Любой экзамен по физике предполагает проверку умения применять теоретические знания при решении задач, для этого учащимся надо вспомнить алгоритмы, способы, приемы их решения.

КРАТКИЙ

 

СПРАВОЧНИК

 

ПО ФИЗИКЕ

Учебное пособие для подготовки к ЕГЭ

 

Данный справочник создан для подготовки к экзаменам по физике. Готовясь к ЕГЭ или ЦТ, учащимся необходимо вспомнить некоторый объем теоретического материала и способы решения физических задач. При этом возникают следующие проблемы:

Изучают физику в школе на протяжении пяти лет, следовательно, необходимый материал может содержаться, как минимум, в пяти школьных учебниках и еще в нескольких школьных тетрадях, записи в которых велись на уроках в процессе изучения физики, поэтому не всегда можно легко и быстро найти интересующую информацию.

2. В контрольно – измерительных материалах ЕГЭ, ЦТ встречаются вопросы, которые не освещены, например, в учебнике Г.Я. Мякишева, Б.Б. Буховцева, Н.Н. Сотского Физика 10 М.: «Просвещение», 2004 г. Это способ вычисления потенциальной энергии взаимодействия системы зарядов, это формулы для вычисления емкости, силы тока, заряда для батареи конденсаторов и др.

Любой экзамен по физике предполагает проверку умения применять теоретические знания при решении задач, для этого учащимся надо вспомнить алгоритмы, способы, приемы их решения.

Известно, что языком физики является математика. При решении физических задач ученики иногда допускают математические ошибки, не видят, исходя из математической записи формулы, зависимости между величинами.

При составлении справочника решались следующие задачи:

Объединить учебный материал в один сборник и уплотнить его с целью экономии времени на повторение.

Отразить в справочнике максимальное количество вопросов, знания по которым проверяются на ЕГЭ.

Показать алгоритмы и способы решения некоторых физических задач.

Напомнить некоторые математические знания, которые используются при решении физических задач.

Весь материал справочника разбит на отдельные темы в соответствии со школьным курсом физики. При подготовке к ЕГЭ кроме изучения материала, изложенного в справочнике, необходимо использовать учебно-тренировочные материалы, разработанные Министерством образования РФ.

Использование учениками справочника при подготовке к ЕГЭ позволяет сэкономить время на повторение, что дает возможность решить большее количество задач, глубже понять и запомнить основные законы и формулы физики.

Задачи, использованные в справочнике, взяты из сборника «Физика. Задачник. 10-11классы» А.П. Рымкевич, М.: «Дрофа», 2004 г., задача по оптике и на свободное падение тела по прямолинейной траектории из «Пособия по физике» С. П. Мясников, Т.Н. Осанова, М.: «Высшая школа», 1988 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Математические основы физики ……………………………………………………6

Приставки и множители для образования десятичных дольных и кратных

единиц…………………………………………………………………………………14

Кинематика……………………………………………………………………………15

Динамика.……………………………………………………………………………..31

Статика…………………………………………………..............................................41

Импульс и закон сохранения импульса…………………………………………….43

Работа и механическая энергия……………………………………………………..47

Механические колебания……………………………………………………………51

Механические волны…………………………………………………………………56

Давление………………………………………………………………………………59

Сила Архимеда……………………………….............................................................61

Основы МКТ………………………………................................................................62

Основы термодинамики……………………………………………………………..66

Насыщенный пар и его свойства……………………………………………………74

Кристаллические и аморфные тела…………………………………………………76

Основы электростатики………………………………………………………………77

Законы постоянного тока……………………………………………………………84

Электрический ток в неметаллических средах…………………………………….88

Магнитное поле………………………………………………………………………90

Электромагнитная индукция………………………………………………………..94

Электромагнитные колебания……………………………........................................98

Электромагнитные волны…………………………………………………………..102

Геометрическая оптика……………………………………………………………..105

Волновая оптика……………………………………………………………………..112

Элементы теории относительности………………………………………………..117

Элементы квантовой физики……………………………………………………….119

Атом и атомное ядро………………………………………………………………..121

АЛГОРИТМЫ И СПОСОБЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Алгоритм решения задач по кинематике…………………………………………..18

Алгоритм решения задач, по условию которых происходит встреча тел………..19

Геометрический способ определения ……………………………………..21

Способ решения задач на свободное падение, если траектория не является прямолинейной………………………………………………………………………23

Способы вычисления веса тела……………………………………………………..36

Алгоритм решения задач по динамике……………………………………………..37

Алгоритм решения задач на закон сохранения импульса…………………………45

Алгоритм решения задач на закон сохранения энергии…………………………..48

Алгоритм решения задач на уравнение теплового баланса……………………….69

Способ вычисления энергии связи…………………………………………………123

Способ вычисления энергетического выхода ядерной реакции…………………124

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Пример решения задачи на вычисление средней скорости……………………….22

Пример решения задачи на свободное падение (прямолинейная траектория)……………………………………………………………………………23

Пример решения задачи на свободное падение, скорость направлена горизонтально………………………………………………………………………..24

Пример решения задачи на свободное падение, скорость направлена под углом к горизонту……………………………………………………………………………..26

Пример решения задачи на условие равновесия рычага…………………………..42

Пример решения задач на нахождение изменения импульса при абсолютно упругом и неупругом столкновении………………………………………………..43

Пример решения задачи на расчет КПД теплового двигателя по заданному

циклу…………………………………………………………………………………..72

Пример решения задачи на движение заряженной частицы в магнитном поле……………………………………………………………………………………93

Построение изображения в плоском зеркале………………………………………106

Примеры построения изображений в линзах………………………………………108

Пример решения задачи по геометрической оптике……………………………..111

Пример решения задачи на интерференцию света………………………………..113

Пример решения задачи на написание ядерной реакции…………………………123

Пример решения задачи на вычисление энергетического выхода ядерной реакции……………………………………………………………………………….124

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФИЗИКИ

 

ОБЪЕМЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ТЕЛ

 

ШАР V= ЦИЛИНДР V=

 

CВОЙСТВА СТЕПЕНИ

 

 

ПРОИЗВОДНАЯ

 

Если физическая величина А изменяется с течением времени, то скорость изменения этой величины за промежуток времени t определяется отношением .

Если необходимо определить мгновенную скорость изменения величины, то ищут производную (t) (определяют отношение , при стремящимся к нулю).

Например: Скорость движения - скорость изменения координаты. = . Мгновенная скорость = (t) или

Ускорение - скорость изменения скорости. .

ЭДС индукции - скорость изменения магнитного потока. =

Мгновенное значение ЭДС индукции = (t)

Сила тока I=

ИНТЕГРАЛ

Операция нахождения производной называется дифференцированием. Обратная дифференцированию задача – интегрирование. Поэтому

Геометрический смысл определенного интеграла заключается в том, что это есть площадь криволинейной трапеции, ограниченной графиком функции. Определенный интеграл равен численному значению площади криволинейной трапеции, ограниченной графиком функции .

Пусть задана функция на отрезке , тогда площадь криволинейной трапеции, ограниченной графиком этой функции вычисляется по формуле

Содержание

 

ПРИСТАВКИ И ИХ МНОЖИТЕЛИ ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ

КИНЕМАТИКА

НЕКОТОРЫЕ ПОНЯТИЯ МЕХАНИКИ

ОСНОВНАЯ ЗАДАЧА МЕХАНИКИ - определить положение тела в любой момент времени. Положение тела определяется его координатами в выбранной системе отсчета.

СИСТЕМА ОТСЧЕТА включает в себя 1) тело отсчета, 2) систему координат, связанную с телом отсчета (одномерную, если тело движется по прямой, двухмерную, если тело движется на плоскости, трехмерную, если тело движется в пространстве), 3) часы для отсчета времени.

МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА-тело, размерами которого в данных условиях можно пренебречь. Тело можно рассматривать как материальную точку, если его размеры малы по сравнению с расстоянием, которое оно проходит. Движение тела, при котором все его точки движутся одинаково, называется ПОСТУПАТЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ. Для описания поступательного движения тела достаточно выбрать одну точку и описать ее движение.

Линия, вдоль которой движется тело, называется ТРАЕКТОРИЕЙ движения.

Длина траектории называется ПРОЙДЕННЫМ ПУТЕМ ().

Вектор, соединяющий начальное и конечное положение тела, называется ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ ().

Если траектория движения тела прямая линия и тело не изменяет направление движения, то модуль вектора перемещения равен пройденному пути ().

 

ВИДЫ МЕХАНИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ

Вид движения	Ускорение	Скорость	Перемещение	Координата	Пройденный путь
Покой	=0	=0	=0	x=const 1-координата тела положительная; 2- координата тела отрицательная.	=0
Прямолиней-ное равномерное движение- это движение с постоянной по модулю и направлению скоростью.	=0	=const = 1-движение по направлению оси Х 2-движение против направления оси Х. v1>v2.	1-движение по направлению оси Х 2-движение против направления оси Х.	1-движение по направлению оси Х, 2-движение против оси Х,
Прямолинейное равноус- коренное движение-движение, при котором скорость тела за любые равные промежутки времени изменяется одинаково.	1-ускорение направлено по оси Х. 2-ускорение направлено против оси Х.	1-движение по направлению оси Х, 2-движение против направления оси Х.			если скорость увеличивается ( сонаправлены). если скорость уменьшается ( противоположно направлены).

СРЕДНЯЯ СКОРОСТЬ

 

При неравномерном движении тел иногда определяют среднюю скорость движения, которая равна отношению всего пути, пройденного телом ко всему промежутку времени, затраченному на прохождение этого пути.

 

ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ НА СРЕДНЮЮ СКОРОСТЬ:

Автомобиль проехал первую половину пути со скоростью 10 , а вторую половину пути со скоростью 15 . Найти среднюю скорость на всем пути.

Ответ:

СВОБОДНОЕ ПАДЕНИЕ ТЕЛ

 

СВОБОДНЫМ ПАДЕНИЕМ называют равноускоренное движение, происходящее при действии на тело только силы тяжести (без учета сопротивления воздуха).

При свободном падении тела с небольшой высоты от поверхности планеты оно движется с постоянным ускорением g, направленным по вертикали вниз, которое называется ускорением свободного падения. Ускорение свободного падения не зависит от массы тела, у поверхности Земли g=9,8 м/с². При решении задач на

свободное падение можно использовать все формулы равноускоренного

движения, заменив в них ускорение на ускорение .

ВОЗМОЖНЫЕ ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА ПРИ СВОБОДНОМ ПАДЕНИИ

1) Движение по вертикали (вверх или вниз).

При решении задач пользуются алгоритмом решения задач пи кинематике, при этом выбирают вертикальную ось .

Если тело падает из движущегося с некоторой скоростью объекта, то начальная скорость падающего тела равна скорости движущегося объекта в тот момент, когда тело от него отделяется.

 

ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ НА СВОБОДНОЕ ПАДЕНИЕ (прямолинейная траектория):

Решение:

С вертолета, находящегося на высоте 300 , сброшен груз. Через какое время груз достигнет земли, если вертолет поднимается со скоростью 5 ?

Ответ:

Если тело свободно падает в движущейся системе отсчета с вертикально направленным относительно земли ускорением , то ускорение тела , если ускорение системы отсчета направлено вертикально вверх и , если ускорение системы отсчета направлено вертикально вниз.

2) Движение по ветви параболы происходит при сообщении телу начальной скорости в горизонтальном направлении. При решении задач выбирают

двухмерную систему координат, т. к. движение тела происходит в плоскости.

Если в задаче речь идет о дальности полета , то пишут уравнение для

координаты : , если в задаче идет речь о высоте полета тела , то пишут уравнение для координаты : .

Если в задаче речь идет о скорости (не начальной), то при решении используют алгоритм:

1.Написать уравнения для проекции вектора скорости на ось : и на ось : .

2. Изобразить на рисунке.

3. К полученному рисунку применить законы геометрии.

 

ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ НАСВОБОДНОЕ ПАДЕНИЕ ТЕЛА, НАЧАЛЬНАЯ СКОРОСТЬ НАПРАВЛЕНА ГОРИЗОНТАЛЬНО:

Задача 1.Мальчик бросил горизонтально мяч из окна, находящегося на высоте 20 . Сколько времени летел мяч до земли, с какой скоростью был брошен, если он упал на расстоянии 6 от основания дома?

Каковы модуль и направление скорости мяча при достижении им земли?

Решение:

Для нахождения модуля и направления скорости мяча при достижении им земли, сделаем еще один рисунок:

Ответ:

Ответ:

 

Задача 2. Тело брошено в горизонтальном направлении со скоростью 5 . Через какое время его скорость будет направлена под углом 45^о к горизонту?

Ответ:

 

3) Движение по параболе происходит при сообщении телу скорости, направленной под некоторым углом к горизонту. Задачи решаются аналогично задачам на движение тел по ветви параболы, но записанную систему уравнений часто необходимо дополнить уравнением для координаты у, записанное для конечной точки движения.

 

ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ НА СВОБОДНОЕ ПАДЕНИЕ ТЕЛА, НАЧАЛЬНАЯ СКОРОСТЬ НАПРАВЛЕНА ПОД УГЛОМ К ГОРИЗОНТУ:

Найти высоту подъема и дальность полета сигнальной ракеты, выпущенной со скоростью 40 под углом 60^о к горизонту.

 

Ответ:

 

ДИНАМИКА

ЗАКОНЫ НЬЮТОНА

 

ПЕРВЫЙ ЗАКОН НЬЮТОНА (ЗАКОН ИНЕРЦИИ)

Существуют такие системы отсчета, относительно которых тело находится в покое или движется прямолинейно и равномерно, если на него не действуют другие тела или действия тел компенсируются (уравновешиваются).

Явление сохранения скорости тала при отсутствии действия на него других тел или при компенсации действия других тел называется инерцией.

Системы отсчета, в которых выполняются законы Ньютона, называются инерциальными системами отсчета (ИСО). К ИСО относятся системы отсчета связанные с Землей или не имеющие ускорения относительно Земли. Системы отсчета, движущиеся с ускорением относительно Земли, являются неинерциальными, в них законы Ньютона не выполняются. Согласно классическому принципу относительности Галилея все ИСО равноправны, законы механики имеют одинаковую форму во всех ИСО, все механические процессы протекают одинаково во всех ИСО (никакими механическими опытами, проведенными внутри ИСО, нельзя определить находится она в покое или движется прямолинейно и равномерно).

 

ВТОРОЙ ЗАКОН НЬЮТОНА

Скорость тела изменяется при действии на тело силы. Любое тело обладает свойством инертности. Инертность – это свойство тел, состоящее в том, что для изменения скорости тела требуется время, скорость тела мгновенно измениться не может. То тело, которое больше изменяет свою скорость при действии одинаковой силы, является менее инертным. Мерой инертности служит масса тела.

Ускорение тела прямо пропорционально действующей на него силе и обратно пропорционально массе тела.

Сила и ускорение всегда сонаправлены. Если на тело действуют несколько сил, то ускорение телу сообщает равнодействующая этих сил (), которая равна векторной сумме всех сил, действующих на тело:

Если тело совершает равноускоренное движение, то на него действует постоянная сила.

 

ТРЕТИЙ ЗАКОН НЬЮТОНА

Силы возникают при взаимодействии тел.

Тела действуют друг на друга с силами, направленными вдоль одной прямой, равными по модулю и противоположными по направлению.

Особенности сил, возникающих при взаимодействии:

1. Силы всегда возникают парами.

2 Силы, возникающие при взаимодействии, имеют одну природу.

3.Силы, не имеют равнодействующей, т. к. приложены к разным телам.

 

СИЛЫ В МЕХАНИКЕ

СИЛА ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ-сила, с которой притягиваются все тела во Вселенной.

ЗАКОН ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ: тела притягиваются друг к другу с силами прямо пропорциональными произведению их масс и обратно пропорциональными квадрату расстояния между ними.

(формулой можно пользоваться для расчета притяжения точечных тел и шаров), где G-гравитационная постоянная (постоянная всемирного тяготения), G=6,67·10^{-11 ,} -массы тел, R-расстояние между телами, измеряется между центрами тел.

 

СИЛА ТЯЖЕСТИ – сила притяжения тел к планете. Сила тяжести вычисляется по формулам:

1) , где - масса планеты, - масса тела, - расстояние между центром планеты и телом.

2) , где - ускорение свободного падения,

 

Сила тяжести всегда направлена к центру тяжести планеты.

- радиус орбиты искусственного спутника, - радиус планеты, - высота спутника над поверхностью планеты,

Тело становится искусственным спутником, если ему в горизонтальном направлении сообщить необходимую скорость. Скорость, необходимая для того, чтобы тело двигалось по круговой орбите вокруг планеты, называется первой космической скоростью. Чтобы получить формулу для вычисления первой космической скорости, необходимо помнить, что все космические тела, в том числе и искусственные спутники, движутся под действием силы всемирного тяготения , кроме того, скорость – величина кинематическая, «мостиком» в кинематику может служить формула, следующая из второго закона Ньютона Приравнивая правые части формул, получаем: или Учитывая, что тело движется по окружности и поэтому обладает центростремительным ускорением , получаем: или . Отсюда - формула для вычисления первой космической скорости. Учитывая, что формулу для расчета первой космической скорости можно записать в виде: .Аналогично, используя второй закон Ньютона и формулы криволинейного движения, можно определить, например, период обращения тела по орбите.

 

СИЛА УПРУГОСТИ – сила, действующая со стороны деформированного тела и направленная в сторону, противоположную смещению частиц при деформации. Силу упругости можно вычислить с помощью закона Гука: сила упругости прямо пропорциональна удлинению: где - удлинение,

 

- жесткость, . Жесткость зависит от материала тела, его формы и размеров.

СОЕДИНЕНИЕ ПРУЖИН

 

Последовательное	Параллельное
Если , то	Если , то

Закон Гука выполняется только при упругих деформациях тел. Упругими называются деформации, при которых после прекращения действия силы тело приобретает прежние форму и размеры.

 

Если тело находится на опоре, то на него действует сила упругости, перпендикулярная опоре, которая называется силой реакции опоры

Если тело находится на подвесе, то на него действует сила упругости, направленная вдоль подвеса, которая называется силой натяжения нити

 

 

ВЕС ТЕЛА – это упругая сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес.

При вычислении веса тела Р надо помнить: если тело находится на горизонтальной опоре, то Р=N (по третьему закону Ньютона), аналогично, если тело находится на вертикальном подвесе, то Р=Т.

Частные случаи вычисления веса тела:

1) Тело движется с направленным вертикально вверх ускорением :

2) Тело движется с направленным вертикально вниз ускорением : .

3) Тело движется равномерно или с горизонтально направленным ускорением:

4) Тело свободно падает (на тело действует только сила тяжести): (невесомость).

 

СИЛА ТРЕНИЯ- сила, возникающая при соприкосновении поверхностей тел и препятствующая их перемещению относительно друг друга.

Возникает сила трения при 1) попытке сдвинуть тело с места (трение покоя); 2) при движении одного тела по поверхности другого.

 

При вычислении силы трения надо помнить: 1) если , то сила трения равна равнодействующей сил, действующих на тело: ; 2) если тело скользит по поверхности другого тела, то возникающая сила трения скольжения вычисляется по формуле: , где - сила реакции опоры (сила нормального давления), - коэффициент трения. Коэффициент трения зависит от материала соприкасающихся тел и от качества обработки поверхностей.

 

БЛОКИ

 

В задачах на движение связанных тел часто речь идет о блоках. Различают блоки неподвижные, подвижные и полиспаст (комбинация подвижных и неподвижных блоков).

 

НЕПОДВИЖНЫЙ БЛОК

Блок при подъеме груза остается неподвижным. Не

дает выигрыш в силе, т. е., если с помощью

неподвижного блока поднимают груз весом 500Н, то

к свободному концу веревки прикладывают силу

500Н. Неподвижный блок используется для

удобства, он позволяет изменить направление

действия силы: груз поднимают, например, вверх, а к свободному концу веревки прикладывают силу, направленную вниз.

 

 

ПОДВИЖНЫЙ БЛОК

 

ПОЛИСПАСТ

 

Содержание

 

СТАТИКА

 

В статике рассматриваются условия, при которых тело находится в состоянии равновесия (покоя). При решении задач по статике можно использовать:

1) алгоритм решения задач по динамике, при этом ;

 

2) правило моментов: рычаг находится в равновесии, если сумма моментов всех сил, действующих на рычаг равна нулю .

Правило моментов применяется к равновесию рычагов. Рычаг-это твердое тело, имеющее точку опоры.

МОМЕНТ СИЛЫ , где - плечо силы. Плечом силы называется кратчайшее расстояние от точки опоры до линии действия силы.

 

МОЩНОСТЬ

 

МОЩНОСТЬ - быстрота совершения работы (работа, совершенная за единицу времени), вычисляется по формуле:

Если тело движется равномерно, то подставив вместо формулу для расчета работы, получим:

где тогда

 

МЕХАНИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ

Существует два вида механической энергии: кинетическая (энергия движения) и потенциальная (энергия взаимодействия).