Механика Кинематика Динамика Законы сохранения Краткий справочник по теме Электродинамика Электростатика Постоянный ток Магнитное поле. Электромагнитная индукция Краткий справочник по теме Колебания и волны Механические и электромагнитные колебания Механические и электромагнитные волны Краткий справ
 Скачать 0.75 Mb.
|
|
Ядерная модель атома 1. Ядерная (планетарная) модель атома. Квантовые постулаты Бора. Испускание и поглощение света атомами. Спектры испускания и поглощения. Шкала электромагнитных излучений. Ядерная (планетарная) модель атома • в центре атома расположено ядро размером d ≤ м • почти вся масса сосредоточена в положительно заряженном ядре ядра e = ⋅ , где Z – порядковый номер химического элемента в таблице Д.И. Менделеева e – элементарный заряд, равный 1,6·10 –19 Кл. • электроны под действием кулоновских сил движутся по замкнутым орбитам вокруг ядра. Число электронов равно Z. Суммарный заряд электронов q Z e = − ⋅ , поэтому атом в целом электрически нейтрален. Квантовые постулаты Бора I постулат Бора (постулат стационарных состояний электрон в атоме может находиться только в особых стационарных (квантовых) состояниях, каждому из которых соответствует определённая энергия. Когда электрон находится в стационарном состоянии, атом не излучает. • II постулат Бора (правило частот электрон в атоме может скачком переходить из одного стационарного состояния (го) в другое (е. При этом переходе испускается или поглощается квант электромагнитного поля с частотой ν kn , определяемой разностью энергий электрона в атоме в данных состояниях kn kn k n E h E E = ⋅ν = − , Если ЕЕ, то атом излучает энергию, если ЕЕ, то атом поглощает энергию. • III постулат Бора (правило квантования орбит стационарные (разрешённые) электронные орбиты в атоме находятся из условия n m r n ⋅ υ⋅ = ⋅ , где m – масса электрона, линейная скорость его движения, радиус п-й орбиты, 34 1,05 10 Дж с, число n = 1, 2, 3… – номер орбиты. Энергия электрона в атоме строго квантована 1 2 n E E n = ; каждому стационарному состоянию соответствует орбита электрона радиуса 2 1 n r n r = ⋅ , где Е энергия электрона на п-й орбите атома водорода r n – радиус п-й орбиты атома водорода Е – энергия электрона на первой орбите r 1 – радиус первой орбиты номер орбиты. Свободный атом поглощает и излучает энергию только целыми квантами. При переходе в возбуждённое состояние атом поглощает только такие кванты, которые может сам испускать. Спектр – распределение энергий, излучаемой или поглощаемой веществом, по частотам или длинам волн. Спектры, полученные от самосветящихся тел, называются спектрами испускания. Онибывают: Краткий справочник по теме Квантовая физика Основы квантовой физики 1. Фотоэлектрический эффект. Экспериментальные законы внешнего фотоэффекта. Фотон. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Свет излучается и поглощается квантами, получившими название фотонов. Это электрически нейтральная элементарная частица, которая не имеет состояния покоя. Во всех ИСО движется со скоростью света. Энергия фотона c E h ⋅ = ⋅ ν = λ , модуль импульса фотона: E h h p c с ⋅ν = = = λ , где h – постоянная Планка, равная 6,63·10 –34 Дж·с ≈ 4,14⋅10 –15 эВ ⋅с; ν – частота фотона (Гц с – скорость фотона в вакууме, постоянная величина, равная 3,0·10 8 мс λ – длина волны фотонам. Фотоэлектрический эффект – явление взаимодействия электромагнитного излучения с веществом, в результате которого энергия излучения переда- ётся электронам вещества. Если фотоэффект сопровождается вылетом электронов с поверхности вещества, то его называют внешним фотоэффектом, если не сопровождается – внутренним. Экспериментальные законы внешнего фотоэффекта 1. Фототок насыщения – максимальное число фотоэлектронов, вырываемых из катода за единицу времени, – прямо пропорционален интенсивности падающего излучения. 2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего излучения и линейно возрастает с увеличением частоты падающего излучения. 3. Для каждого вещества существует граничная частота ν min такая, что излучение меньшей частоты не вызывает фотоэффекта, какой бы ни была интенсивность падающего излучения. Красная граница фотоэффекта (наименьшая частота света, при которой начинается фотоэффект) min вых A h ν = , где A вых – работа выхода электрона для данного вещества (табличная величина h – постоянная Планка. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта 2 вых 2 m h A ⋅ υ ⋅ ν = + , где h·ν – энергия фотона (порция энергии света ν – частота падающего излучения е υ = – максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона те – масса фотоэлектрона, равная 9,1·10 –31 кг υ max – максимальная скорость фотоэлектрона A вых – работа выхода электрона для данного вещества (табличная величина. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона max з U = ⋅ , где e – модуль заряда фотоэлектрона, равный 1,6·10 –19 Кл з – задерживающее (запирающее) напряжение (напряжение, при котором фотоэффект прекращается. Краткий справочник по физике 7 Сила тяжести – это сила, с которой Земля притягивает тело тяж = m·g, где g – ускорение свободного падения у поверхности Земли равна 9,81 мс т – масса тела (кг. Для расчета силы тяжести тела и ускорения свободного падения на некоторой высоте h или на других планетах применяют следующие формулы пл тяж пл пл ⋅ , где пл – масса планеты, табличная величина (кг r = пл + h – расстояние от центра планеты до телам пл – радиус планеты (м h – высота тела над поверхностью планеты (м. 3. Понятие о деформациях. Силы упругости. Закон Гука. Деформация – изменение формы и размеров, происходящее из-за неодинакового смещения различных частей одного тела в результате воздействия другого тела. Абсолютное удлинение тела ΔL = |L – L 0 |, где L и L 0 – конечная и начальная длина телам Если тело растягивают, то L > L 0 и ΔL = L – L 0 ; • если тело сжимают, то L < L 0 и ΔL = –(L – L 0 ) = L 0 – L. Силой упругости называется сила, возникающая при деформации любых твердых тела также при сжатии жидкостей и газов. Обозначается упр . • В случае одностороннего растяжения или сжатия сила упругости направлена вдоль прямой, по которой действует внешняя сила, вызывающая деформацию тела, противоположно направлению этой силы и перпендикулярно поверхности тела. • Силу упругости, действующую на тело со стороны опоры или подвеса, называют силой реакции опоры N или силой натяжения подвеса T . Закон Гука. Модуль силы упругости, возникающая при малых деформациях сжатия или растяжения тела, прямо пропорционален величине абсолютного удлинения упр = k· ΔL, где k – коэффициент жесткости (жесткость) тела (Нм. • Если ось Х направить вдоль тела в сторону его растяжения, начало отсчета выбрать в точке, совпадающей с концом недеформированного тела, то закон Гука можно записать так ( F упр ) х = х, где (F упр ) х – проекция сила упругости на ось Х (Н х – координата конца тела. • Знак «–» указывает, что сила упругости всегда противоположна по направлению смещению частей тела. h R пл +h R пл 1 упр F Х 0 х х L 2 L 1 L 0 упр 8 4. Силы трения. Сухое трение. Коэффициент трения. Силы трения – силы, возникающие вместе новения тел, препятствующие их относительному перемещению. Силы сухого трения – это силы трения, которые возникают при взаимодействии соприкасающихся твердых тел друг с другом. F тр = F тр пок = F, если F ≤ F тр ск ; F тр = F тр ск , если F > F тр ск ; F тр ск = μ⋅N, где F тр – сила трения F – сила, действующая на тело F тр пок – сила трения покоя N = F давл – сила реакции опоры F тр ск – сила трения скольжения; F давл – сила нормального давления μ – коэффициент трения скольжения, табличная величина, зависящая от веществ, из которых изготовлены соприкасающиеся тела, и степень обработки их поверхностей. 5. Давление. Закон Паскаля. Сообщающиеся сосуды. Давление жидкости на дно и стенки сосуда. Атмосферное давление. Опыт Торричелли. Закон Архимеда. Плавание тел. Давление – это физическая величина численно равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности тела, к площади его поверхности F p S = . Давление обозначается буквой р, измеряется в паскалях (Па. Закон Паскаля. Давление, создаваемое внешними силами, передается без изменения в каждую точку жидкости. Сообщающиеся сосуды – это соединенные между собой сосуды. Гидростатическое давление в точке А гидр ж h p = ρ ⋅ ⋅ + где ж – плотность жидкости (кг/м 3 ); h – высота столбца жидкости глубинам атмосферное (или внешнее) давление. Средняя сила давления на боковую площадку АВ площадью S равна 1 2 ср 2 2 A B p p g h g h F S S + ρ ⋅ ⋅ + ρ ⋅ ⋅ = ⋅ = ⋅ Атмосферное давление – давление атмосферного воздуха на находящиеся в нем предметы и наземную поверхность. Измеряется атмосферное давление в паскалях (Па, атак же широко используется внесистемная единица 1 мм рт. ст. Это давление, которое оказывает столбик ртути высотой 1 мм. 1 мм рт. ст. ≈ 13,6·10 3 кг/м 3 9,8 мс м = 133 Па. Закон Архимеда. На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная по модулю весу жидкости в объеме, занимаемом телом вытесненный объем, и приложенная в центре масс этого объема (центре давления. Архимедова (выталкивающая) сила равна ж погр , A F g V = ρ ⋅ ⋅ где ж – плотность жидкости (кг/м 3 ); V погр – объем погруженной части телам. тр F F h A h A Краткий справочник по физике 41 плавления, равная количеству теплоты, необходимому для плавления единицы массы этого вещества при температуре плавления (Дж/кг). • Если температура тела неравна температуре плавления тела, то для того, чтобы тело расплавить (кристаллизовать, его вначале необходимо нагреть (охладить) до температуры плавления. Парообразование может идти в виде испарения (парообразование, происходящее со свободной поверхности жидкости при любой температуре) и при кипении (превращение жидкости в пар по всему объему жидкости при постоянной температуре. Скорость испарения зависит от площади свободной поверхности, температуры жидкости, внешнего давления, рода жидкости, плотности паров над свободной поверхностью. При испарении температура жидкости уменьшается. Состояние при котором число молекул, покинувших жидкость, примерно равно числу молекул возвратившихся обратно называется динамическим равновесием между жидкостью и паром. Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным. Жидкость кипит тогда, когда давление ее насыщенного пара равно внешнему давлению. Температура жидкости, при которой давление ее насыщенного пара равно или превышает внешнее давление, называется температурой кипения Давление жидкости в открытом сосуде определяется внешним (атмосферным) давлением и гидростатическим. Количество теплоты, которое необходимо сообщить телу, чтобы превратить его в парили которое выделится при конденсации пара, если тело взято при температуре кипения равно , Q m L = ⋅ где m — масса тела L — удельная теплота парообразования, равная количеству теплоты, необходимому для превращения в пар единицы массы жидкости, находящейся при температуре кипения (Дж/кг). • Если температура жидкости неравна температуре кипения, то для того, чтобы жидкость превратить в пар (сконденсировать, его вначале необходимо нагреть (охладить) до температуры кипения. Для количественной характеристики содержания водяного пара в воздухе используют абсолютную и относительную влажность. Абсолютная влажность воздуха — масса водяного пара, содержащегося в 1 V = м влажного воздуха (плотность водяных паров. Относительная влажность воздуха ( ϕ ) — физическая величина, численно равная отношению абсолютной влажности ρ к той плотности насыщенного водяного пара 0 ρ приданной температуре 0 100% ρ ϕ Относительную влажность также можно определить как отношение давления водяного пара к давлению насыщенного пара p к давлению насыщенного пара 0 p приданной температуре 0 100% p p ϕ = При изобарном процессе (р = const) Q U A = Δ + При изохорном процессе (V = const) A = 0, поэтому Q U = Δ . При изотермическом процессе (T = const) ΔU = 0, поэтому Q A = . 3. Циклические процессы. Физические основы работы тепловых двигателей. Коэффициент полезного действия теплового двигателя и его максимальное значение. Тепловой двигатель — устройство, которое превращает внутреннюю энергию топлива в механическую работу. Физический принцип работы тепловых двигателей 1 T — температура нагревателя 2 T — температура холодильника 1 Q — количество теплоты, переданное от нагревателя за цикл 2 Q — количество теплоты, переданное за цикл холодильнику (окружающей среде 1 2 A Q Q = − — полезная работа, совершаемая рабочим телом при расширении. КПД двигателя 1 2 1 1 A Q Q Q Q − η = = . КПД может измеряться ив процентах, тогда расчетная формула будет иметь вид 1 2 1 1 100%, 100% A Q Q Q Q − η = ⋅ η Максимальный КПД теплового двигателя, работающего по циклу Карно можно рассчитать по формуле 1 2 1 , Т Т Т − η = где Т — температура нагревателя Т — температура холодильника. КПД может измеряться ив процентах, тогда расчетная формула будет иметь вид 1 2 1 100% T T T − η = ⋅ 4. Кристаллическое состояние вещества. Плавление. Удельная теплота плавления. Испарение жидкости. Насыщенный пар. Влажность. Относительная влажность. Кипение жидкости. Удельная теплота парообразования. Твердые тела, обладающие пространственной периодически повторяющейся структурой называются кристаллами. Среди кристаллических тел выделяют монокристаллы (тело, состоящее из одного кристалла) и поликристаллы (тело, состоящее из беспорядочно сросшихся между собой монокристаллов. Все кристаллические тела имеют определенную температуру плавления. Количество теплоты, которое необходимо сообщить телу для его плавления или которое выделится при кристаллизации, если тело взято при температуре плавления равно , Q m = ⋅ λ где m — масса тела λ — удельная теплота Нагреватель Т 1 Холодильник Т 2 Рабочее тело А Краткий справочник по физике 9 Условия плавания тел A F A F g m ММ Тело тонет Тело плавает (находится в равновесии в любом месте внутри жидкости) Тело всплывает Тело плавает на поверхности ( V 1 – объём погруженной части тела) F A < m ⋅g ж < V⋅ρ T ⋅g ж < ρ T F A = m ⋅g ж = ρ T F A > m ⋅g ж > ρ T F' A = m ⋅g ж = ρ T ⋅g⋅V ж > ρ T m g ⋅ A F m g ⋅ A F m g ⋅ A F′ m Грузоподъемность (подъемная сила) – это максимальный вес груза, который может выдержать тело. Законы сохранения 1. Импульс. Закон сохранения импульса. Реактивное движение. Импульс тела (количество движения) – физическая векторная величина, совпадающая по направлению со скоростью тела в данный момент времени и равная произведению массы тела на его скорость p m υ = ⋅ . Обозначается буквой, измеряется в кг ⋅м/с. Изменение импульса тела 0 p p p Δ = − , где 0 и p p – конечный и начальный импульсы тела (кг ⋅м/с). Изменение импульса тела в единицу времени равно векторной сумме всех действующих на тело сил p F t Δ = ⋅ , где F t ⋅ – импульс силы (Нс. Изменение импульса тела в единицу времени равно векторной сумме всех сил, действующих на данное тело p F t Δ = или p F t Δ = ⋅ . • Импульс силы направлен в туже сторону, что и изменение импульса тела, и наоборот. Закон сохранения импульса тела. Векторная сумма импульсов всех тел, входящих в замкнутую систему, остается неизменной при любых движениях и взаимодействиях тел системы 01 02 1 2 p p p p + + = + + , где 01 02 , p p – начальные импульсы тел, входящих в замкнутую систему 1 2 , p p – конечные импульсы тел, входящих в замкнутую систему. Реактивное движение – это движение, которое возникает, когда от системы отделяется и движется с некоторой скоростью относительно нее какая-то ее часть. 2. Механическая работа. Мощность. Механическая работа силы – это физическая скалярная величина, равная произведению модулей силы, перемещения и косинуса угла между направлениями силы и перемещения, если силы не изменяются в процессе движения A = F· Δr·cos α. Обозначается буквой A, измеряется в джоулях (Дж. А > 0 A = 0 A < 0 F r Δ α F r Δ α F r Δ α 0° ≤ α < 90° α = 90° 90° < α ≤ 180° • Работа сил трения и сопротивления отрицательная, т.к. силы и относительное перемещение тела направлены в противоположные стороны. Средняя мощность равна отношению работы ко времени совершения этой работы Мощность силы (мгновенная мощность) равна произведению силы на скорость тела и косинус угла между направлением силы и скорости в данный момент времени P = F· υ·cos α. Мощность обозначается буквой P, измеряется в ваттах (Вт. КПД (коэффициентом полезного действия) называется отношение полезной работы, совершенной машиной за некоторый промежуток времени, ко всей затраченной работе (подведенной энергии) за тот же промежуток времени пол затр А А η = или пол затр 100% А А η = ⋅ . Обозначается буквой η, измеряется в процентах Затраченная работа в тепловом двигателе равна энергии, выделяемой при сгорании топлива ( ) затр А Q q m = = ⋅ , в электродвигателе – работе электрического тока 2 2 затр U А U I t t I R t R ⎛ ⎞ = ⋅ ⋅ Δ = ⋅ Δ = ⋅ ⋅ Δ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ 3. Кинетическая энергия. Теорема о кинетической энергии. Потенциальная энергия. Потенциальная энергия гравитационных и упругих взаимодействий. Закон сохранения механической энергии. Кинетическая энергия – это энергия движения, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости 2 2 k m K E ⋅ υ = = . Обозначается буквой или E k , измеряется в джоулях (Дж. Теорема об изменении кинетической энергии. Изменение кинетической энергии равно работе всех сил, действующих на тело A = ΔE k , где Краткий справочник по физике 39 щими телами. Виды теплообмена теплопроводность, конвекция, излучение. • Если ΔU > 0, то внутренняя энергия увеличивается если ΔU < 0, то внутренняя энергия уменьшается. Количество энергии, полученной или потерянной телом при теплообмене называют количеством теплоты. При нагревании (охлаждении) , Q c m t = ⋅ ⋅ Δ где Q — количество теплоты, необходимое для нагревания или охлаждения тел c — удельная теплоемкость, табличная величина Дж Дж кг кг К ° ⋅ ⎝ ⎠ ; m — масса тела 2 1 2 1 t T t t T T Δ = Δ = − = − — насколько тело нагрели или охладили (º Си начальная и конечная температуры (º Си начальная и конечная абсолютные температуры К. Количество теплоты, выделяемое при полном сгорании топлива , Q q m = где m — масса топлива q — удельная теплота сгорания топлива, показывает, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании единицы массы топлива (Дж/кг). Работу при изобарном процессе ( p = const ) можно рассчитать по формуле где A = А' — работа газа (Дж A' — работа над газом (Дж p — давление газа (Па 2 1 V V V Δ = − — изменение объемами конечный и начальный объемы газа соответственном Если объем увеличивается, то ΔV > 0 и A > 0, а A' < 0, если объем уменьшается, то ΔV < 0 и A < 0, а A' > 0. • Работа над газом численно равна площади фигуры в осях p(V), ограниченной графиком, осями и перпендикулярами к крайним точкам графика. 0 V р V 1 V 2 р 1 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 V р V 1 V 2 р 1 р. Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к изопроцессам в идеальном газе. Расчет работы газа с помощью pV- диаграмм. Первый закон термодинамики изменение внутренней энергии системы ΔU равно сумме сообщенного телу количества теплоты Q и работы А, произведенной над системой внешними телами ' U Q A Δ = +Первый закон термодинамики можно сформулировать в следующем виде количество теплоты Q, сообщенное системе извне, расходуется на увеличение ее внутренней энергии ΔU и на работу A, совершаемую системой против внешних сил Q U A = Δ + . Закон Гей-Люссака изохорный процесс) (V = const; m = const): 1 2 1 2 p p T T = или const p T = , где p 1 и p 2 — давления газа в состоянии 1 и 2; T 1 и T 2 — температуры газа в состоянии 1 и 2. • Процессы можно считать изохорными, если они проходят в несжимаемом сосуде. Графики изопроцессов изображены на рисунке, где а – график изотермического процесса б – график изобарного процесса в – график изохорного процесса 4 в а б 0 V р а в б 0 р Т а б в 0 V Т • Все графики изопроцессов – прямые линии, перпендикулярные осям или проходящие через начало координат. Исключение составляет график изотермы в осях p(V). Термодинамика 1. Термодинамическая система. Внутренняя энергия системы. Внутренняя энергия одноатомного идеального газа. Количество теплоты и работа как меры изменения внутренней энергии. Удельная теплоемкость. Совокупность тел любой физической природы и любого химического состава, характеризуемая некоторым числом макроскопических параметров, называется термодинамической системой. Для описания состояния термодинамической системы используют температуру T, объем V, давление p. Внутренняя энергия — сумма кинетической энергии движения всех микрочастиц системы и потенциальной энергии их взаимодействия между собой. Внутреннюю энергию и изменение внутренней энергии идеального газа можно рассчитать по формуле , 2 i U R T = ⋅ ν ⋅ ⋅ 2 i U R T Δ = ⋅ ν ⋅ ⋅ Δ (т = const), где U — внутренняя энергия идеального газа ΔU — изменение внутренней энергии газа i — целое число (для одноатомного газа i = 3, для двухатомного — 5); ν — количество вещества (моль R — универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж моль К T — абсолютная температура газа 2 1 T T T Δ = − — изменение температуры газа T 1 и T 2 — начальная и конечная абсолютные температуры. Внутреннюю энергию системы можно изменить путем совершения над системой механической работы или путем теплообмена системы с окружаю- Краткий справочник по физике 2 2 0 2 2 k m m E ⋅ υ ⋅ υ Δ = − – изменение кинетической энергии тела υ и υ 0 – конечная и начальная скорости тела (мс. Потенциальная энергия тела – это энергия взаимодействия тел. Потенциальная энергия тела, поднятого на некоторую высоту, равна произведению массы тела на ускорение свободного падения и на высоту П = E p = m·g·h, где g – ускорение свободного падения, у поверхности Земли равна 9,8 мс 10 мс. Эта энергия равна работе силы тяжести при падении тела с этой высоты • За нулевую высоту (уровень, по умолчанию, принято считать поверхность земли. Потенциальная энергия упруго деформированного тела равна половине произведения жесткости тела на его удлинение 2 П Δ = = . Эта энергия равна работе сил упругости при переходе в недеформированное состояние. Потенциальная энергия тела обозначается буквой Пили, измеряется в джоулях (Дж. Полная механическая энергия тела равна сумме кинетической и потенциальных энергий тела 2 2 2 2 m k l W E m g h ⋅ υ ⋅ Δ = = + ⋅ ⋅ +Работа непотенциальных сил, действующих на тело, равно изменению полной механической энергии тела А вн = ΔE = ЕЕ, где Е и Е – полные механические энергии системы в конечном и начальном состояниях соответственно. Закон сохранения механической энергии. Для тел, движущихся под действием сил тяжести и упругости в отсутствии сил сопротивления, полная механическая энергия сохраняется E = E 0 • При абсолютно неупругом ударе сохраняется только импульс, полная механическая энергия не сохраняется. Часть механической энергии при абсолютно неупругом ударе переходит во внутреннюю энергию, те. ЕЕ При абсолютно упругом ударе сохраняется и импульс и механическая энергия. Краткий справочник по теме Электродинамика Электростатика 1. Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Взаимодействие точечных зарядов. Закон Кулона. Электрический заряд — скалярная физическая величина, определяющая интенсивность электромагнитного взаимодействия. Обозначается буквой q, измеряется в кулонах (Кл Если тело имеет избыточные (лишние) электроны, то тело заряжено отрицательно, если у тела недостаток электронов, то тело заряжено положительно. Величина заряда будет равна q = N·e, где N — число избыточные или недостающих электронов е — элементарный заряд, равный 1,6·10 –19 Кл. Если заряд тела q распределить на несколько (N) одинаковых тел, то полученные заряды q 0 будут равны между собой, те. Точечным зарядом называют заряженное тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь. Электризация — явление, сопровождающееся перераспределением зарядов на телах. Закон сохранения электрического заряда. В любой замкнутой (электрически изолированной) системе сумма электрических зарядов остается постоянной при любых взаимодействиях внутри нее. Полный электрический заряд ( q) системы равен алгебраической сумме ее положительных и отрицательных зарядов+ Взаимодействие заряженных частиц. Опыт показывает, что разноименные электрические заряды притягиваются друг к другу, а одноименные — отталкиваются. Закон Кулона. Сила взаимодействия F двухточечных неподвижных электрических зарядов в вакууме прямо пропорциональна их величинами, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними r и направлена вдоль прямой, соединяющей эти заряды 1 2 2 q q F k r ⋅ = ⋅ , где k — коэффициент пропорциональности, равный 2 9 2 Нм Кл ⋅ π ⋅ ε ; ε 0 — электрическая постоянная, равная 8,85·10 –12 2 2 Кл Н м Силы электростатического взаимодействия направлены вдоль линии, соединяющей взаимодействующие точечные заряды, равны по величине, но противоположны по направлению. • Закон Кулона применим не только к взаимодействию точечных зарядов, но и к равномерно заряженным телам сферической формы. В этом случае r – расстояние между центрами сферических поверхностей. 2. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля. Поле точечного заряда. Однородное электростатическое поле. Графическое изображение электростатических полей. Электрическим полем называют вид материи, посредством которого осуществляется взаимодействие электрических зарядов. Электростатическое поле — поле, созданное неподвижными электрическими зарядами. Напряженностью электрического поля — силовая (векторная) характеристика поля, численно равная силе, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку пространства F E q = . Обозначается Краткий справочник по физике = (t + 273) Кили) С, где T — абсолютная термодинамическая температура (К t — температура по шкале Цельсия (С. Температура — это величина, характеризующая среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекул идеального газа, те. 3 , 2 k E k T = ⋅ где 2 0 2 k m E ⋅ υ = — средняя кинетическая энергия одной молекулы газа (Дж т — масса одной молекулы газа (кг 2 υ — среднее значение квадрата скорости молекул (мс. k — постоянная Больцмана, равная 1,38·10 –23 Дж/К; T — температура газа (К. Зависимость давления газа от концентрации его молекул n и температуры T выражается формулой p n k T = ⋅ ⋅ , где N n V = ; N — число молекул газа, приходящихся на объем V. 3. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона- Менделеева). Изотермический, изобарный и изохорный процессы в идеальном газе. Уравнение Клапейрона. Для данной массы газа (m = const) при любом изменении состояния данного количества газа произведение давления на объем, деленное на абсолютную температуру, остается постоянным. 1 1 2 2 1 2 p V p V T T ⋅ ⋅ = или const p V T ⋅ = , где p 1 и p 2 — давления газа в состояниях 1 и 2; V 1 и V 2 — объемы газа в состояниях 1 и 2; T 1 и T 2 — абсолютная температуры газа в состояниях 1 и 2. • Условия называются нормальными, если газ находится при температуре ну = 0 Си давлении ну = 101325 Па ≈ 10 5 Па. Уравнение Клапейрона-Менделеева: p V R T ⋅ = ν ⋅ ⋅ , где p — давление газа V — объем газа ν — количество вещества (моль R — универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж моль К T — абсолютная температура газа (К. Закон Бойля-Мариотта изотермический процесс) (T = const, m = const): 1 1 2 2 p V p V ⋅ = ⋅ или const p V ⋅ = , где p 1 , p 2 — давления газа в состоянии 1, 2; V 1 , V 2 — объемы газа в состоянии 1, 2. Закон Шарля изобарный процесс) (p = const; m = const): 1 2 1 2 V V T T = или const V T = , где V 1 и V 2 — объемы газа в состоянии 1 и 2; T 1 и T 2 — температуры газа в состоянии 1 и 2. • В уравнении задана абсолютная термодинамическая температура (по шкале Кельвина, причем T = (t + 273) К. Процессы можно считать изобарными, если они проходят • в цилиндре с незакрепленным поршнем (без учета трения • в воздушных шарикахпри небольших растяжениях или сжатиях. 36 чается буквой M, измеряется в кг/моль. M = M r ·10 –3 кг/моль, где M r — относительная атомная масса, табличная величина (см. таблицу Д.И. Менделеева. 0 A M m N = ⋅ , где т — масса одной молекулы (кг, N — число молекул в веществе. • В таблице Д.И. Менделеева относительную атомную массу пишут под обозначением химического элемента. 2. Идеальный газ. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Средняя кинетическая энергия молекул и температура. Тепловое равновесие. Температура. Шкала температур Цельсия. Абсолютная шкала температур — шкала Кельвина. Физическая модель идеального газа 1) размеры молекул малы по сравнению со средним расстоянием между ними молекулы можно принимать за материальные точки 2) силы притяжения между молекулами не учитываются, а силы отталкивания возникают только при соударениях 3) молекулы сталкиваются друг с другом как абсолютно упругие шары, движение которых описывается законами механики. Основное уравнение МКТ (уравнение Клаузиуса): 2 0 1 , 3 p n m = ⋅ ⋅ υ где р — давление газа Пап концентрация молекул (м т — масса одной молекулы газа (кг 2 υ — среднее значение квадрата скорости молекул мс. • В задаче может быть задано среднее значение квадрата скорости молекула может и средняя квадратичная скорость молекул кв . Внимательно читайте условие и обращайте внимание на единицы измерения 2 ⎡ ⎤ υ ⎣ ⎦ = мс кв υ ⎤ ⎣ ⎦ = мс. Термодинамическое равновесие — это такое состояние системы, в котором каждый ее параметр имеет одинаковое значение во всех точках системы и остается неизменным стечением времени. Температура — скалярная физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. Она определяет не только степень нагретости, но и способность системы находится в термодинамическом равновесии с другими системами. По шкале Цельсия температура обозначается буквой t, измеряется в градусах Цельсия (º С. За 1º С принята одна сотая промежутка от температуры плавления льда (0º С) до температуры кипения воды (100º С. Абсолютная температурная шкала — шкала температур, в которой за начало отсчета принят абсолютный нуль. Температура здесь обозначается буквой, измеряется в кельвинах (К. За единицу измерения в этой шкале принят один градус Цельсия, те. изменение на один кельвин (1 К) равно изменению на один градус Цельсия. Краткий справочник по физике 13 буквой E , измеряется в Н/Кл или В/м. • Направление вектора напряженности в данной точке пространства совпадает с направлением силы, с которой поле действует на пробный (положительный) заряд, помещенный в эту точку поля. Значение напряженности электростатического поля, созданного • точечным зарядом, в некоторой точке пространства прямо пропорционально величине этого заряда и обратно пропорционально квадрату расстояния от заряда доданной точки 2 q E k r = ⋅ ; • заряженной сферой, в некоторой точке пространства прямо пропорционально величине этого заряда и обратно пропорционально квадрату расстояния от центра сферы доданной точки, если расстояние не меньше радиуса сферы. Если расстояние меньше радиуса сферы, то напряженность равна нулю, если l ≥ R; Е = 0, если l < R, где 2 Нм Кл ⋅ — коэффициент пропорциональности. Принцип суперпозиции для напряженности электростатического поля. Напряженность электрического поля, создаваемого системой зарядов q 1 , q 2 , …, q N в данной точке пространства, равна векторной сумме напряженностей электрических полей 1 2 , , ..., N E E E , создаваемых в той же точке зарядами вот- дельности 1 2 N E E E E = + + +Графически электрическое поле представляют в виде силовых линий. Силовая линия — это направленная линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением вектора напряженности в этой точке поля. Силовые линии изображают, учитывая следующие их свойства начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных перпендикулярны поверхности • не пересекаются и не имеют изломов • там, где силовые линии гуще, напряженность больше, и наоборот. Однородное поле — это поле, вектор напряженности которого в каждой точке пространства одинаков (по модулю и направлению. Графически однородное поле представляет собой набор параллельных равноотстоящих друг от друга силовых линий. 3. Потенциальный характер электростатического поля. Потенциал электростатического поля точечного заряда. Разность потенциалов. Напряжение. Связь между напряжением и напряженностью однородного электростатического поля. Принцип суперпозиции электростатических полей. A C E A E С Работа электростатического поля при перемещении заряда — физическая величина, численно равная произведению этого ряда q, назначение напряженности электрического поля E в данной точке поля и на проекцию перемещения заряда на ось, направленную вдоль силовой линии A q E x = ⋅ ⋅ Δ , где Δx = x 2 – x 1 или Δx = Δr·cos α— проекция перемещения заряда на ось, направленную вдоль силовой линии ми координаты заряда в конечном и начальном положении соответственном перемещение зарядам угол между направлением перемещения и силовой линией. Потенциал электрического поля в данной точке — скалярная физическая величина, характеризующая потенциальную энергию W единичного заряда q в данной точке пространства p W q ϕ = . Обозначается буквой ϕ, измеряется в вольтах (В. Потенциал электростатического поля, созданного точечным зарядом q в точке, отстоящей на расстоянии r от заряда, равен k q r ⋅ ϕ = • Знак потенциала совпадает со знаком заряда. • Потенциал точки, находящейся в бесконечности от заряда, создающего поле, равен нулю. Потенциал электростатического поля, созданного сферой радиуса R и с зарядом q в точке, отстоящей на расстоянии l от центра сферы, равен k q l ⋅ ϕ = , если l > R; k q R ⋅ ϕ = , если l ≤ R. Принцип суперпозиции потенциалов. Потенциал поля нескольких точечных зарядов равен алгебраической сумме потенциалов отдельных зарядов 1 2 N ϕ = ϕ + ϕ + + Разность потенциалов между двумя точками поля численно равна работе, которое совершается полем при перемещении единичного электрического заряда между этими точками 1 2 A q ϕ − ϕ = . Обозначается 1 2 ϕ − ϕ , измеряется в вольтах (В. Напряжение между двумя точками поля равно разности потенциалов между этими точками, если между ними не включен источник тока 1 2 U = ϕ − ϕ . Обозначается буквой U, измеряется в вольтах (В. Напряжения и проекция напряженности однородного электростатического поля связаны следующим соотношением 1 2 2 1 1 2 x U E x x x x ϕ − ϕ = = − − − , E x – проекция напряженности на ось 0 X, направленную вдоль силовой линии x 1 и Х 0 x 2 Δx x 1 q α 2 1 Краткий справочник по физике 1,6·10 –13 Дж. Краткий справочник по теме Основы МКТ и термодинамики Основы МКТ 1. Основные положения молекулярно-кинетической теории. Характер теплового движения частиц в газах, жидкостях и твердых телах. Основные положения молекулярно-кинетической теории 1) все вещества состоят из мельчайших частиц — молекул (простейшие молекулы состоят из одного атома 2) молекулы находятся в непрерывном хаотическом тепловом движении 3) между молекулами действуют силы, которые в зависимости от расстояния являются силами притяжения или отталкивания. В твердых телах частицы удерживаются достаточно большими силами кулоновского притяжения в фиксированных положениях — положениях равновесия. При этом они совершают колебания относительно своих положений равновесия. Поэтому твердое тело имеет жесткую форму и неизменный объем. В газах частицы находятся достаточно далеко друг от друга и двигаются с большими скоростями. Силы взаимодействия между частицами очень малы, поэтому газ быстро заполняет любое доступное пространство. Давление в нем возникает за счет соударений его частиц со стенками контейнера. Жидкости по своим свойствам занимают промежуточное положение между газами и твердыми телами. Расстояние между частицами меньше чему газов. Частицы колеблются около своих положений равновесия, но частицы могут преодолевать силы притяжения и изменять свои положения. Жидкость имеет постоянный объем, обладает текучестью и может заполнять любую форму. Физические величины, используемые в МКТ За атомную единицу массы (1 а.е.м.) принимается 1 12 массы атома углерода а.е.м. ≈ 1,66·10 –27 кг. Относительной атомной массой M r вещества (массовым числом) называется безразмерное число, равное отношению массы атома m данного вещества к атомной единице массы. Один моль — количество вещества, в котором содержится столько же молекул или атомов, сколько их содержится в 0,012 кг углерода. Постоянная Авогадро — число молекул в 1 моле любого вещества. Обозначается буквой N A , и N A ≈ 6,02·10 23 моль –1 Количество вещества — число молей в данной порции вещества. Обозначается буквой ν, измеряется в молях (моль. Количество вещества равно m M ν = или , A N N ν = где т — масса вещества M — молярная масса (кг/моль); N — число молекул в веществе. Тогда Молярная масса — масса вещества, взятого в количестве 1 моля. Обозна- Условия главных дифракционных максимумов имеют вид sin d m ⋅ θ = ⋅ λ , где l d N = – постоянная или период дифракционной решетки (м θ – угол отклонения лучей от нормали к плоскости щели λ – длина волны т – порядковый номер дифракционного максимума или спектра ( ) 0, 1, 2, m = ± ± … ; l – длина решетки, на которую приходится N штрихов N – число штрихов решетки, приходящихся на некоторую длину l решетки. Основы СТО 1. Постулаты специальной теории относительности. Принцип относительности Эйнштейна. Пространство и время в специальной теории относительности. Закон взаимосвязи массы и энергии. Первый постулат теории относительности носит название принцип относительности Эйнштейна при одних и тех же условиях все физические явления в любой инерциальной системе отсчёта происходят совершенно одинаково. Второй постулат теории относительности носит название принцип постоянства скорости света скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источников и приёмников и во всех инерциальных системах отсчёта одинакова. Пространство и время в специальной теории относительности. При скоростях близких к скорости света наблюдаются релятивистские эффекты • замедление времени 0 2 2 1 t t c Δ Δ = υ − , где Δt 0 – интервал времени между двумя событиями, измеренный часами, находящимися в движущейся со скоростью ИСО; Δt – промежуток времени между этими событиями по часам, находящимися в неподвижной ИСО. • сокращение продольных размеров тела 2 0 2 1 l l c υ = ⋅ − , где l и l 0 — размеры тела в неподвижной и движущейся системах отсчёта. Закон взаимосвязи массы и энергии 0 E m c = ⋅ , 2 E m c Δ = Δ ⋅ , 2 2 2 1 m c E c ⋅ = υ − , где E 0 – энергия покоя тела ΔE – изменение энергии тела E – полная энергия тела m – масса (неподвижного) тела Δm – изменение массы тела c – скорость света, равная 3,0·10 8 мс υ – скорость тела. • Энергия элементарных частиц может измеряться в Мэв, где 1 МэВ ≈ θ d А О Краткий справочник по физике — координаты точек с потенциалом ϕ 1 и ϕ 2 соответственно. • Напряженность электростатического поля направлена в сторону убывания потенциала. 4. Диэлектрики в электростатическом поле. Диэлектрическая проницаемость вещества. Проводниками называются вещества, по которым могут свободно перемещаться электрические заряды. Диэлектриками называются вещества, в которых практически отсутствуют свободные носители зарядов. Диэлектрическая проницаемость среды — скалярная физическая величина, характеризующая способность диэлектрика поляризоваться под действием электрического поля и равная отношению модуля напряженности E 0 однородного электрического поля в вакууме к модулю напряженности E электрического поля в однородном диэлектрике, внесенном во внешнее поле 0 E E ε = . Обозначается буквой ε. При расчете кулоновских сил взаимодействия между точечными зарядами, напряженности поля и потенциала точечного заряда внутри диэлектрика необходимо руководствоваться формулами, содержащими диэлектрическую проницаемость данной среды 1 2 2 k q q F r ε ⋅ ⋅ = ⋅ , 2 k q E r ε ⋅ = ⋅ , k q r ϕ ε ⋅ = ⋅ 5. Электроемкость. Конденсаторы. Энергия электростатического поля конденсатора. Электроемкость уединенного проводника определяется отношением заряда, сообщенного проводнику, к потенциалу ϕ, который он при этом приобрел Электроемкость двух проводников (конденсатора) — физическая величина равная отношению заряда q одного из проводников к напряжению U между ними q C U = . Обозначается буквой C, измеряется в фарадах (Ф. Конденсатор – устройство, состоящее из изолированных друг от друга проводников, предназначенное для накопления электрического заряда и энергии. Плоским называется конденсатор, состоящий из двух параллельных металлических пластин (обкладок, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга и разделенных слоем диэлектрика. Электроемкость плоского конденсатор прямо пропорциональна площади его обкладок S, диэлектрической проницаемости вещества ε между обкладками и обратно пропорциональна расстоянию между ними d: 0 S C d ε ⋅ ε ⋅ = , где 16 ε 0 — электрическая постоянная, равная 8,85·10 –12 2 2 Кл Н м ⋅ Энергия электростатического поля конденсатора равна половине произведения его электроемкости и квадрата напряжения на обкладках 2 2 C U W ⋅ = • Так как 2 и 2 C U q W C U ⋅ = = , то энергию заряженного конденсатора можно рассчитать, зная любые две величины из трех C, U, q. Если конденсатор • отключен от источника питания, то при изменении емкости конденсатора, заряд конденсатора изменяться не будет, те. q 1 = q 2 ; • подключен к источнику питания, то при изменении емкости конденсатора, напряжение на конденсаторе изменяться не будет, те. U 1 = Постоянный ток 1. Электрический ток. Условия существования электрического тока. Источники электрического тока. Электрическая цепь. Сила и направление электрического тока. Электрическое сопротивление. Удельное сопротивление. Реостаты. Закон Ома для однородного участка электрической цепи. Электропроводность – это способность веществ проводить электрический ток. По электропроводности все вещества делятся на проводники, диэлектрики и полупроводники. Электрическим током называется упорядоченное(направленное) движение заряженных частиц. Для существования электрического тока в замкнутой электрической цепи необходимо • наличие свободных заряженных частиц • наличие внешнего электрического поля, силы которого, действуя на заряженные частицы, заставляют их двигаться упорядоченно • наличие источника тока, внутри которого сторонние силы перемещают свободные заряды против направления электростатических (кулоновских) сил. Источники электрического тока – это устройство, способное поддерживать разность потенциалов и обеспечивать упорядоченное движение электрических зарядов во внешней цепи. Источник электрического тока имеет два полюса (две клеммы, к которым присоединяются концы проводника (внешнего участка цепи. В источниках тока происходит превращение энергии Сила тока I – скалярная физическая величина, равная отношению заряда Δq, прошедшего через поперечное сечение проводника за промежуток времени Δt, к этому промежутку q I t Δ = Δ . Обозначается буквой I, измеряется в амперах АЗа направление тока принято направление движения по проводнику положительно заряженных частиц. В замкнутой цепи электрический ток направлен от положительного полюса (+) источника к отрицательному (–). Краткий справочник по физике 33 ных уменьшенных обратных изображений предметов на фотоплёнке. При этом предметы могут быть расположены на различном удалении от точки съёмки. |