ЕН.Ф.3_Физика (новое окно)

Содержание
Аннотация УМКД……………………………………………………………………3
Рабочая программа учебной дисциплины …………………………………………5
Материалы для практических занятий………………………….…………………26
Материалы для организации самостоятельной работы студентов………...........37
Контрольно-измерительные материалы…………………………………………..71
Список литературы ……………………………………………………………….104
Глоссарий…………………………………………………………………..………108
2
Аннотация
Учебно-методический комплекс дисциплины «Физика» разработан для студентов 1- 2 курса по специальности 280103.65 «Защита в чрезвычайных ситуациях» в соответствие с требованиями ГОС ВПО по данной специальности и положением об учебно-методических комплексах дисциплин образовательных
программ высшего профессионального образования (утверждено приказом и.о.
ректора ДВФУ от 17.04.2012 № 12-13-87).
Дисциплина «Физика» входит в федеральный компонент цикла общих математических и естественнонаучных дисциплин (ЕН.Ф.3). Общая трудоемкость
освоения дисциплины составляет 342 часа. Учебным планом предусмотрены
лекционные занятия (90/72 часов), практические занятия (36/54 часов), лабораторные работы (36/0 часов), самостоятельная работа студента (180/216 часов).
Дисциплина реализуется на 1-2 курсах в 2-3 семестре.
Курс «Физики» по специальности «Защита в чрезвычайных ситуациях» читается на младших курсах и включает в себя шесть разделов (механика, молекулярная физика, электричество и магнетизм, оптика, атомная физика, ядерная физика).
Дисциплина «Физика» логически и содержательно связана с такими курсами, как «Высшая математика», «Механика», «Электротехника и электроника» и
др..
Учебно-методический комплекс включает в себя:
 рабочую программу учебной дисциплины;
 материалы для практических занятий;
 материалы для организации самостоятельной работы студентов;
 контрольно-измерительные материалы;
 список литературы;
 глоссарий.
Достоинством данного УМКД является наличие лабораторного практикума.
3
Удельный вес занятий, проводимых в интерактивной форме составляют
10% аудиторных занятий. Часть лекций выполнена в электронном виде и представляются в формате PowerPoint в аудитории, оснащенной специальным компьютерным оборудованием.
Практические занятия по молекулярной физике и термодинамике относятся к интерактивным средствам обучения, имеют методическое обеспечение самостоятельной работы в виде руководства с набором индивидуальных заданий
по темам модулей и содержащим рекомендации к решению типовых задач.
Физпрактикум проводится в лаборатории, оснащенной необходимыми
приборами. Имеется дидактическое обеспечение работ, чтобы при наличии компьютеров органично сочетать лабораторную работу с моделированием физических процессов.
4
5
При разработке рабочей программы учебной дисциплины использованы:
Государственный образовательный стандарт высшего профессионального
образования образовательной программы, утвержденный «5» апреля 2000г.,
№304 тех/дс.
ЕН.Ф.03
Физика
Физические основы механики: понятие состояния в классической механике,
уравнения движения, законы сохранения, основы релятивистской механики, принцип относительности в механике, кинематика и динамика твердого
тела, жидкостей и газов.
Электричество и магнетизм: электростатика и магнитостатика в вакууме и
веществе, уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной форме, материальные уравнения, квазистационарные токи, принцип относительности в электродинамике; физика колебаний и волн: гармонический и
агармонический осциллятор, физический смысл спектрального разложения,
кинетика волновых процессов, нормальные волны, интерференция и дифракция волн, элементы Фурье-оптики.
Молекулярная физика и термодинамика: молекулярно-кинетическая теория
газов, основы термодинамики, реальные газы.
Квантовая физика: корпускулярно-волновой дуализм, принцип неопределенности, квантовые состояния, принцип суперпозиции, квантовые уравнения движения, операторы физических величин, энергетический спектр атомов и молекул, природа химической связи.
Статистическая физика и термодинамика: три начала термодинамики,
термодинамические функции состояния, фазовые равновесия и фазовые
превращения, элементы неравновесной термодинамики, классическая и
квантовые статистики, кинетические явления, системы заряженных частиц,
конденсированное состояние.
Ядерная физика: основные характеристики ядра, протоново-нейтронная
структура ядра, прохождение тяжелых частиц, бета-излучения и гаммаизлучения через вещество, общая характеристика радиоактивности, ядерные реакции, нейтроны, искусственная радиоактивность, деление ядер,
цепная ядерная реакция, управление реакцией деления, понятие о ядерной
энергетике, термоядерные реакции.
Элементы теории относительности.
Цель курса физики - формирование у студентов ясных представлений об
основных понятиях и законах физики, стиля физического мышления, современной научной картины мира. Курс физики должен прививать студентам высокую
культуру моделирования всевозможных явлений и процессов, знакомить с научными методами, а также подготовить общетеоретическую базу для прикладных и
профилирующих дисциплин.
Основными задачами курса являются:
-ознакомление студента с основными простейшими методами наблюдения, измерения и экспериментирования;
6
-формирование у студентов системы знаний по классической и современной физике,
формирование у студентов основных принципов описания явлений и
процессов (уравнения движения, уравнения состояния, поля и т.п.);
-формирование у студентов целостного представления о фундаментальных физических закономерностях, лежащих в основе физических теорий,
формирующих современную картину мира;
-формирование у студентов основ научного мышления, в частности, понимания границ применимости физических понятий и теорий, умения качественно и количественно анализировать степень достоверности результатов
теоретических и экспериментальных исследований;
-формирование у студентов умения планировать и выполнять физический эксперимент и обрабатывать его результаты с использованием методов
теории размерности и математической статистики, вычислять физические
скалярные и векторные величины с использованием основных физических законов;
-формирование у студентов умения учитывать влияние различных факторов на рассматриваемое физическое явление;
-формирование у студентов представления о различных физических моделях окружающего мира, применимости различных теорий и законов физики
для объяснения явлений природы и процессов, протекающих на Земле, в ее
недрах и окружающем пространстве;
-формирование у студентов умения применять теоретические знания для
решения практических задач как в области физики , так и в других областях
естествознания.
Для решения поставленных задач курс физики предусматривает соответствующие виды учебной работы - лекции, практические занятия лабораторные
работы, самостоятельную работу студентов.
Начальные требования к освоению дисциплины
Знание основ курса физики и математики средней общеобразовательной
7
школы или среднего профессионального образования. Курс физики начинается со
второго семестра и предполагает знание начал математического анализа, аналитической геометрии (векторной алгебры) в объеме одного предшествующего семестра обучения (производная, дифференциал функции одной и многих переменных, интеграл, дифференциальные уравнения).
Требования к уровню освоения содержания дисциплины
Иметь представление о «механике», как части дисциплины «физика», изучающей основные законы и закономерности простейшей формы движения материи (механической), являющейся основой для понимания других форм движения
материи, изучаемых в последующих разделах курса «физики» или в других естественных дисциплинах;
знать
-
законы Ньютона и законы сохранения, элементы теории относитель-
ности Эйнштейна, волновые процессы;
-
элементы механики жидкостей, законы термодинамики, законы
электростатики, природу магнитного поля и поведение веществ в магнитном поле, законы электромагнитной индукции, геометрическую и волновую оптику,
основы кваниовой механики
-
- основные физические понятия, кинематические характеристики и
уравнения поступательного и вращательного движений материальной точки и
механической системы материальных точек;
-
- основополагающие понятия и методы статики, кинематики, расче-
тов на прочность и жесткость упругих тел,
-
динамические законы вращательного движения твердого тела и их
применение для решения прикладных задач;
-
основные представления специальной теории относительности и
следствия из них.
Уметь
-
Решать типовые задачи связанные с основными разделами физики,
использовать физические законы при анализе и решении проблем профессио8
нальной деятельности;
-
использовать физические методы теоретических и эксперименталь-
ных исследований;
-
понимать современные достижения естественных наук и физические
принципы работы современных технических устройств в области физики
-
осуществлять отбор, анализ и систематизацию научной информации
для решения профессиональных задач
-
учитывать в своей профессиональной деятельности современные
тенденции развития физики, электроники и наноэлектроники, а также компьютерных, информационных и телекоммуникационных технологий
-
приобретать необходимые новые знания с использованием совре-
менных образовательных и информационных технологий
-
осваивать работу на современном измерительном оборудовании, ис-
пользуемом для решения различных задач в области электроники и наноэлектроники
-
разрабатывать физические и математические модели исследуемых
физических процессов, создавать их электронные версии, уметь устанавливать
границы и выполнять оценку их функционирования, делать прогноз их применимости к профессиональной сфере
-
выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в
ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат
-
решать типовые задачи по основным разделам курса физики;
-
использовать физические и химические законы при анализе и реше-
нии проблем энерго- и ресурсосбережения;
-
- выполнять расчеты на прочность, жесткость и долговечность узлов
химического оборудования при простых видах нагружения, а также простейшие
кинематические расчеты движущихся элементов этого оборудования;
-
применять общие законы механики для решения конкретных физи-
ческих задач и задач других естественных дисциплин;
9
-
пользоваться основными физическими измерительными инструмен-
тами, физическими приборами и установками для решения экспериментальных
задач, а также, уметь эти результаты анализировать и оценивать с использованием методов теории размерности и математической статистики;
-
использовать при работе справочную и учебную литературу; нахо-
дить другие необходимые источники информации и работать с ними.
В процессе изучения курса выполняются рейтинговые тестовые контрольные задания по теории, задания по лабораторным и практическим занятиям. На
основании этих контрольных работ выставляется экзаменационная оценка и зачет. В случае неудовлетворительной оценки по теоретическому материалу, студент сдает экзамен. Изучаемые в курсе «теоретической механики» разделы
необходимы для изучения сопротивления материалов, теплопередачи, гидродинамики, электроники, термодинамики и др.
I. СТРУКТУРА ДИСЦИПЛИНЫ
1.1.
Очная форма обучения.
Вид учебной работы
1
2
3
4
5
II.9
Всего часов
Распределение по семестрам
II
III
Общая трудоемкость дисциплины
342
180
162
Лекционные занятия
Лабораторные занятия
Практические занятия
Самостоятельная работа
Вид итогового контроля
90
36
36
180
экзамен
54
18
18
90
экзамен
36
18
18
90
экзамен
1.2. Очно-заочная форма обучения.
1
2
3
4
5
9
Вид учебной работы
Всего часов
Общая трудоемкость дисциплины
Лекционные занятия
Лабораторные занятия
Практические занятия
Самостоятельная работа
Вид итогового контроля
342
72
54
216
экзамен
10
Распределение по семестрам
III
IV
162
180
36
36
18
108
экзамен
36
108
экзамен
III.
СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСА (90 ЧАСОВ)
Раздел 1 «Физические основы механики» (10 часов)
Тема 1. Понятие состояния в классической механике (2 час)
Тема 2. Уравнения движения.(2 час)
Тема 3. Законы сохранения.(2 час)
Тема 4. Принцип относительности в механике.(2 час)
Тема 5. Кинематика и динамика твердого тела, жидкостей и газов (2 час)
Раздел 2 «Электричество и магнетизм» (22 часов)
Тема 1. Электростатика и магнитостатика в вакууме и веществе (4 час)
Тема 2. Уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной форме, материальные уравнения (2 час)
Тема 3. Квазистационарные токи, принцип относительности в электродинамике
(4 час)
Тема 4.Физика колебаний и волн: гармонический и агармонический осциллятор.
Физический смысл спектрального разложения (6 час)
Тема 5. Кинетика волновых процессов, нормальные волны, интерференция и
дифракция волн, элементы Фурье-оптики (6 час)
Раздел 3 «Молекулярная физика и термодинамика»(8часов)
Тема 1. Молекулярно-кинетическая теория газов (4 час)
Тема 2. Основы термодинамики. (2 час)
Тема 3. Реальные газы. (2 час)
Раздел 4 «Квантовая физика» (12 часов)
Тема 1. Корпускулярно-волновой дуализм, принцип неопределенности (2 час)
Тема 2. Квантовые состояния, принцип суперпозиции.(2 час)
Тема 3. Квантовые уравнения движения, операторы физических величин (4 час)
Тема 4. Энергетический спектр атомов и молекул.(2 час)
Тема 5. Природа химической связи. (2 час)
Раздел 5 «Статистическая физика и термодинамика» (18 ЧАСОВ)
Тема 1. Три начала термодинамики (4 час)
11
Тема 2. Термодинамические функции состояния, фазовые равновесия и фазовые
превращения (4 час)
Тема 3. Элементы неравновесной термодинамики (4 час)
Тема 4. Классическая и квантовые статистики (2 час)
Тема 5. Кинетические явления (2 час)
Тема 6. Системы заряженных частиц, конденсированное состояние (2 час)
Раздел 6 «Ядерная физика»(18 часов)
Тема 1. Основные характеристики ядра, протоново-нейтронная структура ядра.
(2 час)
Тема 2. Прохождение тяжелых частиц, бета-излучения и гамма-излучения через
вещество (4 час)
Тема 3. Общая характеристика радиоактивности , ядерные реакции, нейтроны
(6 час)
Тема 4. Деление ядер, цепная ядерная реакция. Управление реакцией деления
(4 часа)
Тема 5. Управление реакцией деления, понятие о ядерной энергетике, термоядерные реакции. (2 часа)
Раздел 7 «Элементы теории относительности» (2 часа)
Тема 1.Основные представления специальной теории относительности (2 час)
IV. СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСА (36 ЧАСОВ)
ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ ПО ФИЗИЧЕСКИМ ОСНОВАМ
МЕХАНИКИ. (10 часов)
Тема 1. Кинематика материальной точки и твердого тела (2 часа)
Тема 2. Основное уравнение динамики материальной точки в инерциальных и в
неинерциальных системах отсчета. (2 часа)
Тема 3. Законы сохранения импульса, энергии. (2 часа)
Тема 4. Динамика твердого тела. (2 часа)
Тема 5. Механические колебания и волны. (2 часа)
Темы практических занятий по молекулярной физике и термодинамике (14
часов)
12
Тема 1. Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа. (2 часа)
Тема 2. Молекулярно-кинетическая теория. Распределение Максвелла и Больцмана (2 часа)
Тема 3. Элементы молекулярно-кинетической теории неравновесных процессов.
Явления переноса (2 часа)
Тема 4. Первое начало термодинамики. Теплоемкость. Уравнения процессов на
основе первого начала термодинамики для идеальных газов (2 часа)
Тема 5. Второе начало термодинамики. Энтропия (2 часа)
Тема 6. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Термодинамика реального
газа (2 часа)
Тема 7. Жидкости. Капиллярные явления (2 часа)
ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ ПО ЭЛЕКТРИЧЕСТВУ И МАГНЕТИЗМУ. (12 часов)
Тема 1. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей. (2
часа)
Тема 2. Потенциал электрического поля. Теорема Гаусса.(2 часа)
Тема 3. Классическая теория электропроводности. Магнитное поле. Сила Лоренца. Сила Ампера.(2 часа)
Тема 4. Электромагнитная индукция. Энергия магнитного поля. Квазистационарные токи.(2 часа)
Тема 5. Поляризация. Электромагнитные волны в веществе. Группы волн.(4 часа)
ТЕМАТИЧЕСКИЙ РАЗВЕРНУТЫЙ ПЛАН
ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ (физический практикум)(36 часов)
Важнейшей задачей курса физики является ознакомление студентов с современной научной аппаратурой и выработка у них начальных навыков проведения экспериментальных научных исследований различных физических явлений.
№
п/п
Тема занятий
13
Кол-во
часов
Физические основы механики
Вводное занятие по теории ошибок
Фронтальная лабораторная работа № 1 «Определение плотности твердых тел».
3. Лабораторная работа № 2.
4. Отчетное занятие.
5. Лабораторная работа № 3.
Лабораторная работа № 4.
6. Отчетное занятие.
7. Коллоквиум по разделу «Физические основы механики»
8. Лабораторная работа № 7.
9. Коллоквиум по разделам «Колебания», «Механика упру10. гих тел».
11. Отчетное занятие.
1.
2.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Молекулярная физика и термодинамика
Лабораторная работа № 11.
Отчетное занятие.
Лабораторная работа № 12.
Коллоквиум по молекулярной физике и термодинамике.
Отчетное занятие.
Электричество и магнетизм
2
2
2
2
2
25. Лабораторная работа № 10.
26. Коллоквиум по разделам «Электростатика. Постоянный
27. электрический ток. Электромагнетизм».
28. Отчетное занятие.
Итого
2
2
15.
19
20.
21.
22.
2
36
IV. КОНТРОЛЬ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛЕЙ КУРСА
ТЕКУЩИЙ КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ
Текущий контроль знаний осуществляется в ходе индивидуальных собеседований при защите студентами лабораторных работ, расчетно-графических работ, сдаче коллоквиумов и задач, предлагаемых на практических занятиях.
Цель коллоквиума – обеспечить усвоение студента теоретического материала в непосредственном контакте с преподавателем; помочь преподавателю
определить уровень усвоения этих знаний.
Коллоквиум проводится, как правило, в форме коллективного собеседова14
ния преподавателя со студентом. При этом студент обязан продемонстрировать
тщательную (в меру своих возможностей) подготовку, выраженную в достаточно исчерпывающих записях, расчетах, выводах и т.п. Именно эти записи должны
стать основой совместного анализа и живой беседы, в которой могут принять
участие все студенты.
Перечень типовых вопросов для итогового контроля. Физические основы
механики
1.Основные представления специальной теории относительности. Гипотеза
об эфире. Опыты Майкельсона-Морли. Постулаты Эйнштейна.
2.Кинематика материальной точки. Способы задания положения точки и ее
движения. Перемещение. Связь перемещения с приращением радиус – вектора.
3.Кинематические характеристики материальной точки. Скорость, ускорение. Нормальное, касательное и полное ускорения, связь между ними.
4. Кинематические уравнения равномерного и равнопеременного прямолинейного движения.
5.Системы отсчета. Преобразования Галилея. Преобразования Лоренца.
6.Следствия из преобразований Лоренца:
7.Релятивистские преобразования скоростей.
8.Динамика материальной точки. Сила. Масса. Импульс. Законы Ньютона.
9.Свободное и несвободное движения материальной точки. Движение тела
в однородном силовом поле тяготения.
10.Система материальных точек, ее импульс. Замкнутые и незамкнутые
механические системы. Закон сохранения импульса системы материальных точек.
11.Движение тел переменной массы. Уравнение Мещерского. Формула
Циолковского.
12.Работа. Мощность. Энергия. Кинетическая энергия.
13. Потенциальные силы. Потенциальная энергия. Потенциальная энергия
сил упругости.
14.Связь потенциальной силы с потенциальной энергией. Градиент.
15
15.Замкнутые и незамкнутые механические системы. Закон сохранения
энергии в механике.
16.Центральный удар шаров. Коэффициент восстановления. Абсолютно
упругий удар.
17. Абсолютно неупругий удар. Удары первого и второго рода.
18.Законы Кеплера.Сила взаимодействия между Солнцем и планетами
солнечной системы. Закон всемирного тяготения. Опыт Кавендиша.
19.Потенциал и напряженность гравитационного поля, связь между ними.
Эквивалентность инертной и гравитационной масс. Экспериментальная проверка эквивалентности.
20.Космические скорости. Расчет 1 и 2 скоростей. 3 космическая скорость.
21.Понятие о моменте силы и моменте импульса относительно оси и точки. Уравнение моментов механической системы относительно точки. Закон сохранения момента импульса механической системы относительно точки и оси.
22.Поступательное и вращательное движения твердого тела. Центр масс и
закон его движения. Основной закон динамики вращательного движения твердого тела. Закон сохранения момента импульса твердого тела.
23.Кинетическая энергия вращательного движения твердого тела. Теорема
Гюйгенса-Штейнера.
24.Свободные оси. Гироскоп. Гироскопический эффект. Прецессия гироскопа. Скорость прецессионного движения.
25.Виды и типы деформаций. Напряжение и усилие. Модули Юнга и сдвига. Коэффициент Пуассона. Диаграмма растяжения.
26.Линии и трубки тока, уравнение неразрывности.Уравнение Бернулли.
27. Ламинарное и турбулентное течения. Число Рейнольдса. Ламинарное
течение вязкой жидкости в круглых трубах. Формула Пуазейля.
28. Методы определения вязкости жидкости. Формула Стокса.
29.Колебания. Гармонические колебания. Скорость, ускорение и силы при
гармонических колебаниях. Энергия гармонических колебаний.
16
30.Физический и математический маятники, периоды их колебаний. Приведенная длина физического маятника.
31.Сложение гармонических колебаний:
32.Затухающие колебания. Декремент, логарифмический декремент и коэффициент затухания колебаний. Добротность. Их физический смысл.
33.Вынужденные колебания. Амплитудная и фазовая резонансные кривые.
34.Волны в сплошной среде. Фронт волны и волновая поверхность. Уравнение волны и волновое уравнение.
35.Интерференция волн. Стоячие волны. Координаты узлов и пучностей.
Перечень типовых вопросов для итогового контроля «Молекулярная физика и термодинамика»
1.
Молекулярно-кинетическая теория вещества. Характеристики моле-
кул и количества вещества и связи между ними. Постоянные Авогадро и
Лошмидта.
2.
Агрегатные состояния вещества и их признаки. Статистический и
термодинамический методы в молекулярной физике.
3.
Эмпирические газовые законы, расширение твердых тел. Идеальный
газ. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа.
4.
Давление идеального газа. Вывод основного уравнения молекуляр-
но-кинетической теории идеального газа.
5.
Температура и ее физический смысл в молекулярно-кинетической
теории (теплообмен и термодинамическое равновесие, термометрическое свойство и термометрическая величина). Термодинамическая шкала температур.
6.
Вывод уравнения состояния идеального газа. Изопроцессы и соот-
ветствующие им законы идеального газа. Изотермический коэффициент сжимаемости, температурный коэффициент.
7.
Скорости газовых молекул. Измерение скорости газовых молекул
(опыт Штерна, метод молекулярных пучков).
8.
Элементы теории вероятности: случайные события и случайные ве-
личины, частота и вероятность, дискретное и непрерывное распределение веро17
ятности, плотность вероятности, условие нормировки, теоремы сложения и
умножения, средние значения случайных величин, флуктуации.
9.
Распределение Максвелла. Определение функции распределения мо-
лекул по проекциям скоростей (вывод). График функции распределения молекул
по проекциям скоростей.
10.
Распределение Максвелла. Определение функции распределения мо-
лекул по абсолютным значениям скоростей (вывод). Геометрическое истолкование полученной функции.
11.
Распределение Максвелла в приведенном виде. Характерные скоро-
сти молекул при распределении Максвелла: наивероятнейшая скорость средняя
и средне квадратичная скорости, средняя скорость по проекции, среднее значение модуля проекции скорости, средняя относительная скорость. Связь между
характерными скоростями.
12.
Распределение Больцмана. Барометрическая формула и закон Боль-
цмана (вывод).
13.
Распределение Максвелла по значениям кинетической энергии.
Связь между распределением Максвелла и Больцмана. Распределение Максвелла-Больцмана. Распределение Больцмана для дискретного спектра значений
энергии.
14.
Броуновское движение. Расчет среднего квадрата смещения бро-
уновской частицы (вывод формулы Эйнштейна-Смолуховского).
15.
Элементы молекулярно-кинетической теории неравновесных про-
цессов: равновесное и неравновесное состояния, процессы релаксации и процессы переноса.
16.
Эффективный диаметр и эффективное сечение молекул газа. Сред-
няя длина свободного пробега (вывод) и распределение свободных пробегов частиц.
17.
Потенциальная кривая межмолекулярного взаимодействия и зависи-
мость эффективного диаметра и длины свободного пробега молекул от температуры и давления для газов и жидкостей.
18
18.
Общая теория процессов переноса в газах. Диффузия и самодиффу-
зия. Коэффициент диффузии и его зависимость от температуры и давления.
19.
Общая теория процессов переноса в газах. Вязкость или внутреннее
трение. Коэффициент вязкости и его зависимость от температуры и давления.
20.
Общая теория процессов переноса в газах. Теплопроводность. Коэф-
фициент теплопроводности и его зависимость от температуры и давления.
21.
Нулевое начало термодинамики. Термодинамические процессы: рав-
новесные или квазистатические, обратимые и необратимые, круговые или циклические.
22.
Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия, работа и тепло-
та. Принцип эквивалентности теплоты и работы.
23.
Теплоемкость идеального газа. Теплоемкость газа при постоянном
объеме и постоянном давлении. Энтальпия. Число степеней свободы. Вывод
уравнения Роберта-Майера.
24.
Адиабатный процесс. Вывод уравнения Пуассона. Работа при адиа-
батном процессе.
25.
Политропный процесс. Вывод и анализ уравнения политропы.
26.
Классическая теория теплоемкости газов и твердых тел. Закон
Дюлонга-Пти. Недостатки классической теории теплоемкости.
27.
Элементы квантовой теории теплоемкости твердых тел. Теория и
формула Эйнштейна. Теория и закон Дебая. Температура Дебая и физический
смысл температуры Дебая.
28.
Второе начало термодинамики. Обратимые и необратимые процес-
сы. Формулировки второго начала термодинамики Клаузиуса, Кельвина и Планка. КПД тепловой и холодильной машины.
29.
Идеальный обратимый (квазистатический) процесс. Цикл Карно. Ра-
бота цикла Карно (вывод). КПД цикла Карно (вывод).
30.
Теорема Клаузиуса о приведенной теплоте. Энтропия и термодина-
мический смысл энтропии в идеальном обратимом процессе.
31.
Математическое описание квазистатических изопроцессов на основе
19
второго начала термодинамики. Т-S диаграммы.
32.
Статистический смысл второго начала термодинамики. Вывод фор-
мулы Больцмана для энтропии. Закон возрастания энтропии Клаузиуса. Энтропия необратимых процессов.
33.
Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Расчет поправок на объ-
ем и давление реального газа. Физический смысл постоянных в уравнении Вандер-Ваальса.
34.
Теоретические изотермы реального газа Ван-дер-Ваальса. Критиче-
ское состояние вещества и критические параметры состояния вещества. Опалесценция. Закон соответственных состояний.
35.
Эффект Джоуля-Томсона. Внутренняя энергия реального газа. Тер-
модинамика эффекта Джоуля-Томсона. Расчет дифференциального эффекта
Джоуля-Томсона. Интегральный эффект Джоуля-Томсона.
36.
Явления на границе жидкости. Поверхностная энергия и поверх-
ностное натяжение. Давление под изогнутой поверхностью.
37.
Смачивание и несмачивание. Капиллярные явления. Формула Лапла-
са.
Перечень типовых вопросов для итогового контроля «Электричество и магнетизм»
1.Роль ЭЛМ взаимодействия в природе. Понятие заряда, его свойства. Взаимодействие зарядов, закон Кулона.
2.Электрическое поле в вакууме. Напряженность поля. Принцип суперпозиции полей. Поле диполя.
3.Понятие силовой линии. Поток вектора напряженности. Теорема Остроградского-Гаусса в интегральной и дифференциальной формах. Электрические
заряды как источники и стоки электрического поля. Применение теоремы для
расчета электрических полей (плоскости, конденсатора, шара).
4.Работа по перемещению заряда в электрическом поле. Потенциальный
характер электростатического поля. Теорема о циркуляции.
20
5.Дифференциальная формулировка потенциальности электростатического
поля.
6.Электрическое поле произвольной заряженной поверхности.
7.Понятие потенциала. Нормировка потенциала. Потенциал поля точечного заряда. Разность потенциалов. Связь разности потенциалов и напряженности
поля. Понятие эквипотенциальной поверхности.
8. Проводники в электрическом поле. Равновесное распределение зарядов
в проводнике. Емкость проводников. Конденсаторы, соединение конденсаторов.
9.Диэлектрики в электрическом поле. Поляризация двух типов диэлектриков. Вектор поляризации. Поле в диэлектриках.
10.Теорема Гаусса в диэлектриках. Сегнетоэлектрики. Пьезоэффект.
11.Энергия взаимодействия электрических зарядов. Собственная энергия
заряда. Энергия электрического поля.
12.Постоянный электрический ток. Основные характеристики поля постоянного тока. Теорема о непрерывности линий тока. Закон Ома в дифференциальной форме.
13.Интегральная форма закона Ома. Сторонние силы. ЭДС. Правила
Кирхгофа.
14.Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца. КПД источника тока.
15.Проводимость в металлах. Опыты Толмена и Стюарта. Классическая
теория проводимости твердых тел (Лоренца-Друдэ) и ее затруднения.
16.Элементы квантовой теории проводимости проводников. Сверхпроводимость. 17.Зонная теория проводимости твердых тел. Проводимость проводников, полупроводников, диэлектриков.
18.Примесная проводимость полупроводников. Явления на границах полупроводников.
Полупроводниковый диод, триод.
19.Взаимодействие элементов тока в вакууме. Закон Ампера.
20.Стационарное магнитное поле в вакууме. Закон Био-Савара-Лапласса.
Расчет магнитного поля прямого тока, кругового тока.
21
21.Силы, действующие на токи в магнитном поле. Магнитный момент
рамки с током. Сила Лоренца.
22.Эффект Холла.
23.Свойства магнитного поля. Теорема Остроградского - Гаусса и теорема
о циркуляции в магнитном поле. Понятие монополя.
24.Теория магнетиков. Магнитный момент атомов. Прецессия Лармора.
Природа диа-, парамагнетизма. Опыты Эйнштейна- де-Хааса, Барнетта.
25.Классическая теория поля в магнетиках: вектор намагничивания, магнитная восприимчивость, молекулярные токи. Магнитное поле в магнетиках.
Теорема Остроградского - Гаусса и теорема о циркуляции в магнетиках.
26.Классификация магнетиков. Ферромагнетики. Элементы квантовой пироды ферромагнетизма. Постоянные магниты.
27.Квазистационарное магнитное поле. Явление ЭЛМ индукции. Закон
Фарадея - Ленца. Объяснение опытов Фарадея. 1-я гипотеза Максвелла. Явления
само- и взаимоиндукции. Бетатрон (принцип действия).
28.Квазистационарные токи. Получение тока. Цепь переменного тока с индуктивностью. Метод векторных диаграмм. Импеданс. Закон Ома в такой цепи.
29.Энергия магнитного поля. Плотность энергии магнитного поля.
30.Цепь переменного тока с емкостью. 2-я гипотеза Максвелла. Ток смещения. Уравнение полных токов.
31.Цепь переменного тока, содержащая R, L, C. Закон Ома в цепи переменного тока. Импеданс. Резонанс в цепи переменного тока.
32.Электромагнитное поле. Уравнение Максвелла.
33.ЭЛМ волны. Свободные электромагнитные волны. Поперечность ЭЛМ
волн. Скорость распространения ЭЛМ волн. Софазность.
34. Экспериментальное получение и исследование ЭЛМ волн. Вибратор
Герца. Излучение линейного осциллятора. Картина ЭЛМ поля осциллятора.
35.Энергия ЭЛМ волн. Вектор Умова - Пойтинга. Диаграмма направленности излучения диполя.
36.Шкала ЭЛМ волн. Применение ЭЛМ волн. Принцип радиосвязи.
22
V.УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Список основной литературы
1. В. К. Суханова. Физика: Учебное пособие. 148 с. Вл-к. Изд-во ТГЭУ – 2009
г.
2. Трофимова Т. И. Курс физики: Учебное пособие. 558 с. М: Академия – 2010
г.
3. Терлецкий И. А. Термодинамика равновесных процессов. Уч. пособие. 161
с. Вл-к Изд-во ДВФУ – 2011.
4. Орир Д. Физика. Полный курс. Примеры, задачи, решения. Учебник. 752 с.
М: университет – 2011 г.
5. Яворский Б.М., Пинский А.А. Основы физики, т.т. 1-2. М.: ФИЗМАТЛИТ,
2007.
6. Трофимова Т.И. Краткий курс физики. М.: Высшая школа, 2007.
7. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс общей физики. М. Высшая школа, 2009.
8. Иродов И.Е. Задачи по общей физике. М.: Бином, 2008.
9. Иродов И.Е. Механика. Основные законы. М.: Лаборатория базовых знаний,
2009.
10.Иродов И.Е. Электромагнетизм. Основные законы. М.: Лаборатория базовых
знаний, 2009
11.Савельев И.В. Курс физики, т.т. 1-5. М.: Наука, 2006-2008.
12.Сивухин Д.В. Общий курс физики, т.т. 1-5. М.: Высшая школа, 2006-2008.
13.Гершензон Е.М. и др. Курс общей физики.т.т. 1-2. Механика. М.: Академия,
2007.
14.Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики. М.: Наука,
2009.
15.Калашников С.Г. Электричество. М.: Наука, 2006.
16.Хайкин С.Э. Физические основы механики. М.: Наука, 2009.
Список дополнительной литературы
1. Матвеев А.Н. Курс физики.т.т. 1-4. М.: Высшая школа, 2006-2009.
2. Беликов Б.С. Решение задач по физике. М.: Высш. школа, 2007. – 256 с.
23
3. Геворкян Р.Г. Курс общей физики: Учеб.пособие для ВУЗов. Изд. 3-е, перераб. М.: Высш. школа, 2007. – 598 с.
4. Детлаф А.А., Курс физики: Учеб.пособие для ВУЗов М.: Высш. школа, 2008
– 608 с,
5. Рыбаков Г.И. Сборник задач по общей физике. М.: Высш. школа, 2009.159с.
6. Фирганг Е.В. Руководство к решению задач по курсу общей физики. М.:
Высш. школа, 2008.-350с
7. Чертов А.Г. Задачник по физике с примерами решения задач и справочными
материалами. Для ВУЗов. Под.ред. А.Г Чертова М.: Высш. школа, 2007.510с.
8. Чертов А.Г. Задачник по физике с примерами решения задач и справочными
материалами. Для ВУЗов. Под.ред. А.Г Чертова М.: Высш. школа, 2007.510с.
9. Шубин А.С. Курс общей физики М.: Высш. школа, 2008. – 575 с.
10.Ремизов А.Н., Потапенко А.Я. Курс физики: Учеб.для вузов. - М.: Дрофа,
2009.-720 с.
11.Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. – М.: Наука, 2008.
12.Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике.т.т. 1-9.
М.: Мир, 2007
Интернет-ресурсы
1. Полицинский Е.В. Механика, молекулярная физика и термодинамика: конспекты лекций - Юргинский технологический институт Национального исследовательского Томского политехнического университета, 2010 - 206 с.
http://window.edu.ru/resource/809/76809
2. Кузнецов С.И. Колебания и волны. Геометрическая и волновая оптика: учебное
пособие. 2-е изд., перераб., дополн. - Томск: Изд-во Томского политехнического
университета, 2007. - 170 с.
http://window.edu.ru/resource/208/75208
3. Барсуков В.И., Дмитриев О.С. Физика. Электричество и магнетизм: Учебное по24
собие. - Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2009. - 252 с.
http://window.edu.ru/resource/244/68244
4. Мартынова Г.П. Оптика: Конспект лекций. - Самара: Изд-во "Самарский университет", 2005. - 155 с.
http://window.edu.ru/resource/933/74933
25
Министерство образования и науки Российской федерации
Филиал государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Дальневосточный государственный технический университет
(ДВПИ имени В.В.Куйбышева)» в г. Артеме
МАТЕРИАЛЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
по дисциплине «ФИЗИКА»
Специальность 280103.65 – Защита в чрезвычайных ситуациях
специализация – Гражданская защита
г. Артем
2010
26
Наиболее важные разделы программы курса выносятся на практические
(семинарские) занятия. Как правило, на практических занятиях рассматривают
фрагменты теории, требующих сложных математических выкладок, различные
методы решения задач и наиболее типичные задачи. Для закрепления материала,
рассматриваемого на семинарах, студенты получают домашние задания в виде
ряда задач из соответствующих задачников.
Практические занятия рекомендуется проводить по следующей схеме.
1-ый час. Выяснение готовности студентов к новой теме – опрос по
тео-
ретическому материалу. Решение преподавателем в контакте с аудиторией двух
задач из тех, номера которых приведены в данном плане. Выбранные для этого
задачи, с одной стороны, должны соответствовать уровню знаний среднестатистического студента группы, с другой, – быть типовыми и достаточно полно
освещающими тему.
2-й час. Выдача студентам индивидуальных заданий в форме двух
задач.
В начале семестра возможна выдача пакета задач на весь семестр. Главное требование – обеспечение самостоятельности и независимости подхода студентов к
решению задач.
ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ ПО МЕХАНИКЕ
Тема 1. Кинематика материальной точки и твердого тела. (2 часа)
1.1. Векторные физические величины. Физический и геометрический смысл
векторных величин. Работа над векторами (правила действия над векторами
носят геометрический характер).
1.1.1.
Умножение на скаляр.
1.1.2.
Сложение и вычитание векторов (№№1.1-1.7 по И.В.Савельеву, 2-е
изд., перераб.— М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988.—288 с.)
1.1.3.
Разложение вектора на составляющие. Понятие ортонормированного
базиса.
1.1.4.
Скалярное произведение двух векторов (№1.9 по И.В. Савельеву, 2-е
изд., перераб.— М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988.—288 с.).
1.1.5.
Векторное произведение двух векторов.
27
Смешанное произведение (№ 1.11 по И.В. Савельеву, 2-е изд., пере-
1.1.6.
раб.— М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988.—288 с.).
1.1.7. Дифференцирование векторной функции.
1.2 Векторный способ описания кинематики материальной точки.
Основные понятия: радиус-вектор rи уравнение движения в векторном виде r
=r(t); вектор перемещения (∆r) и путь (s); вектор скорости (v) и вектор средней скорости (v); вектор ускорения (а) и вектор среднего ускорения (а).
Прямая задача решается путем дифференцирования, обратная задача – путем
интегрирования (№№1.19-1.23 по И.В. Савельеву, №№1.19 – 1.21 по И.Е.
Иродову).
1.3 Координатный способ описания кинематики материальной точки (№№1.22
– 1.30 по И.Е. Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. 448с).
Выбор системы координат – определяется симметрией задачи, по-
1.3.1
становкой вопроса и рассматривается как способ упрощения решения задачи.
Разложение уравнения движения по координатам. Зависимости X(t),
1.3.2
Y(t), Z(t) определяют движение материальной точки и соответствующие кинематические характеристики путем либо дифференцирования, либо интегрирования.
1.4 «Естественный» способ описания кинематики материальной точки
(№№1.34 – 1.4.3. по И.Е. Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис ; 1997, 1998,
2002 и др. - 448с).
1.41. Траектория движения и аналитическое задание ее в координатном виде
y=f(x), в параметрическом виде x=x(t), y=y(t) и с помощью дуговой координаты l=l(t).
1.4 Нормальные и тангенсальные составляющие кинематических характеристик и определение абсолютных их значений.
1.5
Кинематика твердого тела (поступательное движение, вращение вокруг
неподвижной оси, плоское движение, движение вокруг неподвижной точки,
свободное движение).
28
1.5.1 Вращение вокруг неподвижной оси. Ось вращения – система отсчета.
Вывод угловых характеристик вращательного движения. Связь между линейными и угловыми величинами (№№1.44 – 1.50 по И.Е. Иродову, 3-е изд. - М.:
Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с).
1.5.2 Плоское движение твердого тела как движение плоской фигуры в ее
плоскости. Мгновенная ось вращения. Плоское движение твердого тела без
проскальзывания (№№1.51 – 1.54 по И.Е. Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с).
1.5.3 Движение твердого тела вокруг неподвижной точки. Сложение угловых
скоростей (№№1.57 – 1.58 по И.Е. Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис ;
1997, 1998, 2002 и др. - 448с).
Тема 2. Основное уравнение динамики материальной точки в инерциальных и в неинерциальных системах отсчета.(2 часа)
2.1 Основное уравнение динамики материальной точки в инерциальных системах. Интегрирование уравнений движения.
2.1.1 Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея.
Силы в механике. Второй закон Ньютона в проекциях на оси декартовых координат (№№1.59 – 1.87 по И.Е. Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис ; 1997,
1998, 2002 и др. - 448с).
2.1.2. Второй закон Ньютона в проекциях на касательную и нормаль
(№№1.88 – 1.91 по И.Е. Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис ; 1997, 1998,
2002 и др. - 448с).
2.2 Основное уравнение динамики материальной точки в неинерциальных
системах отсчета.
2.2.1. Преобразование скорости и ускорения при переходе к системе отсчета
(К), движущейся поступательно, вращающейся с постоянной угловой скоростью вокруг оси, неподвижной к К-системе и движущейся с ускорением по
отношению к К-системе (решается как общая задача).
29
2.2.2. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции. Принцип эквивалентности сил инерции и сил тяготения (№№1.92 – 1.110 по И.Е. Иродову, 3е изд. - М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с).
Тема 3. Законы сохранения импульса, энергии. (2 часа)
3.1. Закон сохранения импульса. Центр масс и система центра масс (на примере системы из двух частиц). Уравнение движения центра масс (№№1.113 –
1.127 по И.Е. Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. 448с).
3.2. Работа и мощность силы. Работа упругой силы. Работа гравитационной
силы и работа однородной силы тяжести. Работа силы трения (№№1.138 –
1.156 по И.Е. Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. 448с).
3.4. Закон сохранения и превращения полной механической энергии.
3.4.1. Поле центральных сил. Потенциальная энергия частицы в поле. Потенциальная энергия и сила поля (№№1.157 – 1.158 по И.Е. Иродову, 3-е изд. М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с).
3.4.2. Кинетическая энергия. Собственная потенциальная энергия системы.
Полная механическая энергия системы и ее превращение (№№1.159 – 1.178 по
И.Е. Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с).
3.4.3. Столкновение двух частиц. Абсолютно упругое и абсолютно неупругое
столкновения. Неупругое столкновение (№№1.179 – 1.194 по И.Е. Иродову, 3е изд. - М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с).
3.4.4. Всемирное тяготение. Напряженность и потенциал гравитационного поля (№№ 1.230 – 1.233, 1.245 по И.Е. Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис ;
1997, 1998, 2002 и др. - 448с).
Тема 4. Динамика твердого тела.(2 часа)
4.1 Момент инерции. Теорема Штейнера. Вычисление момента инерции однородных твердых тел (№№ 1.255 – 1.261 по И.Е. Иродову, 3-е изд. - М.: Бином,
Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с).
Контрольная работа №4
30
4.2. Уравнение динамики поступательного и вращательного движения. Плоское движение твердого тела (№№ 1.268 – 1.276 по И.Е. Иродову, 3-е изд. - М.:
Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с).
4.3. Кинетическая энергия вращающегося твердого тела, плоского движения
твердого тела (№№ 1.285 – 1.298 по И.Е. Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с).
4.4. Закон сохранения момента импульса. Уравнение моментов (№№ 1.200 –
1.206).
Тема 5. Механические колебания и волны. (2 часа)
5.1. Уравнение гармонических колебаний и его решение (№№ 4.1 – 4.3, 4.23,
4.24, 4.29 по И.Е. Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и
др. - 448с). Сложение гармонических колебаний (№№ 4.7 – 4.11 по И.Е.
Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с).
5.2. Уравнение затухающих колебаний и его решение. Логарифмический декремент затухания и добротность (№№ 4.69 – 4.78 по И.Е. Иродову, 3-е изд. М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с).
5.3. Уравнение вынужденных колебаний и его решение установившихся колебаний. Явление резонанса (№№ 4.91 – 4.99 по И.Е. Иродову, 3-е изд. - М.:
Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с).
5.4. Уравнения плоской и сферической волн. Волновое уравнение. Фазовая
скорость продольных волн и поперечных волн в струне. Скорость звука в газе (№№ 4.175 – 4.178; 4.204 – 4.207 по И.Е. Иродову, 3-е изд. - М.: Бином,
Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с).
Темы практических занятий по молекулярной физике и термодинамике
Тема 1. Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа. (2 часа)
1.1.
Связь между основными кинетическими характеристиками газа: от-
носительная молекулярная масса, молярная масса, число Авогадро, число
Лошмидта, концентрация, плотность. Смесь газов. Закон Дальтона. Молярные и удельные величины (№№ 2.1. – 2.6 по И.Е. Иродову, 3-е изд. - М.: Би-
31
ном, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с; №№2.1 – 2.8 по И.В.Савельеву,
2-е изд., перераб.— М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988.—288 с.).
1.2.
Термометрия. Термометрическое тело, термометрическая величина.
Шкала температур (№№627 – 632 под ред. Д.В. Сивухина, 5-е изд., стер. - М.:
ФИЗМАТЛИТ; ЛАНЬ, 2006. - 240 с.).
1.3.
Уравнение состояния идеального газа. Процессы. Уравнения процес-
сов в интегральной и дифференциальной форме (№№2.7 – 2.13 по
И.Е.Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с
,№№2.27 – 2.31 по И.В.Савельеву, 2-е изд., перераб.— М.: Наука. Гл. ред.
физ.-мат. лит., 1988.—288 с.).
1.4.
Давление газа. Закон Паскаля, барометрическая формула. Градиент
температуры по высоте столба газа в однородном поле сил тяжести (№№2.14
– 2.21 по И.Е.Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. 448с).
Тема 2. Молекулярно-кинетическая теория. Распределение Максвелла и
Больцмана (2 часа)
2.1. Функция распределения вероятностей дискретных и непрерывных значений случайной величины. Вычисление основных характеристик функции
распределения (№№2.85 – 2.86 по И.Е.Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис
; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с,№№2.74 – 2.78 по И.В.Савельеву, 2-е изд.,
перераб.— М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988.—288 с.).
2.2 Распределение Максвелла по проекциям скоростей, по абсолютным значениям скоростей, в «приведенном» виде. Вычисление характеристических
скоростей (№№2.88 – 2.104, 2.108 – 2.109 по И.Е.Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с, №№2.79, 2.78, 2.84, 2.87 по
И.В.Савельеву, 2-е изд., перераб.— М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит.,
1988.—288 с.).
2.3. Функция распределения молекул по кинетическим энергиям. Вычисление характеристических энергий и сравнение их с характеристическими
скоростями (№№2.105 – 2.107 по И.Е.Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис
32
; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с, №№2.90 по И.В.Савельеву, 2-е изд., перераб.— М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988.—288 с.).
2.4. Распределение Больцмана. Распределение молекул в однородном потенциальном поле, в поле инерциальных сил (№№2.109 – 2.121 по
И.Е.Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с).
Распределение Больцмана для дискретных значений энергии (№2.100 по
И.В.Савельеву, 2-е изд., перераб.— М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит.,
1988.—288 с.).
Тема 3. Элементы молекулярно-кинетической теории неравновесных процессов. Явления переноса (2 часа)
3.1. Относительное число молекул газа, пролетающих путь S без столкновений.
Средняя длина свободного пробега молекул. Распределение свободных пробегов частиц. Эффективное сечение взаимодействия молекул (№№2.235 –
2.239, 2.242 – 2.243 по И.Е.Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис ; 1997,
1998, 2002 и др. - 448с).
3.2. Вязкость, теплопроводность и диффузия газов. Коэффициенты вязкости,
теплопроводности и диффузии (№№2.250 – 2.255, 2.266 – 2.272 по
И.Е.Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с).
Тема 4. Первое начало термодинамики. Теплоемкость. Уравнения процессов на основе первого начала термодинамики для идеальных газов (2
часа)
4.1. Работа, теплота, внутренняя энергия в интегральной и дифференциальной форме. Вычисление этих термодинамических функций (№№2.25 – 2.43
по И.Е.Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с,
№№2.10 – 2.13, 2.41 – 2.56 по И.В.Савельеву, 2-е изд., перераб.— М.: Наука.
Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988.—288 с.).
4.2. Теплоемкость. Число степеней свободы. Использование дифференциальной формы записи первого начала термодинамики для нахождения уравнения процесса и теплоемкости газа (№№2.44 – 2.56, 2.69 – 2.84 по
И.Е.Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с,
33
№№2.58 – 2.62 по И.В.Савельеву, 2-е изд., перераб.— М.: Наука. Гл. ред.
физ.-мат. лит., 1988.—288 с.).
Тема 5. Второе начало термодинамики. Энтропия (2 часа)
5.1. Расчет к.п.д. тепловых и холодильных машин, в которых идеальный газ
совершает циклы, состоящие из различных изопроцессов (например: циклы
Дизеля и Отто). Цикл Карно и к.п.д. цикла Карно (№№2.122 – 2.135 по
И.Е.Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с,
№№2.154 – 2.160 по И.В.Савельеву, 2-е изд., перераб.— М.: Наука. Гл. ред.
физ.-мат. лит., 1988.—288 с.).
5.2. Неравенство Клаузиуса. Изменение энтропии при обратимых квазистатических процессах или основное уравнение термодинамики для обратимых
процессов в идеальных газах (№№2.137 – 2.146 по И.Е.Иродову, 3-е изд. М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с).
5.3. Свободная энергия Гельмгольца и работа идеального газа в квазистатическом изотермическом процессе (№№2.162 – 2.165 по И.Е.Иродову, 3-е изд.
- М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с).
5.4 Статистический смысл энтропии. Формула Больцмана (№№2.164 – 2.170
по И.Е.Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. 448с,№№2.106 – 2.109 по И.В.Савельеву, 2-е изд., перераб.— М.: Наука. Гл.
ред. физ.-мат. лит., 1988.—288 с.).
Тема 6. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Термодинамика реального газа (2 часа)
6.1. Уравнение состояния ван-дер-ваальсовского газа. Постоянные Ван-дерВаальса и их физический смысл. Кинетика процессов в реальных газах
(№№2.22 – 2.24, 2.212 – 2.224 по И.Е.Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис ;
1997, 1998, 2002 и др. - 448с, №№2.162 - 2.165 по И.В.Савельеву, 2-е изд.,
перераб.— М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988.—288 с.).
6.2. Применение первого начала термодинамики для решения задач с вандер-ваальсовским газом (№№2.57 – 2.62, 2.225 – 2.227 по И.Е.Иродову, 3-е
изд. - М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с, №№2.166 – 2.171 по
34
И.В.Савельеву, 2-е изд., перераб.— М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988.—
288 с.).
6.3. Эффект Джоуля-Томсона. Вычисление приращения температуры вследствие эффекта Джоуля-Томсона (№№2.63 – 2.65 по И.Е.Иродову, 3-е изд. М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с, №№2.172 – 2 175 по
И.В.Савельеву, 2-е изд., перераб.— М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988.—
288 с.).
6.4. Изменение энтропии при квазистатических обратимых процессах – основное уравнение термодинамики для ван-дер-ваальсовского газа в интегральной и дифференциальной форме (№№2.147 – 2.148 по И.Е.Иродову, 3-е
изд. - М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с).
Тема 7. Жидкости. Капиллярные явления (2 часа)
7.1. Добавочное (капиллярное) давление в жидкости под произвольной поверхностью. Формула Лапласа (№№2.171 – 2.191 по И.Е.Иродову, 3-е изд. М.: Бином, Владис ; 1997, 1998, 2002 и др. - 448с).
7.2. Приращение свободной энергии поверхностного слоя жидкости. Расчет
количества тепла, необходимого для образования единицы площади поверхностного слоя жидкости при изотермическом увеличении ее поверхности
(№№2.192 – 2.197 по И.Е.Иродову, 3-е изд. - М.: Бином, Владис ; 1997, 1998,
2002 и др. - 448с).
ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ ПО ЭЛЕКТРИЧЕСТВУ И МАГНЕТИЗМУ
Тема 1. Электростатическое поле в вакууме (2 часа)
Напряженность поля точечного заряда. Принцип суперпозиции полей
Расчет напряженности электростатического поля, создаваемого зарядом, равномерно распределенным по нити (стержню)
Расчет напряженности электростатического поля, создаваемого зарядом, равномерно распределенным по кольцу и сфере
Поток вектора напряженности. Теорема Остроградского-Гаусса. Применение
теоремы Остроградского-Гаусса к расчету электростатических полей
35
Потенциал электрического поля.
Связь напряженности и потенциала
Тема 2. Диэлектрики в электростатическом поле.(2 часа)
Энергия электростатического поля Поляризация диэлектриков.
Теорема Остроградского-Гаусса для электростатического поля в среде.
Условия для электростатического поля на границе раздела изотропных диэлектрических сред
Движение заряженных частиц в электрическом поле
Тема 3. Проводники в электростатическом поле. Электроемкость. Конденсаторы (2 часа)
Закон Ома для однородного участка цепи
Законы Ома для неоднородного участка цепи и для замкнутой цепи
Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа
Характеристики тока. Последовательное и параллельное соединение резисторов
Тема 4. Постоянный электрический ток(2 часа)
Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца.
Переходные процессы в цепи с конденсатором. Электропроводность металлов
Тема 5. Магнитное поле постоянного тока в вакууме (4 часа)
Нахождение магнитного поля заданной конфигурации токов, используя закон
Био-Савара-Лапласа и принцип суперпозиции
Расчет магнитного потока. Расчет индукции магнитного поля с помощью теоремы о циркуляции
Действие магнитного поля на проводники с током и движущиеся заряды.
Магнитное поле внутри магнетика
Электромагнитная индукция. Энергия магнитного поля
Электромагнитные колебания
C
36
Министерство образования и науки Российской федерации
Филиал государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Дальневосточный государственный технический университет
(ДВПИ имени В.В.Куйбышева)» в г. Артеме
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ
РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
по дисциплине «ФИЗИКА»
Специальность 280103.65 – Защита в чрезвычайных ситуациях
специализация – Гражданская защита
г. Артем
2010
37
Большое значение в процессе обучения имеет самостоятельная работа студентов, на которую отводится значительная часть часов учебного плана. Самостоятельная работа студентов ведется под контролем преподавателя и включает
работу с конспектами лекций и литературой, подготовку к практическим занятиям, теоретическую подготовку к выполнению лабораторных работ и их защите,
оформление лабораторно-практических работ, подготовку к контрольным занятиям.
Основными формами контроля знаний студентов являются контрольные
работы по практическим занятиям, собеседования во время выполнения и сдачи
лабораторных работ, рейтинговые контрольные работы и семестровые экзамены.
Методические рекомендации по организации самостоятельного изучения
дисциплины
«Физика» – базовая дисциплина естественно-научного цикла дисциплин
при подготовке инженеров. Опирается на общенаучные дисциплины и является
фундаментом общетехнических дисциплин.
При изучении физики необходимо
1.
Ознакомиться с программой курса.
2.
Обеспечить себя учебной литературой теоретического и практиче-
ского назначения, вспомогательным материалом по мере изучения тем.
3.
Предусмотреть обязательное общение с преподавателем через лек-
ции, практические занятия и индивидуальные консультации.
4.
Рекомендуется следующая последовательность изучения дисципли-
ны
а) прослушивании лекций с обязательным конспектированием и последующим заучиванием понятий и определений механики и установлением взаимосвязей между ними,
б) изучение методик и приемов решения стандартных задач механики на
практических занятиях,
38
в) самостоятельное решение задач из предлагаемых сборников задач и выполнение расчетно-графических заданий по основным темам дисциплины,
г) участие в учебно-исследовательской и научно-исследовательской работе
студентов по кафедре.
Общие указания к выполнению контрольных работ
Цель настоящих методических указаний – дать студентам всех форм обучения навык решения физических задач.
В процессе изучения физики студент может выполнить три контрольных работы:
 Первая контрольная работа – К.Р. №1 - ориентирована на основные разделы
теоретического курса «Механика», «Колебания и волны», «Термодинамика и
молекулярная физика»;
 Вторая контрольная работа – К.Р. №2 – полностью посвящена разделу
«Электричество и магнетизм»;
 Третья контрольная работа – К.Р. №3- охватывает разделы «Оптика», «квантовая физика», «Ядерная физика».
Решение задач в контрольных работах является проверкой степени усвоения
студентом теоретического курса, а рецензии на работу помогают доработать и
правильно понять различные разделы курса физики. Перед выполнением контрольной работы студенту необходимо внимательно ознакомиться с примерами
решения задач по данной контрольной работе, уравнениями и формулами, а
также со справочным материалом, приведенным в конце третьей части методических указаний. В некоторых случаях преподаватель может дать студенту индивидуальное задание – задачи, не входящие в вариант студента.
Выбор задач производится по таблице вариантов, приведенных в каждом
разделе (номером варианта является последняя цифра в номере зачетки или студенческого билета).
39
Таблица вариантов к контрольной работе №1
Номера задач
Вариант
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
110
120
130
140
150
160
170
180
190
1
111
121
131
141
151
161
171
181
191
2
112
122
132
142
152
162
172
182
192
3
113
123
133
143
153
163
173
183
193
4
114
124
134
144
154
164
174
184
194
5
115
125
135
145
155
165
175
185
195
6
116
126
136
146
156
166
176
186
196
7
117
127
137
147
157
167
177
187
197
8
118
128
138
148
158
168
178
188
198
9
119
129
139
149
159
169
179
189
199
Темы задач: В первой задаче в каждом варианте – кинематика и динамика поступательного движения. Во второй задаче – кинематика и динамика вращательного движения. В третьей задаче – работа, энергия, мощность при поступательном и вращательном движении. В четвертой задаче – движение в поле тяготения.
В пятой задаче – колебательное движение, маятники. В шестой задаче – сила и
энергия упругой деформации, закон Гука. В седьмой задаче – уравнение состояния идеального газа, смеси газов. В восьмой задаче – теплоемкости газов и их
смесей. В девятой задаче – первое начало термодинамики, процессы в газах,
цикл Карно.
110. Материальная точка массой т=1кг движется под действием некоторой силы
согласно уравнению x=2+t2-0.2t3. Найти значение этой силы в момент времени
t1=2с и t2=5с. В какой момент времени сила равна нулю?
111. Какую силу надо приложить к вагону, стоящему на рельсах, чтобы вагон
стал двигаться равноускоренно и за время t=30с прошел путь S=11м? Во время
движения на вагон действует сила трения Fтр=8103Н. Масса вагона т=16103кг.
112. Молот массой т=103кг падает с высоты h=1.77м на наковальню. Длительность удара t=0.01с. Определить среднее значение силы удара.
40
113. Железнодорожный вагон тормозится, и его скорость равномерно уменьшается за время t=3.5с от V1=47.5км/ч до V2=30км/ч. При каком наибольшем коэффициенте трения между чемоданом и полкой при торможении чемодан начнет
скользить по полке?
114. Шар массой m1=500г, движущийся со скоростью V1=1м/с, ударяет неподвижный шар массой т2=0.8кг. Удар прямой, центральный, абсолютно упругий.
Определить скорости шаров после удара.
115. На льду стоит конькобежец т1=80кг, который бросает камень под углом 60о
к горизонту массой т2=0.5кг со скоростью V0=5м/с. Коэффициент трения
=0.002. На какое расстояние откатится конькобежец после броска?
116. На полу стоит тележка т1=100кг на которую запрыгивает человек массой
т2=70кг со скоростью 12км/ч. Коэффициент трения тележки о пол μ=0.02. На
какое расстояние откатится тележка, если человек с нее спрыгнет с той же скоростью в направлении ее движения?
117. На полу стоит тележка т1=100кг на которую запрыгивает человек массой
т2=70кг со скоростью 12км/ч. Коэффициент трения тележки о пол μ=0.02. На
какое расстояние откатится тележка, если человек с нее спрыгнет с той же скоростью в направлении противоположном направлению ее движения?
118. Снаряд массой т1=10кг, летящий вдоль железнодорожного пути со скоростью V1=500м/с, направленной под углом =60о к горизонту, попадает в вагон с
песком массой т2=104кг и застревает в нем. С какой скоростью станет двигаться
вагон, если до попадания снаряда он двигался со скоростью V2=10м/с в направлении противоположном движению снаряда?
119. На двух шнурах одинаковой длины, равной l=0.8м, подвешены два свинцовых шара массами т1=0.5кг и т2=1кг. Шары соприкасаются между собой. Шар
меньшей массы отвели в сторону так, что шнур отклонился на угол =60о, и отпустили. На какую высоту поднимется шар большей массы после столкновения?
Удар считать центральным и упругим.
41
120. Тело движется по закруглению радиусом R=100м при этом его тангенциальное ускорение а=0.2м/с2. Определить нормальное и полное ускорение тела в
момент времени, когда его скорость равна V=10м/с.
121. Колесо радиусом R=0.1м вращается так, что зависимость угла поворота радиуса колеса от времени выражается уравнением =a+bt+kt3, где b=2с-1, k=1c-3.
Для точек, лежащих на ободе колеса, найти: угловую и линейную скорости; угловое, тангенциальное и нормальное ускорения через 2с после начала движения.
122. Какую горизонтальную скорость нужно было бы сообщить снаряду, чтобы
он облетел землю параллельно ее поверхности при отсутствии атмосферы? Каков был бы период обращения снаряда вокруг Земли? Считать, что высота снаряда над поверхностью Земли много меньше ее радиуса. Радиус земли принять
равным 6400км.
123. Тело массой т=0.2кг подвешено на нити длиной l=0.8м. Его отклонили от
положения равновесия и отпустили, в результате чего нить оборвалась. На какую минимальную высоту необходимо было поднять тело, если нить разрывается под действием силы F=4н?
124. Через блок в виде тонкостенного обруча, имеющего массу М=1.5кг, перекинута невесомая нерастяжимая нить, к концам которой подвешены грузы массами т1=0.1кг и т2=0.15кг. Определить ускорения движения грузов, если их
предоставить самим себе.
125. Два шарика массами т1=80г и т2=120г соединены тонким невесомым
стержнем длиной l=0.2м. Определить момент инерции системы относительно
оси, перпендикулярной к стержню и проходящей через его центр.
126. Гиря массой т=0.1кг привязана к концу нити, намотанной на барабан в виде
диска радиусом R=4см и массой 0.5кг. Найти ускорение с которым будет опускаться гиря.
127. На краю платформы неподвижной скамьи Жуковского диаметром D=3м и
массой т=180кг стоит человек массой М=70кг. С какой угловой скоростью будет вращаться скамья, если по ее краю пойдет человек со скоростью V=1.8м/с
относительно платформы?
42
128. На краю платформы в виде диска, вращающейся по инерции вокруг вертикальной оси с частотой п1=8мин-1, стоит человек массой т=70кг. Когда человек
перешел в центр платформы, она стала вращаться с частотой п2=10мин-1. Определить массу платформы. Момент инерции человека рассчитывать как для материальной точки.
129. Платформа, имеющая форму диска, может вращаться вокруг вертикальной
оси. На краю платформы стоит человек. На какой угол повернется платформа,
если человек пойдет вдоль ее края и, обойдя, вернется в исходную (на платформе) точку? Масса платформы т1=280кг, масса человека т2=80кг. момент инерции человека рассчитывать как для материальной точки.
130. Камень брошен под углом к горизонту со скоростью V=20м/с. Пренебрегая
сопротивлением воздуха определить на какой высоте от горизонта скорость
камня уменьшится вдвое.
131. Парусник массой т=500кг под действием постоянной силы движется прямолинейно, причем зависимость пути от времени выражается соотношением
S=at3+bt+k, где а=1м/с3; b=0.5м/с. Найти работу силы ветра за промежуток времени от 0 до 5с.
132. Определить КПД бойка массой т1=0.5т, падающего не упруго на сваю массой т2=120кг. Полезной считать энергию, пошедшую на вбивание сваи. Изменением потенциальной энергии сваи пренебречь.
133. Какую работу совершит сила F=30н, подняв груз массой т=2кг на высоту h
м в течении 3с?
134. Какое количество энергии пошло на деформацию двух столкнувшихся шаров массами по 4кг, если они двигались навстречу друг другу со скоростями
V1=3м/с и V2=8м/с, а удар был прямой и неупругий?
135. Какую работу нужно произвести, чтобы остановить маховик массой т=0.6т,
распределенной по ободу с диаметром D=1.6м, вращающегося с частотой
п=240об/мин?
136. С какой скоростью скатится без скольжения с наклонной плоскости высотой h=1м однородный диск?
43
137. Обруч массой 100г и радиусом 10см вращается со скоростью 2об/с вокруг
оси, проходящей через его центр. Какую работа надо совершить, чтобы увеличить угловую скорость вращения вдвое?
138. Найти отношение линейных скоростей центров обруча и шара, катящихся
по горизонтальной поверхности, если известно, что их массы и кинетические
энергии одинаковы.
139. Диск скатывается с наклонной плоскости высотой h=90см. Какую линейную
скорость будет иметь центр масс диска в тот момент, когда шар скатится с
наклонной плоскости?
140. Космическая ракета летит на Луну. В какой точке на прямой (на каком расстоянии от Земли), соединяющей центры Земли и Луны, ракета будет притягиваться Землей и Луной с одинаковой силой?
141. Определить работу, которую совершают силы гравитационного поля Земли,
если тело массой т=1кг упадет на поверхность Земли: 1) с высоты h, равной радиусу Земли R; 2) из бесконечности.
142. Во сколько раз вес тела, находящегося на экваторе Земли, меньше веса тела
на полюсе?
143. С какой начальной скоростью V0 должен вылететь снаряд из орудия в горизонтальном направлении, чтобы двигаться вокруг Земли, не падая на нее? Каким
будет ускорение снаряда при этом? Радиус Земли принять 6400км.
144. Радиус некой планеты в семь раз, а средняя плотность в 1000 раз больше
радиуса и плотности Земли. Вычислить ускорение силы тяжести на ее поверхности.
145. Шарик, масса которого т1=500г, находится на расстоянии а=10см в доль
образующей стержня от одного из концов тонкого однородного стержня длиной
1м и массой 2кг. Определить силу взаимодействия стержня и шарика. Размерами
шарика пренебречь.
146. Определить напряженность гравитационного поля на высоте h=1000км.
Считать известным ускорение свободного падения у Земли и ее радиус.
44
147. Определить ускорение свободного падения g на высоте h=20км над Землей,
принимая ускорение свободного падения на поверхности Земли g0=9.81м/с2, а
радиус Земли RЗ=6400км.
148. Спутник обращается вокруг Земли по круговой орбите на высоте h=520км.
Определить период обращения спутника. Считать известным ускорение свободного падения у Земли (g0=9.8м/с2) и радиус Земли (RЗ=6400км).
149. Определить линейную и угловую скорости спутника Земли, обращающегося по круговой орбите на высоте h=1000км. Ускорение свободного падения gЗ и
радиус Земли RЗ считать известными.
150. Определить возвращающую силу F в момент времени t=0.2с и полную энергию Е точки массой т=10г, совершающей гармонические колебания согласно
уравнению x=Asint, где А=0.15м и =4с-1.
151. Определить период колебаний стержня длиной l=0,3м около горизонтальной оси, перпендикулярной стержню и находящейся на расстоянии 10см от одного из его концов.


х  2 cos t  
4  . Найти моменты
2
152. Tочка движется прямолинейно по закону
времени, в которые скорость и ускорение достигают максимальной величины.
153. Определить период Т гармонических колебаний диска радиусом R=30 см
около горизонтальной оси, проходящей через середину радиуса диска перпендикулярно его плоскости.
154. Определить частоту  гармонических колебаний диска радиусом R=50см
около горизонтальной оси, проходящей через образующую диска.
155. На стержне длиной l=30 см укреплены два одинаковых грузика один в середине стержня, другой на одном из его концов. Cтержень с грузиком колеблется около горизонтальной оси, проходящей через свободный конец стержня.
Определить приведенную длину L и период колебаний T гармонических колебаний. Массой стержня пренебречь.
45
156. Сплошной однородный диск радиусом R=10 см колеблется около оси, перпендикулярной плоскости диска и проходящей через край диска. Найти приведенную длину этого физического маятника.
157. Если на некоторой планете период колебаний секундного Земного математического маятника окажется равным 2с, то чему равно ускорение свободного
падения на этой планете (принять, что ускорение свободного падения на Земле
9,8м/с2)?
158. Сплошной однородный диск R=0,1м колеблется около оси, перпендикулярной плоскости диска и проходящей через край диска. Какой длины должен быть
математический маятник, имеющий тот же период колебаний, что и диск?
159. Точка совершает гармонические колебания. В некоторый момент времени
смещение точки x=5cм, скорость ее V=0,3м/с и ускорение a=-0,5м/с2. Найти амплитуду, циклическую частоту, период колебаний и фазу колебаний в рассматриваемый момент времени.
160. Свинцовая проволока подвешена в вертикальном положении за один из
концов. Какую наибольшую длину может иметь проволока, не разрушилась под
действием собственного веса? Предел прочности свинца пр=1.23107Па.
161. Пружина жесткостью k=20кН/м сжата силой F=100Н. Определить работу
внешней силы, дополнительно сжимающей эту пружину еще на l=1см.
162. К нижнему концу пружины, подвешенной вертикально, присоединена другая пружина, к концу которой прикреплен груз. Коэффициенты упругости пружин равны соответственно k1=150Н/м и k2=300Н/м. Пренебрегая весом пружин,
найти отношение абсолютных удлинений этих пружин.
163. Стальной стержень длиной l=2м, площадью поперечного сечения S=2см2
растягивается под действием груза 1т. Найти потенциальную энергию растянутого стержня. Модуль Юнга стали Е=200ГПа.
164. Найти удлинение стальной проволоки длиной l=7м и диаметром d=1мм, если она растягивается под действием силы 100Н. Определить в проволоке энергию упругой деформации. Модуль Юнга для стали Е=200гПа.
46
165. К стальной проволоке диаметром d=1мм и длиной l=7м подвешен груз массой т=50кг. Определить в проволоке энергию упругой деформации. Модуль
Юнга для стали Е=200ГПа.
166. Определить работу растяжения двух соединенных последовательно пружин
жесткостями k1=300н/м и k2=350н/м, если первая пружина при этом растянулась
на l=2см.
167. Пружина жесткостью k=500н/м сжата силой F=100н. Определить работу А
внешней силы, дополнительно сжимающей эту пружину еще на l=2см.
168. Две пружины жесткостями k1=0.5кн/м и k2=2кн/м скреплены параллельно.
Определить потенциальную энергию Un данной системы при абсолютной деформации l=4см.
169. Какую нужно совершить работу А, чтобы пружину жесткостью k=800Н/м,
сжатую на х=6см, дополнительно сжать на l=8см?
170. Если концентрация молекул первого газа вдвое больше концентрации молекул второго газа, а плотности газов при этом равны, то во сколько раз молярная
масса первого 1 газа превышает молярную массу второго 2 ?
171. Если при увеличении концентрации молекул в 4 раза давление идеального
газа в сосуде не изменилось, то во сколько раз изменилась средняя квадратичная
скорость молекул?
172. Баллон вместимостью V=12л содержит углекислый газ. Давление газа
р=1МПа, температура Т=300К. Определить массу т газа.
173. Если в открытом сосуде концентрация молекул газа уменьшилась на 20 %,
то как изменилась абсолютная температура этого газа?
174. Какое количество кислорода выпустили из баллона вместимостью V=10л,
если при этом показания манометра на баллоне изменились от р1=15105Па до
р2=5105Па, а температура понизилась от t1=127оС до t2=27оС?
175. Если перегородку, разделяющую сосуд на две части с объемами V1=1л и
V2=2л, в которых находится один и тот же газ соответственно под давлениями
Р1=200кПа и Р2=250кПа, удалить, то какое давление установится в сосуде (температуру считать неизменной)?
47
176. Определить глубину водоема, если объем пузырька газа, всплывающего со
дна открытого водоема на поверхность, увеличился в 4 раза (температуру газа в
пузырьке можно считать везде постоянной).
177. Во сколько раз возрастет давление идеального двухатомного газа, если в закрытом сосуде, где он находится, при неизменной температуре половина молекул газа распадется на атомы?
178. Если давление идеального газа увеличить в 4 раза, а абсолютную температуру понизить вдвое, то во сколько раз изменится плотность газа?
179. Два сосуда одинакового объема содержат кислород. В одном сосуде давление р1=2МПа и температура Т1=800К, в другом р2=2.5МПа, Т2=200К. Сосуды соединены трубкой и находящийся в них кислород охлажден до температуры
Т=200К. Определить установившееся в сосудах давление.
180. Вычислить удельные теплоемкости суд V и суд р кислорода и водяного пара,
принимая эти газы за идеальные.
181. Вычислить удельную теплоемкость суд р смеси газов, содержащей водород
массой т1=10г и гелий массой т2=20г.
182. Вычислить удельную теплоемкость суд V смеси газов, содержащей кислород
массой т1=10г и азот массой т2=20г.
183. Найти соотношение cp/cV для смеси газов, содержащей т1=10г аргона и
т2=4г азота.
184. Баллон с водородом упал с высоты 10м. На сколько нагреется газ при неупругом ударе о землю?
185. Найти удельные теплоемкости при постоянном объеме и постоянном давлении для кислорода.
186. Вычислить удельные теплоемкости суд
V
и суд
р
при постоянном объеме и
давлении для гелия.
187. Вычислить удельные теплоемкости суд V и суд р некоторого двухатомного газа, если известно, что масса одного моля этого газа равна т=4г, а отношение
теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме
составляет cp/cV=1.4
48
188. Чему равно отношение теплоемкостей cp/cV для газовой смеси, состоящей из
двух молей водорода и 0.5 моля гелия?
189. Найти удельную теплоемкость при постоянном давлении газовой смеси, состоящей из трех киломолей водяного пара и двух киломолей азота.
190. Азот массой т1=5кг, нагретый на Т=150К, сохранил неизменный объем.
Найти количество теплоты, сообщенное газу, изменение внутренней энергии и
совершенную газом работу.
191. Если для нагревания идеального газа массы т с молярной массой  на Т
при постоянном давлении потребовалось Qp теплоты, то при нагревании этого
газа на то же Т при постоянном объеме Qv теплоты, равное
192. Насколько изменилась температура одного моля идеального одноатомного
газа в адиабатном процессе, совершившего работу 250Дж.
193. 1киломоль азота, находящегося при нормальных условиях, расширяется
изотермически от объема V1 до объема V2=5V1. Найти изменение внутренней
энергии газа и работу, совершенную при расширении.
194. Найти долю энергии идущей на изменение внутренней энергии при изобарном нагревании углекислого газа.
195. Газ для которого = cp/cV=4/3, находится под давлением р=2105Па и занимает объем V=3дм3. В результате изобарного нагревания объем его увеличился в
3 раза. Определить количество теплоты, переданное газу.
196. Определить массу азота, который при изобарном нагревании на 100К совершил работу 16.6кДж.
197. Найти работу, совершаемую тепловой машиной, имеющей коэффициент
полезного действия 0.7,которая отдает за один цикл холодильнику 300Дж теплоты.
198. Определить КПД тепловой машины, работающей по циклу Карно холодильником и нагревателем для которой являются резервуары с замерзающей и
кипящей водой.
49
199. В цикле Карно газ получил от теплоотдатчика теплоту Q1=500Дж и совершил работу 100Дж. Температура теплоотдатчика Т1=400К. Определить температуру Т2 теплоприемника.
Таблица вариантов к контрольной работе №2.
Вариант
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
Номера задач
1
2
201
211
202
212
203
213
204
214
205
215
206
216
207
217
208
218
209
219
210
220
3
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
4
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
5
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
6
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
7
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
8
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
201. На окружности радиусом R=2см на одинаковом расстоянии расположены
электрические заряды Q1=4.810-7Кл, Q2=Q3=1.610-7Кл, Q4=-1.610-7Кл. Определить потенциал электрического поля, образованного всеми зарядами в центре
окружности.
202. Два точечных электрических заряда Q1=2.6410-3Кл и Q2=3.310-9Кл находятся в вакууме на расстоянии 0.6м друг от друга. Какую работу надо совершить, чтобы сблизить эти заряды до расстояния 25см.
203. Определить потенциал электрического поля в точке, удаленной от зарядов
Q1=-02мкКл и Q2=0.5мкКл соответственно на расстояния r1=15см и r2=25см.
204. На какое расстояние могут сблизиться два электрона, если они движутся
навстречу друг другу с относительной скоростью 108см/с?
205. Шарик массой т=1г и зарядом q=10-3Кл перемещается из точки А, потенциал которой А=600В, в точку В, потенциал которой равен нулю. Чему равна его
скорость в точке А, если в точке В она стала равной VB=20см/с?
206. Бесконечная длинная тонкая нить несет равномерно распределенный по
длине заряд с линейной плотностью =0.01мкКл/м. Определить разность потенциалов двух точек поля, удаленных от нити на расстояния r1=2см и r2=4см.
50
207. Вычислить потенциальную энергию системы двух точечных зарядов
Q1=100нКл и Q2=10нКл, находящихся на расстоянии r=10см друг от друга.
208. Металлический шарик диаметром d=2см заряжен отрицательно до потенциала =150В. Сколько электронов находится на поверхности шара?
209. Сто одинаковых капель ртути, заряженных до потенциала =20В, сливаются в одну большую каплю. Каков потенциал образовавшейся капли?
210. На расстоянии r1=4см от бесконечно длинной заряженной нити находится
точечный заряд q=0.6710-9Кл. Под действием поля заряд перемещается до расстояния r2=2см, при этом совершается работа А=510-6Дж. Найти максимальную
плотность заряда нити.
211. Разность потенциалов между пластинами плоского конденсатора равна
U=90В. Площадь каждой пластины S=60см2, заряд Q=10-9Кл. На каком расстоянии находятся пластины друг от друга?
212. Электрон, пройдя в плоском конденсаторе путь от одной пластины к другой, приобретает скорость V=108см/с. Расстояние между пластинами d=5.3мм.
Найти: 1)разность потенциалов между пластинами; 2) напряженность электрического поля внутри конденсатора; 3) поверхностную плотность заряда на пластинах.
213. Два одинаковых плоских воздушных конденсатора емкостью С=100пФ
каждый соединены в батарею последовательно. Определить, насколько изменится емкость батареи, если пространство между пластинами одного из конденсаторов заполнить парафином с диэлектрической проницаемостью =2.
214. К плоскому воздушному конденсатору площадь пластин которого S=60см2,
приложено напряжение U=90В,при этом заряд конденсатора оказался равным
Q=10-9Кл. Определить емкость конденсатора, энергию запасенную в нем и расстояние между пластинами.
215. Между пластинами плоского конденсатора расстояние d1=2см, разность потенциалов U1=300В. Как изменится разность потенциалов, если пластины раздвинуть до расстояния d2=6см (поле считать однородным)?
51
216. Плоский конденсатор с площадью пластин S=200см2 каждая заряжен до
разности потенциалов U=2кВ. Расстояние между пластинами d=2см; диэлектрик
– стекло имеет диэлектрическую проницаемость =7. Определить энергию поля
конденсатора и плотность энергии поля.
217. Конденсатор емкостью С=3мкФ был заряжен до разности потенциалов
U=40В. После отключения от источника питания конденсатор был параллельно
соединен с другим незаряженным конденсатором емкостью С2=5мкФ. Какое количество энергии первого конденсатора израсходуется на образование искры в
момент присоединения второго конденсатора?
218. Плоский воздушный конденсатор емкостью С=1.110-8Ф заряжен до разности потенциалов =300В. После отключения от источника напряжения расстояние между пластинами конденсатора было увеличено в 5 раз. Определить: 1)
разность потенциалов на обкладках конденсатора после их раздвигания; 2) работу внешних сил по раздвиганию пластин.
219. Вычислить энергию электростатического поля металлического шара, которому сообщен заряд Q=100нКл, если диаметр шара D=20см.
220. Пространство между пластинами плоского конденсатора объемом V=20см3
заполнено диэлектриком (=5). Пластины конденсатора присоединены к источнику напряжения. При этом поверхностная плотность связанных зарядов на диэлектрике =8.3510-6Кл/м2. Какую работу надо совершить против сил электрического поля, если удаление диэлектрика производится после отключения источника напряжения?
221. Определить плотность тока в железном проводнике длиной l=20м, если
провод находится под напряжением U=12В. Удельное сопротивление железа
=9.810-8Омм.
222. Участок электрической цепи составлен из трех кусков провода одинаковой
длины, изготовленных из одного и того же материала, соединенных последовательно. Сечения кусков провода равны S1=1мм2, S2=2мм2 и S3=3мм2. Разность потенциалов на концах участка U=12В. Найти разность потенциалов на каждом
участке провода.
52
223. Аккумуляторная батарея, замкнутая на реостат сопротивлением R=20Ом,
создает в нем ток I1=1.170А. Если сопротивление реостата увеличить в три раза,
то ток станет равным I2=0.397А. Определить ЭДС и внутреннее сопротивление
источника, а также силу тока короткого замыкания.
224. Две группы из трех последовательно соединенных элементов соединены
параллельно. ЭДС каждого элемента Е=1.2В, внутреннее сопротивление
Ri=0.2Ом. Полученная батарея замкнута на внешнее сопротивление R=1.5Ом.
Найти силу тока во внешней цепи.
225. Какое сопротивление R нужно подключить к п=10 одинаковым последовательно соединенным источникам с внутренним сопротивлением Ri=0.5Ом, чтобы
потребляемая полезная мощность была максимальной?
226. Источник постоянного тока с ЭДС Е=120В и внутренним сопротивлением
Ri=5Омвключен в цепь. Какую наибольшую мощность может развить источник
во внешней части цепи? При каком сопротивлении внешней части цепи это происходит? Чему равен КПД источника в этом случае?
227. Определить число электронов, проходящих за время t=1с через поперечное
сечение площадью S=1мм2 железной проволоки с удельным сопротивлением
=9.810-8Омм, длиной l=20м при напряжении на ее концах U=16кВ.
228. ЭДС батареи Е=12В. При силе тока I=4А КПД батареи =0.6. Определить
внутреннее сопротивление батареи.
229. ЭДС батареи Е=12В. Наибольшая сила тока, которую может дать батарея
Imax=6А. Определить максимальную мощность, которая может выделиться во
внешней цепи.
230. ЭДС батареи Е=16В, внутреннее сопротивление Ri=3Ом. Найти сопротивление внешней цепи, если известно, что в ней выделяется мощность N=16Вт.
Определить КПД батареи.
231. Сила тока в проводнике сопротивлением R=20Ом нарастает в течении времени t=2с по линейному закону от I0=0 до I=6А. Определить количество теплоты Q1, выделившееся в этом проводнике за первую секунду и количество теплоты Q2 – за вторую секунду.
53
232. За время t=20с при равномерном возрастающей силе тока от нуля до некоторого максимума в проводнике сопротивлением R=5Ом выделилось количество
теплоты Q=4Дж. Определить скорость нарастания силы тока, если сопротивление проводника R=5Ом.
233. Сила тока в проводнике сопротивлением R=10Ом за время t=50с равномерно возрастает от I1=5А до I2=10А. Определить количество теплоты, выделившееся в проводнике за это время.
234. В проводнике за время t=10с при равномерном возрастании силы тока от
I1=1А до I2=2А выделилось количество теплоты Q=5кДж. Найти сопротивление
R проводника.
235. За время t=8с при равномерно возраставшей силе тока в проводнике сопротивлением R=8Ом выделилось количество теплоты Q=500Дж. Определить заряд
q, протекающий в проводнике, если сила тока в момент времени t=0 равна нулю.
236. Резистор сопротивлением R=6Ом подключен к двум параллельно соединенным источникам тока с ЭДС Е1=2.2В и Е2=2.4В и внутренними сопротивлениями
Ri1=0.8Ом и Ri2=0.2Ом. Определить силу тока I в этом резисторе и напряжение U
на зажимах второго источника тока.
237. Определить силу тока в каждом элементе и напряжение на зажимах реостата (рис.13), если Е1=12В, Ri1=1Ом, Е2=6В, Ri2=1.5Ом и R=20Ом.
238. Два источника тока, у которых Е1=8В, Ri1=1Ом, Е2=6В, Ri2=1.5Ом, и резистор сопротивлением R=10Ом соединены, как показано на рис.13. Вычислить
силу тока, текущего через резистор.
239. Определить силу тока в резисторе R3 (рис. 14) и напряжение на концах этого
резистора, если Е1=4В, Е2=3В, R1=2Ом, R2=6Ом, R3=1Ом. Внутренним сопротивлением источников тока пренебречь.
E1
E2
R
рис.13
54
Е1
Е2
R2
R1
R3
рис.14
240. Три батареи с ЭДС Е1=8В, Е2=3В и Е3=4В и внутренними сопротивлениями
Ri=2Ом каждое соединены одноименными полюсами. Пренебрегая сопротивлением соединительных проводов, определить силы токов, идущих через батареи.
241. По двум параллельным проводам, расположенным на расстоянии d=0.3м
один от другого, протекают в одном направлении постоянные токи. Расстояние
между опорами, на которых закреплены провода l=50м. Сила тока в проводах
I=150А. Определить модуль и направление силы, с которой взаимодействуют
провода.
242. На прямой провод длиной l=0.5м при силе тока в нем I=4А действует однородное магнитное поле с силой F=2.8Н, когда проводник образует угол /2 с линиями индукции. Определить величину индукции поля. С какой силой будет
действовать на проводник то же поле при угле =30о.?
243. В однородном магнитном поле с индукцией В=0.01Тл помещен прямой
проводник длиной l=20см (подводящие провода находятся вне поля). Определить силу F, действующую на проводник, если по нему течет ток силой I=50А, а
угол между направлением тока и вектором магнитной индукции равен 30о.
244. Рамка с током силой I=5А содержит N=20 витков тонкого провода. Определить магнитный момент рт рамки с током, если ее площадь S=10см2.
245. По витку радиусом R=10см течет ток с силой I=50А. Виток помещен в однородное магнитное поле (В=0.2Тл). Определить момент силы М, действующей
на виток, если плоскость витка составляет угол =60о с линиями индукции.
246. По двум параллельным проводам длиной l=3м каждый текут одинаковые
токи с силой I=500А. Расстояние между проводниками d=10см. Определить силу
F взаимодействия проводников.
247. Квадратная проволочная рамка расположена в одной плоскости с длинным
прямым проводом так, что две ее стороны параллельны проводу. По рамке и
55
проводу текут одинаковые токи силой I=200А. Определить силу F, действующую на рамку, если ближайшая к проводу сторона рамки находится от него на
расстоянии, равном ее длине.
248. Горизонтальные рельсы находятся в вертикальном однородном магнитном
поле на расстоянии l=0.3м друг от друга. На них лежит стерж5ень, перпендикулярный рельсам. какой должна быть индукция магнитного поля для того, чтобы
стержень начал равномерно двигаться вдоль рельсов, если по нему пропускать
ток I=50А? Коэффициент трения стержня о рельсы k=0.2, масса стержня
т=0.5кг.
249. Два параллельных проводника с одинаковыми по силе токами находятся на
расстоянии r=8.7см друг от друга и притягиваются с силой F=2.510-2Н. Определить силу тока в проводниках, если длина каждого из них l=3.2м, а токи направлены в одну сторону.
250. Напряженность магнитного поля в центре кругового витка равна Н=500А/м.
Магнитный момент витка рт=6Ам2. Вычислить силу тока I в витке и радиус R
витка.
251. Проводник длиной l=1м движется со скоростью V=5м/с перпендикулярно
линиям индукции однородного магнитного поля. Определить магнитную индукцию В, если на концах проводника возникает разность потенциалов U=0.02В.
252. Рамка площадью S=50см2, содержащая N=100 витков, равномерно вращается в однородном магнитном поле (В=40мТл). Определить максимальную ЭДС
индукции Еи max, если ось вращения лежит в плоскоссти рамки и перпендикулярна линиям индукции, а рамка вращается с частотой п=960об/мин.
253. Плоский контур площадью S=20см2 находится в однородном магнитном поле с индукцией В=0.03Тл. Определить магнитный поток , пронизывающий
контур, если плоскость его составляет угол =60о с направлением линий индукции.
254. В средней части соленоида, содержащего п=8 витков/см, помещен круговой
виток диаметром d=4см. Плоскость витка расположена под углом =60о к оси
56
соленоида. Определить магнитный поток , пронизывающий виток, если по обмотке соленоида течет ток силой I=1А.
255. Квадратный контур со стороной а=10см, в котором течет ток силой I=6А,
находится в магнитном поле с индукцией В=0.8Тл под углом =50о к линиям
индукции. Какую работу А нужно совершить, чтобы при неизменной силе тока в
контуре изменить его форму на окружность?
256. Плоский контур с током силой I=5А свободно установился в однородном
магнитном поле с индукцией В=0.4Тл. Площадь контура S=200см2. Поддерживая
ток в контуре неизменным, его повернули относительно оси, лежащей в плоскости контура, на угол =40о. Определить совершенную при этом работу.
257. В однородном магнитном поле перпендикулярно линиям магнитной индукции расположен плоский контур площадью S=100см2. Поддерживая в контуре
постоянную силу тока I=50А, его переместили из поля в область пространства,
где поле отсутствует. Определить индукцию В магнитного поля, если при перемещении контура была совершена работа А=0.4Дж.
258. Рамка, содержащая N=1000 витков площадью S=100см2, равномерно вращается с частотой п=10с-1 в магнитном поле напряженностью Н=104А/м. Ось вращения лежит в плоскости рамки и перпендикулярна линиям напряженности.
Определить максимальную ЭДС индукции, возникающую в рамке.
259. В однородном магнитном поле (В=0.1Тл) равномерно с частотой п=5с-1
вращается стержень длиной l=50см так, что плоскость его вращения перпендикулярна линиям напряженности, а ось вращения проходит через один из его
концов. Определить индуцируемую на концах стержня разность потенциалов U.
260. Проволочная рамка площадью S=400см2 равномерно вращается в однородном магнитном поле с индукцией В=210-2Тл вокруг оси, перпендикулярной
направлению поля. Период вращения рамки Т=0.05с. Рамка состоит из N=300
витков. Определить максимальное значение ЭДС, возникающей в рамке.
261. Определить силу тока в цепи через t=0.01с после ее размыкания. Сопротивление цепи R=20Ом и индуктивность L=0.1Гн. Сила тока до размыкания цепи
I0=50F/
57
262. Источник тока замкнули на катушку сопротивлением R=20Ом. Через время
t=0.1с сила I замыкания достигла 0.95 предельного значения. Определить индуктивность L катушки.
263. Цепь состоит из катушки индуктивностью L=0.1Гн и источника тока. Источник тока отключили не разрывая цепи. Время, через которое сила тока
уменьшится до 0.001 первоначального значения, равно t=0.07с. Определить сопротивление катушки.
264. Источник тока замкнули на катушку сопротивлением R=10Ом и индуктивностью L=0.2Гн. Через какое время сила тока в цепи достигнет 50% максимального значения?
265. Определить скорость изменения тока в катушке индуктивностью L=100мГн,
если в ней возникла ЭДС самоиндукции Ес=80В.
266. Силу тока в катушке равномерно увеличивают с помощью реостата на
I=0.6А в секунду. Найти среднее значение ЭДС самоиндукции, если индуктивность катушки L=5мГн.
267. Соленоид содержит N=800 витков. Сечение сердечника (из немагнитного
материала) S=10см2. По обмотке течет ток, создающий поле с индукцией
В=8мТл. Определить среднее значение ЭДС Ес, которая возникает на зажимах
соленоида, если сила тока уменьшается практически до нуля за время t=0.8мс.
268. По катушке индуктивностью L=8мкГн течет ток силой I=6А. При выключении тока его сила изменяется практически до нуля за время t=5мс. Определить
среднее значение ЭДС Ес самоиндукции, возникающей в контуре.
269. В электрической цепи, содержащей сопротивление R=20Ом и индуктивность L=0.06Гн, течет ток силой I=20А. Определить силу тока в цепи через
t=0.2мс, после ее размыкания.
270. По замкнутой цепи с сопротивлением R=20Ом течет ток. Через время t=8мс
после размыкания цепи сила тока в ней уменьшилась в 20 раз. Определить индуктивность L цепи.
271. Соленоид с сердечником из никеля на длине l=0.5м имеет N=1000 витков с
площадью поперечного сечения S=50см2. Определить магнитный поток внутри
58
соленоида и энергию магнитного поля, если сила тока в соленоиде I=10А и магнитная проницаемость никеля =200.
272. В соленоиде сечением S=5см2 создан магнитный поток =20мкВб. Определить объемную плотность  энергии магнитного поля соленоида. Сердечник отсутствует. Магнитное поле во всем объеме соленоида считать однородным.
273. Магнитный поток  в соленоиде, содержащем N=1000 витков, равен
0.2мВб. Определить энергию W магнитного поля соленоида, если сила тока, протекающего по виткам соленоида, I=1А. Сердечник отсутствует. Магнитное поле
во всем объеме соленоида считать однородным.
274. Диаметр тороида (по средней линии) D=50см. Тороид содержит N=2000
витков и имеет площадь сечения S=20см2. Вычислить энергию W магнитного поля тороида при силе тока I=5А. Считать магнитное поле тороида однородным.
Сердечник выполнен из немагнитного материала.
275. По проводнику, изогнутому в виде кольца радиусом R=20см, содержащему
N=500 витков, течет ток силой I=1А. Определить объемную плотность  энергии
магнитного поля в центре кольца.
276. При какой силе тока I в прямолинейном проводе бесконечной длины на расстоянии r=5см от него объемная плотность энергии магнитного поля будет
=1мДж/м3?
277. Обмотка тороида имеет п=10 витков на каждый сантиметр длины (по средней линии тороида). Вычислить объемную плотность энергии  магнитного поля при силе тока I=10А. Сердечник выполнен из немагнитного материала и магнитное поле во всем объеме однородно.
278. Обмотка соленоида содержит п=20 витков на каждый сантиметр длины.
При какой силе тока I объемная плотность энергии магнитного поля будет
=0.1Дж/м3? Сердечник выполнен из немагнитного материала и магнитное поле
во всем объеме однородно.
279. Соленоид имеет длину l=0.6м и сечение S=10см2. При некоторой силе тока,
протекающей по обмотке, в соленоиде создается магнитный поток =0.1мВб.
59
Чему равна энергия W магнитного поля соленоида? Сердечник выполнен из немагнитного материала и магнитное поле во всем объеме однородно.
280. По обмотке соленоида индуктивностью L=0.2Гн течет ток силой I=10А.
Определить энергию W магнитного поля соленоида.
Таблица вариантов к контрольной работе №3.
Номера задач
Вариант
1
2
3
4
5
1
301
311
321
331
341
2
302
312
322
332
342
3
303
313
323
333
343
4
304
314
324
334
344
5
305
315
325
335
345
6
306
316
326
336
346
7
307
317
327
337
347
8
308
318
328
338
348
9
309
319
329
339
349
10
310
320
330
340
350
Темы задач. Первая задача в каждом
6
7
8
9
351
361
371
381
352
362
372
382
353
363
373
383
354
364
374
384
355
365
375
385
356
366
376
386
357
367
377
387
358
368
378
388
359
369
379
389
360
370
380
390
варианте – интерференция
10
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
света.
Вторая задача – законы дифракции в параллельных пучках. Третья задача – поляризация волн и вращение плоскости поляризации. Четвертая задача – внешний
фотоэффект. Пятая задача – законы теплового излучения. Шестая задача – строение атома (постулаты Бора), закономерности линейчатых спектров. Седьмая задача – волны де Бройля. Восьмая задача – закономерности радиоактивного распада. Девятая задача – ядерные реакции, тепловой эффект ядерных реакций. Десятая задача – законы сохранения при ядерных реакциях, взаимное превращение
частиц.
301. Два когерентных источника света посылают на экран свет длиной волны
=550нм, дающий на экране интерференционную картину. Источники удалены
один от другого на d=2.2мм, а расстояние от экрана равно l=2.2м. Определить,
что будет наблюдаться на экране в точке, находящейся под каждым источником.
302. Плосковыпуклая линза, радиус кривизны которой R=12м, положена выпуклой стороной на плоскопараллельную пластинку. На плоскую грань линзы нормально падает монохроматический свет, и в отраженном свете образуются тем60
ные и светлые кольца. Определить длину волны монохроматического света, если
радиус шестого темного кольца равен r6=7.210-3м.
303. В некоторую точку пространства приходят лучи от когерентных источников, длина волны которых =0.5мкм, с оптической разностью хода =0.5мм. Что
будет наблюдаться в этой точке – усиление или ослабление света?
304. Определить радиус второго темного кольца Ньютона в отраженном свете,
если прибор, состоящий из плосковыпуклой линзы с радиусом кривизны R=8м и
плоской пластины, освещался монохроматическим светом с длиной волны
=640нм.
305. На пути пучка света поставлена стеклянная пластина толщиной d=1мм так,
что угол падения луча i1=30о.На сколько изменится оптическая длина пути свободного пучка?
306. На мыльную пленку с показателем преломления п=1.33 падает по нормали
монохроматический свет с длиной волны =0.6мкм. Отраженный свет в результате интерференции имеет наибольшую яркость. Какова наименьшая возможная
толщина dmin пленки?
307. Радиус второго темного кольца Ньютона в отраженном свете r2=0.4мм.
Определить радиус R кривизны плосковыпуклой линзы, если она освещается
монохроматическим светом с длиной волны =0.64мкм.
308. На толстую стеклянную пластинку, покрытую очень тонкой пленкой, коэффициент преломления вещества которой равен п=1.4, падает нормально параллельный пучок лучей монохроматического света (=0.6мкм). Отраженный свет
максимально ослаблен вследствие интерференции. Определить минимальную
толщину пленки.
309. Расстояние между щелями в опыте Юнга d=1мм, расстояние от щелей до
экрана l=3м, расстояние между двумя соседними максимумами на экране
b=1.5мм. Определить длину волны источника монохроматического света.
310. Пучок параллельных лучей (=0.6мкм) падает под углом i=30о на мыльную
пленку с показателем преломления п=1.3. При какой наименьшей толщине плен61
ки отраженные лучи будут максимально ослаблены интерференцией? Максимально усилены?
311. На дифракционную решетку в направлении нормали к ее поверхности падает монохроматический свет. Период решетки d=2мкм. Определить наибольший
порядок дифракционного максимума в случае красного (1=0.7мкм) и в случае
фиолетового (=0.41мкм) света.
312. На пластину с щелью, ширина которой а=0.05мм, падает нормально монохроматический свет с длиной волны =0.7мкм. Определить угол  отклонения
лучей, соответствующий первому дифракционному максимуму.
313. Дифракционная решетка освещенная нормально падающим монохроматическим светом, отклоняет спектр третьего порядка на угол 3=30о. На какой угол
4 отклоняет она спектр четвертого порядка?
314. Постоянная дифракционной решетки в п=4раза больше длины световой
волны монохроматического света, нормально падающего на его поверхность.
Определить угол  между двумя первыми симметричными дифракционными
максимумами.
315. Расстояние меду штрихами дифракционной решетки d=4мкм. На решетку
падает нормально свет с длиной волны =0.58мкм. Максимум какого наибольшего порядка дает эта решетка?
316. На поверхность дифракционной решетки нормально ее поверхности падает
монохроматический свет. Постоянная дифракционной решетки в п=4.6 раза
больше длины световой волны. Найти общее число М дифракционных максимумов, которые теоретически можно наблюдать в данном случае.
317. На дифракционную решетку падает нормально параллельный пучок белого
света. Спектры третьего и четвертого порядков частично накладываются друг на
друга. На какую длину волны в спектре четвертого порядка накладывается граница (=780нм) спектра третьего порядка?
318. На непрозрачную пластинку с узкой щелью падает нормально плоская монохроматическая световая волна (=600нм). Угол отклонения лучей, соответ62
ствующих второму дифракционному максимуму, =20о. Определить ширину
щели?
319. Чему должна быть равна ширина дифракционной решетки с периодом
20мкм, чтобы в спектре первого порядка был разрешен дублет 1=404.4нм и
2=404.7нм?
320. Какую разность длин волн может разрешить дифракционная решетка шириной 2см и периодом 5мкм в области красных лучей ( =0.7мкм) в спектре второго порядка?
321. Определить степень поляризации светового луча, если известно, что минимальная интенсивность света, соответствующего двум взаимно перпендикулярным направлениям световых колебаний в луче, составляет 25% от максимальной
интенсивности.
322. Угол падения i1 луча на поверхность стекла равен 60о. При этом отраженный пучок света оказался максимально поляризованным. Определить угол r преломления луча.
323. Угол преломления луча в жидкости r=35о. Определить показатель преломления п жидкости, если известно, что отраженный пучок максимально поляризован.
324. Пучок света, идущий в стеклянном сосуде с глицерином, отражается от дна
сосуда. При каком угле падения отраженный пучок света максимально поляризован?
325. Угол  между плоскостями пропускания поляроидов равен 50 о. Естественный свет, проходя через такую систему ослабляется в п=4 раза. Пренебрегая потерей света при отражении, определить коэффициент поглощения k света в поляроидах.
326. На сколько процентов уменьшается интенсивность света после прохождения через призму Николя, если потери света составляют 10%?
327. Пучок света последовательно проходит через два николя плоскости пропускания которых образуют между собой угол =40о. Принимая коэффициент поглощения каждого николя k=0.15, найти, во сколько раз пучок света, выходящий
63
из второго николя, ослаблен по сравнению с пучком, падающим на первый николь.
328. Пластинку кварца толщиной d=2мм поместили между параллельными николями, в результате чего плоскость поляризации повернулась на угол =53о.
Какой наименьшей толщины dmin следует взять пластинку, чтобы поле зрения
поляризатора стало совсем темным?
329. Параллельный пучок света переходит из глицерина в стекло так, что пучок,
отраженный от границы раздела этих сред оказывается максимально поляризованным. Определить угол  между падающим и преломленным пучками.
330. Кварцевую пластинку поместили между скрещенными под прямым углом
николями. При какой наименьшей толщине dmin кварцевой пластины поле зрения
между николями будет максимально просветлено? Постоянная вращения кварца
равна =27град/мм.
331. Красная граница фотоэффекта для рубидия равна 0=810нм. Определить работу выхода электрона из рубидия.
332. Будет ли иметь место фотоэффект, если на серебро направить ультрафиолетовые лучи с длиной волны =300нм? Работа выхода для серебра Авых=7.51019
Дж.
333. На слой калия в фотоэлементе падают ультрафиолетовые лучи с длиной
волны =240нм. Чтобы прекратить эмиссию электронов, нужна задерживающая
разность потенциалов не менее U=3В. Определить работу выхода в электронвольтах.
334. Определить кинетическую энергию электронов, вылетевших из цинка при
освещении его лучами с длиной волны =220нм.
335. Красная граница фотоэффекта для цезия равна 0=620нм. Определить кинетическую энергию и скорость фотоэлектронов при освещении цезия монохроматическим светом с длиной волны =0.505мкм.
64
336. Какая доля энергии фотона израсходована на работу вырывания фотоэлектрона, если красная граница фотоэффекта равна 0=600нм и кинетическая энергия фотоэлектрона ЕК=3эВ?
337. На пластину падает монохроматический свет (=0.42мкм). Фототок прекращается при задерживающей разности потенциалов U=0.95В. Определить работу выхода электронов с поверхности пластины.
338. На цинковую пластину падает пучок ультрафиолетового излучения
(=0.2мкм). Определить максимальную кинетическую энергию Ек
max
и макси-
мальную скорость Vmax фотоэлектронов.
339. Работа выхода электрона из цезия равна Авых=1.8эВ. Какова максимальная
длина волны света, который способен выбить из металла (цезия) электрон с кинетической энергией ЕК=2эВ?
340. Определить энергию фотонов, вызвавших фотоэффект, если максимальная
энергия электронов, испускаемых из цезия равна 20эВ, а работа выхода электронов из цезия составляет 1.8эВ.
341. Определить энергию, излучаемую через смотровое окошко печи в течении
t=1мин. Температура печи Т=1500К, площадь смотрового окошка S=10см2. Принять излучение печи за излучение черного тела.
342. Из смотрового окошка печи за t=5мин излучается энергия Е=2.64104Дж.
Площадь окошка S=3см2. Принимая, что окошко излучает как абсолютно черное
тело, определить температуру печи.
343. Максимум излучения абсолютно черного тела при нагревании переместился
с max 1=0.8мкм на max 2=0.6мкм. Определить во сколько раз изменилась спектральная плотность энергетической светимости.
344. Максимум спектральной энергетической светимости (лучеиспускательной
способности) абсолютно черного тела приходится на длину волны =2мкм. На
какую длину волны он сместится, если температура тела увеличилась на
Т=350К?
65
345. Вследствие изменения температуры абсолютно черного тела приходится на
длину волны 1=500нм на 2=600нм. Как и во сколько раз изменилась энергетическая светимость тела?
346. Вычислить энергию, излучаемую за время t=1мин с площади S=1см2 абсолютно черного тела, температура которого Т=1000К.
347. Длина волны на которую приходится максимум энергии излучения абсолютно черного тела =0.6мкм. Определить температуру Т тела.
348. Температура абсолютно черного тела Т=2кК. Определить длину волну , на
которую приходится максимум энергии излучения и спектральную плотность
энергетической светимости (излучательности) r,T для этой длины волны.
349. Определить температуру Т и энергетическую светимость (излучательность)
Re абсолютно черного тела, если максимум энергии излучения приходится на
длину волны =600нм.
350. Поток излучения абсолютно черного тела е=10кВт, максимум энергии излучения приходится на длину волны =0.8мкм. Определить площадь S излучающей поверхности.
351. Пользуясь теорией Бора, определите для электрона, находящегося на первой
и второй орбитах в атоме водорода, отношение радиусов орбит.
352. Пользуясь теорией Бора определите для однократно ионизированного иона
гелия радиус первой орбиты.
353. Пользуясь теорией Бора определите для однократно ионизированного иона
гелия скорость электрона на первой орбите.
354. Пользуясь теорией Бора определите для однократно ионизированного иона
гелия потенциал ионизации..
355. Пользуясь теорией Бора определите для однократно ионизированного иона
гелия первый потенциал возбуждения.
356. Пользуясь теорией Бора определите для однократно ионизированного иона
гелия длину волны в спектре излучения, соответствующую переходу электрона
со второй орбиты на первую.
66
357. Какую наименьшую энергию нужно сообщить электрону, находящемуся на
первой орбите в атоме водорода, чтобы он удалился в бесконечность.
358. Атом водорода в основном состоянии поглотил квант света с длиной волны
=121.5нм. Определить радиус электронной орбиты возбужденного атома водорода.
359. Определить частоту света, излучаемую двукратно ионизированным ионом
лития при переходе электрона на уровень с главным квантовым числом п=2, если радиус орбиты электрона изменился в k=9 раз.
360. Найти наибольшую и наименьшую длины волн в видимой области спектра
излучения атома водорода.
361. Вычислить длину волны де Бройля для электрона, прошедшего ускоряющую разность потенциалов U=22.5В.
362. Вычислить длину волны де Бройля для протона, движущегося со скоростью
V=0.8с (с – скорость света в вакууме).
363. Определить длину волны де Бройля для электрона, находящегося на второй
боровской орбите в атоме водорода, если радиус этой орбиты равен r2=0.212нм.
364. Найти длину волны де Бройля соответствующую электрону с кинетической
энергией ЕК=1000эВ.
365. Найти длину волны де Бройля для электрона, летящего со скоростью, равной V=0.8с (с – скорость света в вакууме). Учесть изменение массы при изменении скорости.
366. Определить длину волны де Бройля для электрона, движущегося по круговой орбите атома водорода, находящегося в основном состоянии. Радиус первой
боровской орбиты равен r1=0.52910-10м.
367. Вычислить длину волны де Бройля для электрона, прошедшего ускоряющую разность потенциалов U1=1кВ и U2=510кВ.
368. Вычислить длину волны де Бройля для протона, прошедшего ускоряющую
разность потенциалов U1=1МВ и U2=6938МВ.
369. Найти длину волны де Бройля для электрона, летящего со скоростью, равной V1=0.8с и V2=0.01с (с – скорость света в вакууме).
67
370. Кинетическая энергия протона в четыре раза меньше его энергии покоя.
Вычислить длину волны де Бройля для протона. Энергия покоя протона равна
Е0=1.510-10Дж.
371. Сколько атомов радиоактивного натрия
24
11
Na массой т =2мг распадается за
0
время t=10ч?
372. Из каждого миллиарда атомов радиоактивного изотопа в t=1c распадается
N=8103 атомов. Определить период полураспада изотопа.
373. Сколько атомов плутония-241 в т0=1г распадается в течении t=1с?
374. Масса препарата
225
89
Ас
равна т0=16мг. Какая масса препарата актиния рас-
падается за один месяц?
375. Число радиоактивных атомов изотопа
210
84
Bl
изменилась на 13% процентов в
течении t=1 суток. Определить период полураспада.
376. Определить активность препарата радиоактивного натрия-24, масса которого т=5мкг.
377. Определить сколько ядер в т0=1мг радиоактивного препарата церия—44
распадается в течении одного года
378. За t=8ч начальное количество радиоактивного изотопа уменьшилось в 3 раза. Во сколько раз оно уменьшится за сутки, считая от начального момента времени?
379. Определить число N атомов радиоактивного препарата йода I-131 массой
т=0.5мкм, распавшихся в течении времени t=1мин.
380. За какое время произойдет распад 0.9N0 начального состава атомов радона,
если постоянная распада равна =2.09710-6с-1.
9
4
12
1
381. Вычислить энергетический эффект Q реакции 4 Be  2 He  6 C  0 n
6
1
3
4
382. Вычислить энергетический эффект Q реакции 3 Li 1 H  2 He  2 
7
4
10
1
383. Вычислить энергетический эффект Q реакции 3 Li  2 He 5 B  0 n
2
3
4
1
384. Вычислить энергетический эффект Q реакции 1 H 1 H  2 He  0 n . Освобожда-
ется или поглощается эта энергия?
68
6
2
7
1
385. Вычислить энергетический эффект Q реакции 3 Li  1 H 3 Li 1 n . Освобождает-
ся или поглощается эта энергия?
7
1
7
1
386. Вычислить энергетический эффект Q реакции 3 Li 1 H  4 Be  0 n . Освобожда-
ется или поглощается эта энергия?
17
387. Определить удельную энергию связи для ядра 8 О .
388. Найти энергию реакции
10
5
В  01п37 Lie  24He
, протекающей в результате взаи-
модействия медленных нейтронов с покоящимися ядрами бора.
9
1
4
6
389. Вычислить энергетический эффект Q реакции 4 Ве 1 H  2 He  3 Li .
2
2
4
390. Определить энергию реакции 1 H 1 H 2 He . Освобождается или поглощается
эта энергия?
391. Радиоактивное атомное ядро, состоящее из одного протона и двух нейтронов, выбросило -частицу. Какое ядро образовалось в результате -распада данного ядра?
392. Электрон и позитрон, имевшие одинаковые кинетические энергии
ЕК=0.51МэВ, при взаимодействии превратились в два одинаковых фотона.
Определить энергию  каждого фотона и соответствующую ему длину волны .
393. Фотон с энергией =1.53МэВ превратился в пару электрон – позитрон. Принимая, что кинетическая энергия частиц одинакова, определить кинетическую
энергию каждой частицы.
394. В какие элементы превращаются Li-8 и Ве-10 после одного -распада и одного -распада?
395. В какой элемент превращается уран-238 после трех -распадов и двух превращений? Написать и объяснить реакции превращения.
396. Ядро урана-238, захватывая быстрый нейтрон, превращается в радиоактивный изотоп урана, который в результате двух -превращений образует новый
элемент. Определить название, массовое и зарядовое число нового элемента.
Написать и объяснить реакции превращения.
69
397. В какой элемент превращается висмут-213 после одного -распада и двух распадов? Написать и объяснить реакции распада.
398. Ядро атома состоит из одного протона и одного нейтрона. Энергия связи
ядра равна Есв=2.18МэВ. Определить массу ядра, а также массу нейтрального
атома, имеющего такое ядро
399. Нейтральный -мезон (0), распадаясь, превращается в два одинаковых фотона. Определить энергию фотона, кинетической энергией и импульсом мезона можно пренебречь.
400. Напишите ядерную реакцию и определите неизвестный элемент, образующийся при бомбардировке ядер изотопа алюминия-27 -частицами, если известно, что при этом вылетает нейтрон.
70
Министерство образования и науки Российской федерации
Филиал государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Дальневосточный государственный технический университет
(ДВПИ имени В.В.Куйбышева)» в г. Артеме
КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
по дисциплине «ФИЗИКА»
Специальность 280103.65 – Защита в чрезвычайных ситуациях
специализация – Гражданская защита
г. Артем
2010
71
ПРИМЕРНЫЕ ТЕМЫ РЕЙТИНГОВЫХ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
МЕХАНИКА
1. Кинематические характеристики материальной точки. Скорость, ускорение. Нормальное, касательное и полное ускорение. Связь между ними
(вывод).
2. Кинематические уравнения равнопеременного и равномерного прямолинейных движений (вывод).
3. Релятивистские преобразования скоростей (вывод на основании преобразования Лоренца).
4. Преобразования Галилея. Преобразования Лоренца. Следствие из преобразований Лоренца: относительность одновременности событий (вывод)
5. Преобразования Галилея. Преобразования Лоренца. Следствие из преобразований Лоренца: относительность длительности событий (вывод).
6. Преобразования Галилея. Преобразования Лоренца. Следствие из преобразований Лоренца: относительность размеров и формы тел (вывод).
7. Свободное и несвободное движение материальной точки. Траектория
движения тела в однородном силовом поле тяготения (вывод).
8. Движение тел переменной массы. Уравнение Мещерского (вывод).
Формула Циолковского (вывод).
9. Космические скорости. Расчет 1 и 2 скоростей. З космическая скорость.
Траектории движения тел, обладающих данными скоростями.
10. Работа. Мощность. Энергия. Кинетическая энергия (вывод). Потенциальные силы. Потенциальная энергия сил упругости (вывод).
11.Потенциальные силы. Потенциальная энергия. Связь потенциальной
силы с потенциальной энергией (вывод). Градиент. Закон сохранения
энергии в механике (вывод).
12. Законы Кеплера. Расчет силы взаимодействия между Солнцем и планетой солнечной системы (вывод). Закон всемирного тяготения.
13. Какие колебания называются гармоническими? Кинематическое уравнение гармонических колебаний. Скорость. Ускорение и силы при гармо72
нических колебаниях. Получить формулу полной энергии гармонических
колебаний.
14. Под действием каких сил совершаются затухающие колебания?Дифференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение.
Декремент, логарифмический декремент и коэффициент затухания. Их физический смысл и единицы измерения.
15. Дать понятия момента силы и момента импульса механической системы относительно оси и точки (начала). Вывести уравнение моментов механической системы относительно точки. Сформулировать и записать закон сохранения момента импульса механической системы относительно
точки и оси.
16. Что называется физическим маятником? Математическим? Получите
периоды их колебаний. Что такое приведенная длина физического маятника? В чем суть обратимости точки привеса и точки качания?
17. Под действием каких сил происходят вынужденные колебания? Какие
вынужденные колебания называются установившимися? Выведите зависимость амплитуды таких колебаний от вынуждающей частоты. Что такое
резонанс? Получите резонансную частоту. Вид резонансных кривых для
различных значений коэффициента затухания.
18. Какие оси называются свободными? Что такое гироскоп? Какой гироскоп называется свободным? Поясните суть гироскопического эффекта.
Когда возникает прецессия гироскопа? Выведите формулу для вычисления
угловой скорости прецессии оси гироскопа (юлы).
ПРИМЕРНЫЕ ТЕМЫ РЕЙТИНГОВЫХ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА
1. Методы рассмотрения систем многих частиц. Молекулы, атомы, масса
атомов и молекул. Атомная единица массы. Количество вещества (моль).
Число Авогадро, молярная масса.
2. Термодинамический метод изучения систем многих частиц Нулевое, первое, второе, третье начала термодинамики.
73
3. Термодинамические состояния: равновесное и неравновесное. Процесс
равновесный (обратимый), неравновесный. Циклический.
4. Уравнение состояния. Модель идеального газа. Уравнение состояния идеального газа. Изопроцессы. Закон Дальтона. З-н Авогадро.
5. Внутренняя энергия системы – функция состояния.
6. Теплота и работа как функция процесса. Первое начало термодинамики.
7. Теплоемкость: молярная, удельная, объемная. Уравнение Майера.
8. Политропический процесс. Ур-ие политропы. Изопроцессы. Адиабатический пр. Ур-е Пуассона.
9. Работа при политропическом и при изопроцессах.
10.Энтропия идеального газа.
11.Циклические процессы. Тепловая машина. Коэффициент действия тепловой машины. КПД идеальной тепловой машины. Цикл Карно.
12.II начало термодинамики. Формулировка Кельвина и формулировка
Клаузиуса. Их эквивалентность.
13.Термодинамическая шкала температур.
14.III-е начало термодинамики.
15.Давление молекул на стенку сосуда. Основное уравнение кинетической
теории газов.
16.Понятие температуры в кинетической теории газов. Средняя энергия молекул. Поступательные, вращательные и колебательные степени свободы.
17.Броуновское движение.
18.Распределение Максвелла. Два подхода к изучению распределения Максвелла. Плотность состояний. Распределение Максвелла по модулю скорости. Средняя арифметическая, средняя квадратичная и наиболее вероятная
скорости молекул.
19.Распределение Больцмана. Независимость плотности вероятности, координат и скоростей частицы. Распределение Больцмана. Барометрическая
формула. Атмосфера планет.
74
20.Распределение энергии по степеням свободы (теорема Больцмана о равнораспределении). Число степеней свободы. Вычисление средней величины,
относящейся к одной степени свободы (теорема Больцмана).
21.Распределение энергии по степеням свободы. Теорема Больцмана о
равнораспределении.
22.Теория теплоемкости идеальных газов. Расхождение теории с экспериментом.
23.Теплоемкость твердых тел. Закон Дюлонга и Пти. Температурная зависимость теплоемкости твердых тел. Теория теплоемкости Эйнштейна. Температура Эйнштейна. Граница применимости теории Эйнштейна. Фононы.
Модель Дебая.
24.Физический смысл энтропии. Энтропия ид.газа. Статистический характер
второго и третьего начал термодинамики. Отрицательные температуры.
25.Силы межмолекулярного взаимодействия. Ионная и ковалентная связь.
Силы Ван-дер-Ваальса. Особенности взаимодействия в твердых телах,
жидкостях и газах.
26.Фазовый переход из газообразного в жидкое состояние. Изотермы реального газа. Критическое состояние. Насыщ. пар. Зависимость плотности
насыщ. пара от температуры. Правило рычага. Критическая опалесценция.
Двухфазные состояния. Поведение двухфазной системы при изменении
температуры (при V=const). Теплота фазового превращения, фаз.
Переходы I рода.
27.Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Фазовая диаграмма. Приближенное
решение уравнения Клапейрона–Клаузиуса.
28.Уравнение Ван-дер-Ваальса. Отклонение свойств газов от идеальных. Вириальное уравнение состояния. Уравнение Ван-дер-Ваальса в вириальной
и стандартной формах. Изотермы уравнения Ван-дер-Ваальса. Метастабильные состояния. Критические параметры, сравнение с экспериментом.
Закон соответственных состояний. Внутренняя энергия газа Ван-дерВаальса.
75
29.Эффект Джоуля–Томсона. Дифференциальная и интегральная формы эффекта Джоуля–Томсона. Эффект Джоуля–Томсона в газе Ван-дер-Ваальса.
Температура инверсии. Сжатие газов. Методы охлаждения: противоточного обмена теплом, адиабатического охлаждения. Свойства вещества вблизи 0К0.
30.Поверхн. натяжение Свободная поверхностная энергия. Механизм возникновения поверх.натяжения. Условие равновесия на границе двух ж-стей,
на границе ж-сть – твердое тело. Давление под искривленной поверхн. Капиллярные явления. Поверхностно – активные в-ва.
31.Испарение и кипение ж-сти. Динамическое равновесие. Система пар–
жидкость. Давление насыщ. паров вблизи искривленной поверхности. Кипение. Перегретая ж-сть. Пузырьковая камера. Переохл. пар. Камера Вильсона.
32.Структура ж-стей. Зависимость св-тв ж-сти от строения молекул. Жидкие
кристаллы и их виды. Смектики, нематики, холестерики – их св-ва и применение.
33.Симметрия твердых тел. Ось симметрии n-го порядка. Плоскость симметрии, центр симметрии. Зеркально-поворотная ось n-го порядка. Точечные
группы. Зеркальные изомеры.
34.Кристалл.решетки. Необходимость периодической структуры. Примитивная решетка, и неоднозначность выбора ее базиса. Трансляционная симметрия. Пространствен. группы. Элементы симметрии решетки. Кристалл.классы. Кристаллограф.системы координат. Обозначения атомных
плоскостей, направлений.
35.Дефекты кристаллических решеток – точечные дефекты, дислокации.
36.Механические свойства твердых тел. Деформации, тензор деформации,
упругие напряжения, всестороннее растяжение или сжатие. Пластическая
деформация, текучесть, молекулярный механизм прочности.
37.Виды процессов переноса. Время релаксации, теплопроводность, диффузия, вязкость.
76
38.Характеристики молекулярного движения: поперечное сечение. Средняя
длина свободного пробега. Частота столкновений в модели твердых сфер.
39.Процессы переноса в газах. Общее уравнение переноса. Теплопроводность, вязкость, самодиффузия. Связь между «коэффициентами переноса».
40.Физические явления в разреженных газах. Вакуум. Теплопередача, диффузия. Трение при малых давлениях.
41.Явления переноса в твердых телах. Диффузия, теплопроводность, внешняя
теплопроводность.
42.Явления переноса в жидкостях. Диффузия, теплопроводность, вязкость.
43.Отличие статистического метода от динамического и термодинамического.
44.Макроскопическое и микроскопическое состояния системы. Определение
системы, равновесное состояние, статистический ансамбль системы, микроканонический ансамбль. Эргодическая гипотеза. Среднее по ансамблю.
Среднее по времени.
45.Вероятность макросостояния. Термодинамическая вероятность макросостояния.
46.Канонический ансамбль. Распределение Гиббса. Скоростные (импульсные)
и энергетические микросостояния. Определение канонического ансамбля.
Каноническое распределение (распределение Гиббса).
ПЕРЕЧЕНЬ ТИПОВЫХ ВОПРОСОВ ДЛЯ ИТОГОВОГО КОНТРОЛЯ ПО ОПТИКЕ.
1. Свободное электромагнитное поле. Система уравнений Максвелла для
свободного электромагнитного поля. Вывод уравнения плоской электромагнитной волны. Свойства электромагнитных волн (вывод).
2. Излучение электромагнитных волн (диполь Герца, атомный линейный осциллятор). Вывод уравнения сферической электромагнитной волны. Волновая зона, диаграмма излучения. Средняя мощность излучения (вывод).
3. Шкала электромагнитных волн. Свет, природа света. Световая волна:
уравнение световой волны, ее характеристики и свойства.
77
4. Законы геометрической оптики. Принцип Ферма. Вывод законов геометрической оптики на основе электромагнитной теории света.
5. Соотношение амплитуд световых волн при отражении и преломлении на
границе раздела двух сред. Формулы Френеля (вывод, общий случай).
6. Анализ формул Френеля по амплитудам. Явление полной поляризации
света при отражении, закон Брюстера. Механизм поляризации света при
отражении и преломлении.
7. Соотношение амплитуд падающей, отраженной и преломленной световых
волн на границе раздела двух сред при нормальном и скользящем падении
света.
8. Коэффициенты отражения и преломления света. Графическое представление формул Френеля. Анализ формул Френеля по фазам.
9. Полное внутреннее отражение света. Анализ поведения отраженной и преломленной световых волн на основе формул Френеля. Оптические волноводы.
10. Интерференция света. Условия возникновения интерференционной картины от двух электромагнитных волн. Структура интерференционного поля
от двух точечных когерентных источников.
11. Видимость интерференционной картины. Зависимость интерференционной картины от расстояния между источниками и положения экрана
наблюдения (опыт Юнга). Зависимость интерференционной картины от
протяженности источника. Пространственная когерентность и ее характеристики.
12. Зависимость интерференционной картины от степени квазимонохроматичности источника света. Временная когерентность и ее характеристики.
13. Методы осуществления интерференции (деление фронта волны и деление
амплитуды волны). Полосы равного наклона и полосы равной толщины.
Кольца Ньютона.
14. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля (вывод). Метод зон Френеля (вывод).
78
15. Зависимость числа зон Френеля от радиуса отверстия, от взаимного расположения источника, диафрагмы и экрана наблюдения. Дифракция Френеля
на круглом отверстии и диске. Зонная пластинка.
16. Дифракция Фраунгофера на щели. Влияние ширины щели на дифракционную картину.
17. Теория дифракционной решетки. Анализ распределения интенсивности в
дифракционной картине Фраунгофера от дифракционной решетки.
18. Расчет дифракционной картины.
19. Взаимодействие света с веществом. Нормальная и аномальная дисперсия.
Электронная теория дисперсии. Комплексность показателя преломления.
Формула Зельмейера (вывод).
20. Явление поглощения света веществом. Закон Бугера-Ламберта. Закон Бера. Коэффициент поглощения света.
21. Прохождение света через оптически неоднородную среду. Рассеяние света. Закон Рэлея (вывод). Поляризация рассеянного света.
22. Вращение плоскости поляризации света оптически активным веществом.
Закон Био (вращательная дисперсия). Теория вращательной дисперсии.
23. Прохождение света через анизотропные среды. Явление двойного лучепреломление. Основы кристаллооптики. Структура плоской монохроматической волны в анизотропной среде.
24. Теория двойного лучепреломления (закон Френеля, вывод). Правила расчета положения и направления фронта волны на основе принципа Гюйгенса для анизотропной среды.
25. Искусственная анизотропия: петрография, эффект Керра, эффект КоттонМутона.
26. Равновесное тепловое излучение. Закон Кирхгофа. Абсолютно черное тело. Зависимость испускательной способности абсолютно черного тела от
длины волны. Закон Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина (феноменологическая термодинамика теплового излучения).
79
27. Равновесное тепловое излучение. Формула Рэлея-Джинса, «ультрафиолетовая катастрофа». Формула излучения Планка.
28. Квантовые свойства света. Внешний и внутренний фотоэффекты. Законы
Столетова. Недостатки классической теории излучения. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.
Тест-задания
Тест – задания предназначены для оценки уровня подготовки по физике студентов, завершивших изучение курса, при проведении самообследования и аттестации вуза, а также для текущего контроля степени усвоения студентами дисциплины «Физика». Задания могут использоваться для контроля знаний студентов в форме экзамена. Каждый вариант тест – задания состоит из двадцати задач,
охватывающих всю программу подготовки по физике.
Приведенные задачи соответствуют требованиям ФГОС ВПО и примерным
программам по дисциплине ЕНФ.03 - «Физика» на уровне средней сложности.
Время выполнения задания составляет 3 часа.
Вариант 1.
1. Уравнение вращения твердого тела имеет вид φ = (3t2+t) рад. Определить угловую скорость ω и угловое ускорение ε через 10 с после начала движения.
2. Сани начинают двигаться по поверхности холма под углом 30° к горизонту с
расстояния l = 10 м от его подножия. Пройдя в горизонтальном направлении
путь S = 90 м, они останавливаются. Определить коэффициент трения саней о
снег.
3. К пружине подвешен груз массой 3 кг. Зная, что при растяжении пружины на
2 см в ней возникает упругая сила 8 Н, определить период вертикальных колебаний груза.
4. Котел вместимостью V = 2 м3 содержит перегретый водяной пар массой
m = 10 кг при температуре T = 500 K. Определить давление пара р в котле.
5. При изотермическом расширении кислорода, содержащего количество вещества ν = 1 моль и имеющего температуру Т = 300 К, газу передано количество
80
теплоты Q = 2·103 Дж. Во сколько раз увеличится объем газа? Универсальная газовая постоянная R = 8,31 Дж/(моль·К).
6. Совершая цикл Карно, газ отдал холодильнику 65% теплоты, полученной от
нагревателя. Определить температуру холодильника, если температура нагревателя 400 К.
7. Найти изменение энтропии при плавлении льда массой m = 1 кг, находящегося
при температуре 0 °С. (Удельная теплота плавления льда 3,35·105 Дж/кг).
8. Электрическое поле создается двумя бесконечными плоскостями с поверхностной плотностью заряда σ = ±4 нКл/м2. Определить напряженность поля
между плоскостями и вне плоскостей.
9. Конденсатор состоит из двух концентрических сфер. Радиус R1 внутренней
сферы равен 10 см, внешней – R2 = 10,2 см. Промежуток между сферами заполнен парафином (ε = 2). Внутренней сфере сообщен заряд Q = 5 мкКл. Определить разность потенциалов между сферами (ε0 = 8,85·10‾12 Ф/м)
10. Сила тока I в металлическом проводнике равна 0,8 A, сечение проводника
S = 4 мм2. Принимая, что в каждом кубическом метре содержится n = 2,5·1028
свободных электронов, определить величину средней скорости <ν> их упорядоченного движения.
11. В однородном магнитном поле перпендикулярно линиям индукции расположен плоский контур площадью S = 100 см2. Поддерживая в контуре постоянную
силу тока I = 50 А, его переместили из поля в пространство, где поле отсутствует. Определить величину магнитной индукции поля В, если при перемещении
контура была совершена работа А = 0,4 Дж.
12. По обмотке очень короткой катушки радиусом r = 16 см течет ток I = 5 А.
Сколько витков проволоки N намотано на катушку, если напряженность Н магнитного поля в её центре 800 А/м?
81
13. По катушке индуктивностью L = 8 мГн течет ток силой I = 6 А. При выключении тока его сила изменяется практически до нуля за время Δt = 5 мс. Определить среднее значение э.д.с. самоиндукции, возникающей в контуре.
14. По обмотке соленоида индуктивностью L = 0,2 Гн течет ток силой I = 10 А.
Определить энергию магнитного поля соленоида.
15. Какое явление называется дифракцией света?
a). Разложение световых волн в спектр;
b). наложение световых волн;
c). огибание световыми волнами преград и препятствий и проникновение их в
область геометрической тени;
d). зависимость показателя преломления вещества от длины волны света;
e). изменение освещенности поверхности при удалении ее от источника света.
16. На узкую щель нормально падает плоская монохроматическая световая волна
(λ = 628 нм). Чему равна ширина щели, если второй дифракционный максимум
наблюдается под углом 1°30′.
17. Угол преломления луча в жидкости r = 35°. Определить показатель преломления жидкости n, если известно, что отраженный пучок света полностью поляризован.
18. Определить работу выхода А электронов из натрия, если красная граница фотоэффекта λ0 = 500 нм.
19. Период полураспада радиоактивного аргона
41
18
Ar равен 110 мин. Определить
время, в течение которого распадается 25% начального количества атомов.
20. Определить энергию реакции 21 H 21 H42 He . Освобождается или поглощается
эта энергия?
Вариант 2
1. Какой рисунок соответствует движению материальной точки М с нормальным
ускорением an ≠ 0?
82
a)

F

v
M

F
б)
в)

F

v
M

v
M
2. Определить максимальные значения скорости vmax и ускорения amax материальной точки, совершающей гармонические колебания с амплитудой А = 0,03 м
и циклической частотой ω =
π 1
сˉ .
2
3. Мяч брошен горизонтально с крыши высокого здания со скоростью 10,6 м/с.
Определить скорость и местоположение мяча через 4 с.
4. Пуля, летящая горизонтально, падает в шар, подвешенный на невесомом
стержне, и застревает в нем. Масса пули m1 = 5 г, масса шара m2 = 0,5 кг. Скорость пули v1 = 500 м/с. На какую высоту h поднимется шар?
5. Сплошной шарик массой m = 400 г и радиусом R = 5 см вращается вокруг оси
проходящей через его центр. Закон вращения шара имеет вид: φ = (4 + 2t 2t2)рад. Определить момент внешних сил М.
6. Найти длину волны λ колебания, период которого Т = 10ˉ14 с. Скорость распространения колебаний с = 3,00·108 м/с.
7. Молекулы газа, концентрация которых n = 2,7·1025 м-3, производят на стенки
сосуда давление р = 105 Па. Какова средняя кинетическая энергия < ε > поступательного движения молекулы?
8. Электрическое поле образованно двумя равными одноименными точечными
зарядами 5 нКл. Расстояние между зарядами 20 см. Определить напряженность
электрического поля в точке, лежащей на прямой, соединяющей эти заряды, и
удаленной на 3 см от одного из этих зарядов.
9. Вычислить удельные cv и cp, а также молярные С μv и Сp теплоемкости кислорода при постоянном объеме и постоянном давлении.
10. Две бесконечно длинные параллельные нити, находящиеся в воде на расстоянии 5 см друг от друга, содержат равномерно распределенные заряды с линей83
ной плотностью τ = 5·10ˉ7 Кл/м. Найти напряженность электрического поля в
точке, отстоящей на 3 см от одной нити и на 4см от другой
(εводы = 81).
11. Длинный прямой соленоид из проволоки диаметром d = 0,5 мм намотан так,
что витки плотно прилегают друг к другу. Какова напряженность Н магнитного
поля внутри соленоида при силе тока I = 4 A? Толщиной изоляции пренебречь.
12. Определить величину тока в круговом витке радиусом 3 см, если он создает в
центре витка напряженность магнитного поля 58 А/м.
13. Плоский контур площадью S = 20 см2 находится в однородном магнитном
поле с индукцией В = 0,03 Тл. Определить магнитный поток Ф, пронизывающий
контур, если плоскость контура составляет угол φ = 30° с направлением линий
индукции.
14. Электрон влетает в однородное магнитное поле, индукция которого 0,5 Тл,
со скоростью 2·106 м/с перпендикулярно линиям индукции (α = 90°). Определить
силу Лоренца, с которой магнитное поле действует на электрон.
15. При дифракции плоских волн от одной щели шириной а на экране наблюдается максимум света в тех направлениях, для которых a·sinφ равно:

2
а) ± (k+1) ;

2
б) ± 2k ;

2
в) ± (2k+1) ;
16. Определить угол полной поляризации при отражении света от стекла, показатель преломления которого равен 1,57.
17. Определить коэффициент отражения ρ поверхности, если при энергетической
освещенности Еe = 120 Вт/м2 давление Р света на нее оказалось равным
5·10ˉ7 Па.
84
18. На поверхность лития падает монохроматический свет (λ = 310 нм). Чтобы
прекратить эмиссию электронов, нужно приложить задерживающую разность
потенциалов U не менее 1,7 В. Определить работу выхода А.
19. Какова активность радиоактивного распада, если за t = 100 c происходит
N = 5·104 распадов ядер атомов.
20. Какой изотоп образуется из 83 Li после одного β-распада и одного α-распада?
Вариант 3
1. Точка движется по кривой с постоянным тангенциальным ускорением
аτ = 0,5 м/с2. Определить полное ускорение а точки участке кривой с радиусом
R = 3 м, если точка движется на этом участке со скоростью v = 2 м/c.
2. Тело вращается вокруг неподвижной оси по закону, выражаемому формулой:
φ = (10 - 4t2 + t3) рад. В какой момент времени скорость вращения ω будет равна
12 сˉ1? Чему равно угловое ускорение ε в этот момент времени?
3. Две гири массами m1 = 2 кг и m2 = 1 кг соединены невесомой нитью и перекинуты через невесомый блок. Найти: ускорение, с которыми движутся гири;
натяжение нити. Трением в блоке пренебречь.
4. Маховик, имеющий вид сплошного однородного диска массой m = 50 кг и радиусом R = 4 м, вращается с частотой n = 4 об/с. После начала торможения маховик остановился через время Δt = 10 c. Найти момент сил М, тормозящих маховик.
5. Написать уравнение гармонического колебания с амплитудой 0,01 м, перио
4
дом 4 с и начальной фазой равной .
6. Однородный диск радиусом 0,4 м колеблется в вертикальной плоскости около
горизонтальной оси. Ось перпендикулярна диску и проходит через его край. Как
изменится период колебаний диска, если ось перенести к центру параллельно
самой себе на расстояние ¾ радиуса от прежнего положения?
7. Найти концентрацию молекул воздуха n при температуре 27 °С, если воздух
откачен до давления p = 1,3·10ˉ6 Па. Постоянная Больцмана k = 1,38·10ˉ23 Дж/К.
85
8. Азот массой m = 0,1 кг был изобарно нагрет от температуры Т1 = 200 К до
температуры Т2 = 400 К. Определить работу А, совершенную газом, полученную
им теплоту и изменение внутренней энергии ΔU азота. (Универсальная газовая
постоянная
R = 8,31 Дж/(моль·К).
Молярная
масса
азота
N2
равна
28·10ˉ3 кг/моль).
9. Удельная теплоемкость газа cp= 1,006·103 Дж/(кг·К),
отношение
cp/cv = 1,4.
Определить молярную массу газа.
10. Плоский конденсатор с площадью пластин S = 200 см3 каждая заряжен до
разности потенциалов U = 2 кВ. Расстояние между пластинами d = 2 см. Диэлектрик - стекло имеет диэлектрическую проницаемость ε = 7. Определить энергию
поля конденсатора и плотность энергии поля.
11. На пластинах плоского воздушного конденсатора с площадью пластин
150 см2 находится заряд 5·10ˉ8 Кл. Какова сила взаимного притяжения между
пластинами и объемная плотность энергии поля конденсатора?
12. По двум параллельным проводам длиной l = 1 м каждый текут одинаковые
токи. Расстояние d между проводами равно 1 см. Токи взаимодействуют с силой
F = 1 мН. Найти силу тока I в проводах.
13. Энергия поля однослойного соленоида при токе в 1,2 А равна 2 Дж. Чему
равна магнитная проницаемость сердечника, если плотность витков соленоида
10 смˉ1, длина его 1 м, а площадь поперечного сечения – 10 м2?
14. Протон движется в вакууме во взаимно перпендикулярных электрическом и
магнитном полях с соответствующими напряженностями 1200 В/м и 300 А/м.
Каковы должны быть направление и величина скорости протона, чтобы его траектория движения была прямолинейной? (Масса протона 1,67·10‾27 кг)
15. Что выражает формула (a + b)sinφ = ± mλ?
a. Условие получения дифракционного максимума от многих щелей;
b. условие получения дифракционного максимума от одной щели;
c. условие получения дифракционного минимума от многих щелей;
86
d. условие получения дифракционного минимума от одной щели.
16. Плотность потока энергии в импульсе излучения лазера может достигать
1020 Вт/м2. Определить давление такого излучения, нормально падающего на
черную поверхность.
17. Работа выхода электронов из серебра составляет 7,6·10ˉ19 Дж. Определить
длину волны красной границы фотоэффекта для серебра (h = 6,62·10ˉ34 Дж·с).
18. Вычислить дефект массы, энергию связи и удельную энергию связи αчастицы. (mp = 1,6726·10ˉ27 кг, mn = 1,6749·10ˉ27 кг).
19. Для рубидия постоянная распада λ = 7,7·10ˉ4 сˉ1 Определить период полураспада.
20. Вычислить энергию ядерной реакции p115B 342 He .
(mp = 1,6726·10ˉ27 кг, m
11
5B
= 11,00930 a.e.m, m He = 4,00260 a.e.m.,
4
2
1 a.e.m. = 1,660·10ˉ27 кг)
Вариант 4
1. Найти мгновенную скорость v и ускорение а точки, движущейся прямолинейно, в момент времени t = 4 c. Движение точки описывается уравнением S = (2t3 10t2 + 8)м.
2. Автомобиль двигался со скоростью 15 м/с. Коэффициент трения между шинами и дорогой равен 0,75. Определить минимальное расстояние, на котором машина может быть остановлена.
3. Маховик, момент инерции которого равен J = 63,6 кг м2, вращается с постоянной угловой скоростью ω = 31,4 рад/с. Найти тормозящий момент М, под действием которого маховик останавливается через t = 20 c.
4. Горизонтальная платформа массой 80 кг и радиусом 1 м вращается с угловой
скоростью, соответствующей 20 об/мин. В центре платформы стоит человек и
держит в расставленных руках гири. Какое число оборотов будет делать платформа, если человек, опустив руки, уменьшит свой момент инерции от 2,94 кг·м2
до 0,98 кг·м2? Считать платформу круглым однородным диском.
87
5. Написать уравнение гармонического колебательного движения, если максимальное ускорение точки amax = 49,3 см/с2, период колебаний Т = 2 с и смещение
точки от положения равновесия в начальный момент времени x0 = 25 мм.
6. Логарифмический декремент затухания математического маятника λ = 0,2. Во
сколько раз уменьшится амплитуда колебаний за одно полное колебание маятника?
7. Водород массой m = 4 кг был нагрет на ΔT = 10 К при постоянном давлении.
Определить работу А расширения газа. Универсальная газовая постоянная
R = 8,31 Дж/(моль·К). Молярная масса водорода равна 2·10ˉ3 кг/моль.
8. Газ, совершающий цикл Карно, получает от нагревателя Q1 = 840 Дж. Определить работу газа А, если температура Т1 нагревателя в три раза выше температуры Т2 холодильника.
9. Электрон, пройдя в плоском конденсаторе путь от одной пластины до другой,
приобрел скорость 105 м/с. Расстояние между пластинами 8 мм. Какова разность
потенциалов между пластинами и поверхностная плотность заряда на пластинах? Масса электрона 9,1·10ˉ31 кг, заряд электрона 1,6·10ˉ19 Кл.
10. Разность потенциалов между точками А и В U = 6 В. Емкость первого конденсатора С1 = 2 мкФ и емкость второго конденсатора С2 = 4 мкФ. Найти заряды
q1 и q2 и разность потенциалов U1 и U2 на обкладках каждого конденсатора.
A
C1
C2 B
2
11. По двум длинным прямым параллельным проводам, находящимися на расстоянии 10 см друг от друга, текут токи I1 = I2 = 60 A в противоположных
направлениях. Определить индукцию магнитного поля в точке, лежащей посередине между проводниками.
12. Соленоид с сердечником из никеля и с площадью поперечного сечения
50 см2 на длине 0,5 м имеет 1000 витков. Определить магнитный поток внутри
соленоида, если сила тока в соленоиде 10 А, а магнитная проницаемость никеля
200. Магнитная постоянная 0 = 4π·10ˉ7 Гн/м.
88
13. На щель шириной 2 мм падает нормально параллельный пучок монохроматического света с длиной волны λ = 589 нм. Найти угол, в направлении которого
наблюдается минимум первого порядка.
14. Сколько штрихов на каждый миллиметр содержит дифракционная решетка,
если при наблюдении в монохроматическом (λ = 0,6 мкм) свете максимум пятого
порядка отклонен на угол 30°.
15. Анализатор в 4 раза ослабляет интенсивность света, приходящего к нему от
поляризатора. Определить угол φ между плоскостями пропускания поляризатора
и анализатора. Потерями интенсивности света в анализаторе пренебречь.
16. Температура абсолютно черного тела уменьшилась на 1 %. На сколько процентов уменьшилась энергетическая светимость тела?
17. Определить массу и импульс фотона, энергия которого 10 кэВ.
18. Красная граница для некоторого металла 0,6 мкм. Металл освещается светом,
длина волны которого 0,4 мкм. Определить максимальную скорость электронов,
выбиваемых светом из металла.
19. Ядро изотопа
60
21
Co выбросило отрицательно заряженную β-частицу. В какое
ядро превратилось ядро кобальта?
20. Вычислить дефект массы, энергию связи и его удельную энергию связи, т.е.
энергию, приходящуюся на один нуклон, для элемента
24
12
Mg .
Вариант 5
1. Какая из диаграмм скорости соответствует указанной на рисунке диаграмме
S,м
20
0
10
перемещения?
89
20 t,с
v,м
v,м
1)
v,м
2)
3)
2
2
2
10
20
t,с
10
20
10
t,с
20
t,с
2. Закон движения точки по криволинейной траектории S = 2 - 4t2 + t3. Определить радиус кривизны траектории R в момент времени t = 4 c, если нормальное
ускорение в этот момент времени аn = 6 м/с2.
3. Тело вращается вокруг неподвижной оси по закону, выраженному формулой:
φ = (5 - 8t + t2) рад. В какой момент времени угловая скорость вращения ω будет
равна 12 сˉ1? Чему равно ускорение ε в этот момент времени?
4. Груз массой 103 кг поднимают со скоростью 15 м/с по наклонной плоскости
длиной 30 м, которая образует с горизонтом угол в 30°. Сила трения 2·10 3 Н.
Определить совершенную работу и мощность, развиваемую при подъеме груза.
5. Найти момент инерции тонкостенного кольца массой m = 50 г и радиусом
R = 10 см относительно оси, проходящей через обод кольца перпендикулярно
его плоскости.
6. Точка совершает гармонические колебания. Период колебаний 2 с, амплитуда
0,05 м, начальная фаза равна нулю. Найти скорость точки в момент, когда смещение точки от положения равновесия равно половине амплитуды.
7. Сколько молекул газа содержится с баллоне объемом V = 30 л при температуре Т = 300 К и давлении p = 5·106Па?
8. Кислород O2 массой m = 800 г, нагретый от температуры Т1=373К до Т2=393К,
сохранил неизменный объем V. Определить: количество теплоты Q, полученное
газом; изменение внутренней энергии ΔU; совершенную газом работу А. Универсальная газовая постоянная R = 8,31 Дж/(моль·К).
9. В воздухе на расстоянии 3 см друг от друга находятся два точечных заряда
+8·10ˉ7 и -4·10ˉ7 Кл. Найти напряженность и потенциал поля в точке, отстоящей
90
от положительного заряда на расстоянии 5 см и от отрицательного на расстоянии 4 см.
10. Плотность тока j в медном проводнике равна 3 А/мм2. Найти напряженность
Е
электрического
поля
в
проводнике.
(удельное
сопротивление
меди
8,7·10ˉ8 Ом·м).
11. Из проволоки длиной 1 м изготовили квадратную рамку и по ней пропустили
ток силой 2 А. Определить индукцию магнитного поля в центре рамки.
12. Соленоид сечением S = 10 см2 содержит N = 1000 витков. При силе тока
I = 5 A магнитная индукция В поля внутри соленоида равна 0,05 Тл. Определить
индуктивность L соленоида.
13. Электрон влетает в однородное магнитное поле с индукцией 2 Тл в вакууме
со скоростью 105 м/с перпендикулярно к линиям индукции. Вычислить силу,
действующую на электрон. (Заряд электрона -1,6·10ˉ19Кл)
14. Какова длина пути l1, которую пройдет фронт волны монохроматического
света в вакууме за то же время, за какое он проходит путь длиной l2 = 1 м в воде
(nводы = 1,33).
15. Дифракционная решетка освещена нормально падающим монохроматическим светом. В дифракционной картине максимум второго порядка отклонен на
угол φ1 = 14°. На какой угол φ2 отклонится максимум третьего порядка?
16. Угол падения i луча на поверхность стекла равен 60°. При этом отраженный
пучок света оказался максимально поляризованным. Определить угол r преломления луча.
17. На сколько процентов уменьшится интенсивность света после прохождения
через призму Николя, если потери света составляют 10%?
18. Определить работу выхода А электронов из натрия, если красная граница фотоэффекта λ0 = 500 нм.
91
19. Какую энергию излучает за год Солнце, если считать его абсолютно черным
телом радиусом 6,96·108 м? Температуру поверхности Солнца принять равной
5800 К. (σ = 5,67·10‾8 Вт/(м2·К4).
20. Какую наименьшую энергию нужно сообщить электрону, находящемуся на
первой орбите в атоме водорода, чтобы он удалился в бесконечность?
Вариант 6
1. Тело брошено под углом α=30° к горизонту. Найти тангенциальное аτ и нормальное аn ускорения тела в начальный момент времени.
2. Прямолинейное движение точки описывается уравнением S = 4t4 + 2t2 + 7.
Найти скорость и ускорение точки в момент времени t = 2 c и среднюю скорость
за первые две секунды движения.
3. Маховик начал вращаться равноускоренно и за промежуток времени Δt = 10 c
достиг частоты вращения n = 5 об/c. Определить угловое ускорение ε маховика и
число N оборотов, которое он сделал за это время.
4. Тело массой 100 кг поднимают по наклонной плоскости с ускорением 2 м/с2.
Какую силу, параллельную наклонной плоскости, необходимо приложить для
подъема груза? Коэффициент трения соприкасающихся поверхностей k = 0,2;
угол наклона плоскости к горизонту 30°.
5. У какого из шариков массой m, вращающихся по окружности радиусом r, кинетическая энергия максимальна? Угловая скорость вращения ω одинакова.
1) m = 4 кг, r = 1 см;
2) m = 1 кг, r = 4 см;
3) m = 2 кг, r = 3 см.
6. Сплошной однородный диск массой m = 2 кг катится со скоростью v = 8 м/с.
Какова полная кинетическая энергия катящегося диска?
7. Физический маятник представляет собой тонкий стержень, подвешенный за
один из его концов. При какой длине стержня период колебаний этого маятника
будет равен 1 с?
92
8. В баллоне объемом V = 10 л находится гелий под давлением 105 Па и температуре 27 °С. После того, как из баллона было взято 10 г гелия, температура в баллоне понизилась до 17 °С. Определите давление гелия, оставшегося в баллоне.
9. Газ, совершающий цикл Карно, 2/3 теплоты, полученной от нагревателя, отдает холодильнику с температурой 280 К. Определите температуру нагревателя.
10. Электрическое поле создается двумя бесконечно длинными плоскостями с
поверхностной плотностью заряда σ = 4 нКл/м2. Определите напряженность поля
между плоскостями и вне плоскостей.
11. Два элемента с э.д.с. E1 = 1,2 В; E2 = 0,9 В и внутренними сопротивлениями
r1 = 0,1 Ом и r2 = 0,3 Ом соединены одноименными полюсами. Сопротивление R
соединительных проводов равно 0,2 Ом. Определите силу тока в цепи.
12. На прямолинейный проводник длиной 50 см, который расположен перпендикулярно линиям индукции и по которому течет ток 20 А, магнитное поле действует с силой 5 Н. Определите индукцию магнитного поля.
13. Электрон, заряд которого 1,6·10‾19 Кл, влетает в однородное магнитное поле
перпендикулярно линиям индукции (α = 90°) со скоростью, v = 2·107 м/c. Определите силу, с которой магнитное поле действует на электрон, если индукция
магнитного поля В = 0,5 Тл.
14. По катушке индуктивностью L = 8 мкГн течет ток I = 6 А. Определить среднее значение э.д.с. самоиндукции <Eс> в катушке, если сила тока изменяется до
нуля за время Δt = 5 мс.
15. На прозрачную пластину с узкой щелью падает нормально плоская монохроматическая волна (λ = 600 нм). Угол отклонения лучей, соответствующих второму дифракционному максимуму, φ = 20°. Определите ширину а щели.
16. На грань кристалла каменной соли падает узкий пучок рентгеновских лучей с
длиной волны 0,095 нм. Чему должен быть равен угол скольжения лучей, чтобы
наблюдался дифракционный максимум третьего порядка? Расстояние между
атомными плоскостями кристалла равно 0,285 нм.
93
17. Максимум излучения абсолютно черного тела при нагревании перемещается
с λ1 = 800 нм на λ2 = 600 нм. Определить, во сколько раз изменилась спектральная
плотность энергетической светимости.
18. Катод вакуумного фотоэлемента освещается светом с длиной волны
0,405 мкм. Фототок, прекращается при задерживающей разности потенциалов
1,2 В. Найти работу выхода электронов из катода.
19. Давление света, нормально падающего на поверхность, 3 мкПа. Определить
концентрацию фотонов вблизи поверхности, если длина волны света 0,45 мкм, а
коэффициент отражения 0,36.
20. Вычислить дефект массы, энергию связи и удельную энергию связи ядра
238
92
U.
Вариант 7
1. Шарик, падая свободно, ударился о плиту и упруго отскочил от нее. Считая
удар абсолютно упругим, указать график изменения модуля скорости шарика от
v
v
1
v
2
3
t
t
t
момента падения до окончания подъема после отскока.
2. Определить с какой скоростью двигался автомобиль, если длина следа заторможенных колес оказалась равна l = 25 м. Коэффициент трения колес о покрытие дороги k = 0,3.
3. Уравнение колебаний материальной точки массой m = 16 кг имеет вид
x  0,1sin(
5

t  ) м. Найти величину максимальной силы Fmax, действующей на
8
4
точку и полную энергию Е колеблющейся точки.
4. Определить плотность разреженного кислорода, если средняя длина свободного пробега молекулы равна 1 см. Эффективный диаметр молекул кислорода
принять равным 3,5·10‾10 м, постоянная Авогадро NA = 6,02·1023 моль‾1.
94
5. При адиабатном сжатии кислорода массой 250 г с начальной температурой
Т = 200 К была совершена работа 25 кДж. Определить температуру газа после
сжатия.
6. Вычислить молярные Сvμ и Сpμ и удельные теплоемкости cv и cp неона, считая
его идеальным газом.
7. Пылинка массой 4·10‾15 кг удерживается в равновесии между горизонтально
расположенными обкладками плоского конденсатора. Разность потенциалов
между обкладками 245 В, а зазор между ними 1 см. Определить, во сколько раз
заряд пылинки больше элементарного заряда.
8. В медном проводнике сечением 6 мм2 и длиной 5 м течет ток. За 1 мин в проводнике выделяется 18 Дж теплоты. Определить напряженность электрического
поля, плотность и силу электрического тока в проводнике.
9. Два бесконечно длинных прямолинейных проводника с токами 6 А и 8 А расположены перпендикулярно друг к другу. Определить индукцию и напряженность магнитного поля на середине кратчайшего расстояния между проводниками, равного 20 см.
10. Протон движется в магнитном поле напряженностью 10 5 А/м по окружности
радиусом 2 см. Найти кинетическую энергию протона.
11. Перпендикулярно линиям индукции однородного магнитного поля индукцией 0,3 Тл движется проводник длиной 15 см со скоростью 10 м/с, перпендикулярной проводнику. Определить э.д.с., индуцируемую в проводнике.
12.
Однородное магнитное поле, объемная плотность энергии которого
0,4 Дж/м3, действует на проводник, расположенный перпендикулярно линиям
индукции, силой 0,01 Н на 1 см его длины. Определить силу тока в проводнике.
13. На дифракционную решетку, имеющую 500 штрихов на 1 мм, падает свет с
длиной волны 600 нм. Определить наибольший порядок спектра, который можно
получить данной решеткой.
14. Определить во сколько раз интенсивность света после прохождения двух николей будет ослаблена, если угол между плоскостями поляризаторов составляет
74°20′. Поглощение света в поляризаторе составляет 5%, а анализаторе 10%.
95
15. Красная граница фотоэффекта для некоторого металла 0,5 мкм. Металл
освещается светом, длина волны которого 0,4 мкм. Определить максимальную
скорость электронов, выбиваемых светом из металла.
16. При какой температуре энергетическая светимость абсолютно черного тела
равна 1 кВт/м2?
17. Фотон с энергией 0,49 МэВ рассеялся на свободном электроне под углом 60°.
Определить энергию рассеянного фотона и кинетическую энергию фотона отдачи.
18. Найти длину волны де Бройля, соответствующую электрону с кинетической
энергией в 1000 эВ.
19. Определить активность радиоактивного изотопа
24
11
Na , масса которого
m = 5 мкг.
20. Вычислить энергетический эффект Q реакции 73 Li  42 He105 B 01n .
Вариант 8
1. Движение материальной точки описывается уравнением: S = 2t3 - 10t2 + 8.
Найти скорость и ускорение материальной точки в момент времени t = 4 c.
2. Сани скатываются с холма и скользят по горизонтальной поверхности. Как
далеко сани пройдут по льду, если у подножия холма они достигают скорости
10 м/с? Коэффициент трения между санями и горизонтальной поверхностью
льда 0,03.
3. Маховик, массу которого 6 кг можно считать распределенной по ободу радиусом 18 см, вращается на валу со скоростью, соответствующей 600 об/мин. Под
действием тормозящего момента 10 Н·м маховик останавливается. Найти, через
какое время он остановился, какое число оборотов он совершил за это время и
какова работа торможения.


6
8
4. Материальная точка колеблется по уравнению: x  2 sin( t  ) см. Определить
максимальную возвращающую силу и полную энергию колебания, если масса
точки 5 г.
96
5. На рисунке представлены две
диаграммы
зависимо-
p
сти давления p от температуры T,
1
2
массы газа. Какая диаграмма со-
для одной и той же
ответствует большему
T
объему газа?
6. Молекулы водорода обладают средней арифметической скоростью 1720 м/с
при нормальном давлении. Определить среднее число столкновений молекулы
за 1 с.
7. Тепловая машина работает по циклу Карно. Температура нагревателя 127 °С,
температура холодильника 15 °С. На сколько надо изменить температуру нагревателя (при неизменной температуре холодильника), чтобы увеличить к.п.д. машины в два раза?
8. Плотность тока в никелиновом проводнике длиной 4 м равна 1 МА/м2. Определить разность потенциалов на концах проводника.
9. По квадратной рамке течет ток 10 А. Напряженность магнитного поля в центре рамки 2,25 А/м. Определить периметр рамки.
10. Число витков в соленоиде – 800, его длина 20 см, а поперечное сечение 4 см2.
При какой скорости изменения силы тока в соленоиде без сердечника индуцируется э.д.с. самоиндукции, равная 0,4 В?
11. Катушка из 100 витков площадью 15 см2 вращается с частотой 5 Гц в однородном магнитном поле индукцией 0,2 Тл. Ось вращения перпендикулярна оси
катушки и линиям индукции поля. Определить максимальную э.д.с. индукции в
катушке.
12. Объемная плотность энергии однородного магнитного поля в воздухе
500 Дж/м3. В этом поле перпендикулярно ему расположен прямолинейный проводник с током 50 А. С какой силой поле действует на единицу длины этого
проводника?
13. В магнитное поле в вакууме перпендикулярно линиям индукции влетают
электроны с энергией 1 эВ. Напряженность поля 1000 А/м. Вычислить силу Лоренца и радиус траектории движения электронов.
97
14. Ток в катушке колебательного контура изменяется в соответствии с уравнением I = I0cos2πνt, период колебаний контура 10‾5 с. В какой ближайший к
начальному момент времени энергия магнитного поля катушки станет равной
энергии электрического поля конденсатора?
15. На дифракционную решетку, содержащую 600 штрихов на 1 мм, падает нормально монохроматический свет с длиной волны 546 нм. Определить изменение
угла отклонения лучей второго дифракционного максимума, если взять решетку
со 100 штрихами на 1 мм.
16. Луч естественного света при прохождении двух николей был ослаблен в 5
раз. В каждом николе интенсивность света за счет отражения и поглощения
уменьшалась на 10%. Определить угол между плоскостями поляризации николей. Дать схему опыта.
17. Необходимо установить какой толщины слой вещества ослабит интенсивность монохроматического света в 2 раза. Коэффициент линейного поглощения
данного вещества равен 0,69 м‾1.
18. Давление монохроматического света с длиной волны 0,6 мкм на черную поверхность равно 10‾7 Н/м2. Сколько фотонов падает в 1 с на 1 м2 поверхности?
19. Постоянная радиоактивного распада для элемента
228
88
Ra равна 3,28·10‾9 с‾1.
Определить, какая часть ядер этого элемента останется через 5 лет.
20. Найти энергию ядерной реакции 42 He 147 N178 O  p
Вариант 9
1. Уравнение вращения твердого тела: φ = 3t3 + t. Определить число оборотов
твердого тела, его угловую скорость ω и ускорение ε через 10 с после начала
вращения.
2. Тело брошено со скоростью v под углом α к горизонту. Продолжительность
полета t = 2,2 c. Найти наибольшую высоту подъема этого тела. Сопротивление
воздуха не учитывать.
3. Какой рисунок соответствует криволинейному движению, при котором скорость материальной точки возрастает по модулю?
98

F
F
1
2

v
3

F

v
v

F
v
4. Через блок в виде сплошного диска перекинута тонкая, гибкая нить, к концам
которой подвешены грузы: один в 2 кг, другой в 3 кг. Определить, пренебрегая
массой блока и трением, давление на ось блока.
5. По ободу шкива, насаженного на общую ось с маховиком, намотана нить, к
концу которой подвешен груз в 1 Н. На какое расстояние должен опустится груз,
чтобы маховик со шкивом получили скорость, соответствующую 60 об/мин?
Момент инерции системы J = 0,42 кг·м2, радиус шкива 10 см.
6. Сколько молекул азота находится в сосуде емкостью 1 л, если средняя квадратичная скорость движения молекул азота 500 м/с, а давление на стенки сосуда
103 Н/м2?
7. Азот нагревался при постоянном давлении, причем ему было сообщено
2,1·104 Дж теплоты. Какую работу совершил при этом азот? Каково было изменение внутренней энергии?
8. К пружине жесткостью 8 кН/м подвешен груз, который колеблется с амплитудой 1,5 см. Определить максимальную кинетическую энергию груза
9. Начальная фаза колебаний точки 15°. Через сколько времени от начала движения смещение точки первый раз достигнет величины, равной половине амплитуды? Период колебаний равен 12 с.
10. В вершинах квадрата со стороной 1 м расположены равные одноименные заряды. Потенциал, создаваемого ими поля в центре квадрата, равен 50 В. Определить величину заряда.
11. Конденсатор с парафиновым диэлектриком (ε = 2) заряжен до разности потенциалов 150 В. Напряженность поля в нем 6·104 В/м, площадь пластин 60 см2.
Определить емкость конденсатора и поверхностную плотность заряда на обкладках.
12. Плотность тока в проводнике равна 1 МА/м2 при напряжении 200 В на его
концах. Определить удельное сопротивление и материал проводника, если его
длина 500 м.
99
13. Виток радиусом 5 см с током 1 А помещен в однородное магнитное поле
напряженностью 5000 А/м так, что нормаль к витку составляет угол 60° с
направлением поля. Какую работу совершают силы поля при повороте витка в
устойчивое положение?
14. Протоны в магнитном поле с индукцией 5·10‾2 Тл движутся в вакууме по дуге окружности радиусом 50 см. Какую ускоряющую разность потенциалов они
должны были пройти?
15. Однослойный соленоид без сердечника длиной 20 см и диаметром 4 см имеет
плотную намотку медным проводом диаметром 0,1 мм. За 0,1 с сила тока в нем
равномерно убывает с 5 А до 0. Определить э.д.с. индукции в соленоиде.
16. Чему равна разность хода волн, приходящих в данную точку от двух соседних зон Френеля?
1. Δ = 0; 2. Δ =

;
2

2
3. Δ = 3 ; 4. Δ =  .
17. Красная граница фотоэффекта для некоторого металла равна 250 нм. Найти:
1) работу выхода электрона из этого металла; 2) максимальную скорость электронов, вырываемых из этого металла светом с длиной волны 200 нм; 3) максимальную кинетическую энергию этих электронов.
18. Площадь поверхности нити накала 60-ваттной вольфрамовой лампы накаливания 0,5 см2. Интегральная поглощательная способность вольфрама 0,6. Определить температуру нити накала.
19. Расстояние между атомными плоскостями кристалла 3·10‾8 см. Рентгеновские параллельные лучи, падающие на кристалл, дают при отражении первый
максимум под углом 30°. Под каким напряжением работает рентгеновская трубка?
20. Вычислить дефект массы, энергию связи и удельную энергию связи ядра
48
20
Ca .
Вариант 10
1. Материальная точка начала двигаться по окружности с постоянным тангенциальным ускорением равным 0,6 м/с2. Чему будут равны нормальное и полное
100
ускорения точки в конце пятой секунды после начала движения; сколько оборотов сделает точка за это время, если радиус окружности 5 см?
2. Точка движется равномерно прямолинейно, если равнодействующая приложенных сил:
1.
постоянна по модулю и направлению;
постоянна по направлению, но изменяется по модулю;
2.
3.
равна нулю.
3. Снаряд выпущен из орудия под углом 40° к горизонту с начальной скоростью
600 м/с. Найти дальность полета снаряда. Сопротивлением воздуха пренебречь.
4. Сплошной диск массой 0,2 кг вращается вокруг оси, проходящей через его
центр масс под действием момента сил 0,8·10‾2 Н·м. Закон вращения имеет вид
φ = 5 – t + 2t2. Определить радиус диска.
5. Для того чтобы растянуть пружину на 2 см, требуется приложить силу 40 Н.
Какая работа совершается при сжатии пружины на 5 см?
6. Баллон вместимостью V = 2·102 м3 заполнен азотом при температуре
Т = 400 К. Когда часть газа израсходовали, давление в баллоне понизилось на
Δp = 200 кПа. Определить массу Δm израсходованного газа. Температуру азота в
баллоне
считать
постоянной.
Универсальная
газовая
постоянная
R = 8,31 Дж/(моль·К). Молярная масса азота 28·10‾3 кг/моль.
7. Сколько столкновений происходит между молекулами воздуха за 1 с в 1 см3
при температуре 7 °С, если плотность воздуха 5·10‾2 кг/м3?
8. Газ, занимающий объем V = 12·10‾3 м3 под давлением p = 100 кПа, был изобарно нагрет от температуры Т1 = 300 К до Т2 = 400К. Определить работу А расширения газа.
9. Электрическое поле создано двумя разноименными равномерно заряженными
бесконечными
плоскостями
с
поверхностными
плотностями
зарядов
σ = ±4·10‾9 Кл/м2. Определить напряженность поля Е между плоскостями. Электрическая постоянная 0  8,85 1012 Ф/м.
10. Математический маятник массой 20 г колеблется с амплитудой 5 см. Максимальная скорость маятника равна 15,7 см/с. Определить частоту, период и цик101
лическую частоту колебаний, длину нити, полную энергию и максимальное
ускорение маятника.
11. Определить удельное сопротивление и материал провода, который намотан
на катушку, имеющую 500 витков со средним диаметром витка 6 см, если при
напряжении 320 В допустимая плотность тока 2 МА/м2.
12. Найти магнитный поток Ф, создаваемый соленоидом сечением S = 10 см2, если он имеет n = 10 витков на каждый сантиметр длины при силе тока I = 20 A.
13. Катушка с индуктивностью L = 30 мкГн присоединена к плоскому конденсатору с площадью пластин S = 0,01 м2 и расстоянием между ними 10‾4 м. Найти
диэлектрическую проницаемость среды, заполняющей пространство между пластинами, если контур настроен на длину волны λ = 750 м.
14. На какую линию в спектре третьего порядка накладывается фиолетовая линия с длиной волны λ = 0,39 мкм спектра четвертого прядка?
1. 0,60 мкм;
2. 0,52 мкм;
3. 0,30 мкм;
4. 0,26 мкм.
15. Под каким углом к горизонту должно находиться Солнце, чтобы свет, отраженный от поверхности воды, был максимально поляризован?
16. Какая доля энергии фотона израсходована на работу выхода фотоэлектрона,
если красная граница фотоэффекта λ = 307 нм и максимальная кинетическая
энергия Тmax фотоэлектрона равна 1 эВ?
17. На поверхность площадью 100 см2 ежеминутно падает 63 Дж световой энергии. Найти световое давление, если поверхность полностью отражает лучи
(с = 3·108 м/с)
18. Определить длину волны, отвечающую максимуму спектральной плотности
излучательности (лучеиспускательной способности) черного тела при температуре 37 °С, и энергетическую светимость тела.
19. Найти период полураспада радиоактивного изотопа, активность которого за
10 суток убывает на 24%.
20. Определить суточный расход ядерного горючего
235
92
U в ядерном реакторе
атомной электростанции мощностью 105 кВт. Принять энергию, выделяющуюся
102
при одном акте деления ядра, равной 200 МэВ. К.п.д. станции 20%. Постоянная
Авогадро NA  6,02 1023 моль‾1.
103
Министерство образования и науки Российской федерации
Филиал государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Дальневосточный государственный технический университет
(ДВПИ имени В.В.Куйбышева)» в г. Артеме
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
по дисциплине «ФИЗИКА»
Специальность 280103.65 – Защита в чрезвычайных ситуациях
специализация – Гражданская защита
г. Артем
2010
104
Основная литература
1. В. К. Суханова. Физика: Учебное пособие. 148 с. Вл-к. Изд-во ТГЭУ – 2009 г.
2.Трофимова Т. И. Курс физики: Учебное пособие. 558 с. М: Академия – 2010 г.
3.Терлецкий И. А. Термодинамика равновесных процессов. Уч. пособие. 161 с.
Вл-к Изд-во ДВФУ – 2011.
4.Орир Д. Физика. Полный курс. Примеры, задачи, решения. Учебник. 752 с.
М: университет – 2011 г.
5.Яворский Б.М., Пинский А.А. Основы физики, т.т. 1-2. М.: ФИЗМАТЛИТ,
2007.
6.Трофимова Т.И. Краткий курс физики. М.: Высшая школа, 2007.
7.Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс общей физики. М. Высшая школа, 2009.
8.Иродов И.Е. Задачи по общей физике. М.: Бином, 2008.
9.Иродов И.Е. Механика. Основные законы. М.: Лаборатория базовых знаний,
2009.
10.Иродов И.Е. Электромагнетизм. Основные законы. М.: Лаборатория базовых
знаний, 2009
11.Савельев И.В. Курс физики, т.т. 1-5. М.: Наука, 2006-2008.
12.Сивухин Д.В. Общий курс физики, т.т. 1-5. М.: Высшая школа, 2006-2008.
13.Гершензон Е.М. и др. Курс общей физики.т.т. 1-2. Механика. М.: Академия,
2007.
14.Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики. М.: Наука,
2009.
15.Калашников С.Г. Электричество. М.: Наука, 2006.
16.Хайкин С.Э. Физические основы механики. М.: Наука, 2009.
Дополнительная литература
1. Матвеев А.Н. Курс физики.т.т. 1-4. М.: Высшая школа, 2006-2009.
2. Беликов Б.С. Решение задач по физике. М.: Высш. школа, 2007. – 256 с.
3. Геворкян Р.Г. Курс общей физики: Учеб.пособие для ВУЗов. Изд. 3-е, перераб. М.: Высш. школа, 2007. – 598 с.
105
4. Детлаф А.А., Курс физики: Учеб.пособие для ВУЗов М.: Высш. школа, 2008
– 608 с,
5. Рыбаков Г.И. Сборник задач по общей физике. М.: Высш. школа, 2009.159с.
6. Фирганг Е.В. Руководство к решению задач по курсу общей физики. М.:
Высш. школа, 2008.-350с
7. Чертов А.Г. Задачник по физике с примерами решения задач и справочными
материалами. Для ВУЗов. Под.ред. А.Г Чертова М.: Высш. школа, 2007.510с.
8. Чертов А.Г. Задачник по физике с примерами решения задач и справочными
материалами. Для ВУЗов. Под.ред. А.Г Чертова М.: Высш. школа, 2007.510с.
9. Шубин А.С. Курс общей физики М.: Высш. школа, 2008. – 575 с.
10.Ремизов А.Н., Потапенко А.Я. Курс физики: Учеб.для вузов. - М.: Дрофа,
2009.-720 с.
11.Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. – М.: Наука, 2008.
12.Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике.т.т. 1-9.
М.: Мир, 2007
Интернет-ресурсы
1. Полицинский Е.В. Механика, молекулярная физика и термодинамика: конспекты лекций - Юргинский технологический институт Национального исследовательского Томского политехнического университета, 2010 - 206 с.
http://window.edu.ru/resource/809/76809
2. Кузнецов С.И. Колебания и волны. Геометрическая и волновая оптика: учебное
пособие. 2-е изд., перераб., дополн. - Томск: Изд-во Томского политехнического
университета, 2007. - 170 с.
http://window.edu.ru/resource/208/75208
3. Барсуков В.И., Дмитриев О.С. Физика. Электричество и магнетизм: Учебное пособие. - Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2009. - 252 с.
http://window.edu.ru/resource/244/68244
106
4. Мартынова Г.П. Оптика: Конспект лекций. - Самара: Изд-во "Самарский университет", 2005. - 155 с.
http://window.edu.ru/resource/933/74933
107
Министерство образования и науки Российской федерации
Филиал государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Дальневосточный государственный технический университет
(ДВПИ имени В.В.Куйбышева)» в г. Артеме
ГЛОССАРИЙ
по дисциплине «ФИЗИКА»
Специальность 280103.65 – Защита в чрезвычайных ситуациях
специализация – Гражданская защита
г. Артем
2010
108
ГЛОССАРИЙ
Механическое движение
Механика
Классическая механика
Релятивистская механика
Квантовая механика
Кинематика
Плотность тела
Материальная точка
Число степеней свободы
Траектория движения
изменение положения тел или их частей в пространстве относительно друг друга с течением времени
раздел физики, изучающий закономерности механического
движения и причины, вызывающие или изменяющие это
движение
механика, созданная Г.Галилеем и И.Ньютоном и изучающая законы движения макроскопических тел, движущиеся
со скоростями малыми по сравнению со скоростью света в
вакууме
механика, основанная на специальной теории относительности, сформулированной А.Эйнштейном, и изучающая движение макроскопических тел со скоростями, сравнимыми со
скоростью света
раздел физики, изучающий движение микроскопических тел,
таких как отдельные атомы и элементарные частицы, не
подчиняющихся законам классической механики
раздел механики, изучающий механическое движение тел,
не рассматривая обуславливающие это движение причины
величина, равная массе тела, заключенной в единице объема
физическая модель, тело, обладающее массой, размерами
которого можно пренебречь в условиях конкретной задачи
число независимых координат, полностью определяющих
положение точки в пространстве
линия, образованная множеством точек пространства, через
которые прошла материальная точка в процессе движения
Путь
расстояние, пройденное телом вдоль траектории
Перемещение
Вектор, проведенный из начального положения тела в конечное
Система отсчета
совокупность тела отсчета, системы координат с выбранным
масштабом, и часов
Мгновенная скорость
векторная величина, равная первой производной перемещения точки по времени и направленная по касательной к
величина, обратная радиусу кривизны траектории в данной
точке
Кривизна траектории
Тангенциальное ускорение
Нормальное ускорение
векторная величина, характеризующая быстроту изменения
скорости по величине, направленная по касательной к траектории
векторная величина, характеризующая быстроту изменения
скорости по направлению, направленная к центру кривизны
траектории в данной точке
109
Угловая скорость
Центростремительное ускорение
Динамика
Первый закон Ньютона
Инерция
Второй закон Ньютона
Третий закон Ньютона
Закон всемирного тяготения
Сила трения
Упругая деформация
Сила упругости
Закон Гука
Импульс тела
Закон сохранения импульса
Элементарная работа силы
Мощность
Кинетическая энергия
Потенциальная энергия
Полная механическая энергия
Изолированная (замкнутая)
система
Консервативные силы
векторная величина, равная первой производной угла поворота по времени, и направленная вдоль оси вращения по
правилу правого винта
нормальное ускорение точки, равномерно движущейся по
окружности
раздел механики, изучающий причины, вызывающие или
изменяющие движение тел
существуют такие системы отсчета, относительно которых
поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость
постоянной, если на нее не действуют другие тела или действия тел компенсируются
явление сохранения скорости тела постоянной или равной
нулю при условии отсутствия действия на тело других тел
ускорение материальной точки прямо пропорционально вызывающей его силе, совпадает с ней по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки
силы, с которыми действуют друг на друга материальные
точки, равны по модулю, противоположно направлены и
действуют вдоль прямой, соединяющей эти точки
тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой
пропорционален произведению их масс и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними
сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого, или при движении тела в жидкости или газе,
направленная против движения
деформация, при которой тело восстанавливает прежнюю
форму или размеры после прекращения действия внешних
сил
сила, возникающая в деформируемом теле и противодействующая внешней силе
сила упругости, возникающая в деформируемом теле, пропорциональна величине деформации и направлена противоположно направлению перемещения частиц тела
векторная величина, численно равная произведению массы
тела на его скорость и направленная так же, как скорость
сумма импульсов всех тел изолированнойсистемы остается
постоянной
работа на бесконечно малом участке перемещения, равная
скалярному произведению силы и элементарного перемещения
работа, совершенная силой за единицу времени
энергия механического движения тела, равная половине
произведения массы тела на квадрат скорости (для поступательного движения)
механическая энергия тела или системы тел, определяемая
взаимным расположением тел или частей тела и характером
сил взаимодействия между ними
сумма кинетической и потенциальной энергии
система, на которую не действуют внешние силы, или их
действие скомпенсировано
силы, работа которых зависит только от начального и конечного положения тела и не зависит от способа перехода из
110
одного положения в другое; в механике – это силы тяжести,
упругости
Закон сохранения механичеполная механическая энергия изолированной системы, в коской энергии
торой действуют только консервативные силы, сохраняется
постоянной, то есть не изменяется со временем
Абсолютно упругий удар
удар, в результате которого в обоих взаимодействующих телах не остается никаких деформаций и вся кинетическая
энергия, которой обладали тела до удара, переходит сначала
в потенциальную энергию упругой деформации, а затем
полностью превращается опять в кинетическую энергию
Неупругий удар
удар, в результате которого тела объединяются («слипаются»), и либо останавливаются, либо движутся как единое тело с меньшей скоростью, а механическая энергия полностью
или частично переходит во внутреннюю энергию
Момент силы относительно
векторная величина, равная векторному произведению радинеподвижной точки О
уса вектора r, проведенного из точки О в точку приложения
силы на вектор силы; модуль момента силы можно найти
как произведение силы на ее плечо
Плечо силы
кратчайшее расстояние от оси вращения до линии, вдоль которой действует сила
Свойство момента силы
при переносе точки приложения силы вдоль линии ее действия момент силы относительно неподвижной точки О не
изменяется
Момент инерции тела относи- физическая величина, равная сумме произведений масс мательно оси вращения
териальных точек тела на квадраты их расстояний до оси
Момент импульса материаль- векторная величина, равная векторному произведению радиной точки относительно непо- уса-вектора материальной точки на вектор ее импульса (или
движной точки О
произведению момента инерции на угловую скорость)
Уравнение моментов
производная по времени от момента импульса L материальной точки относительно неподвижной оси равна моменту
сил М, действующих на материальную точку, относительно
этой оси
Закон сохранения момента
момент импульса замкнутой системы тел остается постоянимпульса
ной, то есть не изменяется с течением времени
Сила Кориолиса
сила, действующая на тело, движущееся в неинерциальной
системе отсчета, вращающейся с постоянной угловой скоростью
Закон сложения скоростей Га- скорость точки относительно одной инерциальной системы
лилея
отсчета равна сумме скорости точки относительно другой
системы отсчета и относительной скорости движения одной
инерциальной системы относительно другой
Первый постулат Эйнштейна
все законы природы инварианты по отношению к переходу
от одной инерциальной системы к другой
Второй постулат Эйнштейна – скорость света в вакууме постоянна, не зависит от скорости
принцип инвариантности ско- движения источника света или наблюдателя и одинакова во
рости сета
всех инерциальных системах отсчета
Масса покоя
масса, измеренная в той инерциальной системе отсчета, относительно которой материальная точка находится в состоянии покоя
Закон взаимосвязи массы и
полная энергия системы равна произведению ее массы на
энергии
квадрат скорости света в вакууме
Энергия покоя
энергия, равная произведению массы покоя на квадрат ско111
Гидроаэромеханика
Несжимаемая жидкость
Давление жидкости
Закон Паскаля
Закон Архимеда
Уравнение неразрывности
Статическое давление
Динамическое давление
Формула Торричелли
Вязкость (внутреннее трение)
Колебания
Собственные или свободные
колебания
Гармонические колебания
Гармонический осциллятор
Амплитуда колебаний
Период колебания
Частота колебания
Циклическая частота
Фаза колебания
Начальная фаза
рости света в вакууме
раздел механики, изучающий равновесие и движение жидкостей и газов, их взаимодействие между собой и твердыми
телами
жидкость, плотность которой всюду одинакова и не изменяется со временем
физическая величина, равная нормальной силе, действующей со стороны жидкости на единицу площади
давление в любом месте покоящейся жидкости одинаково по
всем направлениям
на тело, погруженное в жидкость или газ, действует со стороны этой жидкости направленная вверх выталкивающая
сила, равная весу вытесненной телом жидкости
соотношение вида S1V1=S2V2=const, означающее, что произведение скорости течения несжимаемой жидкости на поперечное сечение трубки тока, есть величина постоянная для
данной трубки тока
давление жидкости на поверхность обтекаемого ею тела
физическая величина, пропорциональная произведению
плотности жидкости на квадрат ее скорости
скорость истечения жидкости через малое отверстие в стенке или дне сосуда пропорциональна квадратному корню из
произведения высоты столба жидкости на ускорение свободного падения
свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой
процессы, отличающиеся той или иной степенью повторяемости
колебания, которые совершает система после того, как ее
выведут из состояния равновесия и предоставят самой себе
периодический процесс, при котором смещение колеблющегося тела происходит по закону синуса или косинуса
система, в которой могут возбуждаться гармонические колебания
наибольшее отклонение колеблющейся величины от положения равновесия
промежуток времени, за который фаза колебания изменяется
на 2π
величина, обратная периоду, и показывающая число полных
колебаний за единицу времени
величина, показывающая число полных колебаний за время,
равное 2π секунд
величина, стоящая в уравнении колебания под знаком синуса или косинуса и характеризующая смещение точки от положения равновесия в произвольный момент времени
фаза колебания в начальный момент времени
Свойства гармонических колебаний
период колебаний не зависит от амплитуды
Биения
гармонические колебания с пульсирующей амплитудой
112
Собственная частота
частота, с которой совершаются свободные колебания в отсутствии сопротивления
Спектр колебания
представление сложного колебания в виде составляющих
его гармонических колебаний
колебания с амплитудой, уменьшающейся по экспоненциальному закону; возникают в системе при наличии трения
колебания, происходящие под действием внешней, периодически изменяющейся, силы
явление возрастания амплитуды вынужденных колебаний
при приближении частоты вынуждающей силы к некоторой
определенной для данной системы (собственной) частоте
график зависимости амплитуды вынужденных колебаний от
частоты вынуждающей силы
материальная точка, подвешенная на невесомой нерастяжимой нити, один конец которой закреплен
любое твердое тело, способное совершать колебания относительно оси, не проходящей через его центр тяжести
материальная точка, подвешенная на пружине, и колеблющаяся под действием силы упругости
процесс распространения колебаний в упругой среде
расстояние, пройденное волной за время, равное периоду
колебаний
геометрическое место точек, колеблющихся в одинаковой
фазе
величина, равная отношению 2π к длине волны
векторная величина, численно равная потоку энергии через
единичную площадку, перпендикулярную к направлению, в
котором переносится энергия
волна, образующаяся в результате наложения двух встречных плоских волн, имеющих одинаковые амплитуды и частоты
точка, где амплитуда стоячей волны достигает максимального значения
точка, в которой амплитуда стоячей волны равна нулю
упругие волны, обладающие частотами в пределах 16-20000
Гц
единица уровня громкости в системе СИ
явление изменения частот колебаний, воспринимаемых приемником, при движении источника этих колебаний и приемника друг относительно друга
Каждая точка волновой поверхности является источником
вторичных волн, а положение волнового фронта в момент
времени t+  t совпадает с поверхностью, огибающей все
вторичные волны
раздел физики, изучающий строение и свойства вещества,
содержащего огромное число находящихся в непрерывном
хаотичном движении атомов и молекул
раздел молекулярной физики, основанный на статистическом методе исследования систем
раздел физики, изучающий свойства макроскопических систем, не рассматривая протекающих в них микропроцессов,
а используя феноменологический подход
Затухающие колебания
Вынужденные колебания
Резонанс
Резонансная кривая
Математический маятник
Физический маятник
Пружинный маятник
Упругая волна
Длина волны
Волновая поверхность
Волновое число
Плотность потока энергии
(вектор Умова)
Стоячая волна
Пучность стоячей волны
Узел стоячей волны
Звуковые волны (звук)
Бел
Эффект Доплера
Принцип Гюйгенса
Молекулярная физика
Молекулярно-кинетическая
теория
Термодинамика
113
Относительная молекулярная
масса
Моль
отношение массы молекулы вещества к 1/12 массы изотопа
углерода C12
количество вещества, содержащее такое же количество молекул, что и 0,012 кг изотопа углерода C12
Идеальный газ
идеализированная физическая модель, согласно которой
собственный объем молекул газа пренебрежимо мало по
сравнению с объемом сосуда, между молекулами газа отсутствуют силы взаимодействия и столкновения молекул газа
между собой и стенкой сосуда абсолютно упругие
Уравнение состояния идеальуравнение вида pVm=RT, где Vm – молярный объем, а R –
ного газа (уравнение Кламолярная газовая постоянная;
пейрона-Менделеева)
для произвольного количества газа:
pV=(m/M)RT
Статистическая физика
раздел теоретической физики, изучающий свойства систем,
состоящих из очень большого числа частиц с помощью статистического метода
Распределение Максвелла
распределение молекул по скоростям, имеющее вид:
2
f (v)  4 (mi / 2kT ) 3 / 2 v 2 e  mi v / 2 kT , где:
f(v) – функция распределения Максвелла, характеризующая
относительное число молекул, имеющих скорость в выделенном единичном интервале скоростей
Основное уравнение молекууравнение, выражающее прямо пропорциональную зависилярно-кинетической теории
мость давления газа от концентрации молекул, массы молекул и квадрата среднеквадратичной скорости молекул
Закон Больцмана
закон о равнораспределении энергии по степеням свободы,
согласно которому на каждую поступательную и вращательную степени свободы приходится в среднем кинетическая
энергия, равная (1/2)kT, а на колебательную степень свободы энергия, равная kT
Равновесное состояние
состояние системы, при котором все термодинамические параметры имеют определенные значения, в котором система
может оставаться сколь угодно долго при неизменных
внешних условиях
Неравновесное состояние
состояние системы, при котором хотя бы один из термодинамических параметров не имеет определенного значения
Первое начало термодинамики уравнение вида dQ  dU  dA : количество теплоты, сообТеплоемкость
Изопроцессы
Адиабатический процесс
Обратимые процессы
Цикл Карно
щенное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и
на совершение системой работы над внешними телами
физическая величина, равная количеству теплоты, затрачиваемой на изменение температуры на один градус Кельвина
процессы в идеальных газах, в которых хотя бы один из термодинамических параметров состояния не изменяется со
временем, масса газа остается постоянной
процесс в идеальных газах, протекающий без теплообмена с
внешней средой
процессы, которые могут быть проведены в обратном
направлении через все состояния прямого процесса, и при
этом ни в системе, ни в окружающей среде не останется никаких изменений
обратимый цикл, состоящий из двух адиабатических и двух
изотермических процессов
114
Второе начало термодинамики положение, устанавливающее направление течения и необратимый характер процессов, происходящих в природе
Энтропия
функция состояния системы, дифференциалом которой является отношение элементарного количества теплоты, сообщаемого телу в обратимом процессе, к температуре теплоотдающего тела
Теорема Клаузиуса
сумма приведенных количеств теплоты при переходе идеального газа из одного состояния в другое не зависит от пути
перехода, равна нулю для обратимого процесса, и больше
нуля для необратимого процесса
Флуктуации физических вели- отклонения физических величин от их средних значений
чин
Абсолютная флуктуация
величина, равная квадратному корню из средней величины
квадрата разности истинного и среднего значений этой величины
Относительная флуктуация
величина, равная отношению абсолютной флуктуации к
среднему значению физической величины
Уравнение
уравнение состояние реального газа, учитывающее с помоВан-дер-Ваальса
щью поправок собственный объем молекул газа и силы
межмолекулярного взаимодействия
Критическая температура
температура, зависящая от параметров реального газа, при
которой уравнение Ван-дер-Ваальса имеет одно действительное решение, что свидетельствует о том, что реальный
газ близок к идеальному
Фаза
термодинамически равновесное состояние вещества, отличающееся по физическим свойствам от других возможных
равновесных состояний того же вещества
Фазовый переход
переход вещества из одной фазы в другую
Фазовый переход I рода
фазовый переход, сопровождающийся поглощением или выделением теплоты
Фазовый переход II рода
фазовый переход, не связанный с поглощением или выделением теплоты, сопровождающийся скачкообразным изменением теплоемкости и некоторых других характеристик вещества
Сублимация или возгонка
процесс преодоления молекулами твердого тела сил молекулярного притяжения и переходом этих молекул в окружающее пространство
Уравнение Клапейронауравнение, позволяющее рассчитать кривые равновесия двух
Клаузиуса
фаз одного и того же вещества
Тройная точка
точка, в которой пересекаются кривые фазового равновесия,
определяющая условия одновременного равновесного сосуществования трех фаз вещества
Молекулярное давление жид- давление, которое оказывают на жидкость поверхностного
кости
слоя силы притяжения между молекулами этой жидкости
Поверхностная энергия
избыточная энергия, которой обладают молекулы поверхностного слоя жидкости
Поверхностное натяжение
физическая величина, определяемая как плотность поверхностной энергии
Полное смачивание
явление растекания жидкости по поверхности твердого тела
Полное несмачивание
явление, когда жидкость стягивается в каплю, имеет одну
точку соприкосновения с поверхностью твердого тела
Капиллярность
явление изменения высоты уровня жидкости в капиллярах,
115
Кристаллическая
решетка
Монокристаллы
Изотропные тела
Закон Дюлонга и Пти
Аморфные тела
Закон Фурье
Закон Фика
Закон внутреннего трения
Плазма
Электрический заряд
Электрически изолированная
система
Закон сохранения
электрического заряда
Точечный заряд
Закон Кулона
Напряженность
электрического поля в данной
точке
Принцип суперпозиции
(наложения)
электрических полей
которое возникает из-за искривления поверхности жидкости,
вызванного смачиванием жидкостью стенок капилляра, и
возникновения добавочного давления
структура, для которой характерно регулярное расположение частиц с периодической повторяемостью во всех трех
измерениях
твердые тела, частицы которых образуют единую кристаллическую решетку
тела, свойства которых одинаковы по всем направлениям
закон постоянства теплоемкости кристаллов, отсутствие зависимости теплоемкости кристаллов от температуры
твердые тела, частицы которых колеблются около хаотически расположенных точек, по своим свойствам похожие на
сильно переохлажденные жидкости
закон теплопроводности, согласно которому тепловой поток
прямо пропорционален градиенту температуры и направлен
в сторону его убывания
закон диффузии, согласно которому плотность потока массы
прямо пропорциональна градиенту плотности вещества и
направлена в сторону его убывания
закон, согласно которому плотность потока импульса прямо
пропорциональна градиенту скорости и направлена в сторону его убывания
частично или полностью ионизированный газ, в котором
объемные плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы
физическая величина, определяющая интенсивность электромагнитного взаимодействия частиц
система, через границу которой не могут проникать заряженные частицы
алгебраическая сумма зарядов электрически изолированной
системы остается постоянной
заряженное тело, размерами которого можно пренебречь по
сравнению с расстояниями от этого тела до других тел, несущих электрический заряд
сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов
пропорциональна величине каждого из зарядов и обратно
пропорциональна квадрату расстояния между ними
векторная величина, характеризующая электрическое поле,
равная силе, действующей на единичный положительный,
неподвижный точечный заряд, находящийся в данной точке
поля
напряженность поля системы зарядов равна векторной сумме напряженностей полей, которые создавал бы каждый из
зарядов в отдельности:


E   Ei
i
Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме
Силовая линия
поток вектора напряженности через произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме зарядов,
находящихся внутри этой поверхности, деленной на электрическую постоянную
линия, в каждой точке которой вектор напряженности
направлен по касательной к ней
116
Потенциал в данной точке
электрического поля
скалярная величина, равная потенциальной энергии единичного, положительного, точечного заряда, помещенного в
этой точке
Потенциальное поле
поле, работа которого по замкнутой траектории равна нулю
Диэлектрическая проницаевеличина, показывающая, во сколько раз напряженность помость вещества
ля в вакууме больше, чем в диэлектрике
Электростатическая индукция возникновение собственного электрического поля в веществе в результате смещения его положительных и отрицательных зарядов в разные стороны под действием внешнего
электрического поля
Электрический диполь
система из двух разноименных, одинаковых по величине точечных зарядов, расположенных на расстоянии, много
меньшем расстояния от этой системы до точки наблюдения
Электрический момент диполя векторная величина, численно равная произведению заряда
на расстояние между зарядами, направленная по радиусвектору, проведенному от отрицательного заряда диполя к


p

q

положительному:
Электрическое смещение (индукция)
Теорема Гаусса для вектора
электрической индукции
Электрическая емкость
Электрический ток
Сила тока
Электродвижущая сила (э.д.с.)
Закон Ома
Короткое замыкание
Первое правило
Кирхгофа
Второе правило
Кирхгофа
Векторная величина, равная произведению напряженности
электрического поля на диэлектрическую проницаемость
вещества и на электрическую постоянную:


D   0E
поток вектора электрической индукции через произвольную
замкнутую поверхность равен алгебраической сумме зарядов, охваченных этой поверхностью
характеристика способности тела накапливать и отдавать
электрический заряд
упорядоченное движение электрических зарядов
количественная характеристика электрического тока, определяемая величиной заряда, переносимого через рассматриdq
I
dt
ваемую поверхность за единицу времени:
величина, равная работе сторонних сил по перемещению
единичного положительного точечного заряда по замкнутой
A

q
цепи:
сила тока, текущего в проводнике, прямо пропорциональна
падению напряжения на нем и обратно пропорциональна сопротивлению проводника
аварийный режим работы электрической цепи, при котором
внешнее сопротивление цепи резко уменьшается, полное сопротивление цепи определяется сопротивлением источника
тока, а ток в цепи резко возрастает
в узле цепи алгебраическая сумма сил токов равна нулю; токи, идущие к точке разветвления, и токи, исходящие из нее,
следует считать величинами разных знаков
агебраическая сумма электродвижущих сил, действующих в
произвольном замкнутом контуре, равна алгебраической
сумме произведений сил токов в отдельных участках этого
контура на их сопротивления:
117

i
Закон Био-Савара-Лапласа
i

I
i
 Ri
i
магнитная индукция поля dB, создаваемая элементом длины
dl проводника с током I в некоторой точке, определяемой
радиусом-вектором
г, проведенным из элемента dl, равна
  3

dB   o /4   ( I  dl , r / r )
 
Магнитная индукция
Магнитный момент контура с
током
Магнетик
Намагниченность
Магнитная проницаемость
вещества
Напряженность магнитного
поля
Закон Ампера
векторная величина, численно равная отношению максимального момента силы, действующего на контур с током в
данной точке поля, к магнитному моменту этого контура
векторная величина, численно равная произведению силы
тока в контуре на площадь, ограниченную контуром
вещество, способное намагничиваться под действием магнитного поля
характеристика намагничения, равная суммарному магнитному моменту всех частиц, заключенных в единице объема
магнетика
величина, показывающая во сколько раз индукция магнитного поля в веществе больше, чем в вакууме
характеристика магнитного поля макротоков:



B 
B
H
J 
o
  o
сила, действующая на элемент длины dl проводника с током
I, помещенный в магнитное поле с индукцией B, равна
dF  I dlB 
Закон полного тока
Магнитная cила Лоренца
Сила Лоренца
Электромагнитная
индукция
Закон электромагнитной индукции Фарадея
Индуктивность контура L
Закон Фарадея для самоиндукции
Правило Ленца
Общая формулировка закона
электромагнитной индукции
циркуляция вектора магнитной индукции по произвольному
замкнутому контуру равна алгебраической сумме токов,
охватываемых этим контуром, умноженной на магнитную
постоянную
сила, действующая на заряд, движущийся в магнитном поле
результирующая сила, действующая на заряд q, движущийся
со скоростью ν, со стороны магнитного поля с магнитной
индукцией В и электрического поля с напряженностью Е: F
= qE + q[νB]
явление, при котором в замкнутом проводящем контуре при
изменении потока магнитной индукции через поверхность,
ограниченную этим контуром, возникает электрический ток
э.д.с. электромагнитной индукции в контуре не зависит от
способа изменения магнитного потока и численно равна и
противоположна по знаку скорости изменения магнитного
потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром
коэффициент пропорциональности между магнитным потоком и силой тока в контуре
э.д.с. самоиндукции пропорциональна и противоположна по
знаку скорости изменения силы тока в контуре
индукционный ток направлен так, что его магнитное поле
препятствует любому изменению магнитного потока, вызывающего этот ток
всякое изменение магнитного поля во времени возбуждает в
окружающем пространстве электрическое поле; циркуляция
вектора напряженности Е этого поля по любому неподвижному замкнутому контуру L численно равна и противопо118
ложна по знаку скорости изменения магнитного потока
сквозь поверхность, ограниченную этим контуром:
Электромагнитная
волна
Колебательный контур
d
 E  dl  
dt
L
взаимосвязанное распространение в пространстве периодически изменяющихся электрического и магнитного полей
электрическая цепь, содержащая индуктивность и емкость, в
которой могут возникать свободные электромагнитные колебания
Переменный ток
электрический ток, сила или направление которого (или то и
другое вместе) изменяется во времени
Плотность потока энергии
Количество энергии, переносимой волной за единицу времеэлектромагнитной волны (век- ни через единичную площадку, перпендикулярную направтор Умова-Пойнтинга)
лению переноса энергии
Корпускулярно-волновой дуа- двойственность, одновременное наличие свойств и волны и
лизм
частицы
Луч
линия, вдоль которой распространяется энергия световой
волны
Закон независимости световых при наложении световые лучи распространяются независимо
лучей
друг от друга, не возмущают друг друга
Закон прямолинейного расв однородной среде свет распространяется прямолинейно
пространения света
Угол падения
угол между падающим лучом и нормалью к поверхности
раздела двух сред в точке падения
Угол отражения
угол между отраженным лучом и нормалью к поверхности
раздела сред в точке падения
Угол преломления
угол между преломленным лучом и нормалью к поверхности
раздела двух сред в точке падения
Оптически более плотная сре- среда с бо'льшим абсолютным показателем преломления
да
Световой поток
поток световой энергии, оцениваемый по зрительному ощущению
Кандела (кд)
единица силы света в системе СИ
Люмен (лм)
единица светового потока, равная световому потоку, излучаемому изотропным источником силой света 1 кд в пределах
телесного угла в один стерадиан
Освещенность
величина, равная отношению светового потока, падающего
на поверхность, к площади этой поверхности
Светимость
величина, равная отношению светового потока, испускаемого поверхностью источника по всем направлениям, к площади этой поверхности
Яркость
величина, равная отношению силы света светящейся поверхности в данном направлении к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению
Сила света
величина, равная отношению светового потока, излучаемого
в пределах некоторого телесного угла, к телесному углу
Изотропный источник
источник, сила света которого одинакова во всех направлениях
Интенсивность волны
среднее по времени значение плотности потока энергии, переносимой волной
Когерентные волны
волны, обладающие одинаковой частотой и постоянной раз119
Интерференция
Монохроматическая волна
Дифракция света
Дифракция Фраунгофера
Дифракция Френеля
Зоны Френеля
Дифракционная решетка
Период решетки
Разрешающая способность оптического прибора
Критерий Рэлея
Голография
Дисперсия света
Поляризованный свет
Поляризатор
Степень поляризации
Угол Брюстера
Обыкновенный луч
Необыкновенный луч
Оптическая ось кристалла
Дихроизм
Тепловое излучение
ностью фаз
явление усиления результирующих колебаний в одних точках пространства и ослабления в других, возникающее при
сложении когерентных волн
волна одной определенной и постоянной частоты
совокупность явлений, которые обусловлены волновой природой света и наблюдаются при распространении света в
среде с резкими неоднородностями, проявляется в огибании
световыми волнами препятствий
дифракция в параллельных лучах
дифракция расходящихся (сходящихся) лучей
зоны на волновой поверхности, построенные так, что расстояния от краев каждой зоны до точки, в которой определяется амплитуда колебаний, отличаются друг от друга на λ (λдлина волны в той среде, в которой распространяется волна)
совокупность большого числа одинаковых, отстоящих друг
от друга на одно и то же расстояние щелей
расстояние между одинаковыми точками соседних щелей
способность прибора давать раздельное изображение близкорасположенных объектов (спектральных линий)
изображения двух одинаковых точечных источников или
двух спектральных линий разрешимы (воспринимаются раздельно), если центральный максимум дифракционной картины от одного источника (линии) совпадает с первым минимумом дифракционной картины от другого
особый способ фиксирования и последующего восстановления структуры световой волны, отраженной предметом, основанный на регистрации интерференционной картины
явления, обусловленные зависимостью показателя преломления вещества от длины световой волны
свет, в котором направление колебаний упорядочено какимлибо образом
прибор, который преобразует естественный свет в плоскополяризованный
   min
  max
 max   min , где  max и  min - соответвеличина, равная:
ственно максимальная и минимальная интенсивности частично поляризованного света, пропускаемого поляризатором
угол падения, при котором отраженный луч становится полностью поляризованным
один из преломленных лучей при двойном лучепреломлении, поведение которого подчиняется закону преломления
преломленный луч, образующийся при двойном лучепреломлении, поведение которого не подчиняется закону преломления
направление в кристалле, в котором обыкновенный и необыкновенный лучи идут с одной скоростью, не разделяясь
явление сильного поглощения света с определенным
направлением поляризации
электромагнитное излучение, возникающее за счет энергии
теплового движения атомов и молекул
120
Люминесценция
Испускательная способность
тела (спектральная плотность
энергетической светимости)
Поглощательная способность
тела
электромагнитное излучение, возбуждаемое за счет любого
вида энергии, кроме внутренней, тепловой
поток энергии, испускаемый единицей поверхности тела в
единичном интервале частот во всех направлениях
величина, показывающая, какая часть потока лучистой энергии, падающего на единичную площадку поверхности тела в
единичном интервале частот, поглощена телом:
аvT 
dФv`
dФv где
Абсолютно черное тело
dФ́  – поглощенный поток, dФ  - падающий поток
тело, полностью поглощающее падающее на него излучение
Серое тело
всех частот (тело с поглощательной способностью а  =1)
тело, поглощательная способность которого меньше едини-
Закон Кирхгофа
Закон Стефана-Больцмана
Закон смещения Вина
Формула Рэлея-Джинса
Квант
Формула Планка
цы, но одинакова для всех частот, то есть а  =аT=const<1
отношение испускательной и поглощательной способностей
не зависит от природы тела; оно является для всех тел одной
и той же (универсальной) функцией частоты (длины волны)
и температуры и равно испускательной способности абсолютно черного тела
энергетическая светимость абсолютно черного тела R пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры
длина волны λ m , на которую приходится максимум испускательной способности абсолютно черного тела, обратно
пропорциональна абсолютной температуре
формула для испускательной способности абсолютно черного тела, полученная на основе волновых представлений об
излучении и классической термодинамики; согласуется с
экспериментальными данными только для больших длин
волн
конечная порция энергии, излучаемая или поглощаемая веществом, величина которой пропорциональна частоте излучения
формула для испускательной способности абсолютно черного тела, полученная на основе квантовых представлений
Внешний фотоэлектрический
эффект
Уравнение Эйнштейна
испускание электронов веществом под действием света
Фотон
квант электромагнитного излучения, частица с нулевой массой покоя, энергией E=hν, импульсом p=hν/c, характеризующаяся единством корпускулярных и волновых свойств
формула, описывающая спектр атома водорода
Обобщенная формула Бальмера
Первый постулат Бора
формула, выражающая закон сохранения энергии при фотоэффекте
в атоме существуют стационарные состояния, в которых он
не излучает и не поглощает энергии. Стационарным состоя121
Второй постулат Бора
Третий постулат Бора (правило частот)
Главное квантовое число
Волна де Бройля
Волновой пакет
Групповая скорость
Волновая функция (псифункция)
Условие нормировки волновой функции
Принцип суперпозиции волновых функций
ниям атома соответствуют стационарные орбиты электронов. Движение электронов по стационарным орбитам не сопровождается излучением электромагнитных волн
момент импульса электрона на стационарной орбите равен
целому кратному приведенной постоянной Планка
при переходе электрона с одной стационарной орбиты на
другую излучается (поглощается) один фотон с энергией,
равной разности энергий стационарных состояний, между
которыми совершается переход
целое число n, определяющее энергетические уровни электрона в атоме
волновой процесс, связанный с движением любой микрочастицы
суперпозиция волн, мало отличающихся друг от друга по
частоте
скорость перемещения точки, в которой амплитуда волнового пакета максимальна
комплексная функция координат и времени, описывающая
состояние частицы в квантовой механике
интеграл квадрата модуля волновой функции Ψ, взятый по

всему пространству, равен 1:


Ψ*ΨdV=1.
если Ψ 1 и Ψ 2 - волновые функции, описывающие какие-то
два состояния частицы, то всякая линейная комбинация этих
функций С 1 Ψ 1 +С 2 Ψ 2 представляет также волновую функцию той же частицы, описывающую какое-то ее состояние
Соотношение неопределенностей Гейзенберга для координаты и импульса
(С 1 и С 2 - произвольные комплексные числа)
микрочастица не может иметь одновременно и определенную координату (x,y,z) и определенную соответствующую
y
проекцию импульса (p x , p , p z ), причем неопределенно-
сти этих величин удовлетворяют условиям:ΔxΔp x  h,
Уравнение Шредингера
Уравнение Шредингера для
стационарных состояний
Туннельный эффект
Коэффициент прозрачности
потенциального барьера
Нулевая энергия
y
ΔyΔp  h, ΔzΔp z  h
основное уравнение нерелятивистской квантовой механики,
которое определяет волновую функцию Ψ частицы в силовом поле с потенциальной энергией U(x,y,z,t)
уравнение Шредингера в случае стационарного (не зависящего от времени) силового поля с потенциальной энергией
U(x,y,z)
прохождение частиц сквозь потенциальный барьер
величина, равная отношению квадрата модуля амплитуды
волны де Бройля, прошедшей сквозь барьер, к квадрату модуля амплитуды волны де Бройля, падающей на барьер
наименьшее возможное значение энергии гармонического
осциллятора, равное
1
E 0 = 2 ħω
122
Орбитальное квантовое число
l
Магнитное квантовое
число m l
Спин
Магнитное спиновое квантовое число
Принцип Паули
Кристаллическая решетка
Молекулярные кристаллы
Функция распределения Ферми-Дирака
целое число, которое при заданном главном квантовом числе
n принимает значения l=0,1,…, (n-1) и определяет момент
импульса электрона в атоме
целое число, которое при заданном l может принимать зна-
0,1,2,....,l
чения ml
, и определяет проекцию момента
импульса электрона на некоторое направление
собственный момент импульса частицы, не связанный с ее
движением в пространстве
определяет проекцию спина на направление внешнего магнитного поля
в одном и том же атоме или в какой-либо другой квантовой
системе не может быть двух электронов, обладающих одинаковой совокупностью четырех квантовых чисел
периодически повторяющееся на протяжении всего кристалла расположение составляющих его частиц
кристаллы, в узлах решетки которых располагаются определенным образом ориентированные молекулы, связь между
которыми осуществляется ван-дер-ваальсовскими силами
функция, описывающая распределение электронов по состояниям с различной энергией
1
f ( E )  ( E  E ) / kT
,
e
 1 где k – постоянная Больцмана, T – темпеF
ратура, E F - уровень Ферми
Полупроводники
вещества, удельное сопротивление которых изменяется в
5
Дырка
Полупроводник n-типа
p-n-переход
Атомная единица массы
(а.е.м.)
Дефект массы ядра
Радиоактивность
Постоянная распада
Период полураспада
Активность радиоактивного
препарата
Ядерная реакция
8
широком диапазоне от 10 до 10 Ом·м и очень быстро
уменьшается с повышением температуры
вакантное состояние в валентной зоне, возникающее в результате перехода электрона в зону проводимости
примесный полупроводник с электронным механизмом проводимости
тонкий слой на границе между двумя областями одного и
того же кристалла, отличающимися типом примесной проводимости
единица измерения массы, принятая в ядерной физике, 1
27
а.е.м.~1,66·10
кг
величина, характеризующая уменьшение суммарной массы
при образовании ядра из составляющих его нуклонов
самопроизвольное превращение одних атомных ядер в другие, сопровождающееся испусканием элементарных частиц
или легких ядер
характерная для данного радиоактивного вещества константа, равная вероятности распада ядра за единицу времени
время, за которое распадается половина первоначального
количества ядер
число распадов, происходящих в препарате за единицу времени
процесс сильного взаимодействия атомного ядра с элемен123
Критическая масса
Коэффициент размножения
нейтронов
тарной частицей или с другим ядром, приводящий к преобразованию ядра (или ядер)
минимальная масса делящегося вещества, при которой возникает цепная реакция деления
величина, равная отношению количеств нейтронов, рождающихся в двух последующих поколениях
124