Лекции

Лекции


1 Кинематика

Степени свободы. Характеристика движения. Виды ускорения.

Степени свободы – число независимых координат, определяющих положение точки в пространстве (3 – просво, 2 – плоскость, 1 - линия)

Хар-ки движ-я – v = s/t, t = s/v, s=vt, a=delta v/ delta t, F = ma = mg

Ускорение – характеризует изменение скорости по времени

Ан=ац – перпенд.скорости, изменение v по направлению = v^2/R

Ат – совпадает с v, характеризует по величине = dv/dt

По окружности: ан=ац=const, aт=0 – равномерное

Прямолинейное: ан=0, ат=0 - равномерное, ат=const – равнопеременное, ат=f(t) – с ускорением

Криволинейное:  ан!=0, ат=0 – равномерное, ат=const – равнопеременное, ат=f(t) – с ускорением

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

2 Динамика материальной точки

3 закона Ньютона.

Динамика – основной раздел механики, изучает движ.тел в зависимости от внешн.сил

Законы Ньютона: 1 – инерция – свойство тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока не подействуют внешн.силы; 2 – a=F/m, F=dp/dt, 3 – всякое действие МТ друг на друга носит хар-р взаимодействия, их силы равны по модулю и отличны по направлению, действуют вдоль одной прямой F1,2=-F2,1

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

3 Принцип относительности в механике

ИСО. Принцип относительности Галилея. 2 постулата Эйнштейна. Преобразования Галилея. Преобразования Лоренца.

ИСО – системы отсчета, которые относ.друг друга движутся прямолинейно и равномерно, в одной из них справедливы законы Ньютона

Механический принцип относительности Галилея – во всех ИСО законы классической динамики имеют одинаковую форму

Преобразования Галилея: преобразование координат и скорости при переходе из одной ИСО в другую.

Постулаты Эйнштейна: 1 – принцип относительности: все законы природы инвариантны по отношению к переходу из одной ИСО в другую; 2 – принцип пост-ва скор.света: она не зависит от скорости источника и одинакова во всех ИСО

Преобразования Лоренца:

Формулы:

beta = v/c; t=t0/sqrt(1 – beta^2); рел.масса m=mo/sqrt(1-beta^2); рел.импульс p=mv/sqrt(1-beta^2); лоренц.закон сокращения длины l=lo*sqrt(1-beta^2); Eполн=mv^2/sqrt(1-beta^2), E0=mv^2; Eк=Eполн-Е0; s=sqrt(c^2*t^2 – l^2)

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

4 Механика твердого тела

Момент инерции. Теорема Штейнера. Кинетическая энергия вращения. Абсолютно твердое тело. Момент силы. Уравнение динамики вращательного движения. Момент импульса и закон его сохранения.

Момент инерции – I = sum m*r^2

Теорема Штейнера: I=Ic+ml^2, I – момент инерции относ.произв.оси, Ic – мом.инерции относ.параллельной оси через центр масс тела, m - масса тела, l – расстояние между осями

Кинетическая энергия вращения: Eк = Iw^2/2 = mr^2, I – момент инерции, w – угл.скорость; Eк = mv^2/2 + Iw^2/2 (при движении тела по накл.плоскости)

Абсолютно твердое тело – расстояние между его точками во время движ-я не меняется

Момент силы – M = |r*|F = Fd, d – плечо силы = r*sina

Основное уравнение динамики вращ.движения: M=I*e, e – угл.ускорение

Момент импульса – L = |r*|p = p*l; L = I*w (L твердого тела относительно оси)

Закон сохранения импульса: векторная сумма всех моментов импульса относительно любой неподв.точки в замкнут.системе остается постоянной

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

5 МКТ идеальных газов

Молекулярная физика. 2 метода. Термодинамические процессы. Идеальный газ. Закон Авогадро. Закон Дальтона. Закон Бойля—Мариотта. Закон Гей—Люссака. Закон Шарля. Уравнение Менделеева—Клапейрона. Основное уравнение МКТ газов. Длина свободного пробега молекулы. Эффективный диаметр.

Молекулярная физика – раздел физики, в котором изучаются микропроцессы, происходящие между молекулами, их взаимодействие

2 метода: 1 – статистический (МКТ) – исследует микропроцессы в вещве; 2 – термодинамич. – изучает макроскоп.системы в состоянии термодин.равновесия и термодин.процессы

Термодинамический процесс – любое изменение в термодин.системе

Состояние термодин.равновесия – состояние системы с теч-м времени не меняется

Идеальный газ – объем молекул газа пренебрежимо мал в сравнении с объемом сосуда, столкновения со стенкой абс.упругие, нет сил взаимодействия

Термодинамические процессы: 1 – Бойля-Мариотта (изотермический) PV=const; 2 – Гей-Люссака (изобарный) V/T=const; 3 – Шарля (изохорный) P/T=const

Закон Авогадро: моли газов при T=const и P=const имеют одинаковый объем Vm = 22,4*10^-3 м^3/моль

Закон Дальтона: давление смеси идеал.газов равен сумме порциональных давлений в ней P=p1+p2+…+pn

Уравнение состояния идеального газа Клапейрона: P1V1/T1 = P2V2/T2

Уравнение состояния идеального газа Менделеева-Клапейрона:

PVm=RT, R=8,31 Дж/моль*К – универс.газ.пост-я;

PV=nRt;

P=nkT, n=NA/Vm = 6,02*10^23 – концентрация молекул, k=R/NA = 1,38*10^-23 Дж/К – пост.Больцмана

для массы газа M: PV = m/M * RT = vRT, v – количество вещва

Основное уравнение МКТ газов: P=1/3 n*m0*<v^2>

Длина свободного пробега молекул – расстояние между молекулами, которое они проходят после столкновения <l> = <v>/<z>

<z>=n*pi*d^2<v^2>, d – диаметр молекулы

Эффективный диаметр молекулы – расстояние, на которое молекулы сближаются при столкновении

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

6 Электростатика

Электрический заряд. Его свойства. Ток. Сила тока. Заряженное тело. Точечный заряд. Закон Кулона. Электрическое поле. Электростатическое поле. Характеристики электрического поля. Напряженность. Потенциал. Принцип суперпозиции. Свойства электромагнитных полей. Работа в электрическом поле. Потенциальное поле. Поток вектора напряженности. Теорема Гаусса.

Электростатика – раздел электродинамики, изучает взаимодействие неподвиж.эл.зарядов

Эл.заряд – колич.мера эл.взаимодействия

Свойства: квантование q=Ne, двойственность +;-, сохранение заряда (общ.заряд замкн.системы сохраняется при изменениях внутри нее), аддитивность (q = sum q), инвариантность (q не зависит от его v)

Эл.ток – направленное движение зарядов I =q/t

Точечный заряд – заряженная МТ

Закон Кулона: F = k * q1*q2/r^2, k – коэффициент пропорциональности, k = 4*pi*e = 9*10^9 м/Ф, e0 – электр.постоянная = 8,85*10^-12 (Ф/м)

Фарад Ф = Кл^2/(Н*м)

Электрическое поле – поле, посредством которого взаимодействуют эл.заряды

Характеристик эл.поля: силовая (напряженность) и энергетическая (потенциал)

Напряженность – E=F/q0 [Н/Кл] = [В/м]

Потенциал – phi = Wп/q0 [Дж/Кл] = [В]

Принцип суперпозиции: E = sum E

Свойства электромагнитных полей: материально, носитель зарядов, бывает переменное и постоя-е, обнаруживается опытным путем

Работа в эл.поле: А = F*S*cosa = E*q*S*cosa = Eqd

Потенциальное поле – работа не зависит от перемещения, силы консервативны

Градиент потенциала: E = - dphi/dX, направленность в сторону убывания потенциала

Поток вектора напряженности: ф=int E dS

Теорема Гаусса: ф=int E dS = int sum E dS = 1/e0 * sum Q

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

7 Термодинамика

3 начала. Вечный двигатель первого, второго рода. Работа газа в термодинамике. Удельная теплоемкость. Применение начал термодинамики к изопроцессам. Термодинамический процесс. Круговой процесс. КПД. Энтропия. Тепловой двигатель. Холодильная машина. Теорема Карно. Цикл Карно. КПД Карно.

Термодинамика - раздел физики, изучает свойства макроскопических систем и способы превращения энергии в них

3 начала термодинамики: 1 - не сущ.двигателей 1 рода, теплота, сообщаемая системе, расходуется на изменение U и против внешних сил, закон сохранения энергии: delta U = U2 - U1; 2 - не сущ.двигателя 2 рода, невозможна передача тепла от менее нагретых тел к более нагретым, любой необратимый процесс замкн.системы происходит с возрастанием энтропии; 3 - энтропия при приближении к абс.нулю равна нулю.

Энтропия - часть U, которую нельзя преобразовать в мех.работу, s = Q/t

Теплота Q - энергия, которую тело получает/отдает в процессе теплообмена

Внутр.энергия U - энергия хаотического движения микрочастиц системы

2 формы передачи U: теплота и работа Q = delta U + A, dela U = Q - A

Изопроцессы: изохорный Q = delta U, изобраный Q = delta U + A, изотермический Q = A, адиабатный delta U = -A

Вечные двигатели: 1 рода - работа без сообщения энергии; 2 рода - превращает в работу все поступающее тепло

Удельная теплоемкость c - колво теплоты, необходимое для нагревания 1кг вещва c = Q/mdT

Работа газа: A= Fdl = pSdl = pdV

Термодинамический процесс - изменение состояния системы, которая находилась в равновесии с внешней средой

Круговой процесс - цикл, пройдя который система вернется в прежнее состояние, Q = A

КПД кругового процесса: n = A/Q = (Q1 - Q2)/Q1

Тепловой двигатель - устройство, превращ.тепло в мех.энергию

Холодильная машина - устройство отвода тепла

КПД - эффективность устройства при преобразовании энергии

Теорема Карно: КПД обратимого цикла не зависит от свойств вещва, КПД необратимого цикла < КПД обратимого цикла

Цикл Карно: изотерм.рашир., адиаб.расшир., изотерм.сжатие, адиаб.сжатие

КПД Карно: n = (T1 - T2)/T1

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

8 Постоянный ток

Проводник, полупроводник, изолятор. Сила переменного, постоянного тока. Основная характеристика тока. Плотность тока. Сила тока через плотность тока. Сторонние силы, ЭДС. Закон Ома (для участка цепи, для полной цепи, в дифференциальной форме). Однородный проводник. Закон Джоуля—Ленца (дл постоянного тока, для переменного тока, в дифференциальной форме). Закон Кирхгофа (для узла, для контура).

Электроемкость С = q/U

Проводник – вещво, материал которого хорошо проводит ток, больше своб.носителей заряда

Полупроводник – вещво, по удел.проводимости занимает промежут.положение между проводником и изолятором

Изолятор – практически не проводит ток

Сила тока: I = dq/dt, I = q/t, основная характеристика тока

Плотность тока – j = dI/dS

Сторонние силы – силы неэлектростатического происхождения q = A/q

Однородный проводник – в котором нет сторонних сил

Закон Ома: для участка цепи – I=U/R; для полной цепи – I=e/R+r; в дифф. форме – j = e/ro = gamma*e, gamma = 1/ro – электропроводимость

Закон Джоуля-Ленца: Q=RI^2t; для переменного тока – Q = int rI^2dt; в дифф.форме – w = j*E = ro*j = gamma*E^2, ro – удельное сопротивление, w – плотность тепловой мощности

Правила Кирхгофа: 1 - sum I=0 (сумма токов в узле = 0), узел – место стыка трех и более проводов; 2 – ток внутри контура совп-й с направлением час.стрелки – положительный, не совп-й – отрицательный, контур – участок цепи, содержит узел и источник тока, sum U = sum e (сумма ЭДС контура равна сумме падений напряжения на нем)

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

9 Магнитное поле

Отличия МП от ЭП. Закон Био—Савара—Лапласа. Датчик Холла. Эффект Холла. Сила Лоренца. Сила Ампера. Рамка с током в МП. Момент сил, действующих на неё. Магнитный поток. Магнетики.

МП                                                                 ЭП

1)     нет источника, образован

рядом с проводником/пост.

магнитом

2)     действ.только на движ.                     2) действует на оба

заряды                                                           вида зарядов

3)     линии магн.индукции                      3) разомкнуты

замкнуты

4)     для исследования нужна                 4) нужен пробный q0+

рамка с током, МП повернет

рамку по направлению к

магнитному полю

5)     МП действует не только

на макротела, но и на движу-

щиеся микрочастиц, опреде-

ляя их ориентацию в прост-

ранстве

Магнитная индукция – B = Т/Pm, Т – вращ.момент МП, Pm – магн.момент; СИЛОВАЯ харак-ка МП

Магнитная проницаемость – N=Nr*N0, Nr – относ.проницаемость, N0 – магн.постоянная (4pi*10^-7 Гн/м); N=B/H, H – напряженность магнитного поля

Связь B и N: B = NH

Закон Био-Савара-Лапласа: d|B = NN0/4pi * I[d|l,|r]/r^3 для проводника с током, dl – элемент проводника, r – расстояние до точки, в котором элемент создал индукцию, dI – сила тока

Закон Био-Савара-Лапласа для кругового тока: dB = NN0/4pi * I*dl/R^2

Закон Био-Савара-Лапласа для прямого тока: dB = NN0/4pi * I*sina*da/R

Сила Ампера: dF = I*B*dl*sina (действие на проводник)

Сила Лоренца: F=q*|B*v*sina (действие на заряды)

Датчик Холла: прибор для определения спектра носителей тока для умножения постоянных токов в выч.машинах

Постоянная Холла R = 1/e*n

Эффект Холла: |E перпендикулярно |B*j

Момент сил в рамке с током: M = I*S*B*sina = Pm*B*sina

Магнитный поток в рамке с током: ф=B*S*cosa (Вб)

Магнетик – вещество, вступившее во взаимодействие с МП, изменившее его

Диамагнетик – намагнич-ся во внешн.поле против его направления

Парамагнетик – намагнич-ся во внешн.поле по его направлению

Феромагнетик – спонтанно намагниченное вещво, внешн.поле меняет его

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

10 Явление ЭМИ

3 опыта Фарадея. Закон Фарадея. Вихревые токи Араго. Токи Фуко. Индуктивность контура. Самоиндукция. Токи при замыкании, размыкании цепи. Взаимная индукция. Трансформаторы. Энергия МП.

Опыты Фарадея: 1 – если замкнуть гальванометр с катушкой, и пропускать через нее пост.магнит, то стрелка гальва-а будет отклоняться; 2 – изменяются полюса – магнита – изменяется направление поворота стрелки; 3 – заменив магнит катушкой с I, получаем 2I

Вывод: используя электромагнит, можно создать ЭДС ЭМИ e = - dф/dt (В)

Электромагнитная индукция – явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него

Араго – 1984г, обнаружил вихревые токи

Вихревые токи Фуко – 1855, токи в сплошных проводящих телах, возникают при изменении МП во времени или при движении тела в неоднородном магнитном поле

Индуктивность контура – L = Ф/I (I создает МП вокруг проводника, Ф через контур проводника пропорционален модулю индукции МП внутри этого контура)

Явление самоиндукции – возникновение ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока e = -dф/dt = -d(LI)/dt = -(LdI/dt) + I*dL/dt; e = -L*dI/dt, «-» обсуловлен правилом Ленца : наличие индуктивности в контуре замедляет ток в нем

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

11 Закон преломления света

Дисперсия. Поляризация. 3 способа поляризации. 3 причины двойного лучепреломления. Дифракция. Принцип Гюйгенса—Френеля.

Относительный показатель преломления n2 = n/n1, n=s/v = sqrt(N*e0), N – магнитная, e0 – диэлек.проницаемости; n2 = sina1/sina2, a1 – угол падения, a2 – угол преломления

Закон преломления света: sina2/sina1 = n1/n2

Рефрактометр – прибор, позволяющий определить показатель преломления света

Дисперсия света – зависимость фазовой скорости света от его частоты v = c/n

Показатель преломления n зависим от частоты и длины волны n = f(lamda)

Для дифракционного спектра возможно наложение спектров разных порядков друг на друга. Для призматического спектра понятие порядка отсутствует - он всегда один

1 способ поляризации света – через поляризатор и анализатор, I = I0*cos^2a, I – интенсивность свечения

2 способ поляризации света – при отражении света от границ раздела двух сред. Падающий луч падает под углом Брюстера: tga=n2/n1 = n21 Закон Брюстера: если свет упал на границу раздела сред под углом Брюстера, то отраженный свет будет поляризованным. Угол между преломленным и отраженным лучом = 90grad

3 способ поляризации света – при двойном лучепреломлении

Причины двойного лучепреломления: 1 – в кристалле неодинаковость свойств по разным направлениям, 2 – при помещении кристалла в сильное внешнее МП или при его деформации

Дифракция света – явление огибания светом препятствий, проникновение световых волн в область геометрической тени.

Принцип Гюйгенса: каждая точка волнового фронта является источником вторичных волн

Принцип Гюйгенса-Френеля: Каждый элемент волнового фронта можно рассматривать как центр вторичного возмущения, порождающего вторичные сферические волны, а результирующее световое поле в каждой точке пространства будет определяться интерференцией этих волн.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

12 Квантовая физика

Report Page