close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Физика конспект лекций Федосеев В.Б. (www.PhoenixBooks.ru)

код для вставкиСкачать
К
ОНСПЕКТ
ЛЕКЦИЙ
В.Б. Федосеев
ФИЗИКА
Зачет и экзамен
РОСТОВ-на-ДОНУ
ЕНИКС
2009
www.phoenixbooks.ru
УДК 53(075.8)
ББК 223я73
КТК 13
Ф33
Федосеев В.Б.
Ф33 Физика : конспект лекций / В.Б. Федосеев. — Ростов н/Д : Феникс, 2009. — 250, [1] с. — (Зачет и экзамен).
ISBN 978-5-222-15685-8
Конспект лекций предназначен для студентов тех-
нических вузов. Он может быть использован и при под-
готовке к экзаменам и к практическим и лабораторным работам.
Конспект подготовлен в соответствии с государ-
ственным образовательным стандартом и отвечает всем требованиям современного образовательного процесса.
УДК 53(075.8)
ББК 22.3я73
ISBN 978-5-222-15685-8
© Федосеев В.Б., 2009
© Оформление: ООО «Феникс», 2009
www.phoenixbooks.ru
3
Предисловие
Настоящая книга представляет собой отредактиро-
ванный конспект лекций, которые на протяжении ряда лет автор читал в Донском государственном техническом университете. Этот конспект предназначен для прак-
тического использования непосредственно на лекциях: студент слушает лектора с книгой в руках, делая в ней необходимые заметки. Тем самым студент избавляется от рутинной необходимости вести записи, которые отнимают время и нарушают ход мысли и в которых очень часто возникают неточности и ошибки.
Традиционно общий курс физики делится на три части.
Механика и молекулярная физика.
Электричество и магнитизм.
Оптика. Физика атома.
Изучение каждой части традиционно занимает по одному семестру. Эта традиция сохранена и в этой ра-
боте.
www.phoenixbooks.ru
4
Условные обозначения
A — работа, амплитуда колебаний
a
?
— ускорение
a
?
Н
— нормальное ускорение
a
?
t
— тангенциальное ускорение
a
ц
— центростремительное ускорение
a
?
с — ускорение центра масс
c — скорость света в пустоте
C
V
— молярная теплоемкость при постоянном объеме
C
P
— молярная теплоемкость при постоянном давлении
c
V
— удельная теплоемкость при постоянном объеме
c
P
— удельная теплоемкость при постоянном давлении
D — коэффициент диффузии
E — полная энергия тела
F
?
— сила
G — константа всемирного тяготения
g — ускорение свободного падения
g
0
— ускорение свободного падения на поверхности Земли
h — высота подъема тела над поверхностью Земли
i — индекс суммирования, число степеней свободы
I — момент инерции
I
0
— момент инерции относительно оси, проходящей через центр масс тела
J — поток вещества
k — коэффициент упругости, волновое число, постоянная Больцмана
K — критическая точка
L
??
— момент импульса
m — масса тела
m
0
— масса покоя, масса молекулы
m
p
— масса протона
m
э
— масса электрона
www.phoenixbooks.ru
5
M — молярная масса
M
?
— момент силы
n — концентрация молекул, показатель политропы
N — нормальная реакция, общее число частиц, мощ-
ность
N
A
— число Авогадро
P
??
— импульс тела
P — давление
P
кр
— критическое давление
P
нп
— давление насыщенных паров
q — поток тепла
Q — количество тепла, объемный расход жидкости, доб-
ротность
r
?
— радиус-вектор
R
?
0
— радиус-вектор центра инерции тела
R — радиус окружности, кривизны, универсальная газо-
вая постоянная
Re — число Рейнольдса
S — длина дуги, энтропия
t — текущее время
T — период вращения, колебания; кинетическая энергия, абсолютная температура
T
кр
— критическая температура
u — потенциальная энергия взаимодействия молекулы
U — внутренняя энергия реального газа
v
–
— среднеарифметическая скорость молекул газа
v
в
— наиболее вероятная скорость молекул газа
v
ср.кв — среднеквадратичная скорость молекул газа
V — объем
V
кр
— критический объем
v
??
— мгновенная скорость
v
?
ср
— средняя скорость
W — термодинамическая вероятность
? — коэффициент теплопроводности, коэффициент по-
верхностного натяжения
www.phoenixbooks.ru
6
? — угловое ускорение, коэффициент затухания
? — константа Пуассона
?S — пройденный путь
?r
?
— перемещение
?
–
— средняя кинетическая энергия молекулы
? — коэффициент вязкого трения, КПД цикла
? — логарифмический коэффициент затухания, средняя длина свободного пробега молекул, длина волны
? — линейная частота вращения, число молей
? — плотность, удельное сопротивление
? — время релаксации
? — угол поворота
? — угловая скорость, циклическая частота
?
0
— собственная частота колебаний
? — частота вынужденных колебаний
?
р
— резонансная частота вынужденных колебаний
K, E
K
— кинетическая энергия
П, Е
П
— потенциальная энергия
? — сдвиг фаз вынужденных колебаний
www.phoenixbooks.ru
I. МЕХАНИКА И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
www.phoenixbooks.ru
8
1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ
Механика изучает простейшую форму движе-
ния — изменение взаимного положения материальных тел в пространстве с течением времени. Механическое движение всегда присутствует во всех высших формах движения, однако эти высшие формы не сводятся к простейшим.
1.1. КИНЕМАТИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ
Кинематика занимается описанием механического движения материальных точек без анализа причин, вы-
звавших это движение.
Материальная точка
Материальной точкой называют макроскопическое тело, размерами которого можно пренебречь в данном конкретном движении и считать, что все вещество тела сосредоточено как бы в одной геометрической точке.
Система отсчета
Для изучения движения тела всегда необходимо вто-
рое тело, относительно которого можно изучать движение первого тела. Это второе тело называют телом отсчета.
www.phoenixbooks.ru
9
? (?,
?
?)
X
Y
Z
O
y
x
z
?????? ????????? ??????? ?????????
6444444447444444448
64444744448
644474448
O
X
x
z
y
Z
Y
M(x, y, z)
Правая декартова система координат
Тело отсчета, связанная с ним система координат и прибор для измерения времени составляют систему отсчета.
Поскольку точка движется в пространстве, то коорди-
наты x, y, z зависят от времени, т.е. являются функциями времени: x = x(t); y = y(t); z = z(t) или M = M(t).
В физике принято употреблять правую систему ко-
ординат, изображенную на рисунке.
Путь, перемещение
Положение точки М в пространстве описывают с по-
мощью радиус-вектора r
?
. При перемещении в простран-
стве точка М занимает последовательно ряд положений в соответствующие моменты времени. Совокупность этих положений в пространстве создает след движения точки М, или траекторию.
За промежуток времени ?t точка пройдет по траек-
тории путь ?S, равный длине дуги M
1
2
M
2
: ?S ? M
1
2
M
2
(см. рисунок). Путь — это длина траектории.
www.phoenixbooks.ru
10
M
1
(t) M
2
(t) ?
?
r
S?
O
?
1
r
?
2
r
??????????,????
???????????
?
r
?
1
r
?
2
?r
?
?S
перемещение
траектория, путь
M
2
(t)
M
1
(t)
O
Траектория, путь, перемещение
Скорость
Пусть за время ?t точка совершила перемещение ?r
?
. Тогда средней скоростью движения V
?
ср
за время ?t на-
зывается отношение
?
?
V
r
t
СР
.
Мгновенная скорость — это скорость в данный мо-
мент времени и в данной точке траектории. Мгновенную скорость определяют как предел средней скорости при ?t, стремящемся к нулю:
V
r
t
d r
dt
r
t
lim
0
.
Вектор мгновенной скорости направлен по касатель-
ной к траектории. Модуль мгновенной скорости опреде-
ляется как
V
S
t
dS
dt
t
lim
0
.
Абсолютная величина мгновенной скорости равна производной от пути по времени.
За это же время радиус-вектор r
?
пере-
местился из положе-
ния r
?
1
в положение r
?
2
. Секущую М
1
М
2
обоз-
начают через ?r
?
и на-
зывают перемещением ?r
?
= r
?
2 – r
?
1
. Таким образом, путь — это скалярная величина, а перемещение — век-
торная.
www.phoenixbooks.ru
30
2. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
2.1. СОБСТВЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ
Гармонические колебания
Гармонические колебания — это такие колебания, период которых не зависит от амплитуды колебаний. Или гармонические колебания — это такие колебания, которые совершаются по закону синуса или косинуса.
Гармонические колебания играют исключительно важную роль в физике. Дело в том, что очень многие сложные процессы в физике можно свести к сумме до-
статочного числа гармонических колебаний различных периодов, амплитуд и начальных фаз.
Уравнение гармонических колебаний имеет вид:
x A t
sin
,
здесь A — амплитуда колебаний, максимальное сме-
щение колеблющейся точки от положения равновесия; выражение под знаком тригонометрической функции называется фазой колебания; ? — начальная фаза коле-
баний; ? — циклическая частота колебаний, т.е. число колебаний за 2 ? ? единиц времени; ? — линейная час-
тота колебаний — число колебаний за единицу времени. Между частотами существует связь:
2
.
www.phoenixbooks.ru
31
Т — период колебаний — время одного полного ко-
лебания. Следовательно, между частотой ? и периодом T существует связь:
T 1
.
Дифференциальное уравнение гармонических колебаний
Продифференцировав уравнение гармонических ко-
лебаний по времени, получим:
v x A t cos
.
То есть скорость тоже гармоническая функция вре-
мени. Из этого выражения видно, что максимальная скорость имеет значение
v A
MAX
.
Соответственно линейное ускорение будет равно
a v A t 2
sin
.
То есть ускорение также меняется с течением времени по гармоническому закону, но относительно колебаний x эти колебания сдвинуты на угол ?, т.е. колебания смеще-
ния и колебания его ускорения находятся в противофазе. Максимальное ускорение равно
a A
MAX
2
.
Сопоставляя уравнения, можно заметить, что
x a
2
0
.
www.phoenixbooks.ru
32
Если вернуться к производным, то получится следу-
ющее уравнение:
x x
2
0
.
Это уравнение есть дифференциальное уравнение второго порядка, которое называется дифференциальным уравнением свободных, незатухающих гармонических колебаний.
Пружинный маятник
Пусть имеется тело массой m, подвешенное на пружи-
не. После выведения этого тела из положения равновесия оно может совершать колебания по вертикали. Направим по вертикали ось X. Второй закон Ньютона для этого случая имеет вид
m x F k x
.
Преобразуем полученное уравнение следующим об-
разом:
x x
0
2
0
,
где 0
k
m
— собственная частота колебаний маятни-
ка, m — масса маятника, k — коэффициент жесткости (упругости) пружины. Полученное уравнение называется дифференциаль-
ным уравнением собственных колебаний пружинного маятника. Его решение имеет вид:
x A t
sin
0
.
www.phoenixbooks.ru
33
Математический маятник
Математическим маятником называется система из тяжелого шарика массы m, подвешенного на длинной, нерастяжимой нити длиной L, причем размеры шарика гораздо меньше длины нити (материальная точка).
?
O
?
?
?
M
gm
?
T
L
Математический маятник
Основной закон динамики вращательного движения для маятника будет иметь вид
I m g L
sin
.
Преобразовывая, получим дифференциальное урав-
нение колебаний математического маятника
0
2
0
,
где 0
g
L
— циклическая частота колебаний матема-
тического маятника. При этом рассматривается случай малых колебаний, когда sin ? ? ? и учитывается, что для материальной точки I = m ? L
2
. Решение этого уравнения имеет вид
A tsin
0
.
www.phoenixbooks.ru
48
3. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА
3.1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНО-
КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ГАЗОВ
Газ, взаимодействием с молекулами которого можно пренебречь, называется идеальным газом.
Газ характеризуется следующими параметрами: Р(Па) — давление газа; V (м
3
) — объем газа; т(кг) — масса газа; М(кг/Моль) — молярная масса газа; Т(К) — абсолютная температура газа.
Уравнение состояния идеального газа
Уравнением состояния называется уравнение Менде-
леева—Клапейрона P V
m
M
R T
,
где R — универсальная газовая постоянная.
Уравнение Менделеева—Клапейрона для одного моля имеет вид
P V R T
.
Отсюда для универсальной газовой постоянной полу-
чается выражение
www.phoenixbooks.ru
49
R
P V
T
.
Ее численное значение определится на основании за-
кона Авогадро: 1 моль любого газа при t = 0°C и давлении 1 атм занимает объем 22,4 литра:
R
P V
T
1 013 10 22 4 10
273
5 3
3
,,??
?
????
?
8 31
3
,
? ?
?
22
?
??
???? ?
.
В термодинамике газ, подчиняющийся уравнению Менделеева—Клапейрона, называется идеальным га-
зом.
Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов
Основное уравнение молекулярно-кинетической тео-
рии идеальных газов имеет вид
P n m v n
1
3
2
3
0
2
,
здесь P — давление газа, n — концентрация молекул газа (число молекул в единице объема), m
0
— масса од-
ной молекулы, v
— средняя скорость молекулы, — средняя кинетическая энергия молекулы.
Это уравнение также называют уравнением Клаузи-
уса. Его можно записать в другой редакции:
P
N
V
2
3
,
откуда вытекает, что
www.phoenixbooks.ru
II.
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ
www.phoenixbooks.ru
74
1. ЭЛЕКТРОСТАТИКА
1.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ
Заряд, атомистичность заряда, элементарный заряд
В природе существуют заряды, заряженные тела. Причем заряды существуют двух знаков: условно называ-
емые положительные заряды и отрицательные заряды.
Разноименные заряды притягиваются, одноименные отталкиваются. Заряд дискретен. За элементарный от-
рицательный заряд принимают заряд электрона — e ? ? –1,6 ? 10
–19 Кл, а за элементарный положительный заряд принимают заряд протона — p ? +1,6 ? 10
–19 Кл.
В СИ электрический заряд измеряют в кулонах. 1 кулон (Кл) — это такое количество электричества, которое протекает через поперечное сечение проводника за 1 секунду, при силе тока в 1 ампер — 1 Кл ? 1А ? с. Заряд обычно обозначают символом q, либо Q.
Все заряды подчиняются основному закону — за-
кону сохранения зарядов: в изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной.
www.phoenixbooks.ru
75
Закон Кулона
Закон взаимодействия зарядов в 1875 г. установил французский физик Ш. Кулон:
F
q q
r
r
r
1
4
0
1 2
2
.
Здесь r — модуль расстояния между зарядами, r
?
— радиус-вектор, соединяющий эти заряды. Величина r
r
представляет собой единичный вектор, направленный вдоль прямой, соединяющей заряды. То есть сила взаи-
модействия зарядов направлена вдоль прямой, соединя-
ющей эти заряды. Величину ?
0
называют электрической постоянной 0
12
8 85 10
,
=
2
2
. Сила взаимо-
действия зарядов в среде всегда меньше силы взаимо-
действия зарядов в вакууме. Отношение силы взаимо-
действия зарядов в вакууме F
0
к силе взаимодействия зарядов в среде F обозначают символом ? и называют диэлектрической проницаемостью среды: F
F
0
.
Электростатическое поле
Согласно современным представлениям, на которые указывал еще М. Фарадей, заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждый из них создает в ок-
ружающем пространстве особого рода материю — поле. И поле одного заряда действует на другой и наоборот. Причем поле заряда не действует на сам заряд.
Электрическое поле характеризуется вектором напря-
женности E
?
. Напряженность поля — это физическая величина, равная отношению силы, действующей на заряд со стороны этого поля, к величине заряда:
www.phoenixbooks.ru
76
E
F
q
.
В СИ единица напряженности не имеет специального названия и называется по своей размерности — «вольт на метр». Напряженность — это силовая характеристика поля. Если известна напряженность поля в данной точке пространства, то сила, действующая на заряд, помещен-
ный в эту точку, со стороны поля будет равна
F q E
.
Если электрическое поле создает точечный заряд, то напряженность создаваемого им поля будет равна
E
q
r
r
r
1
4
0
2
.
Принцип суперпозиции
Если в данной точке пространства различные заря-
женные тела создают поля, с напряженностями E
?
1
, E
?
2
, E
?
3
, ... и т. д., то результирующая напряженность поля в этой точке равна: E
?
= E
?
1 + E
?
2 + E
?
3 + ... . Этот принцип суперпозиции электрических полей (см. рисунок) выте-
кает из принципа суперпозиции сил в механике.
?
?
1
?
?
2
?
?
Суперпозиция электрических полей
www.phoenixbooks.ru
95
2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Электрический ток
Электрическим током называют направленное, упорядоченное движение электрических зарядов. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц.
Сила тока численно равна количеству электричества, переносимого через поперечное сечение проводника за одну секунду: I
q
t
. Силу тока измеряют в амперах. Если ток меняется с течением времени, то в рассмотрение вводят мгновенное значение силы тока: i
dq
dt
.
Закон Ома для участка цепи, сопротивление
Экспериментально исследуя прохождение тока через проводники, Г. Ом в 1826 г. установил, что сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на его концах: I U или I = G ? U. Коэффициент пропорцио-
нальности G называется проводимостью проводника, а обратная ему величина — R
G
1
— сопротивлением проводника. Закон Ома часто записывают в форме
U I R
, или I
U
R
.
www.phoenixbooks.ru
241
Содержание
Предисловие .........................................................3
I. МЕХАНИКА И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА ......5
1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ .................6
1.1. КИНЕМАТИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ .......................................................6
Материальная точка .....................................6
Система отсчета ..........................................6
Путь, перемещение ........................................7
Скорость .......................................................8
Ускорение ......................................................9
Вращение по окружности ..............................10
1.2. ДИНАМИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ .......11
Первый закон Ньютона. Инерция ...................11
Второй закон Ньютона .................................12
Третий закон Ньютона .................................13
Принцип относительности Галилея ...............13
Импульс и закон его сохранения. ....................15
Принцип реактивного движения .....................16
1.3. РАБОТА. МОЩНОСТЬ. ЭНЕРГИЯ ................17
Работа постоянной и переменной силы ..........17
Мощность ....................................................18
Кинетическая энергия ...................................19
Консервативные и неконсервативные силы .....19
www.phoenixbooks.ru
242
Потенциальная энергия .................................20
Закон сохранения и превращения энергии ........20
1.4. ДИНАМИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА ....................21
Абсолютно твердое тело, виды движений твердого тела ...............................................21
Вращательное движение твердого тела, момент силы ................................................21
Основной закон динамики вращательного движения, момент инерции ...........................22
Момент инерции однородного цилиндра ..........23
Центр инерции твердого тела .......................25
Теорема Гюйгенса—Штейнера .......................25
Движение центра инерции твердого тела .......26
Работа при вращательном движении твердого тела ...............................................26
Кинетическая энергия вращательного движения .....................................................27
Момент импульса твердого тела и закон его сохранения ..............................................27
Свободные оси вращения твердого тела ..........28
Гироскопы ....................................................28
2. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ ....................................30
2.1. СОБСТВЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ .....................30
Гармонические колебания ..............................30
Дифференциальное уравнение гармонических колебаний .....................................................31
Пружинный маятник ...................................32
Математический маятник ...........................33
Физический маятник ....................................34
2.2. ЗАТУХАЮЩИЕ КОЛЕБАНИЯ .....................35
www.phoenixbooks.ru
243
2.3. ВЫНУЖДЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ .................36
2.4. СЛОЖЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ ..........................38
Сложение одинаково направленных колебаний .....................................................38
Биения .........................................................39
Сложение взаимно перпендикулярных колебаний .....................................................40
2.5. ВОЛНЫ В УПРУГОЙ СРЕДЕ .......................42
Уравнение волны ...........................................43
Интерференция волн .....................................44
Дифракция волн ............................................46
3. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА .......................................48
3.1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНО-
КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ГАЗОВ ..............48
Уравнение состояния идеального газа .............48
Основное уравнение молекулярно-
кинетической теории газов ............................49
Физический смысл температуры газа ............50
Закон Максвелла о распределении молекул по скоростям ................................................51
Опыт Штерна ..............................................53
Распределение Больцмана ..............................54
Эффективный диаметр, средняя длина свободного пробега и число столкновений молекулы .....................................................55
3.2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ ...................................56
Первое начало термодинамики ......................56
Теплоемкость газа ........................................56
www.phoenixbooks.ru
244
Молекулярно-кинетическая теория теплоемкости идеальных газов ......................58
Изохорный процесс ........................................59
Изобарный процесс ........................................60
Изотермический процесс ................................61
Адиабатный процесс .....................................62
Второе начало термодинамики ......................62
Энтропия .....................................................63
Принцип работы тепловой и холодильной машины .......................................................64
Цикл Карно ..................................................65
3.3. РЕАЛЬНЫЕ ГАЗЫ .....................................66
Уравнение Ван-дер-Ваальса ............................66
Критическое состояние .................................66
Опытные изотермы реального газа ................68
Пересыщенный пар и перегретая жидкость .....70
II. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ ..................73
1. ЭЛЕКТРОСТАТИКА ...........................................74
1.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ .........74
Заряд, атомистичность заряда, элементарный заряд .....................................74
Закон Кулона ...............................................75
Электростатическое поле .............................75
Принцип суперпозиции ..................................76
Силовые линии, поток вектора напряженности ............................................77
Теорема Гаусса .............................................77
Поле бесконечной, однородно заряженной плоскости ....................................................78
Поле двух разноименно заряженных плоскостей ...................................................79
www.phoenixbooks.ru
245
1.2. РАБОТА, ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ ................80
Работа сил поля при перемещении зарядов, циркуляция вектора напряженности электростатического поля ............................80
Потенциальная энергия заряда в поле, потенциал поля ............................................82
Эквипотенциальные поверхности, взаимная перпендикулярность эквипотенциальных поверхностей и силовых линий поля ....................................84
Связь между напряженностью поля и его потенциалом ........................................85
1.3. ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ ........................................................87
Искажение поля в диэлектриках ....................87
Виды диэлектриков .......................................88
Поляризация диэлектриков, напряженность поля в диэлектрике .......................................89
1.4. ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ. ЭЛЕКТРОЕМКОСТЬ ....................................91
Электрическая емкость проводников ..............91
Конденсаторы ..............................................92
Энергия электрического поля .........................93
2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА .......................................95
Электрический ток ......................................95
Закон Ома для участка цепи, сопротивление ..............................................95
Закон Ома для замкнутой цепи, ЭДС .............97
Работа тока ................................................99
Тепловое действие тока ..............................100
Мощность постоянного тока .......................101
Правила Кирхгофа ......................................101
www.phoenixbooks.ru
246
3. ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ ....................................103
3.1. МАГНИТОСТАТИКА .................................103
Магнитное поле, его характеристики ..........103
Силовые линии магнитной индукции, поток вектора магнитной индукции ............104
Закон Био—Савара, поле движущегося заряда ........................................................105
Магнитное поле прямого тока .....................106
Индукция магнитного поля кругового витка с током ...........................................107
Вихревой характер магнитного поля ............109
Магнитное поле соленоида ...........................111
Закон Ампера .............................................112
Контур с током в однородном магнитном поле ...........................................................113
Контур с током в неоднородном поле ...........114
Работа перемещения контура с током в магнитном поле .......................................114
3.2. ДВИЖЕНИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ ..........................116
Сила Лоренца ..............................................116
Частица в магнитном и электрическом полях .........................................................116
Эффект Холла ............................................117
Принцип действия масс-спектрографа ..........118
3.3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ .........119
Явление электромагнитной индукции ..........119
ЭДС индукции .............................................119
Электронный механизм возникновения ЭДС индукции ....................................................121
Взаимная индукция ....................................122
Трансформатор ..........................................123
Явление самоиндукции ................................123
www.phoenixbooks.ru
247
Энергия магнитного поля ............................124
3.4. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕ ............125
Электрон на орбите во внешнем магнитном поле ...........................................................125
Диамагнетизм ............................................126
Парамагнетизм ..........................................127
Намагничение магнетиков ..........................128
Вектор напряженности магнитного поля .....128
Ферромагнетики .........................................129
4. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ СРЕД ........................132
4.1. ЭЛЕМЕНТЫ КЛАССИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ .........................132
Элементарная классическая теория металлов ...................................................132
Закон Ома ..................................................133
Закон Джоуля—Ленца .................................134
Закон Видемана—Франца ............................135
Трудности классической теории ..................135
4.2. ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ ПРОВОДИМОСТИ .....................................136
Энергетические уровни изолированного атома ........................................................136
Энергетические уровни твердого тела ..........137
Статистика Ферми ....................................138
Деление твердых тел на изоляторы, проводники и полупроводники ......................139
Собственная проводимость полупроводников .........................................141
Примесная проводимость ............................142
Работа выхода электронов ..........................143
5. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ ......................................................145
www.phoenixbooks.ru
248
5.1. СВОБОДНЫЕ И ВЫНУЖДЕННЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ .......145
Свободные колебания в контуре без потерь ...145
Свободные затухающие колебания ...............146
Апериодический процесс ...............................147
Вынужденные электромагнитные колебания ...................................................147
Резонанс .....................................................148
5.3. УРАВНЕНИЯ МАКСВЕЛЛА ......................148
5.4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ ...............149
Дифференциальное уравнение плоской электромагнитной волны ............................149
Энергия, поток энергии электромагнитной волны .........................................................152
III. ОПТИКА. ФИЗИКА АТОМА .........................153
1. ВОЛНОВАЯ ОПТИКА ......................................154
1.1. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА........................154
Сложение некогерентных волн .....................154
Сложение когерентных волн ........................155
Естественный свет ...................................157
Интерференция света от двух щелей ...........158
Интерференция света в тонких пластинках ................................................160
Кольца Ньютона .........................................162
1.2. ДИФРАКЦИЯ СВЕТА ...............................164
Явление дифракции света ............................164
Метод зон Френеля .....................................164
Зонная пластинка ......................................166
Пределы применимости законов геометрической оптики ...............................167
Дифракция света на щели ...........................168
www.phoenixbooks.ru
249
Дифракционная решетка .............................170
Дисперсия спектральных приборов ...............173
Разрешающая способность ...........................174
1.3. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА ............................175
Плоскость колебаний и плоскость поляризации ...............................................175
Поляризация света при отражении и преломлении ............................................176
Угол Брюстера ...........................................178
Двойное лучепреломление .............................180
Поляроиды ..................................................181
Закон Малюса ............................................182
Вращение плоскости поляризации ................183
1.4. ДИСПЕРСИЯ И ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА В ВЕЩЕСТВЕ ..........................................184
Дисперсия, ход лучей в призме ......................184
Поглощение света веществом ......................186
2. КВАНТОВЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ ...........188
2.1. ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ..........................188
Понятие о равновесном тепловом излучении ...................................................188
Характеристики теплового излучения .........189
Закон Кирхгофа ..........................................190
Законы излучения абсолютно черного тела ..........................................................192
Квантовый характер излучения ..................193
2.2. ФОТОЭФФЕКТ, КОРПУСКУЛЯРНО-
ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ ............................194
Внешний фотоэффект .................................194
Внутренний фотоэффект ............................195
Вентильный фотоэффект............................195
Корпускулярно-волновой дуализм .................196
www.phoenixbooks.ru
250
3. ФИЗИКА АТОМА. ЭЛЕМЕНТЫ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ ........................................................198
3.1. ЭЛЕКТРОННАЯ ОБОЛОЧКА АТОМА И ТЕОРИЯ БОРА .....................................198
Закономерности линейчатых спектров водорода .....................................................198
Модель атома Томсона ...............................199
Опыт Резерфорда ........................................200
Планетарная модель атома Резерфорда .......201
Постулаты Бора ........................................202
Применение теории Бора к водородоподобным атомам ........................202
Опыты Франка и Герца ...............................204
Достоинства и недостатки теории Бора ......206
Поправки Зоммерфельда ..............................206
Спин электрона и спиновое квантовое число ..........................................................207
3.2. РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ................208
Природа и свойства лучей Рентгена .............208
Рентгеновские спектры ...............................210
Дифракция рентгеновских лучей ..................211
3.3. ЭФФЕКТ КОМПТОНА ...............................212
3.4. ОПТИЧЕСКИЕ КВАНТОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ .........................................213
Спонтанные и вынужденные переходы, их вероятность ..........................................213
Инверсная населенность уровней .................214
3.5. ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ .....217
Корпускулярно-волновые свойства частиц ....217
Соотношение неопределенностей ..................218
Электрон в электронно-лучевой трубке и в атоме ...................................................220
Физический смысл волновой функции ...........221
www.phoenixbooks.ru
Операторы импульса и энергии ....................221
Уравнение Шредингера ................................222
3.6. ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА ......................225
Радиоактивность .......................................225
Правила радиоактивного смещения ..............226
Изотопы, изобары, изотоны, изомеры ...........227
Закон радиоактивного распада, активность ................................................227
Атомное ядро .............................................229
Ядерные силы .............................................230
Современные представления о природе электромагнитных и ядерных сил ...............231
Туннельный эффект ....................................232
Ядерные реакции .........................................233
Реакции с медленными частицами ...............233
Реакции с быстрыми нейтронами ................234
Деление тяжелых ядер ................................235
Ядерное оружие и ядерная энергетика ..........236
Термоядерные реакции .................................238
ЛИТЕРАТУРА ................................................240
www.phoenixbooks.ru
Серия «Зачет и экзамен»
Федосеев Владимир Борисович
ФИЗИКА
Конспект лекций
Ответственный редактор Е.В. Алексеева
Технический редактор Л.А. Багрянцева
Художник А. Вартанов
Корректоры О. Милованова, Н. Пустовойтова
Подписано в пе чать 14.07.09.
Формат 84Ч108/32. Бум. тип № 2. Гарнитура School. Печать офсетная. Усл. п. л. 13,44. Тираж 2500 экз. Зак. № ООО «Феникс»
344082, г. Ростов-на-Дону, пер. Халтуринский, 80
Отпечатано с готовых диапозитивов в ЗАО «Книга» 344019, г. Ростов-на-Дону, ул. Советская, 57
www.phoenixbooks.ru
Автор
phoenixbooks
Документ
Категория
Методические пособия
Просмотров
295
Размер файла
162 Кб
Теги
phoenixbooks, www, www.phoenixbooks.ru, Книги издательства Феникс
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа