Основы элементарной физики, Селезнев Ю.А., 1974

Основы элементарной физики,  Селезнев Ю.А., 1974.
   Цель настоящего пособия - помочь при подготовке к приемным экзаменам по физике в высшие учебные заведения. В основу книги положена программа приемных экзаменов, хотя в отдельных случаях имеются некоторые отступления от нее, учитывающие практику приемных экзаменов. Это пособие должно рассматриваться как дополнение к учебнику.
Главное внимание сосредоточено на раскрытии физического смысла важнейших вопросов школьного курса и на детальном рассмотрении некоторых вопросов, которые часто вызывают затруднения на экзаменах. Рассмотрено много примеров и задач, причем в большинстве случаев приводятся» не только их подробные решения, но и анализ условий и результатов. Книга может оказаться полезной для лиц, самостоятельно готовящихся к приемным экзаменам по физике в институт, для школьников старших классов, слушателей подготовительных курсов и подготовительных отделений.
   В нашей стране проводится большая работа по совершенствованию народного образования. Партией и правительством приняты меры по дальнейшему улучшению подготовки квалифицированных рабочих в учебных заведениях системы профессионально-технического образования и меры по привлечению в ВУЗы рабочей и сельской молодежи. С каждым годом возрастает число молодых людей с жизненным и производственным опытом, имеющих возможность получить высшее образование.
Как показывает практика, в условиях стремительного развития всех отраслей научных знаний абитуриентам перед поступлением в ВУЗ требуется определенная и целенаправленная помощь. Особенно в ней нуждается тот, кто решает поступить в ВУЗ спустя несколько лет после получения среднего образования. Именно этой категории абитуриентов прежде всего и адресуется эта книга.
При подготовке пособия к новому изданию встретились большие трудности, связанные с переходом средней школы на новое содержание обучения по физике. Если раньше «Основы элементарной физики», так сказать, стыковали материал стабильных школьных учебников с требованиями программы приемных экзаменов, то теперь пришлось оглядываться и на старые учебники, и на новые учебники и учебные пособия, и на программу приемных экзаменов, которая по вполне понятным причинам пока не могла претерпеть существенных изменений. Большого опыта работы по новым учебникам и учебным пособиям еще нет.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие к четвертому изданию 7
Из предисловия к первому изданию 9
Введение 11
Системы единиц измерения физических величин 16
Глава I. МЕХАНИКА МАТЕРИАЛЬНЫХ ТОЧЕК И ТВЕРДЫХ ТЕЛ 25
§ 1. Кинематика 25
1 1. Основные понятия (25) 1.2. Кинематика движения материальной точки (28). 1.3. Графики зависимости между кинематическими величинами для прямолинейного движения (-52) 1 4. Перемещение и скорость в различных системах отсчета. Принцип независимости движений (62) 1 5. Кинематика движения абсолютно твердого тела (66) 1 6. Заключительные замечания (69)
§ 2. Динамика 72
2 1. Основные понятия динамики и законы Ньютона (72),2 2. Закон сохранения импульса (89). 2 3. Учет сил внешнего трения в динамических задачах (91) 2 4. Динамика движения систем взаимодействующих тел (97). 2 5. Динамика движения материальной точки по окружности (167). 2 6. Динамика гармонических колебательных движений (ИЗ).
§ 3. Статика материальных точек и твердых тел 124 3 1 Условия статического равновесия (124). 3.2. Центр тяжести. Центр масс (132).
§ 4. Закон всемирного тяготения 140 4.1 Основные понятия (140). 4.2. Тяготение и сила тяжести тела (141).
§ 5. Энергия, работа, мощность. Закон сохранения и превращения энергии в механике 148
5 1. Механическое состояние тела и системы тел. Импульс — функция механического состояния (148). 5.2 Работа силы (152). 5 3 Теорема о кинетической энергии. Работа силы как мера изменения кинетической энергии тела (158) 5.4 Потенциальная энергия. Закон сохранения механической энергии замкнутой консервативной системы взаимодействующих тел (162). 5.5. Энергия поля тяготения (173). 5.6. Мощность (175) 5.7. Изменение механической энергии незамкнутой системы тел (177) 5 8. Изменение механической энергии системы, взаимодействие между телами которой осуществляется потенциальными и непотенциальными силами (180)
§ 6. Значение механики и границы применимости механического подхода в физике 185
Глава II. ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ СТРОЕНИЯ ВЕЩЕСТВА 188
§ 7. Первые шаги в глубь вещества 188 7 1 Основные опытные факты и их истолкование (188) 7 2 Применимы ли законы механики к микрочастицам, из которых состоят тела? (191) 7 3 Силы взаимодействия и энергия взаимодействия частиц вещества (194)
§ 8. Свойства вещества в различных агрегатных состояниях 199 8.1 Классификация агрегатных состояний вещества (199) 8 2 Свойства вещества в твердом состоянии (200) 8 3 Жидкое состояние (201) 8 4 Газообразное состояние (203)
Глава III МЕХАНИКА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ 204
§ 9. Используемые модели 204
§ 10. Статика жидкостей и газов 206 10 1 Равновесие частиц свободной поверхности жидкости вдали от стенок сосуда (206) 10.2 Равновесие частиц внутри объема жидкости или газа (207) 10 3 Равновесие частиц свободной поверхности жидкости вблизи стенок сосуда (213) 10 4 Равновесие сосудов, заполненных жидкостью или газом (216). 10 5 Равновесие тел, погруженных в жидкость или газ Закон Архимеда (218)
§ 11. Динамика жидкостей и газов 226 11 1 Основные понятия Уравнение неразрывности (226) 11 2 Применимость законов сохранения к движущимся жидкостям и газам (229)
Глава IV. ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ 238
§ 12. Обобщение закона сохранения энергии 238 12 1. Изменение внутренней энергии при изменении механической энергии замкнутой системы тел или частиц (238) 12 2 Как измеряется изменение внутренней энергии тела или системы тел? Понятие о температуре (240) 12 3 Всегда ли возможен процесс изменения механической энергии за счет изменения внутренней энергии системы? (245)
§ 13. Два способа изменения внутренней энергии 247 13 1 Процесс совершения работы Работа силы как мера изменения механической, внутренней и полной энергии системы (247) 13 2 Процесс теплообмена Количество теплоты — мера изменения энергии в процессе теплообмена (249) 13 3 Первое начало термодинамики (252) 13 4 Виды теплообмена (253)
§ 14 Процесс теплообмена, не сопровождающийся изменением агрегатного состояния вещества 256
14 1 Поведение твердых тел и жидкостей при изменении температуры (256) 14 2 Процессы в идеальных газах (263)
§ 15. Теплообмен и изменение внутренней энергии при фазовых превращениях вещества 280 15 1 Какие компоненты внутренней энергии изменяются при фазовых превращениях? (280) 15 2 Плавление и кристаллизация (282) 15 3. Парообразование и конденсация (285).
15 4 Сублимация (289) 15 5. Изменение внутренней энергии при химических реакциях (289).
§ 16. Свойства паров. Влажность воздуха. Критическое состояние вещества 291
16 1 Условия получения и свойства ненасыщенных и насыщенных паров (291) 16 2. Пары воды в воздухе (295). 16 3. Критическое состояние вещества (296).
§ 17. Итоги рассмотрения строения вещества в молекулярно-кинетической теории 298
Глава V. ЭЛЕКТРОСТАТИКА 301
§ 18. Электрические заряды 301 18 1 Что такое электрический заряд? Откуда берутся электрические заряды (301) 18 2 Используемые модели (303) 18 3 Закон сохранения электрических зарядов (304)
§ 19. Электростатическое поле и его характеристики 306 19 1 Закон Кулона — основной закон электростатики (306).
19 2. Напряженность — силовая характеристика электрического поля (313) 19 3 Невозможность устойчивого равновесия системы свободных электрических зарядов (320) 19.4 Энергетические характеристики электростатического поля Работа при перемещении
заряженных частиц или тел в электростатическом поле (323)
§ 20. Вещество в электростатическом поле 331
20 1 Металлические проводники в электростатическом поле (331) 20 2 Диэлектрики в электростатическом поле (335) 20 3. Конденсаторы (336)
§ 21. Какие задачи решает электростатика? 342
Глава VI. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК 344
§ 22. Электрический ток — упорядоченное движение заряженных частиц или тел 344
22 1. Условия возникновения и поддержания электрического тока (344) 22 2 Основные количественные соотношения и закон Ома (351) 22 3 Способы соединения проводников и источников тока (362) 22 4 О некоторых электротехнических приборах (367 ).
§ 23. Механизм проводимости различных сред 375
23 1 Электронная проводимость металлов (375) 23 2 Ионная проводимость электролитов (379) 23 3 Электрический ток в газах (382) 23 4 Электрический ток в вакууме (383). 23 5 Электрический ток в полупроводниках (387)
§ 24. Некоторые общие выводы из рассмотрения электростатики и электродинамики постоянных токов 392
Глава VII. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА 396
§ 25. Магнитное поле и его свойства 396
25 1 Свойства движущихся заряженных частиц или тел (396) 25 2 Как обнаруживают магнитные поля? (397) 25 3 Индукция магнитного поля — основная силовая характеристика магнитного поля (400) 25 4 Воздействие магнитного поля на движущиеся электрические заряды (404)
§ 26. Магнитные свойства вещества 407 26.1 Внутренние магнитные поля в веществе (407) 26 2. Воздействие внешнего магнитного поля на вещество (408). 26 3. Классификация веществ по магнитным свойствам (410). 26 4. Некоторые выводы (412)
Глава VIII. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ 414
§ 27. Основные опытные факты и закон электромагнитной индукции 414 27 1 Явления, связанные с изменяющимися во времени магнитными полями (414). 27 2. Механизм возникновения и закономерности индукционных явлений (415) 27 3 Принцип действия трансформатора (422) 27 4. Явление самоиндукции (424)
§ 28. Электромагнитные колебания и электромагнитное поле 425 28 1 Закон сохранения энергии в применении к колебательному контуру (425). 28 2 Электромагнитное поле (426) 28 3 Колебательный контур как излучатель электромагнитного роля (432) 28 4. Атомы вещества подобны открытому колебательному контуру (434). 28 5. Некоторые важные выводы (436)
Глава IX. ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ 438
§ 29. Волновой процесс — процесс распространения колебаний в пространстве 438 29 1 Классификация волн (436)» 29 2. Основные характеристики волн (439).
§ 30. Некоторые свойства волн различной природы 441 30 1. Скорость распространения волн конечна (441) 30 2. Уравнение плоской синусоидальной волны (442) 30 3. Перенос энергии волнами (443) 30 4 Дисперсия скорости волн и дисперсия показателя преломления (444). 30.5. Явления на границе раздела сред (445).
§31. Общие свойства волн и частиц 451
Глава Х. ОПТИКА 454
§ 32. Что такое свет? 454 32.1 Предварительные замечания (454) 32.2 Механизм и условия излучения атомов и молекул (457) 32 3 Электромагнитные волны оптического диапазона (464).
§ 33. Воздействие электромагнитного излучения на вещество 469 33 1 Эффекты воздействия (469). 33 2. Возможность использования закона сохранения энергии (472).
§ 34. Основы фотометрии 473
§ 35. Геометрическая оптика 476 35 1 Основные понятия и законы (476) 35 2 Получение изображений с помощью зеркал (483) 35 3 Прохождение света через границу раздела разнородных прозрачных сред (495). 35 4 Получение изображений с помощью линз (503) 35 5, Назначение простейших оптических систем и приборов (511).
§ 36. Некоторые вопросы волновой и квантовой оптики 515
36 1 Анализ электромагнитных излучений атомов и молекул по спектрам (515) 36 2 Интерференция и дифракция света (518) 36 3 Закономерности фотоэлектрического эффекта (525). 36 4 Итоги рассмотрения оптических явлений (527)
Глава XI. СТРОЕНИЕ АТОМА И АТОМНОГО ЯДРА 528
§ 37. Строение атома 528
§ 38. Строение ядра атома. Энергия внутриядерных взаимодействий 530 38 1. Протонно-нейтронная модель ядра (530) 38 2. Энергия связи Дефект массы Взаимодействие нуклонов (531) 38 3 Возможности высвобождения внутриядерной энергии (534). 38 4. Слияние позитрона с электроном (537).
Заключительные замечания 539