Построение изображений в плоском зеркале

ФИЗИКА

1. Кинематика

1) Механическое движение. Система отсчёта. Относительность движения. Закон сложения скоростей в классической механике.

2) Средняя и мгновенная скорость. Равномерное прямолинейное движение. Графики зависимости перемещения и скорости от времени при равномерном прямолинейном движении.

3) Равноускоренное прямолинейное движение. Ускорение. Графики зависимости ускорения, скорости и перемещения от времени при равномерном и равноускоренном движении.

4) Свободное падение. Ускорение свободного падения.

5) Равномерное движение по окружности. Ускорение при равномерном движении тела по окружности (центростремительное ускорение).

6) Вращательное движение. Угловая скорость. Её связь с линейной скоростью.

1) Механическое движение – изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени.

Система отсчёта – совокупность тела отсчёта, связанная с ним система координат и часов.

Движение тел можно описывать в различных системах отсчета. С точки зрения кинематики все системы отсчета равноправны. Однако кинематические характеристики движения, такие как траектория, перемещение, скорость, в разных системах оказываются различными. Величины, зависящие от выбора системы отсчета, в которой производится их измерение, называют относительными.

Закон сложения скоростей в классической механике: скорость тела относительно неподвижной системы координат равна геометрической сумме скорости тела относительно подвижной системы координат и скорости подвижной системы относительно неподвижной

2) Средняя скорость движения – это физическая величина, равная отношению вектора перемещения точки к интервалу времени, за который это перемещение произошло.

.

Мгновенной скоростью _мгн называется скорость в данный момент времени.

Мгновенная скорость определяется как предел отношения вектора перемещения к интервалу времени, за который это перемещение происходит, при стремлении интервала времени к нулю:

.

Равномерное прямолинейное движение – величина, равная отношению его перемещения к промежутку времени.

Графики:

3) Равноускоренное движение – движение с постоянным ускорением.

Ускорение – величина, равная отношению изменения скорости к промежутку времени, за которое это изменение произошло. Характеризуется не только модулем, но и направлением. Модель вектора ускорения показывает, на сколько изменяется модуль вектора скорости в каждую единицу времени.

Графики:

4) Свободное падение - это движение тел только лишь под действием притяжения Земли (под действием силы тяжести).

В условиях Земли падение тел считается условно свободным, т.к. при падении тела в воздушной среде всегда возникает еще и сила сопротивления воздуха.

Идеальное свободное падение возможно лишь в вакууме, где нет силы сопротивления воздуха, и независимо от массы, плотности и формы все тела падают одинаково быстро, т. е. в любой момент времени тела имеют одинаковые мгновенные скорости и ускорения.

Наблюдать идеальное свободное падение тел можно в трубке Ньютона, если с помощью насоса выкачать из неё воздух.

При свободном падении все тела вблизи поверхности Земли независимо от их массы приобретают одинаковое ускорение, называемое ускорением свободного падения.

Условное обозначение ускорения свободного падения - g. Ускорение свободного падения на Земле приблизительно равно 9,81м/с2. Ускорение свободного падения всегда направлено к центру Земли.

5) Среди различных видов криволинейного движения особый интерес представляет равномерное движение тела по окружности. Это самый простой вид криволинейного движения. Вместе с тем любое сложное криволинейное движение тела на достаточно малом участке его траектории можно приближенно рассматривать как равномерное движение по окружности.

Центростремительное ускорение. При равномерном движении по окружности значение скорости остается постоянным, а направление вектора скорости изменяется в процессе движения.

Из рисунка 17 видно, что, чем меньше угол α, тем ближе направление вектора к направлению на центр окружности. Так как вектор ускорения равен отношению вектора к интервалу времени Δt при условии, что интервал времени Δt очень мал, то вектор ускорения при равномерном движении по окружности направлен к ее центру.

При изменении положения тела на окружности меняется направление на центр окружности. Следовательно, при равномерном движении тела по окружности модуль ускорения имеет постоянное значение, но направление вектора ускорения изменяется со временем. Ускорение при равномерном движении по окружности называется центростремительным ускорением.

6) Вращательное движение тела нельзя отождествить с движением какой-либо одной его точки. Ось любого вращающегося тела (маховика дизеля, ротора электродвигателя, шпинделя станка, лопастей вентилятора и т. п.) в процессе движения занимает в пространстве относительно окружающих неподвижных тел одно и то же место.

Вращательное движение тела в зависимости от времени t характеризуют угловые величины: φ (угол поворота в радианах), ω (угловая скорость в рад/сек) и ε (угловое ускорение в рад/сек2).

Закон вращательного движения тела выражается уравнением

φ = f (t).

Угловая скорость – величина, характеризующая быстроту вращения тела, определяется в общем случае как производная угла поворота по времени

ω = dφ/dt = f' (t).

Угловое ускорение – величина, характеризующая быстроту изменения угловой скорости, определяется как производная угловой скорости

ε = dω/dt = f'' (t).

Угловая скорость в технических расчетах очень часто измеряется в оборотах, произведенных в одну минуту (об/мин). При вращательном движении тела все его точки движутся по окружностям, центры которых расположены на одной неподвижной прямой (ось вращающегося тела).

2. Динамика.

1) Первый закон Ньютона. Инерциальная система отсчёта. Принцип относительности в классической механике (Галилея).

2) Второй закон Ньютона. Масса, плотность. Сила. Сложение сил.

3) Третий закон Ньютона. Природа сил.

4) Закон всемирного тяготения. Гравитационное поле. Сила тяжести.

5) Силы упругости. Закон Гука. Сила трения.

6) Сила тяжести. Вес тела. Невесомость.

1) Первый закон Ньютона: инерциальные системы отсчёта.

Существуют такие системы отсчёта относительно которых движущиеся тела сохраняют свою скорость постоянной, если на них не действуют другие тела. Был сформулирован в 1687 г.

Инерциальная система отсчёта – система отсчёта, в которой тело, не взаимодействующее с другими телами, сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.

Принцип относительности Галилея: во всех инерциальных системах отсчёта законы классической динамики имеют один и тот же вид, т.е. все инерциальные системы отсчёта равноправны (все механические явления протекают одинаково).

2) Второй закон Ньютона: ускорение, которое приобретает тело под действием силы, прямо пропорционально этой силе, а его направление совпадает с направлением силы.

Масса – физическая величина, являющаяся мерой инертности тела. Чем больше масса тела, тем меньше ускорение оно приобретает при одной и той же действующей на него силе. Обозначается m, измеряется в кг.

Плотность –физическая величина, определяемая для однородного вещества массой его единичного объёма. Для неоднородного вещества плотность в определённой точке вычисляется как предел отношения массы тела (m) к его объёму (V), когда объём стягивается к этой точке. Средняя плотность неоднородного вещества есть отношение m/V. Плотность измеряется в кг/м³ в системе.

Сила – векторная физическая величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел, в результате которого тело приобретает ускорение или изменяет форму и размеры. Сила является количественной мерой взаимодействия.

а) Две силы, приложенные в одной точке, действуют по одной прямой в одну сторону (рис. 36). В этом случае а = 0

б) Две силы, приложенные в одной точке, действуют по одной прямой в противоположных направлениях (рис. 37). В этом случае  = 

.

Как мы видели в эксперименте, при равновесии тела (точки О) под действием сил F₁, F₂ и R' имеют место соотношения R = — R' и R = F₁ + F₂, значит, F₁ + F₂ + R' = 0. Следовательно, тело (при отсутствии вращения) находится в равновесии в том случае, когда равнодействующая всех действующих на него сил (т. е. векторная сумма этих сил) равна нулю.

3) Третий закон Ньютона: сила действия равна силе противодействия.

Силы, с которыми два тела действуют друга на друга, расположены на одной прямой, равны по величине и противоположны по направлению. Ньютоном был сформулирован этот закон так «всегда действует равное и противоположное противодействие». Этот закон справедлив при любом соотношении масс взаимодействующих тел.

Силы обнаруженные в природе принято подразделять на четыре группы сил (взаимодействий):

• гравитационные;
• электромагнитные;
• сильные;
• слабые. Ведется поиск пятой группы сил.

4) Закон всемирного тяготения: два любых тела притаиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной массе каждого из них и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними: .

Гравитацио́нное по́ле, или по́ле тяготе́ния — физическое поле, через которое осуществляется гравитационное взаимодействие.

Сила тяжести – сила, с которой Земля притягивает к себе тела. Обозначается F, всегда направлена вертикально вниз и приложена к телу. Если оно движется только под действием силы тяжести, то оно находится в свободном падении.

5) Сила упругости – сила, вызванная деформацией тел и препятствующая изменению объёма тела. Причиной деформации является движение одних частей тела относительно других. Особенность силы упругости состоит в том, что она направлена перпендикулярно поверхности соприкосновения тел.

Закон Гука: сила упругости, возникающая при деформации тела, пропорциональна удлинению тела и направлена противоположно направлению перемещения частиц тела относительно других частиц при деформации: F=kx, где к – коэффициент упругости. Для измерения силы упругости используется прибор динамометр.

Сила трения – это та сила, которая мешает нам сдвинуть с места стол или другой какой-то предмет. На движущееся тело действует уже сила трения скольжения, которая всегда направлена в сторону, противоположную направлению движения. Коэффициент трения скольжения зависит от шероховатостей и физических свойств соприкасающихся поверхностей. Сила трения качения мала по сравнению с силой трения скольжения.

6) Вес —сила воздействия тела на опору (или подвес или другой вид крепления), препятствующую. Единица измерения веса в СИ —ньютон, иногда используется единица.

Вес P тела, покоящегося в инерциальной системе отсчёта совпадает с силой тяжести, действующей на тело, и пропорционален массе и ускорению свободного падения в данной точке:

Невесо́мость — состояние, при котором сила взаимодействия тела с опорой (вес тела), возникающая в связи с гравитационным притяжением, действием других массовых сил, в частности силы инерции, возникающей при ускоренном движении тела, отсутствует. Иногда можно слышать другое название этого эффекта — микрогравитация.

3. Законы сохранения.

1)Импульс тела. Изменение импульса. Импульс силы.

2) Закон сохранения импульса

3)Механическая работа. Мощность

4) Кинетическая энергия тела.

5) Потенциальная энергия тела.

6) Закон сохранения энергии в механике.

1) Импульс тела – векторная физическая величина, равная произведению массы на его скорость и имеющая направление скорости: p=mv. Единица импульса тела – килограмм на метр в секунду. Изменение импульса тела определяется импульсом силы, действующей на него. Он характеризуется произведением силы на время её действия.

Воздействие на тело может оказать небольшая сила, действующая значительный промежуток времени, и большая сила, которая действует кратковременно. В этом заключается изменение импульса.

Импульс силы – произведение силы и длительности её действия: p=Frt. Единица импульса силы – ньютон на секунду. Импульс силы численно равен площади прямоугольника со сторонами F rt.

2) Закон сохранения импульса: суммарный импульс замкнутой системы тел остаётся постоянный при любых взаимодействиях тел системы между собой.

Замкнутая система – система тел, для которой равнодействующая внешних сил равна нулю. Импульс сохраняется и для систем микрочастиц, для которых законы Ньютона не применимы. Один из основных примеров проявления закона сохранения импульса – реактивное движение – движение, возникающее при отделении от тела с некоторой скоростью какой-либо его частиц, например, отделение пули, снаряда от ствола оружия.

3) Механическая работа - это физическая величина, являющаяся скалярной количественной мерой действия силы или сил на тело или систему, зависящая от численной величины, направления силы (сил) и от перемещения точки (точек) тела или системы.

В физике "механической работой" называют работу какой-нибудь силы (силы тяжести, упругости, трения и т.д.) над телом, в результате действия которой тело перемещается. Если под действием силы тело перемещается, то совершается механическая работа.
Работа характеризует результат действия силы. Cилы, действующие на человека совершают над ним механическую работу, а в результате действия этих сил человек перемещается. Работа совершается, если соблюдаются одновременно 2 условия: на тело действует сила и оно перемещается в направлении действия силы. Работа не совершается (т.е. равна 0),если: сила действует, а тело не перемещается.

2. Тело перемещается, а сила равна нулю, или все силы скомпенсированы (т.е. равнодействующая этих сил равна 0).
Например: при движении по инерции работа не совершается.
3. Направление действия силы и направление движения тела взаимно перпендикулярны.

Мощность - физическая величина, измеряемая отношением работы к промежутку времени, в течение которого она произведена. Если работа производится равномерно, то мощность определяется формулой N=A/t,

Измеряется в ваттах.

4) Кинети́ческая эне́ргия —скалярная величина, пропорциональная массе тела и квадрату скорости его перемещения. Иными словами кинетическая энергия - часть полной энергии, обусловленная движением.

Впервые понятие кинетической энергии было введено в трудах Г. Лейбница, посвященных понятию «живой силы».

Eк=m*V^2/2

5) Потенциальная энергия - скалярная физическая величина, характеризующая способность некого тела (или материальной точки) совершать работу за счет своего нахождения в поле действия сил

Термин «потенциальная энергия» был введен в XIX веке шотландским инженером и физиком Уильямом Ренкином.

Eп=mgh

6) Закон сохранения энергии в механике: полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующая между собой посредством консерватирных сил, остаётся неизменной при любом движении этих тел.

E=Eк+Eп=const

4. Молекулярная физика и термодинамика.

1) Основные положения молекулярно-кинетической теории. Масса и размер молекул. Постоянная Авогадро. Броуновское движение. Особенности агрегатных состояний вещества.

2)Термодинамические параметры: давление, объём, температура. Температурные шкалы. Смысл абсолютной температуры.

3) Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона). Универсальная газовая постоянная.

4) Изотермический, изохорный и изобарный процессы.

5) Внутренняя энергия и способы её изменения. Первый закон термодинамики.

6) Теплообмен. Тепловые двигатели. КПД, Расчёт количества теплоты.

1) Основные положения МКТ: 1. Все тела состоят из мельчайших частиц – атомов, в состав которых входят ещё более мелкие элементарные частицы (электроны, протоны, нейтроны)

2. Атомы и молекулы вещества всегда находятся в непрерывном хаотическом движении.

3. Между частицами любого вещества существуют силы взаимодействия – притяжения и отталкивания. Природа этих сил электромагнитная.

Массы отдельных молекул и атомов очень малы. Экспериментально массы определяют с помощью специального прибора – масс-сектор. В молекулярной физике принято характеризовать массы атомов и молекул безразмерными величинами, которые называют относительной атомной массой (Ао) и относительной молекулярной массой (Мо). Все массы молекул давно известны и написаны в таблице Менделеева.Что касается размера молекул, то сама молекула представляет собой маленький упругий шар и следовательно, чтобы найти размер молекулы, нужно найти радиус. Была выведена формула: . По ней можно вычислить размер

молекулы.

Число́ Авога́дро, конста́нта Авогадро — физическая константа, численно равная количеству специфицированных структурных единиц (атомов, молекул, ионов, электронов или любых других частиц) в 1 моле вещества. Определяется как количество атомов в 12 граммах (точно) чистого изотопа углерода-12. Обозначается обычно как N _A, реже как L.

Значение числа Авогадро N _A = 6,02214129(27)·10²³ моль⁻¹.

Броуновское движение – тепловое движение взвешенных в жидкостях или газа частичек. В 1827 году английский ботаник Р.Броун изучал внутреннее строение растений с помощью микроскопа, и он обнаружил, что частички твёрдого вещества в жидкой среде совершают непрерывное хаотическое движение. Аналогичное движение можно наблюдать в микроскопе если рассматривать дым, капельки жиры в воде или частички твёрдого тела, взвешенные в жидкости или газе. Причиной броуновского движения является непрерывное хаотическое движение молекул в жидкости или газе, которые беспорядочно, ударяясь со всех сторон о взвешенные в жидкости частички, приводят их в движение.

Вещества могут находиться в 3х агрегатных состояниях: твёрдые, жидкие и газообразные. В твёрдых телах концентрация молекул высокая и доминирующими являются силы взаимодействия. Поэтому твёрдые тела обладают свойством сохранять форму и объём. Молекулы в твёрдых телах находятся в постоянном движении, но каждая молекула движется около положения равновесия. В жидкостях концентрация меньше, значит меньше и силы взаимодействия, поэтому жидкость сохраняет объём, но легко меняет форму. В газах силы взаимодействия совсем невелики, т.к. расстояние между молекулами газа в несколько десятков раз больше размеров самих молекул, поэтому газ занимает весь предоставленный ему объём.

2) Давление – физическая величина, равная отношению силы F, действующей перпендикулярно поверхности, к площади S этой поверхности. Измеряется в паскалях. Давление газа распространяются по всем направлениям одинаково. Чем выше температура газа, тем давление выше. Давление на одном и том же уровне внутри жидкости – величина постоянная. Давление жидкости зависит от плотности жидкости и высоты столба жидкости.

Объём — количественная характеристика пространства, занимаемого телом или веществом. Объём тела или вместимость сосуда определяется его формой и линейными размерами. С понятием объёма тесно связано понятие вместимость, то есть объём внутреннего пространства сосуда, упаковочного ящика и т. п.. V=m/p

Температура – степень нагретости тел. Измеряют с помощью термометра и выражают в градусах Цельсия. Явления, связанные с наргреванием или охлаждением тел с изменением температуры называются тепловыми. Беспорядочное движение частиц, из которых состоят тела, называются тепловым движением.

Существует 5 наиболее известных температурных шкал: стоградусная, или шкала Цельсия (ºC), Фаренгейта (ºF), абсолютная, или шкала Кельвина (K), шкала Реомюра (ºR) и шкала Ранкина (ºRa).

Шкала Цельсия - В 1742 году шведский астроном Андерс Цельсий предложил шкалу, в которой за нуль принималась температура смеси воды и льда, а температура кипения воды приравнивалась к 100º. Наиболее популярная шкала для измерения температуры.

Шкала Фаренгейта - Была предложена зимой 1709 года немецким учёным Габриэлем Фаренгейтом. По этой шкале за нуль принималась точка, до которой в один очень холодный зимний день. В качестве другой отправной точки он выбрал температуру человеческого тела. По этой не слишком логичной системе точка замерзания воды на уровне моря оказалась равной +32º, а точка кипения воды +212º. Шкала популярна в США и Великобритании.

Шкала Кельвина - была предложена в 1848 году английским ученым Уильямом Томсоном (он же лорд Кельвин) как более точный способ измерения температуры. По этой шкале нулевая точка, или абсолютный нуль, представляет собой самую низкую температуру, какая только возможна.

Остальные шкалы вышли из употребления.

3) Идеальный газ - математическая модель газа, в которой предполагается, что потенциальной энергией взаимодействия молекул можно пренебречь по сравнению с их кинетической энергией. Между молекулами не действуют силы притяжения или отталкивания, соударения частиц между собой и со стенками сосуда абсолютно упруги, а время взаимодействия между молекулами пренебрежимо мало по сравнению со средним временем между столкновениями.

Уравнение Клайперона-Менделеева: где р – давление, R – универсальная газовая постоянная, Т – абсолютная температура Кельвина.

Универсальная газовая постоянная = 8.314472 м² кг с^-2 К^-1 Моль^-1

Численно равна работе расширения одного моля идеального газа в изобарном процессе при увеличении температуры на 1 К.

4) Изотермический процесс – процесс, протекающий в газе, при котором температура остаётся постоянной. Давление газа данной массы при постоянной температуре изменяется обратно пропорционально его объёму – закон Бойля-Мариотта (17 век).

Т=const

pV=const.

Изохорный процесс – процесс, протекающий в газе, при котором объём остаётся постоянным.

Давление газа данной массы при постоянном объёме возрастает линейно с увеличением температуры – закон Шарля (1787 год).

V=const

p/T=const

Изобарный процесс – процесс, протекающий в газе, при котором давление остаётся постоянным.

Объём газа данной массы при постоянном давлении возрастает линейно с увеличением температуры – закон Гей-Люссака.

P=const

V/T=const

5) Внутренняя энергия – это энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело. Внутренняя энергия тела не зависит ни от механического движения тела, ни от положения этого тела в пространстве. Она не является какой-то постоянной величиной: у одного и того же тела она может изменяться.

Измерить её можно 2 способами: путём совершения работы и теплопередачей.

Пример с совершением работы: в тонкостенную латунную трубку нальём немного эфира и плотно закроем пробкой. Обовьём трубку верёвкой и будем быстро двигать то в одну сторону, то в другую. Через некоторое время эфир закипит и пар вытолкнет пробку. Этот опыт показывает, что внутренняя энергия эфира увеличилась, т.к. он нагрелся и даже закипел.

Пример с теплопередачей: через специальное отверстие в сосуд накачивают воздух, в котором содержится водяной пар. Через некоторое время пробка выскакивает из соседа. В тот момент, когда пробка выскакивает, в сосуде появляется туман. Следовательно, его внутренняя энергия уменьшилась. Объясняется это тем, что находящийся в сосуде сжатый воздух, выталкивая пробку, совершает работу. Эту работу он совершает за счёт внутренней энергии, которая пи этом уменьшается.

Первый закон термодинамики является обобщением закона сохранения и превращения энергии для термодинамической системы. Он формулируется следующим образом:

Изменение ΔU внутренней энергии неизолированной термодинамической системы равно разности между количеством теплоты Q, переданной системе, и работой A, совершенной системой над внешними телами.

ΔU = Q – A.

Соотношение, выражающее первый закон термодинамики, часто записывают в другой форме:

Q = ΔU + A.

6) Теплообмен - самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты в пространстве, обусловленный неоднородным полем температуры. Различают 3 вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение.

Теплопроводность – процесс изменение внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом. Пример: закрепим один конец толстой медной проволоки в штативе, а к проволоке прикрепим воском несколько гвоздиков. При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск плавится и гвоздики постепенно отпадают от проволоки. Сначала отпадут те, которые расположены ближе к пламени. Температура этого конца повышается.

При конвекции энергия переносится самими струями газа или жидкости. Пример: конвекция происходит в наших жилых комнатах. Благодаря ей, воздух вблизи потолка комнаты теплее, чем вблизи пола. Это можно проверить, помещая комнатный термометр в верхнюю и нижнюю части комнаты.

Излучение. Этот вид отличается от предыдущих тем, что она может осуществляться и в полном вакууме. Излучением передаётся на Землю солнечная энергия. Излучают энергию все тела при любой температуре. Чем выше температура, тем больше энергии передаёт оно путём излучения.

Теплово́й дви́гатель — устройство, совершающее работу за счет использования внутренней энергии топлива. Тепловая машина, превращающая тепло в механическую энергию, использует зависимость теплового расширения вещества от температуры. Действие теплового двигателя подчиняется законам термодинамики. Для работы необходимо создать разность давлений по обе стороны поршня двигателя или лопастей турбины. Для работы двигателя обязательно наличие топлива. Это возможно при нагревании рабочего тела (газа), который совершает работу за счёт изменения своей внутренней энергии. Повышение и понижение температуры осуществляется, соответственно, нагревателем и охладителем.

Коэффицие́нт поле́зного де́йствия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается. КПД является безразмерной величиной и часто измеряется впроцентах. Математически определение КПД может быть записано в виде:

x 100 %,

где А — полезная работа, а Q — затраченная работа.

КПД теплово́го дви́гателя — отношение совершённой полезной работы двигателя, к энергии, полученной от нагревателя. КПД теплового двигателя может быть вычислен по следующей формуле ,

где — количество теплоты, полученное от нагревателя, — количество теплоты, отданное холодильнику.

Количество теплоты – это энергия, которую тело теряет или приобретает при теплопередаче. При остывании тело будет терять некое количество теплоты, а при нагревании – поглощать. Чем больше масса тела, тем большее количество теплоты надо затратить на изменение его температуры на один градус. Количество теплоты, необходимое для нагревания тела, зависит от того вещества, из которого оно состоит, то есть от рода вещества. Разность температур тела до и после теплопередачи также важна для наших расчетов. Исходя из всего вышесказанного, мы можем определить количество теплоты формулой:

Q=cm(t2-t1),

где Q – количество теплоты,

m – масса тела,

(t2-t1) – разность между начальной и конечной температурами тела,

c – удельная теплоемкость вещества, находится из соответствующих таблиц.

Измеряется количество теплоты в джоулях (1 Дж), как и всякий вид энергии.

5. Электростатика.

1) Распределение заряда. Дискретность заряда. Закон сохранения электрического заряда.

2) Взаимодействие заряженных частиц. Закон Кулона.

3) Электрическое поле. Напряжённость электрического поля. Потенциал поля точечного заряда.

4) Потенциал электростатического поля. Потенциал поля точечного заряда.

5) Работа электростатического поля при перемещении заряда. Разность потенциалов. Потенциал поля точечного заряда.

6) Проводники и диэлектрики. Диэлектрическая проницаемость.

? 1) Электрический заряд частицы или тела не зависит от выбора инерциальной системы отсчёта, в которой он изменяется. Он не изменяется при движении носителя заряда. Вообще заряд – это физическая величина, определяющая интенсивность электромагнитного взаимодействия.

? Дискретность означает, что заряд любого тела принимает строго определённые значения, (кратные заряду электрона).

Закон сохранения электрического заряда: электрические заряды не создаются и не исчезают, они могут лишь переходить от одного тела к другому или перемещаться внутри тела.

q1+q2+q3+…+qn=const

2) Взаимодействие заряженных частиц -?

Закон Кулона: Модуль силы взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорционален произведению модулей этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними.

Зако́н Куло́на — это закон, описывающий силы взаимодействия между точечными электрическими зарядами. Был открыт Шарлем Кулоном в 1785 г. Проведя большое количество опытов с металлическими шариками,

3) В пространстве, где находится электрический заряд, существует электрическое поле. Оно представляет собой вид материи, отличающийся от вещества.

О существовании электрического поля можно судить лишь по его действиям. Главное свойство электрического поля – действие его на электрические заряды. Вблизи заряженных тел действие поля сильнее, а при удалении от них – слабее. Электрическое поле способно совершать работу, а следовательно, оно обладает энергией. Устройством для накопления заряда и энергии электрического поля является конденсатор.

Напряжённость электрического поля — векторная физическая величина, характеризующая электрическое в данной точке и численно равная отношению силы действующей на неподвижный пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда : .

Из этого определения видно, почему напряженность электрического поля иногда называется силовой характеристикой электрического поля.

Напряжённость электрического поля точечных зарядов равна векторной сумме напряжённости полей, создаваемых каждым из этих зарядов в отдельности.

Одной из основных задач электростатики является оценка параметров поля при заданном, стационарном, распределении зарядов в пространстве. Один из способов решения подобных задач основан на принципе суперпозиции. Суть его в следующем.

Если поле создается несколькими точечными зарядами, то на пробный заряд q действует со стороны заряда qk такая сила, как если бы других зарядов не было. Результирующая сила определится выражением:

– это принцип суперпозиции или независимости действия сил.

4) Электростатический потенциа́л —скалярная энергетическая характеристика электростатического поля, характеризующая потенциальную энергию поля, которой обладает единичный заряд, помещённый в данную точку поля. Единицей измерения потенциала является, таким образом, единица измерения работы, деленная на единицу измерения заряда.

Электростатический потенциал — специальный термин для возможной замены общего термина электродинамики скалярный потенциал в частном случае электростатики (исторически электростатический потенциал появился первым, а скалярный потенциал электродинамики — его обобщение).

Электростатический потенциал равен отношению потенциальной энергии взаимодействия заряда с полем к величине этого заряда:

Потенциал поля точечного заряда Q в однородной изотропной среде с диэлектрической проницаемостью e: .

5) Электростатическое поле обладает важным свойством: Работа сил электростатического поля при перемещении заряда из одной точки поля в другую не зависит от формы траектории, а определяется только положением начальной и конечной точек и величиной заряда.

Аналогичным свойством обладает и гравитационное поле, и в этом нет ничего удивительного, так как гравитационные и кулоновские силы описываются одинаковыми соотношениями.

Следствием независимости работы от формы траектории является следующее утверждение: Работа сил электростатического поля при перемещении заряда по любой замкнутой траектории равна нулю.

Разность потенциалов:

При перемещении электрического заряда в электростатическом поле работа сил поля равна произведению заряда на разность потенциалов начальной и конечной точек траектории движения заряда.

Разность потенциалов может служить энергетической характеристикой электростатического поля. Если потенциал поля на бесконечно большом расстоянии от точечного электрического заряда в вакууме принимается равным нулю, то на расстоянии от заряда он определяется по формуле

6) По электрическим свойствам тела можно разделить на проводники и диэлектрики. Проводниками называют тела, через которые электрические заряды могут переходить от заряженного тела к незаряженному. Способность проводников пропускать через себя электрические заряды объясняется наличием в них свободных носителей заряда. Примерами проводников могут служить металлические тела в твердом и жидком состоянии, жидкие растворы электролитов.

Диэлектриками, или изоляторами, называются такие тела, через которые электрические заряды не могут переходить от заряженного тела к незаряженному. К диэлектрикам, например, относятся воздух и стекло, плексиглас и эбонит, сухое дерево и бумага.

Физическая величина, равная отношению модуля напряженности внешнего электрического поля в вакууме к модулю напряженности полного поля в однородном диэлектрике, называется диэлектрической проницаемостью вещества.

6. Постоянный электрический ток

1) Электрический ток. Условия его существования. Сила тока.

2) Закон Ома для участка цепи.

3) Электродвижущая сила. Закон Ома для замкнутой цепи.

4) Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца.

5) Сопротивление проводников.

6) Последовательное и параллельное соединение проводников.

1) Электрический ток – упорядоченное движение заряженных частиц в проводнике. В металлах же электрический ток представляет собой упорядоченное движение свободных электронов.

Электрический ток широко используется в энергетике для передачи энергии на расстоянии.

Одним из свойств электрического тока является его тепловое действие.

Условия существования электрического тока: 1. наличие свободных носителей зарядов

2. наличие разности потенциалов

3. замкнутая цепь

4. источник сторонних сил, который поддерживает разность потенциалов.

Сила тока – скалярная физическая величина, равна отношению электрического заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения t: I=q/t. Единица электрического заряда – кулон.

За направление тока условно приняли то направление, по которому движутся (или могли двигаться) в проводнике положительные заряды, т.е. направление от положительного полюса источника тока к отрицательному. Силы тока в цепи измеряют прибором, называемым амперметром. При измерении силы тока амперметр включают в цепь последовательно с тем участком, силу тока в котором измеряют.

2) Закон Ома для участка цепи: сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению: I=U\R

I – сила тока в участке цепи, U – напряжение на этом участке, R – сопротивление из основных физических законов.

Этот закон был открыт в 1827 году.

3) Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. Отношение работы сторонних сил к величине положительного заряда, переносимого от отрицательного полюча источника тока к положительному. Ε=Aст/q. ЭДС измеряется в вольтах.

Закон Ома для замкнутой цепи:

Сила тока в замкнутой цепи, состоящей из источника тока с внутренним сопротивление и нагрузки с сопротивлением, равна отношению величины ЭДС источника к сумме внутреннего сопротивления источника и сопротивления нагрузки.

Сила тока
Сопротивление (внешнее цепи)
Сопротивление (внутреннее источника)
Электродвижущая сила (источника)

4) Чтобы определить работу электрического тока на каком-либо участке цепи, надо напряжении на концах этого участка цепи умножить на электрический заряд, прошедший по нему: A=Uq

A – работа, U – напряжение, q – электрический заряд.

Электрический заряд определяется по формуле: q=It. Работа измеряется в Джоулях.

Работа электрического тока, произведённая в единицу времени, есть средняя мощность электрического тока: P=UI. За единицу мощности принят 1 Вт. Измеряют мощность электрического тока приборами ваттметрами.

Закон Джоуля-Ленца: количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивлению проводника и времени.

Q=I²Rt. Используя закон Ома, можно получить формулу: Q=U²t/R

5) Любое тело, по которому протекает электрический ток, оказывает ему определенное сопротивление. Свойство материала проводника препятствовать прохождению через него электрического тока называется электрическим сопротивлением. Чем больше сопротивление проводника, тем хуже он проводит электрический ток, и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем легче электрическому току пройти через этот проводник.

Электронная теория так объясняет сущность электрического сопротивления металлических проводников. Свободные электроны при движении по проводнику бесчисленное количество раз встречают на своем пути атомы и другие электроны и, взаимодействуя с ними, неизбежно теряют часть своей энергии. Электроны испытывают как бы сопротивление своему движению. Различные металлические проводники, имеющие различное атомное строение, оказывают различное сопротивление электрическому току.

6) Последовательное и параллельное соединение проводников

При последовательном соединении конец предыдущего проводника соединяется с началом следующего	При параллельном соединении проводники подсоединяются к одним и тем же источникам цепи
Во всех последовательно соединённых проводниках сила тока одинакова: I1=I2=I	Сила тока в неразветвлённой части цепи = сумме токов, текущих в каждом проводнике: I=I1+I2
Сопротивление всего участка = сумме сопротивлений всех отдельно взятых проводников: R=R1+R2	Величина, обратная сопротивлению разветвлённого участка = сумме обратных величин обратных сопротивлений каждого отдельного взятого проводника: 1/R=1/R1+1/R2 G=G1+G2
Падение напряжения на всём участке = сумме падений напряжений на всех отдельно взятых проводниках: U=U1+U2	Падение напряжения во всех проводниках одинаково: U=U1=U2
Напряжение на последовательно соединённых проводниках пропорциональны их сопротивлениям: U1/U2=R1/R2	Силы тока в проводниках обратно пропорциональны их сопротивлениям: U1/U2=R2/R1

7. Электромагнетизм.

1) Магнитное поле. Источники магнитного поля. Индукция магнитного поля. Определение направления вектора индукции магнитного поля.

2) Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле. Закон Ампера. Определение направления силы Ампера.

3) Действие магнитного поля на движущий заряд. Сила Лоренца. Определение направления силы Лоренца.

4) Магнитный поток. Способы его изменения.

5) Электромагнитная индукция. Способы его изменения.

6) Явление самоиндукции. Индуктивность. Энергия магнитного поля.

1) Магни́тное по́ле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения/

Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов в атомах. Кроме этого, оно появляется при наличии изменяющегося во времени электрического поля. Магнитное поле можно назвать особым видом материи, посредством которого осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом.

Магнитные поля являются необходимым (в контексте специальной теории относительности) следствием существования электрических полей.

Источники магнитного поля: создается (порождается) током заряженных частиц, или изменяющимся во времени электрическим полем, или собственными магнитными моментами частиц

Магни́тная инду́кция — векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства. Определяет, с какой силой магнитное поле действует на заряд , движущийся со скоростью .

Является основной фундаментальной характеристикой магнитного поля. Измеряется в системе СИ в теслах (Тл).

Определение направления вектора индукции магнитного поля можно определить по правилу правой руки: если большой палец правой руки расположить по направлению тока, то направление обхвата проводника четырьмя пальцами покажет направление линий магнитной индукции

2) Сила, действующая на проводник с током называется силой Ампера. Эта сила складывается из сил, действующих на отдельные движущиеся внутри проводника заряды.

Закон Ампера, для нахождения силы: Сила , с которой магнитное поле действует на элемент проводника с током, находящегося в магнитном поле, прямо пропорциональна силе тока в проводнике и векторному произведению элемента длины проводника на магнитную индукцию : .

Для того, чтобы определить направления силы Ампера, нужно воспользоваться правилом левой руки: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были направлены по току, то отставленный на 90 градусов большой палец покажет направление действующей на проводник силы.

3) Действие магнитного поля на движущийся заряд -?

Сила Лоренца - сила, действующая со стороны магнитного поля на движущуюся электрически заряженную частицу. где q - заряд частицы; V - скорость заряда; B - индукции магнитного поля; a - угол между вектором

скорости заряда и вектором магнитной индукции. Так как сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости заряда, то она не совершает работы (т.е. не изменяет величину скорости заряда и его кинетическую энергию).

Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки.

4) Магнитное поле характеризуется также величиной, носящей название магнитного потока. Магнитный поток можно представить общим числом маг­нитных линий, проходящих через всю рассматриваемую поверх­ность. В частности, под магнитным потоком Ф, проходящим через площадь S, перпендикулярную магнитным линиям, понимают про­изведение величины магнитной индукции В на величину площади, которая пронизывается этим магнитным потоком.

Ф = ВS.

Способы изменения магнитного потока: изменить магнитный поток можно двумя способами 1. изменением тока возбуждения 2. изменением числа витков

5) Явление электромагнитной индукции было открыто М. Фарадеем в 1831 году. При вдвигании постоянного магнита в катушку гальванометр, включённый в цепь, регистрирует ток. Если выдвигать магнит, то ток, возникший в катушке, имеет другой направление. Если же магнит находится внутри катушки без движения, то ток не возникает. Ток, наведённый в контуре изменяющимся магнитным потоком, называют индукционным, а само явление – электромагнитной индукцией.

Закон электромагнитной индукции: при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур, между его концами возникает напряжение.

Правило Ленца означает, что если внешнее поле усиливается, то индукционный ток возникает такого направления, что его магнитное поле препятствует возрастанию внешнего поля.

Читается правило Ленца так: индукционный ток возникает такого направления, чтобы своим магнитным полем препятствовать изменению магнитного потока, которым он вызван.

6) Явление самоиндукции заключается в появлении ЭДС индукции в самом проводнике при изменении тока в нем. Примером явления самоиндукции является опыт с двумя лампочками, подключенными параллельно через ключ к источнику тока, одна из которых подключается через катушку (рис. 39). При замыкании ключа лампочка 2, включенная через катушку, загорается позже лампочки 1. Это происходит потому, что после замыкания ключа ток достигает максимального значения не сразу, магнитное поле нарастающего тока породит в катушке индукционную ЭДС, которая в соответствии с правилом Ленца будет мешать нарастанию тока.

Индуктивность — это величина, равная ЭДС самоиндукции при скорости изменения тока в проводнике 1 А/с. Единица индуктивности — генри (Гн). Индуктивность характеризует магнитные свойства электрической цепи (проводника), зависит от магнитной проницаемости среды сердечника, размеров и формы катушки и числа витков в ней.

Энергия магнитного поля зависит от индуктивности проводника и силы тока в нем. Эта энергия может переходить в энергию электрического поля. Энергия W_м магнитного поля катушки с индуктивностью L, создаваемого током I, равна

8. Колебания и волны.

1) Гармонические колебания. Амплитуда, период и частота колебаний. Математический маятник. Период колебания математического маятника.

2) Превращение энергии при гармонических колебаниях. Вынужденные колебания. Резонанс.

3) Свободные электромагнитные колебания в колебательном контуре. Собственная частота и период колебаний в контуре.

4) Превращение энергии в колебательном контуре.

5) Аналогия механических и электромагнитных колебаний.

6) Распределение колебаний в упругих средах. Поперечные и продольные волны. Длина волны. Связь длины волны со скоростью её распространения. Звуковые волны.

1) Гармонические колебания – периодические изменения во времени физической величины, происходящее по закону синуса или косинуса.

X=Asinφ – общий вид гармонического колебания

X=Asin(ωt+φ0)

A – амплитуда, φ – фаза колебаний, φ0 – начальная фаза колебаний, t – период

Амплитуда (А) – наибольшее значение А, которого достигает какая-либо физическая величина х, совершающая гармонические колебания.

Период (Т) и частота (υ) – наименьший промежуток времени, через который значение колеблющейся величины начинает повторяться.

Математический маятник (идеализированная модель) – материальная точка, подвешенная на невесомой нерастяжимой нити и совершающая в вертикальной плоскости колебания под действием силы тяжести.

Период колебания математического маятника вычисляется по формуле: Т=2π l/g где l- длина маятника, g – ускорение силы тяжести.

2) При гармонических колебаниях происходит периодическое превращение кинетической энергии в потенциальную и наоборот. При свободных механических колебаниях кинетическая и потенциальная энергии изменяются периодически. При максимальном отклонении тела от положения равновесия его скорость, а следовательно, и кинетическая энергия обращаются в нуль. В этом положении потенциальная энергия колеблющегося тела достигает максимального значения. Для груза на горизонтально расположенной пружине потенциальная энергия – это энергия упругих деформаций пружины. Для математического маятника – это энергия в поле должна равняться потерям механической энергии за то же время из-за трения.

Колебания, совершающиеся под воздействием внешней периодической силы, называются вынужденными. В этом случае внешняя сила совершает положительную работу и обеспечивает приток энергии к колебательной системе. Она не дает колебаниям затухать, несмотря на действие сил трения. Установившиеся вынужденные колебания всегда происходят на частоте ω внешней силы.

Если частота ω внешней силы приближается к собственной частоте ω0, возникает резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний. Это явление называется резонансом.

Зависимость амплитуды xm вынужденных колебаний от частоты ω вынуждающей силы называется резонансной характеристикой или резонансной кривой. При резонансе амплитуда колебания груза может во много раз превосходить амплитуду колебаний свободного (левого) конца пружины, вызванного внешним воздействием. В отсутствие трения амплитуда вынужденных колебаний при резонансе должна неограниченно возрастать. В реальных условиях амплитуда установившихся вынужденных колебаний определяется условием: работа внешней силы в течение периода колебаний

3) Замкнутую электрическую цепь, содержащую катушку индуктивности и конденсатор, называют идеальным колебательным контуром. Если сообщить конденсатору электрический заряд, то в контуре возникают свободные электрические колебания. Они представляют собой периодические изменения электрического поля конденсатора и магнитного поля катушки. В процессе электромагнитных колебаний в контуре происходит необратимое превращение электрической энергии в теплоту. Поэтому свободные электромагнитные колебания являются быстро затухающими. Для получения незатухающих колебаний к контуру подключают дополнительную лампу или транзистор.

Собственная частота свободных колебаний равняется

Период свободных колебанийравен:

4) Когда конденсатор разрядится, ток в цепи не прекратится из-за самоиндукции в катушке. Индукционный ток, в соответствии с правилом Ленца, будет течь в ту же сторону и перезарядит конденсатор. Ток в данном направлении прекратится, и процесс повторится в обратном направлении. Таким образом, в колебательном контуре будут происходить электромагнитные колебания из-за превращения энергии электрического поля конденсатора в энергию магнитного поля катушки с током, и наоборот.

5)

6) Если в каком-либо месте упругой (твердой, жидкой или газообразной) среды возбудить колебания ее частиц, то вследствие взаимодействия между частицами это колебание начнет распространяться в среде с некоторой скоростью v. Процесс распространения колебаний называется волной. Частицы среды, в которой распространяется волна, не переносятся волной, они лишь совершают колебания около своих положений равновесия.

В зависимости от направления колебания 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.

Длина волны – расстояние, на которое перемещается электромагнитная волна за время равное одному периоду колебаний.

λ= υ/Т

Поскольку скорость волны - величина постоянная (для данной среды), то пройденное волной расстояние равно произведению скорости на время ее распространения. Таким образом, чтобы найти длину волны, надо скорость волны умножить на период колебаний в ней:

Раздел физики, занимающийся изучением звуковых явлений, называется акустикой. Колебания среды, воспринимаемые органом суха, называются звуком.

Звуковая волна - упругая продольная волна, представляющая собой зоны сжатия и разряжения упругой среды (воздуха), передающаяся на расстояние с течением времени.

Звуковые волны делятся:

слышимый звук - от - 20 Гц (17 м) - до 20 000 Гц (17 мм);

инфразвук ниже 20 Гц;

ультразвук выше 20 000 Гц.

Различают продольные и поперечные звуковые волны в зависимости от соотношения направления распространения волны и направления механических колебаний частиц среды распространения.

9. Оптика.

1) Законы отражения и преломления света. Явление полного отражения. Построение изображений в плоском зеркале.

2) Линза. Фокусное расстояние линзы. Оптическая сила. Формула линзы. Увеличение. Построение изображений в линзах.

3) Развитие представлений о природе света.

4) Электромагнитное поле. Электромагнитные волны. Скорость их распространения. Шкала электромагнитных волн.

5) Явления дифракции и интерференции. Примеры интерференции и дифракции.

6) Фотоэффект и его законы. Кванты света. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

1) Раздел физики, в котором рассматриваются закономерности излучения, поглощения и распространения света, называется оптика.

Отражение – изменение направления луча на границе непрозрачной среды.

Законы отражения света: 1. луч падающий и луч отражённый лежат в одной плоскости с перпендикуляром к отражающей поверхности к точке падения луча.

2. угол падения равен углу отражения

3. падающий и отражённый лучи могут меняться местами (обратимость световых лучей)

Закон преломления света: изменение направления распространения света при его прохождении через границу раздела двух сред называется преломлением света.

Полное внутреннее отражение наблюдается при переходе света из среды оптически более плотной в оптически менее плотную среду.

Явление полного отражения можно наблюдать на примере. Если налить в стакан воду и поднять её выше уровня глаз, то поверхность воды при рассмотрении её снизу кажется посеребрённой вследствие полного отражения света.

Построение изображений в плоском зеркале.

Плоское зеркало — это плоская поверхность, зеркально отражающая свет. Построение изображения в зеркалах основывается на законах прямолинейного распространения и отражения света.