Методические указания по подготовке к вступительному испытанию по физике [PDF] [12]

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

Уральский институт государственной противопожарной службы

Е.В. Кононенко, И.М. Морозова, Е.В. Петракович

ФИЗИКА

Методические указания по подготовке к вступительному экзамену по физике

часть 1

Екатеринбург

2006

Кононенко Е.В., Морозова И.М., Петракович Е.В. Физика: методические указания по подготовке к вступительному экзамену по физике, часть 1. – Екате-

ринбург, УрИ ГПС МЧС России, 2006.

Методические указания содержат программу курса и основные понятия,

формулы и соотношения по всем разделам программы по физике, необходимые для освоения курса.

© Е.В. Кононенко

© И.М. Морозова © Е.В. Петракович

© УрИ ГПС МЧС России, 2006

2

	СОДЕРЖАНИЕ
ПРОГРАММА ..................................................................................................		4
Основные понятия и соотношения по разделам программы .........................		7
1.	Механика ...................................................................................................	7
2.	Молекулярная физика и термодинамика ..............................................	11
3.	Электродинамика. ..................................................................................	14
4.	Оптика. Атомная и ядерная физика.....................................................	23
Единицы физических величин.......................................................................		27
Рекомендуемая литература ............................................................................		32

3

ПРОГРАММА

по физике для поступающих в УрИ ГПС МЧС России

МЕХАНИКА

Кинематика. Характеристики движения тел: координаты, перемещение,

путь, мгновенная и средняя скорости, ускорение. Сложение скоростей и пере-

мещений. Графики движения. Уравнение движения и его применение к реше-

нию задач. Свободное падание тел; движение тела, брошенного вертикально вверх, горизонтально и под углом к горизонту. Кинематика движения по ок-

ружности: линейная и угловая скорости; центростремительное ускорение.

Динамика. Понятие об инерциальных системах отсчета. Взаимодействие тел. Сила как мера взаимодействия тел. Движение тела по инерции по инерции и под действием сил. Законы Ньютона. Сложение сил. Силы тяжести, упруго-

сти, трения. Гравитационная сила. Динамика движения по окружности. Поня-

тие импульса тела и импульса силы. Реактивное движение. Закон сохранения количества движения.

Кинетическая и потенциальная энергия. Механическая работа. Закон со-

хранения энергии.

Колебательное движение. Математический и пружинный маятники.

Уравнение колебаний.

Статика. Условия равновесия тел под действием сил. Давление. Гидро-

статическое давление. Атмосферное давление. Закон Паскаля. Гидравлический пресс. Закон Архимеда. Условия плавания тел. Гидродинамика: понятие непре-

рывности потока, динамическое давление, закон Бернулли.

Единицы механических величин.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА
Молекулярно-кинетическая теория (МКТ). Размеры		и масса	молекул.
Моль. Число Авогадро. Понятие	идеального газа.	Основное	уравне-

4

уравнение МКТ. Температура как мера кинетической энергии молекул. Оценка скорости молекул. Уравнение состояния идеального газа. Постоянная Больцма-

на и универсальная газовая постоянная.

Газовые законы. Изотермический, изобарный, изохорный и адиабатиче-

ский процессы: их описание и графики в разных координатах. Объединенный газовый закон. Закон Менделеева-Клапейрона. Закон Дальтона.

Термодинамика. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия тер-

модинамической системы. Работа при различных процессах. Круговой процесс.

Цикл Карно. Коэффициент полезного действия теплового двигателя. Виды теп-

лопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение. Теплоемкость тел;

удельная теплоемкость. Удельная теплота плавления. Удельная теплота паро-

образования. Уравнение теплового баланса. Теплота сгорания топлива.

Единицы термодинамических величин.

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

Электростатика. Электрический заряд. Взаимодействие зарядов. Диэлек-

трическая проницаемость среды. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Суперпозиция полей. Потенциал. Электрическая емкость проводников;

емкость плоского конденсатора и шара. Энергия заряженного конденсатора.

Электрический ток.

Движение зарядов под действием поля. Сила тока. Плотность тока. Элек-

трическое сопротивление проводников; его зависимость от температуры. Закон Ома для участка цепи. Параллельное и последовательное соединение провод-

ников.

Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи. Соединение источ-

ников тока. Напряжение короткого замыкания.

Закон Джоуля - Ленца. Работа и мощность электрического тока.

Электрический ток в газах и вакууме. Закон Фарадея для электролиза.

Переменный электрический ток. Действующие значения тока и напряже-

ния. Понятие об активном и реактивном сопротивлениях. Действие трансфор- 5

матора.

Магнитное поле. Магнитное взаимодействие токов. Индукция магнитно-

го поля. Магнитный поток. Сила Ампера. Сила Лоренца. Движение проводни-

ков и заряженных частиц в магнитном поле. Закон электромагнитной индук-

ции. Правило Ленца. Энергия магнитного поля.

Электромагнитные колебания и волны. Колебательный контур. Период колебаний (формула Томсона). Электромагнитные волны: шкала по длинам волн и частотам.

Единицы электрических и магнитных величин.

ОПТИКА. АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА

Геометрическая оптика. Законы распространения, отражения и прелом-

ления света. Показатель преломления. Ход луча в плоско-параллельной пласти-

не. Построение изображений в плоском зеркале и в линзах. Формула линзы.

Оптическая сила линзы. Примеры оптических устройств: проектор, фотоаппа-

рат, лупа.

Волновая оптика. Интерференция и дифракция света. Оптическая раз-

ность хода. Уравнение дифракции. Дифракционная решетка. Условия интерфе-

ренционного максимума.

Квантовая оптика. Энергия кванта электромагнитной энергии. Постоян-

ная Планка. Законы фотоэффекта; уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Ра-

бота выхода электрона; красная граница фотоэффекта; запирающее напряже-

ние.

Атомная физика. Модель атома водорода. Постулаты Бора. Спектр излу-

чения.

Ядерная физика. Состав ядер атомов. Элементарные частицы. Заряд ядра.

Массовое число. Изотопы. Ядерные реакции. Понятия о цепной реакции и ра-

диоактивности.

Единицы физических величин по разделу.

6

Основные понятия и соотношения по разделам программы

		r	r						1. Механика
	1)									(1.1)
		x	= v × t — перемещение;
		r
		v —скорость тела, с учетом направления в выбранной системе отсчета;
		t — время движения;
	2)	v	=	v	= v	ср	=	S	— средняя скорость (техническая скорость); (1.2)
								t
		S — путь, без учета направления движения;

3) x = x	+ v t +	at 2
			— уравнение движения;
0	0	2

здесь x — координата тела в выбранной системе отсчета; x0 — начальная координата;

v0 — начальная скорость; a — ускорение тела.

r		r		r
		v	2	-v	1
a	=					;

t

(1.3)

(1.4)

В международной системе единицSI перемещение и путь измеряются в метрах (м); скорость — в метрах в секунду (м/с); ускорение — в м/с2.

При равноускоренном движении

v = v0 + at ;	(1.5)
при свободном падении
v = gt ,	(1.6)

где g = 9,8 м/с2 — ускорение свободного падения.

4)При движении по окружности центростремительное ускорение

	v2	2
a =		или a = ω	R ,	(1.7)
цс	R	цс

где v — линейная (тангенциальная) скорость, направленная по касательной к окружности;

ω — угловая скорость;

R — радиус окружности.

7

v =	2pR	, м/с;	ω =	2π	, рад/с,
	T			T

где T — время одного оборота (период обращения).

5)Сила F — мера взаимодействия тел.

r	r	— второй закон Ньютона;	(1.8)
F = ma
		r	– ускорение, которое приобрета-
здесь m — масса тела, мера его инертности; a

ет тело в результате взаимодействия

Вариант записи: a = F . m

Fизмеряется в ньютонах (Н):

1Н = 1 кг ×м

с2

6)Виды сил:

rr

а) Сила трения			Fтр = μN		(1.9)
μ — коэффициент трения;
r
N — сила реакции опоры.
		r	r
			v
		N	Þ направление движения
r
Fтр

mg

r	r
б) Сила тяжести F	= mg ;

здесь g – ускорение свободного падения;

r	r
в) Сила упругости Fупр	= -kx ;

здесь k — коэффициент упругости;

x — перемещение (деформация).

(1.10)

(1.11)

г) Гравитационная сила F = G	m1m2	,		(1.12)
гр	R2
где G — гравитационная постоянная,		G = 6,67 × 10	-11	м3

кг × с2

m1 и m2 — массы взаимодействующих тел; 8

R — расстояние между их центрами.
Ускорение свободного падения g = G						m	,		(1.13)
						R2
где m и R — характеристики небесного тела,
v =			— первая космическая скорость.						(1.14)
		gR
7) Импульс и количество движения
Другая запись второго закона Ньютона:
r			r	r	Ft = Dmv ,				(1.15)
mv2 - mv1				= F × t или
где Ft — импульс силы;
mv — количество движения или импульс тела.
							r	= const .	(1.16)
Закон сохранения количества движения – å mv

8)Полная механическая энергия тела:

	W = W p +Wk , Дж (джоуль),								1 Дж = 1 Н·м	(1.17)
где Wp = mgh — потенциальная энергия тела;										(1.18)
	Wk =	mv2				— кинетическая энергия.				(1.19)
		2
	Закон сохранения механической энергии								W = const	(1.20)
9)	Работа — мера изменения энергии
	A = W2 – W1, Дж									(1.21)
Механическая работа							A = F·x·cosα,			(1.22)
где α — угол между направлениями действия силы и перемещения.
10)	Мощность P =						A	= F × v , Вт ( 1Вт=1Дж/с )		(1.23)
							t
где t — время,						v — скорость.
11)	Уравнение колебаний:
	x = X × sinw t ,									(1.24)
где x — смещение тела от положения равновесия в момент времени t;
	ω — циклическая (круговая) частота.
	w =		2p	,		где T — период колебания;				(1.25)

T

X — максимальное смещение (амплитуда). 9

Изменение скорости тела при колебательном движении:

v = vmax cos ωt ,

где vmax = Xω – максимальная скорость тела;

Изменение ускорения тела при колебательном движении:

a = -amax sinw t ,

где amax = Хω2 – максимальное ускорение тела.

12)Период колебаний математического маятника:

T = 2p l , g

тогда w = g , l

(1.26)

(1.27)

(1.28)

(1.29)

(1.30)

где l — длина подвеса.

Период колебаний пружинного маятника:

T = 2p	m	,					(1.31)
	k
тогда w =				k	,		(1.32)
				m

где k — коэффициент жесткости пружины.

13) Условия равновесия тела, имеющего ось вращения:

å Fx = 0ü

ï

å Fy = 0ý , где

rï

åM = 0þ

å Fx и å Fy — суммарные проекции векторов сил на оси координат;

r

å M — суммарный момент тела, равный сумме моментов сил.
Момент силы M = Fl,	(1.33)
где F — сила, действующая на тело,

l — плечо силы, т.е. кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы.

14)Гидростатическое давление:

p = r gh , Па (паскаль),

(1.34)

10