17.Контрольно-измерительные материалы Интернет-экзаменов профессионального образования (ФЭПО) (по специальностям).

18.Методические указания к выполнению лабораторного физпрактикума.

5.1.2 Дополнительная литература

19.МатвеевА.Н. Курсобщейфизики/ А.Н. Матвеев. – М.: Наука, 1982-1984.–Т.1-5.

20.СивухинД.В. Общийкурсфизики/ Д.В. Сивухин.– М.: Наука, 1979-1989.–Т.1-5.

21.Бутиков Е.И. Оптика / Е.И. Бутиков. – М.: Наука, 1985.

22.Матвеев А.Н. Оптика / А.Н. Матвеев. – М.: Наука, 1985.

23.Калашников С.Г. Электричество / С.Г. Калашников. – М.: Наука, 1985.

24.Шпольский Э.В. Атомная физика / Э.В. Шпольский. – М.: Наука, 1985.

25.Епифанов Г.И. Физика твердого тела / Г.И. Епифанов. – М.: Высш. шк., 1977.

26.Грибов Л.А. Основы физики / Л.А. Грибов, Н.И. Прокофьева. – М.: Высш.

шк., 1977.

27.Яворский Б.М. Справочник по физике / Б.М. Яворский, А.А. Детлаф. – М.:

Наука, 1990.

6 МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

6.1 Специализированные аудитории

Учебные лаборатории и оборудование кафедры физики ФГОУ ВПО «КГТУ».

7 УЧЕБНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ПО РАЗДЕЛАМ КУРСА ФИЗИКИ

ЧАСТЬ I. ОСНОВЫ МЕХАНИКИ. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ

Механика – часть физики, которая изучает закономерности механического движения и причины, вызывающие это движение, т.е. перемещение тела по отношению к другим телам.

Кинематикаизучаетдвижениетелбезучетаих массыидействующихнанихсил.

24

Динамика изучает законы механического движения макроскопических тел под действием приложенных к ним сил. Основу динамики составляют три закона Ньютона и закон всемирного тяготения.

Статика изучает условия равновесия твердых, жидких и газообразных сред под действием сил.

Движение происходит в пространстве и во времени. Для описания движения надо выбрать систему отсчета, т.е. выбрать совокупность тел, которые условно считаются неподвижными и по отношению к которым рассматривается движение других тел.

Электростатика. Постоянный ток. Электромагнетизм

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ. Электрические свойства тел. Элементарный заряд. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Электрическая постоянная. Электрическое поле. Напряженность поля. Принцип суперпозиции полей. Силовые линии поля. Поток вектора напряженности. Теорема Гаусса. Вычисление напряженности поля различных заряженных тел.

Работа сил электрического поля при перемещении зарядов. Циркуляция вектора напряженности. Потенциал. Связь между напряженностью электрического поля и потенциалом. Потенциал поля точечного заряда. Электрическое поле внутри заряженного проводника. Распределение зарядов в проводниках.

ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ. ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ. Проводники в электрическом поле. Электроемкость проводников. Конденсаторы. Соединение конденсаторов. Энергия системы зарядов. Энергия заряженного проводника. Энергия заряженного конденсатора. Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ДИЭЛЕКТРИКАХ. Свободные и связанные заряды. Электрический диполь. Электрический момент диполя. Диполь в однородном электрическом поле. Полярные и неполярные молекулы. Поляризация диэлектриков. Поляризованность (вектор поляризации). Электрическое смещение.

ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. Электрический ток. Сила тока. Плотность тока. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление проводников. Источники тока. Электродвижущая сила (э.д.с.). Закон Ома для полной цепи. Закон Ома для

25

участка цепи, содержащего э.д.с. Разветвленные цепи. Законы Кирхгофа. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ. Магнитное взаимодействие токов. Магнитное поле. Закон Ампера. Магнитная индукция. Силовые линии магнитного поля. Магнитная постоянная. Магнитное поле движущихся зарядов. Сила Лоренца.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ПОСТОЯННЫХ ТОКОВ. Закон Био-Савара-Лапласа для элемента тока. Поле прямолинейного и кругового токов. Магнитный момент кругового тока. Циркуляция вектора магнитной индукции. Магнитное поле соленоида. Магнитный поток. Работа перемещения контура с током в магнитном поле. Поведение магнитного момента в однородном магнитном поле.

ДВИЖЕНИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ И МАГНИТНОМ ПОЛЯХ. Движение заряженных частиц в однородном магнитном поле. Эффект Холла. Отклонение движущихся заряженных частиц электрическим и магнитным полями. Масс-спектрометры. Ускорение заряженных частиц. Элементы электронной оптики.

УРАВНЕНИЯ МАКСВЕЛЛА. Основные физические законы, используемые при написании уравнений Максвелла. Уравнение Максвелла для стационарных полей. Обобщение закона электромагнитной индукции Фарадея. Ток смещения. Система уравнений Максвелла в интегральной форме для произвольных полей.

ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ ПО ФИЗИКЕ (ЧАСТЬ 1)

Кинематическое уравнение движения материальной точки вдоль оси x: r r (t) ,

где r (t) – зависимость от времени t радиуса-вектора материальной точки.

Средняя скорость:

v rt ,

где r – перемещение.

Мгновенная скорость:

v dr . dt

26

Модуль мгновенной скорости:

v dsdt ,

где ds – путь, пройденный точкой за интервал dt.

Среднее ускорение:

a vt .

Мгновенное ускорение:

a dv . dt

Кинематическое уравнение вращения твердого тела вокруг неподвижной оси

(t).

Угловая скорость твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси:

d . dt

Угловое ускорение:

d . dt

Связь между линейными и угловыми величинами, характеризующими движение точки вращающегося вокруг неподвижной оси твердого тела:

a R ; an 2R ,

где v – модуль линейной скорости точки; a и an – модули тангенциального и нормального ускорения точки соответственно; – угловая скорость; – угловое ускорение; R – радиус окружности, по которой движется точка.

Импульс тела:

p mv ,

где m – масса тела; v – скорость тела.

27

Второй закон Ньютона:

a mF ,

где F – cила, действующая на тело; m – масса тела.

Силы, рассматриваемые в механике: - сила упругости: Fx kx ;

где k – коэффициент упругости; x – абсолютная деформация (координата, отсчитанная от положения равновесия);

-сила тяжести F mg ;

-сила трения скольжения F = fN,

где f – коэффициент трения; N – сила нормального давления.Закон сохранения импульса:

N pi const .

i 1

Кинетическая энергия тела, движущегося поступательно

Потенциальная энергия:

- упругодеформированной пружины:

W12 kx2 ;

-тела, находящегося в однородном поле силы тяжести:

mgh ,

где h – высота тела над уровнем, принятым за нулевой (формула справедлива при условии h << R, где R – радиус Земли).

Закон сохранения механической энергии:

E = T + = const.

Основное уравнение вращательного движения относительно неподвижной оси:

M J ,

28

где M – результирующий момент внешних сил, действующих на тело; – угловое ускорение; J – момент инерции тела относительно оси вращения.

Моменты инерции некоторых тел массы m относительно оси, проходящей через центр масс:

- стержня длины l относительно оси, перпендикулярной к стержню:

J121 ml 2 ;

-обруча (тонкостенного цилиндра) относительно оси, перпендикулярной к плоскости обруча (совпадающей с осью цилиндра):

JmR2 ,

где R – радиус обруча (цилиндра);

- диска радиусом R относительно оси, перпендикулярной к плоскости диска:

J12 mR2 .

Момент инерции тела относительно произвольной оси (теорема Штейнера):

JJo md 2 ,

где Jo – момент инерции тела относительно оси, проходящей через центр масс параллельно заданной оси; m – масса тела; d – расстояние между осями.

Момент импульса тела, вращающегося относительно неподвижной оси:

L J ,

где – угловая скорость тела.

Закон сохранения момента импульса системы тел, вращающихся вокруг неподвижной оси:

N

Ji i const .

i 1

Кинетическая энергия тела, вращающегося вокруг неподвижной оси:

T J 2 .

2

29

Закон Кулона:

F 1 Q1Q2 ,

4 o r2

где F – сила взаимодействия точечных зарядов Q1 и Q2; r – расстояние между зарядами; – диэлектрическая проницаемость; o – электрическая постоянная.

Напряженность электрического поля и потенциал:

E QF , П/ Q ,

где – потенциальная энергия точечного положительного заряда Q, находящегося в данной точке поля (при условии, что потенциальная энергия заряда, удаленного в бесконечность, равна нулю).

Сила, действующая на точечный заряд, находящийся в электрическом поле,

ипотенциальная энергия этого заряда:

E QE, П = Q .

Напряженность и потенциал поля, создаваемого системой точечных зарядов (принцип суперпозиции электрических полей):

где E и φ – напряженность и потенциал в данной точке поля, создаваемые i-м зарядом.

Напряженность и потенциал поля, создаваемого точечным зарядом:

где r – расстояние от заряда Q до точки, в которой определяются напряженность и потенциал.

Напряженность и потенциал поля, создаваемого проводящей сферой радиусом R с зарядом Q на расстоянии r от центра сферы:

30

Линейная плотность заряда:

= Q/l.

Поверхностная плотность заряда:

= Q/S.

Напряженность поля, создаваемого бесконечной прямой равномерно заряженной линией или бесконечно длинным цилиндром:

E 1 , 2 o r

где r – расстояние от нити или оси цилиндра до точки, напряженность поля в которой вычисляется.

Напряженность поля, создаваемого бесконечной равномерно заряженной плоскостью:

E2 o .

Связь потенциала поля с напряженностью поля:

Е= – grad .

Электрический момент диполя:

p Q l ,

где Q – заряд; l – плечо диполя (векторная величина, направленная от отрицательного заряда к положительному и численно равная расстоянию между зарядами).

31

Механический (вращательный) момент сил M , действующий на диполь с электрическим моментом p , помещенный в однородное электрическое поле с напря-

где – угол между направлениями векторов p и E .

Работа сил поля по перемещению заряда Q из точки поля с потенциалом 1 в точку с потенциалом 2:

А12 = Q( 1 – 2).

Электроемкость:

С= Q/ или С = Q/U,

где – потенциал проводника (при условии, что в бесконечности потенциал проводника принимается равным нулю); U – разность потенциалов пластин конденсатора.

Электроемкость уединенной проводящей сферы радиусом R:

C4 o R .

Электроемкость плоского конденсатора:

Cdo S ,

где S – площадь пластины (одной) конденсатора; d – расстояние между пласти-

нами.

Электроемкость батареи конденсаторов:

i1

Энергия заряженного конденсатора:

Объемная плотность энергии электростатического поля:

32

где dQ – заряд, прошедший через поперечное сечение проводника за время dt.Плотность тока:

j = I/S = en<v>,

где S – площадь поперечного сечения проводника; е – заряд частицы; n – концентрация частиц; v – скорость направленного движения частиц.

Закон Ома для участка цепи, содержащей э.д.с.:

I ( 1 2 ) ,

R

33

б) R 1 Ri 1 (при параллельном соединении),

i

где Ri – сопротивление i-го проводника.Работа тока:

A IUt I 2Rt UR2t .

Мощность тока:

Связь магнитной индукции B с напряженностью H магнитного поля:

B o H ,

где – магнитная проницаемость изотропной среды; о – магнитная постоянная. В вакууме = 1, в парамагнетике > 1, в диамагнетике < 1, в ферромагнетике

(H ).

Закон Био-Савара-Лапласа:

где dB – индукция магнитного поля, создаваемого элементом проводника длиной dl c током I; r – радиус-вектор, направленный от элемента проводника к точке, в которой определяется индукция; – угол между радиус-вектором и направлением тока в элементе проводника.

Магнитная индукция на оси кругового тока:

34

где h – расстояние от центра витка до точки, в которой определяется магнитная индукция.

Магнитная индукция поля, создаваемого отрезком проводника с током:

B 4 o rIo (cos 1 cos 2 ) ,

где ro – расстояние от оси проводника до точки, в которой определяется магнитная индукция; 1 и 2 – углы между направлением тока и радиус-векторами, проведенными из концов проводника в точку наблюдения.

Магнитная индукция поля длинного соленоида:

В= onI,

где n – отношение числа витков соленоида к его длине.

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле (закон Ампера):

или dF = Ibdl sin ,

где dl – длина элемента проводника; – угол между направлением тока в проводнике и вектором магнитной индукции.

Магнитный момент плоского контура с током: pm nIS ,

где n – единичный вектор нормали (положительной) к плоскости контура; I

–сила тока, проходящего по контуру; S – площадь контура.

Механический (вращательный) момент, действующий на контур с током, помещенный в однородное магнитное поле:

где – угол между векторами pm и B .

Сила Лоренца:

F QE Q v, B ,

где Q – заряд частицы; v – скорость частицы; E – вектор напряженности электрического поля; В - вектор магнитной индукции.

35

Магнитный поток:

Bn dS ,

S

(здесь интегрирование ведется по всей поверхности). В случае однородного поля и плоской поверхности:

Ф = ВS cos или Ф = Вn S,

где S – площадь контура; – угол между нормалью к плоскости контура и вектором магнитной индукции.

Работа по перемещению замкнутого контура в магнитном поле:

А= I Ф.

Э.д.с. индукции:

i ddt ,

где – потокосцепление (полный поток через N контуров).

Индуктивность контура: L = / I.

Э.д.с. самоиндукции:

s L dIdt .

Индуктивность соленоида:

L = on²V,

где n – отношение числа витков соленоида к его длине; V – объем соленоида.

Энергия магнитного поля соленоида:

W LI22 .

Объемная плотность энергии магнитного поля (энергия магнитного поля, сосредоточенная в единице объема):

где В – магнитная индукция; Н – напряженность магнитного поля.

36