ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.07.2020
Просмотров: 338
Скачиваний: 3
2. Примерная программа курса общая физика, рекомендуемая УМО «Физика»:
Механика (12 часов):
Кинематика.
Механическое движение. Система отсчета. Кинематика материальной точки. Естественный, координатный и векторный способы описания движения. Траектория, путь, перемещение. Скорость и ускорение материальной точки. Равномерное, равноускоренное движение. Движение точки по окружности. Кинематика твердого тела.
Динамика
Динамика материальной точки. Масса, сила. Законы Ньютона. Принцип относительности Галилея. Силы в механике. Всемирное тяготение. Сила упругости. Сила трения. Импульс, момент силы. Момент импульса, момент силы. Работа и кинетическая энергия. Потенциальная энергия. Консервативные и диссипативные силы.
Динамика системы материальных точек. Импульс СМТ. Теорема об изменении импульса СМТ. Закон сохранения импульса. Центр масс СМТ. Момент импульса СМТ. Теорема об изменении момента импульса СМТ. Закон сохранения момента импульса. Механическая энергия СМТ. Теорема об изменении механической энергии СМТ. Закон сохранения механической энергии. Принцип минимума потенциальной энергии.
Динамика твердого тела. Динамика поступательного движения ТТ. Условие равновесия при поступательном движении. Динамика вращательного движения ТТ. Уравнение динамики вращательного движения. Момент инерции. Аналогия между вращательным и поступательным движением. Условие равновесия при вращательном движении.
Механические колебания и волны. (2 часа)
Гармонические колебания. Линейный гармонический осциллятор. Свободные (затухающие) механические колебания. Вынужденные колебания. Резонанс. Пружинный, физический, математический маятник. Механические волны. Поперечные и продольные волны. Уравнение простой и сферической волны. Период колебания и длина волны.
Термодинамика и молекулярная физика. (8 часов)
Основные положения термодинамики. Термодинамическая система, ее состояния, процессы, параметры. Нулевое начало термодинамики, температура. Экспериментальные законы изопроцессов с газом. Уравнение состояния идеального газа. Внутренняя энергия ТС. Процессы работы и теплообмена. Первое начало термодинамики. Работа в термодинамике. Расчет количества теплоты. Теплоемкость. Уравнение Майера. Адиабатный процесс. Уравнения Пуассона. Расчет работы в адиабатном процессе. Циклы. Прямые и обратные, обратимые и необратимые циклы. Тепловые машины. Второе начало термодинамики. Теорема Карно-Клаузиуса. Приведенная теплота. Энтропия. Аналитическое выражение второго начала термодинамики. Принцип возрастания энтропии. Связь энтропии с вероятностью состояния.
Молекулярная физика. Основные положения молекулярно-кинетической теории вещества. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа. Основное уравнение МКТ идеального газа. Распределение Максвелла. Характеристические скорости молекул. Число степеней свободы молекулы. Теорема Больцмана. Расчет внутренней энергии и теплоемкости ИГ.
Фазы, фазовые равновесия, фазовые переходы. Фаза, компонента. Фазовые переходы первого и второго рода. Парообразование и конденсация. Насыщенный и ненасыщенный пар. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Плавление и кристаллизация. Изотермы реального газа. Критическое состояние вещества. Диаграмма равновесных состояний однокомпонентной системы.
Электричество и магнетизм. (10 часов)
Электростатика. Закон Кулона. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Поток напряженности эл. поля. Теорема Остроградского-Гаусса для напряженности эл. поля в вакууме.
Работа электростатического поля по перемещению эл. заряда. Теорема о циркуляции напряженности электростатического поля. Потенциальный характер электростатического поля. Потенциальная энергия заряда в эл. поле. Потенциал. Разность потенциалов. Связь напряженности с разностью потенциалов. Электрический диполь. Эл. диполь в электрическом поле. Диэлектрики в электрическом поле. Поляризация диэлектриков. Вектор поляризации. Электрическое смещение. Проводники в электростатическом поле. Электрическая емкость уединенного проводника и конденсатора. Энергия заряженного конденсатора. Энергия электрического поля.
Постоянный электрический ток. Электрический ток проводимости. Сила тока, плотность тока. Стационарное электрическое поле. Закон Ома для однородного участка цепи. Закон Ома в дифференциальной форме. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной форме. Сторонние силы. Э.Д.С. Закон Ома для неоднородного участка цепи и для полной цепи. Правила Кирхгофа.
Стационарное магнитное поле. Магнитное взаимодействие и его проявления. Закон Ампера. Магнитное поле. Индукция магнитного поля. Формула Био-Савара-Лапласа. Сила Ампера. Контур с током в магнитном поле. Поток магнитной индукции. Теорема Остроградского-Гаусса дя индукции магнитного поля. Вихревой характер магнитного поля. Работа силы Ампера. Сила Лоренца. Движение заряженной частицы в магнитном поле. Намагничивание вещества. Вектор намагниченности. Напряженность магнитного поля. Индуктивность контура. Энергия контура с током. Энергия магнитного поля.
Электромагнитная индукция. Явление электромагнитной индукции. Опыты Фарадея. Закон Фарадея. Э.Д.С. индукции в проводнике, движущемся в магнитном поле. Вихревое электрическое поле. Индукционный эл. ток. Правило Ленца. Индуцированный эл. заряд. Явление самоиндукции.
Электромагнитные колебания. Колебательный контур. Свободные электромагнитные колебания в КК. Переменный эл. ток. Действующее значение переменного тока. Активное, емкостное, индуктивное сопротивления. Резонанс в цепи переменного тока.
Электромагнитное поле. Электромагнитные волны. Ток электрического смещения. Закон полного тока. Электромагнитное поле. Уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной форме. Решение уравнений Максвелла для однородного диэлектрика в форме плоских электромагнитных волн. Энергия и импульс электромагнитной волны. Интенсивность волны. Вектор Умова-Пойнтинга. Излучение электромагнитных волн. Открытый колебательный контур.
Оптика (4 часа)
Введение. Природа света. Световые волны. Квантовые свойства света.
Фотометрия и геометрическая оптика. Поток световой энергии. Световой поток. Функция видности. Сила света. Освещенность. Закон освещенности.
Законы геометрической оптики. Полное внутреннее отражение. Прохождение света через плоскопараллельную пластинку и призму. Сферическое и плоское зеркало. Линзы. Уравнение тонкой линзы. Глаз как оптическая система. Приборы, вооружающие глаз.
Волновая оптика. Принцип Гюйгенса. Вывод законов отражения и преломления света. Интерференция света. Оптическая разность хода. Условия максимумов и минимумов при интерференции двух волн. Интерференция в тонких пленках. Линии равной толщины и равного наклона. Кольца Ньютона. Применение интерференции. Просветление оптики, диэлектрическое зеркало, интерферометры. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Обоснование закона прямолинейного распространения света. Дифракция света. Дифракция Френеля на отверстии и диске. Дифракция Фраунгофера на щели. Дифракционная решетка. Д.Р. как спектральный прибор. Поляризация света. Степень поляризации. Поляризатор и анализатор. Закон Малюса. Способы поляризации света. Поляризация при отражении, преломлении, двойном лучепреломлении и рассеянии света. Вращение плоскости поляризации. Поглощение и рассеяние света. Дисперсия света.
Квантовая и ядерная физика (6 часов)
Квантовая оптика. Внешний фотоэффект. Уравнение Эйнштейна. Эффект Комптона. Давление света. Корпускулярно-волновой дуализм света. Фотоны.
Физика атома. Опыты Резерфорда. Ядерная (планетарная) модель атома. Теория водородоподобного атома по Бору. Объяснение спектральных закономерностей. Волновые свойства микрочастиц. Корпускулярно- волновой дуализм вещества. Особенности квантовомеханического описания микрообъектов. Состояния электрона в атоме. Квантовые числа. Спин. Принцип запрета Паули. Электронные конфигурации. Спектральные закономерности. Спонтанное и индуцированное излучение. Лазеры.
Физика атомного ядра. Состав ядра. Характеристики ядра. Изотопы. Ядерные силы. Энергия связи. Радиоактивность. α- и β- распад. Статистический закон радиоактивного распада. Активность. Ядерные реакции. Энергия реакции. Реакция деления ядер. Цепная ядерная реакция. Реакция синтеза ядер. Использование ядерной энергии.
5. Развернутое содержание лекций
Механика
Лк.1. Кинематика материальной точки и твердого тела.
Механика – раздел физики, в котором изучают механическое движение. Механическим движением называют изменение положения тела в пространстве относительно других тел. Главная задача механики: зная начальное положение тела, определить его положение в любой другой момент времени. Для количественного описания движения используют систему отсчета (СО). СО называют систему координат и устройства для измерения расстояния и времени, связанных с телом отсчета. В кинематике движение тел изучают без анализа причин, которые его вызывают. Решение главной задачи механики базируется на решении задачи о движении материальной точки (МТ). МТ называют тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с рассматриваемыми расстояниями.
1. Кинематика материальной точки. Способы описания движения МТ. Радиус-вектор, перемещение, траектория, путь. Скорость МТ. Ускорение МТ. Равномерное прямолинейное движение, прямолинейное равноускоренное движение, движение точки по окружности. Кинематика твердого тела.
Используют три взаимосвязанных способа описания движения МТ:
-
Векторный. Радиусом-вектором (
)
точки называют вектор, с началом в
произвольно выбранной точке
отсчета О
и с концом данной точке. При движении
точки ее радиус-вектор изменяется со
временем по некоторому закону:
.
Это выражение называют векторным
уравнением движения
МТ. Если форма его установлена, то
главная задача механики для МТ решена.
Перемещением называют изменение
радиуса-вектора:
. -
Естественный. Траекторией (Т) называют воображаемую линию, которую описывает точка при своем движении. Вид Т зависит от выбора СО. Положение точки на Т характеризуют естественной координатой
.
Для этого на Т выбирают точку отсчета
О и задают положительное направление
вдоль Т.
равна расстоянию от точки отсчета до
данной точки со знаком «+» или «-» в
зависимости от направления отсчета
расстояния. Зависимость
называют
естественным
уравнением движения.
Путь
(s) – это расстояние, пройденное точкой
вдоль траектории. При отсутствии
возвратного движения
.
Если точка проходит несколько
последовательных путей, то
.
Модуль перемещения и путь в общем случае
неравны.
,
если движение прямолинейное и отсутствует
возвратное. При математических выкладках
используют дифференциальное равенство
. -
Координатный. Для определения положения точки строят систему координат, связанную с телом отсчета, например, декартову. Положение точки определяется в пространстве тремя координатами: (x,y,z). Три зависимости:
называют
координатными уравнениями движения.
Скорость
является мерой быстроты движения.
Средней скоростью точки на перемещении
называют вектор
.
Скорость точки
.
Иначе говоря, скорость
.
Отсюда следует, что скорость направлена
по касательной к Т. Модуль скорости
.
Тангенциальным вектором
называют единичный вектор, касательный
к Т в данной точке. Поэтому
.
Скорость можно выразить через координаты:
.
Ускорение
является мерой быстроты изменения
скорости. Его определяют аналогично
определению скорости через изменение
скорости. Ускорение точки
.
Выразим ускорение через координаты:
.
Ускорение МТ равно
сумме тангенциального (
)
и нормального (
)
ускорений:
.
Тангенциальное ускорение характеризует
быстроту изменения модуля скорости, а
нормальное – быстроту изменения ее
направления.
Равномерное
прямолинейное движение МТ.
При равномерном прямолинейном движении
.
Если совместить с Т ось координат,
например ось Х, то движение МТ описывается
одним уравнением:
.
Путь
.
Равноускоренное
прямолинейное движение
МТ. При таком движении ускорение
и отсутствует нормальное ускорение.
При выборе, так же как и выше оси X,
получим два уравнения:
и
.
Путь выражается формулой:
.
Движение
точки по окружности.
Движение точки вдоль окружности
описывают, используя линейные
характеристики:
радиус-вектор (совпадающий с радиусом
окружности), перемещение, естественную
координату, путь, скорость, тангенциальное
и нормальное
ускорение. Нормальное ускорение всегда
направлено к центру окружности, и его
называют центростремительным.
Временные зависимости для координат и
пути аналогичны, приведенным выше. При
движении точки по окружности ее
радиус-вектор вращается вокруг оси,
проходящей через центр окружности
перпендикулярно ее плоскости. Вводят
угловые характеристики: (угол поворота
(
),
угловые скорость (
)
и ускорение (
)).
Вектора
,
направлены вдоль оси вращения. Направление
определяется правилом правого винта.
Соответствующие линейные и угловые
характеристики связаны между собой
через радиус:
.
Период
T
– это время одного оборота. Частота
обращения
,
.
Кинематика
твердого тела. Твердым
телом (ТТ) называют систему МТ, взаимное
расстояние которых неизменно.
Поступательным
движением
(ПД) называют движение, при котором все
точки тела двигаются одинаково. Для
описания ПД достаточно знать движение
одной его точки и геометрию тела.
Вращательным
движением
(ВД) называют движение, при котором хотя
бы одна точка тела неподвижна. При этом
все остальные точки тела движутся по
окружности вокруг прямой, которую
называют осью
вращения.
Вращательное движение описывается с
помощью угловых характеристик, аналогичных
тем, которые описывают движение точки
по окружности. Угол поворота определяют
как двугранный угол между плоскостями,
проходящими через ось вращения. Одна
из плоскостей неподвижна, а вторая
жестко связана с телом. (
§§1-4;
[2]§§1-7)
Лк. 2 Динамика материальной точки. Законы Ньютона. Уравнение движения материальной точки. Силы в механике.
Динамика – это раздел механики, в котором выявляют причины, обуславливающие то или иное движение тела.
-
Законы Ньютона
Законы Ньютона являются ядром динамики. По-существу их формулируют для МТ, но для общности выражений используют термин «тело».
Первый закон Ньютона. В природе существуют такие СО, по отношению к которым тело, на которое другие тела не действуют или действие других тел скомпенсировано, движется равномерно прямолинейно или покоится. Этот закон постулирует существование в природе особых СО, которые называются инерциальными системами отсчета (ИСО). СО является инерциальной, если при указанных в законе условиях тело по отношению к ней движется прямолинейно и равномерно или покоится. Идеальных ИСО, связанных с телами, в природе нет. Но в принципе можно найти СО, сколь угодно близкую к инерциальной. Близкой к ИСО является СО, связанная с Землей. Причины отличия ее от ИСО связаны с вращением Земли вокруг своей оси. ИСО будут СО, которые движутся относительно нее равномерно и прямолинейно. Если СО движется относительно ИСО ускоренно или вращается, то она будет неинерциальной (НСО). Инерцией называют явление сохранения свободным телом состояния равномерного прямолинейного движения относительно ИСО.