Основы физики, Дмитриева В.Ф., Прокофьев В.Л., 2001

Основы физики, Дмитриева В.Ф., Прокофьев В.Л., 2001.

    Данное учебное пособие является самодостаточным, так как включает в себя теоретические вопросы курса физики, изложенные с современных позиций, примеры решения задач по всем разделам курса, задачи для самостоятельного решения, а также весь необходимый справочный материал.
Сделан акцент на изложение основных идей и методов физической науки. Показана роль фундаментальных экспериментов в становлении современной физики. Даны разъяснения физических явлений, основополагающих законов и понятий с целью их дальнейшего применения для решения практических задач.
Дня студентов высших учебных заведений, обучающихся без отрыва от производства. Может быть полезно студентам колледжей.
Единицы физических величин.
Физика является опытной наукой, поэтому умение наблюдать физические процессы и измерять различные физические величины приобретает особое значение.
Все изменения, происходящие в физических явлениях, оцениваются количественно посредством измерений.
Измерить величину — значит, сравнить ее с однородной величиной, условно принятой за единицу.
Методика построения системы единиц была предложена К. Гауссом в первой половине XIX в.
Вообще говоря, единицу любой физической величины можно установить произвольно. Но если единицы всех физических величин установить независимо друг от друга, то в формулах, связывающих различные
физические величины, появится много переводных коэффициентов, что усложнит как сами формулы, так и вычисления. К. Гаусс показал, что для построения системы единиц физических величин достаточно выбрать несколько независимых друг от друга единиц. Эти единицы физических величин называют основными. Единицы физических величин, которые определяются по уравнениям с помощью основных единиц, называют производными.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
Физика и ее связь с другими науками 4
Единицы физических величин 5
1 Механика
Глава 1. Кинематика
§ 1. Пространство и время 8
§ 2. Скорость и ускорение 10
§ 3. Угловая скорость. Угловое ускорение 13
§ 4. Формулы поступательного и вращательного движения твердого тела вокруг неподвижной оси 15
Глава 2. Динамика
§ 5. Первый закон Ньютона 15
§ 6. Второй закон Ньютона 16
§ 7. Третий закон Ньютона 18
§ 8. Закон сохранения импульса 19
§ 9. Силы в механике 20
Задачи 21
Глава 3. Работа и энергия
§ 10. Работа переменной силы. Мощность 24
§ 11. Потенциальная и кинетическая энергия 26
§ 12. Закон сохранения энергии 28
§ 13. Удар абсолютно упругих и неупругих тел 29
Задачи 31
Глава 4. Механика твердого тела
§ 14. Момент сипы. Момент инерции 34
§ 15. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела 37
§ 16. Кинетическая энергия вращающегося тела 38
§ 17. Работа внешних сил при вращении твердого тела 39
§ 18. Закон сохранения момента импульса 39
Задачи 40
Глава 5. Поле как форма материн
§ 19. Закон всемирного тяготения 43
§ 20. Потенциальное поле сил 45
§ 21. Характеристики поля — напряженность, потенциал 46
§ 22. Детерминизм классической механики 49
Задачи 50
Глава 6. Элементы механики жидкостей и газов
§ 23. Давление в неподвижных жидкостях и газах 51
§ 24. Уравнение неразрывности 54
§ 25. Уравнение Бернулли 55
§ 26. Вязкость 58
Глава 7. Основы специальной теории относительности
§ 27. Принцип относительности в механике 60
§ 28. Преобразования Галилея 62
§ 29. Постулаты Эйнштейна 63
§ 30. Относительность одновременности 65
§ 31. Преобразования Лоренца 67
§ 32. Следствия из преобразований Лоренца. Относительность расстояний 68
§ 33. Релятивистский закон сложения скоростей 71
§ 34. Основной закон релятивистской динамики материальной точки 72
§ 3S. Закон взаимосвязи массы и энергии 78
Задачи 78
2 Молекулярная физика и термодинамика
Глава 8. Молекулярно-кинетическая теория идеальных газов
§ 36. Статический и термодинамический методы исследования 80
§ 37. Количество вещества ; 82
§ 38. Силы и энергия межмолекулярного взаимодействия 84
§ 39. Идеальный газ 87
§ 40. Уравнение состояния идеального газа 92
§ 41. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов 94
§ 42. Закон Максвелла о распределении молекул по скоростям и энергиям 97
§ 41. Закон распределения Больцмана 101
§ 44. Средняя длина свободного пробега молекул 103
§ 45. Явления перекоса в газах 105
Задачи 110
Глава 9. Основы термодинамики
§ 46. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул 114
§ 47. Работа и теплота как формы передачи энергии 117
§ 48. Первое начало термодинамики 120
§ 49. Адиабатный процесс 123
§ 50. Цикл. Обратимые и необратимые процессы 125
§ 51. Цикл Карно 127
§ 52. Второе начало термодинамики 130
§ 53. Энтропия 131
§ 54. Статистическое толкование второго начала термодинамики 134
Задачи 136
Глава 10. Реальные газы, жидкости и твердые тела
§ 55. Реальные газы 142
§ 56. Уравнение Ван-дер-Ваальса 144
§ 57. Внутренняя энергия реального газа 146
§ 58. Свойства жидкостей 148
§ 59. Поверхностное натяжение 149
§ 60. Смачивание. Капиллярные явления 151
§ 61. Твердые тела 153
§ 62. Типы кристаллических решеток 156
§ 63. Плавление и кристаллизация твердых тел 157
§ 64. Фазовые переходы первого и второго рода 159
§ 65. Диаграмма состояния. Тройная точка 160
Задачи 161
3 Основы электродинамики
Глава 11. Электростатическое воле
§ 66. Электрические заряды. Закон сохранения электрического заряда 163
§ 67. Закон Кулона 165
§ 68. Напряженность электростатического поля 167
§ 69. Поле диполя 170
§ 70. Теорема Гаусса 172
§ 71. Применение теоремы Гаусса к расчету электростатических полей 174
§ 72. Работа сип электростатического поля 177
§ 73. Потенциал поля 178
§ 74. Напряженность как градиент потенциала 181
Задачи 183
Глава 12. Электростатическое поле в веществе
§ 75. Диэлектрики 185
§ 76. Поляризация диэлектриков 186
§ 77. Электрическое смещение 189
§ 78. Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике 191
§ 79. Сегнетоэлектрики 192
§ 80. Пьезоэлектрический эффект 193
§ 81. Электроемкость проводников 194
§ 82. Конденсаторы 196
§ 83. Энергия электростатического поля 198
§ 84. Пондеромоторные силы 200
§ 85. Объемная плотность энергии электростатического поля 201
Задачи 202
Глава 13. Постоянный электрический ток
§86. Электрический ток и его характеристики 205
§ 87. Закон Ома для участка цепи 207
§ 88. Соединение проводников. Зависимость сопротивления проводников от температуры 209
§ 89. Закон Ома для полной цепи 211
§ 90. Закон Джоуля—Ленца 214
§ 91. Правила Кирхгофа 216
Задачи 218
§ 92. Электрический ток в металлах 220
§ 93. Закон Видемана—Франца 224
§ 94. Работа выхода электронов из металла 225
§ 95. Контактная разность потенциалов 226
§ 96. Электрический ток в вакууме и газах 229
§ 97. Несамостоятельный газовый разряд 232
§ 98. Самостоятельный газовый разряд 233
§ 99. Плазма и ее свойства :235
§ 100. Полупроводниковые приборы 237
§ 101. Полупроводники 238
§ 102. Энергетические уровни. Энергетические зоны 240
§ 103. Электропроводимость полупроводников 242
§ 104. Электронно-дырочный переход 245
Глава 14. Магнитное поле
§ 105. Магнитное поле. Вектор магнитной индукции 247
§ 106. Поток вектора магнитной индукции 250
§ 107. Закон Ампера 251
§ 108. Контур с током в магнитном поле 252
§ 109. Напряженность магнитного поля. Закон Био—Савара—Лапласа 253
§ 110. Применение закона Био—Савара—Лапласа к расчету магнитного поля 254
Задачи 256
§ 111. Закон полного тока 259
§ 112. Магнитное взаимодействие токов 261
§ 113. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле 261
§ 114. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца 263
§ 115. Ускорители заряженных частиц 266
§ 116. Эффект Холла 268
Задачи 269
§ 117. Электромагнитная индукция 270
§ 118. Самоиндукция. Индуктивность контура 273
§ 119. Взаимная индукция 275
§ 120. Энергия магнитного поля 276
§ 121.Токи при замыкании и размыкании цепи 278
§ 122. Магнитные свойства вещества 279
Задачи 283
Глава 15. Основы теории Максвелла
§ 123. Вихревое электрическое поле 286
§ 124. Ток смещения. Второе уравнение Максвелла 289
§ 125. Система уравнений Максвелла 291
4 Колебания и волны
Глава 16. Механические и электромагнитные колебания 293
§ 126. Колебательное движение 293
§ 127. Гармонические колебания 295
§ 128. Свободные колебания 296
§ 129. Математический и физический маятники 297
§ 130. Свободные электромагнитные колебания 299
§ 131. Энергия гармонических колебаний. 301
§ 132. Превращение энергии в колебательном контуре 302
Задачи 303
§ 133. Сложение колебаний одного направления 306
§ 134. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний 308
§ 135. Затухающие механические колебания 310
§ 136. Затухающие электромагнитные колебания 312
§ 137. Вынужденные механические колебания. Резонанс 312
§ 138. Вынужденные электромагнитные колебания 315
Глава 17. Волны
§ 139. Волновой процесс 316
§ 140. Уравнение плоской бегущей волны 317
§ 141. Дисперсия волн. Фазовая и групповая скорости 318
§ 142. Энергия волны 319
§ 143. Уравнение стоячей волны 321
§ 144. Дифференциальное уравнение электромагнитной волны 322
§ 145. Энергия электромагнитных волн 325
§ 146. Излучение диполя 326
§ 147. Шкала электромагнитных волн 326
Задачи 328
5 Волновая оптика
Глава 18. Интерференция света
§ 148. Развитие представлений о природе света 330
§ 149. Принцип Гюйгенса 332
§ 150. Электромагнитная природа света 334
§ 151. Интерференция света 335
§ 152. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников 338
§ 153. Интерференция в тонких пленках 340
§ 154. Полосы равной толщины. Кольца Ньютона 341
§ 15S. Использование интерференции в науке и технике 343
Задачи 344
Глава 19. Дифракция света 346
§ 156. Метод зон Френеля 346
§ 157. Дифракция от малого круглого отверстия 350
§ 158. Дифракция на щели в параллельных лучах 351
§ 159. Дифракция в параллельных лучах на дифракционной решетке 353
§ 160. Дифракция на пространственной решетке 3S6
§ 161. Понятие о голографии 357
Задачи 359
Глава 20. Поляризация света
§ 162. Естественный и поляризованный свет 361
§ 163. Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков 363
§ 164. Двойное лучепреломление 364
§ 165. Призма Николя. Закон Малюса 366
§ 166. Оптически активные вещества 367
§ 167. Эффект Керра 368
Задачи 369
Глава 21. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом
§ 168. Электронная теория дисперсии света 371
§ 169. Дисперсия света 373
§ 170. Эффект Черенкова 375
Задачи 375
§ 171. Эффект Доплера 377
6 Квантовая природа излучения
Глава 22. Тепловое излучение
§ 172. Тепловое излучение и его характеристики 380
§ 173. Закон Кирхгофа 382
§ 174. Закон Стефана — Больцмана. Законы Вина 383
Задачи 384
§ 175. Квантовая гипотеза Планка „ 385
§ 176. Оптическая пирометрия .-. 388
Глава 23. Квантово-оптические явления
§ 177. Внешний фотоэлектрический эффект 388
§ 178. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэлектрического эффекта 391
§ 179. Внутренний фотоэффект 392
§ 180. Применение фотоэффекта 393
Задачи 395
§ 181. Фотоны 396
§ 182. Эффект Комптона 397
Задачи 400
§ 183. Давление света 401
Задачи 403
§ 184. Корпускулярно-волновой дуализм излучения 404
7 Основы физики атома
Глава 24. Теория атома водорода по Бору
§ 18S. Модели атома Томсона и Резерфорда 406
§ 186. Спектр атома водорода. 408
§ 187. Модель атома водорода по Бору 410
Глава 25. Элементы квантовой механики
§ 188. Гипотеза де Бройля 413
Задачи 414
§ 189. Опыты Девиссона н Джермера 415
§ 190. Соотношения неопределенностей Гейзенберга 417
Задачи 420
§ 191. Волновая функция и ее статистический смысл 421
§ 192. Уравнение Шредингера 422
§ 193. Частицы в одномерной прямоугольной потенциальной яме 424
§ 194. Принцип причинности в квантовой механике 428
Задачи 428
§ 195. Линейный гармонический осциллятор 430
§ 196. Прохождение частицы сквозь потенциальный барьер. Туннельный эффект 431
§ 197. Атом водорода. Квантовые числа 433
§ 199. Спин электрона. Принцип Паули 436
§ 199. Распределение электронов в атоме по состояниям 438
§ 200. Рентгеновские спектры 440
Задачи 442
§ 201. Понятие о квантовых генераторах 443
8 Физика атомного ядра и элементарных частиц
Глава 26. Атомное ядро
§ 202. Состав атомного ядра 446
Задачи 450
§ 203. Ядерные силы 451
§ 204. Капельная модель ядра 453
§ 205. Естественная радиоактивность 454
Задачи 457
§ 206. Альфа-распад 458
§ 207. Бета-распад 461
§ 208. Реакции деления ядер. Эффект Мёссбауэра 463
§ 209. Гамма-излучение 465
Задачи 467
Глава 27. Ядерные реакции, элементарные частицы
§ 210. Понятие о ядерных реакциях 468
§ 211. Нейтрон. Искусственная радиоактивность 470
§ 212. Деление тяжелых ядер. Цепная реакция 471
§ 213. Реакция синтеза 472
Задачи 474
§ 214. Элементарные частицы и их классификация 474
§ 215. Космическое излучение и радиационные пояса Земли 478
9 Элементы физики твердого тела
Глава 28. Колебания кристаллической решетки
§ 216. Кристаллическая решетка 480
Задачи 482
§ 217. Характер теплового движения в кристаллах. Фононы 483
§ 218. Тепловые свойства твердых тел 484
§ 219. Модели твердого тела 486
Задачи 487
§ 220. Элементы зонной теории твердых тел 488
Глава 29. Проводники н полупроводники
§ 221. Вырожденный электронный газ 490
§ 222. Теплоемкость и теплопроводность металлов 492
§ 223. Электрическая проводимость металлов 493
§ 224. Электрическая проводимость полупроводников 494
ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА 496
ПРИЛОЖЕНИЕ 500
ОТВЕТЫ К ЗАДАЧАМ 507
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ 510.