Определение цели и методы Физики.

Вопрос

Причины появления естественных наук. Открытие различных цивилизаций, которые способствовали появлению естественных наук.

1. Причины:

-Решение конкретных практических задач:

a. Из необходимости ориентироваться в пространстве и во времени – появилась астрономия.

b. Из необходимости измерять землю появилась геометрия.

c. Из необходимости строить сооружения родилась механика.

-Стремление познать окружающий мир

 

2. Достижение древних цивилизаций:

 

-Месопотамия: храмы, зодиакальные созвездия, клинопись

 

-Египет: пирамиды, календарь, иероглифы.

 

-Китай: бумага, фарфор, шелк, порох, письменность,

печатные книги.

 

-Индия: кирпичные города, храмы.

 

 

Вопрос

История Физики.

 

1. Предыстория (VI в. до н. э. по начало XVII)

 

Античность

Средние века

Возрождение

 

2. Период становления науки (н. XVII – 80г XVII)

 

3. Классическая физика (80г XVII – 1905)

 

Механика Ньютона

Электродинамика Максвелла

Революционные открытия от Рентгена до Эйнштейна

 

4. Современная физика (с 1905г)

 

Специальная теория относительности. Квантовая теория.

Субатомная физика.

Субъядерная физика. Физика космоса.

 

 

Вопрос

Определение цели и методы Физики.

 

Физика – наука о простейших формах движения материи и соответствующих законов.

Цель физики – создать физическую картину мира (ФКМ – обобщённую модель природы)

Методы физики:

1. Теория

2. Эксперименты

Материя – объективная реальность, данная нам в ощущениях.

МАТЕРИЯ

ВИДЫ

Вещество

плазма

газ

жидкое

твёрдое

Формы существования

Поле

электромагнитное

гравитационное

ядерное

 

Движение – любое изменение.

 

Вопрос

Язык физики

 

1. Физические понятия (молекула, атом, электрон).

 

2. Физические величины – количественные характеристики тел (длина, скорость, напряжение).

 

 

3. Физические единицы измерения – величины принятые за эталон (секунда, метр, вольт).

 

4. Физические модели (материальная точка, математический маятник, идеальный газ).

 

 

5. Физические константы (постоянная Авогадро, ускорение свободного падения, заряд электрона).

 

6. Математический аппарат

 

Вопрос

Связь физики с техникой и другими науками.

 

Физика технике дает идеи.

Техника физике дает приборы.

 

Физика связана с:

1) математикой (формулы, графики);

2) химией (об этом взаимодействии говорит наука физхимия);

3) биологией (Биофизика);

4) экологией (нельзя решить экологические проблемы, не зная законов физики);

 

Некоторые экологические проблемы:

1. Усиление парникового эффекта.

2. Разрушение озонового слоя.

3. Загрязнение радиоактивными отходами.

 

Вопрос

Небесная сфера, созвездие.

Небесная сфера – это сфера произвольного радиуса с центром в глазах наблюдателя, на которую мысленно проецируются изображение звезд.

Вся небесная сфера разделена на 88 участков, созвездий.

Положение звезд на небесной сфере определяют небесные координаты.

1. Склонение (δ)

2. Прямое восхождение (α)

 

Солнечная система.

1. Меркурий

2. Венера

3. Земля

4. Марс

5. Юпитер

6. Сатурн

7. Уран

8. Нептун

9. Плутон

 

Облако Оорта

 

 

 

Вопрос

Гипотеза происхождения Солнечной системы

 

Гипотеза:

1. Газопылевое облако, состоящее из водорода и гелия.

2. Концентрация в одной плоскости

3. Деление на слои

4. Образование сгустков – протопланет.

5. Образование планет.

 

Законы Кеплера

1. Все планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых находится солнце.

2. Секторальная скорость планет постоянная.

3. Квадраты периодов обращения планет относятся как кубы их больших полуосей.

T²₁/T²₂=a³₁/а³₂

 

Параллакс – метод определения расстояния до звезды.

Параллакс – это смещение звезд на фоне более удаленных звезд, при изменении положения наблюдателя.

 

 

 

tg P = d/R R = d/P

 

Вопрос

 

Механика – часть физики, которая изучает механические формы движения материи.

Механика делится на:

1. Кинематику

2. Динамику

3. Законы сохранения

4. Силы в природе

Кинематика – это часть механики, которая отвечает на вопрос «Как тело движется?»

Основу кинематики составляют уравнения движения:

= const

t = ₀ + t

= ₀ + ₀t + ,

которые позволяют описать самые разные движения:

1. Равномерное, прямолинейное.

2. Равноускоренное.

3. Равнозамедленное и др.

 

Динамика

Динамика – часть механики, которая отвечает на вопрос «Почему так тело движется?»

Основу динамики составляют 3 закона Ньютона:

 

1. Закон инерции: тело находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, если сумма всех сил, действующих на него равна нулю.

2. Закон движения: ускорение, которое приобретает тело, прямо пропорционально силе, действующей на тело, и обратно пропорционально массе тела. Направление ускорения совпадает с направлением силы.

3. Закон взаимодействия: тела действуют друг на друга с силами равными по модулю и противоположными по направлению по линии соединяющей тела.

Вопрос

Вопрос

Вопрос

Характеристики молекул.

 

1. Количество молекул в веществе

Постоянная Авогадро N_A = 6,023 * 10²³ моль^-1

Число Лошмидта – количество молекул в 1 м³ газа при н. у.

n_л = 2,7∙10²⁵ м^-3

 

2. Размер молекул

d_молек = 10^-10m = 1A

 

3. Масса молекул

1_а.е.м. = = m_н = m_р = m_п

 

4. Формулы расчета массы молекул и количество молекул в веществе.

 

=

N =

 

N = ν ∙

 

ν =

 

Вопрос

Вопрос

Диффузия. Опыт Штерна.

 

Цель опыта: измерить скорость движения молекул.

 

 

 

Выводы:

 

1) средняя скорость молекул - 500 м/с,

 

2) при одной и той же температуре молекулы движутся с различными скоростями.

 

График распределения молекул по скоростям.

 

 

 

Вопрос

Вопрос

Вопрос

Вопрос

Изопроцессы в газах.

Изопроцессами в газах называются такие процессы, в которых не изменяется один из термодинамических параметров.

m = const M = const
V = const Изохорный процесс Закон Шарля	P = const Изобарный процесс Закон Гей Люссона	T = const Изотермический процесс   PV = const Закон Бойля Мариотта
Работа газа
А = 0	А = P∙ΔV	A = S

 

Физичиский смысл молярной газовой постоянной.

 

Расчитаем работу 1 моля газа при изобарном нагревании

А_1моль = P∙ΔV = R∙ΔT = RΔT

A1моль = R∙ΔT

R =

 

Молярная газовая постоянная численно равна работе одного моля газа при изобарном нагревании на 1 Кельвин.

 

Вопрос

Вопрос

Второй закон термодинамики.

1) Невозможен процесс единственным результатом которого является передача теплоты от холодного тела к горячему.

2) КПД реально тепловой машины всегда меньше КПД идеальной тепловой машины, которая меньше единицы или 100%.

 

Принцип действия тепловой машины.

 

А_мех

Q₁ ^ Q₂

Нагреватель à Рабочее тело à Холодильник

Т₁ Т₂

Q₁ – количество теплоты которое нагреватель отдает рабочему телу.

Q₂ – количество теплоты которое рабочее тело отдает холодильнику.

Т₁ – температура нагревателя

Т₂ – температура холодильника

Выводы:

1. Даже у идеально тепловой машины КПД меньше 100%

2. Что бы увеличить КПД нужно снизить температуру холодильника и увеличить температуру нагревателя.

3. КПД независит от вида рабочего тела.

 

Типы тепловых двигателей

1. Поршневой, карбюраторный двигатель.

2. Тепловая турбина

3. Двигатель Ванкеля

4. Двигатель Дизеля

5. Газотурбинный двигатель

6. Ракетный двигатель

 

 

Вопрос

Вопрос

Влажность воздуха.

Влажность воздуха нужно знать и измерять для правильного хранения: книг в библиотеках, овощей в хранилищах, экспонентов в музеях.

 

1. Величины, характеризующие влажность:

А) Абсолютная влажность (ρ_а) это плотность (или давление) подяных паров в атмосфере.

 

Б) Относительная влажность (β) вырожается в процентах отношение абсолютной влажности к плотности насыщенного пара окружающей среды

 

Приборы для измерения влажности:

 

Ø Психрометр

 

Ø Металлический гигрометр

 

Ø Волосяной гигрометр

 

Вопрос

Парообразование и Конденсация

1. Парообразование – переход вещество из жидкого состояние в парообразное (Газ)

Конденсация – переход вещества из газообразного в жидкое состояние.

2. Виды парообразования

Испарение - это парообразование, которе происходит со свободной поверхности жидкости при любой температуре.

Скорость испарения завит от: температуры, площади свободной поверхности, рода жидкости, ветра, плотности паров над жидкостью.

Кипение – это парообразование которое происходит при определенной температуре по всему объему жидкости

 

пространство

движение

 

Р_{Лапласа} -(давление искривленной поверхности жидкости).

Точка кипения – это температура при которой давление насыщенного пара становится равным, а затем больше внешнего давления.

Т_К : Р_Н.П. ≥ P_ВНЕШ. = Р_АТ + Р_Г + Р_Л

 

Если внешнее давление увеличивается, то Т_К↑

 

3. Критическое состояние вещества. Сжижение газа.

В широком смысле слова газ и пар одно и тоже агрегатное состояние вещества.

 

В строгом смысле они отличаются. Пар можно перевести в жидкое состояние, только увиличивая давление, а газ нельзя.

Что бы газ перевести в жидкое состояние, необходимо первоначальночально снизить его температуру до значений ниже критической температуры, а затем увеличить давление.

 

Критическая температура – это температура, которая соответствует критическому состоянию вещества (состояние при котором плотность жидкости равна плотности пара).

 

 

время

Вопрос

Свойства жидкости

Общие свойства жидкости:

1. Сохраняют объем, но не сохраняют форму.

2. Обладают текучестью.

3. Есть ближний порядок в расположении молекул, но нет дальнего порядка (нет кристаллической решетки).

4. Свойства жидкости изотропны.

5. Для жидкости наблюдается явление кавитации.

6. Для жидкости наблюдаются свойства твердых тел (твердость, хрупкость, упругость), если время контакта жидкости с твердым телом мало.

Свойства поверхности жидкости.

Естественная форма жидкости

 

Вывод: все молекулы поверхностного слоя жидкости стремятся уйти вглубь жидкости, поэтому жидкость стремится принять форму, имеющую минимальную площадь поверхности при заданном объеме, т.е. шар.

 

 

Вопрос

Вопрос

Свойства твердых тел.

 

1. Общие свойства.

1) Сохраняют объем и форму

2) Есть ближний и дальний порядок в расположении молекул

3) Имеется кристаллическая решетка

4) Кристаллические твердые тела характеризуются особой температурой плавления (у каждого тела своя t плавления)

5) Монокристаллы анизотропны (имеют различные свойства по разным направлениям). Поликристаллы изотропны

 

2. Аморфные тела необходимо отличать от кристаллических твердых тел.

Аморфные тела:

А) имеют внутреннею структуру как у жидкости,

Б) нет определенной температуры плавления,

В) со временем аморфные тела кристаллизируются.

Пример аморфных тел: стекло, янтарь

3. Свойства твердых тел зависят от кристаллической решетки.

 

Виды кристаллических структур и их свойства.

 

№	Вид структуры	Вид частиц в узлах	Вид связи	Пример	Свойства
	Ионная	Ионы «+» «-»	Ионная	Поваренная соль	Высокая твердость, высокая температура плавления
	Атомная	Атомы	Ковалентная	Алмаз	Высокая прочность, высокая твердость
	Молекулярная	Молекулы	Молекулярная	Нафталин	Низкая температура плавления, низкая прочность
	Металлическая	Ионы «+»	Металлическая	Ag, Au, Al	Высокая температура плавления, высокая прочность и пластичность

 

Дефекты кристаллической решетки:

1. Вакансия – отсутствие атома в узле.

2. Чужеродные атомы в узлах

3. Дислокация – смещение атомных плоскостей.

 

Вопрос

Тепловое расширение тел.

1. Линейное расширение тел.

- температурный коэффициент линейного расширения.

2. Объемное расширение.

С возрастанием температуры изменяется и объем тела.

 

 

Характеризуется температурным коэффициентом объемного расширения β величиной.

3. Особенности теплового расширения воды.

При нагревании воды от 0 до 4 ^ОС она сжимается, а при дальнейшем нагревании расширяется.

4. Применение и учет теплового расширения.

Биметаллические пластинки, компенсаторные петли трубопроводов.

 

 

 

Вопрос

Вопрос

Вопрос

Вопрос

Вопрос

Вопрос

Вопрос

Вопрос

Вопрос

Вопрос

Условия возникновения тока. Внешний и внутренний участки цепи. ЭДС. Закон Ома для полной цепи (1 форма).

1.

Условия

1) Замкнутая цепь

2) Источник тока, который поддерживает электрическое поле в цепи.

2. Электрическую цепь делят на 2 части

1) Внутренний участок цепи (источник тока)

2) Внешний участок цепи (потребитель)

Источник тока характеризуется особой величиной - электродвижущей силой (ЭДС), которая родственна напряжению.

ЭДС – это величина, численно равная работе сторонних сил по перемещению единичного заряда на внутреннем участке цепи.

[E]си = 1В

Закон Ома для полной цепи

Закон Ома для полной цепи:

ЭДС источника тока равна сумме напряжения на внешнем и на внутреннем участках цепи.

 

Вопрос

Вопрос

Вопрос.

Закон Ома для полной замкнутой цепи (2 форма). Соединение источников тока в батареи.

Сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.

 

r – внутреннее сопротивление источника тока

R – сопротивление внешнего участка цепи (сопротивление потребителя)

 

Соединение источников тока в батарее

1. Последовательное соединение источников тока

 

n – число источников, соединенных последовательно

 

2. Параллельное соединение источников тока

m - число источников, соединённых параллельно

 

Вопрос

Билет

Билет

Билет

Электрический ток в газах.

 

1. В обычных условиях газ не проводит электрический ток т. к. не имеет свободных заряженных частиц. Что бы газ стал электропроводным его молекулы необходимо ионизировать.

Способы ионизации газа:

а) Пламя горелки

б) Рентгеновы лучи

в) Радиоактивные излучения

г) Ударная ионизация

Вывод: электрический ток в газе создают положительные ионы, отрицательные ионы и свободные электроны.

2. Зависимость силы тока в газе от напряжения

Разрядом называется прохождение тока через газ.

Несамостоятельный разряд – это разряд, который требует действия внешнего ионизатора.

Самостоятельный разряд не требует действия внешнего ионизатора.

3. Виды разрядов в газе:

·Искровой (молния)

·Дуговой (дуговая сварка)

·Коронный разряд

·Кистевой разряд

 

 

Билет

Билет

Билет

Билет

Магнитное поле.

1.Магнитное поле - это вид материи, который создается постоянными магнитами и проводниками с токами, действует на постоянные магниты и проводники с током.

 

2.Опыты, доказывающие существование магнитного поля:

 

а) Взаимодействие постоянных магнитов

б) Ориентация магнитной стрелки в магнитном поле Земли.

в) В 1820 г. Г. Х. Эрстед доказал, что вокруг проводника с током, есть магнитное поле.

 

Билет

Билет

Сила Ампера

Сила Ампера – это сила, которая действует на проводник с током в магнитном поле.

 

B – Магнитная индукция , если α = 90°.

 

 

Магнитная индукция - это силовая характеристика магнитного поля.

Она численно равна силе, действующей на проводник единичной длины, по которому течет единичный ток, если α = 90°.

 

[B]_си =1 Тл (Тесла)

 

Направление силы Ампера определяется правилом левой руки:

Линии индукции входят в ладонь, четыре вытянутых пальца совпадают с направлением тока, а большой отогнутый показывает направление силы Ампера.

 

Применение:

а) электродвигатели;

б) измерительные приборы магнитоэлектрической системы.

 

Взаимодействие параллельных токов:

Билет

Сила Лоренца

Сила Лоренца – это сила, которая действует на движущийся заряд в магнитном поле.

-скорость заряда

q - заряд

α – угол между скоростью и магнитной индукцией

 

Направление силы Лоренца определяется правилом левой руки.

 

Движение заряда в магнитном поле:

a) ⊥ ,

 

 

б) Если ⊥ , то траектория винтовая.

Сила Лоренца позволила определить состав радиоактивного излучения.

Используется в ускорителях элементарных частиц.

 

 

Билет

Магнитные свойства веществ.

 

По магнитным свойствам все вещества можно разделить на 3 группы:

 

Диамагнетики	Парамагнетики	Ферромагнетики
Ослабляет внешнее магнитное поле, выталкивается из него. μ<1	Усиливает внешнее магнитное поле, втягивается в него. μ>1	Значительно усиливает магнитное поле, сильно втягивается. μ>>1
Фосфор, сера, золото, серебро, медь.	Азот, платина	Никель, железо, кобальт и их соединения

 

Свойства ферромагнетиков обусловлены наличием домен – областей самопроизвольного намагничивания.

а) Ненамагниченный ферромагнетик

б) Намагниченный ферромагнетик

Применение: создание сердечников электромагнитов.

 

Размагнитить ферромагнетик можно:

а) с помощью магнитного поля. График размагничивания – петля гистерезиса;

б) с помощью нагревания до точки Кюри.

железо – 770^оС

никель – 360^оС

 

Билет

Билет

Правило Ленца.

 

1. Это правило позволяет определить направление индукционного тока.

 

Индукционный ток всегда возникает такого направления, чтобы своим магнитным полем противодействовать причине его вызывающей.

 

 

2.Возникновение индукционного тока в прямолинейном проводнике, движущемся в магнитном поле.

 

 

Правило правой руки

позволяет определить индукционный ток.

Линии индукции входят в ладонь, большой палец совпадает со скоростью движения проводника, а 4 вытянутых пальца указывают направление индукционного тока.

 

 

Билет

Билет

Билет

Резонанс. Волны.

 

Резонанс - это резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний при совпадении частоты вынужденных колебаний с частотой собственного колебания.

 

 

Пар

Жидкость

 

Применение резонанса:

а) Музыкальные инструменты

б) Частотомер (Прибор для измерения частоты переменного тока)

в) Тахометр

 

Борьба с резонансом осуществляется при строительстве и эксплуатации мостов.

 

Волны – это колебания, распространяющиеся в среде.

Различают поперечные и продольные волны.

Поперечные волны – это волны, в которых колебания частиц происходит поперек направления распространения волн.

W

U

Продольные волны – это волны, в которых колебания частиц происходит вдоль направления распространения волн.

Любая волна характеризуется величиной, которая называется длинной волны.

Билет

Билет

Билет

Билет

Билет

Открытие радиосвязи А. С. Поповым.

 

А. С. Попов опирался на опыты Герца, используя дополнительно телеграфный ключ, осуществил радиотелеграфную связь.

Первая радиограмма была отправлена 7 мая 1895г.

Текст первой телеграммы «Генрих Герц».

 

Схема простейшей радиотелеграфной связи.

ν0 ν

 

Используется электрический резонанс.

Резонансная кривая

Гребень   Впадина

λ λ λ

λ

max Если разность волновых путей равна четному числу длин волн

 

ГВЧ – генератор высоких частот.

 

Следующими этапами развития радиосвязи были:

 

а) создание радиотелефонной связи. Для этой цели использовался, например, амплитудно-модулированный сигнал.

б) Создание радиотелевизионной связи.

 

Радиолокация – это обнаружение объектов на основе отражения этими объектами электромагнитных волн.

 

Применение:

а) авиация

б) навигация

в) астрономия

г) космонавтика

д) автодорожное дело

 

Билет

Билет

Билет

Билет

Фотометрия.

 

1. Фотометрические величины:

а) Световой поток (Ф) – это энергия излучаемая источником света по всем направлениям в единицу времени

[Ф]_си=1 лм (люмен)

б) Освещенность –это отношение светового потока, падающего на поверхность к площади (S) этой поверхности.

[E]_си=1 лк (люкс)

 

в) Сила света - световой поток, излучаемый в единичном телесном угле.

[I]_cи=1 кд (кандела)

 

2. Законы освещенности

а) Освещенность, создаваемая лучами, падающими под углом 0° прямо пропорциональна силе света источника и обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника света до поверхности.

 

 

 

б) Освещенность, создаваемая потоком параллельных лучей, прямо пропорциональна косинусу угла падения этих лучей.

min Если разность волновых путей равна нечетному числу длин волн

 

 

3.Объединенный закон освещенности

 

Билет

Билет

Законы преломления.

1. Луч, падающий, преломленный и перпендикуляр, восстановленный в точку падения, лежат в одной плоскости.

I. _ В к.к.

I. _ (после т. к.)

I. _ (в т.)

I. _ (после детектора)

α

а) отражение б) преломление в) поглощение

2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред, равная отношению показателя преломления второй среды к показателю преломления первой среды.

 

3. Полное отражение наблюдается, если луч идет из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную и падает под углом больше предельного.

воздух

стекло

α

4. Полное отражение в природе и технике:

а) ювелирное изделие

б) миражи

в) волоконная оптика

 

 

Билет

Интерференция света

 

1.Интерференция света - это наложение когерентных световых волн.

Когерентными являются световые волны, идущие от одного источника.

2. Опыты и явления по интерференции света.

а) интерференция с помощью бипризмы Френеля.

б) интерференция на тонких плёнках.

в) кольца Ньютона.

3.Интерференция в природе и технике

-на крыльях: птиц, бабочек, стрекоз;

-просветление оптики, солнечные очки.

-ракушки, жемчуг.

Билет

Дифракция света

 

1. Дифракция света- огибание световыми волнами препятствующий или загибание световых волн в область тени.

2. Дифракция наблюдается, если размер препятствия очень мал или расстояние до экрана очень велико.

3. Опыта, когда дифракции нет.

а)

В плоском зеркале изображение: -мнимое -прямое -такого же размера -симметрично относительно плоскости зеркала

б)

 

 

 

4. Опыты, когда дифракция есть.

а)

б)

5. Дифракция решетка

 

Билет

Дисперсия света

1. Дисперсия света - разложение белого света на цветные составляющие, обусловленное зависимостью показателя преломления от длины световой волны.

2. Опыт Ньютона

3. Дисперсия в природе и технике

-радуга

-все приборы для исследования спектров, спектроскопы и спектрографы привели к появлению нового метода исследования спектрального анализа.

 

Билет

Билет

Билет

Фотоэффект и его виды.

 

1.Фотоэффект - это вылет электронов из металла при его освещении (внешний фотоэффект)

Внутренний фотоэффект - разрыв ковалентных связей в полупроводнике с образованием и дырок и свободных электронов.

2. Законы фотоэффекта (А.Г. Столетова):

1 закон Фототок насыщения прямо пропорционален подающему световому потоку.

2 закон Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от освещенности, а определяется частотой подающего излучения и материалом электрода.

3 закон Длинноволновая или красная граница фотоэффекта определяется только материалом электрода.

2 –й и 3-й законы фотоэффекта были объяснены на основе квантовых представлений о природе света.

h=6,63∙10^-34 Дж∙с

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта:

2-й закон

3-й закон

Если > _min фотоэффект есть.

Если < _min фотоэффекта нет.

Применение фотоэффекта:

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом.

Билет 35

Билет

Билет

Модель атома Бора.

 

1.По законам классической физики электроны в модели Резерфорда должны терять энергию и падать на ядро, но этого не происходит, значит, нужна другая теория для описания атома.

Такой теорией стала квантовая теория, основу которой заложил Бор.

 

2.Постулаты Бора:

а) Атом может находиться в особых стационарных состояниях и при этом не излучает и не поглощает энергии, а электрон движется по строго определенной орбите.

б) Если электрон переходит с дальней орбиты на ближнюю, то атом излучает квант света, а если наоборот, то поглощает.

воздух