УДК 53.1:372.8(0.75.4)=161.1 ББК 74.265.1

С59

        Соколович Ю. А.

С59 Фізика: Навчально-практичний довідник / Ю. А. Соколович, Г. С. Богданова.— Х.: Видавництво «Ранок», 2010.— 384 с.

ISBN 978-611-540-200-7

Довідникявляєсобоючіткоструктурованийвикладкурсуфізики загальноосвітньоїшколизакцентаминапоняттяхізакономірностях фізики, методах та алгоритмах розв’язування основних типів задач.

Увиданні наведений комплекс спеціально підібраних розрахункових задач із розв’язаннями, витримані нормативні вимоги до їх оформлення, надані методичні рекомендації.

Умежах кожного розділу навчальний матеріал подано за темами

ісупроводжено схемами, рисунками, графіками, таблицями, що дає змогу наочно ілюструвати його зміст.

Видання складено відповідно до чинної програми з фізики для загальноосвітніх навчальних закладів, тому буде корисним як під час вивчення навчального матеріалу, так і в ході підготовки до поточного або підсумкового контролю, ЗНО. Систематичне використання довідника сприятиме формуванню й закріпленню навичок самостійної роботи з довідковою літературою.

Посібник можна використовувати в комплекті з будь-яким чинним підручником з фізики. Наявність предметного покажчика максимально полегшить пошук потрібної інформації.

Призначено для учнів 7—11 класів, абітурієнтів, учителів фізики.

УДК 53.1:372.8(0.75.4)=161.1 ББК 74.265.1

Зміст

Передмова . . . . . . . . . . . . . . . . . .  11

Механіка

1.Кінематика матеріальної точки. . . . . . .13

1.1.Основні поняття . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.2.Операції з векторними величинами . . . . . . . . 15

1.3.Відносність руху. Класичний закон додавання

швидкостей . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1.4.Прямолінійний рух . . . . . . . . . . . . . . 19

1.5.Криволінійний рух. Рівномірний рух по колу . . . . 25

1.6. Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . . 28

2.Динаміка матеріальної точки. . . . . . . .37

2.1.Основні закони динаміки. Сила. Рівнодійна сила . . 37

2.2.Сили в механіці . . . . . . . . . . . . . . . . 42

2.3.Рух тіла в безповітряному просторі (без урахування сили тертя) . . . . . . . . . . . 53

2.4.Алгоритм розв’язання кількісних задач із фізики . . 55

2.5.Методичні рекомендації щодо розв’язання задач

3.Закони збереження в механіці. . . . . . . 69

3.1.Імпульс тіла. Імпульс сили . . . . . . . . . . . 69

3.2.Закон збереження імпульсу . . . . . . . . . . . 69

3.3.Реактивний рух . . . . . . . . . . . . . . . . 69

3.4.Енергія. Закон збереження енергії.

Види енергії . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

3.5.Види механічної енергії та їх зв’язок з роботою . . . 71

3.6.Механічна робота і потужність . . . . . . . . . . 73

3.7.Механічний удар . . . . . . . . . . . . . . . . 75

3.8.Прості механізми . . . . . . . . . . . . . . . 76

3.9.Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . . 80

3

4.Механіка твердого тіла. . . . . . . . . . . 100

4.1.Основні поняття . . . . . . . . . . . . . . . 100

4.2.Умови і види рівноваги твердого тіла . . . . . . . 101

4.3.Момент імпульсу.

Закон збереження моменту імпульсу . . . . . . . 104

4.4.Зіставлення рівнянь механіки поступального й

обертального рухів (табл. 2) . . . . . . . . . . . . 105 4.5. Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . 106

5. Гідростатика і аеростатика. . . . . . . . .112

5.1. Тиск . . . . . . . . . . . . . . . . .     112

5.2.Закон Паскаля . . . . . . . . . . . . . . . . 113

5.3.Гідростатичний тиск . . . . . . . . . . . . . 113

5.4.Сполучені посудини . . . . . . . . . . . . . . 113

5.5.Гідростатичний парадокс . . . . . . . . . . . . 114

5.6.Гідравлічна машина . . . . . . . . . . . . . . 115

5.7.Закон Архімеда . . . . . . . . . . . . . . . . 115

5.8.Умови плавання тіл (табл. 3) . . . . . . . . . . 116

5.9.Атмосферний тиск, його вимірювання . . . . . . 117

5.10. Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . 118

6.Гідродинаміка і аеродинаміка. . . . . . .128

6.1.Струминна течія рідин і газів . . . . . . . . . . 128

6.2.Рівняння Бернуллі . . . . . . . . . . . . . . 129

6.3.Підйомна сила крила літака . . . . . . . . . . 131

6.4.Коефіцієнт лобового опору для тіл

Молекулярна фізика

1.Основи молекулярно-кінетичної теорії будови речовини. . . . . . . . . . . . . . . 137

1.1.Основні положення молекулярно-кінетичної теорії та їх дослідне обґрунтування . . . . . . . . . . 137

1.2.Сили молекулярної взаємодії . . . . . . . . . . 138

1.3.Маса атомів і молекул . . . . . . . . . . . . . 139

1.4.Молярна маса. Кількість речовини . . . . . . . . 140

4

1.5.Ідеальний газ. Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу

(рівняння Клаузіуса) . . . . . . . . . . . . . 141

1.6.Температура. Термодинамічна шкала температур і її зв’язок з температурою за міжнародною шкалою . . 142

1.7.Середня швидкість теплового руху

одноатомних молекул. Дослід Штерна . . . . . . 143 1.8. Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . 144

2.Властивості газів (газові закони). . . . . .145

2.1.Рівняння стану ідеального газу (рівняння Клапейрона — Менделєєва) . . . . . . 145

2.2.Газові закони . . . . . . . . . . . . . . . . 146

2.3.Закон Дальтона . . . . . . . . . . . . . . . . 148

2.4.Розподіл молекул ідеального газу за швидкостями

(розподіл Максвелла) . . . . . . . . . . . . . 149

2.5.Середня довжина вільного пробігу молекул . . . . 149

2.6. Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . 149

3.Властивості пари. . . . . . . . . . . . . . .157

3.1.Пара. Випаровування і конденсація . . . . . . . 157

3.2.Насичена і ненасичена пара . . . . . . . . . . . 158

3.3.Вологість повітря (відносна й абсолютна).

Точка роси . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

3.4.Кипіння. Перегріта рідина . . . . . . . . . . . 161

3.5.Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . 161

4.Властивості рідин. . . . . . . . . . . . . . 164

4.1.Особливості поверхневого шару рідини . . . . . . 165

4.2.Поверхнева енергія. Поверхневий натяг . . . . . . 165

4.3.Явище змочування. Капілярні явища . . . . . . 166

4.4.Формула Лапласа . . . . . . . . . . . . . . . 167

4.5. Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . 168

5.Властивості твердих тіл. . . . . . . . . . . 175

5.1.Кристалічні та аморфні тіла. Їхні властивості . . . 175

5.2.Типи твердих кристалів . . . . . . . . . . . . 176

5

5.5. Механічні властивості твердих тіл . . . . . . . . 178 5.6. Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . 179

6. Теплове розширення твердих і рідких тіл. . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

6.1.Графік залежності потенціальної енергії взаємодії найпростіших молекул від відстані між ними

(потенціальна яма) . . . . . . . . . . . . . . 182

6.2.Лінійне й об’ємне розширення твердих

і рідких тіл . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

6.3.Особливості теплового розширення води . . . . . 183

6.4.Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . 183

Основи термодинаміки

1.Внутрішня енергія і її зміна при теплопередачі та виконанні роботи. . . .185

1.1.Внутрішня енергія ідеального газу . . . . . . . . 186

1.2.Робота ідеального газу. Її геометричне тлумачення . 186

1.3.Теплопередача та її види . . . . . . . . . . . . 187

1.4.Кількість теплоти. Рівняння теплового балансу . . 188

1.5.Питома теплоємність речовини . . . . . . . . . 188

1.6.Питома теплота згоряння палива.ККД нагрівача . . 190

1.7.Змінювання агрегатного стану речовини . . . . . 190

2.Перший закон термодинаміки. Адіабатичний процес. . . . . . . . . . . . 191

3.Другий закон термодинаміки. Ентропія. .193

4.Теплові двигуни. . . . . . . . . . . . . . . 194

5.Приклади розв’язання задач . . . . . . . .196

Електродинаміка

1.Електростатика. . . . . . . . . . . . . . . .207

1.1.Електричний заряд. Закон збереження заряду . . . 207

1.2.Взаємодія зарядів. Закон Кулона . . . . . . . . 208

6

1.3.Електричне поле. Електростатичне поле. Напруженість електричного поля. Принцип суперпозиції полів . . 209

1.4.Електричне поле у речовині . . . . . . . . . . . 212

1.5.Робота в електростатичному полі. Потенціал поля. Різниця потенціалів двох точок поля . . . . . . . 214

1.6.Електрична напруга . . . . . . . . . . . . . . 215

1.7.Електризація тіл . . . . . . . . . . . . . . . 216

1.8.Електрична ємність. Плоский конденсатор.

Енергія електричного поля . . . . . . . . . . . 217

1.9. Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . 218

2.Постійний струм. . . . . . . . . . . . . . . 223

2.1.Електричний струм. Сила струму. Густина струму . 223

2.2.Закон Ома для ділянки кола. Опір металевих провідників. Надпровідність . . . . . . . . . . 224

2.3.Послідовне і паралельне з’єднання провідників . . 226

2.4.ЕРС. Закон Ома для повного кола.

З’єднання елементів . . . . . . . . . . . . . . 228

2.5.Робота і потужність струму.

Закон Джоуля — Ленца . . . . . . . . . . . . 230 2.6. Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . 231

3.Струми провідності. . . . . . . . . . . . . .236

3.1.Електричний струм у металах. Контактна різниця потенціалів. Явище Пельтьє . . . . . . . . . . 236

3.2.Струм в електролітах . . . . . . . . . . . . . 238

3.3.Електричний струм у газах (газовий розряд) . . . . 240

3.4.Струм у напівпровідниках . . . . . . . . . . . 244

3.5.Струм у вакуумі (струм переносу) . . . . . . . . 248

3.6. Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . 252

4.Магнетизм. . . . . . . . . . . . . . . . . . 254

4.1.Магнітне поле. Магнітна індукція поля . . . . . . 254

4.2.Магнітне поле струму . . . . . . . . . . . . . 256

4.3.Дія магнітного поля на рухомий заряд (сила Лоренца) і провідник зі струмом

(сила Ампера). Правило лівої руки . . . . . . . . 258

4.4.Дія магнітного поля на рамку зі струмом.

Магнітний потік . . . . . . . . . . . . . . . 259

7

4.5.Закон взаємодії паралельних струмів . . . . . . . 260

4.6.Магнітне поле у речовині . . . . . . . . . . . . 261

4.7. Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . 266

5.Електромагнітна індукція. . . . . . . . . 272

5.1.Явище електромагнітної індукції.

Вихрове електричне поле . . . . . . . . . . . . 272

5.2.Основний закон електромагнітної індукції (закон Фарадея). Правило Ленца.

Правило правої руки . . . . . . . . . . . . . 274

5.3.Індукційні струми в суцільних провідниках . . . . 275

5.4.Самоіндукція. Індуктивність.

Енергія магнітного поля . . . . . . . . . . . . 276

5.5.Електромагнітне поле.

Теорія Максвелла в якісному вигляді . . . . . . . 277

5.6.Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . 279

Фізика коливань

1.Коливальний рух. . . . . . . . . . . . . . .282

1.1.Основні поняття . . . . . . . . . . . . . . . 282

1.2.Гармонічні коливання . . . . . . . . . . . . . 283

1.3. Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . 288

2.Змінний струм . . . . . . . . . . . . . . . . 292

2.1.Одержання змінного синусоїдного струму. Закономірності змінного струму . . . . . . . . . 292

2.2.Діюче значення змінного струму . . . . . . . . . 293

2.3.Опір змінному струму.

Закон Ома для змінного струму . . . . . . . . . 294

2.4.Електричний резонанс. Резонанс напруг.

Резонанс струмів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295

2.5.Випрямлення змінного струму . . . . . . . . . 296

2.6.Трансформація змінного струму . . . . . . . . . 297

2.7.Змінний струм високої частоти . . . . . . . . . 298

2.8.Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . 299

8

3.Електромагнітні коливання. . . . . . . . 302

3.1.Коливальний контур.

Вільні електромагнітні коливання . . . . . . . . 302

3.2.Закономірності вільних електромагнітних коливань. Згасаючі коливання . . . . . . . . . . . . . . 303

3.3.Отримання незгасаючих електромагнітних

4.Механічні хвилі. Звук. . . . . . . . . . . . 307

4.1.Поздовжні і поперечні хвилі. Промінь.

Довжина хвилі. Фронт хвилі . . . . . . . . . . 307

4.2.Принцип Гюйгенса . . . . . . . . . . . . . . 308

4.3.Інтерференція хвиль . . . . . . . . . . . . . 310

4.4.Дифракція хвиль . . . . . . . . . . . . . . . 310

4.5.Звук. Звукові хвилі.

Інтенсивність, висота і тембр звуку . . . . . . . 311

4.6.Луна. Звуковий резонанс . . . . . . . . . . . . 312

4.7. Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . 313

5.Електромагнітні хвилі . . . . . . . . . . . 314

5.1.Випромінювання електромагнітних хвиль відкритим коливальним контуром . . . . . . . . 314

5.2.Швидкість поширення електромагнітних хвиль . . 316

5.3.Принцип радіозв’язку. Модуляція і детектування

(демодуляція) . . . . . . . . . . . . . . . . 316

5.4.Класифікація радіохвиль і особливості їх поширення . . . . . . . . . . . 317

5.5.Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . 318

Оптика

1.Хвильова оптика. . . . . . . . . . . . . . .320

1.1.Монохроматичне світло. Заломлення світла . . . . 320

1.2.Дисперсія світла . . . . . . . . . . . . . . . 321

1.3.Розподіл енергії в спектрі білого світла.

Теплове випромінювання . . . . . . . . . . . . 322

1.4.Інтерференція білого світла за Френелем . . . . . 323

9

1.5.Інтерференція білого світла за Ньютоном.

Кільця Ньютона . . . . . . . . . . . . . . . 324

1.6.Дифракція білого світла . . . . . . . . . . . . 325

1.7.Поляризація світла . . . . . . . . . . . . . . 327

1.8.Явище Доплера . . . . . . . . . . . . . . . . 328

1.9. Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . 329

2.Геометрична оптика. . . . . . . . . . . . .332

2.1.Прямолінійне поширення світлав однорідному середовищі . . . . . . . . . . . . . . . . . 332

2.2.Закони відбивання світла . . . . . . . . . . . 332

2.3.Закони заломлення світла.

Повне відбивання світла . . . . . . . . . . . . 334

2.4.Хід променів через плоскопаралельну пластинку,

призму . . . . . . . . . . . . . . . . .   336

2.5.Сферичні лінзи . . . . . . . . . . . . . . . . 337

2.6.Око як оптична система . . . . . . . . . . . . 341

2.7.Оптичні прилади. Кутове збільшення . . . . . . 342

2.8.Сферичні дзеркала . . . . . . . . . . . . . . 345

2.9. Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . 346

3.Випромінювання та спектри. . . . . . . . 348

3.1.Люмінесценція . . . . . . . . . . . . . . . . 348

3.2.Інфрачервоні та ультрафіолетові промені . . . . . 348

3.3. Рентгенівські промені . . . . . . . . . . . . . 349

3.4Спектри випромінювання. Спектри поглинання . . 350

3.5.Спектральний аналіз . . . . . . . . . . . . . 351

3.6.Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . 351

Сучасна фізика

1.Спеціальна теорія відносності (часткова теорія відносності). . . . . . . .352

1.1.Поняття про простір і час . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352

1.2.Постулати СТВ. Перетворення Лоренца . . . . . . 352

1.3.Висновки СТВ . . . . . . . . . . . . . . . . 353

1.4.Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . 356

10

2.Квантова оптика. . . . . . . . . . . . . . .356

2.1.Теорія Планка. Імпульс фотона . . . . . . . . . 356

2.2.Фотоефект . . . . . . . . . . . . . . . . . 357

2.3.Фотоелементи та їх застосування . . . . . . . . 358

2.4. Світловий тиск . . . . . . . . . . . . . . . . 358

2.5.Корпускулярно-хвильовий дуалізм . . . . . . . . 360

2.6.Хімічний вплив світла. Чорно-біла фотографія. Фотосинтез. Ланцюгові реакції . . . . . . . . . 360

2.7. Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . 361

3.Фізика атома. . . . . . . . . . . . . . . . . 363

3.1.Планетарна модель атома Резерфорда . . . . . . 363

3.2.Постулати Бора. Борівські орбіти . . . . . . . . 364

3.3.Атом Гідрогену за Н. Бором . . . . . . . . . . . 365

3.4. Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . 365

4.Фізика атомного ядра. . . . . . . . . . . . 367

4.1.Відкриття протона і нейтрона . . . . . . . . . . 367

4.2.Теорія будови ядра . . . . . . . . . . . . . . 368

4.3.Енергія зв’язку ядра. Дефект маси . . . . . . . . 368

4.4.Природна радіоактивність . . . . . . . . . . . 369

4.5.Штучна радіоактивність . . . . . . . . . . . . 370

4.6.Часткове звільнення внутрішньоядерної енергії при екзотермічних ядерних реакціях . . . . . . . . 370

4.7.Закон радіоактивного розпаду . . . . . . . . . 373

4.8. Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . 373

5.Елементарні частинки. . . . . . . . . . . .374

5.1.Фізика елементарних частинок . . . . . . . . . 374

5.2.Приклади розв’язання задач . . . . . . . . . . 375

ПРЕДМЕТНИЙ ПОКАЖЧИК. . . . . . . . . . . 377

11

Передмова

Навчально-практичний довідник складено відповідно до чинної програми з фізики для загальноосвітніх навчальних закладів. Посібник являє собою докладний, заснований на багаторічному педагогічному досвіді авторів, виклад усього курсу фізики загальноосвітньої школи з акцентами на основних поняттях і закономірностях фізики.

Посібник якнайкраще допоможе учням в реалізації завдань успішного навчання учнів, а вчителям — щодо втілення ідеї диференційованого підходу в процесі навчання фізики. Адже у виданні наведений комплекс спеціально підібраних задач із розв’язаннями, надані методичні рекомендації, розглянутий алгоритм розв’язування кількісних задач, витримані нормативні вимоги до оформлення задач.

Слід звернути увагу й на те, що автори орієнтують учнів не на кількість розв’язаних завдань, а на їхню розмаїтість. Завдання підібрані так, щоб у процесі розв’язування краще усвідомити фізичну суть досліджуваних явищ і закономірностей. Завдання допоможуть учням виділити основне при вивченні певної теми й переконатися в успішному її за­ своєнні.

Очевидною є багатопрофільність застосування: посібник можна використати як під час вивчення поточного навчального матеріалу, так і для повторення вже засвоєного й систематизації знань. Посібник значно полегшить підготовку до поточного й підсумкового контролю, зовнішнього незалежного оцінювання; сприятиме формуванню й закріпленню навичок самостійної роботи з довідковою літературою­ .

Посібник чітко структурований, ілюстрований численними схемами, рисунками, таблицями; ним можна користуватися у комплекті з будь-яким чинним підручником з фізики. Наявність докладного змісту й предметного покажчика максимально полегшать пошук потрібної інформації.

12