Формулы по физике 11 класс

Физика 11 класс

Магнитное поле

• Модуль вектора магнитной индукции
  Модуль вектора магнитной индукции (В) — это отношение максимальной силы (F_max), действующей со стороны маг нитного поля на участок проводника с током, к произведению силы тока (I) на длину (l) этого участка.
  
  СИ: Тл

• Закон Ампера
  Сила Ампера (F_А) — это сила, действующая на участок проводника с током в магнитном поле, равная произведению вектора магнитной индукции (В) на силу тока (I), длину участка (l) проводника и на синус угла (α) между магнитной индукции и участком проводника.
  
  СИ: Н

• Сила Лоренца
  Сила Лоренца — это сила (F_Л), действующая на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, равная произведению модуля вектора магнитной индукции (В) на заряд частицы (q), на скорость (v) её упорядоченного движения в проводнике и на синус угла (α) между вектором скорости и вектором магнитной индукции.
  F_Л=q×v×B×sinα
  СИ: Н

• Движение заряженной частицы в магнитном поле
  В однородном магнитном поле (В), направленном перпендикулярно к начальной скорости (v) частицы массой (m) с зарядом (q), сама частица равномерно движется по окружности радиусом (r) с период обращения (T).
  ,
  
  СИ: м, с

• Магнитная проницаемость среды
  Магнитная проницаемость (μ) — это величина, характеризующая магнитные свойства среды и равная отношению вектора магнитной индукции (В) в однородной среде к вектору магнитной индукции (В₀) в вакууме.
  

Электромагнитная индукция

• Магнитный поток (поток магнитной индукции)
  Магнитным потоком (Ф) через поверхность площадью (S) называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции () на площадь (S) и косинус угла (α) между векторами  и нормалью  к плоскости поверхности.
  Ф=
  Ф=,
  где  – проекция вектора магнитной индукции на нормаль к плоскости контура
  СИ: Вб

• Закон электромагнитной индукции
  ЭДС индукции (ξ) в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока (ΔФ/Δt) через поверхность, ограниченную контуром, и имеет знак, противоположный скорости изменения магнитного потока.
  ξ = |ΔФ/Δt|,
  ξ = — ΔФ/Δt
  СИ: В

• ЭДС индукции катушки
  ЭДС индукции (ξ) катушки пропорционален числу (N) её витков
  ξ = — (ΔФ/Δt)×N
  СИ: В

• Коэффициент самоиндукции (индуктивность контура)
  Коэффициент самоиндукции (индуктивность контура) (L) — величина, равная отношению магнитного потока (Ф) к силе тока (I) в проводящем контуре.
  L=Ф/I
  СИ: Гн

• ЭДС самоиндукции
  ЭДС самоиндукции (ξ_is) в цепи пропорциональна скорости изменения силы тока (ΔI) во времени (Δt ).
  
  СИ: В

• Индуктивность
  Индуктивность (L) — это физическая величина, численно равная ЭДС самоиндукции (ξ_is) возникающей в контуре при изменении силы тока (ΔI) на один ампер за время (Δt) одну секунду.
  
  СИ: Гн

• Энергия магнитного поля тока
  Энергия магнитного поля тока (W_M) равна половине произведения индуктивности проводника (L) на квадрат силы тока (I) в нем.
  
  СИ: Дж

Механические колебания и волны

• Период колебаний
  Период колебаний (Т) — продолжительность одного полного колебания, определяемая как отношение времени (t), за которое совершено (N) полных колебаний, к числу этих колебаний
  
  СИ: с

• Частота колебаний
  Частота колебаний (ν) — число колебаний в единицу времени, равное величине, обратной периоду колебаний (Т).
  
  СИ: с^-1

• Циклическая (круговая частота)
  Циклическая (круговая) частота (ω) показывает, какое число колебаний совершает тело за 2π единиц времени, и связана с периодом (T) и частотой (ν) колебаний зависимостями:
  ;
  
  СИ: рад/с

• Период колебаний пружинного маятника
  Период колебаний (T) пружинного маятника тем больше, чем больше масса тела (m) и тем меньше, чем больше жесткость пружины (k).
  
  СИ: с

• Собственная частота колебательной системы
  1) пружинного маятника (ω_п): ω_п=
  2) математического маятника (ω_м): ω_м=
  СИ: рад/с

• Гармонические колебания
  1) Уравнение гармонических колебаний (уравнение координат колеблющегося тела): ; ;
  2) Уравнение скорости колеблющегося тела: ; ;
  3) Уравнение ускорения колеблющегося тела: ; .
  СИ: м, м/с, м/с²

• Полная механическая энергия колеблющегося пружинного маятника
  Полная механическая энергия (W) колеблющегося тела равна:
  1) сумме кинетической (W_К) и потенциальной (W_П) энергий в каждый момент времени: W=W_К+W_П= ;
  2) половине произведения квадрата амплитуды (А) (максимальной координаты x=x_max) его колебаний и жесткости пружины (k): W= W_Пmax= ;
  3) половине произведения квадрата максимальной скорости (v_max) и массы (m) тела: W_Кmax= .
  СИ: Дж

• Скорость волны
  Скорость волны (v) (скорость распространения колебаний в пространстве) равна произведению частоты колебаний (ν) в волне на длину волны (λ).
  
  СИ: м/с

• Длина волны
  Длина волны (λ) — расстояние, на которое распространяются колебания со скоростью (v) за время, равное периоду колебаний (T).
  
  СИ: м

Электромагнитные колебания

• Полная энергия колебательного контура
  Полная энергия (W) электромагнитного поля контура равна сумме энергий магнитного  и электрического  полей.
  ;
   (при i=0);
   (при q=0),
  где L — индуктивность катушки; i — сила переменного тока; I_m— максимальная сила тока; q — переменный заряд конденсатора; q_m — максимальный заряд конденсатора; С — электроёмкость конденсатора.
  СИ: Дж

• Собственная частота колебательной системы
  Собственная чистота колебательной системы (ω₀) зависит только от электроёмкости (С) и индуктивности (L) самой системы.
  
  СИ: рад/с

• Период свободных колебаний в контуре
  Период свободных колебаний в контуре (T) пропорционален электроёмкости (C) и индуктивности (L) самого контура (формула Томсона).
  
  СИ: с

• Фаза гармонических колебаний
  Фаза гармонических колебаний (φ) — величина, стоящая под знаком синуса (или косинуса) в уравнении колебаний, и определяющая состояние колебательной системы в любой момент времени (t).
  
  ,
  где ω₀ – собственная частота колебательной системы; T – период свободных колебаний в контуре
  СИ: рад

• Поток магнитной индукции в цепи переменного тока
  Поток магнитной индукции (Ф), пронизывающий проволочную рамку площадью (S), вращающуюся со скоростью (ω) в постоянном однородном магнитном поле с вектором магнитной индукции (В), в произвольный момент времени (t) равен:
  Ф=
  СИ: Вб

• ЭДС индукции в цепи переменного тока
  ЭДС индукции (е) равна производной от магнитного потока (Ф).
  e = — Ф’
  e = — 
  СИ: В

• Напряжение в цепи переменного тока
  В цепи переменного тока вынужденные электрические колебания происходят под действием напряжения (U), меняющегося во времени (t) с частотой (ω) по синусоидальному или косинусоидальному закону относительно амплитуды напряжений (U_m).
  
  
  СИ: В

• Сила тока в цепи переменного тока
  Колебания силы тока (i) в любой момент времени (t) в общем случае не совпадают с колебаниями напряжения на разность (сдвиг) фаз (φ_c) и определяются по формуле:
  
  СИ: А

• Цепи переменного тока с активным сопротивлением
  В цепи переменного тока с активным сопротивлением (R):
  1) колебания напряжения (u): ;
  2) колебания силы тока (i) совпадают с колебаниями напряжения (u): ;
  3) амплитуда сила тока (I_m): ;
  4) мгновенная мощность (р) на участке с сопротивлением R: ;
  5) средняя мощность () цепи: ;
  6) действующее значение силы тока (I): ;
  7) действующее значение напряжения (U): ;
  8) мощность переменного тока (Р): 
  СИ: В, А, Вт

• Цепи переменного тока с конденсатором
  В цепи переменного тока с конденсатором емкостью (C):
  1) колебания силы тока (i) опережают колебания напряжения (u) на конденсаторе на π/2: ;
  2) амплитуда силы тока (I_m): ;
  3) ёмкостное сопротивление (X_C): ;
  4) действующее значение силы тока (I): ;
  5) действующее значение напряжения (U): 
  СИ: А, Ом, В

• Цепи переменного тока с катушкой индуктивности
  В цепи переменного тока с катушкой индуктивностью (L):
  1) колебания силы тока (i) отстают от колебаний напряжений (u) на конденсаторе на π/2: ;
  2) амплитуда силы тока (I_m): ;
  3) индуктивное сопротивление (X_L): ;
  4) действующее значение силы тока (I): ;
  5) действующее значение напряжения (U): 
  СИ: А, Ом, В

• Общее сопротивление цепи переменного тока
  Общее сопротивление (Z) цепи переменного тока, содержащей активное сопротивление (R), ёмкостное сопротивление (X_C) и индуктивное сопротивление (X_L), равно: 
  СИ: Ом

• Сдвиг фаз в цепи переменного тока
  Сдвиг фаз (φ) в цепи переменного тока определяется активным (R), индуктивным (X_L) и ёмкостным (Х_C) сопротивлениями цепи.
  
  СИ: рад

• Резонанс в колебательном контуре
  Резонанс в электрическом колебательном контуре — явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний силы тока при совпадении частоты (ω) внешнего переменного напряжения с собственной частотой (ω₀) колебательного контура.
  
  СИ: с^-1

• Коэффициент трансформации
  Коэффициентом трансформации (К) называют величину, численно равную отношению напряжений на первичной (U₁) и вторичной (U₂) обмотках трансформации, либо отношению числа витков на первичной (N₁) и вторичной (N₂) обмотках.
  

• Правило трансформаций
  Повышая во вторичной обмотке трансформатора напряжение (U₂) в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем в ней силу тока (I₂) (и наоборот).
  

• КПД трансформатора
  Коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора равен отношению мощности тока во вторичной обмотке (Р₂) к мощности тока в первичной обмотке (Р₁).
  
  
  СИ: %

Электромагнитные волны

• Плотность потока электромагнитного излучения
  Плотностью потока электромагнитного излучения (I) называют:
  1) отношение электромагнитной энергии (ΔW), проходящей за время (t) через перпендикулярную лучам поверхность площадью (S), к произведению площади (S) на время (t): ;
  2) произведение плотности электромагнитной энергии (w) на скорость (c) её распространения: 
  СИ: Вт/м²

• Зависимость плотности потока излучения:
  1) от расстояния до источника:
  плотность потока электромагнитного излучения (I) от точечного источника убывает обратно пропорционально квадрату расстояния (R) до источника
  ;
  2) от частоты:
  плотность потока электромагнитного излучения (I) пропорциональна четвертой степени частоты (ω)
  .
  СИ: Вт/м²

• Принцип радиолокации
  Определение расстояния (R) до цели производят путем измерения общего времени (t) прохождения радиоволн со скоростью (с = 3×10⁸м/с) до цели и обратно.
  
  СИ: м

Волновая и геометрическая оптика

• Предельный угол полного отражения
  Предельный угол полного отражения (α₀) определяется показателем преломления (n) оптической среды.
  
  СИ: град

• Увеличение линзы
  Увеличение линзы (Г) показывает во сколько раз величина изображения предмета (H) превышает размеры (h) самого предмета и равно отношению расстояния (f) от линзы до изображения к расстоянию (d) от предмета до линзы.
  Г = 

• Оптическая сила системы линз
  Оптическая сила системы линз (D) равна сумме оптической силы каждой линзы (D₁, D₂, D₃,…), входящей в систему
  
  СИ: дптр

• Законы интерференции
  В интерференционной картине:
  1) усиление света происходит в случае, когда величина отставания (Δd) преломленной волны от отраженной волны составляет целое число (k) длин волн (λ):  (k=0, 1, 2, …);
  2) ослабление света наблюдается в случае, когда величина отставания (Δd) преломленной волны от отраженной волны составляет половину длины волны (λ/2) или нечетное число (k) полуволн:  (k=0, 1, 2, …)
  СИ: м

• Дифракционная решетка
  При прохождении монохроматического света с длиной волны λ через дифракционную решетку с периодом решетки d максимальное усиление волн в направлении, определяемом углом φ, происходит при условии:  (k=0, 1, 2, …)
  СИ: м

Фотометрия

• Световой поток
  Световой поток (Ф) — физическая величина, численно равная отношению световой энергии (W), излучаемой точечным источником света, ко времени излучения (t).
  Ф = 
  СИ: лм

• Сила света
  Сила света (I) — световой поток (Ф), излучаемый точечным источником света в
  единичный телесный угол (ω).
  I = Ф/ω
  СИ: кд

• Телесный угол
  Телесный угол (ω) – пространственный угол, ограниченный конической поверхностью с вершиной в центре сферы радиусом (R), и опирающийся на участок поверхности сферы площадью (S).
  
  СИ: стер

• Освещенность
  Освещенность (Е) площадки – величина светового потока (Ф), приходящаяся на единицу площади (S) этой площадки.
  E = Ф/S
  СИ: лк

• Законы освещенности
  1. Освещенность (Е) площадки прямо пропорциональна силе света (I) точечного источника и обратно пропорциональна квадрату расстояния (R) до точечного источника 
  2. Ecли нормаль площадки (S) находится под углом α к оси светового потока (Ф), то освещенность (Е) прямо пропорциональна cosα: .
  СИ: лк

• Светимость
  Светимость (R) — величина светового потока (Ф), излучаемого с единицы площади (S) поверхности источника света.
  R = Ф/S
  СИ: лк

• Яркость
  Яркость (B) — физическая величина, измеряемая силой света (I) источника в заданном направлении с единицы площади (S) поверхности источника: .
  где φ — угол между нормалью к поверхности источника света и заданным направлением
  СИ: кд/м²

Элементы теории относительности

• Скорость света (второй постулат теории относительности)
  Скорость света в вакууме (c) одинакова для всех инерциальных систем отсчета. Она не зависит ни от скорости источника, ни от скорости приёмника сигнала, а определяется только длиной волны (λ) и частотой излучения (ν).
  
  СИ: м/с

• Зависимость массы от скорости
  При увеличении скорости (v) тела его масса (m₀) не остается постоянной, а возрастает (m).
  ,
  где c – скорость света
  СИ: кг

• Основной закон релятивистской динамики
  Для тел, движущихся с большими скоростями (v), второй закон динамики имеет вид:
  ,
  где c – скорость света
  СИ: Н

• Связь между массой и энергией
  Энергия (E) тела или системы тел равна массе (m), умноженной на квадрат скорости света (c).
  
  СИ: Дж

• Энергия покоя
  Любое тело уже только благодаря факту своего существования обладает энергией (E₀), которая пропорциональна массе покоя (m₀).
  
  СИ: Дж

Квантовая физика

• Энергия кванта
  Энергия кванта (E) прямо пропорциональна частоте (ν) излучения.
  ,
  где h — постоянная Планка
  СИ: Дж

• Задерживающее напряжение при фотоэффекте
  Задерживающее напряжение (U) при фотоэффекте зависит от максимальной кинетической энергии , вырванных светом электронов.
  ,
  где e – заряд электрона
  СИ: В

• Работа выхода электрона при фотоэффекте (формула Эйнштейна)
  Энергия порции света (кванта) (hν) идет на совершение работы выхода (А) электрона и на сообщение ему кинетической энергии .
  
  СИ: Дж

• Красная граница при фотоэффекте
  Красная граница при фотоэффекте – это предельная частота (ν_min), которой должен обладать квант энергии света для совершения работы выхода (А) электрона.
  ,
  где h – постоянная Планка
  СИ: Гц

• Фотон
  Фотон — частица света, не существующая в покое и являющаяся эквивалентом кванту, у которой:
  1) энергия (Е) равна энергии кванта (hν), выраженной через циклическую частоту (ω):  (h — постоянная Планка)
  2) масса (m) определяется скоростью распространения света (с):
  3) импульс (р) обратно пропорционален длины волны (λ): 
  СИ: Дж, кг, (кг×м)/с

• Постулаты Бора
  Первый постулат: Атомная система может находиться только в особых стационарных, или квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия (Е_n); в стационарном состоянии атом не излучает.
  Второй постулат: Излучение света происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией (Е_k) в стационарное состояние с меньшей энергией (Е_n). Энергия излученного фотона (hν_kn) равна разности энергий стационарных состояний.
  
  СИ: Дж

• Частота излучения
  Частота излучения при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией (Е_k) в стационарное состояние с меньшей энергией (Е_n) равна:
  
  СИ: Гц

Физика атомного ядра

• Закон радиоактивного распада
  Закон радиоактивного распада определяет по периоду полураспада (Т) число нераспавшихся атомов (N) из числа радиоактивных атомов в начальный момент времени (N₀) через интервал времени (t).
  

• Массовое число
  Массовое число (A) — сумма числа протонов (Z) и нейтронов (N) в ядре.
  

• Масса покоя ядра
  Масса покоя ядра (M_Я) всегда меньше суммы масс покоя (m_p и m_n) слагающих его протонов (Z) и нейтронов (N).
  M_Я p + Nm_n
  СИ: кг

• Дефект масс
  Дефект масс (ΔM) — разность массы покоя ядра (M_Я) и слагающих его масс (m_p и m_n) прогонов (Z) и нейтронов (N).
  ΔM = Zm_p + Nm_n — M_Я
  СИ: кг

• Энергия связи атомного ядра
  Энергия связи (Е_св) атомного ядра — энергия, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны, равная произведению его дефекта масс (ΔM) на квадрат скорости света (с).
  Е_св = ΔM × c²
  СИ: Дж

• Удельная энергия связи атомного ядра
  Удельная энергия связи (Е_уд) атомного ядра — энергия связи атомного ядра (Е_св) приходящаяся на один нуклон (А).
  Е_уд= Е_св/A
  СИ: МэВ/нуклон

• Поглощенная доза излучения
  Поглощенной дозой излучения (D) называют отношение поглощенной энергии (E) ионизирующего излучения к массе (m) облучаемого вещества.
  
  СИ: Гр