
- •С.В. Шапиро Курс физики Учебное пособие
- •Рецензенты:
- •Содержание
- •Раздел 1. Механика……………………………………...……….………………..8
- •Раздел 2. Термодинамика..……………………………………………………...45
- •Раздел 3. Электричество и магнетизм………………………………………...86
- •Раздел 5. Физические основы строения материи…………………………..175
- •Цель и задачи курса
- •Раздел первый. Механика глава первая. Кинематика
- •1.1. Материальная точка и основные характеристики ее движения
- •Декартовой системе координат
- •1.2. Вращательное движение материальной точки
- •Векторное изображение угловой скорости (б)
- •1.3. Кинематика твердого тела. Разложение произвольного движения на поступательное и вращательное
- •1.4. Относительное движение
- •1.5. Релятивистские эффекты в кинематике
- •Масштаба длины (в)
- •Вопросы по первой главе:
- •Глава вторая. Динамика
- •2.1. Взаимодействие материальных точек. Понятие силы
- •2.2. Законы статики изолированного множества материальных точек
- •1 Закон статики.
- •2 Закон статики.
- •2.3. Закон сохранения импульса изолированного множества материальных точек. Центр масс
- •2.4. Закон сохранения момента импульса изолированного множества материальных точек. Теорема Штейнера
- •2.5. Работа, энергия, закон сохранения энергии
- •Материальной точки Mq: а, б – под действием одной материальной точки Mp;
- •2.6. Взаимодействие двух изолированных множеств материальных точек
- •2.7. Связи абсолютно-твердых тел
- •2.8. Релятивистская масса
- •2.9. Гравитационное взаимодействие
- •2.10. Динамика упругого тела
- •Вопросы по второй главе:
- •Раздел II. Термодинамика глава третья. Идеальный газ
- •3.1. Основные характеристики идеального газа
- •Движением всех корпускул, входящих в газ (а), их упорядоченным движением (б) и в промежуточной ситуации (в)
- •3.2. Уравнение состояния Менделеева–Клапейрона
- •3.3. Работа идеального газа. Теплота и внутренняя тепловая энергия. Первый закон термодинамики
- •3.4. Энтропия. Второй принцип термодинамики
- •Аналогично для второго газа записываем
- •Если принять отношения
- •3.5. Адиабатические, изотермические, изохорические, изобарические процессы
- •3.6. Неравновесные системы
- •При теплообмене: 1 – источник тепловой энергии; 2 – приемник тепловой энергии (холодильник); 0 – объем идеального газа (открытая система)
- •Риc. 3.7. К раcчёту процесса преобразования теплового движения в упорядоченное в простейшей неравновесной системе
- •3.7. Цикл Карно
- •3.8. Распределение молекул газа по скоростям
- •Вопросы по третьей главе:
- •Глава четвёртая. Реальный газ и основы кинетики газа
- •4.1. Уравнение Ван дер-Ваальса
- •4.2. Столкновения молекул. Средняя длина свободного пробега. Скорость дрейфа
- •При столкновении корпускул идеального газа
- •Модель движения материальной точки под действием постоянной силы в условиях дескретно – повторяющегося столкновения с препятствиями (б) и зависимость V(τ) для такого движения
- •4.3. Явления переноса в газе
- •4.4. Диффузия газов
- •4.5. Теплопроводность
- •4.6. Внутреннее трение в газах (вязкость)
- •4.7. Основы аэро- и гидродинамики. Возникновение вихрей
- •В сплошной среде (б, в)
- •Вопросы по четвертой главе:
- •Раздел третий. Электричество и магнетизм глава пятая. Электростатика
- •5.1. Закон Кулона
- •Электрического взаимодействия; б – воздействие (n-1) зарядов на заряд qN;
- •5.2. Электрическое поле и его основные характеристики
- •И эквипотенциальными поверхностями (а) и поток вектора напряженности через инфинитезимальную поверхность (б)
- •5.3. Теорема Гаусса–Остроградского
- •5.4. Примеры применения теоремы Гаусса–Остроградского
- •Бесконечной длины: а – выбор замкнутой поверхности;
- •5.5. Электростатическое поле в диэлектрике
- •5.6. Электростатическая индукция. Теорема Гаусса-Остроградского для поля в разнородной среде
- •В разнородной среде
- •5.7. Энергия электростатического поля
- •Вопросы по пятой главе:
- •Глава шестая. Магнетизм
- •6.1. Взаимодействие движущихся зарядов и проводников с токами
- •С движущимися электронами; б – иллюстрация закона Био-Савара-Лапласа
- •6.2. Основные характеристики магнитного поля.
- •6.3. Закон полного тока
- •Магнитное поле торроидальной катушки
- •6.5. Электромагнитная индукция
- •Наводимого электромагнитной индукцией потока
- •6.6. Пара-, диа- и ферромагнетики
- •6.7. Явление взаимоиндукции. Идеальный трансформатор
- •Его схематическое изображение (б)
- •6.8. Энергия магнитного поля
- •Вопросы по шестой главе:
- •Глава седьмая. Электрический ток
- •7.1. Основные элементы цепи постоянного тока. Законы Ома и Джоуля–Ленца
- •7.2. Законы Кирхгофа для разветвленной цепи
- •(К описанию законов Кирхгофа)
- •7.3. Переменный синусоидальный ток
- •Векторами: а – единичный вектор во вращающейся системе координат;
- •7.4. Переменная синусоидальная эдс. Законы Ома и Кирхгофа в комплексном виде
- •И участок цепи синусоидального тока (в)
- •7.5. Переходные процессы в электрических цепях
- •Вопросы по седьмой главе:
- •Глава восьмая. Электромагнитное поле
- •8.1. Уравнения Максвелла
- •8.2. Теорема Умова–Пойнтинга
- •Двухпроводной линии (а) и круглого провода (б)
- •8.3. Плоское электромагнитное поле в диэлектрике
- •Плоской электромагнитной волны в диэлектрике
- •П(х); г – формирование е0(х)
- •8.4. Плоское синусоидальное электромагнитное поле в диэлектрике
- •8.5. Плоская электромагнитная волна в проводящей среде
- •8.6. Плоское синусоидальное электромагнитное поле в смешанной среде
- •8.7. Сферическое электромагнитное поле в диэлектрике
- •Вопросы по восьмой главе:
- •Для выбора основных цветов:1 – красный;2 – зелёный;3 – синий
- •9.2. Интерференция света
- •Монохроматических волн; в – интерференция сферических волн
- •Предмета на фотоплёнку при облучении его лазером (монохроматическим когерентным светом;б)получение объёмного (стереоскопического) изображения этого предмета
- •9.3. Дифракция света
- •9.4. Отражение и преломление волн на границе двух сред
- •9.5. Геометрическая оптика
- •Вопросы по девятой главе:
- •Глава десятая. Акустика
- •10.1. Акустические волны в газе. Волновое уравнение
- •10.2. Поперечные упругие колебания протяжённых твердых тел и поверхностей жидкостей
- •10.3. Распространение гармонического звука в газе
- •10.4. Негармонические звуковые колебания
- •Вопросы по десятой главе:
- •Раздел пятый. Физические основы строения материи глава одиннадцатая. Элементы квантовой механики
- •1.1. Принцип неопределенности
- •11.2. Волна вероятности. Уравнение Шредингера
- •Вероятность её нахождения вдоль оси X(б)
- •11.3. Волна вероятности ускоряющейся частицы. Волновой пакет
- •При ускорении частицы (а) и его структура (б)
- •11.4. Движение электрического заряда в центрально-симметричном электрическом поле
- •А) при числе эпициклов,равном 1; б) при числе 2
- •Вопросы по одиннадцатой главе:
- •Глава двенадцатая. Физические основы строения материи
- •12.1. Элементарные частицы
- •Камере в результате столкновения π ––мезона с протоном р(а). В результате реакции появились k0 – мезон и λ0 – гиперон.Они на фотографии
- •12.2. Модели ядра
- •12.3. Ядерные процессы
- •12.4. Структура атома. Энергетические уровни
- •12.5. Некоторые физические явления, обусловленные квантовыми процессами в атомах
- •12.6. Формирование молекулярных структур
- •Атомов от расстояния между их центрами
- •12.7. Агрегатные состояния вещества
- •12.8. Твердое тело
- •Двух молекул от расстояния между ними
- •В кристаллах
- •Вопросы по двенадцатой главе:
- •Приложения
- •Примеры решения задач Несколько советов
- •Несколько предварительных замечаний
- •1. Кинематика.
- •2. Статика Задача № п.2
- •Решение
- •3. Динамика Задача № п.3
- •Решение
- •4. Термодинамика Задача№ п.4
- •Решение
- •5. Электростатика Задача № п.5
- •Решение
- •6. Магнитное поле Задача № п.6
- •Решение
- •7. Электрический ток Задача № п.7
- •Решение
- •8. Переменное электромагнитное поле Задача № п.8
- •Решение
- •9. Акустика Задача № п.9
- •Решение
- •10. Оптика Задача № п.10
- •Решение
- •11. Атомная и ядерная физика Задача № п.11
- •Решение
- •12. Молекулы и кристаллы Задача № п.12
- •Решение
- •Некоторые сведения из векторного анализа
- •Международная система единиц
- •3.1. Основные единицы и их эталоны
- •3.2. Единицы механических величин
- •П.3.3. Единицы тепловых величин
- •3.4. Единицы электромагнитных величин.
- •3.5. Единицы электромагнитного излучения и освещенности
- •Основные хронологические даты истории физики
- •Приложение 5 основные физические константы
- •Список литературы
- •Шапиро Семен Валентинович
- •450078, Г. Уфа, ул. Чернышевского, 145, к. 206; тел. (347) 241-69-85.
Вопросы по двенадцатой главе:
Перечислите все известные Вам элементарные частицы.
Какие из них стабильные?
Каково время жизни свободного нейтрона?
Перечислите известные Вам античастицы.
Каково время жизни мезонов, гиперонов и резонансов?
Перечислите известные Вам законы сохранения.
С помощью каких экспериментальных приборов изучают процессы микромира?
Что такое потенциал Юкавы?
Что такое кластер в ядерной физике?
Какие Вам известны естественные радиоактивные процессы?
Почему электроны в атоме поглощают и излучают строго определенные порции энергии? Какая физическая величина определяет эти порции?
Как называются порции электромагнитной энергии, поглощаемые и изучаемые электронами атомов?
Какие физические эффекты обусловлены квантовым характером поглощения и излучения электромагнитного поля?
Что такое энергия активации?
Что такое экзо- и эндотермический процессы?
Какие виды связей атомов в молекулу Вы знаете?
Почему кристаллическая решётка имеет правильную геометрическую форму?
Какие виды нарушений правильной кристаллической решетки бывают?
Что такое запретная зона в кристаллах?
Что такое дырочная проводимость?
Что такое когерентное излучение? Как оно возникает?
Приложения
Приложение 1
Примеры решения задач Несколько советов
1. Внимательно прочтите условия задачи и составьте модель изложенной в ней ситуации. Как правило, составление модели должно сопровождаться начертанием схематического рисунка. В рисунке сразу же надо исключить второстепенные детали и добавить расчетные характеристики. Например, если речь идет, о движении автомобиля и его размеры не играют никакой роли, его сразу можно заменить точкой, а его скорость – вектором. На этот рисунок сразу надо нанести все величины – и заданные, и искомые – в общем виде. Если задача предполагает изменение ситуации, то следует нарисовать не один, а два (три, четыре,…) рисунка – для каждой ситуации отдельно.
Помните,что,не разобравшись в качественной картине задачи,правильно решить ее не удастся
2. Составьте таблицу исходных данных, и искомых величин. Сразу переведите исходные данные в систему СИ. Это убережет Вас от численных ошибок.
Правда, по мере накопления навыков решения задач, можно в ряде случаев для ускорения получения конечного результата сохранить единицы, указанные в условии, но делать это нужно крайне осторожно. Особенно, если при этом придется пользоваться табличными константами.
3. Выберите необходимые для решения задач формулы и табличные константы. Помните, что кроме физических формул во многих задачах приходятся использовать математические формулы – геометрические, тригонометрические, алгебраические и т. п. Следует выписать в черновике и их.
4. Только теперь приступайте непосредственно к решению задачи. Помните, что смысл решения сводится к составлению уравнения (системы уравнений), включающего в себя в общем виде (в буквенных обозначениях) все исходные и искомые величины, и его решения. Проверьте – число уравнений обязательно должно совпадать с числом неизвестных (искомых или промежуточных) величин.
5. После получения результата обязательно оцените его достоверность (прежде, чем заглянуть в ответ). Например, человек не может бросить камень на 1 км, а скорости любых объектов не могут быть больше скорости света.
6. Не решайте задачу сразу на чистовую. Сделайте сначала черновик. Это позволит Вам несколько раз, если потребуется, перечертить схематический рисунок, внести любые правки при составления и решении уравнений, выписать число необходимых формул с некоторым избытком.