Курс физики, Грабовский Р.И., 2009

Курс физики, Грабовский Р.И., 2009.
   В учебном пособии изложены теоретические основы общей физики, предусмотренные программой для высших учебных заведений. Чтобы облегчить восприятие книги, материал подается в упрощенном виде: аппарат высшей математики представлен в виде табличных формул производных и интегралов, выводы некоторых физических закономерностей носят общий характер. Приведены необходимые сведения о математических понятиях и символах, отсутствующих в школьных курсах физики. Учебник включает значительное количество рисунков и подробный предметный указатель. Пособие адресовано студентам технических, а также сельскохозяйственных ВУЗов.

Единицы и размерности физических величин.
Большинство физических законов представляется в виде формул, связывающих числовые значения различных физических величин. Для получения этих значений необходимо измерять физические величины. Измерение физической величины сводится к сравнению ее с однородной физической величиной, принятой за единицу. Для каждой физической величины эту единицу можно выбирать совершенно произвольно, независимо от других величин. Однако на практике в целях удобства поступают иначе. Произвольно выбирают единицы только для нескольких (семи) физических величин. Эти величины и их единицы называют основными. Единицы всех остальных физических величин устанавливают на основании законов (формул), связывающих эти величины с основными. Такие величины и их единицы называют производными.
Совокупность всех основных и производных единиц физических величин называется системой единиц.
В СССР утверждена Международная система единиц — СИ (система интернациональная). Основными физическими величинами СИ являются длина, масса, время, термодинамическая температура Кельвина, сила электрического тока, сила света и количество вещества. За основные единицы приняты соответственно следующие семь: метр (м), килограмм (кг), секунда (с), кельвин (К), ампер (А), кандела (кд) и моль (моль)*.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 3
Введение 5
§ 1. Предмет физики. Связь физики с другими науками и производством 5
§ 2. Единицы и размерности физических величин 8
§ 3. Некоторые математические понятия и символы 10
Контрольные вопросы s 18
Часть I Физические основы механики. Молекулярная физика и термодинамика
Глава I. Движение материальной точки (основы кинематики) 19
§ 4. Общий случай криволинейного движения материальной точки. Основные характеристики движения 19
§ 5. Прямолинейное движение материальной точки 22
§ 6. Движение материальной точки по окружности 23
Примеры решения задач 26
Контрольные вопросы 28
Глава II. Основные законы динамики 28
§ 7. Законы Ньютона. Масса и сила 28
§ 8. Закон изменения импульса 30
§ 9. Закон сохранения импульса в изолированной системе 32
Примеры решения задач 34
Контрольные вопросы 35
§ 10. Силы упругости 36
§ 11. Силы трения 37
§ 12. Силы тяготения 39
§ 13. Силы, возникающие при криволинейном движении и при вращении тела
§ 14. Инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Силы инерции 43
§ 15. Вес тел. Ускорение свободного падения. Невесомость 46
Примеры решения задач 49
Контрольные вопросы 51
Глава III. Работа и энергия 51
§ 16. Работа и мощность 51
§ 17. Энергия 53
§ 18. Закон сохранения и превращения энергии 58
§ 19. Космические скорости 62
§ 20. Границы применимости классической механики 64
Примеры решения задач 69
Контрольные вопросы 70
Глава IV. Вращательное движение твердого тела 71
§ 21. Основной закон динамики вращения 71
§ 22. Моменты инерции некоторых тел 73
§ 23. Закон сохранения момента импульса. Кинетическая энергия вращающегося тела 76
Примеры решения задач 78
Контрольные вопросы 79
Глава V. Движение жидкости 80
§ 24. Основные определения. Уравнение неразрывности 80
§ 25. Уравнение Бернулли 82
§ 26. Некоторые приложения уравнения Бернулли 84
Примеры решения задач 87
Контрольные вопросы 88
Глава VI. Колебания и волны 88
§ 27. Гармоническое колебание и его характеристики 88
§ 28. Сложение одинаково направленных гармонических колебаний. 91
§ 29. Сложение взаимно перпендикулярных гармонических колебаний '
§ 30. Динамика колебательного движения. Маятник 96
§ 31. Затухающие и вынужденные колебания 99
§ 32. Волновой процесс 101
§ 33. Уравнение волны. Интенсивность волны 103
§ 34. Интерференция волн. Стоячие волны 104
§ 35. Фронт волны. Принцип Гюйгенса — Френеля 107
§ 36. Звук и его восприятие. Ультразвук НО
Примеры решения задач 113
Контрольные вопросы 114
Глава VII. Общие сведения о строении вещества 115
§ 37. Основные положения молекулярно-кинетической теории 115
§ 38. Некоторые явления, подтверждающие основные положения молекулярно-кинетической теории 119
§ 39. Теплота и температура 121
§ 40. Предмет и методы молекулярной физики 123
Контрольные вопросы 124
Глава VIII. Газы 125
§ 41. Экспериментальные газовые законы. Термодинамическая температура 125
§ 42. Основное уравнение кинетической теории идеального газа (уравнение Клаузиуса) 129
§ 43. Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул идеального газа (уравнение Больцмана) 133
§ 44. Получение экспериментальных газовых законов из уравнений кинетической теории идеального газа 135
Примеры решения задач 138
Контрольные вопросы 140
§ 45. Число степеней свободы. Внутренняя энергия газа 140
§ 46. Теплоемкости газа. Физический смысл молярной газовой постоянной 143
§ 47. Скорость поступательного движения молекул газа. Распределение числа молекул по скорости 147
Примеры решения задач 151
Контрольные вопросы 152
§ 48. Средняя длина свободного пробега молекул 153
§ 49. Явления переноса в газах. Уравнение переноса 156
§ 50. Диффузия 158
§ 51. Теплопроводность 161
§ 52. Внутреннее трение 164
Примеры решения задач 166
Контрольные вопросы 168
Глава IX. Жидкости и твердые тела 168
§ 53. Особенности строения жидкостей и твердых тел 168
§ 54. Деформация твердого тела 174
§ 55. Тепловое расширение твердых и жидких тел 177
§ 56. Теплоемкость твердых и жидких тел 178
§ 57. Диффузия в жидких и твердых телах 180
§ 58 Осмос 182
§ 59. Теплопроводность жидких и твердых тел 185
§ 60. Вязкость жидкости. Турбулентное движение жидкости 186
Примеры решения задач 189
Контрольные вопросы 190
§ 61. Внутреннее давление в жидкости. Поверхностное натяжение и свободная энергия поверхности жидкости 191
§ 62. Дополнительное давление под искривленной поверхностью жидкости. Формула Лапласа 197
§ 63. Капиллярные явления. Формула Борелли — Жюрена 199
Примеры решения задач 202
Контрольные вопросы 203
Глава X. Изменение агрегатного состояния вещества (фазовые превращения) 203
§ 64. Понятие о фазовых превращениях и диаграмме состояний вещества 203
§ 65. Реальный газ. Уравнение Ван-дер-Ваальса 205
§ 66. Опыт Эндрюса. Критическая температура 207
§ 67. Сжижение газов. Эффект Джоуля — Томсона 210
§ 68. Испарение и конденсация. Кипение 213
§ 69. Упругость насыщенного пара над искривленной поверхностью жидкости и над раствором 216
§ 70. Плавление и затвердевание (кристаллизация). Возгонка 219
Примеры решения задач 221
Контрольные вопросы 222
Глава XI. Основы термодинамики 223
§ 71. Некоторые общие понятия термодинамики. Первое начало термодинамики 223
§ 72. Работа, совершаемая при изменении объема газа. Адиабатические процессы 227
§ 73. Цикл Карно. Второе начало термодинамики 232
§ 74. Энтропия 236
§ 75. Статистический смысл энтропии и второго начала термодинамики 240
Примеры решения задач 244
Контрольные вопросы 246
Часть II Электричество и магнетизм. Оптика и атомная физика
Глава I. Электростатика 248
§ 1. Электризация тел. Электрический заряд 248
§ 2. Взаимодействие электрических зарядов в вакууме. Электрическое поле и его напряженность 250
§ 3. Электрический диполь. Поле диполя 254
§ 4. Теорема Остроградского — Гаусса и ее приложения 255
§ 5. Рабата при перемещении заряда в электрическом поле. Потенциал 260
§ 6. Неустойчивость статических систем электрических зарядов 263
§ 7. Проводники в электрическом поле. Электроемкость. Энергия заряженного проводника 265
§ 8. Диэлектрики в электрическом поле. Поляризация диэлектков 268
§ 9. Электрическое поле в диэлектрике. Диэлектрическая проницаемость. Вектор электрической индукции 271
§ 10. Конденсатор. Энергия электрического поля 275
Примеры решения задач 279
Контрольные вопросы 281
Глава II. Постоянный электрический ток 282
§ 11. Электрический ток. Сила тока. Электродвижущая сила. Напряжение 282
§ 12. Ток в металлических проводниках. Сопротивление. Закон Ома. Работа и мощность тока 284
§ 13. Разветвленная электрическая цепь. Правила Кирхгофа 289
§ 14. Основы электронной теории проводимости металлов 294
§ 15. Вывод законов Ома, Джоуля — Ленца и Видемана — Франца из электронной теории проводимости металлов 297
§ 16. Некоторые недостатки классической электронной теории проводимости металлов. Понятие о квантовой электронной теории проводимости 300
§ 17. Контактная разность потенциалов. Термоэлектрические явления 305
§ 18. Эмиссия электронов. Термоэлектронная эмиссия. Электронные лампы 312
Примеры решения задач 317
Контрольные вопросы 319
§ 19. Ток в полупроводниках. Собственная и примесная проводимости полупроводников 320
§ 20. Запирающий слой. Полупроводниковые выпрямители, усилители и термоэлектрические батареи 327
§ 21. Ток в жидкостях. Электролиз. Закон Фарадея 331
§ 22. Ток в газах. Несамостоятельный и самостоятельный газовые разряды 336
§ 23. Типы самостоятельного газового разряда 339
Примеры решения задач 342
Контрольные вопросы 343
Глава III. Электромагнетизм 344
§ 24. Постоянный магнит и круговой ток. Магнитные поля магнитов и токов 344
§ 25. Магнитное взаимодействие токов в вакууме 347
§ 26. Напряженность магнитного поля. Формула Ампера. Закон Био—Савара—Лапласа 349
§ 27. Некоторые приложения закона Био—Савара—Лапласа 352
§ 28. Магнитные поля соленоида и тороида 355
§ 29. Диа-, пара- и ферромагнитные вещества. Магнитная индукция. Поток магнитной индукции 357
§ 30. Действие магнитного поля на проводник с током 365
§ 31. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях. Определение удельного заряда и массы электрона 368
§ 32. Некоторые приборы и установки, основанные на движении заряженных частиц в электрическом и магнитном полях 373
Примеры решения задач 379
Контрольные вопросы 381
Глава IV. Электромагнитная индукция и переменный ток 382
§ 33. Электромагнитная индукция. Закон Фарадея. Правило Ленца. Токи Фуко 382
§ 34. Взаимная индуктивность и индуктивность 387
§ 35. Энергия магнитного поля. Понятие об электромагнитной теории Максвелла 392
§ 36. Контур, вращающийся в магнитном поле. Синусоидальный переменный ток. Работа и мощность переменного тока 396
§ 37. Емкостное и индуктивное сопротивления 400
§ 38. Обобщенный закон Ома. Электрический резонанс. Коэффициент мощности электрической цепи 404
§ 39. Трехфазный ток 408
Примеры решения задач 410
Контрольные вопросы 412
Глава V. Электрические колебания и электромагнитные волны 413
§ 40. Электромагнитные волны 413
§ 41. Закрытый колебательный контур 416
§ 42. Вибратор Герца. Автоколебательный контур. Диапазон частот электромагнитных волн 418
§ 43. Радиосвязь 421
Примеры решения задач 426
Контрольные вопросы 427
Глава VI. Общие сведения о природе и свойствах света 428
§ 44. Природа света 428
§ 45. Отражение и преломление света. Полное отражение 430
§ 46. Дисперсия света. Спектры 435
§ 47. Тонкие линзы. Микроскоп 437
§ 48. Глаз как оптическая система. Спектральная чувствительность глаза 444
§ 49. Основные фотометрические характеристики 446
§ 50. Поглощение света. Физико-химическое и физиологическое действия света 449
Примеры решения задач 455
Контрольные вопросы 456
Глава VII. Волновые свойства света 457
§ 51. Интерференция света. Интерферометр 457
§ 52. Опыт Майкельсона. Специальная теория относительности 463
§ 53. Интерференция света, отраженного от прозрачных пленок 468
§ 54. Дифракция света. Разрешающая способность оптических приборов 470
§ 55. Дифракция от щелей. Дифракционные спектры. Дифракционная решета. Рассеяние света в мутной среде 473
§ 56. Дифракция рентгеновских лучей. Формула Вульфа — Брэггов 480
§ 57. Дифракция микрочастиц. Волны де Бройля 483
§ 5с Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Поляризация света в турмалине. Поляроиды 485
§ 59. Двойное лучепреломление. Поляризация света в исландском шпате. Призма Николя 489
§ 60. Вращение плоскости колебаний поляризованного света. Поляриметр 493
Примеры решения задач 495
Контрольные вопросы 497
Глава VIII. Квантовые свойства света и строение атома 498
§ 61. Тепловое излучение. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа 498
§ 62. Законы излучения абсолютно черного тела. Квантовый характер излучения. Формула Планка 501
§ 63. Строение атома (ядерная модель). Дискретность энергетических состояний атома. Постулаты Бора 506
§ 64. Квантовая теория строения атома водорода (по Бору). Объяснение спектров излучения и поглощения водорода 512
§ 65. Квантовая теория строения многоэлектронных атомов и образование оптических и рентгеновских (характеристических) спектров 517
§ 66. Люминесценция. Законы фотолюминесценции и некоторые ее практические применения 523
§ 67. Индуцированное излучение. Квантовые генераторы 526
§ 68. Фотоэффект. Законы фотоэффекта. Фотоэлементы 529
§ 69. Масса и импульс фотона. Световое давление. Эффект Комптона. Флуктуация света 534
Примеры решения задач 538
Контрольные вопросы 540
Глава IX. Атомное ядро и внутриядерные процессы 541
§ 70. Общие сведения об атомных ядрах. Изотопы 541
§ 71. Естественная радиоактивность. Альфа-, бета- и гамма-излучения. Законы радиоактивного распада 544
§ 72. Методы наблюдения и регистрации микрочастиц 550
§ 73. Ядерные реакции. Искусственная радиоактивность 554
§ 74. Энергия связи. Дефект массы атомного ядра 558
§ 75. Реакция деления. Цепная реакция. Ядерный реактор 561
§ 76. Реакция синтеза (термоядерная реакция). Энергия звезд 566
§ 77. Космическое излучение. Элементарные частицы. Типы взаимодействия объектов материи 568
§ 78. Использование ядерной энергии 574
Примеры решения задач 576
Контрольные вопросы 579
Приложения 580
Ответы на контрольные вопросы 586
Предметный указатель 597.