 10-11 H∙ м2/кг2
Сила, с которой тело притягивается к Земле, называется силой тяжести.
Сила тяжести равна произведению массы тела на ускорение свободного падения (вблизи
поверхности Земли). Приложена эта сила к телу. g= 9,8 м/с2
Fт
Fm  m  g
Вследствие притяжения к Земле тело действует на опору или подвес.
Сила, с которой тело действует на опору или подвес, называется весом тела (P). Эта сила
приложена к опоре или подвесу.
P  m g
Р
А) Если тело, опора или подвес находятся в покое или движутся равномерно и прямолинейно
относительно Земли, то P = m • g

Б) Если тело поднимаются вверх с ускорением a , то P  m g  a ), тело испытывает перегрузки.

В) Если оно опускаются с ускорением вниз, то P  m g  a  ), вес тела уменьшается.
При свободном падении тела а = g и P = 0 – состояние невесомости.
Тема: Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное движение. К. Э. Циолоковский –
основатель теории космических полётов.
Замкнутой ( или изолированной) системой тел называют систему тел,
взаимодействующих
только между собой и не взаимодействующих с телами, не входящими в эту систему.
1) Импульс тела – это физическая величина равная произведению массы тела (m) на его скорость (v).


м
P  m  v - импульс тела, величина векторная, измеряется в [ кг  ]
с


Направления импульса тела совпадает с направлением скорости его движения p  mv
Из второго закона Ньютона следует, что


 v  v0
 F
a
т.к.
a
m
t
t- время действия силы, то

 

v  v0 F



=> Ft  mv  mv0
t
m

Импульс силы равен изменению импульса тела
.
Ft  импульс силы.
Импульс тела меняется под действием силы. Например, при взаимодействии тел их скорости
меняются, а значит меняются их импульсы, но сумма их импульсов не меняется с течением
времени (если время взаимодействия мало) – закон сохранения импульса.
Этот закон справедлив только для замкнутой системы тел.


m1 1  m2 2  ...  const . или

 mv  const
Или для решения задач ------------




m1v1  m2v2  m1v1  m2v2
где V 1
и V2 -
скорость тел до взаимодействия ;


V1 и V 2 - скорости тел после взаимодействия ;
m1 и m2 - массы тел; кг
Этот закон объясняет такие явления, как реактивное движение, отдачу при выстреле, работу весёл и
др.
Реактивное движение – это движение тела, возникающее при отделении от него некоторой его части с
какой- то скоростью (при котором используется энергия реактивной струи, истекающей из сопла
двигателя).
К. Э. Циолоковский обосновал реальную возможность применения реактивного движения для
межпланетных сообщений. Он является первым идеологом и теоретиком освоением человеком
космического пространства. Эта замечательная идея успешно осуществляется 4 октября 1957 года на
околоземную орбиту был посредством реактивного движения выведен первый искусственный спутник
Земли, а затем 12 апреля 1961 года – запущен первый космический корабль с человеком на борту.
Тема: Механическая работа и мощность.
Если на тело действует сила и под действием её тело перемещается, то эта сила производит
механическую работу.
A – работа; Дж
1Дж=1H∙м
F – модуль силы; H (Ньютон)
S – модуль перемещения; м (метр)
Если направления силы и перемещения совпадают, то
A F S
F
Если между направлением силы и перемещения угол α ,то
F1
F
F2
А = F  S  cos 
Для характеристики работоспособности механизма введено понятие мощности.
N –мощность; Вт (Ватт)
1Вт = 1Дж/с
N=
A
t
t – время; с
Мощность–это физическая величина, показывающая какая работа совершается за единицу
времени (за секунду).
Тема: Потенциальная и кинетическая энергии.
Закон сохранения энергии в механических процессах.
Энергия тела или системы тел определяются работой, которую они способны совершить.
Энергию тел, которой они обладают вследствие своего движения, называют кинетической
энергией (летящая пуля, падающий молот обладают кинетической энергией).
m 2
Е к – кинетическая энергия: Дж: т – масса –кг;  - скорость м/с.
Ek 
2
Кинетическая энергия равна половине произведения массы тела на квадрат его скорости.
Энергию, которая определяется взаимным расположением тел или частей одного тела,
называют потенциальной энергией (энергия сжатой или растянутой пружины, воды, поднятой
плотиной).
En  mg  h Потенциальная энергия тела, поднятого над землёй.
En 
k  2
Потенциальная энергия упруго деформированного тела.
2
h – высота
m – масса тела
g – ускорение свободного падения
Δ  – изменение длины тела или смещение.
k– коэффициент упругости ( жёсткость пружины)
E – полная механическая энергия (сумма потенциальной и кинетической энергии)
E  Ek  En
Любое тело может обладать как потенциальной, так и кинетической энергией. В механических
явлениях возможен переход кинетической энергии в потенциальную и наоборот, но полная
механическая энергия замкнутой системы тел, в которой не действуют силы трения, остаётся
неизменной.
Е = соnst –закон сохранения энергии
Механическая работа может измениться посредством работы, либо превращаться из
потенциальной в кинетическую или наоборот.
Статика
Тема: Условия равновесия твердого тела
Статика - это часть механики, изучающая равновесие абсолютно твердых тел.
Первое условие равновесия,
Чтобы тело находилось в равновесии, необходимо чтобы равнодействующая всех сил (т.е.
сумма всех сил), приложенных к телу равнялась нулю.
F1+ F 2+ F 3+…= 0
F1
или
F = 0
(сумма сил равна нулю).
F2
Состояние равновесия, это необязательно состояния покоя (парашютист, при свободном падении с
постоянной скоростью, находится в состоянии равновесия)
Момент силы
Вращающее действие силы зависит не только от величины силы F, но и от расстояния между осью
вращения и прямой, по которой действует сила. Кротчайшее расстояние от оси вращения до линии
действия сил называется плечом силы.
d- плечо силы; м (метр)
F – модуль силы; Н (Ньютон)
М - момент силы; Н∙м - величина, характеризующая
вращательное действие силы.
Моментом силы относительно оси вращения тела называется, взятое со знаком «плюю» или
«минус», произведение модуля силы на плечо.
M =  F d
Второе условие равновесия.
При равновесии твердого тела сумма моментов всех внешних сил, действующих на него
относительно любой оси, равна нулю.
М 1 + М 2+ М 3 + … = 0
Или -Твердое тело, способное вращаться вокруг закрепленной оси, находится в равновесии, если
сумма моментов сил, относительно закрепленной оси, вращающих тел по часовой стрелки,
равно сумме моментов сил, относительно той же оси, вращающих его против часовой стрелки.
d1
d2
F2
F1
M 1   F1d1
M 2   F2 d 2
М2=М1
→
F1d1  F2 d 2  0
При поступательном движении все точки тела движутся одинаково, поэтому движение такого тела
можно рассматривать как движение точки – его центра масс.
Центр масс эта точка пересечения прямых, вдоль которых должны быть направлены силы,
вызывающие поступательное движение.
Тема:Колебательное движение и его характеристики.
Гармонические колебания
Колебания- это движения, которые точно или приблизительно повторяются через определенный
интервал времени.
Х- смещение; (м)
Хm= А –амплитуда; (м)модуль наибольшего
смещения от положения
равновесия.
Т- период; (с)
- частота; (Гц)
Колебания, которые происходят только за счет первоначально сообщенной энергии называют
свободными, а под действием внешних сил – вынужденными.
-1
-период; с (секунда) - время одного полного колебания.
-частота; Гц (Герц)) - число полных колебаний в единицу времени.
Частоту свободных колебаний называют собственной частотой, если частота собственных
колебаний совпадает с частотой вынужденных колебаний наступает резонанс.
Период свободных колебаний математического
маятника.
- длина; (м), - ускорение
свободного падения
2
= 3,14
Период свободных колебаний груза на пружине
m- масса груза; (кг)
k- жесткость пружины; (H м)
Гармонические колебания- это периодические изменения физических величин в
зависимости от времени, происходящие по закону синуса или косинуса.
- уравнение гармонического колебания.
Х – смещение; м.
Xm – амплитуда;м
- фаза колебания; рад (радиан);
- круговая или циклическая частота; (рад/с)
При совершении телом гармонических колебаний не только его координата, но и такие величины,
как сила, ускорение, скорость, тоже изменяются по закону синуса или косинуса. Сила и ускорение
достигают наибольших значений, когда колеблющееся тело находится в крайних положениях, где
смещение более велико, и равны нулю, когда тело проходит через положение равновесия. ( Это
следует из законов Гука и второго закона Ньютона).Значит колебательное движение вблизи среднего
положения тела наиболее близко к равномерному, а вблизи крайних положений сильно отличается
от равномерного движения. Что же касается скорости, то она, наоборот, в крайних положениях равна
нулю, а при прохождении телом положения равновесия достигает наибольшего значения.
Тема: Продольные и поперечные волны. Длина и скорость волны.
Волна - колебания, распространяющиеся в пространстве с течением времени. В воздухе, в твердых
телах и внутри жидкостей, механические волны возникают благодаря силам упругости.
Различают волны поперечные и продольные.
Поперечные волны- волны, в которых колебания происходят перпендикулярно направлению
распространения волны (волны на поверхности воды, волны в шнуре).
Продольные волны - волны, в которых колебания происходят вдоль направления распространения
волны (в пружине, звуковые волны).
Основное свойство всех волн, независимо от их природы, состоит в переносе энергии без переноса
вещества ( т.е. волна переносит энергию, но не переносит вещество среды).
Поперечная волна
- (ламбда) – длина волны; м(метр)
V- скорость распространения волны; м/с
Длина волны- это кратчайшее расстояние между точками колеблющимися в одинаковых фазах ( или
расстояние, на которое распространяется волна за период).
Скорость волны равна произведению длины, на частоту колебаний.
(
- период; с (секунда)
)
- частота; Гц (Герц)
Интерференция волн.
Интерференция волн- сложение в пространстве двух или несколько когерентных волн, при
котором в разных точках получается усиление или ослабление амплитуды результирующих
колебаний.
max
=
min
=(2k+1)
(
- половина длины волны)
К – любое целое число
Когерентные волны- волны, имеющие одинаковую частоту (или длину волны
и постоянную
во времени разность фаз.
Дифракция волн.
Дифракция представляет собой отклонение от прямолинейного распространения волн, отгибание
волнами препятствий (или загибания за края отверстия).
Дифракция проявляется , если размеры препятствий или отверстий достаточной малы (сравнимы с
длиной волны).согласно принципу Гюйгенса-Френеля, дифракция обусловлена интерференцией
вторичных волн.
Тема: Звуковые волны. Ультразвук и его использование.
Звуковыми (или акустическими) волнами называются распространяющиеся в среде упругие волны,
обладающие частотами в пределах 16—20000 Гц. Волны указанных частот, воздействуя на слуховой
аппарат человека, вызывают ощущение звука. Волны с  < 16 Гц (инфразвуковые) и  > 20 кГц
(ультразвуковые) органами слуха человека не воспринимаются.
Инфразвук.
Инфразвук- упругие волны, аналогичные звуковым, но имеющие частоту ниже воспринимаемой
человеческим ухом. Верхнюю границу частотного диапазона инфразвука принимают 16-25 Гц.
Инфразвук слабо поглощается средой, поэтому может распространяться на значительные расстояния
от источника. Источником инфразвука может являться оборудование, работающее с частотой менее
20 циклов за секунду. Действуя на центральную нервную систему, может вызвать тревогу, страх,
чувство покачивания и т, п.
Инфразвук высокой интенсивности, влекущий за собой резонанс, из-за совпадения частот
колебаний внутренних органов приводит к остановке сердца, или разрывам кровеносных сосудов.
Инфразвуковые колебания в воздухе порождают и грозы, и сильные ветры, и солнечные вспышки.
Сопутствуют они выстрелам, взрывам, обвалам, землетрясением. В промышленности инфразвуки
излучаются заводскими вентиляторами и воздушными компрессорами, всеми медленно
работающими машинами, городской транспорт.
Болевые ощущения вызывали инфразвуки, которые возникают над морскими просторами при
штормах и сильных ветрах. Сильное волнение моря становятся источником мощных инфразвуковых
колебаний воздуха.
Ультразвук- Ультразвук (УЗ) – упругие колебания и волны, частота которых превышает 15 – 20
кГц. Нижняя граница области УЗ- частот, отделяющая ее от области слышимого звука, определяется
субъективными свойствами человеческого слуха и является условной, так как верхняя граница
слухового восприятия у каждого человека своя. В природе УЗ встречается как в качестве
компоненты многих естественных шумов (в шуме ветра, водопада, дождя, в шуме гальки,
перекатываемой морским прибоем, в звуках, сопровождающих грозовые разряды, и т.д.), так и среди
звуков животного мира. Некоторые животные пользуются УЗ-выми волнами для обнаружения
препятствий, ориентировки в пространстве. Ультразвук представляет собой волнообразно
распространяющееся колебательное движение частиц среды. Ультразвук имеет некоторые
особенности по сравнению со звуками слышимого диапазона. В ультразвуковом диапазоне
сравнительно легко получить направленное излучение; он хорошо поддается фокусировке, в
результате чего повышается интенсивность ультразвуковых колебаний. При распространении в
газах, жидкостях и твердых телах ультразвук порождает интересные явления, многие из которых
нашли практическое применение в различных областях науки и техники. В последние годы
ультразвук начинает играть все большую роль в научных исследованиях. Успешно проведены
теоретические и экспериментальные исследования в области ультразвуковой кавитации и
акустических течений, позволившие разработать новые технологические процессы, протекающие
при воздействии ультразвука в жидкой фазе. Упругие волны с частотами 109 – 1013 Гц принято
называть гиперзвуком.
Demo - версия контрольной работы №1.
1. Автомобиль, имея скорость 32,4 км/ч за 22 секунды увеличил её до 72 км/ч. Определить ускорение и
путь, пройденный автомобилем за это время, считая движение равноускоренным.
2. Какова кинетическая энергия автомобиля массой 1000 кг, движущегося со скоостью36 км/час?
3 Координата колеблющегося тела изменяется по закону х = 5соs πt. Чему равны амплитуда,
период, частота, если в формуле все величины выражены в системе СИ?
4.
Под действием какой силы снаряд массой 400 г приобретает в инерциальной системе
отсчета ускорение 2 м/с2?
5. По поверхности воды в озере волна распространяется со скоростью 5 м/с. Каковы период и
частота,
колебаний бакена, если длина волны 4 м?
Контрольные вопросы и задания.
Раздел: механика
1. Что называется механическим движением?
2. Что такое система отсчёта? Какие бывают системы отсчёта?
3. Что такое траектория, пройденный путь, перемещение? В чём заключается их различие?
4. Как различают движение: а) по форме траектории; б) по характеру изменения скорости? Каков
характер движения свободно падающего тела?
5. Какова траектория движения точек винта самолёта:
а) по отношению к лётчику; б) по отношению к Земле?
7. Какую скорость переменного движения показывает спидометр автомобиля?
8. Какое движение называют равномерным, равноускоренным.
9. Гимнаст сначала прыгает на гибкую доску- трамплин, а затем вверх. Почему в этом случае
прыжок получается более высоким, чем прыжок без трамплина?
10. Сформулируйте 1 -ый закон Ньютона
12.Сформулируйте 2 -ой закон Ньютона
13. Сила 0,5Н действует на тело массой 1кг. Определите ускорение с которым движется тело.
14. Сформулируйте 3-ий закон Ньютона
15. Закон всемирного тяготения. Формула закона.
16. Что называют силой тяжести? Формула.
17. Что называют весом тела? В каких единицах измеряется вес в системе СИ?
18. Что называют импульсом тела? Единица измерения в системе СИ.
19. В каких единицах измеряются работа, мощность? Формулы.
20.Механическая работа и мощность.
21. Формулы кинетической и потенциальной энергии.
22. Условия равновесия твердого тела
Тестирование по механике
1. Лист падает с дерева равномерно и прямолинейно. Объясните явление.
А. На лист не действуют никакие силы. Б. На лист действует только сила тяжести.
В. На лист действует только сила сопротивления воздуха.
Г. Равнодействующая всех сил, действующих на лист, равна нулю.
2. Под действием какой силы снаряд массой 10кг. приобретает в инерциальной
cистеме отсчёта ускорение 2 м/ с 2 ?
А. 0.2 Н.
Б. 5 Н.
В. 20 Н
Г. 40 Н.
3. Чему равна потенциальная энергия тела массой 3 кг. относительно поверхности
Земли, если оно летит на высоте 2 м со скоростью 4 м/с? Ускорение силы тяжести принять 10 м/с 2.
А. 24 Дж. Б. 120 Дж.
В. 60 Дж.
Г. 6 Дж. Д. 12 Дж.
4. Чему равна кинетическая энергия тела массой 2 кг, движущегося на высоте 4м.
над поверхностью Земли со скоростью 3 м/с.?
Ускорение силы тяжести принять 10 м/с 2.
А. 9 Дж. Б. 6 Дж.
В. 12 Дж.
Г. 80Дж. Д. 84 Дж.
5. Чему равна скорость свободно падающего тела через 3 секунды? Начальная
скорость равна нулю, Ускорение силы тяжести принять 10 м/с 2.
А. 15 м/с.
Б. 40 м/с.
В. 45 м/с.
Г. 90 м/с. Д. 30 м/с
6. Железнодорожный вагон массой m , движущийся со скоростью V , сталкивается
с неподвижным вагоном массой 2V и сцепляется с ним. С какой скоростью
движутся вагоны после столкновения?
А. 2V.
Б. V/ 2.
В. 3V
Г. V/ 3
Д. V .
7. Какой путь пройдёт свободно падающее тело за 4 секунды?
Начальная скорость равна нулю, ускорение силы тяжести принять 10 м/с 2.
А. 20 м.
Б. 40 м.
В. 80 м.
Г. 160 м.
8. Чему равен импульс тела, массой 2 кг, движущегося со скоростью 3 м/с?
А. 1.5 кгм/с.
Б. 6 кгм/с.
В. 9 кгм/с.
Г. 18 кгм/с.
9. Между двумя шарами массами m1= m2=1 кг, находящимися на некотором расстоянии, сила гравитационного взаимодействия равна F . Рассчитайте эту силу
между шарами массами 2 кг и 3 кг, находящимися на таком же расстоянии друг
от друга?
А. 5F.
Б. 25F.
В. F
Г. 36F Д. 6F.
10. Пружина под действием силы F 1 = 8Н удлинилась на ∆ℓ 1=1см. Какую силу F2
надо приложить к этой пружине, чтобы она удлинилась на ∆ℓ 2 =1.6 см.
А. 5Н.
Б. 12,8 Н.
В. 1,6 Н
Г. 16 Н.
11. Человек подбросил мяч массой 0.1кг с поверхности Земли с начальной скоростью V0 =2м/с.
Определите потенциальную энергию Ер мяча в максимальной точке подъёма.
А. 0,4 Дж. Б. 0,3Дж.
В. 0,2Дж.
Г. 0,1Дж.
12. Тело брошено вертикально вверх. Через 0,5 с после броска его скорость равна 20м/с. Какова
начальная скорость тела? Сопротивлением воздуха пренебречь.
Перечень вопросов к зачету по физике (1семестр)
1. Механическое движение и его виды. Скорость и ускорение при равноускоренном
прямолинейном движении.
2. Законы Ньютона. Их проявление, учет и использование.
3. Закон всемирного тяготения, сила тяжести. Вес тела. Невесомость.
4. Закон сохранения импульса (без вывода). Реактивное движение и его применение.
5. Потенциальная и кинетическая энергия. Закон сохранения энергии.
6. Свободные и вынужденные механические колебания. Гармонические колебания. Амплитуда,
период, частота.
7. Зависимость периода свободных механических колебаний от свойств системы.
8. Основные положения молекулярно- кинетической теории и их опытное обоснование.
9. Идеальный газ. Основное уравнение молекулярно- кинетической теории ( без вывода).
10. Температура и её связь с кинетической энергией молекул. Абсолютная температура.
11. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева – Клапейрона).
12. Изопроцессы.
13. Насыщенный пар. Влажность воздуха.
14. Деформация. Виды деформации. Закон Гука.
15. Внутренняя энергия и способы её изменения. Первый закон термодинамики.
16. Принцип действия тепловых двигателей. КПД тепловых двигателей. Использование их в
народном хозяйстве. Охрана окружающей среды.
2 семестр
17. Электрический заряд. Закон сохранения электрических зарядов. Закон Кулона.
18. Электрическое поле и его материальность. Напряженность электрического поля. Разность
потенциалов.
19. Электроёмкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора (без вывода).
20. Природа тока в металлах. Сопротивление металлов. Закон Ома для участка цепи.
21. Магнитное поле и его материальность. Индукция магнитного поля.
22. Явление электромагнитной индукции. Электродвижущая сила индукции. Использование
электромагнитной индукции в технике.
23. Свободные электрические колебания в контуре. Превращение энергии в колебательном
контуре. Собственная частота колебаний в контуре.
24. Трансформатор и его использование при передаче электроэнергии.
25. Распространение колебаний в упругой среде. Поперечные и продольные волны. Скорость
распространения волн.
26. Электромагнитное поле и его материальность. Электромагнитные волны и их свойства.
27. Законы отражения и преломления света.
28. Дисперсия света. Спектроскоп.
29. Спектры излучения и поглощения. Спектральный анализ и его применение.
30. Электромагнитное излучение различных диапазонов длин волн, свойства и применение этих
излучений.
31. Фотоэлектрический эффект, Энергия фотона. Применение фотоэффекта.
32. Планетарная модель атома Резерфорда. Квантовые постулаты Бора.
33. Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений и их свойства.
34. Состав ядра атома. Изотопы. Взаимосвязь массы и энергии. Энергия связи ядра.
35. Деление ядер урана. Цепная реакция. Ядерный реактор.
36. Термоядерные реакции.
Скачать