МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
(ФГБОУ ВО «ХГУ им. Н.Ф. Катанова»)
Институт непрерывного педагогического образования
Кафедра дошкольного, начального и специального образования
44.03.05 Педагогическое образование, направленность (профили) Дошкольное образование; Иностранный язык
Законы физики
Выполнил: Мичурина О.
Содержание
Введение 3
1. Основные законы физики 4
1.1. Первый закон Ньютона 4
1.2 Второй закон Ньютона 6
1.3. Третий закон Ньютона 19
3. Применение законов физики в жизни 20
3.2 Контрольные вопросы 27
Список использованной литературы 30
Введение
Физика — это естественная наука, изучающая основные законы природы, их причины и следствия. Она охватывает широкий спектр явлений, от микроскопических (таких как взаимодействия элементарных частиц) до макроскопических (например, движения планет и звезд). Физика делится на несколько подразделов, и каждое из них изучает определенные аспекты материального мира.
Основные разделы физики
1. Механика: Изучает движение тел и взаимодействия между ними. Основные законы механики были сформулированы Исааком Ньютоном. Механика делится на классическую, квантовую и релятивистскую.
2. Термодинамика: Исследует тепло и его преобразования в работу. Основные законы термодинамики описывают, как энергия передается и преобразуется.
3. Электромагнетизм: Изучает электрические и магнитные поля, а также их взаимодействие с заряженными частицами. Основные законы электромагнетизма представлены в уравнениях Максвелла.
4. Оптика: Исследует свойства света, его распространение и взаимодействие с веществом. Оптика делится на геометрическую, физическую и квантовую.
5. Квантовая физика: Изучает явления на микроуровне, такие как поведение атомов и элементарных частиц. Это область, в которой классическая механика не может объяснить наблюдаемые эффекты.
6. Отношение относительности: Разработанное Альбертом Эйнштейном, это учение изменило понимание времени и пространства, особенно в условиях большой скорости и сильных гравитационных полей.
7. Астрофизика: Область физики, изучающая физические процессы в космосе, включая свойства звезд, галактик и другие астрономические объекты.
Основные законы и принципы:
- Закон сохранения энергии: Энергия не может быть создана или уничтожена, только преобразована из одной формы в другую.
- Законы Ньютона: Описывают движение тел под действием сил.
- Закон всемирного тяготения: Все тела во Вселенной притягивают друг друга с силой, пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.
Применение физики:
Физика имеет множество практических приложений. Например:
- Разработка технологий в электронике и вычислительной технике.
- Медицина, включая медицинские технологии, такие как МРТ и рентген.
- Энергетика, включая ядерную и альтернативную энергетику.
- Космические исследования и астрофизика.
Физика также тесно связана с другими науками, такими как химия, биология и даже философия. Она помогает нам понять окружающий мир и на основе этих знаний разрабатывать новые технологии и решения для современных проблем.
1. Основные законы физики 1.1. Первый закон Ньютона Первый закон Ньютона, также известный как закон инерции, формулируется следующим образом: "Тело сохраняет свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока на него не подействует внешняя сила." Этот закон основывается на наблюдениях за движением объектов и описывает фундаментальное свойство материи — инерцию.
Основные положения первого закона Ньютона
1. Инерция: - Инерция — это свойство тела сохранять свое состояние движения (либо покоя, либо равномерного движения). Чем больше масса тела, тем больше инерция, то есть труднее изменить его состояние.
2. Состояние покоя и равномерного движения: - Если на тело не действуют силы или сумма всех действующих сил равна нулю, то тело будет находиться в состоянии покоя или двигаться с постоянной скоростью по прямой линии.
3. Действие внешних сил: - Как только на тело начинает действовать внешняя сила, состояние движения может измениться (например, тело может начать двигаться, замедляться, ускоряться или менять направление).
Примеры:
1. Тело на столе: - Если на неподвижный предмет (например, книгу) на столе не действует сила (например, ветра или человека), книга останется в покое. 2. Автомобиль: - Если автомобиль движется по ровной дороге и водитель отключает двигатель, автомобиль будет продолжать движение с той же скоростью и в том же направлении до тех пор, пока на него не подействуют силы (например, трение о дорогу или сопротивление воздуха).
3. Космический корабль: - Вакуум космоса является примером среды, где сопротивление очень мало. Космический корабль, после того как его двигатель закончил работу, будет двигаться в одном направлении с постоянной скоростью, пока не встретит силу (например, гравитацию планеты).
Важность первого закона Ньютона
Первый закон Ньютона был важным шагом в развитии науки о механике. Он стал основой для понимания более сложных законов движения, предложенных Исааком Ньютоном. Этот закон также лег в основу классической механики и является критически важным для изучения динамики и статики тел.
1.2 Второй закон Ньютона
Второй закон Ньютона, также известный как закон обращения или закон ускорения, является одним из основных принципов классической механики. Этот закон устанавливает связь между силой, действующей на тело, его массой и ускорением, которое оно получает под действием этой силы. Формулировка второго закона Ньютона звучит следующим образом:
Сила, действующая на тело, равна произведению его массы на ускорение, которое это тело получает.
Математически этот закон записывается в виде уравнения:
[ F = ma]
где:
- ( F) — это векторная величина, обозначающая силу, приложенную к телу (в ньютонах, Н);
- (m) — масса тела (в килограммах, кг);
- (a) — ускорение, получаемое телом в результате действия силы (в метрах на секунду в квадрате, м/с²).
Основные аспекты второго закона Ньютона:
1. Направление силы и ускорения: Вектор силы и вектор ускорения направлены в одну и ту же сторону. Это означает, что если на тело действует сила, оно будет ускоряться в направлении этой силы.
2. Пропорциональность: Ускорение пропорционально действующей силе и обратно пропорционально массе тела. Это означает, что при увеличении силы при фиксированной массе ускорение возрастает, а при увеличении массы при фиксированном значении силы ускорение уменьшается.
3. Применение в различных ситуациях: Второй закон Ньютона можно применять в самых разных физических ситуациях, включая движения по прямой, вращение и колебания.
4. Сложные системы: Если на тело действуют несколько сил, их нужно складывать векторно, чтобы получить результирующую силу, которая будет использоваться для определения ускорения.
5. Единицы измерения: Сила измеряется в ньютонах (Н), где 1 Н = 1 кг·м/с². Масса измеряется в килограммах (кг), а ускорение — в метрах на секунду в квадрате (м/с²).
Примеры применения второго закона Ньютона:
Тело на наклонной плоскости: Если на тело массой 5 кг, скользящее по наклонной плоскости, действует сила трения, то для определения его ускорения необходимо учитывать все силы, действующие на тело, включая компоненту силы тяжести и силу трения.
Второй закон Ньютона является опорным для анализа движения тел и решения задач по механике, а также играет ключевую роль в понимании многих физических явлений.
1.3. Третий закон Ньютона
Третий закон Ньютона, также известный как закон действия и противодействия, гласит: «На любое действие существует равное и противоположное противодействие». Это означает, что когда одно тело воздействует на другое с определенной силой, второе тело воздействует на первое с силой, равной по величине, но противоположной по направлению.
Примеры третьего закона Ньютона
1. Сила толчка: Когда человек толкает стену, он прикладывает силу к стене. В ответ на это стена (хоть и неподвижная) также оказывает на человека силу, равную по величине и направленную в противоположную сторону. Это и есть проявление третьего закона: если человек чувствует, что стена его "отталкивает", это следствие действия и противодействия.
2. Полеты птиц: Когда птица машет крыльями, она сдвигает воздух вниз (действие), и в ответ на это воздух поднимает птицу вверх (противодействие). Это взаимодействие позволяет птицам летать.
3. Корабль и вода: Если корабль отталкивает воду назад, то в ответ вода оказывает равное и противоположное воздействие на корабль, что позволяет ему двигаться вперед.
где F₁ — сила, которую первое тело оказывает на второе, а F₂ — сила, которую второе тело оказывает на первое.
Значение в физике:
Третий закон Ньютона является основополагающим принципом механики и важен для понимания взаимодействия объектов. Он применим как на макроскопическом уровне (в повседневных ситуациях), так и на микроскопическом уровне (в взаимодействиях между атомами и молекулами).
Ограничения
Хотя третий закон Ньютона работает в большинстве случаев, существуют исключения, например, в некоторых случаях при взаимодействиях на квантовом уровне. Тем не менее, он является основой для большинства классических механических систем и сыграл ключевую роль в формировании классической физики.
3. Применение законов физики в жизни
Законы физики пронизывают все аспекты нашей жизни, от самых обыденных до высоких технологий. Вот несколько примеров применения законов физики в различных сферах:
1. Механика
- Законы движения Ньютона: Эти законы описывают, как движутся объекты. Например, при вождении автомобиля водители используют эти законы, чтобы понять поведение машины, например, как скорость влияет на расстояние торможения.
- Сила тяжести: Понимание силы тяжести помогает в строительстве зданий, когда инженеры рассчитывают нагрузки на конструкции.
2. Термодинамика
- Законы термодинамики: Они объясняют, как тепло передается и преобразуется. Это основа работы холодильников, кондиционеров и отопительных систем.
- Сгорение топлива: Применение первого закона термодинамики позволяет понять, как энергию, получаемую от сжигания топлива, преобразовать в полезную работу, например, в автомобиле.
3. Электричество и магнетизм
- Законы Ома и Кирхгофа: Они используются в электротехнике для проектирования электросетей и устройств. Например, схемы электрических цепей в домашних условиях.
- Магнитные поля: Применяются в генераторах и электродвигателях. Они отвечают за работу трансформаторов и электромагнитов.
4. Оптика
- Законы отражения и преломления света: Они помогают в производстве линз для очков, камер и других оптических приборов. Они также помогают объяснить явления, такие как радуга.
- Интерференция и дифракция: Эти принципы лежат в основе работы микроскопов и лазеров.
5. Акустика
- Звук и волны: Применяется в музыке, инженерии звука и акустическом дизайне. Знание о том, как распространяются звуковые волны, помогает создать комфортные условия в театрах и концертных залах.
6. Современные технологии
- Компьютеры и электроника: Почти все современные устройства, такие как смартфоны, компьютеры и бытовая техника, основываются на принципах физики, таких как полупроводниковая физика.
- Космические исследования: Законы физики позволяют разрабатывать ракеты, спутники и другие космические аппараты, а также понимать движение небесных тел.
7. Здоровье и медицина
- Медицинская визуализация: Методики, такие как рентген, УЗИ и МРТ, основаны на физических принципах. Они позволяют получать изображения внутренних органов человека для диагностики.
- Физическая терапия: Принципы механики применяются для реабилитации и восстановления пациентов после травм.
3.2 Контрольные вопросы
1. Каковы основные положения первого закона Ньютона?
2. Приведите пример, иллюстрирующий второй закон Ньютона.
3. Что означает третий закон Ньютона? Приведите примеры.
4. Как законы физики влияют на повседневную жизнь?
Список использованной литературы
1. Дж. И. Хейгл, "Физика для школьников", 2020.
2. А. П. Хомяков, "Основы физики", 2019.
3. К. Кипп, "Фи
Приложения:
1. Какое из перечисленных тел является инертным?
a) Ледяная плита
b) Деревянный куб
c) Бокс с шариками
d) Все перечисленные
2. Какой закон описывает зависимость между силой, массой и ускорением?
a) Закон сохранения энергии
b) Закон всемирного тяготения
c) Второй закон Ньютона
d) Закон Бойля
3. Какова работа, выполненная силой в 10 Н, если она перемещает тело на расстояние 5 м?
a) 15 Дж
b) 50 Дж
c) 100 Дж
d) 5 Дж
4. Каково значение ускорения свободного падения на поверхности Земли?
a) 9.81 м/с²
b) 8.87 м/с²
c) 10 м/с²
d) 9.35 м/с²
5. Как изменится период колебаний маятника, если его длина уменьшится в два раза?
a) Увеличится в √2 раз
b) Уменьшится в √2 раза
c) Увеличится в 2 раза
d) Уменьшится в 4 раза
6. Какой из следующих процессов является экзотермическим?
a) Испарение воды
b) Замерзание воды
c) Плавление льда
d) Сублимация сухого льда
7. Какой из этих материалов имеет наибольшую теплопроводность?
a) Дерево
b) Стекло
c) Медь
d) Вода
8. Какой вид энергии связан с движением тела?
a) Потенциальная энергия
b) Кинетическая энергия
c) Тепловая энергия
d) Химическая энергия
9. Если на тело действует несбалансированная сила, то оно:
a) Остается в состоянии покоя
b) Двигается равномерно
c) Изменяет свое движение
d) Несет постоянную скорость
10. Каково основное свойство магнитного поля?
a) Не зависит от времени
b) Может изменять свою плотность
c) Воздействует на неподвижные заряды
d) Всегда направлено от южного полюса к северному
зика в жизни", 2021.
151
182 651 
