Для дистационного обучения студентов 1-го курса ГАПОУ Самарской области ТСПК по дисциплине ФИЗИКА: "Курс лекций и заданий самоконтроля и повторения по основным разделам физики".

8

Курс лекций и заданий самоконтроля, повторения по основным разделам физики

Автор: Левицкая Т.П.

2015

Лекция №1

Механика. ЭЛЕМЕНТЫ КИНЕМАТИКИ

1.1. Предмет механики. Основные понятия и определения.

Механика – это часть физики, изучающая механическое движение материальных тел и происходящие при этом взаимодействия между ними. Под механическим движением понимают изменение с течением времени взаимного положения тел или их частиц в пространстве. В природе – это движение небесных тел, колебания земной коры, воздушные и водные течения и т.п.; в технике – движения различных летательных аппаратов и транспортных средств, частей двигателей, машин и механизмов, деформации элементов различных конструкций и сооружений, движения жидкостей и газов и многое другое.

В механике рассматриваемые взаимодействия представляют собой те действия тел друг на друга, в результате которых изменяются скорости точек этих тел или возникают деформации, например, притяжения тел по закону всемирного тяготения, взаимные давления соприкасающихся тел, воздействия частиц жидкости или газа друг на друга и на движущиеся в них тела.

Под механикой обычно понимают так называемую классическую механику Галилея-Ньютона, предметом изучения которой являются движения любых материальных тел (кроме элементарных частиц), совершаемые со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света. Движение макроскопических тел со скоростями порядка скорости света рассматривается релятивистской механикой, основанной на специальной теории относительности Эйнштейна. Для описания движения элементарных частиц и внутриатомных явлений законы классической механики неприменимы – они заменяются законами квантовой механики.

Классическая механика делится на три раздела: кинематику, динамику и статику.

Кинематика изучает движение тел, не рассматривая причины, которые это движение обусловливают (т.е. движение тел без учета их масс и действующих на них сил). Методы и зависимости, устанавливаемые в кинематике, используются при расчетах передач движения в различных механизмах и машинах, а также при решении задач динамики.

Динамика изучает движение материальных тел под действием приложенных к ним сил. В основе динамики лежат законы механики Ньютона, из которых получаются все уравнения и теоремы, необходимые для решения задач динамики.

Статика изучает условия равновесия материальных тел под действием сил. Если известны законы движения тел, то из них можно установить и законы равновесия. Поэтому законы статики всегда рассматриваются в связи с законами динамики.

Основными понятиями в механике, физике и естествознании в целом являются пространство и время. Всякое материальное тело имеет объем, т.е. пространственную протяженность. Время выражает последовательность состояний материи, составляющих любой процесс, любое движение. Таким образом, пространство и время представляют собой наиболее общие формы существования материи.

Любое движение твердого тела можно представить как комбинацию поступательного и вращательного движений. Поступательным движением называют движение, при котором любая прямая, жестко связанная с телом, перемещается, оставаясь параллельной самой себе. Примерами поступательного движения являются движение поршня в цилиндре двигателя, движение кабин «чертова колеса» и т.д. Вращательным движением абсолютно твердого тела называют такое движение, при котором все точки тела движутся в плоскостях, перпендикулярных к неподвижной прямой, называемой осью вращения, и описывают окружности, центры которых лежат на этой оси (роторы турбин, генераторов и двигателей).

1.2. Кинематическое описание поступательного движения.

Скорость. Ускорение.

План

1. Тело отсчета. Система отсчета. Траектория движения. Путь. Перемещение.

2. Скорость.

3. Ускорение. Тангенциальная и нормальная составляющие ускорения.

1. Тело отсчета. Система отсчета. Траектория движения. Путь. Перемещение.

Положение материальной точки в пространстве в данный момент времени определяется по отношению к какому-либо другому телу, которое называется телом отсчета. С ним связывается система отсчета – совокупность системы координат и часов, связанных с телом, по отношению к которому изучается движение каких-нибудь других материальных точек. Выбор системы отсчета зависит от задач исследования. При кинематических исследованиях все системы отсчета равноправны (декартовая, полярная). В задачах динамики преимущественную роль играют инерциальные системы отсчета, по отношению к которым дифференциальные уравнения движения имеют более простой вид.

В декартовой системе координат положение точки А в данный момент времени по отношению к этой системе определяется тремя координатами х, у и z, или радиусом-вектором (рис. 1.1). При движении материальной точки ее координаты с течением времени изменяются. В общем случае ее движение определяется уравнениями (1.1)

или векторным уравнением =(t). (1.2)

Эти уравнения называются кинематическими уравнениями движения материальной точки.

Исключая время t в системе уравнений (1.1), получим уравнение траектории движения материальной точки. Например, если кинематические уравнения движения точки заданы в форме

то, исключая t, получим: , откуда

т.е. точка движется в плоскости z = 0 по эллиптической траектории с полуосями, равными a и b.

Траекторией движения материальной точки называется линия, описываемая этой точкой в пространстве. В зависимости от формы траектории движение может быть прямолинейным и криволинейным.

Рассмотрим движение материальной точки вдоль произвольной траектории АВ (рис. 1.2). Отсчет времени начнем с момента, когда точка находилась в положении А (t = 0). Длина участка траектории АВ, пройденного материальной точкой с момента t = 0, называется длиной пути и является скалярной функцией времени . Вектор , проведенный из начального положения движущейся точки в положение ее в данный момент времени, называется вектором перемещения. При прямолинейном движении вектор перемещения совпадает с соответствующим участком траектории и его модуль равен пройденному пути .

2. Скорость.

Скорость – это векторная физическая величина, введенная для определения быстроты движения и его направления в данный момент времени.

Пусть материальная точка движется по криволинейной траектории и в момент времени tей соответствует радиус-вектор . (рис. 1.3). В течение малого интервала времени точка пройдет путь и получит бесконечно малое перемещение . Различают среднюю и мгновенную скорости.

Вектором средней скорости называется отношение приращения радиуса-вектора точки к промежутку времени :

(1.3)

Вектор направлен так же, как . При неограниченном уменьшении , средняя скорость стремится к предельному значению, которое называется мгновенной скоростью или просто скоростью:

(1.4)

Таким образом, скорость – это векторная величина, равная первой производной радиуса-вектора движущейся точки по времени. Так как секущая в пределе совпадает с касательной, то вектор скорости направлен по касательной к траектории в сторону движения.

По мере уменьшения длина дуги все более приближается к длине стягивающей ее хорды, т.е. численное значение скорости материальной точки равно первой производной длины ее пути по времени:

Таким образом, (1.5)

Из выражения (1.5) получаем Интегрируя по времени от до , найдем длину пути, пройденного материальной точкой за время :

(1.6)

Если направление вектора мгновенной скорости во время движения материальной точки не изменяется, это означает, что точка движется по траектории, касательные к которой во всех точках имеют одно и то же направление. Таким свойством обладают только прямолинейные траектории. Значит, рассматриваемое движение будет прямолинейным.

Если направление вектора скорости материальной точки изменяется с течением времени, точка будет описывать криволинейную траекторию.

Если численное значение мгновенной скорости точки остается во время движения постоянным, то такое движение называется равномерным. В этом случае

(1.7)

Это означает, что за произвольные равные промежутки времени материальная точка проходит пути равной длины.

Если за произвольные равные промежутки времени точка проходит пути разной длины, то численное значение ее скорости с течением времени изменяется. Такое движение называется неравномерным. В этом случае пользуются скалярной величиной, называемой средней скоростью неравномерного движения на данном участке траектории. Она равна численному значению скорости такого равномерного движения, при котором на прохождение пути затрачивается то же время , что и при заданном неравномерном движении: (1.8)

Если материальная точка одновременно участвует в нескольких движениях, то по закону независимости движений ее результирующее перемещение равно векторной сумме перемещений, совершаемых ею за то же время в каждом из движений в отдельности. Поэтому скорость результирующего движения находится как векторная сумма скоростей всех тех движений, в которых материальная точка участвует.

3. Ускорение. Тангенциальная и нормальная составляющие ускорения.

В природе чаще всего наблюдаются движения, в которых скорость изменяется как по величине (модулю), так и по направлению, т.е. приходится иметь дело с неравномерными движениями. Для характеристики изменения скорости таких движений вводится понятие ускорения.

Пусть за время движущаяся точка перешла из положения А в положение В (рис. 1.4). Вектор задает скорость точки в положении А. В положении В точка приобрела скорость, отличную от как по величине, так и по направлению и стала равной . Перенесем вектор в точку А и найдем .

Средним ускорением неравномерного движения в интервале времени от до называется векторная величина, равная отношению изменения скорости к интервалу времени :

(1.9)

Очевидно, что вектор совпадает по направлению с вектором изменения скорости .

Мгновенным ускорением или ускорением материальной точки в момент времени будет предел среднего ускорения: (1.10)

Таким образом, ускорение есть векторная величина, равная первой производной скорости по времени.

Разложим вектор на две составляющие. Для этого из точки А по направлению скорости отложим вектор , по модулю равный . Тогда вектор , равный , определяет изменение скорости по модулю (величине) за время , т.е. . Вторая же составляющая вектора характеризует изменение скорости на время по направлению - .

Составляющая ускорения, определяющая изменение скорости по величине, называется тангенциальной составляющей . Численно она равна первой производной по времени от модуля скорости: (1.11)

Найдем вторую составляющую ускорения, называемую нормальной составляющей. Допустим, что точка В достаточно близка к точке А, поэтому путь можно считать дугой окружности некоторого радиуса r, мало отличающегося от хорды АВ. Из подобия треугольников АОВ и ЕАD следует, что , откуда В пределе при поэтому вторая составляющая ускорения равна: . (1.12)

Она характеризует быстроту изменения скорости по направлению и направлена к центру кривизны траектории по нормали. Ее называют также центростремительным ускорением.

Полное ускорение тела есть геометрическая сумма тангенциальной и нормальной составляющих: . (1.13)

Из рис. 1.5 следует, что модуль полного ускорения равен:

(1.14)

Направление полного ускорения определяется углом между векторами и . Очевидно, что

(1.15)

В зависимости от значений тангенциальной и нормальной составляющих ускорения движение тела классифицируется по-разному. Если (величина скорости не изменяется по величине), движение является равномерным. Если 0, движение называется ускоренным, если замедленным. Если = const0, то движение называется равнопеременным. Наконец, в любом прямолинейном движении (нет изменения направления скорости).

Таким образом, движение материальной точки может быть следующих видов:

1) - прямолинейное равномерное движение ();

2) - прямолинейное равнопеременное движение. При таком виде движения

Если начальный момент времени , а начальная скорость , то, обозначив и , получим: откуда . (1.16)

Проинтегрировав это выражение в пределах от нуля до произвольного момента времени, получим формулу для нахождения длины пути, пройденного точкой при равнопеременном движении: (1.17)

3) - прямолинейное движение с переменным ускорением;

4) - скорость по модулю не изменяется, откуда видно, что радиус кривизны должен быть постоянным. Следовательно, данное движение по окружности является равномерным;

5) - равномерное криволинейное движение;

6) - криволинейное равнопеременное движение;

7) - криволинейное движение с переменным ускорением.

1.3. Кинематика вращательного движения твердого тела.

План

1. Угловая скорость. Период и частота вращения.

2. Угловое ускорение.

3. Кинематические уравнения поступательного и вращательного движений.

1. Угловая скорость. Период и частота вращения.

Как уже отмечалось, вращательным движением абсолютно твердого тела вокруг неподвижной оси называется такое его движение, при котором все точки тела движутся в плоскостях, перпендикулярных к неподвижной прямой, называемой осью вращения, и описывают окружности, центры которых лежат на этой оси.

Рассмотрим твердое тело, которое вращается вокруг неподвижной оси (рис. 1.6).Тогда отдельные точки этого тела будут описывать окружности разных радиусов, центры которых лежат на оси вращения. Пусть некоторая точка А движется по окружности радиуса R. Ее положение через промежуток времени зададим углом .

Угловой скоростью вращения называется вектор, численно равный первой производной угла поворота тела по времени и направленный вдоль оси вращения по правилу правого винта:

(1.18)

Единица измерения угловой скорости радиан в секунду (рад/с).

Таким образом, вектор определяет направление и быстроту вращения. Если , то вращение называется равномерным.

Угловая скорость может быть связана с линейной скоростью произвольной точки А. Пусть за время точка проходит по дуге окружности длину пути . Тогда линейная скорость точки будет равна:

(1.19)

При равномерном вращении его можно охарактеризовать периодом вращения Т – временем, за которое точка тела совершает один полный оборот, т.е. поворачивается на угол 2π:

Число полных оборотов, совершаемых телом при равномерном движении по окружности, в единицу времени называется частотой вращения:

откуда

2. Угловое ускорение.

Для характеристики неравномерного вращения тела вводится понятие углового ускорения. Угловым ускорением называется векторная величина, равная первой производной угловой скорости по времени: (1.20)

При вращении тела вокруг неподвижной оси вектор углового ускорения направлен вдоль оси вращения в сторону вектора угловой скорости (рис. 1.7); при ускоренном движении вектор направлен в ту же сторону, что и , и в противоположную сторону при замедленном вращении .

Выразим тангенциаль-ную и нормальную состав-ляющие ускорения точки А вращающегося тела через угловую скорость и угловое ускорение: (1.21)

(1.22)

В случае равнопеременного движения точки по окружности ():

,

где начальная угловая скорость.

3. Кинематические уравнения поступательного и вращательного движений.

Поступательное и вращательное движения твердого тела являются лишь простейшими типами его движения. В общем случае движение твердого тела может быть весьма сложным. Однако в теоретической механике доказывается, что любое сложное движение твердого тела можно представить как совокупность поступательного и вращательного движений.

Кинематические уравнения поступательного и вращательного движений сведены в табл. 1.1

Таблица 1.1

Поступательное	Вращательное
Равномерное
Равнопеременное
Неравномерное

Краткие выводы

• Часть физики, которая изучает закономерности механического движения и причины, вызывающие или изменяющие это движение, называется механикой. Классическая механика (механика Ньютона-Галилея) изучает законы движения макроскопических тел, скорости которых малы по сравнению со скоростью света в вакууме.

• Кинематика – раздел механики, предметом изучения которого является движение тел без рассмотрения причин, которыми это движение обусловлено.

• В механике для описания движения тел в зависимости от условий конкретных задач используются различные физические модели: материальная точка, абсолютно твердое тело, абсолютно упругое тело, абсолютно неупругое тело.

• Движение тел происходит в пространстве и во времени. Поэтому для описания движения материальной точки надо знать, в каких местах пространства эта точка находилась и в какие моменты времени она проходила то или иное положение. Совокупность тела отсчета, связанной с ним системы координат и синхронизированных между собой часов называется системой отсчета.

• Вектор , проведенный из начального положения движущейся точки в положение ее в данный момент времени называется вектором перемещения. Линия, описываемая движущейся материальной точкой (телом) относительно выбранной системы отсчета называется траекторией движения. В зависимости от формы траектории различают прямолинейное и криволинейное движение. Длина участка траектории, пройденного материальной точкой за данный промежуток времени, называется длиной пути.

• Скорость – это векторная физическая величина, которая характеризует быстроту движения и его направление в данный момент времени. Мгновенная скорость определяется первой производной радиуса-вектора движущейся точки по времени:

Вектор мгновенной скорости направлен по касательной к траектории в сторону движения. Модуль мгновенной скорости материальной точки равен первой производной длины ее пути по времени:

• Ускорение – векторная физическая величина для характеристики неравномерного движения. Она определяет быстроту изменения скорости по модулю и направлению. Мгновенное ускорение - векторная величина, равная первой производной скорости по времени:

Тангенциальная составляющая ускорения характеризует быстроту изменения скорости по величине (направлена по касательной к траектории движения):

Нормальная составляющая ускорения характеризует быстроту изменения скорости по направлению (направлена к центру кривизны траектории):

Полное ускорение при криволинейном движении – геометрическая сумма тангенциальной и нормальной составляющих:

,

• Векторная величина, определяемая первой производной угла поворота тела по времени, называется угловой скоростью:

Вектор направлен вдоль оси вращения по правилу правого винта.

• При равномерном вращении время, за которое точка тела совершает один полный оборот, т.е. поворачивается на угол 2π, называется периодом вращения:

Частота вращения – число полных оборотов, совершаемых телом при равномерном его движении по окружности в единицу времени:

• Угловое ускорение – это векторная физическая величина, определяемая первой производной угловой скорости по времени:

При ускоренном вращении тела вокруг неподвижной оси вектор сонаправлен вектору , при замедленном – противонаправлен ему.

• Связь между линейными (длина пути s, пройденного точкой по окружности радиуса R, линейная скорость v, тангенциальное ускорение , нормальное ускорение ) и угловыми характеристиками (угол поворота φ, угловая скорость ω, угловое ускорение ε) выражается следующими формулами:

.

Вопросы для самоконтроля и повторения

1. Что является предметом изучения механики? Какова структура механики?

2. Что такое физическая модель? Какие физические модели использует механика для описания движения материальных объектов?

3. Что представляет собой система отсчета? Что называется вектором перемещения?

4. Какое движение называется поступательным? Вращательным?

5. Что характеризуют скорость и ускорение? Дайте определения средней скорости и среднего ускорения, мгновенной скорости и мгновенного ускорения.

6. Составьте уравнение траектории движения тела, брошенного горизонтально со скоростью v₀ с некоторой высоты. Сопротивление воздуха не учитывать.

7. Что характеризуют тангенциальная и нормальная составляющие ускорения? Каковы их модули?

8. Как можно классифицировать движение в зависимости от тангенциальной и нормальной составляющих ускорения?

9. Что называется угловой скоростью и угловым ускорением? Как определяются их направления?

10. Какими формулами связаны между собой линейные и угловые характеристики движения?

Примеры решения задач

Задача 1. Пренебрегая сопротивлением воздуха, определить угол, под которым тело брошено к горизонту, если максимальная высота подъема тела равна 1/4 дальности его полета (рис. 1.8).

Дано: .

Найти: .

Решение

Составляющие начальной скорости тела

Ответ:

Задача 2. Тело вращается вокруг неподвижной оси по закону, выражаемому формулой Найти величину полного ускорения точки, находящейся на расстоянии 0,1 м от оси вращения для момента времени 4 с (рис. 1.9).

Дано: ; 0,1 м; 4 с.

Найти:

Решение

где

рад/с²=const.

В момент времени 4 с рад/с;

м/с².

Ответ: а=1,65 м/с².

Задачи для самостоятельного решения

1. Движения двух материальных точек описываются следующими уравнениями: и В какой момент времени скорости этих точек будут одинаковыми? Чему равны скорости и ускорения точек в этот момент?

2. С высоты 1000 м падает тело без начальной скорости. Одновременно с высоты 1100 м падает другое тело с некоторой начальной скоростью. Оба тела достигают земли в один и тот же момент времени. Пренебрегая сопротивлением воздуха, найти начальную скорость второго тела.

3. Велосипедист проехал первую треть пути со скоростью 10 м/с, затем половину пути со скоростью 6 м/с и оставшуюся часть пути со скоростью 2 м/с. Чему равна средняя скорость велосипедиста?

4. Мяч бросили со скоростью 10 м/с по углом 40⁰ к горизонту. Не учитывая сопротивления воздуха, найти: а) на какую высоту поднимется мяч? б) на каком расстоянии от места бросания мяч упадет на землю? в) сколько времени мяч будет в движении?

5. Камень, брошенный горизонтально, упал на землю через 0,5 с на расстоянии 5 м по горизонтали от места бросания. Не учитывая сопротивления воздуха, определить: а) с какой высоты брошен камень? б) чему равна начальная скорость камня? в) с какой скоростью камень упал на землю? г) какой угол составляет траектория камня с горизонтом в точке его падения на землю?

6. Колесо радиусом 0,1 м вращается так, что зависимость угловой скорости от времени задается уравнением , где А=2 рад/с² и В=1 рад/с⁵. Определить полное ускорение точек обода колеса через t=1 с после начала вращения и число оборотов, сделанных колесом за это время.

7. Частота вращения колеса при равнозамедленном движении за t=1 мин уменьшилась от 300 до 180 об/мин. Определить: а) угловое ускорение колеса; б) число полных оборотов, сделанных колесом за это время.

8. Диск радиусом R=10 см вращается вокруг неподвижной оси так, что зависимость угла поворота радиуса диска от времени задается уравнением (В=1 рад/с, С=1 рад/с², D=1 рад/с³). Определить для точек на ободе колеса к концу второй секунды после начала движения: а) тангенциальное ускорение; б) нормальное ускорение; в) полное ускорение.

9. Колесо, вращаясь равноускоренно, достигло угловой скорости 20 рад/с через 10 оборотов после начала вращения. Найти угловое ускорение колеса.

10. Колесо, вращаясь равноускоренно, спустя 1 мин после начала движения приобретает скорость, соответствующую частоте 720 об/мин. Найти угловое ускорение колеса и число оборотов за эту минуту.

Лекция №2 Механическое колебательное движение.

Колебательным движением (колебаниями) называют всякий процесс, который обладает свойством повторяемости во времени.

Периодическим называется движение, при котором физические величины, характеризующие колебательную систему, через равные промежутки времени принимают одни и те же значения.

При периодическом колебательном движение тело (материальная точка) перемещается вблизи устойчивого положения равновесия, отклоняясь то в одну, то в другую сторону. При этом через любую точку траектории, за исключением крайних, тело проходит как в прямом, так и в обратном направлении. Следовательно, отличительным признаком колебательного движения является его возвратность.

Например, механическим колебательным движением является: движение тела, подвешенного на нити (маятник); колебания тела, подвешенного на пружине (пружинный маятник); колебания струн; вибрации фундаментов зданий.

Таким образом, отличительными признаками колебательного движения являются: 1) повторяемость движения; 2) возвратность движения (движение как в прямом, так и в обратном направлении).

Для существования механических колебаний необходимо:

• наличие силы, стремящейся возвратить тело в положение равновесия при малом смещении из этого положения;

• достаточно малое трение в системе, поскольку, в противном случае, колебания быстро затухнут или вообще не возникнут.

Величины, характеризующие колебания

Наиболее важными величинами, характеризующими механические колебания, являются:

• число колебаний за некоторый промежуток времени t. Обозначается буквой N;

• координата материальной точки или ее смещение (отклонение) — величина, характеризующая положение колеблющейся точки в момент времени t относительно положения равновесия и измеряемая расстоянием от положения равновесия до положения точки в заданный момент времени. Обозначается буквой x, измеряется в метрах (м);

• амплитуда — максимальное смещение тела или системы тел из положения равновесия. Обозначается буквой A или x_max, измеряется в метрах (м);

• период — время совершения одного полного колебания. Обозначается буквой T, измеряется в секундах (с);

• частота — число полных колебаний в единицу времени. Обозначается буквой ν, измеряется в герцах (Гц);

• циклическая частота, число полных колебаний системы в течение 2π секунд. Обозначается буквой ω, измеряется в радиан в секунду (рад/с);

• фаза — аргумент периодической функции, определяющий значение физической величины в любой момент времени t. Обозначается буквой φ, измеряется в радианах (рад);

• начальная фаза — аргумент периодической функции, определяющий значение физической величины в начальный момент времени (t = 0). Обозначается буквой φ₀, измеряется в радианах (рад).

Электромагнитные колебания

Получить электрические магнитные колебания также легко, как и заставить колебаться математический или пружинный маятники, но наблюдать эти колебания без специальных устройств невозможно.

Вопрос: Какие же величины могут периодически изменятся в электрических цепях?

Опр. 1. Периодические или почти периодические изменения заряда, силы тока , и напряжения называются электромагнитными колебаниями.

В классической механике - это низкочастотные колебания.

В квантовой механике - это высокочастотные колебания.

Из вывода Максвелла следует, что в природе существует единое электромагнитное поле.

Рис. 2

Опр. 2. Одновременное периодическое изменение связанных между собой электрического и магнитного полей называется электромагнитными колебаниями.

Как и механические колебания, электромагнитные колебания могут быть:

- свободными (затухающими)
- вынужденными (незатухающими)

а) Свободные электромагнитные колебания возникают в колебательном контуре после однократного подведения энергии.

Рассмотрим электромагнитные колебания с точки зрения преобразования энергии в колебательном контуре.

Объяснение явления: На обкладках конденсатора сосредоточен электрический заряд, после того как колебательному контуру предоставляется самостоятельность, конденсатор разряжается через катушку индуктивности, в которой возникает электрический ток. В конденсаторе сосредоточено электрическое поле с энергией W, которая уменьшается по мере разрядки конденсатора, а в катушке возрастанию тока способствует увеличению магнитной энергии W.

Если контур реальный, то потери энергии электромагнитного поля неизбежны, т.к. частично энергия электромагнитного поля переходит во внутреннюю энергию проводников, диэлектрика, а также выделяется в виде джоулевого тепла на активной нагрузке (омическом сопротивлении R). В результате, в реальном контуре возникают свободные электромагнитные колебания, которые являются затухающими.

Вывод: Свободные колебания, возникающие при разрядке конденсатора через катушку — затухающие электромагнитные колебания.

Контрольные вопросы:

Прочитать лекцию и ответить на следующие вопросы:

1 Что называют колебательным движением?

2. Какие колебания называют периодическими?

3. Что происходит при периодическом колебательном движении?

4. Что является отличительными признаками колебательного движения?

5. Приведите примеры механического колебательного движения? И те которые указаны в тексте и свои примеры.

6. Что необходимо для существования механических колебаний?

7. Назовите величины, которые характеризуют колебательное движение?

8. Что такое амплитуда, период и частота? Дать определения и их единицы измерения.

9. Что называют электромагнитными колебаниями?

10. Какие существуют виды электромагнитных колебаний?

11. Из чего состоит колебательный контур? Где применяется?

Критерии оценки:

1. Ответить правильно 11 вопросов: 5 баллов.

2. Ответить 8-10 вопросов: 4 балла.

3. Ответить 5-7 вопросов: 3 балла.

4 . Менее 5 вопросов: 2 балла.

Учитывается правильность ответа.

Лекция №3: КВАНТОВАЯ ФИЗИКА 1) В конце двадцатого века зародилась квантовая теория - теория движения и взаимодействия элементарных частиц и состоящих из них систем.

Для объяснения закономерностей теплового излучения Макс Планк (великий немецкий физик - теоретик, основатель квантовой теории (1858 - 1947-года жизни)) предложил, что атомы испускают электромагнитную энергию не непрерывно, а отдельными порциями - квантами.

Поглощается электромагнитная энергия также отдельными порциями. Это подтверждается явлением фотоэффекта. Фотоэффект - это вырывание электронов из вещества под действием света. Число вырванных электронов пропорционально интенсивности излучения, а кинетическая энергия электронов определяется только частотой света.

При излучении и поглощении свет обнаруживает корпускулярные свойства. Световая частица называется квантом света или фотоном.

В процессе распространения свет обнаруживает волновые свойства (явление интерференции и дифракции).

Свет обладает дуализмом (двойственностью) свойств. Впоследствии было установлено существование корпускулярно - волнового дуализма у всех элементарных частиц. («корпускула» - означает «частица»).

Фотоэффект широко используется в технике. С помощью специальных приборов - фотоэлементов - энергия света управляет энергией электрического тока или превращается в неё. Фотоэлементы применяются в различных «видящих» автоматов. На явлении фотоэффекта основано устройство солнечных батарей.

Из теории Максвелла (великого английского физика) следовало, что свет оказывает давление на препятствия. Давление это очень мало. Оно было впервые обнаружено и измерено Петром Николаевичем Лебедевым, русским учёным.

Поглощение света веществом сопровождается химическим действием света. В зелёных листьях растений и во многих микроорганизмах важнейшие химические реакции происходят под действием света. Углекислый газ поглощается из атмосферы листьями и расщепляется на углерод и кислород. В этом состоит процесс фотосинтеза.

2) Контрольные вопросы (ответить письменно)

1. Что изучает квантовая теория?

2. Кто считается основателем квантовой теории?

3. Что означает слово «квант»?

4. Что такое «фотон»?

5. Что называется фотоэффектом?

6. Где применяется явление фотоэффекта?

7. Что означает слово «корпускула»?

8. Кто впервые обнаружил и измерил давление света?

9. Приведите примеры химического действия света.

3) Составить конспект по теме: «Применение фотоэффекта» ; «Химическое действие света. Фотография» См. п. 91, 93 , стр.251, 249; Ф-11 кл. ;авт. Мякишев.

ЛЕКЦИЯ №7

Тема: Строение атома. Явление естественной радиоактивности.

1. Слово «атом» по-гречески означает «неделимый». Так древнегреческие учёные назвали частицы, из которых, как они считали, состоят все тела.

Большая заслуга в раскрытии строения атома принадлежит английскому ученому Эрнесту Резерфорду (1871-1937) и его ученикам. Изучив результаты многочисленных опытов, Резерфорд пришёл к выводу, что атом состоит из положительного заряженного ядра и образовавшихся вокруг ядра электронов. Совокупность таких электронов называют электронной оболочкой атома.

Далее было установлено, что ядра атомов имеют положительный заряд, равный по абсолютной величине заряду электрона. В нейтральном атоме это число равно числу электронов, обращающихся вокруг ядра. Положительный заряд ядра - результат наличия в нём положительно заряженных частиц - протонов.

Зная заряд ядра, можно найти число электронов в электронной оболочке атома, и наоборот, по числу электронов в атоме можно определить заряд ядра.

У атома водорода, например, один электрон, у гелия - два электрона, у лития - три. Следовательно, положительный заряд ядер атомов этих химических элементов будет равен соответственно одному, двум, трём зарядам электрона.

Так как число электронов в атоме сравнительно велико и масса электрона меньше массы протона в 1840 раз, можно считать, что практически вся масса атома сосредоточена в его ядре.

2. Явление естественной радиоактивности.

В развитии учения о строении атома большое значение имело открытие радиоактивности.

Радиоактивность открыта французским учёным Беккерелем. Беккерель обнаружил, что руда, содержащая соединения металла урана, испускает особые лучи, не воспринимаемые глазом, но действующие, например, на фотографическую пластинку.

Если в тёмной комнате положить на фотопластинку кусочек урановой руды и, спустя несколько дней проявить пластинку, то на ней окажется изображение кусочка руды. Таким путём Беккерель и обнаружил явление радиоактивности.

Вскоре после открытия Беккереля было установлено, что невидимые лучи испускают и некоторые другие вещества. Все такие вещества стали называть радиоактивными, а свойство вещества испускать подобные лучи - радиоактивностью.

Итак, Самопроизвольное излучение химических элементов (с порядковым номером более 83 в периодической системе таблицы Менделеева) называется радиоактивностью.

Радиоактивность - самопроизвольное превращение одних ядер в другие, сопровождаемое испусканием различных частиц.

Самопроизвольное излучение означает: излучение без каких - либо внешних воздействий.

Большая заслуга в изучении явления радиоактивности принадлежит выдающимся учёным Марии Склодовской - Кюри (1867-1934, выдающийся польский физик и химик) и её мужу Пьеру Кюри. Переработав несколько тонн урановой руды, они добыли около 1 грамма бромистой соли радия. Учёные назвали этот металл радием (что означает лучистый, от слова радиус.). Уже одна десятимиллиардная доля грамма радия может быть обнаружена по его радиоактивным действия.

Лучи, испускаемые радием, действуют на фотографическую пластинку, делают электропроводным воздух, вызывают свечение некоторых веществ и проходят через тонкие металлические пластинки. Тяжёлые металлы, например свинец, задерживают это излучение.

Радий и другие радиоактивные вещества непрерывно выделяют энергию; благодаря этому радий всегда немного теплее окружающих предметов. За час 1 грамм радия выделяет около 140 калорий.

После открытия радиоактивности возник вопрос о том, что представляет собой излучение радиоактивных веществ, какова его природа. Этот вопрос был решён английским учёным Резерфордом (1871-1937).

Если кусочек радиоактивного вещества заключить в свинцовый сосуд с узким каналом и поместить в сильное электрическое поле, то лучи, испускаемые радиоактивным веществом, под действием поля разделятся на три разнородных пучка. Этим пучкам присвоили название трёх первых букв греческого алфавита: альфа - излучение, бета - излучение и гамма - излучение.

Альфа - излучение оказалось потоком ядер газа гелия, летящих с большой скоростью и имеющих положительный электрический заряд, вдвое больший заряда ядра водорода. Масса ядра гелия примерно в четыре раза больше массы ядра водорода. В электрическом поле альфа - лучи отклоняются в сторону отрицательно заряженной пластинки.

Бета - излучение представляют собой поток быстрых электронов. В электрическом поле он откланяется в сторону, противоположную отклонению альфа - частиц.

Гамма - излучение не отклоняется ни в электрическом, ни в магнитном поле, оно имеет такую же природу, как свет.

Самой большой проникающей способностью обладают гамма-лучи. А самой маленькой проникающей способностью обладают альфа-лучи.

Контрольные вопросы.

1. Кто открыл строение атома?

2. Из чего состоит атом?

3. Что называют электронной оболочкой атома?

4. Какой заряд имеет ядро атома: положительный или отрицательный?

5. Благодаря каким частицам ядро имеет положительный заряд?

6. В каком случае атом нейтрально заряжен?

7. Как можно определить число электронов в электронной оболочке атома?

8. Как можно определить заряд ядра атома?

9. Сколько электронов у водорода?

10. Сколько протонов и электронов у гелия? У Лития?

11. Где сосредоточена вся масса атома?

12. Кто открыл явление радиоактивности?

13. Что называется радиоактивностью?

14. Приведите примеры радиоактивных элементов?

15. Что называют самопроизвольным излучением?

16. Кто ещё занимался изучением явления радиоактивности?

17. Перечислите свойства лучей Радия? Что они могут делать?

18. Какова роль английского учёного Резерфорда в истории изучения радиоактивного излучения?

19. Какой металл не пропускает радиоактивные лучи?

20.Как можно разделить радиоактивные лучи на три разнородных пучка?

21. Что представляют собой альфа-лучи? (дать им характеристику).

22. Что представляют собой бета-лучи?

23. Что представляют собой гамма-лучи?

24. Какие лучи обладают самой большой проникающей способностью? А какие лучи самые слабые по проникающей способности?

25. Из чего состоят все тела на Земле?

26. Из чего состоит молекула?

ЛЕКЦИЯ №4

«Ядерные реакции. Цепная ядерная реакция. Ядерный реактор».

1. Ядерной реакцией называют изменения атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами или друг с другом.

Первая ядерная реакция на быстрых протонах была осуществлена в 1932 году.

Удалось расщепить литий на две альфа- частицы; (альфа - частица - это ядро атома гелия).

2. Деление ядер урана - было открыто в 1938 году немецким учёным Штрассманом. Он установил, что при бомбардировке урана нейтронами возникают элементы средней части периодической системы таблицы Менделеева: барий, криптон и т.д.

Ядро урана с атомной массой 235 имеет форму шара. Поглотив лишний нейтрон, ядро начинает деформироваться, приобретая вытянутую форму. Ядро растягивается. В итоге разрывается на две части, при этом происходит испускание нейтронов в процессе деления (два-три нейтрона).

3. Цепная ядерная реакция: любой из нейтронов, вылетающих из ядра в процессе деления, может в свою очередь вызвать деления соседнего ядра, которое также испускает нейтроны, способные вызвать дальнейшее деление. В результате число делящихся ядер очень быстро увеличивается. Возникает цепная ядерная реакция.

Определение: Ядерной цепной реакцией называется реакция, в которой частицы, вызывающие её (нейтроны) образуются как продукты этой реакции.

Цепная реакция сопровождается выделением огромной энергии.

4. Определение: Устройство, в котором осуществляется управляемая реакция деления ядер, называется ядерным (или атомным) реактором.

Контрольные вопросы:

1. Что называют ядерной реакцией?

2. Что называют цепной ядерной реакцией?

3. Описать механизм протекания цепной ядерной реакции урана.

4. Кто и в каком году было открыто деление ядер урана?

Основные источники

Для преподавателей

1. Конституция Российской Федерации (принята всенародным голосованием 12.12.1993) (с учетом поправок, внесенных федеральными конституционными законами РФ о поправках к Конституции РФ от 30.12.2008 № 6-ФКЗ, от 30.12.2008 № 7-ФКЗ) // СЗ РФ.2009. № 4. Ст. 445.

2. Федеральный закон от 29.12. 2012 № 273-ФЗ (в ред. федеральных законов от 07.05.2013 № 99-ФЗ, от 07.06.2013 № 120-ФЗ, от 02.07.2013 № 170-ФЗ, от 23.07.2013 № 203-ФЗ, от 25.11.2013 № 317-ФЗ, от 03.02.2014 № 11-ФЗ, от 03.02.2014 № 15-ФЗ, от 05.05.2014 № 84-ФЗ, от 27.05.2014 № 135-ФЗ, от 04.06.2014 № 148-ФЗ, с изм., внесенными Федеральным законом от 04.06.2014 № 145-ФЗ) «Об образовании в Российской федерации».

3. Приказ Министерства образования и науки РФ «Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта среднего (полного) общего образования» (зарегистрирован в Минюсте РФ 07.06.2012 № 24480).

4. Приказ Минобрнауки России от 29.12.2014 № 1645 «О внесении изменений в Приказ Министерства образования и науки Российской Федерации от 17.05.2012 № 413 “Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта среднего (полного) общего образования».

5. Письмо Департамента государственной политики в сфере подготовки рабочих кадров и ДПО Минобрнауки России от 17.03.2015 № 06-259 «Рекомендации по организации получения среднего общего образования в пределах освоения образовательных программ среднего профессионального образования на базе основного общего образования с учетом требований федеральных государственных образовательных стандартов и получаемой профессии или специальности среднего профессионального образования».

6. Федеральный закон от 10.01.2002 № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» (в ред. от 25.06.2012, с изм. от 05.03.2013) // СЗ РФ. — 2002. — № 2. — Ст. 133.

7. Дмитриева В. Ф., Васильев Л. И. Физика для профессий и специальностей технического профиля: методические рекомендации: метод. пособие. — М., 2010.

Для студентов

1. Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: учебник для образовательных учреждений сред. проф. образования. — М., 2014.

2. Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля. Сборник задач: учеб. пособие для образовательных учреждений сред. проф. образования. — М., 2014.

3. Дмитриева В. Ф., Васильев Л. И. Физика для профессий и специальностей технического профиля. Контрольные материалы: учеб. пособия для учреждений сред. проф. образования / В. Ф. Дмитриева, Л. И. Васильев. — М., 2014.

4. Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля. Лабораторный практикум: учеб. пособия для учреждений сред. проф. образования / В. Ф. Дмитриева,А. В. Коржуев, О. В. Муртазина. — М., 2015.

5. Дмитриева В.Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: электронный учеб.-метод. комплекс для образовательных учреждений сред. проф. образования. — М.,2014.

6. Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: электронное учебное издание (интерактивное электронное приложение) для образовательных учреждений сред. проф. образования. — М., 2014.

7. Касьянов В. А. Иллюстрированный атлас по физике: 10 класс.— М., 2010.

8. Касьянов В. А. Иллюстрированный атлас по физике: 11 класс. — М., 2010.

9. Трофимова Т. И., Фирсов А. В. Физика для профессий и специальностей технического и естественнонаучного профилей: Сборник задач. — М., 2013.

10. Трофимова Т. И., Фирсов А. В. Физика для профессий и специальностей технического и естественнонаучного профилей: Решения задач. — М., 2015.

11. Трофимова Т. И., Фирсов А. В. Физика. Справочник. — М., 2010.

12. Фирсов А. В. Физика для профессий и специальностей технического и естественнонаучного профилей: учебник для образовательных учреждений сред. проф. образования / под ред. Т. И. Трофимовой. — М., 2014.

Интернет- ресурсы

1. www. fcior. edu. ru (Федеральный центр информационно-образовательных ресурсов).

2. wwww. dic. academic. ru (Академик. Словари и энциклопедии).

3. www. booksgid. com (Воокs Gid. Электронная библиотека).

4. www. globalteka. ru (Глобалтека. Глобальная библиотека научных ресурсов).

5. www. window. edu. ru (Единое окно доступа к образовательным ресурсам).

6. www. st-books. ru (Лучшая учебная литература).

7. www. school. edu. ru (Российский образовательный портал. Доступность, качество, эффективность).

8. www. ru/book (Электронная библиотечная система).

9. www. alleng. ru/edu/phys. htm (Образовательные ресурсы Интернета Физика).

10. www. school-collection. edu. ru (Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов).

11. https//fiz.1september. ru (учебно-методическая газета «Физика»).

12. www. n-t. ru/nl/fz (Нобелевские лауреаты по физике).

13. www. nuclphys. sinp. msu. ru (Ядерная физика в Интернете).

14. www. college. ru/fizika (Подготовка к ЕГЭ).

15. www. kvant. mccme. ru (научно-популярный физико-математический журнал «Квант»).

16. www. yos. ru/natural-sciences/html (естественно-научный журнал для молодежи «Путь в науку»).