Справочник по физике, Хорошавина С.Г., 2002

Справочник по физике, Хорошавина С.Г., 2002.
    Справочник по физике предназначен в помощь абитуриентам при их самостоятельной подготовке к вступительным экзаменам. Он составлен в соответствии с программой по физике для поступления в ВУЗы, с учетом уточнений этой программы и добавлений к ней, осуществленных в 2001 году.
Кратко изложены основные законы и формулы, разобрано решение наиболее сложных тестовых заданий, предложены варианты задач для самостоятельной проработки в традиционном представлении и в виде тестов. Тестовые задания составлены на основании вариантов тестов, предлагаемых центром тестирования в 1996-2001 годах.
Большое внимание в данном справочнике уделено вопросам статики и гидростатики, которые недостаточно глубоко изучаются в средней школе.
Справочник снабжен рисунками, которые позволяют наглядно представить изучаемый материал и помочь в его освоении.
МЕТОДИКА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО ФИЗИКЕ.
При решении задач по физике следует придерживаться такой последовательности:
1) Внимательно несколько раз прочитать условие задачи, чтобы уяснить, какой именно физический процесс или явление в ней описывается.
2) Полностью, ничего не пропуская, записать условие задачи в столбик, необходимые константы и сформулировать вопрос задачи, используя общепринятые обозначения.
3) Перевести данные в систему СИ.
4) Сделать сопроводительный чертеж или схему, поясняющие задачу.
5) Начать решать задачу можно:
• с вопроса задачи;
• с записи основного закона, которому посвящена данная задача;
• если в задаче дан КПД, то с записи КПД.
6) Используя физические законы и формулы, решить задачу в общем виде, не делая промежуточных вычислений, то есть получить конечную формулу в буквенном выражении.
7) Проверить правильность полученной формулы с помощью размерностей; подставить в полученную формулу единицы измерения всех входящих в нее величин в системе СИ; произвести над ними соответствующие действия, в результате чего должна получиться правильная единица измерения искомой величины.
СОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ 3
БУКВЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ
ДЛЯ ОБОЗНАЧЕНИЯ ВЕЛИЧИН 5
МЕТОДИКА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО ФИЗИКЕ 7
ВЕКТОРЫ 8
Действия с ВЕКТОРАМИ 8
ГЛАВА 1. МЕХАНИКА 10
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ 10
1.1 Основы кинематики 11
1.1.1. Параметры механического движения 12
1.1.2. Прямолинейное равномерное движение 12
1.1.3. Неравномерное движение 14
1.1.4. Равнопеременное движение 14
1.1.5. Свободное падение , 16
1.1.6. Движение тела, брошенного горизонтально 17
1.1.7. Движение тела, брошенного под углом к горизонту 18
1.1.8. Вращательное движение 19
Указания к решению задач по кинематике 20
Примеры решения задач 21
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ 26
Вариант № 1 26
Указания к решению задач по тестам 28
Тест № 1 30
Область ответов теста № 1 32
1.2. Основы динамики 32
Основные законы и формулы 33
1.2. Динамика 33
1.2.1. Законы Ньютона 33
1.2.2. Механические силы 36
1.2.2.1. Сила трения 36
1.2.2.2. Сила тяжести и вес тела 36
1.2.2.4. Движение тела в лифте 37
1.2.2.5. Движение тела по выпуклому и вогнутому мостам 38
1.2.2.6. Движение тела по наклонной плоскости 39
1.2.2.7. Закон всемирного тяготения и гравитационные силы 41
1.2.2.8. Закон Гука и сила упругости 43
1.2.3. Законы Ньютона при криволинейном движении 44
Указания к решению задач 46
Примеры решения задач 47
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ 52
Вариант № 2 52
Тест № 2 54
Область ответов теста № 2 56
1.3. Законы сохранения в механике. Работа. Мощность. Энергия 57
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ 57
1.3. Законы сохранения в механике 57
1.3.1. Импульс. Закон сохранения импульса 57
1.3.1.1. Упругое соударение 58
1.3.1.2. Неупругое соударение 59
1.3.2. Механическая работа 60
1.3.3. Мощность 61
1.3.4. Энергия. Закон сохранения энергии 62
1.3.5. Коэффициент полезного действия 63
Указания к решению задач 63
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ 64
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ 70
Вариант № 3 70
Тест № 3  73
Область ответов теста № 3 75
1.4. Статика 76
Основные законы и формулы 76
1.4. Статика 76
1.4.1. Равновесие тела 76
1.4.2. Виды равновесия 77
1.4.3. Устойчивость 78
1.4.4. Правило моментов 79
1.4.5. Суперпозиция сил 79
1.4.6. Простые механизмы 81
Указания к решению задач по статике 82
Примеры решения задач 83
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ 90
Вариант № 4 90
Тест № 4 92
Область ответов тесга № 4 94
ГЛАВА 2. ЖИДКОСТИ И ГАЗЫ 96
2.1. Давление 96
2.1.1. Давление. Единицы давления 96
2.1.2. Закон Паскаля. Гидравлический пресс 97
2.1.3. Атмосферное давление 98
2.1.4. Гидростатическое давление 99
2.2. Законы гидростатики 100
2.2.1. Закон Архимеда 100
2.2.2. Закон сообщающихся сосудов 101
2.3 ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ ПО ТРУБАМ 102
2.3.1. Уравнение неразрывности струи 102
2.3.2, Закон Бернулли 102
Указания к решению задач
по гидростатике 103
Примеры решения задач 104
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ 111
Вариант № 5 111
Тест № 5 ИЗ
Область ответов теста № 5 115
ГЛАВА 3. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА 117
3.1. Основы молекулярно — кинетической теории 117
3.1.1. Основные положения молекулярно—кинетической теории 117
3.1.2. Число, масса и размеры молекул 118
3.1.3. Внутренняя энергия тела 119
3.2. Идеальный газ 120
3.2.1. Термодинамические параметры — 120
3.2.2. Основное уравнение молекулярно — кинетической теории газа 121
3.2.3. Следствия из основного уравнения МКТ 122
3.3. газовые Законы 123
3.3.1. Закон Авогадро 123
3.3.2. Объединенный газовый закон 123
3.3.3. Закон Гей-Люссака 124
3.3.4. Закон БОЙАЯ — Мариотта 125
3.3.5. Закон Шарля 125
3.3.6. Закон Дальтона 126
3.3.7. Уравнение Менделеева —Клапейрона 126
3.3.8. Внутренняя энергия идеального газа 127
Указания к решению задач 127
Методика решения задач
на молекулярно — кинетическую теорию 127
Методика решения задач
на газовые законы 128
Примеры решения задач 128
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ 135
Вариант № 5 135
Тест № 6 137
Область ответов теста № 6 140
ГЛАВА 4. ТЕРМОДИНАМИКА 142
4.1. Основы термодинамики " 142
АЛЛ. Изменение внутренней энергии 142
4.1.2. Количество теплоты 143
4.1.3. Теплоемкость 143
4.1.4. Работа в газовых процессах 144
4.1.5. Термодинамические процессы 144
4.1.6. Первый закон термодинамики 144
4.1.7. Второй закон термодинамики 146
4.1.8. Тепловой двигатель 147
4.2. ЖИДКОСТИ И ТВЕРДЫЕ ТЕЛА 148
4.2.1. Уравнение теплового баланса 148
4.2.2. Удельная теплота сгорания топлива 149
4.2.3. Агрегатное состояние вещества 149
4.2.3.1. Плавление и отвердевание 150
4.2.3.2. Парообразование. Конденсация. Испарение и кипение 151
4.2.3.3. Сублимация и десублимация 154
4.2.4. Насыщенный и ненасыщенный пары 154
4.2.5. Влажность 155
4.2.6. Капиллярные явления 156
Указания к решению задач 158
Методика решения задач на термодинамику 158
Примеры решения задач 158
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ 164
Вариант № 7 164
Тест № 7 167
Область ответов теста № 7 169
ГЛАВА 5. ЭЛЕКТРОСТАТИКА 171
5.1. Основы электростатики 171
5.1.1. Понятие о величине заряда 171
5.1.2. Электростатическая индукция 172
5.1.3. Законы электростатики 173
5.2. Электростатическое поле 174
5.2.1. Напряженность электрического поля i 74
5.2.2. Линии напряженности 175
5.2.3. Поверхностная плотность заряда 176
5.2.3. Потенциал. Разность потенциалов 177
5.2.4. Связь напряженности с потенциалом 178
5.2.5. Работа сил электростатического поля 179
5.2.6. Диэлектрики в электрическом поле 180
5.3. Электроемкость 180
5.3.1. Электроемкость уединенного проводника 180
5.3.2. Электроемкость конденсатора 181
5.3.3. Соединения конденсаторов 182
5.3.4. Энергия электрического поля 184
Указания к решению задач 185
Примеры решения задач 186
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ 195
ВАРИАНТ № 8 195
ТЕСТ №8 197
Область ответов теста № 8 200
ГЛАВА 6. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО 202
6.1. Электрический ток 202
6.1.1. Сила и плотность тока 202
6.1.2. Сопротивление проводника и проводимость 203
6.1.3. Источники тока 203
6.2. Законы постоянного тока 204
6.2.1. Законы Ома 204
6.2.2. Соединения проводников 205
6.2.4. Работа и мощность тока 206
6.2.5. Коэффициент полезного действия (КПД) 20?
6.2.6. Закон Джоуля Ленца 207
6.2.7. Законы Фарадея для электролиза 208
6.3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ 209
6.3.1. Электрический ток в электролитах 209
6.3.1.1. Законы Фарадея для электролиза 210
6.3.1.2. Применение электролиза 211
6.3.2. Электрический ток в газах 211
6.3.3. Самостоятельный и несамостоятельный разряд 212
6.3.4.Ток в вакууме 213
6.3.4.1. Диод 213
6.3.4.2. Триод 214
6.3.3.4. Электронно—лучевая трубка 216
6.3.5. Электрический ток в полупроводниках 217
6.3.5.1. Сравнение свойств проводников, полупроводников и диэлектриков 217
6.3.5.2. Электропроводность полупроводников 217
6.3.5.3. Собственная и примесная проводимость полупроводников 218
6.3.5.3. р — n —переход 219
6.3.5.4. Полупроводниковый диод 221
6.3.5.5. Транзистор 222
Указания к решению задач 223
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ 224
Указания к решению задач 225
Примеры решения задач 226
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ 232
ВАРИАНТ №9 232
ТЕСТ №9 : 234
Область ответов теста № 9 236
7.1. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ 238
7.1.1. Закон Ампера 238
7.1.2. Сила Лоренца 239
7.1.3. Напряженность магнитного поля 240
7.1.4. Магнитные силовые линии 240
7.1.5. Магнитный и вращающий моменты 242
7.1.6. Взаимодействие токов 243
7.1.7. Магнитный поток 243
7.1.8. Магнитное поле соленоида 244
8.2. Электромагнитная индукция 244
8.2.1. Электромагнитные явления 244
7.2.1. Явление самоиндукции. Индуктивность 245
7.2.2. Работа и энергия магнитного поля 246
Указания к решению задач 247
Примеры решения задач 248
задачи для самостоятельного решения 255
Вариант № 10 255
Тест № 10 25?
Область ответов теста № 10 260
ГЛАВА 8. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ 263
8.1. Механические колебания
и волны 263
8.1.1. Гармонические колебания 263
8.1.1.1. Параметры гармонических колебаний 263
8.1.1.2. Гармонические колебания математического маятника 265
8.1.1.3. Гармонические колебания пружинного маятника 266
8.1.1.4. Энергия гармонического колебательного движения 267
8.1.1.5. Собственные и вынужденные механические колебания 267
8.1.2 Волны 268
8.1.2.1. Уравнение гармонической волны 269
8.1.2.2. Звуковые волны 269
8.2. Электромагнитные колебания и волны 270
8.2.1. Колебательный контур 270
8.2.2. Свободные и вынужденные электромагнитные колебания 271
8.2.3. Переменный ток 272
8.2.4. Сопротивления переменного тока 273
8.2.5. Передача энергии на расстояние 274
8.2.6. Трансформатор 274
8.2.6. Электромагнитные волны 275
Указания к решению задач 276
Примеры решения задач 277
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ 285
Вариант № 11 285
Тест № П 287
Область ответов теста № И 289
ГЛАВА 9. ОПТИКА 291
9.1. Геометрическая оптика 291
9.1.1. Законы геометрической оптики 291
9.1.2. Плоское зеркало 292
9.1.3. Линзы 293
О 294
10.2. Волновая оптика 295
10.2.1. Интерференция света 296
9.2.2. Дифракция света 296
9.2.3. Поляризация света 297
9.2.4. Дисперсия света 297
9.2.5. Шкала электромагнитных волн 298
Указания к решению задач 298
Примеры решения задач 299
Вариант № 12 306
Тест № 12 307
Область ответов теста № 12 310
ГЛАВА 10. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА.
АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА 313
10.1. Элементы специальной теории относительности 313
10.1.1. Принцип относительности Галилея 313
10.1.2. Постулаты Эйнштейна 313
10.2.1. Релятивистская механика 314
10.2.2. Масса, длина, время и импульс в релятивистской механике 314
10.2. Квантовая физика 315
10.2.1. Характеристики фотона 315
10.2.2. Фотоэффект 315
10.2.2.1. Законы фотоэффекта 316
10.2.2.2. Применение фотоэффекта 317
10.3. Атомная физика 318
10.3.1. Постулаты Бора 318
10 3 2 Спектры 318
10 3 3 Водородоподобный атом 319
10 4 Ядерная физика 320
10 4 1 Состав ядра 320
10 4 2 Ядерные реакции 321
10 4 3 Дефект массы ядра 321
10 4 4 Энергия связи атомных ядер 322
10 4 5 Дефект масс ядерных реакций 322
10 4 6 Радиоактивность 322
Указания к решению задач 324
Примеры решения задач 324
Вариант № 13 330
ТЕСТ№ 13 332
Область ответов теста № 13 334
ГЛАВА 11. МЕТОДЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ И ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА 335
11 1 Эксперимент и теория в процессе познания мира 335
11 2 Моделирование явлений и объектов природы 337
11 3 Научные гипотезы 338
11 4 Принцип соответствия 338
115 Принцип причинности 339
11 6 Физические законы и границы их применимости 340
116 Законы сохранения физических величин 340
116 2 Динамические и статистические закономерности 341
11 7 Физическая картина мира 342
117 1 Соотношение дискретностии непрерывности 342
117 2 Корпускулярно — волновой дуализм 343
117 3 Проблема глобального эволюционизма 344
117 4 Введение нестабильности в картину современного мира 345
117 5 Идея целостности 347
ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 348
ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ 353
МЕХАНИКА 353
ЖИДКОСТИ И ГАЗЫ 355
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА 355
ТЕРМОДИНАМИКА 357
ЭЛЕКТРОСТАТИКА 358
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО 360
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ 362
КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ 363
ОПТИКА 366
ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ 368
КВАНТОВАЯ ФИЗИКА 368
АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА 369
ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА 370
ОБЛАСТЬ ОТВЕТОВ ТЕСТОВ 372
Область ответов теста № 1 372
Область ответов теста №2 372
Область ответов теста № 3 372
Область ответов теста № 4 372
Область ответов теста № 5 372
Область ответов теста № 6 372
Область ответов теста № 7 372
Область ответов теста № 8 373
Область ответов теста № 9 373
Область ответов теста № 10 373
Область ответов теста № 11 373
Область ответов теста № 12 373
Область ответов теста № 13 373.