УПП1КУРС / 2 семак / Fizika

1.Закон равномерного прямолинейного движения: = + , закон равноускоренного прямолинейного движения: = + + 22.

Скорость - векторная физическая величина, характеризующая быстроту перемещения и направление движения материальной точки относительно выбранной системы отсчёта,

равняется производной от координаты ср = , = ′.

Ускорение - физическая величина, определяющая быстроту изменения скорости тела, то

2. Первый закон Ньютона (закон инерции): Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальные точки, когда на них не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находятся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

Второй закон Ньютона: Ускорение тела прямо пропорционально действующей на тело силе и обратно пропорционально массе этого тела, = .

Третий закон Ньютона: Пусть одно тело действует на данное тело с силой F1, тогда данное тело действует на первое тело с силой F2, равной по модулю силе F1 и противоположной по направлению, 1 = − 2.

Виды механических сил:

• Сила упругости: сила, возникающая в теле в результате его деформации и стремящаяся вернуть его в исходное (начальное) состояние, упр = − ∆ .

• Силой трения: силой трения называют силу, которая возникает при движении одного тела по поверхности другого, тр = .

• Сила всемирного тяготения: сила, с которой два тела притягиваются друг к другу,

называется гравитационной силой, = 1 2.

2

•Вес тела: сила воздействия тела на опору или подвес, = .

•Сила нормальной реакции опоры: сила, действующая на тело со стороны опоры или подвеса, = cos .

3.Механическая работа – это физическая величина, численно равная произведению модуля силы, действующей на тело, на модуль перемещения, которое совершает тело под действием этой силы, и на косинус угла между направлением силы и направлением движения тела: = cos (Дж).

Мощность - это физическая величина, равная отношению работы A к промежутку времени t, в течение которого совершена эта работа: = (Вт;Джс ).

Кинетическая энергия тела - энергия, которой обладает тело вследствие своего движения., = 2 2.

Потенциальная энергия тела - это энергия, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела, п = .

4.Закон сохранения импульса: в замкнутой системе векторная сумма импульсов всех тел, входящих в систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы

5.Закон сохранения механической энергии: сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой посредством сил тяготения и сил упругости, остается неизменной, 1 + 1 = 2 + 2 = с .

6.Момент силы относительно некоторой точки — это векторное произведение силы на кратчайшее расстояние от этой точки до линии действия силы, = .

Моментом инерции системы относительно оси вращения называется физическая величина, равная сумме произведения масс n материальных точек системы на квадраты

этой поверхности электрическому заряду, ФЕ = , где Q - полный заряд, содержащийся в

0

объёме, который ограничивает поверхность S, 0 -электрическая постоянная. Ф = -поток вектора напряжённости электрического поля через замкнутую поверхность S.

11.Электроемкость характеризует способность проводников или системы из нескольких проводников накапливать электрические заряды, а, следовательно, и электроэнергию,

которая в дальнейшем может быть использована, например, при фотосъемке (вспышка) и

т.д. = (Ф), где − разность потенциалов.

Конденсатор - устройство для накопления заряда и энергии электрического поля, состоит из двух изолированных проводников, эти проводники часто называют пластинами.

Энергия заряженного проводника: = ф = 2 = ф2, где ф - потенциал

2 2 2

Энергия заряженного конденсатора: = = 2 = 2, где U -разность потенциалов

2 2 2

12. Электрический ток – упорядоченное движение заряженных частиц в проводнике.

Сила тока - скалярная физическая величина, равная отношению заряда, прошедшего через проводник, ко времени, за которое этот заряд прошел, = .

Плотность тока - векторная физическая величина, равная отношению силы тока к площади поперечного сечения проводника, = , где S -площадь сечения проводника.

Напряжение - скалярная физическая величина, равная отношению полной работе кулоновских и сторонних сил при перемещении положительного заряда на участке к значению этого заряда, = .

Электрическое сопротивление - физическая величина, характеризующая электрические свойства участка цепи, = .

Закон Ома для однородного участка цепи: Сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению при постоянном сопротивлении участка и обратно пропорциональна сопротивлению участка при постоянном напряжении, = .

13. Электродвижущей силой источника (сокращенно ЭДС) называется скалярная физическая величина – количественная мера способности источника создавать на его зажимах (полюсах) разность потенциалов. Она равна работе сторонних сил по перемещению заряженной частицы с положительным единичным зарядом от одного полюса источника к другому, т.е. =

Закон Ома для произвольного участка цепи: = ф1−ф2+ , где ф1 − ф2 + = -

напряжение на заданном участке цепи, R -общее сопротивление неоднородного участка.

Последовательное соединение:

• 1 = 2 =

• = 1 + 2

• = 1 + 2

Параллельное соседние:

14. Закон Джоуля-Ленца: Русский ученый Ленц и английский физик Джоуль одновременно и независимо один от другого установили, что при прохождении электрического тока по проводнику количество теплоты, выделяемое в проводнике, прямо пропорционально квадрату тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого электрический

ток протекал по проводнику, = 2 = = 2 .

15.Магнитное поле – это особая форма материи, которая создается магнитами, проводниками с током (движущимися заряженными частицами) и которую можно обнаружить по взаимодействию магнитов, проводников с током (движущихся заряженных частиц).

Электрические токи взаимодействуют между собой. Как показывает опыт, два прямолинейных параллельных проводника, по которым текут токи, притягиваются, если токи в них имеют одинаковое направление, и отталкиваются, если токи противоположны по направлению. При этом сила их взаимодействия на единицу длины проводника прямо пропорциональна силе тока в каждом из проводников и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Закон взаимодействия токов: = 1 2∆, где k= 0 , 0 –

2

магнитная постоянная.

Закон Био-Савара-Лапласа: физический закон для определения вектора индукции магнитного поля, порождаемого постоянным электрическим током, = 2 . Элемент тока длины dl создаёт поле с магнитной индукцией.

16.Действие магнитного поля на заряженные частицы: сила Лоренца - сила, действующая со стороны магнитного поля на движущуюся электрически заряженную частицу, =

sin .

Действие магнитного поля на проводник с током: Сила Ампера - сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током, = sin .

17.Магнитный поток – физическая величина, численно равная произведению модуля магнитной индукции на площадь контура и на косинус угла между нормалью к контуру и вектором магнитной индукции, Ф = cos .

Индуктивность - это физическая величина, которая характеризует магнитные свойства электрической цепи. Чем выше индуктивность проводника, тем больше будет магнитное поле при одном и том же значении электрического тока. = Ф – индуктивность контура;

= 0 2 – индуктивность соленоида.

Работа поля - работа, совершаемая проводником с током при перемещении, численно равна произведению тока на магнитный поток, пересечённый этим проводником, = ∆Ф.

Энергия Wм магнитного поля катушки с индуктивностью L, создаваемого током I, равна

18.Теорема о циркуляции: циркуляция магнитного поля постоянных токов по всякому замкнутому контуру пропорциональна сумме сил токов, пронизывающих контур циркуляции, = 20 ∫02 = 0 .

19.Уравнения Максвелла — система уравнений в дифференциальной или интегральной форме, описывающих электромагнитное поле и его связь с электрическими зарядами и токами в вакууме и сплошных средах.

1-ое уравнение представляет собой обобщение закона полного тока, ( ) = + Ф, =

произвольному замкнутому контуру определяется током проводимости и быстротой изменения потока электрической индукции через произвольную поверхность, охваченную данным контуром.

2-ое уравнение обобщает закон электромагнитной индукции, ( ) = − Ф, Ф =

∫ . Закон: Циркуляция напряженности электрического поля по произвольному

( , )

замкнутому контуру определяется быстротой изменения потока магнитной индукции через площадку, охваченную данным контуром, взятой с обратным знаком.

3-e уравнение: теорема Гаусса для электрической индукции, ∫ .

( , ) = , =

Закон: Поток электрической индукции через произвольную замкнутую поверхность определяется зарядом внутри этой поверхности.

4-ое уравнение: закон Гаусса для индукции магнитного поля, Закон: Поток

( , ) = 0.

индукции магнитного поля через произвольную замкнутую поверхность равен нулю. Электромагнитные волны - электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств среды.

20.Молекулярно-кинетической теорией называют учение о строении и свойствах вещества на основе представления о существовании атомов и молекул как наименьших частиц химических веществ.

Воснове молекулярно-кинетической теории лежат три основных положения:

•Все вещества – жидкие, твердые и газообразные – образованы из мельчайших частиц – молекул, которые сами состоят из атомов («элементарных молекул»). Молекулы химического вещества могут быть простыми и сложными, т.е. состоять из одного или нескольких атомов. Молекулы и атомы представляют собой электрически нейтральные частицы. При определенных условиях молекулы и атомы могут приобретать дополнительный электрический заряд и превращаться в положительные или отрицательные ионы.

•Атомы и молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении.

•Частицы взаимодействуют друг с другом силами, имеющими электрическую природу. Гравитационное взаимодействие между частицами пренебрежимо мало.

Идеальный газ — это теоретическая модель газа, в которой пренебрегают размерами и взаимодействиями частиц газа и учитывают лишь их упругие столкновения.

Температура - температура есть мера средней кинетической энергии поступательного движения молекул.

21.Термодинамической системой называется любая совокупность материальных тел, заключенная внутри заданных или произвольно выбранных границ. Все, что находится вне границ термодинамической системы, называется внешней средой. Термодинамические системы подразделяются на:

•Гомогенные – однородные по составу и физическим свойствам во всем объеме. Например, воздух, вода, металл и т.п., находящиеся в заданном объеме.

•Гетерогенные – состоящие из разнородных тел, отделенных друг от друга поверхностями раздела. Например, кислород и азот в газообразном состоянии, находящиеся в емкости с непроницаемой перегородкой. Если эту перегородку убрать и газы перемешаются, то система будет уже гомогенной.

Параметры: давление, объём температура.

температуре постоянно, если давление газа не меняется.

• Шарля(Изохорный), 1 = 2, для газа данной массы отношение давления к

1 2

температуре постоянно, если объем не меняется.

22.Для идеального газа п=0, т.к. частицы между собой не взаимодействуют.

При расширении работа, совершаемая газом, положительна, при сжатии – отрицательна.

Вобщем случае при переходе из некоторого начального состояния в конечное состояние работа газа выражается формулой: = ∆

•В изохорном процессе газ работы не совершает, А=0.

•В изобарном процессе работа, совершаемая газом, выражается соотношением =∆

•В изотермическом процессе температура газа не изменяется, следовательно, не

изменяется и внутренняя энергия газа, ΔU = 0. Первый закон термодинамики для изотермического процесса выражается соотношением Q = A.

Первый закон термодинамики, установленный на основании многочисленных опытов, утверждает, что изменение внутренней энергии ΔU системы равно сумме совершаемой

над системой работы A' внешних сил и количества теплоты Q, переданного системе извне,

∆ = ′ + .

23.Адиабатический процесс - это такое изменение состояний газа, при котором он не отдает и не поглощает извне теплоты. Следовательно, адиабатический процесс характеризуется отсутствием теплообмена газа с окружающей средой. PV=const.

При адиабатическом процессе газ совершает работу за счет убыли его внутренней энергии.

24.Удельная теплоёмкость - эта величина показывает, какое количество теплоты надо передать телу массой один килограмм, чтобы его температура увеличилась на один градус Цельсия. Измеряется в Дж/(кг * ˚С). = ∆ Молярная теплоёмкость — отношение теплоёмкости к количеству вещества,

теплоёмкость одного моль вещества, = ∆ = ∆ , = ∆ + ( 2 − 1) = ∆ +

∆ , = ∆ = + ∆∆ .

Уравнение Майера связывает между собой молярную теплоёмкость для идеального газа в изохорном процессе, и молярную теплоёмкость при в изобарном процессе, = + .

25.Распределение Максвелла: скорости молекул газа имеют различные значения и направления, причем из-за огромного числа соударений, которые ежесекундно испытывает молекула, скорость ее постоянно изменяется. Поэтому нельзя определить число молекул, которые обладают точно заданной скоростью v в данный момент времени, но можно подсчитать число молекул, скорости которых имеют значение, лежащие между некоторыми скоростями v1 и v2.

̅̅̅̅̅2

Средняя кинетическая энергия молекул: ̅̅̅ = 0 0

к 2

Наиболее вероятная скорость молекул: наиболее вероятная скорость – это скорость, вблизи которой на единичный интервал скоростей приходится наибольшее число

молекул. Она рассчитывается по формуле: = √2

Средняя скорость молекул: средняя скорость – это сумма скоростей всех молекул,

деленная на общее число всех молекул в единице объема, = √8

Среднеквадратичная скорость молекул: V = √3

26.Второе начало термодинамики – теплота не может самопроизвольно переходить от тела, менее нагретого к телу более нагретому. Под теплотой понимается внутренняя энергия тела.

Энтропия – мера беспорядка. Энтропия определяется как: = , где H – энтальпия =+ , a T – абсолютная температура.

Изменение энтропии в изопроцессах:

27. Тепловой двигатель - это периодически действующий двигатель, совершающий работу за счет полученной извне теплоты.

Холодильная машина — устройство для отвода тепла от охлаждаемого тела при температуре более низкой, чем температура окружающей среды.

Принцип работы теплового двигателя: от термостата с более высокой температурой T1, называемого нагревателем, за цикл отнимается количество теплоты Q1, а термостату с более низкой температурой T2, называемому холодильником, за цикл передается количество теплоты Q2. При этом совершается работа A=Q1-Q2

28.Гармонические колебания — колебания, при которых физическая величина изменяется с течением времени по гармоническому закону = ( + )

Пружинный маятник — механическая система, состоящая из пружины с коэффициентом упругости (жёсткостью) k (закон Гука), один конец которой жёстко закреплён, а на втором находится груз массы m. F=-kx, F=ma, ma=-kx, a=-kx/m(Уравнение свободных колебаний

пружинного маятника), k/m=const, = √ , = 2

Математический маятник, представляющий собой точечную массу на невесомой нити, что нельзя реализовать в действительности. Однако, если масса нити пренебрежимо мала по сравнению с массой m тела и длина нити велика по сравнению с размерами тела, то с достаточной точностью выполняется формула = 2 √

Твердое тело произвольной формы, свободно совершающее колебания вокруг неподвижной горизонтальной оси, не проходящей через его центр масс, называют

физическим маятником, = 2 √ , где Y -момент инерции тела, m-масса, l –

расстояние от центра тяжести до оси вращения.

29.Векторная диаграмма- графическое изображение меняющихся по закону синуса величин

исоотношений между ними при помощи направленных отрезков – векторов. Гармоническое колебание может быть представлено графически в виде проекции на некоторую ось вектора, вращающегося с постоянной угловой скоростью. Длина вектора соответствуют амплитуде, угол поворота относительно оси – фазе.

Сумма двух и более колебаний на векторной диаграмме представлена при этом геометрической суммой векторов этих колебаний. Мгновенное значение искомой величины определяется при этом проекцией вектора суммы на ось Ох, амплитуда – длиной этого вектора, а фаза углом его поворота относительно Ох.

= √ 12 + 22 + 2 1 2 cos( 1 − 2)

30.Фигуры Лиссажу — замкнутые траектории, прочерчиваемые точкой, совершающей одновременно два гармонических колебания в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Фигуры Лиссажу позволяют найти частоту одного из колебаний, если

известна частота другого. Это обусловлено тем, что кратность частот легко находится с помощью секущих, параллельных координатным осям.

31.Вынужденные колебания — колебания, происходящие под воздействием внешних периодических сил.

Уравнение вынужденных колебаний: + 02 = , где 0 = √ -собственная круговая частота свободных колебаний, – циклическая частота вынужденной силы. Установившиеся вынужденные колебания груза на пружине происходят на частоте внешнего воздействия по закону ( ) = cos( + )

Резонанс - это резкое возрастание амплитуды колебаний при приближении частоты внешней возмущающей силы к собственной частоте колебаний системы.

32.Тепловое излучение – процесс распространения электромагнитных колебаний с различной длиной волн, обусловленный тепловым движением атомов или молекул излучающего тела.

Характеристики:

•Поток (мощность) излучения Ф – энергия, излучаемая за 1 сек со всей поверхности нагретого тела по всем направлениям в пространстве и во всем спектральном диапазоне: Ф = (Вт)

•Энергетическая светимость R – энергия, излучаемая за 1 сек с 1 м2 поверхности тела по всем направлениям пространстве и во всем спектральном диапазоне. Если

S – площадь поверхности тела, то = (мВт2)

•Спектральная плотность энергетической светимости r- энергия, излучаемая за 1 сек с 1м2 поверхности тела по всем направлениям на длине волны λ в единичном

спектральном диапазоне = ∆∆ (мВт3)

Абсолютно черным телом называют тело, способное поглощать всю падающую на его поверхность лучистую энергию любого спектрального состава.

Закон Стефана-Больцмана: энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры: = 4, где = 5,67

Закон смещения Вина - длина волны обратно пропорциональна температуре черного тела, λ = , где b=2,898*10-3м*К

33.Фотон - материальная, электрически нейтральная частица, квант электромагнитного поля (переносчик электромагнитного взаимодействия).

Свойства фотона:

•Является частицей электромагнитного поля.

•Движется со скоростью света.

•Существует только в движении.

•Остановить фотон нельзя: он либо движется со скоростью, равной скорости света, либо не существует; следовательно, масса покоя фотона равна нулю.

Энергия фотона: = = , c=3*108 -скорость света, h=6,6*10-34 – постоянная планка.

Импульс фотона: p = =

Согласно гипотезе де Бройля, электрон (как и все другие материальные микрообъекты) обладает не только корпускулярными, но и волновыми свойствами. В соответствии с этим электроны, подобно свету, могут испытывать интерференцию (взаимное увеличение или уменьшение результирующей амплитуды двух или нескольких когерентных волн при их

наложении друг на друга) и дифракцию (явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий).

Волны де Бройля – волны, связанные с любой движущейся материальной частицей. Любая движущаяся частица (например, электрон) ведёт себя не только как локализованный в пространстве перемещающийся объект - корпускула, но и как волна, причём длина этой волны даётся формулой λ = h/р, где h = 6.6·10-34 Дж.сек – постоянная Планка, а р – импульс частицы.

34.Фотоэффект — испускание электронов веществом под действием света или любого другого электромагнитного излучения.

Работа выхода - работа которую нужно совершить электрону, чтобы покинуть поверхность

материала и быть излученным, = 0 =

кр

Красная граница - минимальная частота света или максимальная длина волны, при которой еще возможен внешний фотоэффект, 0 = , кр =

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: = + 2 2

35.Эффект Комптона – рассеяние электромагнитного излучения на свободном электроне, сопровождающееся уменьшением частоты излучения Опыт показал, что в рассеянном излучении наблюдается увеличение длины волны Δλ, зависящее от угла рассеяния θ: ∆ =

− 0 = 2к 2 2, где к = 2,43 10−3нм -комптоновская длина волны.

В процессе столкновения фотон передает электрону часть своей энергии и импульса в соответствии с законами сохранения.

Закон сохранения энергии записывается в виде: + 0 = + или 0 + 2 = +

√2 2 + 2 4

Закон сохранения импульса = +

0

36. Корпускулярно-волновой дуализм – свойство любой микрочастицы обнаруживать признаки частицы (корпускулы) и волны. Наиболее ярко корпускулярно-волновой дуализм проявляется у элементарных частиц. Электрон, нейтрон, фотон в одних условиях ведут себя как хорошо локализованные в пространстве материальные объекты (частицы), двигающиеся с определёнными энергиями и импульсами по классическим траекториям, а в других – как волны, что проявляется в их способности к интерференции и дифракции.

Принцип неопределенности Гейзенберга - невозможно одновременно с точностью определить координаты и скорость квантовой частицы

Соотношение неопределенностей Гейзенберга: ∆ ∆ ≥ 2 , где ∆ −

неопределённость координаты, ∆ − неопределенность импульса, а h=6.6*10^-34

В упрощённой формулировке эти соотношения утверждают, что дополнительные физические величины не могут быть одновременно точно определены. Неопределённостей соотношения являются следствием двойственной, корпускулярноволновой природы частиц материи, отражением вероятностной (статистической) сути квантовой механики.∆ ∆ ≥ 2

37.–

38.В квантовой механике атом водорода описывается двухчастичной матрицей плотности или двухчастичной волновой функцией. Также упрощённо рассматривается как электрон в электростатическом поле бесконечно тяжёлого атомного ядра, не участвующего в движении (или просто в кулоновском электростатическом потенциале вида 1/r). В этом случае атом водорода описывается редуцированной одночастичной матрицей плотности или волновой функцией.

Закономерности в атомных спектрах:

Планетарная модель атома, предложенная Резерфордом, – это попытка применения классических представлений о движении тел к явлениям атомных масштабов. Она оказалась несостоятельной. Классический атом неустойчив. Электроны, движущиеся по орбите с ускорением, должны неизбежно упасть на ядро, растратив всю энергию на излучение электромагнитных.

Постулаты Бора:

•Первый: атомная система может находится только в особых стационарных или квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия En. В стационарных состояниях атом не излучает.

Этот постулат находится в явном противоречии с классической механикой, согласно которой энергия движущегося электрона может быть любой. Он находится в противоречии и с электродинамикой, так как допускает возможность ускоренного движения электронов без излучения электромагнитных волн. Согласно первому постулату Бора, атом характеризуется системой энергетических уровней, каждый из которых соответствует определенному стационарному состоянию. Механическая энергия электрона, движущегося по замкнутой траектории вокруг положительно заряженного ядра, отрицательна. Поэтому всем стационарным состояниям соответствуют значения энергии En < 0. При En ≥ 0 электрон удаляется от ядра, т. е. происходит ионизация. Величина |E1| называется энергией ионизации. Состояние с энергией E1 называется основным состоянием атома.