Методические указания по подготовке к вступительному испытанию по физике [PDF] [12]
.pdfМИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ
Уральский институт государственной противопожарной службы
Е.В. Кононенко, И.М. Морозова, Е.В. Петракович
ФИЗИКА
Методические указания по подготовке к вступительному экзамену по физике
часть 1
Екатеринбург
2006
Кононенко Е.В., Морозова И.М., Петракович Е.В. Физика: методические указания по подготовке к вступительному экзамену по физике, часть 1. – Екате-
ринбург, УрИ ГПС МЧС России, 2006.
Методические указания содержат программу курса и основные понятия,
формулы и соотношения по всем разделам программы по физике, необходимые для освоения курса.
© Е.В. Кононенко
© И.М. Морозова © Е.В. Петракович
© УрИ ГПС МЧС России, 2006
2
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
ПРОГРАММА .................................................................................................. |
4 |
|
Основные понятия и соотношения по разделам программы ......................... |
7 |
|
1. |
Механика ................................................................................................... |
7 |
2. |
Молекулярная физика и термодинамика .............................................. |
11 |
3. |
Электродинамика. .................................................................................. |
14 |
4. |
Оптика. Атомная и ядерная физика..................................................... |
23 |
Единицы физических величин....................................................................... |
27 |
|
Рекомендуемая литература ............................................................................ |
32 |
|
3
ПРОГРАММА
по физике для поступающих в УрИ ГПС МЧС России
МЕХАНИКА
Кинематика. Характеристики движения тел: координаты, перемещение,
путь, мгновенная и средняя скорости, ускорение. Сложение скоростей и пере-
мещений. Графики движения. Уравнение движения и его применение к реше-
нию задач. Свободное падание тел; движение тела, брошенного вертикально вверх, горизонтально и под углом к горизонту. Кинематика движения по ок-
ружности: линейная и угловая скорости; центростремительное ускорение.
Динамика. Понятие об инерциальных системах отсчета. Взаимодействие тел. Сила как мера взаимодействия тел. Движение тела по инерции по инерции и под действием сил. Законы Ньютона. Сложение сил. Силы тяжести, упруго-
сти, трения. Гравитационная сила. Динамика движения по окружности. Поня-
тие импульса тела и импульса силы. Реактивное движение. Закон сохранения количества движения.
Кинетическая и потенциальная энергия. Механическая работа. Закон со-
хранения энергии.
Колебательное движение. Математический и пружинный маятники.
Уравнение колебаний.
Статика. Условия равновесия тел под действием сил. Давление. Гидро-
статическое давление. Атмосферное давление. Закон Паскаля. Гидравлический пресс. Закон Архимеда. Условия плавания тел. Гидродинамика: понятие непре-
рывности потока, динамическое давление, закон Бернулли.
Единицы механических величин.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА |
|
||
Молекулярно-кинетическая теория (МКТ). Размеры |
и масса |
молекул. |
|
Моль. Число Авогадро. Понятие |
идеального газа. |
Основное |
уравне- |
4
уравнение МКТ. Температура как мера кинетической энергии молекул. Оценка скорости молекул. Уравнение состояния идеального газа. Постоянная Больцма-
на и универсальная газовая постоянная.
Газовые законы. Изотермический, изобарный, изохорный и адиабатиче-
ский процессы: их описание и графики в разных координатах. Объединенный газовый закон. Закон Менделеева-Клапейрона. Закон Дальтона.
Термодинамика. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия тер-
модинамической системы. Работа при различных процессах. Круговой процесс.
Цикл Карно. Коэффициент полезного действия теплового двигателя. Виды теп-
лопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение. Теплоемкость тел;
удельная теплоемкость. Удельная теплота плавления. Удельная теплота паро-
образования. Уравнение теплового баланса. Теплота сгорания топлива.
Единицы термодинамических величин.
ЭЛЕКТРОДИНАМИКА
Электростатика. Электрический заряд. Взаимодействие зарядов. Диэлек-
трическая проницаемость среды. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Суперпозиция полей. Потенциал. Электрическая емкость проводников;
емкость плоского конденсатора и шара. Энергия заряженного конденсатора.
Электрический ток.
Движение зарядов под действием поля. Сила тока. Плотность тока. Элек-
трическое сопротивление проводников; его зависимость от температуры. Закон Ома для участка цепи. Параллельное и последовательное соединение провод-
ников.
Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи. Соединение источ-
ников тока. Напряжение короткого замыкания.
Закон Джоуля - Ленца. Работа и мощность электрического тока.
Электрический ток в газах и вакууме. Закон Фарадея для электролиза.
Переменный электрический ток. Действующие значения тока и напряже-
ния. Понятие об активном и реактивном сопротивлениях. Действие трансфор- 5
матора.
Магнитное поле. Магнитное взаимодействие токов. Индукция магнитно-
го поля. Магнитный поток. Сила Ампера. Сила Лоренца. Движение проводни-
ков и заряженных частиц в магнитном поле. Закон электромагнитной индук-
ции. Правило Ленца. Энергия магнитного поля.
Электромагнитные колебания и волны. Колебательный контур. Период колебаний (формула Томсона). Электромагнитные волны: шкала по длинам волн и частотам.
Единицы электрических и магнитных величин.
ОПТИКА. АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА
Геометрическая оптика. Законы распространения, отражения и прелом-
ления света. Показатель преломления. Ход луча в плоско-параллельной пласти-
не. Построение изображений в плоском зеркале и в линзах. Формула линзы.
Оптическая сила линзы. Примеры оптических устройств: проектор, фотоаппа-
рат, лупа.
Волновая оптика. Интерференция и дифракция света. Оптическая раз-
ность хода. Уравнение дифракции. Дифракционная решетка. Условия интерфе-
ренционного максимума.
Квантовая оптика. Энергия кванта электромагнитной энергии. Постоян-
ная Планка. Законы фотоэффекта; уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Ра-
бота выхода электрона; красная граница фотоэффекта; запирающее напряже-
ние.
Атомная физика. Модель атома водорода. Постулаты Бора. Спектр излу-
чения.
Ядерная физика. Состав ядер атомов. Элементарные частицы. Заряд ядра.
Массовое число. Изотопы. Ядерные реакции. Понятия о цепной реакции и ра-
диоактивности.
Единицы физических величин по разделу.
6
Основные понятия и соотношения по разделам программы
|
r |
r |
|
|
|
1. Механика |
|
|||
1) |
|
|
|
|
(1.1) |
|||||
x |
= v × t — перемещение; |
|||||||||
|
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
v —скорость тела, с учетом направления в выбранной системе отсчета; |
|||||||||
|
t — время движения; |
|
||||||||
2) |
v |
= |
v |
= v |
ср |
= |
S |
— средняя скорость (техническая скорость); (1.2) |
||
t |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
S — путь, без учета направления движения; |
|
||||||||
3) x = x |
+ v t + |
at 2 |
|
|
— уравнение движения; |
||
|
|||
0 |
0 |
2 |
|
|
|
|
|
здесь x — координата тела в выбранной системе отсчета; x0 — начальная координата;
v0 — начальная скорость; a — ускорение тела.
r |
|
r |
r |
|||
|
v |
2 |
-v |
1 |
|
|
a |
= |
|
|
; |
||
|
|
|
|
|||
t
(1.3)
(1.4)
В международной системе единицSI перемещение и путь измеряются в метрах (м); скорость — в метрах в секунду (м/с); ускорение — в м/с2.
При равноускоренном движении
v = v0 + at ; |
(1.5) |
при свободном падении |
|
v = gt , |
(1.6) |
где g = 9,8 м/с2 — ускорение свободного падения.
4)При движении по окружности центростремительное ускорение
|
v2 |
2 |
|
|
a = |
|
или a = ω |
R , |
(1.7) |
|
||||
цс |
R |
цс |
|
|
|
|
|
|
где v — линейная (тангенциальная) скорость, направленная по касательной к окружности;
ω — угловая скорость;
R — радиус окружности.
7
v = |
2pR |
, м/с; |
ω = |
2π |
, рад/с, |
|
|
||||
|
T |
|
T |
||
где T — время одного оборота (период обращения).
5)Сила F — мера взаимодействия тел.
r |
r |
— второй закон Ньютона; |
(1.8) |
F = ma |
|||
|
|
r |
– ускорение, которое приобрета- |
здесь m — масса тела, мера его инертности; a |
|||
ет тело в результате взаимодействия
Вариант записи: a = F . m
Fизмеряется в ньютонах (Н):
1Н = 1 кг ×м
с2
6)Виды сил:
rr
а) Сила трения |
Fтр = μN |
(1.9) |
|||
μ — коэффициент трения; |
|
||||
r |
|
|
|
||
N — сила реакции опоры. |
|
||||
|
|
r |
r |
|
|
|
|
v |
|
||
|
|
N |
Þ направление движения |
|
|
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Fтр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mg
r |
r |
б) Сила тяжести F |
= mg ; |
здесь g – ускорение свободного падения;
r |
r |
в) Сила упругости Fупр |
= -kx ; |
здесь k — коэффициент упругости;
x — перемещение (деформация).
(1.10)
(1.11)
г) Гравитационная сила F = G |
m1m2 |
, |
|
(1.12) |
|
|
|
||||
гр |
R2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где G — гравитационная постоянная, |
G = 6,67 × 10 |
-11 |
м3 |
||
|
|
|
|||
кг × с2
m1 и m2 — массы взаимодействующих тел; 8
R — расстояние между их центрами. |
|
|
|
||||||
Ускорение свободного падения g = G |
m |
, |
|
(1.13) |
|||||
R2 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где m и R — характеристики небесного тела, |
|
|
|
||||||
v = |
|
|
— первая космическая скорость. |
|
|
(1.14) |
|||
|
gR |
|
|
||||||
7) Импульс и количество движения |
|
|
|
||||||
Другая запись второго закона Ньютона: |
|
|
|
||||||
r |
|
r |
r |
Ft = Dmv , |
|
|
(1.15) |
||
mv2 - mv1 |
= F × t или |
|
|
||||||
где Ft — импульс силы; |
|
|
|
|
|
||||
mv — количество движения или импульс тела. |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
r |
= const . |
(1.16) |
Закон сохранения количества движения – å mv |
|||||||||
8)Полная механическая энергия тела:
|
W = W p +Wk , Дж (джоуль), |
1 Дж = 1 Н·м |
(1.17) |
|||||||
где Wp = mgh — потенциальная энергия тела; |
|
(1.18) |
||||||||
|
Wk = |
mv2 |
— кинетическая энергия. |
|
(1.19) |
|||||
|
2 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Закон сохранения механической энергии |
W = const |
(1.20) |
|||||||
9) |
Работа — мера изменения энергии |
|
|
|||||||
|
A = W2 – W1, Дж |
|
|
|
(1.21) |
|||||
Механическая работа |
A = F·x·cosα, |
|
(1.22) |
|||||||
где α — угол между направлениями действия силы и перемещения. |
||||||||||
10) |
Мощность P = |
A |
= F × v , Вт ( 1Вт=1Дж/с ) |
(1.23) |
||||||
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
где t — время, |
v — скорость. |
|
|
|||||||
11) |
Уравнение колебаний: |
|
|
|||||||
|
x = X × sinw t , |
|
|
|
(1.24) |
|||||
где x — смещение тела от положения равновесия в момент времени t; |
||||||||||
|
ω — циклическая (круговая) частота. |
|
|
|||||||
|
w = |
2p |
, |
где T — период колебания; |
|
(1.25) |
||||
|
|
|
||||||||
T
X — максимальное смещение (амплитуда). 9
Изменение скорости тела при колебательном движении:
v = vmax cos ωt ,
где vmax = Xω – максимальная скорость тела;
Изменение ускорения тела при колебательном движении:
a = -amax sinw t ,
где amax = Хω2 – максимальное ускорение тела.
12)Период колебаний математического маятника:
T = 2p 
l , g
тогда w = g , l
(1.26)
(1.27)
(1.28)
(1.29)
(1.30)
где l — длина подвеса.
Период колебаний пружинного маятника:
T = 2p |
m |
, |
|
|
|
|
(1.31) |
|
|||||||
|
k |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||
тогда w = |
k |
, |
(1.32) |
||||
|
|||||||
|
|
|
|
m |
|
||
где k — коэффициент жесткости пружины.
13) Условия равновесия тела, имеющего ось вращения:
å Fx = 0ü
ï
å Fy = 0ý , где
rï
åM = 0þ
å Fx и å Fy — суммарные проекции векторов сил на оси координат;
r
å M — суммарный момент тела, равный сумме моментов сил. |
|
Момент силы M = Fl, |
(1.33) |
где F — сила, действующая на тело, |
|
l — плечо силы, т.е. кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы.
14)Гидростатическое давление:
p = r gh , Па (паскаль), |
(1.34) |
10