КУРС ОБЩЕЙ ФИЗИКИ Фазлитдинова Альфия Габдиловна

Физика - это наука, изучающая общие свойства движения вещества и поля. В своей основе физика – экспериментальная наука: ее законы базируются на фактах, установленных опытным путем. Обобщение экспериментальных фактов – физические законы

ФИЗИКА Механика Молекулярная физика и термодинамика Электричество и магнетизм Оптика Атомная и ядерная физика

Механика – это часть физики, которая изучает закономерности механического движения и причины, вызывающие или изменяющие это движения Механика Кинематика Динамика Статика Изучает движение тел, не рассматривая причины, которые это движение обуславливают Изучает законы движения тел и причины, которые вызывают или изменяют это движение Изучает законы равновесия системы тел

Кинематика 1. Тело отсчета – произвольно выбранное тело, относительно которого определяется поло-жение остальных тел 2. Система отсчета – совокупность системы координат и часов x z y M (x,y,z) X = x(t) Y = y(t) Z = z(t)

Траектория, путь, перемещение? 1 2 Траектория – линия, описываемая движущейся точкой Путь – сумма длин всех участков траектории Перемещение – вектор, проведенный из начального положения движущейся точки в конечное положение 1 2

Скорость Скорость – векторная величина, которая определяет как быстроту движения, так и его направление в данный момент времени. υ Размерность скорости [СИ] – м/с Длина пути S, пройденного точкой за промежуток времени t 1 до t 2, задается интегралом:

Ускорение Ускорение – векторная величина, характеризующая быстроту изменения скорости по модулю и направлению Размерность ускорения [СИ] – м/с 2 υ aτaτ anan Тангенциальное ускорение. Характеризует быстроту изменения скорости по модулю Нормальное ускорение. Характеризует быстроту изменения направления вектора скорости

Динамика Законы Ньютона I, II и III Закон сохранения импульсы Закон сохранения энергии Сила – векторная величина, являющаяся мерой механического действия на тело со стороны других тел или полей, в результате которого тело приобретает ускорение или изменяет форму и размеры Размерность силы [СИ] – Н Сила полностью задана, если указаны ее модуль, направление в пространстве и точка приложения

Законы Ньютона I Закон Ньютона (закон инерции) Материальная точка сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит ее изменить это состояние. II Закон Ньютона (закон движения) Ускорение, приобретаемое материальной точкой, пропорционально вызывающей его силе, совпадает с ней по направлению и обратно пропорционально массе точки Всякое действие материальных точек друг на друга имеет характер взаимодействия; силы, с которыми действуют друг на друга материальные точки, всегда равна по модулю, противоположны направлены и действуют вдоль прямой, соединяющей эти точки III Закон Ньютона (закон взаимодействия)

Закон сохранения импульсы Импульс – векторная величина, равная произведению массы материальной точки на ее скорость, и имеющая направление скорости Импульс замкнутой системы не изменяется с течением времени (сохраняется) Размерность импульса[СИ] – кг·м/с

до после

Закон сохранения энергии Энергия – универсальная мера различных форм движения и взаимодействия Механическая энергия Кинетическая энергия Потенциальная энергия Размерность энергии [СИ] – Дж Энергия механического движения этой системы Энергия системы тел, определяемая их взаимным расположением и характером сил взаимодействия между ними …поднятого тела над землей …деформированного тела

Кинетическая энергия Потенциальная энергия …поднятого тела над землей …деформированного тела m υ m h g g – ускорение свободного падения = 9,8 Н/кг (~ 10 Н/кг) х Х – абсолютная деформация k – жесткость (коэффициент упругости)

В системе тел, между которыми действуют только консервативные силы полная механическая энергия сохраняется, т.е. не изменяется со временем Полная механическая энергия

до после

ФИЗИКА Механика Молекулярная физика и термодинамика Электричество и магнетизм Оптика Атомная и ядерная физика

Молекулярная физика и термодинамика – это разделы физики, в которых изучаются зависимости свойств тел от их строения, взаимодействия между частицами, из которых состоят тела, и характера движения частиц Температура – физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия системы и определяющая направление теплообмена между телами Размерность температуры [СИ] – К

Идеальный газ Физическая модель, согласно которой: 1)Собственный объем молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объемом сосуда; 2)Между молекулами газа отсутствуют силы взаимодействия Законы, описывающие поведение идеальных газов Закон Бойля-Мариотта Для данной массы газа m при постоянной температуре Т произведение давления p на объем V есть величина постоянная Закон Дальтона Давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений р 1, р 2, … р n входящих в нее газов

Закон Гей-Люссака 1) Давление p данной массы m газа при постоянном объеме изменяется линейно с температурой 2) Объем V данной массы m газа при постоянном давлении изменяется линейно с температурой где V 0 и p 0 – объем и давление при t=0 0 C

Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клайперона) где p – давление идеального газа (Па); V – объем, занимаемый идеальным газом (м 3 ); m – масса газа (кг); М – молярная масса газа (кг/моль); Т – температура газа (К); R = 8,31 Дж/(моль·К) – универсальная газовая постоянная М = 55,849 г/моль

Внутренняя энергия Внутренняя энергия (U) – это энергия хаотического (теплового) движения микрочастиц системы (молекул, атомов, электронов и т.д.) и энергия взаимодействия этих частиц; тепловое движение частиц взаимодействие частиц Внутренняя энергия не зависит от того, каким образом система пришла в данное состояние 1 2

Внутренняя энергия где U – внутренняя энергия газа (Дж); m – масса газа (кг); М – молярная масса газа (кг/моль); i – число степеней свободы газа; Т – температура газа (К); R = 8,31 Дж/(моль·К) – универсальная газовая постоянная

Число степеней свободы (i) – это число независимы переменных, полностью определяющих положение системы в пространстве Число степеней свободы для идеального газа Число степеней свободы Одноатомный газ Двухатомный газ Многоатомный газ поступательных 333 врачательных -23 ВСЕГО (i)356 U (Дж) i = i пост + i врач + i кол

Первое начало термодинамики Закон сохранения и преврачения энергии в термодинамических процессах Изменить внутреннюю энергию ? Изменить температуру!!! (нагреть или охладить) Приблизить или удалить частицы!!! (сжать или растянуть) Q - количество теплоты А - работа Теплота, сообщаемая системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение ею работы против внешних сил

Изопроцессы Изохорный процесс V p Изобарный процесс V p

Изотермический процесс V p p1p1 p2p2 Адиабатический процесс V p Процесс, при котором отсутствует теплообмен между системой и окружающей средой

Тепловые двигатели и холодильные машины Тепловой двигатель – периодически действующий двигатель, совершающий работу за счет полученной извне теплоты

Реальные газы При рассмотрении реальных газов необходимо учитывать собственный объем молекул и силы межмолекулярного взаимодействия Уравнение Ван-дер-Ваальса где b – объем, занимаемый самими молекулами - внутреннее давление (межмолекулярное взаимодействие) Количество вещества [моль]

ФИЗИКА Механика Молекулярная физика и термодинамика Электричество и магнетизм Оптика Атомная и ядерная физика

Электричество электростатика электродинамика Электростатика – раздел учения об электричестве, изучающий взаимодействие неподвижных электрических зарядов и свойства постоянного электрического поля Электрический заряд (q, Q) – это внутреннее свойство тел или частиц, характеризующее их способность к электромагнитным взаимодействиям Размерность электрического заряда [СИ] – Кл

Электрический заряд положительный (протон, p + ) отрицательный (электрон, e - ) нейтральный (нейтрон, n 0 ) Элементарный электрический заряд q = 1,6· Кл q р = +1,6· Кл q е = -1,6· Кл q n = 0 Кл

Закон Кулона Сила взаимодействия F между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, пропорциональна зарядам q 1 и q 2, и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними q1q1 q2q2 r Вещество (масло, бензин…) ε – диэлектрическая проницаемость среды

Электрическое поле Потенциал (скалярная величина) φ [В] Напряженность (векторная величина) Е [В/м] Напряженность – векторная физическая величина, определяемая силой, действующей на единичный положительный заряд q 0, помещенный в данную точку поля

Электрическое поле, создаваемое точечным зарядом Q, на расстоянии r от заряда Q r Электрическое поле равномерно заряженной бесконечной плоскости σ Q – точечный заряд [Кл] σ– поверхностная плотность заряда [Кл/м 2 ]

Электрическое поле равномерно заряженной сферической поверхности R ВНЕ СФЕРЫ ВНУТРИ СФЕРЫ Q – заряд, распределенный по поверхности сферы [Кл] Электрическое поле объемно заряженного шара R ВНЕ ШАРАВНУТРИ ШАРА Q – заряд, распределенный по объему шара [Кл]

Потенциал – энергетическая характеристика поля – скалярная физическая величина, определяемая потенциальной энергией единичного положительного заряда, помещенного в эту точку Потенциал поля, создаваемого точечным зарядом Q Q r Q – точечный заряд [Кл]

Электродинамика – раздел учения об электричестве, в котором рассматриваются явления и процессы, обусловленные движением электрических зарядов Электрический ток ( I, [А] ) За направление тока принимают направление движения положительных зарядов e-e- I

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I – скалярная физическая величина, равная отношению заряда Q, переносимого сквозь рассматриваемую поверхность за малый промежуток времени, к величине этого промежутка t Размерность силы тока [СИ] – А

Закон Ома для однородного участка цепи (не содержащего источника тока) – сила тока, текущего по однородному металлическому проводнику, пропорциональна напряжению на конце проводника U – напряжение [В] R – электрическое сопротивление [Ом] S ρ – удельное сопротивление [Ом·м]

Сопротивление соединения проводников Последовательное соединение проводников R1R1 R2R2 RnRn R = R 1 + R 2 + … + R n Параллельное соединение проводников R1R1 R2R2 RnRn

Закон Ома для неоднородного участка цепи (содержащего источника тока) ɛ – ЭДС [В] (источник тока) R – электрическое сопротивление проводников [Ом] r – сопротивление источника тока [Ом] ɛ, r R

Магнитное поле В XIX веке опытным путем было установлено: 1)Магнитное поле действует на движущиеся заряды; 2)Движущиеся заряды создают магнитное поле.

Вектор магнитной индукции В [Тл] μ 0 = 4π·10 -7 – магнитная постоянная I r A Закон Био-Савара-Лапласа Правило буравчика (определение направления вектора магнитной индукции) = правило правой руки За положительное направление вектора магнитной индукции принимается направление поступательного движения правого винта, головка которого врачается в направлении тока, текущего в контуре

Магнитное поле прямого бесконечного тока Магнитное поле кругового тока I R A R I r

Закон Ампера (действие магнитного поля на рамку с током) Если ладонь левой руки расположить так, чтобы в нее входил вектор B, а четыре вытянутых пальца расположить по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец покажет направление силы Ампера

Сила Лоренца (действие магнитного поля на отдельньный движущийся заряд) q – заряд υ – скорость движения заряда В – вектор магнитной индукции (внешнее магнитное поле)

ФИЗИКА Механика Молекулярная физика и термодинамика Электричество и магнетизм Оптика Атомная и ядерная физика

Оптика раздел физики, который изучает природу света, световые явления и взаимодействие света с веществом геометрическая волновая квантовая

Закон прямолинейного распространения света

Закон отражения света Падающий луч Отраженный луч α α n1n1 n2n2

Закон преломления света Падающий луч Отраженный луч α α β Преломленный луч n1n1 n2n2

Закон преломления света αα β n1n1 n2n2 Если n 1 β αα β n1n1 n2n2 Если n 1 > n 2, то α < β

Характеристики оптических систем ОF f = OF – фокусное расстояние a b Ф = 1/f – оптическая сила линзы [дптр] - диоптрий

Оптика геометрическаяволноваяквантовая - Законы прямолинейного распространения света, отражения и преломления - Построение изображение предметов в тонких линзах - Интерференция - Дифракция

Интерференция

Сложение в пространстве двух или нескольких когерентных (согласованных) волн, при котором в разных его точках получается усиление или ослабление амплитуды результирующей волны Когерентность 1. Частота испускаемых волн одинакова 2. Разность фаз между ними со временем не изменяется

Получить интерференционную картину от двух разных источников НЕ ВОЗМОЖНО!!! Реальные источники – некогерентны! Через каждые 10-8 сек ориентировка световой волны, испускаемой атомом, изменяется Когерентные источники получают путем разделения излучения от одного источника

Т. Юнг 1801 г

Разность хода между световыми волнами 1. Геометрическая S1S1 S2S2 P ΔS1ΔS1 ΔS2ΔS2 Δr = ΔS 1 -ΔS 2 Разность расстояний от источников волн до точки, где происходит интерференция 2. Оптическая Существенную роль играет среда распространения волн воздух вещество n Длина волны уменьшается δ=nΔrδ=nΔr

Условие наблюдения максимума и минимума Максимум – светлая полоса Минимум– темная полоса

Расчет интерференционной картины от двух щелей S1S1 S2S2 d x A Положение максимумов:Положение минимумов: Расстояние между двумя соседними максимумами (минимумами) называется шириной интерференционной полосы:

Дифракция

явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий. S d L

Дифракция Препятствие: круглый диск, шар экран Чередование светлых и темных колец

Дифракция на препятствиях, имеющих линейные размеры Препятствие: щель, нить, край экрана экран Чередование светлых и темных полос

Принцип Гюйгенса-Френеля Каждая точка поверхности, достигнутая световой волной, является вторичным источником световых волн. Волны, испускаемые данными источниками являются когерентными!!! S

Дифракция и интерференция??? Существенных отличий нет!!! Описывают волновые свойства света Интерференция Дифракция Конечное (дискретное) число источников света Непрерывное число источников света Интерференционная картина от двух щелей Дифракционная картина от одной щели

Виды дифракции Дифракция Фраунгофера (дифракция в параллельных лучах) Дифракция Френеля S Экран препятствие велико

Дифракционная решетка Совокупность большого числа узких параллельных щелей, распложенных близко друг от друга. а b a – ширина каждой щели; b – ширина непрозрачных участков между щелями; d = a + b – период (постоянная) дифракционной решетки L – длина дифракционной решетки; N – число щелей (штрихов).

Условие максимума и минимума линза экран MAX MIN φ

ФИЗИКА Механика Молекулярная физика и термодинамика Электричество и магнетизм Оптика Атомная и ядерная физика

Строение атома и ядра Модель Томсона строения атома («изюм в пудинге») Модель Резерфорда строения атома (планетарная модель)

Ядром называется центральная часть атома, в которой сосредоточена практически вся масса атома и его положительный электрический заряд Ядро протонынейтроны q р = +1,6· Клq n = 0 Кл Mp = 1,6726· кгMn = 1,6749· кг Порядковый номер = Число протонов Массовое число (а.е.м.)

Количество нейтронов: 1 а.е.м = 1,6605· кг (атомная единица массы) Mp = 1,0073 а.е.м Mn = 1,0087 а.е.м.

фтор Z = 9 – количество протонов Количество нейтронов: А = 18,9984 а.е.м. – массовое число Nn = 9