Министерство образования и науки российской федерации

министерство образования и науки российской федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Оренбургский государственный институт менеджмента»

ФИЗИКА

Текст лекций

Оренбург

Содержание

1 Предисловие………………………………………………………………..7

2 Механика.. 8

2.1 Введение. Механика материальной точки………………………….8

2.2 Физические основы нерелятивистской механики..........…………10

2.3 Кинематика материальной точки. Кинематика твердого тела...............................................................................................................14

2.4 Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела……………………………………………………………...23

2.5 Динамика вращательного движения………………………………35

2.6 Законы сохранения и изменения импульса и момента импульса в механике…………………………………………………………………..43

2.7 Работа и мощность в механике…………………………………….48

2.8 Законы сохранения и превращения энергии………………………50

2.9 Закон сохранения и превращения энергии ………………………..52

2.10 Абсолютно упругий и неупругий удары ………………………..52

2.11 Работа и энергия при вращательном движении ………………..54

2.12 Плоское движение. Кинетическая энергия при плоском движении ………………………………………………………………….54

3 Механические колебания.. 54

3.1 Свободные механические колебания ……………………………...54

3.2 Линейный гармонический осциллятор ……………………………55

3.3 Энергетика ЛГО …………………………………………………….55

3.4 Пружинный маятник ……………………………………………….56

3.5 Физический маятник ……………………………………………….57

3.6 Математический маятник ………………………………………….59

3.7 Динамика ЛГО ……………………………………………………...60

3.8 Пружинный маятник ……………………………………………….60

3.9 Физический маятник ……………………………………………….61

3.10 Графическое представление колебаний. Плоские диаграммы ……………………………………………………………………...62

3.11 Векторное представление колебаний (векторная диаграмма) ……………………………………………………………………...64

3.12 Сложение колебаний………………………………………………...65

3.13 Затухающие колебания. Вынужденные колебания …………….69

3.14 Основы специальной теории относительности ………………...77

4 Электричество и магнетизм.. 81

4.1 Электрические заряды. Способы получения зарядов. Закон сохранения электрического заряда ……………………………………...82

4.2 Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона. Применение закона Кулона для расчета сил взаимодействия протяженных заряженных тел …………………………………………..84

4.3 Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей …………………………85

4.4 Основные уравнения электростатики в вакууме. Поток вектора напряженности электрического поля. Теорема Гаусса ………………..87

4.5 Применение теоремы Гаусса для расчета электрических полей. ………………………………………………………………………..89

4.6 Работа сил поля по перемещению заряда. Потенциал и разность потенциалов электрического поля……………………………………….93

4.7 1.7. Связь между напряженностью и потенциалом электрического поля. Градиент потенциала. Теорема о циркуляции электрического поля. ……………………………………………………………………...94

4.8 Эквипотенциальные линии и поверхности и их свойства. ………95

4.9 Потенциалы простейших электрических полей………………….95

4.10 Поляризация диэлектриков. Свободные и связанные заряды. Основные виды поляризации диэлектриков……………………………98

4.11 Вектор поляризации и вектор электрической индукции. …….102

4.12 Напряженность электрического поля в диэлектрике…………103

4.13 Основные теоремы электростатики в интегральной и дифференциальной форме………………………………………………104

4.14 Граничные условия для электрического поля…………………104

4.15 Равновесное распределение зарядов на проводниках. ………...105

4.16 Электроемкость проводников. Конденсаторы…………………106

4.17 Вычисление емкости простых конденсаторов…………………107

4.18 Соединение конденсаторов……………………………………..109

4.19 Энергия системы неподвижных точечных зарядов…………...110

4.20 Энергия заряженного проводника и заряженного конденсатора. ……………………………………………………………………111

4.21 Энергия электростатического поля…………………………….112

5 Постоянный электрический ток.. 113

5.1 Характеристики тока. Сила и плотность тока. Падение потенциала вдоль проводника с током……………………………………………...113

5.2 Закон Ома для однородного участка цепи. Сопротивление проводников……………………………………………………………. 114

5.3 Дифференциальная форма закона Ома…………………………..116

5.4 Сторонние силы. ЭДС источника тока. Закон Ома для неоднородного участка цепи и для замкнутой цепи………………….117

5.5 Напряжение на зажимах источника тока………………………...119

5.6 Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа………………………...119

5.7 Соединение сопротивлений………………………………………120

5.8 Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля – Ленца. ………………………………………………………………………121

5.9 КПД источника тока……………………………………………….122

6 МАГНИТОСТАТИКА.. 123

6.1 Взаимодействие проводников с током. Закон Ампера………….123

6.2 Закон Био-Савара-Лапласа. Принцип суперпозиции магнитных полей……………………………………………………………………...125

6.3 Примеры вычисления магнитных полей с помощью закона Био-Савара-Лапласа………………………………………………………….127

6.4 Контур с током в магнитном поле. Магнитный момент тока. ………………………………………………………………………129

6.5 Магнитное поле на оси кругового витка с током………………..130

6.6 Момент сил, действующих на контур с током в магнитном поле. ………………………………………………………………………131

6.7 Энергия контура с током в магнитном поле……………………..131

6.8 Контур с током в неоднородном магнитном поле………………132

6.9 Работа, совершаемая при перемещении контура с током в магнитном поле…………………………………………………………133

6.10 Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса в магнитостатике. Вихревой характер магнитного поля……………….134

6.11 Теорема о циркуляции магнитного поля. Магнитное напряжение………………………………………………………………135

6.12 Магнитное поле соленоида и тороида………………………….137

6.13 Магнитное поле в веществе. Гипотеза Ампера о молекулярных токах. Вектор намагничивания…………………………………………139

6.14 Описание магнитного поля в магнетиках. Напряженность и индукция магнитного поля. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость вещества………………………………………………..140

6.15 Классификация магнетиков……………………………………..142

6.16 Граничные условия для магнитного поля……………………...143

6.17 Магнитные моменты атомов и молекул………………………..145

6.18 Природа диамагнетизма. Теорема Лармора……………………146

6.19 Парамагнетизм. Закон Кюри. Теория Ланжевена……………..148

6.20 Элементы теории ферромагнетизма. Представление об обменных силах и доменной структуре ферромагнетиков. Закон Кюри - Вейсса…………………………………………………………………….149

6.21 Силы, действующие на заряженную частицу в электромагнитном поле. Сила Лоренца………………………………..152

6.22 Движение заряженной частицы в однородном постоянном электрическом поле……………………………………………………..153

6.23 Движение заряженной частицы в однородном постоянном магнитном поле………………………………………………………….154

6.24 Практические применения силы Лоренца. Эффект Холла……156

6.25 Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея и правило Ленца. ЭДС индукции. Электронный механизм возникновения индукционного тока в металлах………………………………………..158

6.26 Примеры применения закона электромагнитной индукции. …………………………………………………………………….160

6.27 Явление самоиндукции. Индуктивность проводников. ……….161

6.28 Пример вычисления индуктивности. Индуктивность соленоида. …………………………………………………………………….162

6.29 Переходные процессы в электрических цепях, содержащих индуктивность. Экстратоки замыкания и размыкания………………..163

6.30 Энергия магнитного поля. Плотность энергии………………...165

6.31 Сравнение основных теорем электростатики и магнитостатики. …………………………………………………………………….166

6.32 Вихревое электрическое поле. Первое уравнение Максвелла. …………………………………………………………………….168

6.33 Второе уравнение Максвелла…………………………………...169

6.34 Гипотеза Максвелла о токе смещения. Взаимопревращаемость электрических и магнитных полей. Третье уравнение Максвелла …..170

6.35 Четвертое уравнение Максвелла………………………………..171

6.36 Дифференциальная форма уравнений Максвелла…………….172

6.37 Замкнутая система уравнений Максвелла. Материальные уравнения………………………………………………………………...172

6.38 Следствия из уравнений Максвелла. Электромагнитные волны. Скорость света…………………………………………………………...173

7 КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ.. 176

7.1 Электрический колебательный контур. Формула Томсона…….176

7.2 Свободные затухающие колебания. Добротность колебательного контура…………………………………………………………………..177

7.3 Вынужденные электрические колебания. Метод векторных диаграмм…………………………………………………………………179

7.4 Резонансные явления в колебательном контуре. Резонанс напряжений и резонанс токов…………………………………………..182

7.5 Волновое уравнение. Типы и характеристики волн…………….185

7.6 Электромагнитные волны…………………………………………187

7.7 Энергия и импульс электромагнитной волны. Вектор Пойнтинга. ………………………………………………………………………189

7.8 Упругие волны в твердых телах. Аналогия с электромагнитными волнами…………………………………………………………………..190

7.9 Стоячие волны……………………………………………………..192

7.10 Эффект Допплера………………………………………………..194

8 Молекулярная физика и термодинамика.. 195

Термодинамика. Термодинамика основана на термодинамическом методе изучения макроскопических объектов как сплошной среды, не имеющей внутренней структуры…………………………………………………………195

8.1 Молекулярно-кинетическая теория. Характерные масштабы величин в МКТ………………………………………………………….195

8.2 Давление идеального газа…………………………………………198

9 ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ распределения. 200

9.1 Дискретная случайная величина. Понятие вероятности. ………..200

9.2 Распределение молекул по скоростям……………………………201

9.3 Основное уравнение молекулярно-кинетической теории ………205

9.4 Внутренняя энергия идеального газа…………………………….206

9.5 Барометрическая формула. Распределение Больцмана. ………...209

10 ОСНОВЫ КЛАССИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ.. 211

10.1 Первое начало термодинамики. Термодинамическая система. Внешние и внутренние параметры. Термодинамический процесс. …………………………………………………………………….211

10.2 Термодинамическая система……………………………………212

10.3 Термодинамические параметры………………………………...212

10.4 Равновесное состояние. Равновесные процессы………………212

10.5 Уравнения состояния идеального газа………………………..213

Уравнение Менделеева - Клапейрона………………………………….213

10.6 Законы и уравнения термодинамики идеального газа ………...214

10.7 Внутренняя энергия термодинамической системы………….216

10.8 Первое начало термодинамики…………………………………217

10.9 Теплоемкость идеального газа………………………………….218

10.10 Изохорическая теплоемкость…………………………………...219

10.11 Изобарическая теплоемкость…………………………………...219

10.12 Теплоемкость в других изопроцессах………………………….220

10.13 Трудности классической теории теплоемкости……………….220

11 Список рекомендуемой литературы.. 222

Предисловие

Курс лекций по дисциплине «Физика» предназначена для студентов, обучающихся по специальности 230700.62 «Прикладная информатика».Дисциплина «Физика» относится к математическому и естественнонаучному циклу.

В данном пособии освещено содержание учебной дисциплины «Физика».