Добавил:

Glavniy_toksik_RTF Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Ульяновский Государственный Технический Университет

Предмет:

Физика

Файл:

Физика [РТФ, Браже & Долгов, 1 семестр] / Шизика

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

05.08.2022

Размер:

5.61 Mб

Скачать

☆

1 / 321 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Р. А. Браже

ЛЕКЦИИ ПО ФИЗИКЕ

для студентов очно-заочной и заочной форм обучения по техническим направлениям подготовки бакалавров

Учебное пособие

Ульяновск

УлГТУ

2016

УДК 53(075.8) ББК 22.3я73

Б 87

Рецензенты:

кафедра теоретической и прикладной физики Новосибирского государственного аграрного университета

(зав. кафедрой – доктор технических наук, профессор А. П. Пичугин); доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой физик и химии Пензенского государственного университета архитектуры и строительства Г. И. Грейсух

Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

Браже, Р. А.

Б87 Лекции по физике для студентов очно-заочной и заочной форм обучения по техническим направлениям подготовки бакалавров : учебное пособие / Р. А. Браже. – Ульяновск :

УлГТУ, 2016. − 312 с.

ISBN 978-5-9795-1517-5

Пособие содержит изложение лекций по физике, прочитанных автором в течение ряда последних лет студентам 1–2 курса заочно-вечернего факультета Ульяновского государственного технического университета. Соответствует федеральным государственным образовательным стандартам высшего образования для технических направлений подготовки бакалавров с общей трудоемкостью по дисциплине «Физика» в объеме 8–12 зачетных единиц.

Предназначено для студентов высших учебных заведений очнозаочной и заочной форм обучения по техническим направлениям подготовки бакалавров.

Печатается в авторской редакции.

УДК 53(075.8) ББК 22.3я73

	© Браже Р. А., 2016
ISBN 978-5- 9795-1517-5	© Оформление. УлГТУ, 2016

Оглавление

Предисловие.........................................................................................................		8
Введение................................................................................................................		10
Глава 1. Механика.............................................................................................		15
Лекция 1	......................................................................................................................	15
1.1. Физические ...............................................основы классической механики		15
§ 1. ........................................................	Постулаты классической механики	15
§ 2. .......................................................	Преобразования координат Галилея	19
§ 3. ........................................................................................	Законы Ньютона	23
§ 4. .................................................................................	Сложение скоростей	24
§ 5. ................................................................................	Сложение ускорений	26
§ 6. .................................................................................................Центр масс		26
§ 7. ...............................................Поступательное движение твердого тела		28
§ 8. ..................................................Вращательное движение твердого тела		29
Лекция 2......................................................................................................................		37
1.2. Законы ............................................................................................сохранения		37
§ 1. ...........................................................................................	Теорема Нётер	37
§ 2. .....................................................................	Закон сохранения импульса	38
§ 3. .....................................................	Закон сохранения момента импульса	40
§ 4. ..............................................	Закон сохранения механической энергии	43
Лекция 3......................................................................................................................		49
1.3. Физические ..........................................основы релятивистской механики		49
§ 1. .....................................................Постулаты релятивистской механики		49
§ 2. ..........................Преобразования Лоренца для координат и скоростей		51
§ 3. ............................................................................	Сокращение масштабов	54
§ 4. .................................................................................	Замедление времени	55
§ 5. ........................................	Относительность одновременности событий	57
§ 6. ............................................................	Релятивистские масса и импульс	58
§ 7. ................................................	Релятивистские выражения для энергии	59
Глава 2. ..................................................Электричество и магнетизм		62
Лекция 4......................................................................................................................		62
2.1. Уравнения .............................................................электромагнитного поля		62
§ 1. ..........................	Характеристики электрического и магнитного полей	62
§ 2. ..................................................................	Первое уравнение Максвелла	66

§ 3.	Второе уравнение Максвелла ..................................................................	68
§ 4.	Третье уравнение Максвелла ...................................................................	70
§ 5.	Четвертое уравнение Максвелла .............................................................	72
§ 6.	Полная система уравнений Максвелла ...................................................	72
Лекция 5	......................................................................................................................	74
2.2. Электростатика ................................................................и магнитостатика		74
§ 1. .......................................	Уравнения электростатики и магнитостатики	74
§ 2. ..............................................................Электроемкость. Конденсаторы		76
§ 3. .....................................................................Индуктивность. Соленоиды		78
§ 4. ............................................................Энергия и силы в электростатике		80
Лекция 6......................................................................................................................		82
2.3. Законы ...........................................................................стационарных токов		82
§ 1. .....................................................	Характеристики электрического тока	82
§ 2. ....................................................................................	Правила Кирхгофа	84
§ 3. ............................	Классическая теория электропроводности металлов	86
§ 4. .............................	Закон Джоуля – Ленца в дифференциальной форме	88
§ 5. ...........................................	Энергия и мощность в электрической цепи	88
Глава 3. .....................................................................Колебания и волны		91
Лекция 7......................................................................................................................		91
3.1. Свободные ............................................................незатухающие колебания		91
§ 1. .....................................................................	Гармонический осциллятор	91
§ 2. .................................................................................Физический маятник		94
§ 3. ..........................................................Идеальный колебательный контур		96
Лекция 8......................................................................................................................		99
3.2. Сложение ............................................................гармонических колебаний		99
§ 1. .........................................................	Сложение когерентных колебаний	99
§ 2. .......................................................................................................	Биения	101
§ 3. ..............................	Сложение взаимно перпендикулярных колебаний	103
§ 4. ......................................................................................	Фигуры Лиссажу	106
Лекция 9.....................................................................................................................		108
3.3. Затухающие ......................................................и вынужденные колебания		108
§ 1. ............................................................................	Затухающие колебания	108
§ 2. ...............................................	Характеристики затухающих колебаний	112
§ 3. ........................................................................	Вынужденные колебания	115
§ 4. ....................................................................................................	Резонанс	116
Лекция 10...................................................................................................................		119
3.4. Волновые ..........................................................................................процессы		119
§ 1. .........................................................................................	Упругие волны	119

§ 2. Электромагнитные волны.......................................................................	121
§ 3. Энергия бегущей волны..........................................................................	123
§ 4. Скорости распространения упругих волн.............................................	126
§ 5. Стоячие упругие волны...........................................................................	131
Глава 4. Волновая оптика..........................................................................	135
Лекция 11...................................................................................................................	135
4.1. Поляризация света ...........................................................................................	135
§ 1. Понятие о поляризации волн. Виды поляризации света......................	135
§ 2. Поляризация света на границе раздела сред.........................................	137
§ 3. Поляризация света при прохождении через кристаллы ......................	140
§ 4. Управление поляризацией света ............................................................	142
§ 5. Искусственная анизотропия среды........................................................	147
Лекция 12...................................................................................................................	150
4.2. Интерференция света.......................................................................................	150
§ 1. Понятие интерференции волн ................................................................	150
§ 2. Условия максимумов и минимумов интерференции...........................	151
§ 3. Временная и пространственная когерентность излучения..................	153
§ 4. Интерференция света от двух щелей.....................................................	155
§ 5. Интерференция света в тонких пластинках..........................................	156
Лекция 13...................................................................................................................	159
4.3. Дифракция света...............................................................................................	159
§ 1. Принцип Гюйгенса – Френеля................................................................	159
§ 2. Зоны Френеля. Зонные пластинки .........................................................	161
§ 3. Дифракция Фраунгофера на щели .........................................................	164
§ 4. Дифракционная решетка.........................................................................	166
Лекция 14...................................................................................................................	171
4.4. Взаимодействие света с веществом...............................................................	171
§ 1. Дисперсия волн. Соотношение Рэлея....................................................	171
§ 2. Физическая природа дисперсии света ...................................................	172
§ 3. Поглощение света....................................................................................	174
§ 4. Рассеяние света ........................................................................................	175
Глава 5. Квантовая физика.......................................................................	179
Лекция 15...................................................................................................................	179
5.1. Квантовая природа излучения.......................................................................	179
§ 1. Тепловое излучение.................................................................................	179
§ 2. Формула Планка и ее следствия.............................................................	183
§ 3. Внешний фотоэффект..............................................................................	188

§ 4. Давление света .........................................................................................	191
§ 5. Эффект Комптона....................................................................................	193
Лекция 16...................................................................................................................	195
5.2. Волновые свойства частиц .............................................................................	195
§ 1. Волны де Бройля......................................................................................	195
§ 2. Соотношение неопределенностей Гейзенберга....................................	196
§ 3. Уравнение Шредингера...........................................................................	198
§ 4. Прохождение частицы через потенциальный барьер ..........................	202
§ 5. Частица в одномерной потенциальной яме...........................................	204
§ 6. Линейный гармонический осциллятор..................................................	207
Лекция 17...................................................................................................................	209
5.3. Физика атомов и молекул...............................................................................	209
§ 1. Атом водорода..........................................................................................	.209
§ 2. Многоэлектронные атомы.......................................................................	215
§ 3. Характеристическое рентгеновское излучение....................................	219
§ 4. Молекулы..................................................................................................	221
Лекция 18...................................................................................................................	225
5.4. Атомное ядро .....................................................................................................	225
§ 1. Строение атомных ядер...........................................................................	225
§ 2. Критерий устойчивости ядра..................................................................	228
§ 3. Радиоактивность ......................................................................................	231
§ 4. Деление тяжелых ядер.............................................................................	234
§ 5. Ядерный синтез........................................................................................	236
Глава 6. Молекулярная физика и термодинамика....................	238
Лекция 19...................................................................................................................	238
6.1. Основы классической статистической физики..........................................	238
§ 1. Распределение Максвелла.......................................................................	238
§ 2. Характерные скорости движения молекул............................................	240
§ 3. Распределение Больцмана.......................................................................	243
§ 4. Энтропия...................................................................................................	244
Лекция 20...................................................................................................................	249
6.2. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа...............................	249
§ 1. Внутренняя энергия идеального газа.....................................................	249
§ 2. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории...................	252
§ 3. Кинетическая теория явлений переноса в газах...................................	255
Лекция 21...................................................................................................................	262
6.3. Начала термодинамики...................................................................................	262
§ 1. Первое начало термодинамики...............................................................	262

§ 2. Классическая теория теплоемкостей .....................................................	265
§ 3. Теорема Карно..........................................................................................	267
§ 4. Второе начало термодинамики...............................................................	269
§ 5. Третье начало термодинамики ...............................................................	272
Лекция 22...................................................................................................................	273
6.4. Фазовые состояния, переходы и равновесия ..............................................	273
§ 1. Основные понятия ...................................................................................	273
§ 2. Уравнение Клапейрона – Клаузиуса......................................................	276
§ 3. Уравнение Ван-дер-Ваальса ...................................................................	278
§ 4. Критические параметры..........................................................................	282
Глава 7. Элементы физики твердого тела.....................................	284
Лекция 23...................................................................................................................	284
7.1. Симметрия кристаллов. Тепловые свойства твердых тел.......................	284
§ 1. Кристаллическая решетка.......................................................................	284
§ 2. Дефекты кристаллической решетки.......................................................	288
§ 3. Фононы. Распределение Бозе – Эйнштейна..........................................	290
§ 4. Теплоемкость твердых тел......................................................................	292
Лекция 24...................................................................................................................	296
7.2. Электропроводность твердых тел.................................................................	296
§ 1. Распределение Ферми – Дирака.............................................................	296
§ 2. Элементы зонной теории твердых тел...................................................	298
§ 3. Электропроводность металлов...............................................................	303
§ 4. Электропроводность полупроводников ................................................	306
Список использованной литературы................................................	312

Предисловие

Процесс преподавания любой дисциплины, в том числе физики, студентам очно-заочной (вечерней) и зочной форм обучения обладает рядом особенностей. Во-первых, в учебных планах для этих категорий обучающихся предусмотрен значительно меньший процент аудиторных занятий, чем у студентов очной формы обучения. Основной упор сделан на самостоятельную работу студентов с учебной литературой. Во-вторых, из-за проблем, связанных с работой, эти студенты значительно чаще, чем студенты-очники, пропускают даже те немногочисленные аудиторные занятия, которые предусмотрены расписанием занятий. Наконец, в-третьих, это студенты, как правило, более старшего возраста, окончившие школу сравнительно давно, и поэтому уровень их стартовых знаний по предмету крайне низкий.

Эти обстоятельства диктуют необходимость наличия для сту- дентов-вечерников и заочников отдельных учебных пособий, отличных от используемых студентами-очниками. Такие учебные пособия должны быть более краткими и конкретными. Они не должны быть перегружены сложными математическими преобразованиями. Они должны быть написаны более образным языком и снабжены более содержательными и наглядными иллюстрациями и примерами. Разумеется, при всем этом не должны пострадать строгость изложения теоретического материала и корректность полученных выводов.

К сожалению, в настоящее время, насколько известно автору, учебные пособия по физике, содержащие лекционный материал, для студентов очно-заочной и заочной форм обучения по федеральным государственным стандартам высшего образования по техническим направлениям бакалавриата в отечественной учебно-педагогической практике отсутствуют. Что касается задачников по физике, то широко известное и повсеместно использовавшееся в нашей стране учебное

пособие А. Г. Чертова «Физика. Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников инженерно-технических специальностей вузов (включая сельскохозяйственные вузы)» не переиздавалось с 1987 года и, конечно, уже не отражает реалий сегодняшнего дня.

В связи с этим, издание учебной литературы по физике, ориентированной на использование студентами-вечерниками и заочниками, представляется крайне важной и актуальной задачей. Автор надеется, что предлагаемое пособие внесет некоторый вклад в решение этой задачи.

Указанное учебное пособие представляет собой сокращенный и упрощенный, в соответствии со спецификой очно-заочной и заочной форм обучения, вариант ранее изданных книг: Р. А. Браже. Лекции по физике. − Ульяновск: УлГТУ, 2011. – 383 с. и Р. А. Браже. Лекции по физике. – СПб.: Издательство «Лань», 2013. – 320 с. Кроме того, в пособие добавлен раздел «Элементы физики твердого тела», крайне важный для студентов, обучающихся по радиотехническим, машиностроительным и строительным направлениям подготовки бакалавров. Исправлены также многочисленные опечатки, допущенные в вышеназванных книгах.

Р. А. Браже

Введение

Физика (от др.-греч. ϕυσις − природа) – это наука, изучающая наиболее общие закономерности, определяющие строение и эволюцию материального мира. Материя хотя и переводится с латыни как вещество, в настоящее время рассматривается в более широком смысле. В философии под материей понимается философская категория для обозначения объективной реальности, включающей в себя бесконечное множество всех существующих в мире объектов и систем, а также любых форм движения, отношений и взаимодействий. В физике используется более узкий подход: материя – это фунда-

ментальное понятие, связанное с любыми существующими в природе объектами, о которых можно судить по оказываемому с их стороны воздействию или реакции. При этом оказываемое воздействие мы можем воспринимать непосредственно через органы чувств, благодаря ощущениям, или установить его наличие при помощи каких-либо приборов.

В современной физике выделяют три формы существования ма-

терии: вещество, поле и физический вакуум. При этом вещество рассматривается как вид материи, обладающий массой покоя и дискретной структурой, образуемой взаимодействующими системами фундаментальных частиц.

Стандартная модель строения вещества, сложившаяся в современной физике, исходит из того, что вся «видимая» материя во Вселенной состоит из фундаментальных частиц трех типов: лептонов, кварков и носителей взаимодействия – бозонов. Фундаментальные частицы связаны с четырьмя типами известных науке фундаменталь-

ных взаимодействий: гравитационным, слабым, электромагнитным и сильным.

1 / 321 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке Физика [РТФ, Браже & Долгов, 1 семестр]

#
05.08.20224.7 Mб15178.pdf
#
05.08.20225.73 Mб16Физика 1 семестр.rtf
#
05.08.20225.61 Mб40Шизика.pdf
#
05.08.2022243.37 Кб8Экз1.jpg
#
05.08.2022119.91 Кб7Экз2.jpg