Ответы на вопросы по физике. Вопросы к экзамену по физике (компьютерные специальности) 2022. Кинематика точки. Основные понятия. (Тело отсчёта, система отсчёта, траектория)
 Скачать 1.95 Mb.
|
17 000 км, состоящий преимущественно из электронов с энергией в десятки кэВ.Вопросы к экзамену по физике (компьютерные специальности) 2022. 1.Кинематика точки. Основные понятия. (Тело отсчёта, система отсчёта, траектория). Для характеристики движения тела указывается, по отношению к какому из тел рассматривается это движение. Это будет тело отсчета. Система отсчета − система координат, которая связана с телом отсчета и временем для отсчета. Она позволяет определить положение передвигающегося тела в любой отрезок времени. Траектория движения тела − некоторая линия, которую тело или материальная точка описывает, перемещаясь во времени от одной точки до другой. 2. Прямолинейное движение. Равномерное и ускоренное движения. Формулы, координаты пути и ускорения при прямолинейном движении. Равномерным прямолинейным движением называют движение, при котором материальная точка за любые равные промежутки времени совершает одинаковые перемещения. Равноускоренное прямолинейное движение — это прямолинейное движение, при котором мгновенная скорость за любые равные промежутки времени изменяется на одну и ту же величину. Скорость равномерного прямолинейного движения:  Ускорением называют отношение изменения мгновенной скорости тела ко времени, за которое это изменение произошло:  Зависимость координаты тела от времени в равномерном прямолинейном движении имеет вид: x = x0 + Vxt, где x0 — начальная координата тела, Vx — скорость движения. 3. Движение точки по окружности. Линейные и угловые величины. Центростремительное и тангенциальное ускорения. Полное ускорение. Частота и период вращения. Линейная скорость — это отношение пройденного пути ко времени, в течение которого этот путь был пройден. Обозначается буквой v. Единица измерения — м/с.  Угловой скоростьютела, движущегося по окружности равномерно, называется отношение угла поворота его радиус-вектора ко времени, за которое совершен поворот  Радиан — угол, соответствующий дуге, длина которой равна ее радиусу. Полный угол равен 2π радиан. Центростремительное ускорение — ускорение с постоянным модулем, но меняющимся направлением. Поэтому оно вызывает изменение направления вектора скорости, но не изменяет его модуль. Центростремительное ускорение обозначается как aц.с.. Единица измерения — метры на секунду в квадрате (м/с2). Центростремительное ускорение можно выразить через линейную и угловую скорости, период, частоту и количество оборотов/время:  Если тело движется по окружности неравномерно, то появляется также касательная (или тангенциальная), составляющая ускорения.  В этой формуле Δυτ = υ2 – υ1 – изменение модуля скорости за промежуток времени Δt. Полное ускорение характеризует изменение скорости и по модулю, и по направлению. Часто полное ускорение считается равным векторной сумме двух ускорений — касательного (тангенциальное) (к) и центростремительного (ЦС). Частота определяет, насколько часто совершаются обороты в единицу времени. Период вращения — это величина, определяющая время, за которое тело делает одно полное вращение. 4. Динамика. Законы Ньютона. Сила. Масса. Силы в природе. Уравнение движения материальной точки. Силой называется векторная величина F, являющаяся мерой механического воздействия одного тела на другое. Масса - мера инертности тела или мера гравитационного взаимодействия. Силы, лежащие в основе всех механических явлений, это силы гравитационные и электрические. Сила тяжести относится к гравитационному взаимодействию, сила трения и силы упругости - к электромагнитному взаимодействию. 1-й закон Ньютона Всякая материальная точка или тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока на них не действуют силы или действие сил скомпенсировано. Второй закон Ньютона Произведение массы материальной точки (тела) на ее ускорение равно действующей на нее силе F = ma. 3-й закон Ньютона Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по величине, направлены в противоположные стороны F12 = - F21. Движение материальной точки в пространстве – это изменение ее положения относительно других тел с течением времени. F = ma. 5. Колебательное движение материальной точки. Упругие колебания. Математический маятник Механические колебания – периодически повторяющееся перемещение материальной точки, при котором она движется по какой-либо траектории поочередно в двух противоположных направлениях относительно положения устойчивого равновесия. Упругие колебания — это колебания механических систем, упругой среды или ее части, возникающие под действием механического возмущения. Математический маятник Когда колебательная система не имеет силы трения, тогда остается неизменной полная механическая энергия.  6.Работа. Мощность. Консервативные и диссипативные силы. Механическая работа — это физическая величина, прямо пропорциональная приложенной к телу силе и пройденному телом пути  Мощность в физике — это количество работы, которая совершается за единицу времени. Мощность — это скалярная физическая величина, которая характеризует мгновенную скорость передачи энергии от системы к системе или скорость преобразования, изменения, потребления энергии. В физике принято следующее обозначение мощности: 1 Вт = 1 Дж / 1с.  Консервативные силы (потенциальные силы) — силы, работа которых не зависит от формы траектории (зависит только от начальной и конечной точки приложения сил) Консервативные силы — такие силы, работа по любой замкнутой траектории которых равна 0. Примером консервативных сил могут служить силы всемирного тяготения, силы упругости, силы электростатического взаимодействия заряженных тел. Поле, работа сил которого по перемещению материальной точки вдоль произвольной замкнутой траектории равна нулю, называется потенциальным. Диссипативные силы - силы, при действии которых на движущуюся механическую систему её полная механическая энергия убывает, переходя в другие, немеханические формы энергии, например в теплоту. пример диссипативных сил: сила вязкого или сухого трения. 7. Потенциальная и кинетическая энергия. Сохранение и превращение энергии в консервативных и неконсервативных системах.  Для механической энергии закон сохранения звучит так: полная механическая энергия консервативной системы материальных точек остаётся постоянной. Для замкнутой системы, т.е. для системы, на которую не действуют внешние силы, можно записать:
т.е. полная механическая энергия замкнутой системы материальных точек, между которыми действуют только консервативные силы, остаётся постоянной. Если в замкнутой системе действуют неконсервативные силы, то полная механическая энергия системы не сохраняется – частично она переходит в другие виды энергии, неконсервативные. Система, в которой механическая энергия переходит в другие виды энергии, называется диссипативной, сам процесс перехода называется диссипацией энергии. В диссипативной, изолированной от внешнего воздействия системе остаётся постоянной сумма всех видов энергии (механической, тепловой и т.д.) Здесь действует общий закон сохранения энергии. 8. Удар шаров. Абсолютно упругий и абсолютно неупругий. Удар или столкновение – это кратковременное взаимодействие тел с последующим изменением их скорости. Абсолютно неупругий удар – это ударное взаимодействие с соединением (слипанием) движущихся тел. Абсолютный упругий удар – это столкновение с сохранением механической энергии системы тел. Запись закона сохранения импульса для проекций скоростей на координатную ось, направленную по скорости движения первого шара до удара, принимает вид:  9. Момент импульса. Сохранение момента импульса. Закон сохранения момента импульса: момент импульса замкнутой системы тел относительно любой неподвижной точкине изменяется с течением времени.  Закон сохранения момента импульса (закон сохранения углового момента) — один из фундаментальных законов сохранения. Математически выражается через векторную сумму всех моментов импульса относительно выбранной оси для замкнутой системы тел, которая остается постоянной, пока на систему не воздействуют моменты внешних сил. В соответствии с этим момент импульса замкнутой системы в любой системе координат не изменяется со временем. 10. Гидростатика несжимаемой жидкости. Закон Паскаля. Гидростатическое давление. Сжимаемость жидкостей очень мала, и в подавляющем большинстве явлений жидкости можно считать практически несжимаемыми. Гидростатическое давление — это давление в жидкости, обусловленное силой тяжести. Закон Паскаля: Давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях. Этот закон справедлив также и для газов. Правда, у газов нет свободной поверхности, поэтому смысл закона Паскаля сводится к тому, что в небольших газовых объемах, находящихся в равновесии, давление во всех точках одинаково. 11. Закон Архимеда. Условие плавания тел. Условия плавания тел Закон Архимеда. На любое тело, находящееся в жидкости, действует давление данной жидкости. Чем ниже относительно столба жидкости находится тело или его часть, тем большее давление оказывается жидкостью. Судя из данного утверждения, можно предполагать, что, если погрузить тело произвольной формы, то на его нижнюю поверхность будет действовать давление, способное поднять данное тело на некоторую высоту. Закон Архимеда: На тело, погружённое в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу жидкости (газа), вытесненной телом. .  12. Гидродинамика идеальной несжимаемой жидкости. Линии тока. Уравнение неразрывности струи. Уравнение Бернулли. Для случая установившегося движения элементарной струйке придаются следующие свойства: форма элементарной струйки остается неизменной с течением времени; через стенки элементарной струйки движение жидкости не происходит (обмена энергией жидкости между элементарными струйками нет); вследствие малости поперечного сечения элементарной струйки скорость и гидродинамическое давление во всех точках ее поперечного сечения одинаковы. условие неразрывности означает, что, чем меньше поперечное сечение, тем больше скорость. Произведение скорости течения несжимаемой жидкости на поперечное сечение трубки тока есть величина постоянная для данной трубки тока. Соотношение называется уравнением неразрывности для несжимаемой жидкости.   Уравнение Бернулли. Если внешние силы, вызывающие движение жидкости, не зависят от времени, то через некоторое время после начала движения в жидкости установится вполне определенное распределение скоростей. Такое движение жидкости называется установившимся (стационарным).  Понятие об электричестве. Законы электростатики. Электростатикой называют раздел физики, который изучает свойства и законы взаимодействия систем неподвижных, относительно избранной системы отсчета, зарядов (совокупностей зарядов). Закон сохранения электрического заряда: в замкнутой системе алгебраическая (с учетом знаков +/-) сумма зарядов остается постоянной   Закон Кулона: сила взаимодействия двух точечных зарядов (=кулоновская сила) направлена вдоль прямой, соединяющей заряды, прямо пропорциональна модулю зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:   Принцип суперпозиции для электрических зарядов: результирующая сила, действующая на данный заряд q1 со стороны нескольких зарядов q2.....qn, равна геометрической сумме (= векторной сумме) сил F12+....F1n, действующих на данный заряд со стороны каждого из зарядов:   ( https://siblec.ru/estestvennye-nauki/elektrichestvo-i-magnetizm/1-elektrostatika#1.1 ) Электрическое поле в вакууме. Напряжённость. Потенциал. Электрическое поле: это создаваемый любым электрическим зарядом материальный объект, непрерывный в пространстве, проявляющийся в том, что действует на другие заряды. Закон Кулона – сила взаимодействия двух точечных зарядов, расположенных в вакууме, пропорциональна произведению зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами и направлена вдоль прямой, проходящей через центры зарядов. Напряженностью электрического поля называется вектор  , равный отношению силы, действующей на точечный заряд  к алгебраической величине этого заряда Электрический потенциал (также называемый потенциалом электрического поля, падением потенциала, электростатическим потенциалом) - это количество рабочей энергии, необходимое для перемещения единицы электрического заряда (кулона) из контрольной точки в конкретную точку электрического поля Проводники и диэлектрики в электрическом поле. Проводники – вещества, содержащие свободные носители электрического заряда. Внутри проводника возможно свободное движение электронов – носителей заряда (по проводникам может протекать электрический ток). К проводникам относятся металлы, растворы и расплавы электролитов, ионизированные газы, плазма. Диэлектрики (изоляторы) – вещества, в которых нет свободных носителей заряда. Свободное движение электронов внутри диэлектриков невозможно (по ним не может протекать электрический ток). Именно диэлектрики обладают некоторой не равной единице диэлектрической проницаемостью ε.  Конденсаторы. Электроёмкость. Энергия заряженного конденсатора. Конденсатор – устройство для накопления электрического заряда. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Электроемкость — это скалярная величина, характеризующая способность проводника накапливать электрический заряд. Электрической емкостью проводника наз. отношение заряда проводника к его потенциалу:   единица измерения емкости в СИ: Ф (фарад)Конденсатор представляет собой систему из двух проводников, разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Проводники наз. обкладками конденсатора. Если заряды пластин конденсатора одинаковы по модулю и противоположны по знаку, то под зарядом конденсатора понимают абсолютное значение заряда одной из его обкладок.  Проводники и диэлектрики. Законы постоянного тока. Сопротивление проводников. Проводники – вещества, содержащие свободные носители электрического заряда. Внутри проводника возможно свободное движение электронов – носителей заряда (по проводникам может протекать электрический ток). К проводникам относятся металлы, растворы и расплавы электролитов, ионизированные газы, плазма. Диэлектрики (изоляторы) – вещества, в которых нет свободных носителей заряда. Свободное движение электронов внутри диэлектриков невозможно (по ним не может протекать электрический ток). Именно диэлектрики обладают некоторой не равной единице диэлектрической проницаемостью ε. Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц. Условия существования электрического тока в проводнике: наличие свободных заряженных частиц; наличие электрического поля. Физическую величину, равную отношению сторонних сил A с т Aст при перемещении заряда q q от отрицательного полюса источника к положительной величине этого заряда, называют электродвижущей силой источника (ЭДС):  Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от материала проводника и его геометрических параметров:  где p — удельное сопротивление вещества проводника, l — длина проводника, S — площадь поперечного сечения проводника. В СИ единица измерения сопротивления – Ом Чем больше сопротивление проводника, тем хуже он проводит электрический ток, и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем легче электрическому току пройти через этот проводник. ЭДС. Закон Ома для полной цепи. Закон Джоуля-Ленца. сторонние силы — это любые силы, которые действуют на электрические заряды, но при этом не являются силами электрического происхождения. Электродвижущая сила - скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил (сил неэлектрического происхождения), действующих в электрических цепях переменного и постоянного тока. Электродвижущая сила равна отношению работы сторонних сил при перемещении заряда по замкнутому контуру, к величине этого заряда:    Закон Ома для полной цепи звучит так: сила тока в замкнутой цепи равна отношению ЭДС источника к полному сопротивлению цепи:  Закон Джоуля-Ленца кратко: нагревание проводника или полупроводника прямо пропорционально его сопротивлению, времени действия тока и квадрату силы тока.  Уравнение верно только в том случае, когда вся работа электрического тока уходит на выделение тепла и нет других потребителей энергии. Разветвлённые цепи. Правила Кирхгофа. 1 правило: какое количество зарядов за единицу времени притекает к узлу, столько же вытекает. (алгебраическая сумма токов равна нулю) 2 правило: В любом контуре сложной цепи алгебраическая сумма ЭДС и напряжений, действующих в этом контуре равна нулю. (Только для независимых контуров!)    Ток в металлах. Электронная теория проводимости. н Согласно теории, носителями тока в металлах являются свободные электроны. Эти электроны и называются свободными или электронами проводимости. А совокупность свободных электронов в кристаллической решётке металла называют электронным газом. Если к проводнику приложено внешнее электрическое поле, то на тепловое движение свободных электронов накладывается ещё направленное движение под действием сил электрического поля, что и порождает электрический ток. При этом считается, что движение электронов под действием сил электрического поля подчиняется законам классической механики, а их столкновения с ионами кристаллической решётки металла являются неупругими. вакуум — это идеальный изолятор, так как в нём отсутствуют свободные носители заряда. Ток в электролитах. Законы Фарадея. Закон Ома для электролитов. Ток в электролите подчиняется закону Ома, т. е. изменяется прямо пропорционально напряжению. При нагревании электролитов уменьшается их вязкость и в них возрастает подвижность ионов. Кроме того, при нагревании электролита возрастает степень диссоциации молекул растворенного вещества, т. е. увеличивается количество носителей тока в электролите.   Взаимодействие элементарных токов. Закон Ампера. Из закона Ампера следует, что параллельные проводники с электрическими токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположных — отталкиваются. Законом Ампера называется также закон, определяющий силу, с которой магнитное поле действует на малый отрезок проводника с током. Определение вектора действия силы выполняется согласно правилу левой руки. В этом случае нужно расположить ладонь левой руки перпендикулярно к силовым линиям магнитного поля. Пальцы при этом должны быть направлены в ту сторону, в которую течет ток. В таком положении перпендикулярно отставленный большой палец будет показывать направление электромагнитной силы. Выражение для силы {\displaystyle d{\vec {F}}}d F, с которой магнитное поле действует на элемент объёма d V {d Vdvsdfs\displaystyle dV}dVdddfsdfпроводника с током плотности j {\displaystyle {\vec {j}}}, находящегося в магнитном поле с индукцией{\displaystyle {\vec {B}}} B B, в Международной системе единиц (СИ) имеет вид:  Движение заряженных частиц в магнитном поле. Сила Лоренца. Магнитные ловушки. Радиационные пояса Земли. Движение заряженных частиц в однородном магнитном поле. Под действием силы Лоренца частицы, имеющие электрический заряд, движутся в магнитном поле по криволинейным траекториям. Причём если в данной инерциальной системе отсчёта направление скорости движения частицы перпендикулярно направлению индукции однородного магнитного поля, то траекторией движения заряженной частицы является окружность. Магнитная ловушка — пространственная конфигурация магнитного поля, созданная для ограничения движения какого-либо объекта. Радиационный пояс Земли (внутренний) представляет собой, в первом приближении, тороид, в котором выделяется две области:внутренний радиационный пояс на высоте |
.
.
