БУКОВИНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ФІНАНСОВО-ЕКОНОМІЧНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ

ФІЗИКА

Конспект лекцій підготовки бакалавра

галузі знань 0501 «Інформатика та обчислювальна техніка»

спеціальності 6.050101 “Комп’ютерні науки”

В.Л. КАЗАК

2011р.

Конспект лекцій складається з 6 частин, відповідно до змістовних модулів курсу фізики для підготовки бакалавра галузі знань 0501 «Інформатика та обчислювальна техніка» спеціальності 6.050101 “Комп’ютерні науки”: 1. Механіка. 2. Електрика. Електромагнетизм. 3. Коливання та хвилі. 4. Оптика. 5. Атомна та ядерна фізика. 6. Фізика твердого тіла. Квантова теорія речовини.

Казак Віктор Леонідович 2011р.

ЗМІСТ

Частина 1. Механіка.

Тема 1. Вступ. Кінематика поступального руху.

Тема 2. Кінематика обертального руху.

Тема 3. Динаміка поступального руху матеріальної точки.

Тема 4. Закони збереження в механіці.

Тема 5. Динаміка обертального руху.

Тема 6.Механічний принцип відносності.

Тема 7. Елементи релятивістської динаміки.

Частина 2. Електрика. Електромагнетизм.

Тема 8. Електростатичне поле.

Тема 9. Провідник в електричному полі.

Тема 10. Постійний електричний струм.

Тема 11. Електричний струм в рідинах і в газах.

Тема 12. Магнітне поле у вакуумі.

Тема 13.Явище електромагнітної індукції.

Тема 14. Магнітне поле в речовині.

Частина 3. Коливання та хвилі.

Тема 15.Коливання та хвилі.

Тема 16.Складання коливань.

Тема 17.Загасаючі коливання.

Тема 18.Вимушені механічні та електромагнітні коливання.

Тема 19.Хвилі.

Частина 4. Оптика.

Тема 22.Геометрична оптика.

Тема 23. Хвильова оптика. Інтерференція світла.

Тема 24. Дифракція світла.

Тема 25.Поляризація світла.

Тема 26.Квантова оптика.

Тема 27.Елементи квантової механіки.

Тема 28.Рівняння Шредінгера.

Частина 5. Атомна та ядерна фізика.

Тема 29. Фізика атомів і атомних ядер.

Тема 30. Періодична система елементів.

Тема 31. Атомне ядро.

Тема 32.Молекулярна фізика і основи термодинаміки.

Тема 33.Функція розподілу.

Тема 34.Кінетична теорія газів.

Тема 35.Основи термодинаміки.

Частина 6. Фізика твердого тіла. Квантова теорія речовини.

Тема 36.Елементи фізики твердого тіла.

Тема 37.Поняття про зону теорію твердих тіл.

Тема 38.Власна провідність напівпровідників.

Тема 39.Фотопровідність напівпровідників.

Тема40.Елементи квантової теорії електропровідності металів.

Тема 41.Випрямлення на контакті метал-напівпровідник.

Тема 42.Напівпровідникові діоди та транзистори.

Частина 1. Механіка.

Тема 1. Вступ. Кінематика поступального руху.

Вступ. Кінематика поступального руху (2 год.)

Мета: Ввести основні поняття механіки.

План

1. Елементи кінематики. Поступальний рух.

2. Радіус-вектор, траєкторія, шлях, переміщення

Швидкість, прискорення Нормальне і тангенціальне п

1. Основні поняття механіки.

Предметом вивчення механіки є механічний рух, який поля-гає в зміні з часом взаємного положення тіл або їхніх частин упросторі. Всякий рух відбувається відносно довільного тіла, щоназивається тілом відліку. З тілом відліку пов'язують систему ко-

ординат, за допомогою якої задається положення тіла, що ру-хається. Сукупність тіла відліку, пов'язану з ним систему координат і годинника, що визначає час, називається системою відліку.Відносно різних систем відліку рух одного і того ж тіла виглядаєпо-різному. У цьому полягає відносність руху. При рішенні практичних задач систему відліку необхідно вибирати так, щоб рух розглянутого тіла був найбільш простим, тобто описувався найменшим числом рівнянь. Для математичного опису руху різних тіл використовують математичні моделі. Ми будемо користуватися моделями матеріальної точки й абсолютно твердого тіла.Матеріальною точкою називається тіло, розмірами якого в умовах даної задачі можна знехтувати. Положення матеріальної точки в загальному випадку задається трьома декартовими координатами - x, y і z. Абсолютно твердим називається тіло, деформаціями якого можна знехтувати при розгляді його руху. Для того щоб задати положення абсолютно твердого тіла в просторі досить знати координати двох точок цього тіла.

2. Радіус-вектор. Переміщення. Траєкторія. Пройдений шлях.

Положення матеріальної точки можна задати за допомогою 3-х декартових координат або за допомогою радіуса-вектора , що проводиться з початку координат у ту точку простору, у якій знаходиться матеріальна точка.

Задачи кинематики

Главной задачей кинематики является математическое (уравнениями, графиками, таблицами и т. п.) определение положения и характеристик движения точек или тел во времени. Любое движение рассматривается в определённой системе отсчёта. Также кинематика занимается изучением составных движений (движений в двух взаимно перемещающихся системах отсчёта).

Положение точки (или тела) относительно заданной системы отсчёта определяется некоторым количеством взаимно независимых функций координат:

,

где   определяется количеством степеней свободы. Так как точка не может быть в нескольких местах одновременно, все функции  должны быть однозначными. Также в классической механике выдвигается требование их дифференцируемости на промежутках. Производные этих функций определяют скорость тела. ^[2]

Скорость движения определяется как производная координат по времени:

,

где   — единичные векторы, направленные вдоль соответствующих координат.

Ускорение определяется как производная скорости по времени:

Следовательно, характер движения можно определить, зная зависимость скорости и ускорения от времени. А если кроме этого известны ещё и значения скорости/координат в определённый момент времени, то движение полностью задано.

Деление кинематики по типам объекта исследования

В зависимости от свойств изучаемого объекта, кинематика делится на кинематику точки, кинематику твёрдого тела, кинематику деформируемого тела, кинематику газа, кинематику жидкости и т. д.

Кинематика точки

Кинематика точки изучает движение материальных точек — тел, размерами которых можно пренебречь по сравнению с характерными размерами изучаемого явления. Поэтому в кинематике точки скорость, ускорение, координаты всех точек тела считаются равными.

Частные случаи движения в кинематике точки:

Если ускорение равно нулю, движение прямолинейное (траектория представляет собой прямую) и равномерное (скорость постоянна).

,

где   — длина пути траектории за промежуток времени от   до  ,   — проекции   на соответствующие оси координат.

Если ускорение постоянно и лежит в одной прямой со скоростью, движение прямолинейное, равнопеременное (равноускоренное, если ускорение и скорость направлены в одном направлении; равнозамедленное — если в разные).

,

где   — длина пути траектории за промежуток времени от   до  ,   — проекции   на соответствующие оси координат,   — проекции   на соответствующие оси координат.

Если ускорение постоянно и перпендикулярно скорости, движение происходит по окружности — вращательное движение.

,

где   — радиус окружности, по которой движется тело.

Если выбрать систему декартовых координат xyz так, чтобы центр координат был в центре окружности, по которой движется точка, оси y иx лежали в плоскости этой окружности, так чтобы движение осуществлялось против часовой стрелки, то значения координат можно вычислить по формулам: