Учебник по физике для поступающих в ВУЗ /Экзаменационные вопросы по физике (2006-2007)/

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Учебник по физике для поступающих в ВУЗ /Экзаменационные вопросы по физике (2006-2007)/

Учебник по физике для поступающих в ВУЗ /Экзаменационные вопросы по физике (2006-2007)/

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ ПО ФИЗИКЕ

2006-2007

МЕХАНИКА.................................................................................................................................................................................... 2

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ..................................................................................................................................................... 2

КИНЕМАТИКА(от греческого kinematicos – движение).................................................................................................. 2

МЕХАНИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕ......................................................................................................................................... 2

ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ(уч.10кл.стр.25-27)................................................................................................ 2

СИСТЕМЫ ОТСЧЕТА (уч.10кл.стр.25-27)........................................................................................................................ 2

МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА (уч.10кл.стр.24-25).............................................................................................................. 2

ТРАЕКТОРИЯ (уч.10кл.стр.24-25)...................................................................................................................................... 2

ПУТЬ И ПЕРЕМЕЩЕНИЕ (уч.10кл.стр.28-30).................................................................................................................. 2

СКОРОСТЬ (уч.10кл.стр.32-38)............................................................................................................................................ 2

УСКОРЕНИЕ (уч.10кл.стр.41-43)......................................................................................................................................... 2

РАВНОМЕРНОЕ И РАВНОУСКОРЕННОЕ ПРЯМОЛИНЕЙНОЕ ДВИЖЕНИЕ (уч.10кл.стр.38-40, 44-50).... 2

УРАВНЕНИЕ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО РАВНОУСКОРЕННОГО ДВИЖЕНИЯ (уч.10кл.стр.44-50).................. 2

СВОБОДНОЕ ПАДЕНИЕ ТЕЛ (уч.10кл.стр.52-55)...................................................................................................... 2

УСКОРЕНИЕ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ (уч.10кл.стр.52-53)................................................................................. 2

БАЛЛИСТИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕ(уч.10кл.стр.61-68)................................................................................................... 2

КРИВОЛИНЕЙНОЕ ДВИЖЕНИЕ ТОЧКИ НА ПРИМЕРЕ ДВИЖЕНИЯ ПО ОКРУЖНОСТИ С ПОСТОЯННОЙ ПО МОДУЛЮ СКОРОСТЬЮ (уч.10кл.стр.70-73)....................................................................................................................................... 2

ЦЕНТРОСТРЕМИТЕЛЬНОЕ УСКОРЕНИЕ (уч.10кл.стр.70-73).................................................................................... 2

ОСНОВЫ ДИНАМИКИ............................................................................................................................................................ 2

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ(уч.10кл.стр.119-120).......................................................................................................... 2

ИНЕРЦИЯ. ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ГАЛИЛЕЯ (уч.10кл.стр.83- ).................................................................................. 2

ПЕРВЫЙ ЗАКОН НЬЮТОНА (уч.10кл.стр.87-88,уч.9кл.стр.39-41)............................................................................ 2

ИНЕРЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОТСЧЕТА (уч.10кл.стр.83-86).................................................................................... 2

ПРИНЦИП ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ГАЛИЛЕЯ............................................................................................................... 2

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕЛ (уч.10кл.стр.89-92)................................................................................................................ 2

МАССА (уч.10кл.стр.90-91)................................................................................................................................................. 2

ИМПУЛЬС (уч.10кл.стр.121-126)........................................................................................................................................ 2

СИЛА (уч.10кл.стр.90-92)..................................................................................................................................................... 2

ВТОРОЙ ЗАКОН НЬЮТОНА (уч.10кл.стр.89-92).......................................................................................................... 2

ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ СИЛ (уч.10кл.стр.92)...................................................................................................... 2

СИЛЫ В ПРИРОДЕ.................................................................................................................................................................... 2

ЗАКОН ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ (уч.10кл.стр.96-99)........................................................................................... 2

СИЛА ТЯГОТЕНИЯ (уч.10кл.стр.96-99)........................................................................................................................... 2

ВЕС ТЕЛА (уч.10кл. стр.100,105, 113-115)......................................................................................................................... 2

НЕВЕСОМОСТЬ (уч.10кл. стр.100-101, 113-115).............................................................................................................. 2

ПЕРВАЯ КОСМИЧЕСКАЯ СКОРОСТЬ (уч.10кл. стр.161-163).................................................................................... 2

СИЛА УПРУГОСТИ (уч.10кл. стр.102-104, 317-320)...................................................................................................... 2

ЗАКОН ГУКА (уч.10кл. стр.102-105)................................................................................................................................. 2

ДЕФОРМАЦИЯ ТЕЛА (уч.10кл.стр.317-320).................................................................................................................. 2

СИЛА ТРЕНИЯ (уч.10кл. стр.107-111)............................................................................................................................... 2

КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ (уч.10кл. стр.107-111).......................................................................................................... 2

ЗАКОН ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ (уч.10кл. стр.107-111, 115-117)............................................................................... 2

ТРЕТИЙ ЗАКОН НЬЮТОНА (уч.10кл. стр.93-95).......................................................................................................... 2

МОМЕНТ СИЛЫ................................................................................................................................................................... 2

УСЛОВИЯ РАВНОВЕСИЯ ТЕЛ......................................................................................................................................... 2

ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ В МЕХАНИКЕ............................................................................................................................ 2

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ (уч.10кл. стр.158)................................................................................................................ 2

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА (уч.10кл. стр.121-128, 153-157)....................................................................... 2

РАКЕТЫ (уч.10кл. стр.128-129)........................................................................................................................................... 2

МЕХАНИЧЕСКАЯ РАБОТА (уч.10кл. стр.134).............................................................................................................. 2

МОЩНОСТЬ (уч.10кл. стр.146-148)................................................................................................................................... 2

КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ (уч.10кл. стр.142-145)...................................................................................................... 2

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ (уч.10кл. стр.135-142, 153).......................................................................................... 2

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ В МЕХАНИКЕ (уч.10кл. стр.148-152, 153-157)................................................ 2

ПРОСТЫЕ МЕХАНИЗМЫ (уч.7кл.стр.136-150).............................................................................................................. 2

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ МЕХАНИЗМА (уч.7кл.стр.150-151)................................................ 2

МЕХАНИКА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ................................................................................................................................. 2

ДАВЛЕНИЕ (уч.7кл.стр.77).................................................................................................................................................. 2

АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ (уч.7кл.стр.97-103,181-182)........................................................................................... 2

ИЗМЕНЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ С ВЫСОТОЙ (уч.7кл.стр.106)....................................................... 2

ЗАКОН ПАСКАЛЯ ДЛЯ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ (уч.7кл.стр.85-,176-178)............................................................ 2

БАРОМЕТРЫ И МАНОМЕТРЫ (уч.7кл.стр.105, 108)................................................................................................... 2

СООБЩАЮЩИЕСЯ СОСУДЫ(уч.7кл.стр.90)................................................................................................................. 2

ПРИНЦИП УСТРОЙСТВА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРЕССА (уч.7кл.стр.111-113)................................................. 2

АРХИМЕДОВА СИЛА ДЛЯ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ (уч.7кл.стр.114-125)............................................................ 2

УСЛОВИЯ ПЛАВАНИЯ ТЕЛ НА ПОВЕРХНОСТИ ЖИДКОСТИ (уч.7кл.стр.120-125)........................................ 2

ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ ПО ТРУБАМ.......................................................................................................................... 2

ЗАВИСИМОСТЬ ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ ОТ СКОРОСТИ ЕЕ ТЕЧЕНИЯ.  УРАВНЕНИЕ БЕРНУЛЛИ........ 2

ИЗМЕРЕНИЕ РАССТОЯНИЙ, ПРОМЕЖУТКОВ ВРЕМЕНИ, СИЛЫ, ОБЪЕМА, МАССЫ, АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ       2

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА...................................................................................................................................................... 2

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ(уч.10кл.стр.258-259)............................................................................................................... 2

ТЕРМОДИНАМИКА................................................................................................................................................................. 2

ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ (уч.10кл.стр.211- )........................................................... 2

ОПЫТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ 2

БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ......................................................................................................................................... 2

ДИФФУЗИЯ (уч.7кл.стр.20)............................................................................................................................................ 2

МАССА И РАЗМЕР МОЛЕКУЛ.................................................................................................................................... 2

ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ МОЛЕКУЛ. ОПЫТ ШТЕРНА(уч.10кл.стр.236).......................................................... 2

КОЛИЧЕСТВО ВЕЩЕСТВА(уч.10кл.стр.216-217)...................................................................................................... 2

МОЛЬ(уч.10кл.стр.216-217)............................................................................................................................................. 2

ПОСТОЯННАЯ АВОГАДРО (уч.10кл.стр.216-217)................................................................................................... 2

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОЛЕКУЛ................................................................................................................................. 2

МОДЕЛИ ГАЗА, ЖИДКОСТИ И ТВЕРДОГО ТЕЛА(уч.10кл.стр.218-224).......................................................... 2

ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ (уч.10кл.стр.284-285)................................................................................................... 2

ТЕПЛОВОЕ РАВНОВЕСИЕ............................................................................................................................................. 2

ТЕМПЕРАТУРА И ЕЕ ИЗМЕРЕНИЕ(уч.10кл.стр.239-241)....................................................................................... 2

АБСОЛЮТНАЯ ТЕМПЕРАТУРНАЯ ШКАЛА(уч.10кл.стр.239-241)................................................................... 2

ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ (уч.10кл.стр.239-243, 261-264, уч.8кл.стр.5-9).............................................................. 2

КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ (уч.10кл.стр.263-264, уч.8кл.стр.18-29)......................................................................... 2

РАБОТА В ТЕРМОДИНАМИКЕ(уч.10кл.стр.265-267)............................................................................................. 2

ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ(уч.10кл.стр.269-273)................................................................................. 2

ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ, ИЗОХОРНЫЙ И ИЗОБАРНЫЙ ПРОЦЕССЫ(уч.10кл.стр.252-257, 265-267, 270-271). 2

АДИАБАТНЫЙ ПРОЦЕСС(уч.10кл.стр.272-274)....................................................................................................... 2

НЕОБРАТИМОСТЬ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ......................................................................................................... 2

ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ И ЕГО СТАТИСТИЧЕСКОЕ ИСТОЛКОВАНИЕ (уч.10кл.стр.281-283)       2

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ В ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЯХ (уч.10кл.стр.275-280,уч.8кл.стр.52-56 )..... 2

КПД ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ. ЦИКЛ КАРНО(уч.10кл.стр.275-280 ).............................................................. 2

ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ (уч.10кл.стр.222,229- )....................................................................................................................... 2

СВЯЗЬ МЕЖДУ ДАВЛЕНИЕМ И СРЕДНЕЙ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИЕЙ МОЛЕКУЛ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА(уч.10кл.стр.243-248)........................................................................................................................................................................................ 2

СВЯЗЬ ТЕМПЕРАТУРЫ СО СРЕДНЕЙ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИЕЙ ЧАСТИЦ ГАЗА(уч.10кл.стр.239-243)         2

УРАВНЕНИЕ КЛАЙПЕРОНА-МЕНДЕЛЕЕВА(уч.10кл.стр.248-251)..................................................................... 2

УНИВЕРСАЛЬНАЯ ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ(уч.10кл.стр.251- )...................................................................... 2

ЖИДКОСТИ И ТВЕРДЫЕ ТЕЛА....................................................................................................................................... 2

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ (уч.10кл.стр.307-308, 321-322)...................................................................................... 2

ИСПАРЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ(уч.10кл.стр.286-289,290-291)............................................................................. 2

НАСЫЩЕННЫЕ И НЕНАСЫЩЕННЫЕ ПАРЫ(уч.10кл.стр.286-291,292-293)...................................................... 2

ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА(уч.10кл.стр.294-295,уч.8кл.стр.46-47)............................................................................ 2

КИПЕНИЕ ЖИДКОСТИ(уч.10кл.стр.296-299,уч.8кл.стр.44-45)............................................................................... 2

ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ (уч.10кл.стр.299-302)......................................................................................... 2

СМАЧИВАНИЕ И КАППИЛЯРНОСТЬ (уч.10кл.стр.303-306)................................................................................. 2

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ И АМОРФНЫЕ ТЕЛА (уч.10кл.стр.312-317)..................................................................... 2

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ПРИ ИЗМЕНЕНИЯХ АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА(уч.10кл.стр.218-224, 309-312,уч.8кл.стр.48-50).......................................................................................................................................................... 2

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА, ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА, ТЕМПЕРАТУРЫ, ПЛОТНОСТИ ВЕЩЕСТВА 2

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ (уч.10кл.стр.347 )............................................................................................................. 2

ЭЛЕКТРОСТАТИКА................................................................................................................................................................. 2

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ (уч.10кл.стр.376-377, 406-407).......................................................................................... 2

ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ ТЕЛ(уч.10кл.стр.350-352)................................................................................................................... 2

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД(уч.10кл.стр.347-349,356)..................................................................................................... 2

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЗАРЯДОВ(уч.10кл.стр.347-349,)................................................................................................ 2

ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД(уч.10кл.стр.347-349)....................................................................... 2

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА(уч.10кл.стр.352-353)......................................................... 2

ЗАКОН КУЛОНА(уч.10кл.стр.354-362)............................................................................................................................. 2

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ..................................................................................................................................................... 2

НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ(уч.10кл.стр.363-368, 374)............................................................ 2

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ ТОЧЕЧНОГО ЗАРЯДА(уч.10кл.стр.363-365, 366-368)................................................... 2

ПОТЕНЦИАЛЬНОСТЬ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ(уч.10кл.стр.378-381)................................................. 2

РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ(уч.10кл.стр.381-385)....................................................................................................... 2

ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ ПОЛЕЙ(уч.10кл.стр.368-375)........................................................................................ 2

ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ(уч.10кл.стр.392-396)............................................................................ 2

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЕМКОСТЬ(уч.10кл.стр.397-398 )..................................................................................................... 2

КОНДЕНСАТОР(уч.10кл.стр.399-402)............................................................................................................................... 2

ЕМКОСТЬ ПЛОСКОГО КОНДЕНСАТОРА(уч.10кл.стр.400-402)............................................................................... 2

ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ(уч.10кл.стр.386-390).......................................................................... 2

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ(уч.10кл.390-391)..................................................................................... 2

ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ПЛОСКОГО КОНДЕНСАТОРА(уч.10кл.стр.400-402, 403-406)............ 2

ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК............................................................................................................................. 2

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ................................................................................................................................................ 2

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК....................................................................................................................................................... 2

СИЛА ТОКА........................................................................................................................................................................... 2

НАПРЯЖЕНИЕ...................................................................................................................................................................... 2

НОСИТЕЛИ СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ В МЕТАЛЛАХ, ЖИДКОСТЯХ И ГАЗАХ........... 2

ТОК В ГАЗАХ........................................................................................................................................................................ 2

ТОК В ВАКУУМЕ. ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ............................................................................................ 2

СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ............................................................................................................................... 2

ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ.............................................................................................................................. 2

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ И ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ................................................... 2

ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА.......................................................................................................................................... 2

РАБОТА И МОЩНОСТЬ ТОКА. КПД ИСТОЧНИКА ТОКА...................................................................................... 2

ЗАКОН ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦА................................................................................................................................................. 2

ПОЛУПРОВОДНИКИ................................................................................................................................................................ 2

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ................................................................................................................................................ 2

ПРОВОДИМОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ..................................................................................................................... 2

СВОБОДНАЯ И ПРИМЕСНАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ.......................................................... 2

P-N ПЕРЕХОД......................................................................................................................................................................... 2

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ....................................................................................... 2

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ................................................................................................................................................ 2

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МАГНИТОВ.................................................................................................................................. 2

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА. МАГНИТНАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ. МАГНЕТИКИ....................... 2

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРОВОДНИКОВ С ТОКОМ....................................................................................................... 2

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ............................................................................................................................................................ 2

ДЕЙСТВИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЗАРЯДЫ.................................................................... 2

ИНДУКЦИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ. ПОТОК МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ.......................................................... 2

СИЛА АМПЕРА.................................................................................................................................................................... 2

СИЛА ЛОРЕНЦА................................................................................................................................................................... 2

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (уч.8кл.стр.143-145)................................................................................................................... 2

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ............................................................................................................................ 2

ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ ФАРАДЕЯ-МАКСВЕЛЛА........................................................... 2

ПРАВИЛО ЛЕНЦА................................................................................................................................................................ 2

ВИХРЕВОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ.............................................................................................................................. 2

САМОИНДУКЦИЯ (уч.11кл.стр.123-126)........................................................................................................................ 2

ИНДУКТИВНОСТЬ............................................................................................................................................................... 2

ЭНЕРГИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ.................................................................................................................................... 2

ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА, НАПРЯЖЕНИЯ, СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА................................................. 2

КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ............................................................................................................................................................... 2

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ (уч.10кл. стр.184-,345-346)..................................................................................................... 2

МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ....................................................................................................................... 2

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ( уч.10кл.стр.345-346)........................................................................................................ 2

ГАРМОНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ (уч.10кл. стр.69-70, уч.11кл.стр.137)................................................................... 2

АМПЛИТУДА, ПЕРИОД И ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ (уч.10кл. стр.69-70)............................................................. 2

СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ (уч.10кл. стр.167-170)........................................................................................................ 2

МАТЕМАТИЧЕСКИЙ МАЯТНИК (уч.10кл. стр.167-172)............................................................................................ 2

ПЕРИОД КОЛЕБАНИЙ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МАЯТНИКА (уч.10кл. стр.167-172)......................................... 2

ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ ПРИ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЯХ.................................................................. 2

ВЫНУЖДЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ (уч.10кл. стр.167, 173-179)........................................................................................ 2

РЕЗОНАНС (уч.10кл. 177-183)............................................................................................................................................. 2

ПОНЯТИЕ ОБ АВТОКОЛЕБАНИЯХ................................................................................................................................ 2

МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ(уч.10кл.стр.323-324)........................................................................................................... 2

СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЛНЫ................................................................................................................... 2

ДЛИНА ВОЛНЫ(уч.10кл.стр.329)...................................................................................................................................... 2

ПОПЕРЕЧНЫЕ И ПРОДОЛЬНЫЕ ВОЛНЫ(уч.10кл.стр.324-328)................................................................................ 2

УРАВНЕНИЕ ГАРМОНИЧЕСКОЙ ВОЛНЫ(уч.10кл.стр.328-337).............................................................................. 2

ПОЛЯРИЗАЦИЯ ВОЛН (уч.10кл.стр.330-331)................................................................................................................ 2

СТОЯЧИЕ ВОЛНЫ (уч.10кл.стр.332-337)......................................................................................................................... 2

ЗВУК(уч.10кл.стр.338-344)................................................................................................................................................... 2

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ........................................................................................................... 2

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ................................................................................................................................................ 2

КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР............................................................................................................................................. 2

СВОБОДНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ В КОНТУРЕ........................................................................ 2

ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ В КОЛЕБАТЕЛЬНОМ КОНТУРЕ................................................................................... 2

СОБСТВЕННАЯ ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ В КОНТУРЕ............................................................................................. 2

ВЫНУЖДЕННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ.................................................................................................... 2

ПЕРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК.............................................................................................................................. 2

ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (уч.11кл.стр.131)................................................................................................ 2

ДЕЙСТВУЮЩИЕ ЗНАЧЕНИЯ СИЛЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ.............................................................................. 2

АКТИВНОЕ, ЕМКОСТНОЕ И ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ....................................................................... 2

ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. ПОЛНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ЦЕПИ............................................... 2

РЕЗОНАНС В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ......................................................................................................................... 2

ТРАНСФОРМАТОР.............................................................................................................................................................. 2

ПРОИЗВОДСТВО, ПЕРЕДАЧА И ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ (уч.11кл.стр.134)................ 2

ИДЕИ ТЕОРИИ МАКСВЕЛЛА........................................................................................................................................... 2

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ..................................................................................................................................... 2

ШКАЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН...................................................................................................................... 2

СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН...................................................................... 2

СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ВОЛН................................................................................................................ 2

ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ................................................................................................................ 2

ПРИНЦИПЫ РАДИОСВЯЗИ.............................................................................................................................................. 2

ОПТИКА........................................................................................................................................................................................... 2

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ..................................................................................................................................................... 2

ПРИНЦИП ГЮЙГЕНСА........................................................................................................................................................... 2

СВЕТ - ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ВОЛНА............................................................................................................................ 2

ПРЯМОЛИНЕЙНОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ, ОТРАЖЕНИЕ И ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА......................................... 2

ЛУЧ................................................................................................................................................................................................ 2

ЗАКОНЫ ПРЕЛОМЛЕНИЯ И ОТРАЖЕНИЯ СВЕТА....................................................................................................... 2

ПОКАЗАТЕЛЬ ПРЕЛОМЛЕНИЯ........................................................................................................................................... 2

ПОЛНОЕ ВНУТРЕННЕЕ ОТРАЖЕНИЕ................................................................................................................................ 2

ПРЕДЕЛЬНЫЙ УГОЛ ПОЛНОГО ВНУТРЕННЕГО ОТРАЖЕНИЯ............................................................................... 2

ХОД ЛУЧЕЙ В ПРИЗМЕ........................................................................................................................................................... 2

ПОСТРОЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ПЛОСКОМ ЗЕРКАЛЕ............................................................................................... 2

СОБИРАЮЩАЯ И РАССЕИВАЮЩАЯ ЛИНЗЫ............................................................................................................... 2

ФОРМУЛА ТОНКОЙ ЛИНЗЫ................................................................................................................................................ 2

ПОСТРОЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ЛИНЗАХ (уч.11кл.стр.243-249,257-259,................................................................. 2

ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ........................................................................................................................................................ 2

ФОТОАППАРАТ....................................................................................................................................................................... 2

ГЛАЗ............................................................................................................................................................................................. 2

ОЧКИ............................................................................................................................................................................................. 2

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА...................................................................................................................................................... 2

ЗОНЫ ФРЕНЕЛЯ........................................................................................................................................................................ 2

КОГЕРЕНТНОСТЬ...................................................................................................................................................................... 2

ДИФРАКЦИЯ СВЕТА............................................................................................................................................................... 2

ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА............................................................................................................................................. 2

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА. ПОПЕРЕЧНОСТЬ СВЕТОВЫХ ВОЛН................................................................................... 2

ДИСПЕРСИЯ СВЕТА................................................................................................................................................................. 2

ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА............................................................................................................................................................ 2

ИЗМЕРЕНИЕ ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ СОБИРАЮЩЕЙ ЛИНЗЫ, ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВА, ДЛИНЫ ВОЛНЫ СВЕТА.......................................................................................................................................................................... 2

ФОТОМЕТРИЯ .СВЕТОВОЙ ПОТОК. ОСВЕЩЕННОСТЬ................................................................................................ 2

СПЕКТРЫ И СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ........................................................................................................................... 2

ОСНОВЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ.............................................................................................. 2

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ (уч.10кл.стр.209)..................................................................................................................... 2

ИНВАРИАНТНОСТЬ СКОРОСТИ СВЕТА (уч.10кл.стр.186-187).................................................................................... 2

ПРИНЦИП ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ЭЙНШТЕЙНА (уч.10кл.стр.186-189)...................................................................... 2

ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ В СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ (уч.10кл.стр.186-205)............ 2

СВЯЗЬ МАССЫ И ЭНЕРГИИ (уч.10кл.стр.205-209)........................................................................................................... 2

КВАНТОВАЯ ФИЗИКА................................................................................................................................................................ 2

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЕ (уч.10кл.стр.227-228, уч.11кл.стр. 345-346)......................................................................... 2

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ(уч.11кл.стр.308-312)................................................................................................................... 2

ПОСТОЯННАЯ ПЛАНКА( уч.11кл.стр.310)........................................................................................................................ 2

ФОТОЭФФЕКТ (уч.11кл.стр.314-317).................................................................................................................................... 2

ОПЫТЫ СТОЛЕТОВА(уч.11кл.стр.314)................................................................................................................................ 2

УРАВНЕНИЕ ЭЙНШТЕЙНА ДЛЯ ФОТОЭФФЕКТА....................................................................................................... 2

ГИПОТЕЗА ЛУИ ДЕ БРОЙЛЯ(уч.11кл.стр.322).................................................................................................................. 2

ДИФРАКЦИЯ ЭЛЕКТРОНОВ(уч.11кл.стр.322-323)........................................................................................................... 2

КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ(уч.11кл.стр.318-321,323-325)................................................................ 2

СПЕКТРЫ(уч.11кл.стр.336-339)............................................................................................................................................... 2

ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ(уч.11кл.стр.337-338)........................................................................................................................... 2

ЛАЗЕРЫ(уч.11кл.стр.340-344).................................................................................................................................................. 2

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА...................................................................................................................................................................... 2

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЕ (уч.10кл.стр.227-228, уч.11кл.стр.387-389,406)................................................................... 2

РАДИОАКТИВНОСТЬ (уч.11кл.стр.357-362,363-367)......................................................................................................... 2

АЛЬФА-, БЕТА-, ГАММА- ИЗЛУЧЕНИЯ........................................................................................................................... 2

ЗАКОН РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА(уч.11кл.стр.363-367)..................................................................................... 2

МЕТОДЫ НАБЛЮДЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ ЧАСТИЦ В ЯДЕРНОЙ ФИЗИКЕ(уч.9кл.стр.189-192)................... 2

ОПЫТ РЕЗЕРФОРДА ПО РАССЕИВАНИЮ АЛЬФА-ЧАСТИЦ(уч.11кл.стр.328)...................................................... 2

ПЛАНЕТАРНАЯ МОДЕЛЬ АТОМА(уч.10кл.стр.211-215,уч.11кл.стр.329).................................................................. 2

МОДЕЛЬ АТОМА РЕЗЕРФОРДА-БОРА. КВАНТОВЫЕ ПОСТУЛАТЫ БОРА(уч.11кл.стр.330-336).................... 2

НУКЛОННАЯ МОДЕЛЬ ЯДРА (уч.10кл.стр.211,уч.11кл.стр.347).................................................................................. 2

ЗАРЯД ЯДРА.............................................................................................................................................................................. 2

МАССОВОЕ ЧИСЛО ЯДРА..................................................................................................................................................... 2

ЭНЕРГИЯ ЧАСТИЦ В ЯДРЕ. ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ АТОМНЫХ ЯДЕР(уч.11кл.стр.354-357)...................................... 2

ДЕЛЕНИЕ ЯДЕР. ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ(уч.11кл.стр.367-372)............................................................................................ 2

СИНТЕЗ ЯДЕР(уч.11кл.стр.378-383)....................................................................................................................................... 2

ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ................................................................................................................................................................ 2

СОХРАНЕНИЕ ЗАРЯДА И МАССОВОГО ЧИСЛА ПРИ ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЯХ.................................................... 2

ВЫДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ ПРИ ДЕЛЕНИИ И СИНТЕЗЕ ЯДЕР.......................................................................................... 2

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ(уч.11кл.стр.373-377)..................................................................................... 2

ДОЗИМЕТРИЯ. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ(уч.11кл.стр.383- ).............. 2

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ(уч.11кл.стр.390-405).......................................................................................................... 2

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ (уч.10кл.стр.9-16)................................................................................. 2

МЕТОДЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ И ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА.................................................................... 2

ЭКСПЕРИМЕНТ И ТЕОРИЯ В ПРОЦЕССЕ ПОЗНАНИЯ МИРА(уч.10кл.стр.4-7)...................................................... 2

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЯВЛЕНИЙ И ОБЪЕКТОВ ПРИРОДЫ (уч.10кл.стр.7-9)............................................................... 2

НАУЧНЫЕ ГИПОТЕЗЫ............................................................................................................................................................ 2

ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ И ГРАНИЦЫ ИХ ПРИМЕНИМОСТИ(уч.10кл.стр.9-16).................................................... 2

РОЛЬ МАТЕМАТИКИ В ФИЗИКЕ........................................................................................................................................ 2

ПРИНЦИП СООТВЕТСТВИЯ.................................................................................................................................................. 2

ПРИНЦИП ПРИЧИННОСТИ.................................................................................................................................................... 2

ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА......................................................................................................................................... 2

РАЗМЕРНОСТИ ПРОИЗВОДНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Н =     Па =  =          Вт = Дж =

Гц = = с-1         Кл = А*с        В =     Ф =     Гн =   Тл =

МЕХАНИКА

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Механическое движение – изменение пространственного положения тела относительно других тел с течением времени

Материальная точка – тело, обладающее массой, размерами которого в данной задаче можно пренебречь

Система отсчета – совокупность тела отсчета и связанной с ним системы координат и часов

Траектория – воображаемая линия, соединяющая положение материальной точки в ближайшие последовательные моменты времени

Радиус-вектор – вектор, соединяющий начало отсчета с положением материальной точки в произвольный момент времени

Закон движения – зависимость радиуса-вектора или координаты от времени

Перемещение – вектор, проведенный из начального положения материальной точки в конечное

Путь – длина участка траектории, пройденного материальной точкой за данный промежуток времени

Средняя скорость – скалярная величина, равная отношению пройденного пути к промежутку времени, в течении которого этот путь был пройден

Скорость – векторная физическая величина, равная пределу отношения перемещения тела к промежутку времени, в течении которого это перемещение произошло

Скорость тела направлена по касательной к траектории в сторону движения тела

Относительная скорость первого тела относительно второго равна разности векторов скоростей тел

Равномерное прямолинейное движение – движение с постоянной по модулю и направлению скоростью

Закон равномерного прямолинейного движения

x = x0 + vxt (уравнение прямой)

Ускорение – векторная физическая величина, равная пределу отношения изменения скорости тела к промежутку времени, в течении которого это изменение произошло

Ускорение (вектор) – физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости по модулю и по направлению.

Равноускоренное прямолинейное движение – прямолинейное движение, при котором ускорение параллельно скорости и постоянно по модулю

Равнозамедленное прямолинейное движение – прямолинейное движение, при котором ускорение антипараллельно (противоположно направлено) скорости и постоянно по модулю

Равнопеременное движение – движение с постоянным по модулю и направлению ускорением

Закон равнопеременного движения (в проекциях на ось х)

X = x0 + v0xt +

vx = v0x + axt

В отсутствии сил сопротивления воздуха все тела независимо от массы падают на Землю с одинаковым ускорением свободного падения – g = 9.81 м/с2

Криволинейное баллистическое движение – результат сложения двух прямолинейных движений: равномерного движения по горизонтальной оси и равнопеременного движения по вертикальной оси.

Баллистической кривой в отсутствии сопротивления воздуха является парабола

Максимальная дальность полета тела в поле тяжести (в отсутствии сопротивления воздуха) достигается при вылете его под углом 45о к горизонту.

В верхней точке траектории вертикальная компонента скорости равно нулю.

Периодическое движение – движение, повторяющееся через постоянные промежутки времени

Период – минимальный интервал времени, через который движение повторяется

Период вращения – время одного оборота по окружности

Угловая скорость – физическая величина, равная отношению угла поворота к интервалу времени, в течении которого этот поворот произошел: ω = φ/t

Единица измерения – рад/с

Линейная скорость тела при движении по окружности пропорциональная его угловой скорости и радиусу окружности: v = ωr

Касательное (тангенциальное) ускорение – составляющая ускорения тела, движущегося по криволинейной траектории, направленная по касательной

Нормальное (центростремительное) ускорение – составляющая ускорения тела, движущегося по криволинейной траектории, направленная перпендикулярно траектории

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ЗАКОНОВ ДВИЖЕНИЯ

v(t) = = S(t)’t – производная пути по времени

a(t) = = v(t)’t – производная скорости по времени

a(t) = = = S(t)’’t – производная второго порядка по времени

v(t) = a(t)dt

S(t) = v(t)dt = a(t)d2t

Те же законы справедливы для векторных величин.

Геометрическая интерпретация определенного интеграла - площадь под графиком функции:

КИНЕМАТИКА(от греческого kinematicos – движение)

Кинематика изучает механическое движение тел, не рассматривая причины, которыми это движение вызывается.

Задача кинематики – дать математическое описание движения тел

МЕХАНИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕ

Механическое движение – это изменение пространственного положения тела относительно других тел с течением времени.

Для описания механического движения тела необходимо знать его положение в пространстве в любой момент времени

ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ(уч.10кл.стр.25-27)

См.ниже «Системы отсчета» (уч.10кл.стр.25-27)

Относительность движения – это зависимость параметров движения (перемещение и скорость) тела от системы отсчета.

В разных системах отсчета движение тела может быть разным, как по величине, так и по направлению.

Для определения координат материальной точки необходимо выбрать тело отсчета и связать с ним систему координат и задать начало отсчета времени.

Система координат и указание начала отсчета времени образуют систему отсчета, относительно которой рассматривается движение тела.

Система отсчета должна двигаться с постоянной скоростью (или покоиться, что вообще говоря одно и то же).

Траектория движения тела, пройденный путь, скорость и перемещение – зависят от выбора системы отсчета, т.е. механическое движение относительно.

Единицей измерения длины является метр, равный расстоянию, проходимому свету в вакууме за 1/(3*108) секунды.

Секунда – единица измерения времени, равна 9.1*109 периодам излучения атома цезия-133.

Скорость тела относительно неподвижной системы координат равна геометрической сумме скоростей тела относительно подвижной системы и скорости подвижной системы координат относительно неподвижной.

Механическое движение, как это следует из его определения, является относительным. Поэтому о движении тел можно говорить лишь в том случае, когда указана система отсчёта.

Для описания закона движения материальной точки вводится понятие системы координат или системы отсчета.

Система отсчета – совокупность тела отсчета и связанной с ним системы координат и часов.

добавить релятивистский закон сложения скоростей

СИСТЕМЫ ОТСЧЕТА (уч.10кл.стр.25-27)

Определение системы отсчета

Зависимость скорости, траектории и т.д. от системы отсчета

Координатный и векторный способы задания положения точки в пространстве

Определение радиус-вектора

Определение закона (уравнения движения) тела

Разложение движения тела на составляющие

Инерциальные и неинерциальные системы отсчета.(см.ниже Инерция уч.10кл.стр.83)

Принцип относительности Галилея(см.ниже Инерция уч.10кл.стр.83)

(Теория относительности)

Для описания механического движения тела необходимо знать его положение в пространстве в любой момент времени. Это осложняется тем, что тело состоит из частей, занимающих разное положение в пространстве.

Указать положение одной точки тела при его движении можно лишь в случае, если размеры и форма тела не существенны.

Материальная точка – тело, обладающее массой, размерами которого в данной задаче можно пренебречь

Указать положение материальной точки в реальном физическом пространстве можно лишь относительно положения других тел.

Тело отсчета – произвольно выбранное тело, относительного которого определяется положение движущейся материальной точки (или тела)

Для описания закона движения материальной точки вводится понятие системы координат.

Система отсчета – совокупность тела отсчета и связанной с ним системы координат и часов.

Совокупность координат x(t) y(t) в момент времени t определяет закон движения материальной точки в координатной форме

Положение точки можно задать с помощью вектора.

Радиус-вектор – вектор, соединяющий начало отсчета с положением точки в произвольный момент времени.

Закон(или уравнение) движения в векторной форме – зависимость радиус-вектора от времени.

Зная закон движения в векторной форме, можно получить закон движения в координатной форме и наоборот.

Координатное описание механического движения тела эквивалентно векторному.

Радиус-вектор (как и любую другую векторную величину: скорость, ускорение, силу) можно представить в виде суммы двух составляющих векторов  и , по осям x и y соответственно.

Проекции радиус-вектора на координатные оси равны координатам тела по этим осям:

rx = x ry = y

Закон движения тела в координатной форме можно получить, проецируя закон движения в векторной форме на оси координат.

Координаты x и y (скалярные величины) связаны с r и α следующим образом

Связь закона движения в координатной и векторной формах:

См.ниже Инерция (уч.10кл.стр.83)

(Инерциальные и неинерциальные системы отсчета

Принцип относительности Галилея.)

МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА (уч.10кл.стр.24-25)

Определение материальной точки

Примеры использования материальной точки в кинематике

Относительность понятие материальной точки

Тело отсчета. Система отсчета.

Траектория материально точки (см.ниже)

Для описания механического движения тела необходимо знать его положение в пространстве в любой момент времени. Это осложняется тем, что тело состоит из частей, занимающих разное положение в пространстве.

Указать положение одной точки тела при его движении можно лишь в случае, если размеры и форма тела не существенны.

Материальная точка – тело, обладающее массой, размерами которого в данной задаче можно пренебречь

Указать положение материальной точки в реальном физическом пространстве можно лишь относительно положения других тел.

Тело отсчета – произвольно выбранное тело, относительного которого определяется положение движущейся материальной точки (или тела)

Система отсчета – совокупность тела отсчета и связанной с ним системы координат и часов.

ТРАЕКТОРИЯ (уч.10кл.стр.24-25)

Краткое понятие о материальной точке (см. выше)

Определение траектории

Примеры траекторий

Системы отсчета и различный вид траекторий в них

Траектория – воображаемая линия, соединяющая положения материальной точки (тела) в ближайшие последовательные моменты времени.

Для описания закона движения материальной точки вводится понятие системы координат.

Система отсчета – совокупность тела отсчета и связанной с ним системы координат и часов.

Совокупность координат x(t) y(t) в момент времени t определяет закон движения материальной точки в координатной форме

Положение точки можно задать с помощью вектора.

Радиус-вектор – вектор, соединяющий начало отсчета с положением точки в произвольный момент времени.

Закон(или уравнение) движения в векторной форме – зависимость радиус-вектора от времени.

Зная закон движения в векторной форме, можно получить закон движения в координатной форме и наоборот.

Координатное описание механического движения тела эквивалентно векторному.

Радиус-вектор можно представить в виде суммы двух составляющих, по осям x и y соответственно. Проекции радиус-вектора на оси дают координаты тела.

Координаты x и y (скалярные величины) связаны с r и α следующим образом

Связь закона движения в координатной и векторной формах:

ПУТЬ И ПЕРЕМЕЩЕНИЕ (уч.10кл.стр.28-30)

Определение перемещения. Единицы измерения

Зависимость пути и перемещения от системы отсчета (Примеры)

Сложение перемещений. Результирующее перемещение.

Определение пути. Единицы измерения

Отличие пути от перемещения. (Примеры)

Изменение положение тела в пространстве можно охарактеризовать либо изменением его координат, либо радиус-вектора, так как координатное и векторное описание движения эквивалентны

Изменение любой величины – разность ее конечного и начального значений

Изменение координат может быть как положительным, так и отрицательным

Перемещение – вектор, проведенный из начального положения материальной точки в конечное.

Перемещение характеризуется изменением радиус-вектора материальной точки

Единица измерения перемещения – Метр (М)

В общем случае перемещение не равно пути, пройденному телом.

Перемещение – векторная величина и подчиняется всем законам векторов.

Перемещение характеризует расстояние, на которое смещается материальная точка, и направление, в котором это смещение происходит.

Результирующее перемещение равно векторной сумме последовательных перемещений

Результат сложения перемещений не зависит от последовательности, в которой происходили эти перемещения.

Для нахождения результирующего перемещения надо соединить начало первого перемещения с концом последнего.

Путь – длина участка траектории, пройденного материальной точкой за данный промежуток времени

(Длина траектории, по которой движется тело в течении некоторого промежутка времени, называется путем)

Единица пути – Метр (М)

Обозначение: S

Путь – это физическая величина, которую можно измерить.

Путь равен модулю вектора перемещения при прямолинейном движении в одном направлении.

При криволинейном движении путь больше модуля вектора перемещения.

(В геометрии искривленного пространства Лобачевского или Римана, в отличие от Евклидового пространства, результирующее перемещение зависит от последовательности перемещений)

Примеры неевклидового пространства:

а) пространство Лобачевского. Сумма углов пространственного треугольника меньше 1800

б) пространство Риммана. Сумма углов пространственного треугольника больше 1800

В этих пространствах сумма перемещений зависит от порядка слагаемых:

СКОРОСТЬ (уч.10кл.стр.32-38)

Определение и единицы измерения.

Средняя путевая скорость. Определение, пример определения

Мгновенная скорость Определение,. Формула

Определение модуля мгновенной скорости

График скорости

Вектор скорости. Пример изменения вектора при движении по кругу

Определение мгновенной скорости как векторной величины. Ее направление

Скорость, как производная перемещения по времени (математический смысл)

Ускорение как изменение мгновенной скорости при движении по окружности (см. ниже)

Изменение положения движущегося тела в пространстве характеризуют – векторная величина – перемещение, и скалярная – путь. Однако они не содержат информации, как быстро происходит это изменение.

Скорость v - векторная величина, характеризует быстроту движения, и конечное направление, и равна отношению перемещения тела к интервалу времени, за которое это перемещение произошло.

V =  (определение справедливо только для равномерного прямолинейного движения)

Единица измерения – М/с

На практике используют и другие единицы, например – Км/час

Средняя путевая скорость – скалярная величина, равная отношению пути, пройденного телом, ко всему времени, затраченному на его прохождение, включая остановки.

vср = =

Средняя скорость является достаточно приблизительной характеристикой движения.

Мгновенная скорость – средняя скорость за бесконечно малый интервал времени.

Мгновенная скорость – скорость в данный момент времени t0.

vмгн= vср= (=  производная по времени)

По мере уменьшения интервала ∆t средняя скорость vср приближается к мгновенной vмгн

Модуль мгновенной скорости численно равен расстоянию, которое может пройти тело за единицу времени, продолжая двигаться так, как оно двигалось в данный момент времени.

Для определения вектора мгновенной скорости надо воспользоваться вектором мгновенного перемещения.

Мгновенная скорость – векторная физическая величина, равная пределу отношения перемещения тела к промежутку времени, за который это перемещение произошло.

(производная первого порядка перемещения по времени)

Пропорциональность векторов мгновенной скорости и перемещения означает, что их направления совпадают.

При ∆t→0 вектор ∆r соединяет две бесконечно близкие точки на траектории.

Мгновенная скорость тела направлена по касательной к траектории в сторону его движения.

При определении относительной скорости тела скорости складываются и вычитаются, как вектора.

График скорости – график зависимости модуля мгновенной скорости от времени.

При равномерном прямолинейном движении за любые равные промежутки времени тело совершает равное перемещение.

Равномерное прямолинейное движение – движение, при котором тело перемещается с постоянной по модулю и направлению скоростью

= const

Площадь под графиком зависимости проекции скорости движения от времени равна перемещению тела (вдоль соответствующей оси координат) от времени

Закон равномерного прямолинейного движения

x = x0 + vxt (уравнение прямой)

Если совместить начало отсчета с начальной точкой

x = vxt (уравнение прямой, проходящей через начало координат)

Графиком зависимости координаты тела от времени при равномерном прямолинейном движении является прямая линия.

Угол наклона прямой характеризует скорость тела (из математики vx=tgα)

Больший угол наклона означает большую скорость

Чем круче график движения, тем больше скорость тела.

УСКОРЕНИЕ (уч.10кл.стр.41-43)

Определение ускорения. Единицы измерения. Примеры

Вектор ускорения. Направление

Определение и формула вектора мгновенного ускорения.

Ускорение при прямолинейном движении. Направление векторов ускорения и скорости

Тангенциальное и нормальное ускорения. Направление векторов ускорения и скорости

Ускорение как изменение вектора мгновенной скорости при движении по окружности(см. ниже)

Ускорение как производная скорости по времени (математический смысл)

Ускорение – векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости по модулю и по направлению.

Ускорение -векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости и равная отношению изменения скорости ко времени, в течении которого это изменение произошло:

a =

Единица измерения – м/с2

Вектор  – всегда направлен туда же, куда вектор изменения скорости Dv

Понятие ускорения введено Галилеем при изучении падения тел под действием силы тяжести.

Изменение скорость ∆при криволинейном движении за промежуток времени Dt:

Мгновенное ускорение – векторная физическая величина, равная пределу отношения изменения скорости к промежутку времени, в течении которого это изменение произошло:

Мгновенное ускорение численно равно изменению скорости в единицу времени

Вектор ускорения имеет две составляющие – направленную по касательной (как вектор мгновенной скорости) и направленную по нормали (перпендикулярно) к траектории.

Ускорение, направленное по касательной к траектории, называется касательным или тангенциальным ускорением.

Обозначается aτ

Ускорение, направленное по перпендикулярно к траектории, называется нормальным или центростремительным ускорением.

Обозначается an

При прямолинейном движении тела нормальное ускорение равно нулю an=0, поэтому мгновенное ускорение совпадает с тангенциальным.

При прямолинейном ускоренном движении вектор ускорения параллелен вектору скорости

равноускоренное движение

 равнозамедленное движение

РАВНОМЕРНОЕ И РАВНОУСКОРЕННОЕ ПРЯМОЛИНЕЙНОЕ ДВИЖЕНИЕ (уч.10кл.стр.38-40, 44-50)

Определение равномерного прямолинейного движения

Закон равномерного прямолинейного движения

Графики скорости и пути при равномерном движении

Физический смысл угла наклона графика пути равномерного прямолинейного движения

Определение равноускоренного прямолинейного движения (см.ниже уч.10кл.стр.44-50)

Закон равноускоренного прямолинейного движения (см.ниже)

Графики скорости и пути при равноускоренном движении (см.ниже)

При равномерном прямолинейном движении за любые равные промежутки времени тело совершает равное перемещение.

Равномерное прямолинейное движение – движение, при котором тело перемещается с постоянной по модулю и направлению скоростью

 = const

Площадь под графиком зависимости проекции скорости движения от времени равна перемещению тела (вдоль соответствующей оси координат) от времени

Закон равномерного прямолинейного движения

x = x0 + vxt (уравнение прямой)

Если совместить начало отсчета с начальной точкой, то

x = vxt (уравнение прямой, проходящей через начало координат)

Графиком зависимости координаты тела от времени при равномерном прямолинейном движении является прямая линия.

Угол наклона прямой характеризует скорость тела (из математики vx= tgα)

Больший угол наклона означает большую скорость

Чем круче график движения, тем больше скорость тела.

УРАВНЕНИЕ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО РАВНОУСКОРЕННОГО ДВИЖЕНИЯ
(уч.10кл.стр.44-50)

Определение равноускоренного движения

График скорости от времени при равномерном и равноускоренном движении

Физическая сущность площади под графиком скорости.

Перемещение при равноускоренном движении. График перемещения

Равноускоренное движение с начальной скоростью. Формула скорости. График скорости и физическая сущность площади под ним.

Закон равноускоренного прямолинейного движения.

Равнозамедленное движение. Его график

Равнопеременное прямолинейное движение. Определение. Формула скорости и перемещения.

Равномерное прямолинейное движение и его закон (см. выше уч.10кл.)

Ускорение (см. выше уч.10кл.)

Равноускоренное прямолинейное движение – прямолинейное движение, при котором ускорение параллельно (сонаправлено) скорости и постоянно по модулю

a = const

Скорость тела при равноускоренном прямолинейном движении возрастает с течением времени линейно (пропорционально первой степени t)

Графиком vx(t) является прямая.

Коэффициентом пропорциональности между скоростью и временем при равноускоренном движении является ускорение. Чем больше ускорение, тем больше скорость движения в данный момент времени, больше угол наклона прямой α

Модуль перемещения тела численно равен площади под графиком зависимости скорости движения от времени.

Для равноускоренного прямолинейного движения без начальной скорости перемещение тела равно площади треугольника под прямой: x - x0 = ∆x =

 (При выборе начала отсчета времени имейте ввиду, что отрицательное время – время до условно выбранного нуля отсчета)

При ненулевой начальной скорости зависимость скорости тела от времени является линейной

v = v0 +at

График – прямая линия, проходящая через точку v0

Площадь под графиком равна перемещению тела за время t.(площадь трапеции)

X = x0 + v0t +

Равнозамедленное прямолинейное движение – прямолинейное движение, при котором ускорение антипараллельно (противоположно направлено) скорости и постоянно по модулю

a = const

При равнозамедленном прямолинейном движении

x = x0 + v0t -

Графиком является парабола

Физический смысл правой части параболы - уменьшение координаты соответствует движению тела в обратном направлении.

Равнопеременное прямолинейное движение – движение с постоянным по модулю и направлению ускорением

= const

Зависимость скорости от времени при равноускоренном и равнозамедленном движении можно рассматривать как частные случаи равнопеременного движения

v x = v0x +axt

Закон равнопеременного движения :

x = x0 + v0xt +

Проекции скоростей и ускорений могут быть как положительными, так и отрицательными.

СВОБОДНОЕ ПАДЕНИЕ ТЕЛ (уч.10кл.стр.52-55)

Определение свободного падения тел. Опыты Галилея, Бойля, Гюйгенса

Ускорение свободного падения (см.ниже уч.10кл.)

Падение тел в воздухе. Сопротивление воздуха.

Свободное падение без начальной скорости. Формулы.

Формулы времени м скорости падения с высоты.

Формулы времени, максимальной высоты при бросании тела вверх с начальной скоростью.

Формулы баллистики. (уч.10кл.стр.61-68)

Все тела независимо от их массы в отсутствии сил сопротивления воздуха падают на землю с одинаковым ускорением, называемым ускорением свободного падения.

Впервые это экспериментально доказал Галилео Галилей. Из-за отсутствия точных часов для измерения малых промежутков времени при падении тел он исследовал скольжение шаров с наклонной плоскости.

При любом угле наклона плоскости расстояние, проходимое шаром, пропорционально квадрату времени движения.

Выводы Галилея были подтверждены англичанином Робертом Бойлем, исследовавшим падение тел в сосуде, из которого был откачан воздух.

Ускорение тел при падении на землю впервые измерил Кристиан Гюйгенс в 1656 г. с помощью маятниковых часов.

Вблизи поверхности Земли g = 9.81 м/с2

Закон свободного падения хорошо наблюдать на луне, где нет атмосферы

При свободном падении без начальной скорости (точка отсчета в точке начала падения)

y = H = gt2/2

Время падения тела на землю t =

Скорость у земли :    vy = gt = g=

В поле силы тяжести тело движется с постоянным ускорением, т.е. равнопеременно, независимо от начальной скорости тела и ее направления

y = y0 + v0yt +

УСКОРЕНИЕ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ (уч.10кл.стр.52-53)

Свободное падение тел (см. выше)

Величина ускорение свободного падения.

Зависимость ускорения от силы тяжести согласно закону всемирного тяготения

Ускорение тел при падении на землю впервые измерил Кристиан Гюйгенс в 1656 г. с помощью маятниковых часов.

Вблизи поверхности Земли g = 9.81 м/с2

С высотой g изменяется

В поле силы тяжести тело движется с постоянным ускорением, т.е. равнопеременно, независимо от начальной скорости тела и ее направления

y = y0 + v0yt +

БАЛЛИСТИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕ(уч.10кл.стр.61-68)

Определение баллистики

Траектория движение в поле силы тяжести

Уравнение баллистического движения

Максимумы графика баллистического движения

Дальность полета при баллистическом движении

Скорость при баллистическом движении

Баллистическое движение при сопротивлении среды

Баллистика – раздел механики, изучающий движение тел в поле тяжести земли.

Основные допущения при рассмотрении баллистического движения:

- тело – материальная точка

- движение тела рассматривается вблизи поверхности Земли, когда высота подъема тела мала по сравнению с радиусом Земли

- сопротивление воздуха не учитывается

В Евклидовом физическом пространстве перемещение тела по координатным осям X и Y можно рассматривать независимо.

Криволинейное баллистическое движение можно рассматривать как результат сложения двух прямолинейных движений: равномерного движения по оси X и равнопеременного по оси Y (под действием ускорения g)

Закон баллистического движения в координатной форме:

Þ y = x tg(α) -

Графиком баллистического движения в поле силы тяжести является парабола, проходящая через начало координат.

Время подъема на максимальную высоту (максимум функции y(t)):

tmax = =

Максимальная высота подъема:

ymax = y(tmax) =

Максимальная дальность полета ( учитывая симметричность параболы и что 2sin(α)cos(α)=sin(2α)):

xmax = x(2tmax) =

Дальность полета при одной и той же начальной скорости зависит от угла, под которым тело брошено к горизонту.

Максимальное значение синуса будет при угле 2α = 90о, следовательно максимальная дальность полета будет при угле: α = 45о

В отсутствии сопротивления воздуха максимальная дальность полета тела в поле силы тяжести достигается при вылете под углом 45о к горизонту.

При α = 45о + β – навесная траектория

При α = 45о - β – настильная траектория

Дальность полета при этом одинаковая

Для расчета скорости в произвольной точке траектории (направлена по касательной к траектории), и для определения угла β, который образует вектор скорости в горизонтом, достаточно знать проекции скорости на оси X и Y:

v =  (по теореме Пифагора из треугольника скоростей)

tg (β) =

При равномерном движении по оси X проекция скорости остается постоянной:

vx = v0 cos(α)

По оси Y действует ускорение g:

vy = v0 sin(α) - gt

В верхней точке траектории вертикальная составляющая компонента скорости равна нулю.

Сопротивление воздуха по мере увеличения скорости растет не линейно. Сначала пропорционально , потом примерно в квадрате от скорости, потом в кубе. Точный расчет достаточно громоздок.

КРИВОЛИНЕЙНОЕ ДВИЖЕНИЕ ТОЧКИ НА ПРИМЕРЕ ДВИЖЕНИЯ ПО ОКРУЖНОСТИ С ПОСТОЯННОЙ ПО МОДУЛЮ СКОРОСТЬЮ
(уч.10кл.стр.70-73)

Периодическое движение. Определение и примеры

Определение периода и частоты

Движение по окружности как пример периодического движения

Определение равномерного движения тела по окружности

Определение и формулы периода и частоты при равномерном движении по окружности

Фаза вращения и угловая скорость.

Определение угловой скорости и единицы измерения. Радиан, градус, оборот.

Период вращения через угловую скорость. Формула

Линейная скорость и ее вектор при движении по окружности. Формула. Зависимость от радиуса вращения.

Периодическое движение – движение, повторяющееся через равные промежутки времени.

Период – минимальный интервал времени, через который движение повторяется

Обозначение Т. Единица измерения – с

Различают два вида периодического движения:

- вращательное

- колебательное

Движение абсолютно твердого тела (не деформирующегося при движении и взаимодействии), при котором все его точки в данный момент времени движутся в одном направлении по плоскости или пространственной замкнутой траектории одинаково, называется поступательным движением.

Для его описания необходимо и достаточно описать движение одной точки тела.

Движение, при котором траектории всех точек тела являются окружностями с центром на одной прямой и все плоскости окружностей перпендикулярны этой прямой, называется вращательным движением.

Колебательное движение – движение вдоль одного и того же отрезка с изменением направления движения

При равномерном движении тела по окружности модуль скорости тела остается постоянным.

Если размерами тела можно пренебречь по сравнению с радиусом окружности, то тело можно рассматривать, как материальную точку.

2π (радиан) = 360о – один полный оборот

Положение тела в пространстве можно описать тремя способами:

- с помощью пути, пройденного от начальной точка А до точки В

Время одного полного оборота по окружности

T =

Период вращения – время одного полного оборота по окружности

- с помощью угла поворота радиус-вектора относительно его начального положения

Фаза вращения α – угол поворота радиуса-вектора в произвольный момент времени относительно его начального положения

Угол поворота в единицу времени характеризует угловую скорость

Угловая скорость – физическая величина, равная отношению угла поворота тела к промежутку времени, в течении которого этот поворот произошел.

ω =

Единицы измерения = 1 рад/с (при измерении угла поворота в радианах)

Один полный оборот 360o = 2π радиан

При равномерном вращении по окружности угловая скорость всех точек тела одинакова, и характеризует движения вращающегося тела в целом.

Период вращения – время одного оборота:

T =

Частота вращения – число оборотов в единицу времени:

ν =

Единица измерения – с-1=1/с

ω =  = 2πν

Линейная скорость при движении по окружности:

v = ωr = r = 2πνr

Линейная скорость растет пропорционально расстоянию r от оси вращения.

За промежуток времени t радиус-вектор поворачивается на угол α = ωt

Координаты меняются по законам синуса и косинуса

x = r cos(ωt)

y = r sin(ωt)

В случае равномерного вращения скорость меняется только по направлению

Нормальное ускорение an =

(математический смысл an = – производная скорости по времени)

при Dt→0 Dv→v (вектора v1 и v2 сближаются) и an = ; φ =

Угловое ускорение: E – векторная величина

E =

Единица измерения - рад/c2

В общем случае уравнения вращательного движения:

v(t) = v0 + at

r(t) = r0 + v0t +

φ(t) = ω0t +

ω(t) = ω0 + Et

Угловая скорость характеризует быстроту вращения

ω = (производная углового перемещения по времени)

Угловое перемещение Dj – векторная величина, равная углу поворота радиус-вектора (Dr = r2 - r1) и направленная перпендикулярно плоскости вращения по правилу винта

Единица измерения - рад

Связь между линейной и угловой скоростью:

v = ωr

Принцип независимости движений рассматривает движение любой точки тела как сумму двух движений – поступательного и вращательного:

ЦЕНТРОСТРЕМИТЕЛЬНОЕ УСКОРЕНИЕ (уч.10кл.стр.70-73)

Вектор линейной скорости при движении по окружности и его изменение.

Природа возникновения центростремительного ускорения

Ускорение как изменение вектора скорости.

Ускорение как производная изменения скорости по времени.

Направление вектора центростремительного ускорения.

Вывод формулы центростремительного ускорения

Нормальное и тангенциальное ускорения при движении по окружности

Использование формул движения по окружности при криволинейном движении тела

Скорость тела –векторная величина. Любое изменение скорости во времени означает появление ускорения. При этом может меняться не только величина, но и вектор скорости.

Если меняется только модуль скорости – прямолинейное ускоренное движение

Если меняется только направление вектора скорости – равномерное криволинейное движение

 из подобия треугольников = Þ ∆v = ∆r

Мгновенное (нормальное) ускорение

Модуль перемещения в единицу времени равен мгновенной скорости

поэтому an =

Направление ускорения совпадает с направлением вектора ∆v при ∆t→0, при этом точки А и В на рисунке сближаются и ∆α→0

Это означает, что при ∆t→0 вектор ∆v направлен перпендикулярно скорости (стремиться к этому). Скорость же направлена по касательной к окружности. Перпендикуляр к касательной проходит через центр окружности. Следовательно вектора ∆v и а направлены по радиусу к центру окружности.

Так, как вектор ускорения направлен к центру окружности, то это ускорение иногда называют центростремительным

Если модуль центростремительного ускорения постоянен, то тело движется по окружности.

При равномерном движении тела по окружности его ускорение направлено перпендикулярно скорости, по радиусу к центру окружности и называется нормальным или центростремительным ускорением.

an – индекс n означает «нормальное» (перпендикулярное) ускорение

Нормальное ускорение – ускорение, характеризующее изменение скорости только по направлению.

Нормальное ускорение перпендикулярно скорости в любой точке траектории.

an = = ω2r = r = 4π2ν2r

aτ – индекс τ означает «тангенциальное» (касательное) ускорение, возникает когда скорость тела при движении по окружности меняется не только по направлению, но и по величине.

При равномерном движении по окружности тангенциальное ускорение равно нулю aτ = 0

Тангенциальное ускорение – ускорение, характеризующее изменение скорости только по величине

at =

Тангенциальное ускорение всегда параллельно скорости

Полное ускорение равно сумме векторов нормального и тангенциального ускорений:

Выражение для ускорения можно использовать при движении тела по произвольной траектории, так как любая кривая на небольшом участке может быть заменена дугой окружности.

Равнопеременное вращение – движение, при котором за любые равное промежутки времени угловая скорость изменяется на одну и туже величину

φ(t) = φ0t +                 

ω(t) = ω 0 + Et

Угловое ускорение Е – векторная величина

E=

Единица измерения - рад/c2

Угловые вектора Dj, ω, E всегда перпендикулярны плоскости вращения и направлены вдоль по оси вращения (аксиальные векторы)

В общем случае уравнения вращательного движения:

v(t) = v0 + at

r(t) = r0 + v0t +

φ(t) = φ0t +

ω(t) = ω 0 + Et

Угловая скорость характеризует быстроту вращения

ω = dφ/dt (производная)

ОСНОВЫ ДИНАМИКИ

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ(уч.10кл.стр.119-120)

Динамика – раздел механики, в основе которого лежит количественное описание взаимодействия тел, определяющего характер их движения

Динамика объясняет причины, определяющие характер механического движения, дает ответ на вопрос почему движется тело.

Динамика – количественное описание взаимодействия тел, определяющего характер движения

Движение по инерции – движение происходящее без внешних воздействий

Принцип инерции Галилея – если на тело не действуют силы, оно сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения

Инерциальные системы отсчета – системы отсчета, в которых тело, не взаимодействующее с другими телами, сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения.

Преобразования Галилея

x = x’ + vt

x – координата тела в инерциальной системе отсчета Х

x’ – координата тела в инерциальной системе отсчета Х’, движущейся относительно Х со скоростью v

Закон сложения скоростей:

скорость движения материальной точки по отношению к системе отсчета, принимаемой за неподвижную, равна векторной сумме скоростей движения точки в подвижной системе и скорости движения подвижной системы относительно неподвижной:

vx = vx’ + v

Принцип относительности Галилея – во всех инерциальных системах отсчета законы механики имеют одинаковый вид

Первый закон Ньютона – тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит его изменить это состояние.

Сила – векторная физическая величина, являющаяся мерой взаимодействия тела с другими телами, в результате которого тело приобретает ускорение или изменяет свою форму и размеры

Единица измерения Ньютон 1Н = 1 кг*м/с2

Инертность – физическое свойство тела в отсутствии трения оказывать сопротивление изменению его скорости

Масса – (инертная масса) – физическая величина, являющаяся мерой инертности тела

Единица измерения кг

Принцип суперпозиции сил – результирующая сила, действующая на частицу со стороны других тел, равно векторной сумме сил, с которыми каждое из этих тел действует на частицу

Второй закон Ньютона – в инерциальной системе отсчета ускорение тела прямо пропорционально векторной сумме всех действующих на него сил и обратно пропорционально массе тела

Третий закон Ньютона – силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по величине, противоположны по направлению и приложены к разным телам.

Все механические явления определяются электромагнитным и гравитационным взаимодействиями.

Электромагнитными силами являются сила упругости и сила трения.

Упругое воздействие на тело – воздействие, в результате которого тело восстанавливает форму и размеры

Закон Гука – сила упругости, возникающая при деформации тела, прямо пропорциональна его удлинению и направлена противоположно направлению деформации.

Сила реакции опоры – сила, действующая на тело со стороны опоры перпендикулярно поверхности

Сила натяжения – сила упругости, действующая на тело со стороны нити или пружины

Сила трения – сила препятствующая относительному перемещению тел, направленная вдоль поверхности их контакта

Сила трения покоя – равна по модулю и противоположно направлена силе, приложенной к покоящемуся телу параллельно поверхности его контакта с другим телом

Максимальная сила трения покоя – пропорциональна силе реакции опоры

Fтр.р max = μпN

Сила трения скольжения

Fтр = μN

μ < μп

Сила трения качения

Fтр.кач = μкач N

μкач < < μ < μп

Закон всемирного тяготения – гравитационная сила притяжения материальных точек прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними

Fg = G

Гравитационная сила направлена вдоль прямой, соединяющей материальные точки.

G = 6.67*10-11 Нм/кг2 – гравитационная постоянная (одинаковая для все тел)

Сила тяжести – гравитационная сила, действующая на тело со стороны земли или другого космического тела

Вес тела – суммарная сила упругости тела, действующая при наличии силы тяжести на все опоры и подвесы

Вес тела может быть не равен силе тяжести, если на тело кроме силы тяжести действуют и другие силы.

Перегрузка – увеличение веса тела, вызванное его ускоренным движением

Невесомость – состояние тела, при котором оно движется только под действием силы тяжести. Вес тела в состоянии невесомости равен нулю.

Первая космическая (круговая) скорость – минимальная скорость, которую надо сообщить телу у поверхности Земли для выведения его на круговую орбиту вокруг Земли (vI=7,9км/с)

Вторая космическая скорость – минимальная скорость, которую надо сообщить телу у поверхности Земли, чтобы оно преодолело гравитационное притяжение Земли (vII=11,2км/с)

Форма траектории в зависимости от начальной скорости запуска тела с поверхности Земли

v < vI               - эллипс

v = vI               - окружность

vI < v < vII        - эллипс

v = vII              - парабола

v > vII              - гипербола

ИНЕРЦИЯ. ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ГАЛИЛЕЯ (уч.10кл.стр.83- )

Движение тела без внешних воздействий

Определение инерции

Инерциальные и неинерциальные системы отсчета

Принцип инерции Галилея

Преобразования Галилея

Закон сложения скоростей

Принцип относительности Галилея

Область применения преобразований Галилея

(Уточнение преобразований Галилея в теории относительности)

Движение по инерции – движение происходящее без внешних воздействий

(В земных условиях практически не встречается)

Принцип инерции Галилея:

Если на тело не действуют внешние силы, то оно сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения

(Принцип инерции сформулирован Галилеем при изучении движения тел при максимальном уменьшении сил трения)

Понятия «движение» и «покой» относительны и зависят от выбора системы отсчета.

Инерциальная система отсчета – система отсчета, в которой тело, не взаимодействуя с другими телами, сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.

Инерциальные системы отсчета – покоящиеся или движущиеся равномерно и прямолинейно относительно друг друга.

В инерциальных системах отсчета состояния покоя и равномерного прямолинейного движения эквивалентны и взаимозаменяемы

Системы отсчета, в которых принцип инерции не выполняется, называют неинерциальными

Пример неинерциальной системы – автобус, трогающийся с места с ускорением. Пассажиров отбрасывает назад, в сторону противоположную движению, при отсутствии внешних сил.

Преобразования Галилея - показывают, как связаны между собой координаты и скорость тела в различных инерциальных системах отсчета

За время t платформа сместиться относительно столба на vt

Автомобиль проедет по платформе расстояние x’= vxt

и будет находится от столба на расстоянии x = x’ + vt

Координаты тела (автомобиля) в различных системах отсчета X и X’ связывают преобразования Галилея:

x’ = x –vt

vx = x/t

Закон сложения скоростей:

скорость движения материальной точки по отношению к системе отсчета, принимаемой за неподвижную, равна векторной сумме скоростей движения точки в подвижной системе и скорости движения подвижной системы относительно неподвижной:

vx = vx’ + v

Движение инерциальной системы отсчета не оказывает влияния на прямолинейное равномерное движение тела или его состояние покоя в этой системе.

Принцип относительности Галилея:

Во всех инерциальных системах отсчета законы классической механики имеют один и тот же вид.

Это означает, что при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой все математические формулы, описывающие законы механики, не меняются.

Время в классической механике является абсолютным: оно едино во всех инерциальных системах отсчета. Движущиеся и неподвижные часы идут одинаково.

Преобразование Галилея справедливо при малых скоростях, если v<<с = 3*108м/с.

ПЕРВЫЙ ЗАКОН НЬЮТОНА (уч.10кл.стр.87-88,уч.9кл.стр.39-41)

Принцип инерции Галилея (см.выше)

Первый закон Ньютона

Экспериментальные подтверждения первого закона Ньютона

Следствия первого закона Ньютона

Замечание об относительности понятия инерциальной системы отсчета (с полей книги уч.10кл.стр.87)

Первый закон Ньютона и неинерциальные системы отсчета.

В 1687 г. принцип инерции Галилея был сформулирован Ньютоном в виде

первого закона динамики (закона инерции):

“Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущиеся тела сохраняют свою скорость постоянной, если на них не действуют другие тела”.

Материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействия со стороны других тел не заставят ее изменить это состояние

Тело движется прямолинейно и равномерно либо находится в состоянии покоя пока действующие на него силы скомпенсированы.

Из первого закона Ньютона следует, что тело может двигаться как при наличии, так и при отсутствии внешних воздействий. Следовательно, скорость тела само по себе не показывает, действуют на тело внешние силы или нет..

Ответ на вопрос, какая физическая величина является однозначным показателем наличия внешнего воздействия, был дан Ньютоном во втором законе (см.ниже)

Инерциальная система отсчета – Система отсчета, в которой законы Ньютона выполняются без дополнений или ограничений

Явление сохранения скорости тела при отсутствии внешних воздействий называется инерцией.

Первый закон Ньютона выполняется не во всех системах отсчета.

Сначала тележка движется прямолинейно и равномерно относительно земли. На ней находятся два шарика. Один лежит на горизонтальной поверхности тележки, а другой подвешен на нити.

Силы, действующие на каждый шарик по вертикали, уравновешены, по горизонтали никакие силы на них не действуют.

Шарики будут находится в покое относительно тележки при любой скорости ее движения относительно земли – главное, чтобы эта скорость была постоянна.

При торможении тележки оба шарика приходят в движение, т.е. меняют свою скорость относительно тележки, хотя никакие силы на них по прежнему не действуют.

Значит, в системе отсчета, связанной с тележкой, тормозящей относительно земли, закон инерции не выполняется.

Поэтому с точки зрения современных представлений первый закон Ньютона формулируется так:

Существуют такие системы отсчета, относительно которых тела сохраняет свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела.

Следует помнить, что в первом законе Ньютона речь идет о телах, которые могут быть приняты за материальную точку.

Те системы отсчета, в которых закон инерции выполняется, называются инерциальными, а те, в которых не выполняется – неинерциальными.

ИНЕРЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОТСЧЕТА (уч.10кл.стр.83-86)

Инерция (см.выше) Краткое определение.

Инерциальные системы отсчета. Определение

Отличие инерциальных систем от неинерциальных

Относительность покоя и движение в различных системах отсчета. Примеры

Преобразования Галилея

Время в системах отсчета

Принцип относительности Галилея и его физический смысл

Свойства инерциальных систем отсчета

Системы отсчета, относительно которых тела при отсутствии внешних воздействий движутся прямолинейно и равномерно, называются инерциальными системами отсчета. Системы отсчета, связанные с землей считают инерциальными, при условии пренебрежения вращением земли.

Причиной изменения скорости тела всегда является его взаимодействие с другими телами. При взаимодействии двух тел всегда изменяются скорости, т.е. приобретаются ускорения. Отношение ускорений двух тел одинаково при любых взаимодействиях.

Свойство тела, от которого зависит его ускорение при взаимодействии с другими телами, называется инертностью.

Количественной мерой инертности является масса тела

Явление сохранения скорости тела при отсутствии внешних воздействий называется инерцией.

Движение по инерции – движение происходящее без внешних воздействий

(В земных условиях практически не встречается)

Принцип инерции Галилея:

Если на тело не действуют внешние силы, то оно сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения

Принцип инерции сформулирован Галилеем при изучении движения тел при максимальном уменьшении сил трения.

Понятия «движение» и «покой» относительны и зависят от выбора системы отсчета.

Инерциальная система отсчета – система отсчета, в которой тело, не взаимодействуя с другими телами, сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.

Инерциальные системы отсчета – покоящиеся или движущиеся равномерно и прямолинейно относительно друг друга

В инерциальных системах отсчета состояния покоя и равномерного прямолинейного движения эквивалентны и взаимозаменяемы

Системы отсчета, в которых принцип инерции не выполняется, называют неинерциальными

Пример неинерциальной системы – автобус, трогающийся с места с ускорением. Пассажиров отбрасывает назад, в сторону противоположную движению, при отсутствии внешних сил.

Инерциальными модно считать так же системы отсчета, связанные с любым телом, которое покоится или движется равномерно и прямолинейно относительно поверхности земли.

Системы, движущиеся относительно инерциальных с ускорением, являются неинерциальными.

Преобразования Галилея - показывают, как связаны между собой координаты и скорость тела в различных инерциальных системах отсчета

За время t платформа сместиться относительно столба на vt

Автомобиль проедет по платформе расстояние x’= vxt

и будет находится от столба на расстоянии x = x’ + vt

Координаты тела (автомобиля) в различных системах отсчета X и X’ связывают преобразования Галилея:

x’ = x –vt

vx = x/t

Закон сложения скоростей:

скорость движения материальной точки по отношению к системе отсчета, принимаемой за неподвижную, равна векторной сумме скоростей движения точки в подвижной системе и скорости движения подвижной системы относительно неподвижной:

vx = vx’ + v

Движение инерциальной системы отсчета не оказывает влияния на прямолинейное равномерное движение тела или его состояние покоя в этой системе

Преобразование Галилея справедливо, если v<<с = 3*108м/с.

ПРИНЦИП ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ГАЛИЛЕЯ

Во всех инерциальных системах отсчета законы классической механики имеют один и тот же вид

Это означает, что при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой все математические формулы, описывающие законы механики, не меняются.

Время в классической механике является абсолютным: оно едино во всех инерциальных системах отсчета. Движущиеся и неподвижные часы идут одинаково.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕЛ (уч.10кл.стр.89-92)

Сила как мера взаимодействия тел

Связи силы и ускорения(см.ниже уч.10кл.стр.89-92)

Второй закон Ньютона (см.ниже уч.10кл.стр.89-92)

При одновременном действии на одно тело нескольких сил тело движется с ускорением, являющимся векторной суммой ускорений, которые возникли бы при воздействии каждой из этих сил в отдельности.

Принцип независимости действия сил:

Действующие на тело силы, приложенные к одной точке, складываются по правилу сложения векторов

МАССА (уч.10кл.стр.90-91)

Сила (см.ниже уч.10кл.)

Связь силы и ускорения

Определение инертности и ее физическая сущность

Отличие понятий массы и веса

Зависимость массы от скорости (см ниже уч.10кл.стр.205-209)

Связи массы и энергии Формула Эйнштейна (см ниже уч.10кл.стр.205-209)

Свойство тела , от которого зависит его ускорение при взаимодействии с другими телами, называется инертностью.

Количественной мерой инертности теля является масса тела.

После взаимодействия двух тел:

Во сколько раз скорость первого тела больше (меньше) скорости второго тела, во столько раз масса первого тела меньше (больше) массы второго.

Чем меньше меняется скорость тела при взаимодействии, тем большую массу оно имеет. Такое тело называют более инертным.

Чем больше меняется скорость тела при взаимодействии, тем меньшую массу оно имеет. Такое тело называют менее инертным

Для всех тел характерно свойство по-разному менять свою скорость при взаимодействии. Это свойство называют инертностью.

Масса тела – физическая величина, характеризующая инертность тела.

Масса тела – это величина, выражающая его инертность.

За единицу массы в международной системе принята масса специального эталона, изготовленного из сплава платины и иридия.

Масса этого эталона называется килограммом (кг.)

Обозначение: m

Чем большей массой обладает тело, тем меньше ускорение оно получает при взаимодействии.

Отношение масс взаимодействующих тел равно обратному отношению модулей ускорений m1/m2 = a2/a1.

При взвешивании определения масс используется способность всех тел взаимодействовать с землёй. Опыты показали, что тела, обладающие одинаковой массой, одинаково притягиваются к земле. Одинаковость притяжения тел к Земле можно, например, установить по одинаковому растяжению пружины при поочерёдном подвешивании к ней тел с одинаковыми массами.

Центром масс называется такая точка твердого тела или системы твердых тел, которая движется так же, как и материальная точка массой, равной сумме масс всей системы в целом, на которую действуют та же результирующая сила, что и на тело:

m

Центр тяжести – точка приложения равнодействующей всех сил тяжести, действующих на частицы этого тела при любом положении в пространстве.

Если линейные размеры тела малы по сравнению с размером Земли, то центр масс совпадает с центром тяжести.

Сумма моментов всех сил тяжести относительно любой оси, проходящей через центр тяжести, равна нулю.

ИМПУЛЬС (уч.10кл.стр.121-126)

Импульс силы. Природа. Определение. Единицы измерения

Импульс тела. Природа. Определение. Единицы измерения

Уравнение движения тела

Формулировка второго закона Ньютона через импульс тела

Закон сохранения импульса (см .ниже уч.10кл.стр.125-126)

Временно характеристикой действия силы является импульс силы.

Импульс силы – произведение силы на длительность ее действия:

∆t

Единица измерения – Н*с

Импульс силы численно равен площади под графиком F(t)

Импульс тела - векторная физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость и имеющая направление скорости:

 = m

Единица измерения – кг*м/с

Импульс тела характеризует его движение.

Импульс является фундаментальной и сохраняющейся характеристикой состояния физической системы.

При воздействии на тело силы в течении определенного времени:

Изменение импульса тела равно импульсу силы, вызвавшей это изменение.

Уравнение движения тела:

Из уравнения движения тела следует, что , где

Скорость изменения импульса тела равняется действующей на тело силе.

Это выражение является более общей формулировкой второго закона Ньютона.

Одно и тоже действие на тело может оказать большая сила действующая малое время и малая сила, действующая продолжительное время.

Импульсом системы тел называется векторная сумма импульсов тел, включенных в систему.

Закон сохранения импульса (см.ниже уч.10 кл.стр.125-127)

СИЛА (уч.10кл.стр.90-92)

Сила как мера взаимодействия тел

Определение силы. Единицы измерения.

Физическая природа силы.

Связь силы и ускорения

Определение инертности и ее физическая сущность

Вектор силы

Движение тела под действие нескольких сил

Принцип суперпозиции сил. (см.ниже уч.10кл.)

Определение равнодействующей силы.

Второй закон Ньютона (см.ниже уч.10кл.)

Не скорость, а ее изменение является показателем наличия или отсутствия внешнего воздействия на тело.

При воздействии на движущееся тело других тел его скорость может меняться не только по модулю, но и по направлению

Вектор изменения скорости ∆направлен в сторону силы .

Так как изменение скорости в единицу времени определяет ускорение ∆~, то ускорение тела пропорционально силе, действующей на тело.

Сила – векторная физическая величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел, в результате которого тело приобретает ускорение или изменяет форму и размеры.

Единица измерения – Н (ньютон)

1Н – сила, которая сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с2 в направлении действия силы

1Н - сила, которая за время 1 с изменяет скорость тела массой 1 кг на 1 м/с

При взаимодействии тел изменения скорости их отдельных частей могут быть различны.

При этом возникают деформации тел, т.е. изменения формы и размера.

Деформации тел прекращаются, когда возникающие силы упругости уравновесят внешнее воздействие на тело.

Физическая природа взаимодействия тел может быть различной.

Различают четыре фундаментальных взаимодействия:

- гравитационное

- слабое

- электромагнитное

- сильное

Сила является количественной мерой взаимодействия.

Силы различной природы можно измерить в одних и тех же единицах с помощью одних и тех же эталонов.

Направление ускорения совпадает с направлением силы независимо от направления скорости тела.

Коэффициент пропорциональности между силой и ускорением для данного тела является постоянным и не зависит от модуля и направления силы. Он характеризует меру инертности тела.

Инертность – физическое свойство, заключающееся в том, что любое тело оказывает сопротивление изменению его скорости, как по модулю так и по направлению

Количественной мерой инертности является масса тела.

Масса тела m – физическая величина, являющаяся мерой инертности тела.

Единица измерения – кг

Масса - одна из основных физических характеристик материи, определяющая ее инертные и гравитационные свойства.

В механике масса равна отношению действующей на тело силы к вызываемому ею ускорению (2-й закон Ньютона) — в этом случае масса называется инертной;

кроме того, масса создает поле тяготения — гравитационная, или тяжелая, масса.

Инертная и тяжелая массы равны друг другу.

Связь между ускорением тела и действующей на него силой:

= /m

Принцип суперпозиции сил:

Результирующая (равнодействующая) сила, действующая на тело со стороны других тел, равна векторной сумме сил, с которыми каждое из этих тел действует на тело в отдельности.

∑ = +…+

Каждая сила, действующая на тело, сообщает ему ускорение, которое она бы сообщила ему в отсутствии других сил.

Результирующее ускорение тела определяется результирующей силой, действующей на тело

Сила, производящая на тело такое же действие, как несколько одновременно действующих сил, называется равнодействующей этих сил.

Принцип суперпозиции справедлив для сложения сил различной природы.

ВТОРОЙ ЗАКОН НЬЮТОНА (уч.10кл.стр.89-92)

Сила как мера взаимодействия тел (см.выше)

Связи силы и ускорения (см.выше)

Принцип суперпозиции сил (см.выше)

Определение равнодействующей силы (см.выше)

Второй закон Ньютона

Область применения второго закона Ньютона (на полях уч.10кл.)

Второй закон Ньютона устанавливает связь между кинематической характеристикой движения – ускорением, и динамическими характеристиками взаимодействия – силами.

Второй закон Ньютона:

В инерциальной системе отсчета ускорение тела пропорционально векторной сумме всех действующих на тело сил и обратно пропорционально массе тела.

При решении задач динамики второй закон Ньютона записывают так:

m= ∑ или ∑= m

m= m()/Dt = (m- m)/Dt = ∑

m- m= ∑Dt

Импульс тела – векторная величина, равная произведению скорости тела на его массу

Импульс силы - векторная величина, равная произведению силы на время ее действия

Второй закон Ньютона в терминах импульсов:

Изменение импульса тела равно импульсу приложенных к телу сил:

или скорость изменения импульса материальной точки равна действующей на него силе.

Второй закон Ньютона применим для :

- описания движения тел со скоростью меньше скорости света в вакууме

- описания движения микрочастиц, волновыми свойствами которых можно пренебречь

ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ СИЛ (уч.10кл.стр.92)

Сила

Вектор силы

Движение тела под действие нескольких сил

Принцип суперпозиции сил.

Определение равнодействующей силы.

Второй закон Ньютона (см.выше)

Не скорость, а ее изменение является показателем наличия или отсутствия внешнего воздействия на тело.

При воздействии на движущееся тело других тел его скорость может меняться не только по модулю, но и по направлению

Вектор изменения скорости ∆направлен в сторону силы .

Так как изменение скорости в единицу времени определяет ускорение ∆~, то ускорение тела пропорционально силе, действующей на тело.

Сила – векторная физическая величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел, в результате которого тело приобретает ускорение или изменяет форму и размеры.

Единица измерения – Н (ньютон)

1Н – сила, которая сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с2 в направлении действия силы

При взаимодействии тел изменения скорости их отдельных частей могут быть различны.

При этом возникают деформации тел, т.е. изменения формы и размера.

Деформации тел прекращаются, когда возникающие силы упругости уравновесят внешнее воздействие на тело.

Физическая природа взаимодействия тел может быть различной.

Различают четыре фундаментальных взаимодействия:

- гравитационное

- слабое

- электромагнитное

- сильное

Сила является количественной мерой взаимодействия.

Силы различной природы можно измерить в одних и тех же единицах с помощью одних и тех же эталонов.

Направление ускорения совпадает с направлением силы независимо от направления скорости тела.

Коэффициент пропорциональности между силой и ускорением для данного тела является постоянным и не зависит от модуля и направления силы. Он характеризует меру инертности тела.

Инертность – физическое свойство, заключающееся в том, что любое тело оказывает сопротивление изменению его скорости, как по модулю так и по направлению

Количественной мерой инертности является масса тела.

Масса тела m – физическая величина, являющаяся мерой инертности тела.

Единица измерения – кг

Масса - одна из основных физических характеристик материи, определяющая ее инертные и гравитационные свойства. В механике масса равна отношению действующей на тело силы к вызываемому ею ускорению (2-й закон Ньютона) — в этом случае масса называется инертной; кроме того, масса создает поле тяготения — гравитационная, или тяжелая, масса. Инертная и тяжелая массы равны друг другу.

Связь между ускорением тела и действующей на него силой:

= /m

Принцип суперпозиции сил:

Результирующая (равнодействующая) сила, действующая на тело со стороны других тел, равна векторной сумме сил, с которыми каждое из этих тел действует на тело в отдельности.

∑= 1 + …+ n

Каждая сила, действующая на тело, сообщает ему ускорение, которое она бы сообщила ему в отсутствии других сил.

Результирующее ускорение тела определяется результирующей силой, действующей на тело

Принцип суперпозиции справедлив для сложения сил различной природы.

СИЛЫ В ПРИРОДЕ

ЗАКОН ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ (уч.10кл.стр.96-99)

Сила тяготения и гравитационное притяжение (см.выше)

Закон всемирного тяготения (см.выше)

Опыт Кавендиша(см.выше)

Гравитационная постоянная. Определение и единицы измерения (см.выше)

Нахождение силы притяжения тел конечных размеров (см.выше)

Сила тяжести (см.ниже уч.10кл.)

Законы динамики справедливы для любого фундаментального взаимодействия (гравитационного, слабого, электромагнитного и сильного)

Электромагнитное и гравитационное взаимодействия, в отличие от слабого и сильного, являются дальнодействующими. Они определяют характер макроскопического движения от молекулярного уровня до Вселенной.

Все механические явления в макромире определяются электромагнитными и гравитационными взаимодействиями

Гравитация – от латинского gravitas – вес, тяжесть

В 1685 г. Ньютон, обобщая законы движения небесных тел, предположил, что все тела притягиваются друг к другу гравитационными силами и закон этот справедлив для все Вселенной.

В отличие от сил трения и упругих сил гравитационное притяжение является взаимодействием тел друг с другом на расстоянии. Радиус такого взаимодействия неограничен.

Закон всемирного тяготения:

Между любыми двумя материальными точками действует сила взаимного притяжения, прямо пропорциональная произведению масс этих точек и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними.

Fg = G

Границы применимости закона всемирного тяготения:

- только для материальных точек, когда размеры тел пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием между ними

- для однородных тел, имеющих форму шара

- шара большого радиуса и массы , взаимодействующего с телами любой формы, размеры и массы которых много меньше размеров шара, находящихся на поверхности большого шара или вблизи нее.

Закон неприменим, например, для взаимодействия бесконечного стержня и шара.

Гравитационная сила направлена вдоль прямой, соединяющей материальные точки.

Гравитационная постоянная численно равна силе гравитационного притяжения двух тел массой по 1 кг каждое, находящихся на расстоянии 1 м одного от другого.

G = 6.67*10-11 Нм/кг2 – гравитационная постоянная (одинаковая для все тел)

Чис­ленное значение гравитационной постоянной опытным путем определил Кавендиш в 1798 г., измеряя силу вза­имодействия между свинцовыми шарами с помощью крутильных весов.

Расчет силы притяжения тел конечных размеров производится с помощью принципа суперпозиции, разбивая тела на материальные точки.

Обычно при расчетах берут расстояние между центрами масс тел.

Силы всемирного тя­готения действуют между любыми телами в природе, но ощутимыми они становятся при больших массах (или хотя бы масса одного из тел велика).

Частным видом силы всемирного тяготения является сила притяжения тел к Земле (или к другой планете). Эту силу называют силой тяжести. Под действием этой силы все тела приобретают ускорение свободного падения.

СИЛА ТЯГОТЕНИЯ (уч.10кл.стр.96-99)

Гравитационные и электромагнитные силы

Гравитационное притяжение

Гипотеза Ньютона

Закон всемирного тяготения (см.выше «Закон всемирного тяготения»)

Опыт Кавендиша и гравитационная постоянная

Все тела притягиваются друг к другу гравитационными силами.

Сила тяжести – гравитационная сила, действующая на тело со стороны Земли

Сила тяжести - сила , действующая на любую материальную точку, находящуюся вблизи земной поверхности, и определяемая как геометрическая сумма силы притяжения Земли F и центробежной силы инерции, учитывающей эффект суточного вращения Земли.

Направление силы тяжести — вертикаль в данной точке земной поверхности.

Аналогично сила тяжести определяется на любом небесном теле.

Ускорение свободного падения – гравитационное ускорение, приобретаемое телом под действием гравитационной силы вблизи поверхности небесных тел (планет, звезд)

Из того, что тела независимо от своей массы падают с одинаковым ускорением, следует, что сила, действующая на них, пропорциональна массе тела. Эта сила притяжения, действующая на все тела со стороны Земли, называется силой тяжести.

Вблизи поверхности Земли: Fg = G Þ ag = g = 9,81 м/с2

Ускорение свободного падения – g = 9,81м/с2. (векторная величина)

В зави­симости от высоты h над поверхностью Земли и гео­графической широты положения тела ускорение сво­бодного падения приобретает различные значения.

Сила тяжести, действующая на тело вблизи поверхности Земли:

При подъеме над поверхностью Земли сила тяжести уменьшается: Fg = G

Сила тяжести потенциальна. Ее работа по замкнутому контуру равна нулю.

ВЕС ТЕЛА (уч.10кл. стр.100,105, 113-115)

Сила тяжести. Природа и определение.(см.выше)

Формула силы тяжести(см.выше)

Ускорение тела под действием силы тяжести (см.выше)

Определение веса тела и единицы измерения (уч.10кл.стр.105)

Связь массы и веса тела. Различие понятий массы и веса тела.

Пример веса человека в движущемся лифте (уч.10кл.стр.113)

Невесомость (10кл. стр.100-101, 113-115)

Сила тяжести – это сила с которой Земля притягивает к себе тело.

Пропорциональна массе тела и сообщает ему ускорение свободного падения.

Весом тела называется сила, с которой тело вследствие силы тяжести действует на опору или растягивает подвес.

Вес тела – суммарная сила упругости тела, действующая при наличии силы тяжести на все опоры и подвесы.

Вес – векторная величина

Обозначение – Р

Единица измерения – кг

Сила тяжести приложена к телу, а вес – приложен к опоре или подвесу.

Сила тяготения и сила тяжести носят гравитационный характер.

Вес тела равен по модулю и противоположен по направлению силе упругости опоры по третьему закону Ньютона.

Поэтому, чтобы найти вес тела, необходимо найти, чему равна сила реакции опоры.

Вес тела на экваторе меньше, чем на полюсах, так как вследствие вращения Земли вокруг оси тело на экваторе движется с центростремительным ускорением.

По второму закону Ньютона если на тело более не действует ни одна сила, то сила тяжести тела уравновешивается силой упругости. Вследствие этого вес тела на неподвижной или равномерно движущейся горизонтальной опоре равен силе тяжести.

Если опора движется с ускорением, то по второму закону Ньютона , откуда выводится .

Это означает, что вес тела, направление ускорения которого совпадает с направлением ускорения свободного падения, меньше веса покоящегося тела.

Увеличение веса тела, вызванное ускоренным движением опоры или подвеса, называют перегруз­кой.

Невесомость - состояние, при котором действующие на тело внешние силы не вызывают взаимных давлений его частиц друг на друга.

В поле тяготения Земли человеческий организм воспринимает такие давления, как ощущение весомости.

Невесомость имеет место при свободном движении тела в поле тяготения (вертикальное падение, движение по орбите искусственного спутника, полет космического корабля).

НЕВЕСОМОСТЬ (уч.10кл. стр.100-101, 113-115)

См.выше «Вес тела»

ДОПОЛНИТЬ примерами с расчетом

ПЕРВАЯ КОСМИЧЕСКАЯ СКОРОСТЬ (уч.10кл. стр.161-163)

Движение тела в гравитационном поле.

Рисунок тела летящего вокруг земли

Определение первой космической скорости. Формула

Эллипсоидальность орбиты при увеличении скорости запуска тела

Определение второй космической скорости. Формула

Рассмотрим тело массой m в точке К на высоте Н над поверхностью Земли.

При бросании тела параллельно земной поверхности дальность полета будет тем большей, чем больше начальная скорость. При больших значениях скорости также необходимо принимать в расчет шарообразность земли, что отражается в изменении направления вектора силы тяжести.

При некотором значении скорости тело может двигаться вокруг Земли под действием силы всемирного тяготения. Эту скорость, называемую первой космической.

Первая космическая (круговая) скорость – минимальная скорость, которую надо сообщить телу у поверхности Земли (или небесного тела), чтобы тело могло двигаться вокруг Земли (или небесного тела) по круговой орбите.

Для Земли v1 = 7.9 км/с

На орбите радиусом RÅ+H на тело действует сила Fg = G , сообщающая телу нормальное (центростремительное) ускорение.

У поверхности Н = 0 и vI =

G= g

Первая космическая скорость

v1 =  ≈ 7.9 км/с

При увеличении скорости тело будет удаляться от Земли, но удерживаться силой гравитации на эллиптической орбите , вытянутой вдоль направления, перпендикулярного направлению начальной скорости.

Один фокус эллиптической орбиты спутника совпадает с центром Земли.

Перигей – наименьшее удаление спутника от Земли

Апогей - наибольшее удаление спутника от Земли

Вторая космическая скорость (vII)– минимальная скорость, которую надо сообщить телу у поверхности Земли (или небесного тела) для того, чтобы оно преодолело гравитационное притяжение Земли (или небесного тела)

При запуске энергии тела Ek0 = , Ep = - mgRÅ

При удалении тела на бесконечность Ek = 0, Ep = 0

Скорость запуска будет минимальной, если в конечном состоянии скорость ракеты обратиться в нуль.

Закон сохранения механической энергии при запуске тела с vII:

 0 =  - mgRÅ

Вторая космическая скорость:

vII = ≈ 11.2 км/с

При запуске ракеты с v > vII она преодолевает гравитационное притяжение Земли, имея на бесконечно большом расстоянии от нее определенную скорость

В этом случае ракета движется по гиперболической траектории.

Фактором, препятствующим сближению тел в результате притяжения, является их скорость и соответственно кинетическая энергия.

СИЛА УПРУГОСТИ (уч.10кл. стр.102-104, 317-320)

Определение силы упругости

Природа силы упругости. Направление

Определение упругого воздействия на тело

Сила реакции опоры, как сила упругости. Направление

Определение силы натяжения

Закон Гука (см.ниже уч.10кл.стр.102-105)

Деформация тел(см.ниже уч.10кл.стр.317-320)

Возникновение сил упругости и трения обусловлено силами электромагнитного взаимодействия между заряженными частицами, из которых состоят все макроскопические тела.

Сила упругости – сила, возникающая при деформации тела и направленная противоположно направлению смещения частиц тела при деформации.

В отличие от гравитационной силы, зависящей от расстояния между телами, сила упругости зависит от расстояния между частицами одного и того же тела.

Сила упругости стремиться восстановить первоначальные размеры и форму тела.

Механическая модель кристалла, описывающая его упругие свойства

Упругое воздействие на тело – воздействие, в результате которого тело восстанавливает форму и размеры после снятия воздействия.

Сила реакции опоры – сила упругости, действующая на тело со стороны опоры перпендикулярно ее поверхности.

Сила реакции опоры обусловлена деформацией опоры.

Сила натяжения – сила упругости, действующая на тело со стороны нити или пружины.

Сила натяжения обусловлена деформацией нити и направлена в сторону противоположную деформации вдоль нити.

О величине силы упругости можно судить по степени сжатия или растяжения пружины.

ЗАКОН ГУКА (уч.10кл. стр.102-105)

Сила упругости (см.выше уч.10кл.)

Закон Гука (уч.10кл.стр.102)

Понятие об упругой деформации

Область применения закона Гука

Деформация тела (см.ниже)

Сила упругости – сила, возникающая при деформации тела и направленная противоположно направлению смещения частиц тела при деформации.

Закон Гука позволяет судить о силе упругости по деформации тела под действием этой силы.

Закон Гука:

Модуль силы упругости, возникающей при деформации тела, пропорционален его удлинению

k – жесткость, зависящая от упругих свойств материала тела и его формы (например, от размеров пружины)

Единица измерения k – Н/м

Закон Гука справедлив лишь при малом удлинении, когда деформация считается упругой.

Упругая деформация – деформация, исчезающая после снятия воздействия вызвавшего ее

Упругое воздействие на тело – воздействие, в результате которого тело восстанавливает форму и размеры после снятия воздействия.

ДЕФОРМАЦИЯ ТЕЛА (уч.10кл.стр.317-320)

Виды деформации тел.

Определение деформации

Определение упругой деформации

Определение пластической деформации

Определение и формула механического напряжения

Определение, формула и обозначение относительного удлинения

Модуль Юнга. Обозначение. Формула. Единицы измерения

Отличие модуля Юнга от коэффициента жесткости

Формулировка закона Гука. Область его применения

Определение предела упругости. Пластическая деформация

Определение предела прочности

Деформация – изменение формы и размеров твердого тела под действием внешней силы.

Различают два вида деформации:

- упругую

- пластическую

Упругая деформация – деформация, исчезающая после прекращения действия внешней силы

(резина, сталь)

Пластическая деформация – деформация, сохраняющаяся после прекращения действия внешней силы.

Материалы, у которых незначительные нагрузки вызывают пластические деформации называют пластическими - свинец, алюминий, воск, пластилин и т.д.

Деление материалов на упругие и пластические в значительной мере условно. Так при больших нагрузках стал ведет себя как пластический материал (например, при штамповке)

Пластичность или упругость материала значительно зависят от его температуры.

Материал называют хрупким, если он разрушается при небольших деформациях (чугун, стекло, фарфор).

У всех хрупких материалов напряжение (см.ниже) очень быстро растет с увеличением деформации. Пластические свойства у хрупких материалов практически не проявляются.

Различают следующие виды деформаций:

- растяжения

- сжатия

- сдвига (деформация, при которой происходит смещение слоев тела друг относительно друга)

- изгиба

- кручения

Деформации кручения и изгиба сводятся к неоднородному растяжению или сжатию и неоднородному сдвигу.

Рассмотрим упругую деформацию стержня длиной l, сечением S, под действием силы F

Деформация стержня прекращается тогда, когда сила упругости становится равной внешней силе. Согласно закону Гука:

Fупр = k∆l

∆l – абсолютное удлинение стержня

Для характеристики упругих свойств тела вводится понятие механическое напряжение.

Механическое напряжение – физическая величина, равная отношению силы упругости к площади поперечного сечения тела:

σ =

Единица измерения – Па (Паскаль) = Н/м2 (единицы давления)

Более удобной величиной, чем абсолютное удлинение, является относительное удлинение тела.

Относительное удлинение равно отношению абсолютного удлинения тела к его первоначальной длине:

e =

Относительное удлинение показывает, какую часть первоначальной длины l0 тела составляет его абсолютное удлинение.

σ =  ; e =  Þ σ = (k ) e

Коэффициент пропорциональности k между напряжением σ и относительным удлинением называется модулем упругости или модулем Юнга.

Модуль Юнга измеряется в Па.

В отличие ото жесткости k, характеризующей только данный стержень, модель упругости Е характеризует вещество, из которого он сделан.

Для большинства материалов модуль Юнга определен экспериментально (по формуле), измеряя напряжение и относительное удлинение при малых деформациях.

Закон Гука (через относительное удлинение тела):

При упругой деформации тела механическое напряжение прямо пропорционально относительному удлинению тела:

σ = Е e

Закон Гука справедлив лишь при малой деформации, т.е. при малом относительном удлинении.

Максимальное напряжение σп, при котором еще выполняется закон Гука называют пределом пропорциональности.

Для исследования деформации растяжения, стержень при помощи специального устройства подвергают растяжению, а затем измеряют удлинение образца и возникающие в нем напряжения.

График зависимости напряжения σ от относительного удлинения e называется – диаграмма растяжения

Если увеличивать нагрузку, то деформация становится нелинейной, напряжение перестает быть прямо пропорционально относительному удлинению. Тем не менее при небольших нелинейных деформациях после снятия нагрузки форма и размеры тела практически восстанавливаются (участок АВ).

Максимальное напряжение, при котором еще не возникают заметные остаточные деформации(относительная остаточная деформация не превышает 0,1%), называют пределом упругости σуп.

Если внешняя нагрузка такова, что напряжение в материале превышает предел упругости, то после снятия нагрузки тело остается деформированным.

При некотором значении напряжения, соответствующем на диаграмме точке С, удлинение нарастает практически без увеличения нагрузки.

Это явление называется текучестью материала (участок CD).

Далее с увеличением деформации кривая напряжений начинает немного возрастать и достигает максимума в точке Е. Затем напряжение резко спадает и тело разрушается.

Разрыв происходит после того, как напряжение достигает максимального значения σпч, называемого пределом прочности.

Начиная с некоторого emax деформация перестает быть упругой, становясь пластической.

Предел упругости – максимальное напряжение в материале, при котором деформация еще является упругой.

(Не возникают заметные остаточные деформации, относительная остаточная деформация не превышает 0,1%)

Пластические материалы – материалы, которые не разрушаются при напряжении, значительно превышающем предел упругости.

(Пример – изгиб металлов, штамповка)

Пластичными называют материалы, у которых незначительные нагрузки вызывают пластические деформации (глина, песок).

Предел прочности – максимальное механическое напряжение, возникающее в теле до его разрушения.

Пределы прочности материалов на растяжение и сжатие различны.

Прочностью материала называется его свойство выдерживать действия внешних сил без разрушения.

Запасом прочности называется число, показывающее, во сколько раз предел прочности больше допускаемого напряжения.

Деление материалов на упругие и пластичные в значительной мере условно. Получение материалов с заданными механическими, магнитными, электрическими и др. свойствами – одно из основных направлений современной физики твердого тела.

СИЛА ТРЕНИЯ (уч.10кл. стр.107-111)

Природа силы трения

Определение силы трения

Трение покоя. Природа. Определение. Направление. Формулы

Максимальная сила трения покоя

Коэффициент трения покоя. Обозначение и единицы измерения. От чего он зависит

Трение скольжения Природа. Определение. Направление. Формулы

Коэффициент трения скольжения. Обозначение и единицы измерения. От чего он зависит

Зависимость силы трения скольжения от относительной скорости соприкасающихся тел (уч.10кл.стр.109 на полях) и ее отличие от силы упругости

Трение качения Природа. Определение. Направление. Формулы

Коэффициент трения качения. Обозначение и единицы измерения. От чего он зависит

Соотношение трения покоя, скольжения и качения. Примеры

Жидкое трение

Сила трения – сила, возникающая при соприкосновении поверхностей тел, препятствующая их относительному перемещению, направленная вдоль поверхности соприкосновения.

Сила трения, как и сила упругости, имеет электромагнитную природу

При контакте твердых тел различают три вида трения:

- трение покоя

- трение скольжения

- трение качения

Трение покоя – трение, возникающее при отсутствии относительного перемещения соприкасающихся тел

Сила трения покоя равна по модулю внешней силе, направленной по касательной к поверхности соприкосновения тел и противоположна ей по направлению

Сила трения покоя – сила трения, препятствующая движению одного тела по поверхности другого

При уменьшении внешней силы происходит микроскопическое смещение трущихся поверхностей. Оно продолжается до тех пор, пока силы притяжения между взаимодействующими атомами выступов не скомпенсируют внешнюю силу.

Максимальная сила трения покоя не зависит от площади соприкосновения поверхностей, а зависит от силы нормального давления F┴

(Fтр.п)max ~ S ~ F┴

По третьему закону Ньютона сила нормального давления равна по модулю силе реакции опоры N. Таким образом максимальная сила трения покоя пропорциональна силе реакции опоры.

Fтр.р max = μпN

μп – коэффициент трения покоя

Коэффициент трения зависит от характера поверхности и от сочетания материалов, из которых состоят соприкасающиеся поверхности.

Максимальное критическое значение силы трения покоя определяется величиной силы взаимодействия поверхностных слоев соприкасающихся тел

Трение скольжения возникает при относительном перемещении соприкасающихся тел.

Сила трения скольжения всегда направлена в сторону, противоположную относительной скорости соприкасающихся тел.

Вектор силы трения скольжения направлен против вектора скорости, поэтому эта сила всегда приводит к уменьшению относительной скорости тела

Сила трения скольжения остается постоянной и несколько меньшей силы трения покоя.

Она пропорциональна силе нормального давления и, следовательно, силу реакции опоры:

Fтр = μN

μ – коэффициент трения скольжения, зависящий от свойств соприкасающихся поверхностей

μ< μп

Разрыв атомных (молекулярных) связей – главное отличие механизма возникновения силы трения от механизма возникновения силы упругости. Именно поэтому сила трения скольжения зависит от относительной скорости движения соприкасающихся тел.

Трение качения возникает при качении цилиндрического или шарообразного тела без проскальзывания по плоскости или изогнутой поверхности.

Молекулярные связи при подъеме участков колеса рвутся быстрее, чем при скольжении.

Поэтому сила трения качения много меньше силы трения скольжения.

Сила трения качения пропорциональна силе реакции опоры

Fтр.кач = μкач N

μкач- коэффициент трения качения

Коэффициент трения качения много меньше коэффициента трения скольжения.

μкач< <μ

Для уменьшения сил трения в технике применяются колёса, шариковые и роликовые подшипники.

Жидкое трение возникает при движении тела в жидкости или газе.

Сила жидкого трения много меньше силы сухого трения.

В жидкости и газе нет силы трения покоя (даже самая малая сила, приложенная к телу в жидкости или газе, сообщает ему ускорение)

Сила жидкого трения зависти от направления движения, значения скорости (при небольших скоростях она пропорциональна скорости тела, а при больших – квадрату или кубу скорости).

Сила сопротивления зависит от формы тела.

Форма тела, при которой сопротивление мало называют обтекаемой формой.

Отличительной способностью жидкостей и газов является их текучесть, которая связана с малыми силами трения при относительном движении соприкасающихся слоев.

КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ (уч.10кл. стр.107-111)

См.выше «Сила трения»

ЗАКОН ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ (уч.10кл. стр.107-111, 115-117)

Трение скольжения Природа. Определение. Направление. Формулы

Коэффициент трения скольжения. Обозначение и единицы измерения. От чего он зависит

Зависимость силы трения скольжения от относительной скорости соприкасающихся тел (уч.10кл.стр.109 на полях) и ее отличие от силы упругости

Соотношение трения покоя, скольжения и качения. Примеры

Движение тела по горизонтальной плоскости (уч.10кл.стр.115-117)

Соскальзывание тела с наклонной плоскости (уч.10кл.стр.115-117)

См. выше «Сила трения»

Скольжение тела по горизонтальной поверхности

На рисунке видно уменьшение веса и силы трения скольжения за счет вертикальной составляющей силы, приподнимающей тело

Второй закон Ньютона в векторной форме :

Соскальзывание тела с наклонной плоскости

Второй закон Ньютона в векторной форме:

Вес тела на наклонной опоре меньше силы тяжести.

N = P = mg cos α

Соскальзывание тела с наклонной плоскости происходит, если a > 0, т.е если коэффициент трения скольжения μ < tgα. Если μ > tgα, то тело покоится на наклонной плоскости

ТРЕТИЙ ЗАКОН НЬЮТОНА (уч.10кл. стр.93-95)

Сила действия и противодействия. Одинаковость природы этих сил.

Пример столкновение тел

Третий закон Ньютона. Формулировка

Пример силы реакции опоры

Пример сил действия и противодействия

Пример реактивного движения (см.ниже уч.10кл.)

Сила, сообщающая телу ускорение, является мерой внешнего воздействия на него другого тела.

Эта сила возникает при взаимодействии между телами.

Тела, как объекты взаимодействия, равноправны. Со стороны второго тела на первое так же действует сила – сила противодействия.

Силы действия и противодействия, возникающие в результате взаимодействия тел, являются силами одной природы.

Третий закон Ньютона:

«Любому действию всегда препятствует равное и противоположное противодействие»

Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по модулю, противоположны по направлению и действуют вдоль прямой, соединяющей эти тела.

Третий закон Ньютона справедлив для любого соотношения масс взаимодействующих тел при скоростях много меньших скорости света.

Ускорение, приобретаемое телами в результате их взаимодействия, зависит от соотношения масс этих тел.

Третий закон Ньютона связывает между собой силы, с которыми тела действуют друг на друга. Если два тела взаимодействуют друг с другом, то силы, возникающие между ними приложены к разным телам, равны по величине, противоположны по направлению, действуют вдоль одной прямой, имеют одну и ту же природу.

МОМЕНТ СИЛЫ

l - плечо силы- кратчайшее расстояние от точки оси вращения до линии действия силы.

MF1 = - F1l1

Знак момента силы зависит от того какое направление вращения принято за положительное. На плоскости обычно принимают:

MF1 < 0, т.к. вызывает вращение против часовой стрелки.

MF2 > 0, т.к вызывает поворот по часовой стрелке.

Кратчайшее расстояние между точкой опоры и прямой, вдоль которой действует на рычаг сила, называется плечом силы.

Чтобы найти плечо силы, надо из точки опоры опустить перпендикуляр на линию действия силы.

Длина этого перпендикуляра и будет плечом силы.

Момент силы – произведение модуля силы, вращающей тело, на ее плечо

M = F l

Единицы измерения Н*м  Обозначение: М

За единицу момента силы принимается момент силы в 1Н, плечо которого равно 1М

Момент силы характеризует действие силы и показывает, что оно зависит одновременно и от модуля силы, и от ее плеча.

Правило моментов:

Тело находится в равновесии, если момент сил, вращающих его по часовой стрелке, равен моменту сил, вращающих его против часовой стрелки.

М1 = М2

УСЛОВИЯ РАВНОВЕСИЯ ТЕЛ

ДОПОЛНИТЬ ИЗ ДРУГОГО ИСТОЧНИКА

Равновесие – это либо состояние покоя, либо равномерное движение.

Если тело не имеет оси вращения, то условие равновесия: сумма всех сил, приложенных к телу равна нулю:

Σ= 0

Дополнительное условие равновесия тел, имеющих ось вращения: сумма моментов сил относительно оси вращения равна нулю:

Σ= 0

ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ В МЕХАНИКЕ

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ (уч.10кл. стр.158)

Взаимодействие тел происходит в пространстве и во времени.

Временной характеристикой действие силы является произведение силы на длительность ее действия – импульс силы.

Единица импульса силы – Н*м

Импульс силы определяет изменение импульса тела.

Импульс тела – векторная физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость.

Единица измерения – кг*м/с

Импульс системы тел – векторная сумма импульсов тел, входящих в систему.

Замкнутая система – система тел, для которой равнодействующая внешних сил равна нулю.

Закон сохранения импульса – суммарный импульс замкнутой системы тел остается постоянным при любых взаимодействиях тел системы между собой.

Сохранение импульса отражает один из типов симметрии физического пространства – его однородность.

Закон сохранения импульса – теоретическая основа реактивного движения.

Однородность пространства означает, что параллельный перенос замкнутой системы на некоторое расстояние не влияет на взаимодействие тел системы.

Пространственной характеристикой действия силы является работа силы – произведение проекции силы на ось на перемещение по этой оси.

Единица измерения работы – Дж = кг*м2/с2

Потенциальная сила – сила, работа которой при перемещении тела зависит только от начального и конечного положений тела в пространстве.

Для непотенциальной силы работа зависит от траектории движения тела между начальным и конечным положениями.

Потенциальная энергия – энергия тела в данной точке – скалярная физическая величина, равная работе, совершаемой потенциальной силой при перемещении тела из этой точки в точку, принятую за начало отсчета потенциальной энергии.

Принцип минимума потенциальной энергии – любая замкнутая система стремиться перейти в такое состояние, в котором ее потенциальная энергия минимальна.

Кинетическая энергия – скалярная величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости.

Теорема о кинетической энергии – изменение кинетической энергии тела равно работе всех сил, действующих на тело.

Средняя мощность – скалярная физическая величина, равная отношению работы к промежутку времени, за который она совершена.

Единица мощности – Вт = Дж/с

Мгновенная мощность – равна произведения проекции силы, действующей на тело, и проекции скорости в направлении его перемещения.

Полная механическая энергия – энергия, сумма кинетической и потенциальной энергий.

Кинетическая энергия – энергия, обусловленная движением тела.

Потенциальная энергия – энергия, обусловленная взаимодействием тела с другими телами.

Закон сохранения полной механической энергии – изменение механической энергии системы равно работе всех непотенциальных сил.

Консервативная система – механическая система, в которой действуют только потенциальные силы.

Закон сохранения механической энергии – в замкнутой консервативной системе полная механическая энергия сохраняется (не изменяется со временем)

Кинетическая энергия может переходит в потенциальную и обратно в равных количествах

Сохранение механической энергии является следствием однородности времени

Однородность времени означает, что одинаковые физические эксперименты, поставленные в различные моменты времени, дают одинаковые результаты.

Абсолютно неупругий удар – столкновение, при котором тела в результате взаимодействия движутся как единое целое. При таком ударе кинетическая энергия системы не сохраняется.

Абсолютно упругий удар – столкновение, при котором деформация тел оказывается обратимой, т.е. тела восстанавливают свою форму.

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА (уч.10кл. стр.121-128, 153-157)

Импульс силы и импульс тела (см.выше уч.10кл.) Определения и единицы измерения.

Уравнения движения тела.

Определение замкнутой системы

Определение внутренних сил замкнутой системы

Пример столкновения двух шаров.

Закон сохранения импульса. Формулировка (уч.10кл.стр.126)

Области применения закона сохранения импульса

Неоднородное пространство (уч.10кл.стр.127 на полях)

Понятие системы замкнутой вдоль определенного направления. Пример винтовка-пуля

Упругий и неупругий удар. Определения. Примеры. Импульсы и переход энергии при таких ударах. (уч.10кл.стр.153-157)

Импульс силы и импульс тела (см.выше уч.10 кл.121)

Замкнутая система – система тел, для которых равнодействующая внешних сил равна нулю.

Система называется замкнутой вдоль определенного направления, если проекция равнодействующей внешних сил на это направление равна нулю.

Силы взаимодействия между телами системы называются внутренними силами

Силы взаимодействия между телами системы и телами, не входящими в систему – внешними силами

При столкновении шаров:

согласно третьего закона ньютона

согласно второму закону Ньютона ,

,

m1+ m2 = m1+ m2

Закон сохранения импульса

Суммарный импульс замкнутой системы тел остается постоянным при любых взаимодействиях тел системы между собой

Закон сохранения импульса:

Геометрическая сумма импульсов тел, со­ставляющих замкнутую систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой си­стемы между собой.

= const

Импульс сохраняется и для систем микрочастиц, для которых законы Ньютона не применимы.

Закон сохранения импульса является следствием однородности пространства.

Примером проявления закона сохранения им­пульса является реактивное движение. Оно наблю­дается в природе (движение осьминога) и очень ши­роко в технике (водометный катер, огнестрельное оружие, движение ракет и маневрирование космиче­ских кораблей)

Импульсом системы тел называется векторная сумма импульсов тел, входящих в систему.

Удар – это кратковременное взаимодействие тел, приводящее к упругой или пластической деформации тел, к резкому изменению скоростей тел и появлению больших сил взаимодействия. Удар называется центральным, если вектора скоростей проходят через центр масс тел.

Под столкновением в физике понимают взаимодействие тел при их относительном перемещении. Для классификации результатов этого взаимодействия вводят понятие абсолютно неупругого и абсолютно упругого ударов

Абсолютно неупругий удар – столкновение, после которого тела движутся с одинаковой скорость как единой целое.

Энергия при этом не сохраняется

Абсолютно упругий удар – столкновение, при котором деформация тел оказывается обратимой, т.е. исчезающей после прекращения взаимодействия.

Энергия при таком ударе сохраняется.

При нецентральном абсолютно упругом столкновении одинаковых шаров они разлетаются под углом 90о друг к другу.

При упругом центральном ударе покоящийся шар приобретает большую скорость, чем при неупругом ударе, при котором часть энергии расходуется на деформацию шара.

Скорости тел после абсолютно упругого удара зависят от соотношения массы этих тел.

РАКЕТЫ (уч.10кл. стр.128-129)

Закон сохранения импульса.(см.выше)

Реактивное движение. Определение. Примеры

Устройство ракеты.

Изменение массы ракеты при полете.

Уравнение движения ракеты ДОПОЛНИТЬ

Реактивное движение – движение возникающее при отделении от тела с некоторой скоростью какой-либо его части.

ДАТЬ ДРУГОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕАКТИВНОГО ДВИЖЕНИЯ

m1- масса топлива, m2 – масса ракеты

Скорость истечения реактивной струи можно считать постоянной.

По мере расходования топлива общая масса уменьшается и соответственно увеличивается скорость (согласно закону сохранения импульса)

Реактивная сила, появляющаяся вследствие истечения горячих газов, приложена к ракете и направлена противоположно скорости реактивной струи. Эта сила определяется расходом топлива в единицу времени и скоростью истечения газов относительно ракеты.

ДАТЬ УРАВНЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ РАКЕТЫ ЧЕРЕЗ ИМПУЛЬСЫ С УЧЕТОМ РАСХОДА ТОПЛИВА

Большая заслуга в развитии теории реак­тивного движения принадлежит К.Э.Циолковскому.

Он разработал теорию полета тела переменной массы (ракеты) в однородном поле тяготения и рас­считал запасы топлива, необходимые для преодоле­ния силы земного притяжения; основы теории жид­костного реактивного двигателя, а так же элементы его конструкции; теорию многоступенчатых ракет, причем предложил два варианта: параллельный (несколько реактивных двигателей работают одно­временно) и последовательный (реактивные двигате­ли работают друг за другом).

К.Э.Циолковский строго научно доказал возможность полета в космос с помощью ракет с жидкостным реактивным двигате­лем, предложил специальные траектории посадки космических аппаратов на Землю, выдвинул идею создания межпланетных орбитальных станций и подробно рассмотрел условия жизни и жизнеобеспе­чения на них.

Технические идеи Циолковского нахо­дят применение при создании современной ракетно-космической техники.

Движение с помощью реак­тивной струи, по закону сохранения импульса, ле­жит в основе гидрореактивного двигателя. В основе движения многих морских моллюсков (осьминогов, медуз, кальмаров, каракатиц) также лежит реактив­ный принцип.

МЕХАНИЧЕСКАЯ РАБОТА (уч.10кл. стр.134)

Работа как пространственная характеристика силы.

Определение работы. Единицы измерения

Геометрический смысл работы

Зависимость знака работы от взаимной ориентации силы и перемещения

Работа сил реакции, трения, тяжести

Суммарная работы нескольких сил

Не зависимость работы силы тяжести от траектории перемещения

Если сила, действующая на тело в течении времени ∆t не зависит от координаты, то можно ввести временную характеристику силы – импульс силы ( F∆t)

Если сила не зависит от времени и действует на тело, движущееся по оси Х, на перемещении ∆х, то можно ввести пространственную характеристику силы – работу.

Работа – скалярная физическая величина, равная произведению проекции силы на ось Х на перемещение по этой оси

А=Fx∆х

Единица измерения – Дж (Джоуль) 1 Дж = 1 кг*м2/с2

Механическая работа совершается, только когда на тело действует сила и оно движется.

Сила действующая на движущееся тело со стороны другого тела, совершает работу.

Геометрический смысл работы – площадь под графиком F(x):

Компонента силы , перпендикулярная перемещению, не влияет на движение тела по оси Х и не совершает работу.

Работа силы при перемещении равна произведению модулей этих векторов на косинус угла между ними:

A = F ∆x cos α

Знак работы определяется знаком cos α.:

Работа положительна, если угол острый 0 ≤ α < 90, направление силы совпадает с направлением движения тела

Работа равна нулю при α = 90, сила перпендикулярна направлению движения тела.

Работа отрицательна при 180 ≥ α > 90, направление силы противоположно направлению движения тела (например, сила трения скольжения)

Работа силы реакции опоры, перпендикулярной перемещению, равна нулю.

Сила трения направлена под углом 180о к перемещению, поэтому ее работа отрицательна.

Aтр = Fтр ∆x cos(180) = - Fтр ∆x

так как Fтр = μN, N = mg cos(α), ∆x = l = H/ sin(α), то

 Aтр = - μmgH ctg(α)

Работа силы тяжести зависит от высоты плоскости и не зависит от угла наклона плоскости

Ag = mgl cos(90-α) = mgl sin(α) = mgH

Если на тело действуют несколько сил, то полная работа равна сумме работ, совершаемых каждой силой в отдельности.

Ag = mgh1 + mgh2 = mgH

Работа силы тяжести не зависит от формы траектории.

МОЩНОСТЬ (уч.10кл. стр.146-148)

Определение средней мощности. Единицы измерения. Формула

Определение мгновенной мощности. Формула

Скорость совершения работы характеризуется физической величиной, называемой мощностью.

Средняя мощность – скалярная физическая величина, равная отношению работы к промежутку времени, за который она совершена

Pср =

Единица измерения – Вт (Ватт) = Дж/с

1 Вт – такая мощность, при которой в 1с совершается работа 1 Дж

Мгновенная мощность - скалярная физическая величина, равная отношению работы к промежутку времени ∆t, в течение которого она совершена при ∆t→0

P = = = Fx= Fx vx

vx = - проекция мгновенной скорости на направление перемещения

Мгновенная мощность равна произведению проекции силы, действующей на тело, и скорости в направлении его перемещения.

P = Fx vx

Зная мощность двигателя, можно рассчитать работу, совершаемую этим двигателем в течении промежутка времени:

P =  Þ A = P t

Чтобы вычислить работу, надо мощность умножить на время, в течении которого совершалась эта работа.

КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ (уч.10кл. стр.142-145)

Определение, характер, единицы измерения и формула кинетической энергии

Теорема о кинетической энергии

Пример кинетической энергии на примере торможения автомобиля. Расчет

Отличие кинетической энергии от потенциальной (уч.10кл.стр.149 на полях)

Энергия, которой обладает тело вследствие своего движения, называется кинетической

(греч. кинема – движение)

Обозначение Eк

Чем больше масса тела и его скорость, тем больше его кинетическая энергия.

Это легко доказать на опыте столкновения двух шариков разной массы и скорости.

Определим физическую величину, изменяющуюся при совершении силой работы на примере увеличения скорости тела от v0 до v под действием всех приложенных к нему сил.

A = F∆x, F = ma , ∆x =

A =  -

Левая часть (работа) является пространственной характеристикой внешнего воздействия на тело (систему)

Правая часть – изменение физической величины, которая характеризует энергию движения тела – кинетическую энергию

Кинетическая энергия – скалярная физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости

Ek =

Единица измерения – Дж (Джоуль)

Понятие кинетической энергии введено в 1849 г. английским ученым Уильямом Томсоном.

Кинетическая энергия зависит от скорости, следовательно она зависит от выбора системы отсчета.

Теорема о кинетической энергии:

Изменение кинетической энергии тела равно работе сил, действующих на тело:

Ek – Ek0 = A

Работа равнодействующей сил, приложенных к телу, равна изменению кинетической энергии.

Если в начальный момент времени тело неподвижно (Ek0=0), то кинетическая энергия тела равна работе, которую совершает суммарная сила для сообщения телу скорости v.

Потенциальная энергия зависит от положения тел.

Кинетическая энергия определяется скоростью тел.

Кинетическая энергия всегда положительна, а потенциальная может быть отрицательной, в зависимости от выбора «нуля» отсчета.

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ (уч.10кл. стр.135-142, 153)

Определение потенциальной силы

Работа потенциальной силы

Определение потенциальной энергии

Работа сил трения, тяжести га примере скатывания тела по наклонной плоскости

Принцип минимума потенциальной энергии

Устойчивое, неустойчивое, безразличное равновесия. Определения и примеры

Работа силы тяжести (уч.10кл.стр.139)

Потенциальная энергия в гравитационном поле. Формула

Работа силы тяжести в гравитационном поле

Зависимость потенциальной энергии в поле тяжести от расстояния до центра поля. График

Работа силы упругой деформации

Потенциальная энергия тела при упругом взаимодействии. Формула

Зависимость потенциальной энергии упругой деформации от деформации. График

Упругое и не упругое столкновение. Определения. Переход энергии. (уч.10кл.стр.153)

Закон сохранения полной механической энергии изолированной системы (коротко)

Потенциальная(Консервативная) сила – сила, работа которой при перемещении материальной точки зависит только от начального и конечного положений точки в пространстве.

Работа консервативной силы при перемещении материальной точки по замкнутому контуру равна нулю.

Например, сила тяжести – потенциальная сила, ее работа не зависит от формы траектории (см. выше сила тяжести)

Потенциальной (лат. потенция – возможность) энергией называется энергия, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела.

Потенциальная энергия тела в данной точке – скалярная физическая величина, равная работе, совершаемой потенциальной силой при перемещении тела из этой точки в точку, принятую за нуль отсчета потенциальной энергии.

Единица измерения – Дж (Джоуль)

Обозначение - Еp

Потенциальной энергией обладает всякое упруго деформированное тело.

Потенциальную энергию сжатого газа используют в тепловых двигателях, пневмоинструменте и т.д.

Так работа силы тяжести Ag = Ep1 – Ep2 = mgH

Потенциальная энергия в этом случае характеризует энергию гравитационного притяжения материальной точки к Земле.

Потенциальная энергия материальной точки, поднятой на высоту Н над «нулем»

Eр = mgH

Потенциальная энергия зависит от координаты (относительно «нуля» потенциальной энергии)

Изменение потенциальной энергии характеризует работу силы тяжести по перемещении тела. Эта работа равна изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком. Тело находящееся ниже поверхности земли, имеет отрицательную потенциальную энергию.

В общем случае работа всех сил, действующих на тело равна сумме работ потенциальных и не потенциальных сил: A = Ap + Anp

Принцип минимума потенциальной энергии:

Любая замкнутая система стремиться перейти в такое состояние, в котором ее потенциальная энергия минимальна.

Устойчивое равновесие – равновесие, при котором тело, выведенное из положения равновесия, возвращается в первоначальное положение.

Неустойчивое равновесие – равновесие, при котором тело, выведенное из положения равновесия, не возвращается в первоначальное положение.

Безразличное равновесие – равновесие, при котором соседние положения тела также являются равновесными.

Работа силы тяжести при перемещении тела на высоту Н:

Fg = - G

Ag = FgH cos(0) = G H

Ag = Ep(r) – Ep(r-H)

Потенциальная энергия тела массой m в гравитационном поле:

Ep(r) = - G

Начало отсчета находится на бесконечно большом расстоянии от Земли (на бесконечности) На этом расстоянии стремиться к нулю и сила гравитационного притяжения к Земле

Расстояние во всех инерциальных системах отсчета одно и тоже. Поэтому потенциальная энергия не зависит от выбора системы отсчета, а зависит от выбора «нуля» отсчета.

Работа силы упругости при растяжении и сжатии пружины

Потенциальную энергию имеют не только поднятые тела. Рассмотрим работу, совершаемую силой упругости при деформации пружины.

Сила упругости меняется от Fупр = kx0 до Fупр = kx

Средняя сила упругости Fупр.ср = = (x0 + x)

Направление средней силы упругости  и перемещения  совпадают

Работа силы упругости зависит только от начального и конечного положений.

Это значит, что сила упругости - потенциальна.

Aупр = (x0 + x)∆x = (x0 + x)(x0 - x) = -

Потенциальная энергия пружины (упругодеформированного тела)

Ep =

x – удлинение или сжатие тела (пружины)

k – жесткость тела (пружины)

Начало отсчета соответствует нерастянутой пружине, удлинение которой x=0

Потенциальная энергия упругодеформированной пружины равна работе силы упругости при переходе пружины из деформированного состояния в недеформированное.

Потенциальная энергия упругодеформированной (сжатой или растянутой) пружины зависит от степени ее деформации.

Важной характеристикой потенциальной энергии является то, что тело не может обладать ею, не взаимодействуя с другими телами.

Потенциальная энергия характеризует взаимодействующие тела, кинетическая – движущиеся. И та, и другая возникают в результате взаимодействия тел.

Если тела взаимодействую между собой только силами тяготения и силами упругости, и никакие внешние силы на них не действуют (или же их равнодействующая равна нулю), то при любых взаимодействиях тел работа сил упругости или сил тяготения равна изменению потенциальной энергии, взятой с противоположным знаком.

В то же время, по теореме о кинетической энергии (изменение кинетической энергии тела равно работе внешних сил) работа тех же сил равна изменению кинетической энергии:

ÞEk1+Ep1 = Ek2 +Ep2

Из этого равенства следует, что сумма кинетической и потенциальной энергий тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой силами тяготения и упругости, остается постоянной.

Сумма кинетической и потенциальной энергий тел называется полной механической энергией.

Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих между собой силами тяготения и упругости, остается неизменной.

Работа сил тяготения и упругости равна, с одной стороны, увеличению кинетической энергии, а с другой – уменьшению потенциальной, то есть работа равна энергии, превратившейся из одного вида в другой

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ В МЕХАНИКЕ (уч.10кл. стр.148-152, 153-157)

Полная механическая энергия. Определение. Формула

Закон изменения полной механической энергии системы

Определение консервативной механической системы

Закон сохранения механической энергии. Формула

Область применения закона сохранения энергии

Взаимное превращение потенциальной и кинетической энергий. Примеры перехода

Полная механическая энергия системы – сумма ее кинетической и потенциальной энергий

E = Ek + Ep

Закон изменения механической энергии

Изменение механической энергии системы равна работе всех непотенциальных сил

(Ek + Ep) - (Ek0 + Ep0) = Anp

Левая часть – изменение полной механической энергии системы, правая – работа непотенциальных сил.

Консервативная система – механическая система, в которой действуют только потенциальные силы

В такой системе Anp=0

Закон сохранения механической энергии:

В замкнутой консервативной системе полная механическая энергия сохраняется (не изменяется со временем)

Ek + Ep = Ek0 + Ep0

Полная механическая энергия сохраняется и для микрочастиц, для которых законы Ньютона не применимы.

Закон сохранения механической энергии является следствием однородности времени.

Однородность времени состоит в том, что при одинаковых начальных условиях протекание физических процессов не зависит от того, в какой момент времени эти условия созданы.

Справедливость закона сохранения энергии подтверждается экспериментально с высокой точностью

Потенциальная энергия консервативной системы не может изменяться во времени при неизменной конфигурации системы.

Закон сохранения полной механической энергии системы предполагает взаимное превращение кинетической энергии в потенциальную и обратно в равных количествах. При этом полная энергия системы остается постоянной.

(Пример – подбрасывание шарика)

Потенциальная энергия зависит от положения тел.

Кинетическая энергия определяется скоростью тел.

Важной характеристикой потенциальной энергии является то, что тело не может обладать ею, не взаимодействуя с другими телами.

Потенциальная энергия характеризует взаимодействующие тела, кинетическая – движущиеся. И та, и другая возникают в результате взаимодействия тел.

Кинетическая энергия всегда положительна, а потенциальная может быть отрицательной, в зависимости от выбора «нуля» отсчета.

ПРОСТЫЕ МЕХАНИЗМЫ (уч.7кл.стр.136-150)

Простые механизмы

Наклонная плоскость

Рычаг

Момент силы

Правило моментов (для рычага)

Блок

Соблюдение закона сохранения энергии в простых механизмах

«Золотое правило механики»

Приспособления, служащие для преобразования силы, называют механизмами.

К простым механизмам относят:

- наклонная плоскость и ее разновидности – клин, винт

- рычаг

- блок, ворот

В большинстве случаев простые механизмы применяются для увеличения силы, действующей на тело.

Простые механизмы входят в состав практически всех машин и механизмов.

Наклонная плоскость применяется для того, чтобы тело большой массы можно было переместить действием силы, значительно меньшей веса тела. Если угол наклонной плоскости равен a, то для перемещения тела вдоль плоскости необходимо применить силу, равную mg sin(a) + m mg cos(a).

Отношение этой силы к весу тела при пренебрежении силой трения равно синусу угла наклона плоскости.

Но при выигрыше в силе нет выигрыша в работе, т.к. путь увеличивается в 1/sin(a)раз. Этот результат является следствием закона сохранения энергии, так как работа силы тяжести не зависит от траектории подъема тела.

Рычаг

Рычаг представляет собой твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры.

А, В – точки приложения сил

О – ось вращения рычага, точка опоры.

Обе силы, действующие на рычаг направлены в одну сторону.

Кратчайшее расстояние между точкой опоры и прямой, вдоль которой действует на рычаг сила, называется плечом силы.

Чтобы найти плечо силы, надо из точки опоры опустить перпендикуляр на линию действия силы.

Длина этого перпендикуляра и будет плечом силы.

Рычаг находится в равновесии, если момент сил, вращающий его по часовой стрелке равен моменту ил, вращающих рычаг против часовой стрелки.

Правило равновесия рычага

Установлено Архимедом около 287-212 г.д.н.э.

Рычаг находится в равновесии, когда силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил:

= или F1l1 = F2l2

F1, F2 – силы, действующие на рычаг

l1, l2 – плечи этих сил

Из этого правила следует, что меньшей силой можно уравновесить большую силу.

Если направления векторов сил, приложенных к рычагу, перпендикулярны кратчайшим прямым, соединяющим точки приложения сил и ось вращения, то условия равновесия принимает вид:

F1l1 = F2l2

Если l1 > l2, то рычаг обеспечивает выигрыш в силе:

F2 = F1.

Момент силы – произведение модуля силы, вращающей тело, на ее плечо

M = F l

Единицы измерения Н*м  Обозначение: М

За единицу момента силы принимается момент силы в 1Н, плечо которого равно 1М

Момент силы характеризует действие силы и показывает, что оно зависит одновременно и от модуля силы, и от ее плеча.

Правило моментов:

Рычаг находится в равновесии, если момент сил, вращающих его по часовой стрелке, равен моменту сил, вращающих его против часовой стрелки.

М1 = М2

Блок

Блок представляет собой колесо с желобом, укрепленное в обойме. По желобу пропускают веревку, трос или цепь.

Неподвижным блоком называют такой блок, ось которого закреплена и при подъеме грузов не поднимается и не пускается.

Неподвижный блок можно рассматривать, как равноплечный рычаг, у которого плечи равны радиусу колеса. Такой блок не дает выигрыш в силе (F1 = F2), но позволяет менять направление действия силы.

Подвижный блок – блок, ось которого поднимается и опускается вместе с грузом.

ОА – плечо силы Р, ОВ – плечо силы F. Так как плечо ОВ в 2 раза больше ОА:

F =

Подвижный блок дает выигрыш в силе в два раза.

(при равновесии блока моменты сил, действующих на него, должны быть равны)

Обычно на практике применяют комбинацию неподвижного и подвижного блоков.

Неподвижный блок применяется только для удобства. Он не дает выигрыша в силе, но позволяет менять направление ее действия, например позволяет поднимать груз, стоя на земле.

Простые механизмы и выигрыш в работе

Действуя на длинное плечо рычага, мы выигрываем в силе, но при этом во столько же раз проигрываем в пути.

Произведение силы на путь есть работа.

A1 = A2 = F1s1 = F2s2

Выигрыш в силе не дает выигрыша в работе, т.к. при повороте на угол a сила F1 совершает работу A1 = F1s1a, а сила F2 совершает работу A2 = F2s2a.

Т.к. по условию F1l1= F2l2, то A1 = A2.

При использовании рычага выигрыша в работе не получают.

Пользуясь рычагом, можно выиграть или в силе, или в расстоянии. Выигрывая в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии.

Блок позволяет изменять направление действия силы.

Плечи сил, приложенных к разным точкам неподвижного блока, одинаковы, и поэтому выигрыша в силе неподвижный блок не дает.

При подъеме груза с помощью подвижного блока получается выигрыш в силе в два раза, т.к. плечо силы тяжести вдвое меньше плеча силы натяжения троса.

Но при вытягивании троса на длину l груз поднимается на высоту l/2, следовательно, неподвижный блок также не дает выигрыша в работе.

Блок так же не дает выигрыша в работе.

«Золотое правило механики»(известное уже древним ученым)

Во сколько раз выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в расстоянии.

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ МЕХАНИЗМА (уч.7кл.стр.150-151)

Полная и полезная работа

Коэффициент полезного действия. Обозначение. Единицы измерения.

КПД на примере рычага

На практике совершенная с помощью механизма полная работа всегда несколько больше полезной работы.

Часть работы совершается против сил трения, сопротивления воздуха, перемещению деталей самого механизма и т.д.

Отношение полезной работы к полной работе называется коэффициентом полезного действия механизма (КПД)

КПД =

Обычно КПД выражается в процентах и обозначают η(«эта»):

η = 100%

КПД любого механизма меньше 100%

МЕХАНИКА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ

ДАВЛЕНИЕ (уч.7кл.стр.77)

Действие силы зависит не только от ее модуля, направления и точки приложения, но и от площади поверхности, перпендикулярно которой она действует.

Величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности, называется давлением.

(Физическая величина, равная отношению модуля силы, действующей перпендикулярно поверхности к площади это поверхности, называется давлением. )

p =

Единица давления – Па (Паскаль)(в честь ученого Блеза Паскаля) Обозначение: p

1 Па = 1 Н/м2

1 Па равен давлению, производимому силой в 1 Н на площадь в 1 м2.

Чем больше площадь опоры, тем меньше давление, производимое одной и той же силой на эту опору.

Пример: хождение по снегу на лыжах.

АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ (уч.7кл.стр.97-103,181-182)

Атмосфера

Атмосферное давление

Опыт Торричелли (уч.7кл.стр.101,181-182 - подробнее)

Опыт Паскаля по доказательству атмосферного давления

Воздушную оболочку, окружающую Землю, называют атмосферой (греч. атмос – пар, воздух и сфера – шар)

Атмосфера простирается на несколько тысяч километров и не имеет четкой границы.

При температуре 0оС и нормальном атмосферном давлении 1м3 воздуха весит 1.29кг

Под действием силы тяжести верхние слои атмосферы давят на нижележащие.

Это давление согласно закону Паскаля передается по всем направлениям. Наибольшее значение это давление имеет у поверхности Земли, и обусловлено весом столба воздуха от поверхности до границы атмосферы.

При увеличении высоты уменьшается масса слоев атмосферы, давящих на поверхность, следовательно, атмосферное давление с высотой понижается.

На уровне моря атмосферное давление равно 101 кПа.

Такое давление оказывает столб ртути высотой 760 мм.

Если в жидкую ртуть опустить трубку, в которой создан вакуум, то под действием атмосферного давления ртуть поднимется в ней на такую высоту, при которой давление столба жидкости станет равным внешнему атмосферному давлению на открытую поверхность ртути.

При изменении атмосферного давления высота столба жидкости в трубке также изменится.

Строго говоря, вследствие действия силы тяжести плотность газа в любом закрытом сосуде неодинакова по всему объему. Внизу сосуда плотность выше, чем в верхней части, поэтому и давление в сосуде не одинаково на разной высоте. Для сосудов малого размера этой разностью можно пренебречь, но для атмосферы, простирающейся на много километров, различие существенно.

Рассчитать атмосферное давление по формуле для давления столба жидкости нельзя. Для такого расчета надо знать высоту и плотность воздуха. Но определенной границы у атмосферы нет, а плотность воздуха на разной высоте различна.

Опыт Торричелли

Впервые опыт доказывающий существование атмосферного давления и его толкование предложил Эванджелиста Торричелли, ученик Галилея, в 1643 г, изучая действие поршневых насосов.

Стеклянную трубку 1 м, запаянную с одного конца, заполняют ртутью.

Затем, плотно закрыв, ее переворачивают и опускают в чашку с ртутью и под ртутью открывают конец трубки.

Часть ртути при этом выливается в чашку, а часть остается в трубке.

Высота столба, оставшейся в трубке ртути, равна примерно 760 мм.

Над ртутью воздуха нет, там безвоздушное пространство.

Торричелли дал объяснение опыта.

Атмосфера давит на поверхность ртути в чашке. Ртуть находится в равновесии. Значит, давление в трубке на уровне аb равно атмосферному. Если бы оно было больше атмосферного, то ртуть выливалась бы в чашку, а если меньше, то поднималась бы по трубке вверх.

Давление в трубке на уровне ab создается весом столба ртути в трубке, так как в верхней части трубки над ртутью воздуха нет. Отсюда следует, что атмосферное давление равно давлению столба ртути в трубке:

pатм = pHg

Измерив высоту столба ртути, можно рассчитать давление ртути, равное атмосферному.

Если атмосферное давление понижается, то понижается и уровень ртути в трубке Торричелли. И наоборот.

На практике часто атмосферное давление измеряют именно в мм.рт.ст.

Давление столба ртути высотой 1 мм:

1мм.рт.ст = g ρHg h = 9.81*13 600*0.001 ≈ 133.3 Па

Наблюдая ежедневно за высотой ртутного столба в трубке, Торричелли обнаружил, что высота меняется, т.е. атмосферное давление меняется. Он так же заметил связь изменения с изменениями погоды.

Опыт Паскаля

Об опытах Торричелли узнал Паскаль. Он повторил опыт с ртутью и водой и проделал опыт у подножья и на вершине горы. На вершине давление оказалось меньше, чем у подножия. Опыт подтвердил существование атмосферного давления.

Чтобы еще раз доказать, что ртутный столб в опыте Торричелли удерживается атмосферным давлением, Паскаль поставил другой опыт, который образно назвал доказательством пустоты в пустоте.

А – прочный полый стеклянный сосуд, в который впаяны две трубки: одна от барометра Б, другая, с открытыми концами, - от барометра В.

Прибор установлен на тарелку воздушного насоса.

В начале опыта давление в сосуде А равно атмосферному, оно измеряется разностью высот h столбов ртути в барометре Б. В барометре В ртуть стоит на одном уровне.

Затем из сосуда А откачивают воздух.

По мере удаления воздуха уровень ртути в левом колене барометра Б понижается, а в левом колене барометра В повышается.

Когда воздух будет полностью удален из сосуда А, уровень ртути в узкой трубке барометра Б упадет и сравняется с уровнем ртути в его широком колене.

В узкой же трубке барометра В ртуть под действием атмосферного давления поднимается на высоту h.

Опыт Паскаля окончательно опроверг теорию Аристотеля о «боязни пустоты» и подтвердил существование атмосферного давления.

В 1654 г. немецкий инженер Отто фон Герике (мэр Магдебурга) организовал в Магдебурге в присутствии императора Фердинанда III научное представление с Магдебургскими полушариями, между которыми был откачан воздух. Их не могли разорвать две восьмерки лошадей.

ИЗМЕНЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ С ВЫСОТОЙ (уч.7кл.стр.106)

См.выше «Атмосферное давление»

В жидкости давление зависит от плотности и высоты столба. Вследствие малой сжимаемости плотность жидкости на разных глубинах почти одинакова.

Сложнее с газами. Газы сильно сжимаемы. Чем сильнее газ сжат, тем больше его плотность и больше производимое им давление (создаваемое ударами его молекул).

Слои воздуха у поверхности Земли сжаты всеми вышележащими. Чем выше, тем менее сжат воздух, тем меньше его плотность. Поэтому зависимость давления воздуха от высоты сложнее, чем в жидкости.

Атмосферное давление, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0оС, называется нормальным атмосферным давлением.

Нормальное атмосферное давление равно 101300Па = 1013гПа

Чем больше высота над уровнем моря, тем сильнее давление.

При подъеме на 12 м давление уменьшается примерно на 1 мм.рт.ст. (1.33гПа)

ДОБАВИТЬ ФОРМУЛУ ЗАВИСИМОСТИ

Зная зависимость давления от высоты, можно по показанию барометра определить высоту над уровнем моря.

Анероиды, имеющие шкалу, по которой можно отсчитывать высоту, называются высотометрами.

ЗАКОН ПАСКАЛЯ ДЛЯ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ (уч.7кл.стр.85-,176-178)

Давление в жидкости или газе

Закон Паскаля

Гидростатический парадокс (уч.7кл.стр.176-178)

Физическая величина, равная отношению модуля силы, действующей перпендикулярно поверхности к площади это поверхности, называется давлением.

Единица давления – Па (Паскаль)(в честь ученого Блеза Паскаля)

1 Па = 1 Н/м2

1 Па равен давлению, производимому силой в 1 ньютон на площадь в 1 квадратный метр.

Газы, в отличие от твердых тел и жидкостей, заполняют весь сосуд, в котором находятся.

Давление газа на стенки сосуда и на помещенное в газ тело вызывается ударами молекул газа.

При уменьшении объема газа его давление увеличивается, а при увеличении объема давление уменьшается при условии, что масса и температура газа остаются неизменными.

Давление газа в закрытом сосуде тем больше, чем выше его температура, при условии, что масса и объем газа не изменяются

Давление газа тем больше, чем чаще и сильнее молекулы ударяют о стенки сосуда.

Отдельные частицы жидкости и газа могут свободно перемещаться друг относительно друга по всем направлениям.

Подвижность частиц газа и жидкости объясняет, что давление, производимое на газ или жидкость, передается не только в направлении действия силы, а в каждую точку жидкости или газа.

Пример: сжимание газа поршнем. Давление меняется во всем объеме газа.

Закон Паскаля:

Давление производимое на жидкость или газ передается во все стороны без изменений.

Все жидкости и газы передают производимое на них давление во все стороны.

На жидкости действует сила тяжести (для газов это менее заметно). Каждый слой жидкости своим весом давит на нижние слои, которые по закону Паскаля передается по всем направлениям. Следовательно, внутри жидкости существует давление.

В этом можно убедиться на опытах.

Внутри жидкости существует давление и на одном и том же уровне оно одинаково по всем направлениям. С глубиной давление увеличивается.

Газы в этом отношении не отличаются от жидкостей, но их плотность и вес малы и «весовое» давление газа во многих случаях можно не учитывать.

Гидростатический парадокс. Опыт Паскаля.

Свойством жидкости передавать во все стороны производимое на нее давление объясняется явление, известное в физике под называнием «гидростатический парадокс»

В сосудах различной формы, но с одинаковой площадью дна и одинаковым уровнем жидкости в них, давление жидкости на дно будет одинаковым. Его можно рассчитать:

P = pS = g ρ h S

S – площадь дна

h – высота столба жидкости

Сила, с которой жидкость давит на дно сосуда не зависит от формы сосуда и равна весу вертикального столба, основанием которого является дно сосуда, а высотой – высота столба жидкости.

В 1618 г. Паскаль поразил своих современников, разорвав бочку всего кружкой воды, влитой в тонкую высокую трубку, вставленную в бочку.

БАРОМЕТРЫ И МАНОМЕТРЫ (уч.7кл.стр.105, 108)

Ртутный (или водяной) барометр

Барометр анероид

Манометр

Греч. барос – тяжесть, манос – редкий, метрео - измерять

Барометр – прибор для измерения атмосферного давления

Манометр – прибор для измерения давления (жидкости или газа)

Если к трубке с ртутью, использовавшейся в опыте Торричелли, прикрепить вертикальную шкалу, то получится простейший ртутный барометр.

На практике для измерения атмосферного давления применяют барометр-анероид (греч. безжидкостный) Такой барометр не содержит ртути или другой жидкости.

Главная часть (чувствительный элемент) анероида – металлическая коробочка с волнистой гофрированной поверхностью. Из нее выкачан воздух, а чтобы атмосферное давление не раздавило коробочку, ее крышку оттягивают вверх пружиной.

При увеличении атмосферного давления крышка прогибается вниз и натягивает пружину.

При уменьшении давления пружина выпрямляет крышку.

К пружине с помощью передаточного механизма прикреплена стрелка-указатель, которая передвигается вправо и влево при изменении давления вдоль шкалы градуированной в единицах давления.

Изменение атмосферного давления связано с переменой погоды.

Для измерения давлений жидкостей и газов используют манометры.

Манометры бывают жидкостные и металлические.

Открытый жидкостной манометр.

Состоит из двухколенной стеклянной трубки, заполненной жидкостью. Жидкость устанавливается в обоих коленах на одном уровне, так как на в обоих коленах сосуда на нее действует одинаковое атмосферное давление.

Если менять давление на жидкость в одном из колен, то по изменению высоты столба жидкости в другом колене можно судить о величине этого давления.

Таким манометром можно измерять давление внутри жидкости. Чем глубже погружают коробочку в жидкость, тем больше становится разность высот столбов жидкости в коленах манометра, следовательно тем большее давление производит жидкость.

В промышленности обычно используются металлические манометры.

Чувствительным элементом металлического манометра является согнутая в дугу металлическая трубка, один конец которой запаян. Другой конец с помощью крана сообщается с сосудом, в котором измеряют давление.

При увеличении давления трубка разгибается. Движение закрытого конца трубки с помощью рычага и зубчатого колеса передается стрелке.

При уменьшении давления трубка благодаря своей упругости возвращается в прежнее положение.

Для уменьшения вибраций стрелки и передаточного механизма внутренность манометра заполняют вязкой прозрачной жидкостью (глицерином)

СООБЩАЮЩИЕСЯ СОСУДЫ(уч.7кл.стр.90)

В цилиндрическом сосуде сила давления на дно сосуда равна весу столба жидкости. Давление на дно сосуда:

 pжид = = = ρgh,

откуда давление на глубине h:

p = pжид + pатм = ρgh + p0.

На стенки сосуда согласно закону Паскаля действует такое же давление.

Давление зависит только от плотности жидкости и высоты столба (p = ρgh + p0), но не зависит от объема жидкости.

Равенство давлений жидкости на одной и той же высоте приводит к тому, что

в сообщающихся сосудах любой формы свободные поверхности покоящейся однородной жидкости находятся на одном уровне (в случае пренебрежимо малости капиллярных сил).

В случае неоднородной жидкости высота столба более плотной жидкости будет меньше высоты менее плотной.

При равенстве давлений высота столба жидкости с большей плотностью будет меньше высоты столба жидкости с меньшей плотностью.

ПРИНЦИП УСТРОЙСТВА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРЕССА (уч.7кл.стр.111-113)

Гидравлическая машина. Устройство. Выигрыш в силе.

Гидравлический пресс. Устройство. Принцип действия

На основе закона Паскаля работают гидравлические машины (греч. гидравликос – водяной). Это машины, действие которых основано на законах движения и равновесия жидкостей.

Основной частью гидравлической машины служат два сообщающихся сосуда (цилиндра), закрытых поршнями разных площадей.

Пространство под поршнями и цилиндры заполняют жидкостью (обычно минеральным маслом) Высота столбов жидкости в обоих цилиндрах одинаковы, пока на поршни не действуют силы.

Давление, производимое внешней силой на один поршень, передается по закону Паскаля на второй поршень:

p = =  Þ F2 = F1

Отношение F2/F1 показывает выигрыш в силе.

Гидравлическая машина дает выигрыш в силе во столько раз, во сколько площадь ее большого поршня больше площади малого.

Гидравлическую машину, служащую для прессования или сдавливания, называют гидравлическим прессом.

Прессуемое тело кладут на платформу, соединенную с большим поршнем.

При помощи малого поршня создается давление в жидкости. Это давление без изменения (по закону Паскаля) передается в каждую точку жидкости, заполняющей цилиндры.

Так как площадь большого поршня больше площади малого, то сила, действующая на него будет больше силы, действующей на малый поршень. Под действием этой силы большой поршень будет подниматься, прессуя тело о верхнюю неподвижную платформу.

Для измерения давления жидкости в прессе служит манометр.

Предохранительный клапан автоматически открывается, когда давление превышает допустимое значение, и предохраняет пресс от повреждений.

Из малого цилиндра в большой жидкость перекачивается повторными движениями малого поршня.

При подъеме малого поршня открывается невозвратный клапан и масло из резервуара засасывается в пространство под поршнем.

При опускании малого поршня невозвратный клапана в резервуар закрывается давлением масла, а невозвратный клапан в большой цилиндр открывается. Масло поступает в большой цилиндр, повышая давление в нем.

АРХИМЕДОВА СИЛА ДЛЯ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ (уч.7кл.стр.114-125)

Действие жидкости и газа на погруженное в них тело

Архимедова сила

Плавание тел (см.ниже)

Плавание судов тяжелее воды (см.ниже)

Воздушный шар

Жидкость давит на сосуд, если внутрь ее поместить тело, то оно так же будет подвергаться давлению. Рассмотрим силы, действующие на тело, погруженное в жидкость. Для удобства рассмотрим параллелепипед.

Силы, действующие на боковые грани тела, попарно уравновешивают друг друга, они только сжимают тело.

Силы, действующие на верхнюю и нижнюю грани тела, не одинаковы.

На верхнюю грань давит столб жидкости h1, а на нижнюю h2. Давление столба жидкости h2 передается внутрь жидкости во все стороны. Следовательно на нижнюю грань тела давит сила, определяемая h2.

Тело выталкивается из жидкости с силой:

(учитывая, что для параллелепипеда S1 = S2 = S, hS = V, ρжVж = mж)

Fвыт = F2 – F1 = p2S2 – p1S1 = ρжgh2S2 – ρжgh1S1 = ρжg( h2- h1)S = ρжgVж = gmж = Pж

Выталкивающая сила равна весу жидкости в объеме погруженного в нее тела.

Существование выталкивающей силы легко обнаружить на опыте, взвешивая тело в воздухе и в воде.

К газам, как и к жидкостям применим закон Паскаля.

На тело, находящееся в газе, действует сила, равная весу газа в объеме тела, выталкивающая его из газа

Такой силой объясняется полет воздушных шаров.

Сила, выталкивающая тело из жидкости или газа, направлена противоположно силе тяжести, приложенной к этому телу.

Зависимость давления в жидкости и газе от глубины приводит к возникновению выталкивающей силы, действующей на любое тело, погруженное в жидкость или газ.

Эту силу называют Архимедовой силой, в честь древнегреческого ученого Архимеда, который впервые указал на ее существование и рассчитал ее значение.

В сочинении Архимеда «О плавающих телах» седьмое предложение (теорема) сформулировано так:

«Тела, которые тяжелее жидкости, будучи опущены в нее, погружаются все глубже, пока не достигают дна, и, пребывая в жидкости, теряют в своем весе столько, сколько весит жидкость, взятая в объеме тел.»

Закон Архимеда:

На тело погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости или газа вытесненного телом.

Архимедова сила равна весу жидкости в объеме тела (Vж = Vт – объем жидкости, вытесненной телом):

FA = Pж = g mж = g ρжVж = g ρжVт

Архимедова сила зависит от плотности жидкости, в которую погружено тело, и от объема тела. Но не зависит от плотности вещества тела.

Определим вес тела, погруженного в жидкость или газ.

P1 = P – FA = gm – gmж = g (m – mж)

Если тело погружено в жидкость или газ, то оно теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость или газ.

Архимедова сила направлена противоположно силе тяжести, поэтому при взвешивании в жидкости вес тела меньше, чем в воздухе.

На тело, находящееся в жидкости, действует сила тяжести и архимедова сила. Если сила тяжести по модулю больше – тело тонет, меньше – всплывает, равны – может находиться в равновесии на любой глубине.

Эти отношения сил равны отношениям плотностей тела и жидкости (газа).

На воде держатся громадные речные и морские суда, изготовленные из стали, плотность которой почти в 8 раз больше плотности воды. Объясняется это тем, что из стали делают лишь сравнительно тонкий корпус судна, а большая часть его объёма занята воздухом. Среднее значение плотности судна при этом оказывается значительно меньше плотности воды, поэтому оно не только не тонет, но и может перевозить большое количество грузов.

Воздушный шар

Для того чтобы шар поднялся в воздух, необходимо, чтобы архимедова сила, действующая на шар, была больше силы тяжести FA > Fтяж.

По мере поднятия шара архимедова сила уменьшается, так как с высотой уменьшается плотность воздуха. Чтобы подняться выше с шара сбрасывают специально взятый балласт и этим облегчают шар.

Для спуска шара из его оболочки с помощью специального клапана выпускают часть газа и тем самым уменьшают его объем, а значит, и действующую на шар, архимедову силу.

Гораздо проще управлять подъемом и спуском шара, наполненного горячим воздухом. Для этого в нижней части шара располагают газовую горелку, с помощью которой можно регулировать температуру воздуха внутри шара, а значит, его плотность и выталкивающую силу.

Можно подобрать такую температуру воздуха в шаре, при которой его вес будет равен выталкивающей силе. Тогда шар может «повиснуть» в воздухе.

В горизонтальном направлении шар перемещается только под действием ветра. Поэтому он называется аэростатом (греч. аэр – воздух, стато – стоящий)

Для исследования верхних слоев атмосферы применяют огромные воздушные шара – стратостаты.

Чтобы узнать, какой груз может поднять воздушный шар, необходимо определить его подъемную силу.

Для увеличения подъемной силы шар наполняют водородом или гелием. Гелий более безопасен и не взрывоопасен.

УСЛОВИЯ ПЛАВАНИЯ ТЕЛ НА ПОВЕРХНОСТИ ЖИДКОСТИ (уч.7кл.стр.120-125)

См.выше «Архимедова сила для жидкостей и газов»

Плавание тел

Плавание судов тяжелее воды

На тело, находящееся внутри жидкости, действуют две силы: сила тяжести и архимедова сила. Под действием этих сил:

1. Fтяж > FA – тело тонет

2. Fтяж = FA – тело плавает (может находится в равновесии в любом месте жидкости)

3. Fтяж < FA – тело всплывает

Рассмотрим последний случай подробнее.

По мере всплывания тела из жидкости архимедова сила будет уменьшатся потому, что будет уменьшатся объем погруженной части тела.

Когда архимедова сила станет равной силе тяжести, тело остановится и будет плавать на поверхности жидкости, частично погрузившись в нее.

Если тело плавает в жидкости, то вес вытесненной им жидкости равен весу этого тела в воздухе.

Если плотность сплошного твердого тела больше плотности жидкости, то тело в такой жидкости тонет. Тело с меньшей плотностью всплывает в этой жидкости.

Например, кусок железа тонет в воде, но плавает в ртути.

Тело, плотность которого равна плотности жидкости, остается в равновесии внутри жидкости.

Лед плавает на поверхности воды, так как его плотность меньше плотности воды.

Чем меньше плотность тела по сравнению с плотностью жидкости, тем меньшая часть тела погружена в жидкость (при плавании)

При равных плотностях тела и жидкости тело плавает внутри жидкости на любой глубине.

Средняя плотность морских организмов мало отличается от плотности воды, поэтому их вес практически полностью уравновешивается архимедовой силой. Благодаря этому они не нуждаются в прочных и массивных скелетах. По этой причине эластичны стволы морских водорослей.

Рыбы легко меняют свой объем с помощью плавательного пузыря. Киты регулируют

глубину своего погружения за счет изменения объема легких.

Тело вытесняет своей подводной частью столько воды, что вес этой воды равен весу тела в воздухе. Это справедливо для любого плавающего тела.

Вес воды, вытесненной подводной частью судна, равен весу судна с грузом в воздухе или силе тяжести, действующей на судно с грузом.

Глубину, на которую судно погружается в воду, называют осадкой.

Наибольшая безопасная допускаемая осадка для разного времени года, морской или пресной воды (для разной плотности воды) отмечена на корпусе судна специальной отметкой – грузовой маркой

Вес воды, вытесненной судном при погружении до грузовой марки, равный силе тяжести, действующей на судно с грузом, называется водоизмещением судна.

Если из водоизмещения вычесть вес самого судна, то получим грузоподъемность судна, показывающую вес перевозимого судном груза.

ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ ПО ТРУБАМ

ЗАВИСИМОСТЬ ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ ОТ СКОРОСТИ ЕЕ ТЕЧЕНИЯ.
УРАВНЕНИЕ БЕРНУЛЛИ

ДОПОЛНИТЬ ИЗ ДРУГОГО ИСТОЧНИКА

При стационарном движении несжимаемой жидкости справедливо уравнение неразрывности:

v1S1 = v2S2

Для идеальной жидкости, в которой можно пренебречь вязкостью (т.е. трением между ее частицами) математическим выражением закон сохранения энергии является уравнение Бернулли:

 p + ρgh + = const  .

ИЗМЕРЕНИЕ РАССТОЯНИЙ, ПРОМЕЖУТКОВ ВРЕМЕНИ, СИЛЫ, ОБЪЕМА, МАССЫ, АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ

Измерить какую либо величину – значит сравнить ее с величиной принятой за единицу измерения.

Измерение атмосферного давления см. «Атмосферное давление»

ДОПОЛНИТЬ

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ(уч.10кл.стр.258-259)

Моль – количество вещества, масса которого выраженная в граммах, численно равна относительной массе атома.

Молярная масса – масса одного моля

Единица измерения – кг/моль

M = NAma

Постоянная Авогадро – число атомов (или молекул) в одном моле любого вещества

NA = 6,022*1023 моль-1

Существует четыре агрегатных состояние вещества (или фазы):

- твердое

- жидкое

- газообразное

- плазма

Фазовый переход – переход системы из одного агрегатного состояния в другое. При фазовом переходе скачкообразно изменяется какая-либо физическая величина (например, плотность, внутренняя энергия) или симметрия системы.

Вещество находится в твердом состоянии, если средняя потенциальная энергия притяжения молекул много больше их средней кинетической энергии.

Молекулы в твердом теле располагаются упорядочено.

Жидкое состояние образуется, если средняя потенциальная энергия притяжения молекул соизмерима с их средней кинетической энергией.

Упорядоченное расположение молекул наблюдается в жидкостях лишь в пределах нескольких соседних молекулярных слоев.

Вещество находится в газообразном состоянии, если средняя кинетическая энергия молекул превышает среднюю потенциальную энергию их взаимодействия.

Молекулы газа движутся хаотически.

Условия идеального газа:

- диаметр молекул много меньше среднего расстояния между ними

- средняя кинетическая энергия молекул много больше средней потенциальной энергии их взаимодействия

- молекулы взаимодействую между собой и со стенками абсолютно упруго.

Плазма – электронейтральная совокупность нейтральных и заряженных частиц.

Ионизация – процесс образования ионов из атомов.

Молекулы в идеальном газе движутся хаотически.

Движение одной молекулы характеризуется микроскопическими параметрами – масса молекулы, скорость, импульс, кинетическая энергия.

Свойства газа, как целого, описываются с помощью макроскопических параметров – масса газа, давление, объем, температура.

Молекулярно-кинетическая теория устанавливает связь между микро и макроскопическими параметрами.

Число молекул в идеальном газе столь велико, что закономерности их поведения модно выяснить только статистическим методом.

Равномерное распределение в пространстве молекул идеального газа по скоростям при определенной температуре является статистической закономерностью.

Наиболее вероятная скорость молекул – скорость, которой обладает максимальное количество молекул.

Стационарное равновесное состояние газа – состояние, в котором число молекул в заданном интервале скоростей остается постоянным.

Температура тела – мера средней кинетической энергии поступательного движения его молекул.

= kT

k = 1,38*10-23 Дж/К – постоянная Больцмана

Единица термодинамической температуры – К (Кельвин)

При абсолютном нуле температуры кинетическая энергия молекул равна нулю.

Средняя квадратичная (тепловая) скорость молекул газа:

vср.кв. =

Давление газа – следствие ударов движущихся молекул

p = n

Давление газа пропорционально его температуре:

P = nkT

Постоянная Лошмидта – концентрация молекул идеального газа при нормальных условиях ( атмосферное давление p = 1,01*105 Па и температура Т = 273К = 0оС)

n = 2,7*1025 м-3

Уравнение Клайперона Менделеева – уравнение состояния идеального газа, связывающее три макроскопических параметра (давление, объем и температуру) данной массы газа

pV = RT

Изопроцесс- процесс, при котором один из макроскопических параметров данной массы газа остается постоянным.

Изотермический процесс – процесс изменения состояния определенной массы газа при постоянной температуре

Закон Бойля-Мариотта: для газа данной массы при постоянной температуре

p1V1 = p2V2

Изотерма – график изменения макроскопических параметров газа при изотермическом процессе

Изобарный процесс - процесс изменения состояния определенной массы газа при постоянном давлении

Закон Гей-Люссака: для газа данной массы при постоянном давлении

=

Изобара – график изменения макроскопических параметров газа при изобарном процессе

Изохорный процесс - процесс изменения состояния определенной массы газа при постоянном объеме

Закон Шарля: для газа данной массы при постоянном объеме:

=

Изохора – график изменения макроскопических параметров газа при изохорном процессе

ТЕРМОДИНАМИКА

Техническая термодинамика – раздел физики, изучающий возможности использования внутренней энергии тел для совершения механической работы.

Термодинамика изучает тепловые свойства макроскопических тел без учета их молекулярного строения. В этом смысле она является макроскопической теорией.

ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ (уч.10кл.стр.211- )

Молекулярно-кинетическая теория – учение о строении и свойствах вещества, использующее представление о существовании атомов и молекул как наименьших частиц химического вещества. В основе МКТ лежат три строго доказанных с помощью опытов утверждения:

- вещество состоит из частиц

- эти частицы беспорядочно движутся

- частицы взаимодействуют друг с другом.

Основные положения:

1.Вещество состоит из атомов (молекул).

Размеры атомов (молекул) очень малы.

Число атомов содержащихся в одном моле – число Авогадро NА=6,022·1023.

Моль – количество вещества, в котором содержится столько же атомов и молекул, сколько атомов содержится в углероде массой 0,012 кг.

Оценка размеров молекул: это можно сделать при наблюдении за расплывание капельки масла (оливкового) по поверхности воды. Масло никогда не займет всю поверхность, если сосуд велик. Можно предположить , что при растекании масла по максимальной площади оно образует слой толщиной всего лишь в одну молекулу.

Толщину этого слоя нетрудно определить и тем самым оценить размеры молекулы оливкового масла.

Массу можно узнать по формуле: m = m0N.

Размеры молекулы много больше размеров атома. Размер атома примерно 10-12м.

2.Атомы (молекулы) вещества находятся в непрерывном хаотическом тепловом движении.

Такое движение зависит от температуры.

Наиболее яркое доказательство – броуновское движение (Р. Броун, 1827 г.) мелких частиц, взвешенных в жидкости, происходящее из-за непрерывных беспорядочных соударений этих частиц с молекулами жидкости.

Другой простой экспериментальный факт, доказывающий тепловое движение атомов вещества, это диффузия.

3.Между атомами (молекулами) вещества действуют силы притяжения и отталкивания, зависящие от расстояния между частицами.

На далеких расстояниях (превышающих несколько радиусов молекулы) взаимодействие слабо и носит характер притяжения.

С уменьшением расстояния это притяжение сначала несколько возрастает, а затем стремится к нулю.

В момент соприкосновения электронных оболочек молекул возникают быстро растущие с уменьшением расстояния силы электростатического отталкивания.

Силы взаимодействия молекул:

а) взаимодействие имеет электромагнитный характер;

б) силы короткодействующие, обнаруживаются на расстояниях, сопоставимых с размерами молекул;

в) существует такое расстояние, когда силы притяжения и отталкивания равны (R0), если R>R0, тогда преобладают силы притяжения, если R<R0 – силы отталкивания.

ОПЫТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ

Молекулярно-кинетическая теория – учение о строении и свойствах вещества, использующее представление о существовании атомов и молекул как наименьших частиц химического вещества.

В основе МКТ лежат три строго доказанных с помощью опытов утверждения:

-Вещество состоит из частиц – атомов и молекул, между которыми существуют промежутки;

-Эти частицы находятся в хаотическом движении, на скорость которого влияет температура;

-Частицы взаимодействуют друг с другом.

То, что вещество действительно состоит из молекул, можно доказать, определив их размеры. Капля масла расплывается по поверхности воды, образуя слой, толщина которого равна диаметру молекулы.

Существуют также другие способы доказательства существования молекул, но перечислять их нет необходимости: современные приборы (электронный микроскоп, ионный проектор) позволяют видеть отдельные атомы и молекулы.

Способ­ность газов неограниченно расширяться и занимать весь предоставленный им объем объясняется непре­рывным хаотическим движением молекул.

Упругость газов, твердых и жидких тел, способность жидкостей смачивать некоторые твердые тела, процессы окра­шивания, склеивания, сохранения формы твердыми телами и многое другое говорят о существовании сил притяжения и отталкивания между молекулами.

Диффузия — способность молекул одного вещества проникать в промежутки между молекула­ми другого — тоже подтверждает основные положе­ния МКТ.

Явлением диффузии объясняется, напри­мер, распространение запахов, смешивание разно­родных жидкостей, процесс растворения твердых тел в жидкостях, сварка металлов путем их расплавления или путем давления.

Подтверждением непре­рывного хаотического движения молекул является также и броуновское движение — непрерывное хао­тическое движение микроскопических частиц, не­растворимых в жидкости.

Движение броуновских частиц объясняется хаотическим движением частиц жидкости, которые сталкиваются с микроскопическими частицами и приводят их в движение. Опытным путем было дока­зано, что скорость броуновских частиц зависит от температуры жидкости.

Законы движения час­тиц носят статистический, вероятностный характер. Известен только один способ уменьшения интенсив­ности броуновского движения — уменьшение темпе­ратуры. Существование броуновского движения убе­дительно подтверждает движение молекул.

Любое вещество состоит из частиц, поэтому количество вещества принято считать пропорцио­нальным числу частиц, т. е. структурных элементов, содержащихся в теле.

Силы взаимодействия молекул

а) взаимодействие имеет электромагнитный характер;

б) силы короткодействующие, обнаруживаются на расстояниях, сопоставимых с размерами молекул;

в) существует такое расстояние, когда силы притяжения и отталкивания равны (R0), если R>R0, тогда преобладают силы притяжения, если R<R0 – силы отталкивания.

Действие сил молекулярного притяжения обнаруживается в опыте со свинцовыми цилиндрами, слипающимися после очистки их поверхностей.

Молекулы и атомы в твердом теле совершают беспорядочные колебания относительно положений, в которых силы притяжения и отталкивания со стороны соседних атомов уравновешены.

В жидкости молекулы не только колеблются около положения равновесия, но и совершают перескоки из одного положения равновесия в соседнее, эти перескоки молекул являются причиной текучести жидкости, ее способности принимать форму сосуда.

В газах обычно расстояния между атомами и молекулами в среднем значительно больше размеров молекул; силы отталкивания на больших расстояниях не действуют, поэтому газы легко сжимаются; практически отсутствуют между молекулами газа и силы притяжения, поэтому газы обладают свойством неограниченно расширяться.

Скорость молекул газа:

Зная абсолютную температуру, можно найти среднюю кинетическую энергию молекул газа, а , следовательно, и средний квадрат их скорости.

Квадратный корень из этой величины называется средней квадратичной скоростью:

=

Опыты по определению скоростей молекул доказали справедливость этой формулы.

Одни из опытов был предложен О. Штерном в 1920 году.

БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ

Броуновское движение – тепловое движение взвешенных в газе или жидкости частиц. Английский ботаник Роберт Броун (1773 – 1858) в 1827 году обнаружил беспорядочное движение видимых в микроскоп твердых частиц, находящихся в жидкости. Это явление было названо броуновским движением.

Это движение не прекращается; с увеличением температуры его интенсивность растет. Броуновское движение – результат флуктуации давления (заметного отклонения от средней величины).

Причина броуновского движения частицы заключается в том, что удары молекул жидкости о частицу не компенсируют друг друга.

Объяснить броуновское движение можно только на основе МКТ. Молекулярно-кинетическая теория броуновского движения была создана Альбертом Эйнштейном в 1905 году. Теория была подтверждена опытами французским физиком Ж.Перреном.

ДИФФУЗИЯ (уч.7кл.стр.20)

Диффузия — способность молекул одного вещества проникать в промежутки между молекула­ми другого.

Явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого, называют диффузией.

Диффузия подтверждает основные положе­ния МКТ.

Явлением диффузии объясняется, напри­мер, распространение запахов, смешивание разно­родных жидкостей, процесс растворения твердых тел в жидкостях, сварка металлов путем их расплавления или путем давления.

Пример: смешивание воды и медного купороса, налитых в один сосуд.

В твердых телах также происходит диффузия, то только гораздо медленнее.

Если гладко отполированные пластинки свинца и золота сжать между собой, то за 4-5 лет золото и свинец проникают друг в друга примерно на 1 мм.

Процесс диффузии ускоряется с повышением температуры, так как с увеличивается скорость движения молекул.

Диффузия играет большую роль в природе. Благодаря диффузии поддерживается однородный состав атмосферного воздуха вблизи Земли. Диффузия растворов различных солей обеспечивает питание растений. Диффузия играет огромную роль в клеточных процессах.

МАССА И РАЗМЕР МОЛЕКУЛ

См.ниже «Моль» и «Постоянная Авогадро»

Любое вещество состоит из частиц, поэтому количество вещества принято считать пропорциональным числу частиц. Количество вещества характеризуется количеством молекул этого вещества.

Так как массы молекул очень малы (10-25 г), то удобней использовать в расчетах не абсолютные значения масс, а относительные. По международному соглашению 1961 года массы всех атомов и молекул сравнивают с 1/12 массы атома углерода. Так называемая углеродная шкала атомных масс

Множитель 1/12 введен, чтобы относительные массы атомов были близки к целым числам для удобства расчетов.

Относительной молекулярной (или атомной) массой вещества Мr называют отношение массы молекулы (или атома) данного вещества m0 к 1/12 массы атома углерода m0C:

Мr =

Относительные атомные массы всех химических элементов точно измерены.

Складывая относительные атомные массы элементов, входящих в состав молекулы, можно вычислить относительную молекулярную массу вещества.

Количество вещества наиболее естественно измерять числом атомов или молекул, но их число очень велико. В расчетах используют не абсолютное число атомов или молекул, а относительное.

В Международной системе единиц количество вещества выражают в молях.

Единицей количества вещества является моль.

Моль – количество вещества, масса которого, выраженная в граммах, численно равна относительной атомной массе.

Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же частиц, сколько содержится атомов в 0,012 кг углерода.

Массу одного моля называют молярной массой и обозначают М

М= Мr * 1 г/моль

Единица молярной массы – кг/моль

Отношение числа молекул к количеству вещества называется постоянной Авогадро:

NA =

Постоянная Авогадро:

NA = 6.022*1023 моль-1

Она показывает, сколько атомов или молекул содержится в одном моле вещества.

Постоянная Авогадро одинакова для всех веществ, т.е. моль любого вещества содержит одинаковое число атомов (или молекул)

Постоянная Авогадро впервые была вычислена Перреном при опытах по изучению броуновского движения частиц.

Количество вещества можно найти как отношение числа атомов или молекул вещества к постоянной Авогадро:

υ =

Наряду с относительной молекулярной массой Mr в химии и физике широко используется понятие молярная масса вещества.

Молярной массой называется величина, равная отношению массы вещества к количеству вещества:

M =

Молярную массу можно выразить через массу молекулы:

M = m0NA

Масса вещества равна произведению массы одной молекулы на число молекул в теле:

m = m0N

Количество вещества равно отношению массы вещества к его молярной массе:

υ = = =

Для определения массы молекул нужно разделить массу вещества на число молекул в нем:

m0 =  =  =

ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ МОЛЕКУЛ. ОПЫТ ШТЕРНА(уч.10кл.стр.236)

См. определение идеального газа (уч.10кл.стр.222,229- )

Статистические методы исследования идеального газа.

Распределение молекул идеального газа по скоростям

Опыт Штерна

Распределение молекул по скоростям в опыте Штерна (график и его объяснение)

Наиболее вероятная скорость молекул

Наиболее простой моделью является идеальный газ, состоящий из материальных точек, между которыми отсутствуют силы, действующие на расстоянии, и которые сталкиваются между собой как упругие шары.

Подобная модель одинакова для всех разряженных газов.

Свойства различных разряженных газов не зависят от взаимодействия между отдельными молекулами.

Информация об отдельной частице не представляет практического интереса для описания поведения газа как целого.

Статистическая закономерность в теории идеального газа – закон поведения совокупности большого числа частиц.

Микроскопические параметры – параметры малых масштабов (масса молекулы, ее скорость, импульс, кинетическая энергия), характеризуют движение отдельной молекулы.

Макроскопические параметры – параметры больших масштабов (масса газа, давление, объем, температура), характеризуют свойства газа как целого.

Молекулы идеального газа в отсутствии внешних сил равномерно распределены в пространстве.

Равномерное распределение в пространстве молекул идеального газа является его наиболее вероятным состоянием.

В результате хаотических столкновений молекулы идеального газа изменяют не только направление своего движения, но и скорость. Ответить сколько частиц обладают определенной скоростью невозможно.

Интерес представляет распределение молекул по скоростям.

В 1920 г. О.Штерн поставил опыт по определению скорости молекул газа или пара.

В нагревателе с поверхности серебряной проволоки, раскаленной электрическим током, испаряются атомы вещества. Попадая из нагревателя через отверстие в вакуумную камеру, молекулы пара с помощью системы щелей формируются в узкий пучок, направленный в сторону двух дисков, вращающихся с угловой скоростью ω. Диски используются для сортировки молекул по скоростям. Угол между прорезями в дисках α. Расстояние между дисками l в процессе эксперимента не изменяется.

Для того чтобы молекула пара (газа) попала на приемник детектора частиц, она должна пройти через прорези в дисках. Для этого время прохождения молекулы между дисками должно быть равно времени поворота прорези второго диска на угол α.

t =  t = Þ v = ω

Угол прорезей ∆α в дисках конечен, поэтому через них будут проходить молекулы, скорость которых лежит в интервале от v до v + ∆v, где ∆v = v

Анализ данных опыта Штерна позволяет найти распределение молекул по скоростям.

На графике изображена зависимость числа молекул, приходящихся на единичный интервал скоростей, от скорости, которой они обладают.

Максимум ∆N/∆v означает, что большинство молекул обладают такой скоростью.

Наиболее вероятная скорость – скорость, которой обладает максимальное число молекул.

Полученное распределение характерно для многих массовых процессов, характеризующихся внутренней неупорядоченностью, хаотичностью.

Выбирая определенный интервал скоростей ∆v, можно найти среднюю скорость молекул.

= =

Вычисления показывают, что средняя скорость молекул превышает наиболее вероятную.

> vн.в.

Скорость молекул газа:

Зная абсолютную температуру, можно найти среднюю кинетическую энергию молекул газа, а , следовательно, и средний квадрат их скорости.

Квадратный корень из этой величины называется средней квадратичной скоростью:

=

Опыты по определению скоростей молекул доказали справедливость этой формулы.

КОЛИЧЕСТВО ВЕЩЕСТВА(уч.10кл.стр.216-217)

См. ниже «Моль» и «Постоянная Авогадро»

МОЛЬ(уч.10кл.стр.216-217)

Моль. Определение

Молярная масса. Единицы измерения

Молярная масса и количество атомов вещества в моле.

Постоянная Авогадро

Количество вещества характеризуется количеством молекул этого вещества.

Моль – количество вещества, масса которого, выраженная в граммах, численно равна относительной атомной массе.

Массу одного моля называют молярной массой и обозначают М

М= Мr * 1 г/моль

Единица молярной массы – кг/моль

Молярная масса может быть выражена через число атомов (или молекул) в моле вещества NA и массу отдельного атома ma:

M = NAma

(ma = Mr а.е.м = Mr * 1.66*10-27 кг – масса атома)

Постоянная Авогадро – число атомов (или молекул), содержащееся в 1 моль вещества:

NA = 6.022*1023 моль-1

Постоянная Авогадро одинакова для всех веществ, т.е. моль любого вещества содержит одинаковое число атомов (или молекул)

ПОСТОЯННАЯ АВОГАДРО (уч.10кл.стр.216-217)

Моль. Определение

Молярная масса. Единицы измерения

Молярная масса и количество атомов вещества в моле.

Постоянная Авогадро

Любое вещество состоит из частиц, поэтому количество вещества принято считать пропорциональным числу частиц.

Единицей количества вещества является моль.

Моль – количество вещества, масса которого, выраженная в граммах, численно равна относительной атомной массе.

Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же частиц, сколько содержится атомов в 0,012 кг углерода.

Массу одного моля называют молярной массой и обозначают М

М= Мr * 1 г/моль

Единица молярной массы – кг/моль

Отношение числа молекул к количеству вещества называется постоянной Авогадро:

NA =

Постоянная Авогадро:

NA = 6.022*1023 моль-1

Она показывает, сколько атомов или молекул содержится в одном моле вещества.

Постоянная Авогадро одинакова для всех веществ, т.е. моль любого вещества содержит одинаковое число атомов (или молекул)

Постоянная Авогадро впервые была вычислена Перреном при опытах по изучению броуновского движения частиц.

Количество вещества можно найти как отношение числа атомов или молекул вещества к постоянной Авогадро:

υ =

Молярной массой называется величина, равная отношению массы вещества к количеству вещества:

M =

Молярную массу можно выразить через массу молекулы:

M = m0NA

Для определения массы молекул нужно разделить массу вещества на число молекул в нем:

m0 =  =  =

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОЛЕКУЛ

Молекула – сложная система, состоящая из большого числа отдельных заряженных частиц. Хотя в целом молекулы электрически нейтральны, на малых расстояниях действуют значительные электрические силы взаимного притяжения электронов и атомных ядер соседних молекул.

Силы между электрически нейтральными молекулами являются короткодействующими.

На очень малых расстояниях, когда электронные оболочки атомов начинают перекрываться, между молекулами возникают значительные силы отталкивания.

МОДЕЛИ ГАЗА, ЖИДКОСТИ И ТВЕРДОГО ТЕЛА(уч.10кл.стр.218-224)

Виды агрегатного состояния вещества

Агрегатные переходы

Твердое тело. Определение и свойства

Жидкое тело. Определение и свойства

Газообразное тело. Определение и свойства. Кинетическая энергия молекул (уч.10кл.стр.223)

Плазма. Определение и свойства (уч.10кл.стр.224)

Энергия молекул при переходах (см.ниже уч.10кл.)

Взаимное расположение, характер движений и взаимодействие молекул вещества, существенно зависящие от внешних условий, характеризуют его агрегатное состояние.

Различают четыре агрегатных состояния вещества:

- твердое

- жидкое

- газообразное

- плазменное

Фазовый переход – переход системы из одного агрегатного состояния в другое.

При фазовом переходе скачкообразно изменяется какая-либо физическая величина или симметрия системы.

Реализация того или иного агрегатного состояния вещества зависит от соотношения кинетической и потенциальной энергии молекул, входящих в его состав.

Твердое тело

Вещество находится в твердом состоянии, если средняя потенциальная энергия притяжения молекул много больше их средней кинетической энергии.

Молекулы в твердом теле располагаются упорядочено и плотно заполняют пространство.

Значительная потенциальная энергия взаимодействия препятствует изменению среднего расстояния между атомами (молекулами). Следствие – сохранение формы и объема.

При деформации в твердом теле возникают силы, стремящиеся восстановить его форму.

Жидкость

Вещество находится в жидком состоянии, если средняя кинетическая энергия молекул соизмерима со средней потенциальной энергией их притяжения.

Молекулы в жидкости расположены почти вплотную друг к другу и совершают колебания около положений равновесия, иногда перескакивая из одного положения в другое, сталкиваясь с соседними молекулами.

При повышении температуры время «оседлой» жизни молекул жидкости уменьшается.

Рост кинетической энергии молекул приводит к увеличению амплитуды их колебаний. Молекулы могут перескакивать из одного равновесного состояния в другое.

Относительные положения молекул в жидкости не фиксированы.

Жидкости текучи и не сохраняют своей формы.

Текучесть жидкости объясняется тем, что перескоки молекул из одного положения равновесия в другое происходят преимущественно в направлении действия внешней силы.

Сжимаемость жидкости не велика и мало отличается от сжимаемости твердых тел из-за малого расстояния между молекулами.

Газ

Вещество находится в газообразном состоянии, если средняя кинетическая энергия молекул превышает их среднюю потенциальную энергию.

Расстояние между атомами или молекулами в газе во много раз больше размеров самих молекул.

Газ может неограниченно расширяться в пространстве, так как силы притяжения между молекулами незначительны. Газы не сохраняют ни формы ни объема.

Высокая сжимаемость газа объясняется большим межмолекулярным расстоянием.

При сжатии газа его плотность возрастает, расстояния между молекулами уменьшаются.

Для описания свойств газа используют модель идеального газа.

Плазма

При нагревании газа скорость его молекул возрастает на столько, что столкновения перестают быть упругими. Кинетическая энергия оказывается достаточной не только для деформации электронных оболочек атомов, но и для выбивания валентных электронов.

X + X Þ X + X+ + e-

Ионизация – процесс образования ионов из атомов.

Ионизация возможна и при столкновении различных частиц.

В результате неупругих столкновений качественно меняется состав газа: наряду с электронейтральными атомами появляются заряженные частицы.

(Суммарный электрический заряд при этом остается постоянным)

Плазма – электронейтральная совокупность нейтральных и заряженных частиц.

Плазма, состоящая из нейтральных атомов, ионов и электронов, называется трехкомпонентной.

Реальная плазма – многокомпонентная.

Характерные свойства плазмы проявляются при наличии электрического или магнитного полей.

Плазма используется в газоразрядных лампах. Ее много в космосе (до 99%)

Солнечный ветер – поток плазмы, испускаемой Солнцем.

Модель теплового движения частиц в различных агрегатных состояниях вещества:

- твердое тело – частицы колеблются около положений равновесия, взаимодействуя с ближайшими соседями

- жидкость – частицы колеблются в большей области, положения равновесия подвижны

- газ – атомы (молекулы) движутся по прямолинейным траекториям, столкновения изменяют направления движения.

Переход вещества из одного агрегатного состояния в другое сопровождается изменением его молекулярной структуры.

ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ (уч.10кл.стр.284-285)

Теория тепловых процессов, в которой не учитывается молекулярное строение тел, называется термодинамикой.

Термодинамика – теория наиболее общих энергетических превращений макроскопических систем.

Внутренняя энергия тела – сумма кинетической энергии хаотического движения его частиц (атомов, молекул) и потенциальной энергией их взаимодействия

Внутренняя энергия идеального газа

U = RT = pV

Число степеней свободы i - число возможных независимых направлений движения молекулы.

Внутренняя энергия замкнутой теплоизолированной системы сохраняется.

Изменение внутренней энергии возможно в результате теплообмена и работы внешних сил.

Теплообмен – процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы

Количество теплоты, получаемое телом – энергия, передаваемая телу извне в результате теплообмена.

Работа совершаемая газом

A = p∆V

При расширении ∆V>0, при сжатии ∆V<0

Первый закон термодинамики – количество теплоты, подведенное в к системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы

Q = ∆U + A

Первый закон термодинамики при изопроцессах

- изохорный процесс Q = ∆U

- изотермический процесс Q = A

- изобарный процесс Q = ∆U + A

- адиабатный процесс A = - ∆U

Адиабатный процесс – термодинамический процесс в теплоизолированной системе (Q=0)

Тепловые двигатели – устройства, преобразующие внутреннюю энергию топлива в механическую энергию.

Наличие нагревателя и холодильника – необходимые условия для непрерывной работы теплового двигателя.

Замкнутый цикл – совокупность термодинамических процессов, в результате которых система возвращается в исходное состояние.

Для циклического процесса требуется сжатие газа, которое не может происходить самопроизвольно. Необходимое уменьшение объема газа возможно при его охлаждении.

Коэффициент полезного действия теплового двигателя – отношение работы, совершаемой двигателем за цикл, к количеству теплоты, полученному от нагревателя

η =

Цикл Карно – цикл работы теплового двигателя, состоящий из двух изотермических и двух адиабатных процессов.

В цикле Карно исключена теплопередача без совершения работы, поэтому его КПД максимален

ηmax = =

Т1 – температура нагревателя, Т2 – температура холодильника

Второй закон термодинамики:

в циклически действующем тепловом двигателе невозможно преобразовать все количество теплоты, полученной от нагревателя, в механическую работу.

Второй закон термодинамики – следствие необратимости тепловых процессов.

Необратимый процесс – процесс, обратный которому самопроизвольно не происходит.

Второй закон термодинамики определяет статистическую направленность изменения состояния системы, состоящий из большого числа частиц.

Статистическая формулировка второго закона термодинамики:

замкнутая система многих частиц самопроизвольно переходит из более упорядоченного состояния в менее упорядоченное (или из менее вероятного в более вероятное состояние)

ТЕПЛОВОЕ РАВНОВЕСИЕ
ТЕМПЕРАТУРА И ЕЕ ИЗМЕРЕНИЕ(уч.10кл.стр.239-241)

Равновесное стационарное состояние газа (уч.10кл.стр.239)

Температура – определение

Единица термодинамической температуры – Кельвин

Абсолютный нуль.

Абсолютная температурная шкала

Шкалы Цельсия и Фаренгейта.

Соотношения шкал

ДОБАВИТЬ ПРО ТЕРМОМЕТРЫ

Скорость теплового движения молекул

Молярная газовая постоянная

Основное уравнение МКТ для идеального газа устанавливает связь легко измеряемого макроскопического параметра – давления – с такими микроскопическими параметрами газа, как средняя кинетическая энергия и концентрация молекул. Но, измерив только давление, мы не можем узнать ни среднее значение кинетической энергии молекул в отдельности, ни их концентрацию. Следовательно, для нахождения микроскопических параметров газа нужны измерения еще какой-то физической величины, связанной со средней кинетической энергией молекул.

Такой величиной является температура.

В результате большого числа столкновений между молекулами газа устанавливается стационарное равновесное состояние – состояние, при котором число молекул в заданном интервале скоростей остается постоянным.

Любое макроскопическое тело или группа макроскопических тел при неизменных внешних условиях самопроизвольно переходит в состояние теплового равновесия.

Тепловое равновесие – это такое состояние, при котором все макроскопические параметры сколь угодно долго остаются неизменными.

Температура характеризует состояние теплового равновесия системы тел: все тела системы, находящиеся друг с другом в тепловом равновесии, имеют одну и ту же температуру.

Температура — скалярная физическая величина, описывающая состояние тер­модинамического равновесия (состояния, при кото­ром не происходит изменения микроскопических па­раметров).

Как термодинамическая величина температура характеризует тепловое состояние системы и измеряется степенью его отклонения от принятого за нулевое, как молекулярно-кинетическая величина характеризует интенсивность хаотического движения молекул и измеряется их средней кинетической энергией.

Для измерения температуры можно воспользоваться изменением любой макроскопической величины в зависимости от температуры: объема, давления, электрического сопротивления и т.д.

Чаще всего на практике используют зависимость объема жидкости (ртути или спирта) от температуры.

При градуировке термометра обычно за начало отсчета (0) принимают температуру тающего льда; второй постоянной точкой (100) считают температуру кипения воды при нормальном атмосферном давлении (шкала Цельсия).

Так как различные жидкости расширяются при нагревании неодинаково, то установленная таким образом шкала будет до некоторой степени зависеть от свойств данной жидкости.

Конечно, 0 и 100°С будут совпадать у всех термометров, но 50°С совпадать не будут.

В отличие от жидкостей все разреженные газы расширяются при нагревании одинаково и одинаково меняют свое давление при изменении температуры. Поэтому в физике для установления рациональной температурной шкалы используют изменение давления определенного количества разреженного газа при постоянном объеме или изменение объема газа при постоянном давлении.

Такую шкалу иногда называют идеальной газовой шкалой температур.

При тепловом равновесии средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул всех газов одинакова. Давление прямо пропорционально средней кинетической энергии поступательного движения молекул: p = n

При тепловом равновесии, если давление газа данной массы и его объем фиксированы, средняя кинетическая энергия молекул газа должна иметь строго определенное значение, как и температура. Т.к. n = , то p =  или = .

Обозначим = Θ.

Величина Θ растет с повышением температуры и ни от чего, кроме температуры не зависит. Следовательно, ее можно считать естественной мерой температуры.

Важнейшим макроскопическим параметром, характеризующим стационарное равновесное состояние любого тела, является температура.

Температура – мера средней кинетической энергии хаотического поступательного движения молекул. тела.

Средняя кинетическая энергия хаотического поступательного движения молекул пропорциональна термодинамической (или абсолютной температуре):

= kT

k = 1,38*10-23 Дж/К – постоянная Больцмана

Постоянная Больцмана является коэффициентом, переводящим температуру из градусной меры (К) в энергетическую (Дж) и обратно.

Она связывает температуру в Θ в энергетических единицах (Дж) с температурой Т в Кельвинах.

Единица термодинамической температуры – К (Кельвин)

1 К = 1оС

Кинетическая энергия не может быть отрицательной. Следовательно не может быть отрицательной и термодинамическая температура. Она обращается в нуль, когда кинетическая энергия молекул становится равной нулю.

Абсолютный нуль (0К) – температура, при которой должно прекратиться движение молекул.

Для оценки скорости теплового движения молекул в газе рассчитаем средний квадрат скорости:

= = =

Произведение kNa = R = 8,31 Дж/(моль*К) называется молярной газовой постоянной

Средняя квадратичная скорость молекул:

vср.кв. = =

Эта скорость близка по значению к средней и наиболее вероятной скорости и дает представление о скорости теплового движения молекул в идеальном газе.

При одинаковой температуре скорость теплового движения молекул газа тем выше, чем ниже его М.

Шкала Цельсия – опорная точка – температура таяния льда 0оС, температура кипения воды – 100оС

Шкала Кельвина - опорная точка – абсолютный нуль – 0оК (-273,15оС)

tоК = tоС -273

Шкала Фаренгейта – опорная точка – наименьшая температура, которую Фаренгейту удалось получить из смеси воды, льда и морской соли – 0оF , верхняя опорная точка – температура тела человека - 96 оF УТОЧНИТЬ

АБСОЛЮТНАЯ ТЕМПЕРАТУРНАЯ ШКАЛА(уч.10кл.стр.239-241)

Температура См.выше (уч.10кл.стр.239-241)

Температура — скалярная физическая величина, описывающая состояние тер­модинамического равновесия (состояния, при кото­ром не происходит изменения микроскопических па­раметров).

Как термодинамическая величина температура характеризует тепловое состояние системы и измеряется степенью его отклонения от принятого за нулевое, как молекулярно-кинетическая величина характеризует интенсивность хаотического движения молекул и измеряется их средней кинетической энергией.

При тепловом равновесии средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул всех газов одинакова. Давление прямо пропорционально средней кинетической энергии поступательного движения молекул: p = n

При тепловом равновесии, если давление газа данной массы и его объем фиксированы, средняя кинетическая энергия молекул газа должна иметь строго определенное значение, как и температура. Т.к. n = , то p =  или = .

Обозначим = Θ.

Величина Θ растет с повышением температуры и ни от чего, кроме температуры не зависит. Следовательно, ее можно считать естественной мерой температуры.

Будем считать величину Θ, измеряемую в энергетических единицах, прямо пропорциональной температуре , выражаемой в градусах:

Θ = kT

где k - коэффициент пропорциональности.

Постоянная Больцмана k = 1,38*10-23 Дж/К (в честь австрийского физика Л.Больцмана)

Она связывает температуру в Θ в энергетических единицах (Дж) с температурой Т в Кельвинах.

Можно считать величину Θ прямо пропорциональной температуре Т (что подтверждается опытами):

 Θ = kT Þ = kT    .

Определенная таким образом температура называется абсолютной.

На основании формулы вводится температурная шкала не зависящая от характера вещества, используемого для измерения температуры.

Температура, определяемая этой формулой, не может быть отрицательной. Следовательно, наименьшим возможным значением температуры является 0, если давление или объем равны нулю.

Предельную температуру, при которой давление идеального газа обращается в нуль при фиксированном объеме или объем идеального газа стремится к нулю при неизменном давлении, называют абсолютным нулем температуры.

Английский ученый У. Кельвин ввел абсолютную шкалу температур.

Нулевая температура по шкале Кельвина соответствует абсолютному нулю, а каждая единица температуры по этой шкале равна градусу по шкале Цельсия.

Единица абсолютной температуры в СИ называется Кельвином °К.

До введения абсолютной шкалы температур в практике широкое распростра­нение получила шкала Цельсия (за 0°С принята точка замерзания воды, за 100 °С принята точка ки­пения воды при нормальном атмосферном давлении).

В шкале Кельви­на за ноль принят абсолютный ноль температур, т. е. температура, при которой давление идеального газа при постоянном объеме равно нулю.

Вычисления да­ют результат, что абсолютный ноль температуры ра­вен -273 °С.

Таким образом, связь между абсолютной шкалой температур и шкалой Цельсия:

Т°К = t°С + 273.

Абсолютный ноль температур недостижим, так как любое охлаждение основано на испарении молекул с поверхности, а при приближе­нии к абсолютному нулю скорость поступательного движения молекул настолько замедляется, что испарение практически прекращается.

Теоретически при абсолютном нуле скорость поступательного движения молекул равна нулю, т. е. прекращается тепловое движение молекул:

= kT.

Следовательно, абсолютная температура есть мера средней кинетической энергии движения молекул.

= kT Þ p =  ; n =  Þ p = nkT

(n = N/V – концентрация молекул в данном объеме)

ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ (уч.10кл.стр.239-243, 261-264, уч.8кл.стр.5-9)

Понятие внутренней энергии

Способы изменения внутренней энергии

(Определение температуры как меры кинетической энергии. Формула

Постоянная Больцмана, ее смысл и единицы измерения

Абсолютный нуль температуры и энергия молекул при нем

Скорость теплового движения молекул

Молярная газовая постоянная. Смысл и единицы измерения

Средняя квадратичная скорость молекул)

Внутренняя энергия идеального газа (уч.10кл.стр.261) Определение

Энергия одного атома.

Определение числа степеней свободы

Энергия одноатомного газа

Энергия массы газа

Зависимость энергии от числа атомов в газе

Формула внутренней энергии идеального газа

В середине XIX века было доказано, что наряду с механической энергией макроскопические тела обладают еще и энергией, заключенной внутри самих тел. Эта внутренняя энергия входит в баланс энергетических превращений в природе.

С точки зрения молекулярно-кинетической теории:

Внутренняя энергия макроскопического тела равна сумме кинетических энергий беспорядочного движения всех молекул (или атомов) относительно центров масс тела и потенциальных энергий взаимодействия всех молекул друг с другом (но не с молекулами других тел)

Во внутреннюю энергию входит также энергия движения и взаимодействия частиц в атомах и молекулах. При не слишком большой температуре эта энергия постоянна.

Внутренняя энергия тела – сумма кинетической энергии хаотического теплового движения частиц (атомов и молекул) тела и потенциальной энергии их взаимодействия.

Внутренняя энергия зависит от температуры тела, агрегатного состояния вещества и еще некоторых факторов.

Внутренняя энергия тела не зависит ни от механического движения тела, ни от положения тела относительно других тел.

Тело, имея некоторый запас внутренней энергии, одновременно может обладать и механической энергией (как потенциальной так и кинетической)

Способы изменения внутренней энергии тела:

- теплопередача (нагревание или охлаждение)

Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом называется теплопередачей

Теплопередача всегда происходит в определенном направлении: от тел с более высокой температурой к телам с более низкой.

Теплопередачу можно осуществить тремя способами: теплопроводность, конвекция, излучение

Явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте называется теплопроводностью.

Следует помнить, что при теплопередаче не происходит переноса вещества.

Теплопроводность у разных веществ различна.

Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум, так как теплопроводность – это перенос энергии при взаимодействии молекул или других частиц.

- совершение работы над телом (например, сжатие газа)

Если над телом совершают работу, то его внутренняя энергия увеличивается.

Если тело совершает работу, то его внутренняя энергия уменьшается

- деформация тела

Вычислить внутреннюю энергию тела (или ее изменение), учитывая движение отдельных молекул и их положение относительно друг друга, практически невозможно из-за их огромного числа. Поэтому необходимо уметь определять значение внутренней энергии (или ее изменение) в зависимости от макроскопических параметров, которые можно непосредственно измерить.

При любых процессах в изолированной термодинамической системе внутренняя энергия остается неизменной

ΔU = 0

Для идеального газа потенциальная энергия взаимодействия частиц пренебрежимо мала по сравнению с их кинетической энергией теплового движения. Внутренняя энергия идеального газа определяется кинетической энергией теплового движения частиц.

Средняя кинетическая энергия одного атома : = kT

В силу хаотического равновероятного движения молекул на каждое из возможных направлений движения (X, Y, Z) приходится одинаковая энергия

Внутренняя энергия U одноатомного газа, состоящего из N атомов, в N раз больше энергии одного атома:

U = N= NkT = NA kT = RT

M = maNA - молярная масса газа

N =NA – количество молекул(атомов) газа

Произведение kNA = R = 8,31 Дж/(моль*К) называется молярной или универсальной газовой постоянной

U = RT

Внутренняя масса идеального газа зависит лишь от одного макроскопического параметра – термодинамической температуры.

Внутренняя энергия идеального газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре и не зависит от объема и других макроскопических параметров.

Используя уравнение Клайперона-Менделеева получим выражение для внутренней энергии идеального одноатомного газа

U = pV

Число степеней свободы – число возможных независимых направлений движения молекулы.

В одноатомной молекуле возможно движение в трех направлениях, в двухатомном – в пяти .

В многоатомной молекуле связи существующие между атомами уменьшают число степеней свободы, а количество атомов увеличивает их.

В общем случае внутренняя энергия идеального газа:

U = RT = pV

i – число степеней свободы молекул газа (3 – для одноатомного газа, 5 – для двухатомного газа) - число возможных независимых направлений движения молекулы.

Для двухатомного газа: U = RT

Для многоатомного газа:    U = RT

Внутренняя энергия реального газа зависит не только от его температуры, но и от объема газа. Разным объемам соответствуют разные расстояния между молекулами и соответственно различные потенциальные энергии реального газа.

У реальных газов, жидкостей и твердых тел средняя потенциальная энергия взаимодействия молекул не равна нулю. Для газов она много меньше средней кинетической энергии молекул, но для твердых тел и жидкостей она сравнима с ней.

Средняя потенциальная энергия взаимодействия молекул зависит от объема вещества, так как при изменении объема меняется среднее расстояние между молекулами.

Следовательно, внутренняя энергия в термодинамике в общем случае наряду с температурой зависит и от объема.

Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе: ∆U=А+Q.

Если система не совершает работу А=0 и она не обменивается теплотой с окружающими телами (Q=0) => ∆U = 0 т.е. внутренняя энергия изолированной системы остается неизменной.

Из 1 закона: Q = ∆U+A (A=−A’) количество теплоты, переданное системе идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами.

Изохорный процесс. При изохорном процессе объем газа не меняется ( V = const ) и поэтому работа газа равна нулю. Изменение внутренней энергии равно количеству переданной теплоты: ∆U=Q. Если газ нагревается, то Q>0 и ∆U>0, его внутренняя энергия увеличивается. При охлаждении газа Q<0 и ∆U <0, изменение внутренней энергии отрицательно и внутренняя энергия газа уменьшается.

Изотермический процесс. При изотермическом процессе ( Т = const ) внутренняя энергия идеального газа не меняется. Все переданное газу количество теплоты идет на совершение работы: Q = A. Если газ получает теплоту Q > 0, то он совершает положительную работу (А > 0). Если напротив газ отдает теплоту окружающей среде, то Q < 0 и A < 0. Работа же внешних сил над газом в последнем случае положительна.

Изобарный процесс. При изобарном процессе согласно формуле Q = ∆U + A передаваемое газу количество теплоты идет на изменение его внутренней энергии и на совершение им работы при постоянном давлении.

Адиабатный процесс. Процесс в теплоизолированной системе называют адиабатным.

При адиабатном процессе Q = 0 и согласно уравнению: ∆U = A + Q, изменение внутренней энергии происходит только за счет совершения работы: ∆U = A. Согласно этому уравнению при совершении над системой положительной работы, например при сжатии газа, внутренняя энергия его увеличивается, что означает повышение температуры газа. И наоборот при расширении газа сам газ совершает положительную работу (А > 0) и внутренняя энергия его уменьшается - газ охлаждается.

При любых процессах в изолированной термодинамической системе внутренняя энергия остается неизменной. ∆U = 0

КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ (уч.10кл.стр.263-264, уч.8кл.стр.18-29)

См.выше Внутренняя энергия идеального газа(уч.10кл.стр.261-264)

Способы изменения внутренней энергии

Теплообмен. Определение, примеры

Работа. Определение, примеры

Количество теплоты, как мера передачи энергии (уч.10кл.стр.263)

Уменьшение внутренней энергии

Может ли совершаться работа при теплообмене

Удельная теплоемкость

Уравнение теплового баланса

Удельная теплота сгорания. Энергия топлива (уч.8кл.стр.25)

Существует два способа изменения внутренней энергии системы: теплообмен и совершение работы

Теплообмен(теплопередача, конвекция, излучение)– процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы

Количественную меру изменения внутренней энергии при теплообмене называют количеством теплоты.

Количеством теплоты называют так же энергию, которую тело отдает или получает в результате теплообмена.

Количество теплоты, получаемое телом – энергия передаваемая телу извне в результате теплообмена.

При теплообмене не происходит превращения энергии из одной формы в другую, часть внутренней энергии горячего тела передается холодному телу.

При установлении контакта между телами с различными температурами происходит передача части внутренней энергии от тела с более высокой температурой к телу, у которого температура ниже. Энергия, переданная телу в результате теплообмена, называется количеством теплоты.

При нагревании увеличивается температура и внутренняя энергия тела.

Для уменьшения внутренней энергии тела нужно привести его в контакт с более холодным.

За счет изменения внутренней энергии при теплообмене не может совершаться работа.

За счет совершения работы может происходить увеличение температуры и внутренней энергии системы.

Например, при сжатии поршень передает молекулам часть своей кинетической энергии в результате чего газ нагревается.

Если процесс теплопередачи не сопровождается работой, то на основании первого закона термодинамики количество теплоты равно изменению внутренней энергии тела: Q = ∆U.

Количество теплоты, необходимое для нагревания тела, зависит от его массы.

При остывании тело передает окружающим предметам тем больше количества теплоты, чем больше его масса.

Чем больше масса тела, тем большее количество теплоты надо затратить, чтобы изменить его температуру на одну и туже величину.

Количество теплоты, необходимое для нагревания тела (или выделяемое при остывании), зависит от массы тела, от изменения его температуры и рода вещества.

Количество теплоты обозначают – Q

Единица измерения (как вид энергии) – Дж (Джоуль)

Измерять количество теплоты ученые стали задолго до того, как в физике появилось понятие энергии. Тогда была установлена особая единица количества теплоты – кал (калория) (лат. калор – тепло, жар)

Калория – это количество теплоты, которое необходимо для нагревания 1 г воды на 1оС.

1 кал = 4.19 Дж

1 ккал = 4190 Дж = 4.190 кДж

Средняя энергия беспорядочного поступательного движения молекул пропорциональна абсолютной температуре. Изменение внутренней энергии тела равно алгебраической сумме изменений энергии всех атомов или молекул, число которых пропорционально массе тела, поэтому изменение внутренней энергии и, следовательно, количество теплоты пропорционально массе и изменению температуры:

Q = cm∆T (Дж)

Коэффициент пропорциональности в этом уравнении называется удельной теплоемкостью вещества.

Физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать телу массой 1 кг для того, чтобы изменить его температуру на 1оС, называют удельной теплоемкостью вещества.

Удельная теплоемкость – это количество теплоты, которое получает или отдает 1 кг вещества при изменении его температуры на 1 К.

Единица измерения - Дж/(кг*К)

Обозначение – с

Удельная теплоемкость «с» показывает, какое количество теплоты необходимо для нагревания 1 кг вещества на 1 К.

Следует помнить, что удельная теплоемкость вещества, находящегося в различных агрегатных состояниях различна.

Удельная теплоемкость зависит не только от свойств вещества, но и от того, при каком процессе осуществляется теплопередача.

Если нагревать газ при постоянном давлении, то он будет расширяться и совершать работу. Для нагревания на 1оС при постоянном давлении ему нужно передать большее количество теплоты, чем при нагревании при постоянном объеме.

Жидкие и твердые тела расширяются при нагревании незначительно, и их удельные теплоемкости при постоянном объеме и постоянном давлении мало различаются.

При осуществлении теплообмена между двумя телами в условиях равенства нулю работы внешних сил и в тепловой изоляции от других тел, по закону сохранения энергии ΔU1 + ΔU2 = 0.

Если изменение внутренней энергии не сопровождается работой, то ΔU1,

или же Q1 + Q2 = 0, откуда :

c1m1ΔT1+ c2m2ΔT2 = 0

Это уравнение называется уравнением теплового баланса.

Чтобы рассчитать количество теплоты, необходимое для нагревания тела или выделяемое при охлаждении, следует удельную теплоемкость умножить на массу тела и на разность между конечной и начальной температурами.

Использование топлива основано на явлении выделения энергии при соединении атомов при окислительно-восстановительных реакциях

Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг, называется удельной теплотой сгорания топлива.

Единица измерения – Дж/кг Обозначение - q

Общее количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива массой m:

Q = q m

РАБОТА В ТЕРМОДИНАМИКЕ(уч.10кл.стр.265-267)

Работа газа при расширении и сжатии (на примере поршня).

Формула работы газа и ее смысл

Работа газа при изопроцессах

Изобарное расширение. График и физический смысл площади под ним.

Изотермическое расширение. График и физический смысл площади под ним.

Формула работа при изотермическом расширении

В механике работа определяется как произведение модулей силы и перемещения и косинуса угла между ними. Работа совершается при действии силы на движущееся тело и равна изменению его кинетической энергии.

В термодинамике движение тела как целого не рассматривается, речь идет о перемещении частей макроскопического тела относительно друг друга. В результате меняется объем тела, а его скорость остается равной нулю. Работа в термодинамике определяется так же, как и в механике, но равна изменению не кинетической энергии тела, а его внутренней энергии.

При совершении работы (сжатии или расширении) изменяется внутренняя энергия газа. Причина этого состоит в следующем: при упругих соударениях молекул газа с движущимся поршнем изменяется их кинетическая энергия. Поршень передает молекулам часть своей механической энергии.

При сжатии или расширении меняется и средняя потенциальная энергия взаимодействия молекул, так как меняется среднее расстояние между молекулами.

Вычислим работу газа при расширении.

Газ действует на поршень с силой F’= pS,

где p - давление газа, S - площадь поверхности поршня.

При расширении газа поршень смещается в направлении силы F’ на малое расстояние ∆h. Если расстояние мало, то давление газа можно считать постоянным.

Работа газа равна:

A’ = F∆h = S∆h = ∆V,

где ∆h - изменение объема газа.

= F/S – среднее давление

∆V = V1 – V2 = S∆h – изменение объема

В процессе расширения газ совершает положительную работу, так как направление силы и перемещения совпадают.

В процессе расширения газ отдает энергию окружающим телам.

Работа, совершаемая внешними телами над газом, отличается от работы газа только знаком A = A’, так как сила F, действующая на газ, противоположна силе , с которой газ действует на поршень, и равна ей по модулю (третий закон Ньютона); а перемещение остается тем же самым. Поэтому работа внешних сил равна:

A = - ∆V.

Работа, совершаемая газом, равна произведению среднего давления газа на изменение его объема

A = (V1 –V2)

При расширении ∆V > 0 газ совершает положительную работу, отдавая энергию окружающим телам.

При сжатии ∆V < 0 работа, совершаемая газом, отрицательная. Внутренняя энергия газа при сжатии увеличивается.

Работа, совершаемая газом в процессе его расширения или сжатия при любом термодинамическом процессе, численно равна площади под кривой, изображающей изменение состояния газа на диаграмме p, V

При изохорном процессе ∆V= 0 работа газом не совершается.

При изотермическом расширении газа его давление изменяется по гиперболическому закону.

 A =  RT ln

ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ(уч.10кл.стр.269-273)

Первый закон термодинамики как закон сохранения энергии при тепловых процессах

Формулировка закона через внутреннюю энергию

Физический смысл первого закона термодинамики

Формулировка закона через количество теплоты

Первый закон термодинамики для изопроцессов на примере поршня.

(изотермический, изохорный, изобарный процессы)

Графики процессов и их физический смысл

Первый закон термодинамики для адиабатного процесса (уч.10кл.стр.273)

Первый закон термодинамики является законом сохранения энергии, распространенным на тепловые явления.

Закон сохранения энергии:

энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно, она только переходит из одной формы в другую.

В термодинамике рассматриваются тела, положение центра тяжести которых практически не меняется. Механическая энергия таких тел остается постоянной, а изменяться может лишь внутренняя энергия.

Внутренняя энергия может изменяться двумя способами: теплопередачей и совершением работы.

Первый закон термодинамики:

Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил, действующих на нее, и количества теплоты, переданного системе извне.

∆U = Aвн + Q

Если система изолирована, то над ней не совершается работа и она не обменивается теплотой с окружающими телами. Согласно первому закону термодинамики внутренняя энергия изолированной системы остается неизменной.

∆U = U2 - U1 = 0

Внутренняя энергия замкнутой, изолированной системы сохраняется.

Работа, совершаемая газом, отличается от работы внешних сил только знаком:

Aвн = -А (т.к. Fвн = -F)

Работа и количество теплоты – характеристики процесса изменения внутренней энергии.

Система обладает определенной внутренней энергией. Но нельзя говорить, что в системе содержится определенное количество теплоты или работы. Работа и количество теплоты являются величинами, характеризующими изменение внутренней энергии системы в результате того или иного процесса.

На основе множества наблюдений и обобщения опытных фактов был сформулирован закон сохранения энергии:

Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно, она только переходит из одной формы в другую.

Закон сохранения и превращения энергии, распространенный на тепловые явления, носит название первого закона термодинамики.

В общем случае при переходе системы из одного состояния в другое внутренняя энергия изменяется одновременно как за счет совершения работы, так и за счет передачи теплоты.

Первый закон термодинамики формулируется именно для общих случаев:

Изменение внутренней энергии системы при переходе из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе:

DU = A + Q

Если система изолирована, то над ней не совершается работа (А = 0) и она не обменивается теплотой с окружающими телами (Q = 0). В этом случае DU = U2 – U1 = 0, или U2 = U1:

Внутренняя энергия изолированной системы остается неизменной (сохраняется)

Часто вместо работы А внешних тел над системой рассматривают работу А’ системы над внешними телами.

Учитывая что А’ = -А, первый закон термодинамики можно сформулировать так:

Количество теплоты, подведенное к системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами:

Q = ∆U + A

Из первого закона термодинамики вытекает невозможность создания вечного двигателя.

Применение первого закона термодинамики к изопроцессам

При изохорном процессе объем газа не меняется и поэтому работа газа равна нулю. Изменение внутренней энергии равно количеству переданной теплоты:

Q = ∆U = RT2 - RT1 = R∆T

i - число степеней свободы молекул газа

Изменение внутренней энергии газа происходит благодаря теплообмену с окружающими телами.

При изохорном нагревании давление газа возрастает из-за увеличения средней кинетической энергии молекул.

При изотермическом процессе (∆Т=0) внутренняя энергия идеального газа не меняется. Все переданное газу количество теплоты идет на совершение работы:

Q = A

При изотермическом процессе количество теплоты, переданное газу от нагревателя, полностью расходуется на совершение работы.

При изотермическом расширении молекулы газа, сталкиваясь с поршнем, уменьшают свою скорость и соответственно среднюю энергию.

При изотермическом расширении (A>0) и сжатии (A<0) к газу подводят или отводят (Q<0) определенное количество теплоты.

При изобарном расширении газа подведенное к нему количество теплоты расходуется на увеличение его внутренней энергии (∆U>0) и на совершение работы газом (A>0)

Q = ∆U + A

Для изобарного расширения газа от V1 до V2 , при котором увеличивается его температура, требуется большее количество теплоты, чек при изотермическом процессе, где температура газа не изменяется

Адиабатный процесс – процесс в теплоизолированной системе.

Следовательно, изменение внутренней энергии при адиабатном процессе происходит только за счет совершении работы (Q = 0):

∆U = A

Реальные процессы близки к адиабатному, если протекают достаточно быстро, чтобы не успевал происходить теплообмен с окружающей средой.

Так как работа внешних сил при сжатии положительна, внутренняя энергия газа при адиабатном сжатии увеличивается, а его температура повышается. (Пример: дизель)

При адиабатном расширении газ совершает работу за счет уменьшения своей внутренней энергии, поэтому температура газа при адиабатном расширении понижается.(Пример: сжижение газов при быстром расширении)

ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ, ИЗОХОРНЫЙ И ИЗОБАРНЫЙ ПРОЦЕССЫ(уч.10кл.стр.252-257, 265-267, 270-271)

Изотермический процесс. Закон Бойля-Мариотта. График процесса

Изобарный процесс. Закон Гей-Люссака. График процесса

Изохорный процесс. Закон Шарля. График процесса

См.выше Работа газа при изопроцессах (уч.10кл.стр.265-267)

Первый закон термодинамики для изопроцессов на примере поршня.

(изотермический, изохорный, изобарный процессы)

Графики процессов и их физический смысл

Количественные зависимости между двумя параметрами газа при фиксированном значении третьего параметра называют газовыми законами. А процессы, протекающие при неизменном значении одного из параметров, - изопроцессами.

Изопроцесс – термодинамический процесс, протекающий в системе с неизменной массой при постоянном значении одного из макроскопических параметров системы.

Между тремя основными параметрами состояния тела существует связь, называемая – уравнением состояния идеального газа Клайперона-Менделеева:

pV = RT

Изотермический процесс T = const

Изотермический процесс – Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянной температуре.

Для поддержания температуры газа постоянно необходимо, чтобы он мог обмениваться теплотой с большой системой – термостатом.

Закон Бойля-Мариотта:

Для газа данной массы произведение давления газа на его объем постоянно, если температура газа не меняется

 p1V1 = p2V2  при T=const  (pV = const = RT )

Изотерма график изменения макроскопических параметров газа при изотермическом процессе.

Изобарный процесс P = const

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном давлении.

= const =  Þ V = const * T

Закон Гей-Люссака:

Объем газа данной массы при постоянном давлении пропорционален термодинамической температуре.

Для газа данной массы отношение объема к температуре постоянно, если давление газа не меняется.

  =  при p = const  .

Изобара – график изменения макроскопических параметров газа при изобарном процессе.

Различным давлениям соответствует разные изобары.

В области низких температур все изобары идеального газа сходятся в точке Т=0.

Но это не означает, что объем реального газа действительно обращается в нуль. Все газы при сильном охлаждении превращаются в жидкости, а к жидкостям уравнение состояния идеального газа неприменимо.

Изобарным можно считать расширение газа при нагревании его в цилиндре с подвижным поршнем. Постоянство давления в цилиндре обеспечивается атмосферным давлением на внешнюю поверхность поршня.

Изохорный процесс V = const

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном объеме.

= const =  Þ p = const *T при V = const

Закон Шарля:

Для газа данной массы отношение давления газа к его термодинамической температуре постоянно.

Для газа данной массы отношение давления к температуре постоянно, если объем не меняется

 =  при V = const  .

Изохора – график изменения макроскопических параметров газа при изохорном процессе.

В соответствии с уравнением p= const·T все изохоры начинаются в точке Т=0.

Значит, давление идеального газа при абсолютном нуле равно нулю.

Увеличение давления газа в любой емкости или в электрической лампочке при нагревании является изохорным процессом.

Изохорный процесс используется в газовых термометрах постоянного объема.

При изохорном нагревании газа за счет подводимого к нему тепла средняя квадратичная скорость молекул и соответственно температура и давление газа возрастают.

АДИАБАТНЫЙ ПРОЦЕСС(уч.10кл.стр.272-274)

Термодинамический процесс в термоизолированной системе

Понятие термоизолированной системы

Определение адиабатного процесса

Первый закон термодинамики для адиабатного процесса

Изменение температуры газа при адиабатном процессе

График адиабатного расширения. Показатель адиабаты

Использование адиабатных процессов в технике на примере дизеля

Для наиболее эффективного преобразования внутренней энергии газа в работу следует предотвратить потери внутренней энергии от теплопередачи окружающим телам.

Систему следует теплоизолировать

Теплоизолированная система – система не обменивающаяся энергией с окружающими телами

Q = 0.

Адиабатный процесс – термодинамический процесс в термоизолированной системе.

Изменение внутренней энергии при адиабатном процессе происходит только за счет совершении работы:

∆U = A

Первый закон термодинамики для адиабатного процесса принимает вид:

∆U + A = 0 или А = -∆U

При адиабатном расширении A > 0 , следовательно

∆U = R∆T < 0

i - число степеней свободы молекул газа

Это означает, что ∆Т<0, т.е. температура газа уменьшается по сравнению с первоначальной.

Близким к адиабатному может считаться процесс быстрого расширения или сжатия газа. При этом процессе работа совершается за счет изменения внутренней энергии, т.е. –A = ΔU, поэтому при адиабатном процессе температура понижается.

Понижение температуры газа при адиабатном расширении приводит к тому, что его давление уменьшается более резко, чем при изотермическом процессе.

Так как работа внешних сил при сжатии положительна, внутренняя энергия газа при адиабатном сжатии увеличивается, а его температура повышается.

При адиабатном расширении газ совершает работу за счет уменьшения своей внутренней энергии, поэтому температура газа при адиабатном расширении понижается.

Площадь под адиабатой численно равна работе, совершаемой газом при его адиабатном расширении от V1 до V2.

Поскольку при адиабатном сжатии газа температура газа повышается, то давление газа с уменьшением объема растет быстрее, чем при изотермическом процессе.

Примеры адиабатного процесса – воспламенение тряпочки с эфиром при адиабатном сжатии в колбе. Дизельный двигатель. Конденсация пара, как результат уменьшения температуры при адиабатном расширении.

Показатель адиабаты ДОПОЛНИТЬ

Уравнение состояния имеет вид:

PVγ = const.,

где γ = CP /CV – показатель адиабаты.

Теплоемкость газа зависит от условий его нагревания.

Если газ нагреть при постоянном давлении P, то его теплоемкость обозначается CP.

Если - при постоянном V, то обозначается СV.

УТОЧНИТЬ

НЕОБРАТИМОСТЬ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ

ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ И ЕГО СТАТИСТИЧЕСКОЕ ИСТОЛКОВАНИЕ (уч.10кл.стр.281-283)

Направленность тепловых процессов

Понятие обратимого и необратимого процессов

Понятие самопроизвольного процесса

Формулировка второго закона термодинамики как закона необратимости тепловых процессов в природе

Необратимый процесс на примере диффузии. Определение диффузии

Статистическое истолкование второго закона термодинамики

Первый закон термодинамики не определяет направление тепловых процессов.

Часто процессы, допустимые с точки зрения закона сохранения энергии, не могут быть реализованы в действительности.

Обратимый процесс – процесс, который может происходить как в прямом , так и в обратном направлении.

Если процесс протекает в одном направлении, а затем в обратном, и система возвращается в первоначальное состояние, то никаких изменений не происходит.

Обратимый процесс – это идеализация реального процесса.

Самопроизвольный процесс – процесс, происходящий без воздействия внешних сил.

Необратимый процесс – процесс, обратный которому самопроизвольно не происходит.

Необратимость характерна лишь для макроскопических систем.

Например: процесс теплообмена.

Второй закон термодинамики указывает направление возможных энергетических превращений и тем самым выражает необратимость процессов в природе.

Этот закон был установлен путем непосредственного обобщения опытных фактов.

Второй закон термодинамики

В циклически действующем тепловом двигателе невозможно преобразовать все количество теплоты, получено от нагревателя, в механическую работу.

Важность этого закона состоит в том, что из него можно вывести заключение о необратимости не только процесса теплопередачи, но и других процессов в природе.

Второй закон термодинамики отражает необратимость тепловых процессов в природе.

Например, для сжатия газа, которое не может происходить самопроизвольно, требуется внешняя сила и охлаждение газа.

Необратимым процессом является диффузия.

Диффузия – физическое явление, при котором происходит самопроизвольное взаимное проникновение частиц одного вещества в другое при их контакте.

Второй закон термодинамики, определяя направление перехода между макро состояниями

большого числа частиц, входящих в состав изолированной системы, является статистическим законом.

Статистическое истолкование второго закона термодинамики

Изолированная система самопроизвольно переходит из менее вероятного в более вероятное состояние.

Замкнутая система многих частиц самопроизвольно переходит из более упорядоченного состояния в менее упорядоченное.

Это объясняется тем, что число микросостояний, соответствующих менее упорядоченному состоянию системы, всегда во много раз превышает число микросостояний, соответствующих упорядоченному состоянию.

Так при диффузии газы смешиваются равномерно распределяясь по объему.

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ В ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЯХ
(уч.10кл.стр.275-280,уч.8кл.стр.52-56 )

Определение теплового двигателя

Полная механическая работа теплового двигателя

Условия получения положительной полной механической работы

Необходимое условие для циклического получения работы в тепловом двигателе

КПД теплового двигателя и цикл Карно (см.ниже уч.10кл.)

Двигатель внутреннего сгорания, как пример теплового двигателя (уч.8кл.стр.53)

Паровая турбина, как пример теплового двигателя (уч.8кл.стр.55)

Тепловой двигатель – это многократно действующее устройство, преобразующие тепловую энергию (внутреннюю энергию топлива) в механическую энергию.

Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.

Некоторые виды тепловых двигателей:

-         паровая машина;

-         паровая турбина;

-         двигатель внутреннего сгорания;

-         реактивный двигатель.

Во всех двигателях энергия топлива сначала переходит в энергию газа или пра. Газ, расширяясь, совершает работу и при этом охлаждается. Часть его внутренней энергии превращается в механическую энергию.

Любой тепловой двигатель , независимо от его конструктивных особенностей, состоит из трех основных частей:

- рабочее тело (газ или пар), совершающее работу

- нагреватель, сообщающий энергию рабочему телу

- холодильник, поглощающий часть энергии от рабочего тела

Рабочим телом у всех тепловых двигателей является газ или пар, который совершает работу при расширении, получая от нагревателя некоторое количество теплоты.

Обозначим через Т1 начальную температуру рабочего тела, называемую температурой нагревателя.

Это температура газа или пара. Чаще всего повышение температуры происходит за счет сгорания топлива внутри самого двигателя.

По мере совершения работы газ теряет энергию и охлаждается до некоторой температуры Т2. Эта температура не может быть значительно ниже температуры окружающей среды, так как в противном случае давление газа станет ниже атмосферного и двигатель не сможет работать. Обычно температура Т2 несколько больше температуры окружающей среды. Ее называют температурой холодильника.

Рабочее тело при расширении не может отдать всю внутреннюю энергию на совершение работы. Часть теплоты неизбежно передается рабочим телом холодильнику.

Холодильником может служить окружающая среда или специальное устройство для охлаждения и конденсации отработанного пара – конденсатор. В последнем случае его температура может быть несколько ниже температуры окружающей среды за счет принудительного внешнего охлаждения.

Давление газа при сжатии ниже, чем при расширении, и это обеспечивает полезную работу двигателя.

Тепловой двигатель совершает работу за счет внутренней энергии рабочего тела. Причем в этом процессе происходит передача теплоты от более горячих тел (нагревателя) к более холодным (холодильнику).

Полная механическая работа складывается из работы расширения газа и работы сжатия, совершаемой силами давления газа при его сжатии.

Так как при сжатии ∆V < 0, то работа сжатия отрицательна.

A = Aрасш - Aсж

Для получения положительной полной механической работы (A>0) необходимо, чтобы работа сжатия газа была меньше работы расширения.

Работа совершаемая газом при расширении:

A = (pрасш-pсж) ∆V

∆V = const из-за цикличности работы двигателя

Следовательно, давление газа при сжатии должно быть меньше его давления при расширении. При одном и том же объеме давление газа тем меньше, чем ниже его температура. Поэтому перед сжатием газ должен быть охлажден при помощи «холодильника»

Для получения полной механической работы в тепловом двигателе при циклическом процессе расширения газа должно происходить при более высокой температуре, чем сжатие.

Необходимое условие для циклического получения механической работы в тепловом двигателе – наличие нагревателя и холодильника.

Согласно закону сохранения энергии работа совершаемая двигателем : А = Qнагр - Qхол

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя - отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученной от нагревателя.

См.ниже «КПД теплового двигателя и Цикл Карно»

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

Очень распространенный вид теплового двигателя.

Топливо в нем сгорает прямо в цилиндре, внутри двигателя. Отсюда и название.

Двигатели внутреннего сгорания работают на жидком топливе (бензин, керосин, нефть, солярка) или на горючем газе.

Двигатель состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень, соединенный при помощи шатуна с коленчатым валом. Шатун преобразует поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

В верхней части цилиндра имеется два клапана, которые при работе двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты в зависимости от положения поршня в цилиндре.

Через один клапан в цилиндр поступает горючая смесь (топливо с воздухом), через второй клапан выпускаются отработанные газы.

Горючая смесь топлива и воздуха внутри цилиндра воспламеняется при помощи электрической свечи или за счет резкого сжатия поршнем (в дизелях)

Образующиеся при сгорании горючей смеси газы с высокой температурой (1600-1800оС) и давлением, расширяясь давит на поршень, заставляя его двигаться вниз и вращать коленчатый вал, совершая механическую работу. При этом газы охлаждаются, так как часть их внутренней энергии превращается в механическую.

Крайние положения поршня в цилиндре называются верхняя и нижняя мертвые точки.

Расстояние, проходимое поршнем между мертвыми точками называется ходом поршня.

Один рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, или, как говорят, за четыре такта. Поэтому такие двигатели называют четырехтактными.

Один ход поршня, или один такт, совершается за один оборот коленчатого вала.

1. Поршень движется вниз. Объем камеры сгорания увеличивается, в цилиндре создается разряжение. Открывается клапан и в цилиндр подается горючая смесь.

К концу первого такта цилиндр заполнен горючей смесью и клапан ее подачи закрыт.

2. При дальнейшем повороте вала поршень идет вверх и сжимает горючую смесь.

В конце второго такта, когда поршень дойдет до верхней мертвой точки, сжатая горючая смесь воспламеняется от электрической искры или от сжатия (в дизелях), и быстро сгорает с образованием газов высокой температуры и давления.

3. Газы давят на поршень и толкают его вниз, передавая движение через шатун на коленчатый вал. Двигатель совершает полезную работу. Поэтому этот такт называют рабочим ходом двигателя.

В конце третьего такта открывается выхлопной клапан и продукты сгорания выводятся из двигателя.

4. Благодаря массе поршня и маховика двигатель вращается по инерции. Поршень движется вверх. Идет выпуск продуктов сгорания и вентилирование камеры сгорания.

В конце четвертого такта выхлопной клапан закрывается. Поршень достигает верхней мертвой точки.

Цикл двигателя состоит из следующих тактов:

впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.

В реальных двигателях несколько цилиндров, которые поочередно вращают коленчатый вал. Многоцилиндровые двигатели в лучшей степени обеспечивают равномерность вращения вала и имеют большую мощность.

Паровая или газовая турбина

Пар или нагретый до высокой температуры газ под высоким давлением вращает вал без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала.

На вал насажено колесо с лопатками по ободу, называемое рабочим колесом. На лопатки через специальные сопла подается пар (перегретый пар 200оС) из котла или газ под давлением (20-40 атм), приводя турбину во вращение.

В современных турбинах применяют не один, а много дисков с несколькими рядами лопаток каждый, насаженными на общий вал. Пар последовательно проходит через лопатки всех дисков, отдавая каждому часть своей энергии.

На электростанциях турбины соединяют с генераторами. Частота вращения турбин достигает 10000-15000 оборотов, что является весьма удобным для генерации электрического тока.

Широкое применение находят газовые турбины, в которых вместо пара используются продукты сгорания топлива или газа.

КПД ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ. ЦИКЛ КАРНО(уч.10кл.стр.275-280 )

Определение и работа теплового двигателя (см.выше уч.10кл.)

Определение замкнутого цикла термодинамического процесса

Определение понятия КПД и его физический смысл

Формула. Единицы измерения

КПД всегда меньше 1.

Цикл Сади Карно. График и физический смысл на примере поршня

Термодинамические процессы цикла Карно (по графику)

Максимально значение КПД из цикла Карно

Пути повышения КПД теплового двигателя

Тепловым двигателем называется двигатель, который производит механическую работу за счет энергии, выделившейся при сгорании топлива.

Некоторые виды тепловых двигателей:

-         паровая машина;

-         паровая турбина;

-         двигатель внутреннего сгорания;

-         реактивный двигатель.

Физические основы работы всех тепловых двигателей одинаковы.

Тепловой двигатель состоит из трех основных частей:

- рабочее тело (газ или пар), совершающее работу

- нагреватель, сообщающий энергию рабочему телу

- холодильник, поглощающий часть энергии от рабочего тела

Необходимое условие для циклического получения механической работы в тепловом двигателе – наличие нагревателя и холодильника.

Для непрерывного совершения механической работы термодинамический цикл должен быть замкнутым.

Замкнутый процесс (цикл) – совокупность термодинамических процессов, в результате которых система возвращается в исходное состояние.

Для характеристики экономичности различных двигателей введено понятие коэффициента полезного действия.

Отношение совершенной полезной работы двигателя, к энергии, полученной от нагревателя, называют коэффициентом полезного действия теплового двигателя.

Коэффициент полезного действия теплового двигателя (КПД) – отношение работы, совершаемой двигателем за цикл, к количеству теплоты, полученному им от нагревателя:

η =

Процесс работы теплового двигателя:

Рабочее тело приводят в контакт с нагревателем , поэтому рабочее тело получает от нагревателя .

За счет этого количества теплоты рабочее тело совершает механическую работу.

Затем рабочее тело приводят в контакт с холодильником , поэтому рабочее тело отдает тепло холодильнику.

Таким образом возвращается в исходное состояние.

Теперь рабочее тело приводят в контакт с нагревателем и все происходит сначала.

В циклическом тепловом двигателе нельзя преобразовать в механическую работу все количество теплоты Qн, получаемое он нагревателя. Некоторое количество теплоты Qх отдается холодильнику. Поэтому работа за цикл не может быть больше:

A = Qн– Qх

Коэффициент полезного действия теплового двигателя всегда меньше единицы

η =  =  = 1 -

Круговой цикл не реализуется при отсутствии холодильника. Qх=0.

Цикл Карно

В начале XIX века французский инженер Сади Карно исследовал пути повышения КПД тепловых двигателей. Он предложил цикл, который должен совершать идеальный газ в некоторой тепловой машине, такой, что при этом получается максимально возможный КПД.

Цикл Карно состоит из двух изотермических и двух адиабатных процессов.

Выбор именно этих процессов обусловлен тем, что работа газа при изотермическом расширении совершается за счет внутренней энергии нагревателя, а при адиабатном процессе за счет внутренней энергии расширяющегося газа.

В этом цикле исключен контакт тел с разной температурой, а значит, исключена теплопередача без совершения работы.

Цикл Карно – самый эффективный из всех возможных циклов, имеющий максимальный КПД,

Идеальный газ приводят в контакт с нагревателем и предоставляют ему возможность расширяться изотермически, то есть при температуре нагревателя.

Когда расширившийся газ перейдет в состояние 2, его теплоизолируют от нагревателя и дают ему возможность расширяться адиабатически, то есть газ совершает работу за счет убыли его внутренней энергии.

Расширяясь адиабатически газ охлаждается до тех пор, пока его температура не будет равна температуре холодильника (состояние 3).

Теперь газ приводят в контакт с холодильником сжимают изотермически. Газ отдает холодильнику . Газ переходит в состояние 4.

Затем газ теплоизолируют от холодильника и сжимают адиабатически. При этом температура газа увеличивается и достигает температуры нагревателя. Процесс повторяется сначала.

В процессе изотермического расширения 1-2 при температуре Т1 работа совершается за счет изменения внутренней энергии нагревателя, т.е. за счет подводимого к газу количества тепла

A12 = Q1

Охлаждение газа перед сжатием происходит при адиабатном расширении 2-3. Все изменение внутренней энергии при таком процессе (Q=0) преобразуется в механическую работу

A23 = - ∆U23

Температура газа в результате адиабатного расширения 2-3 понижается до температуры холодильника T2<T1.

В процессе 3-4 газ изотермически сжимается, передавая холодильнику количество теплоты Q2.

A34 = Aсж = Q2

Цикл завершается процессом адиабатного сжатия 4-1 (Q=0), при котором газ нагревается до температуры Т1.

Максимальный КПД теплового двигателя Карно

ηmax = =

Q1 – подводимое количество теплоты

Q2 – отводимое количество теплоты

Карно показал, что КПД любой другой тепловой машины (то есть с другим рабочим телом или работающей по другому циклу) будет меньше, чем КПД цикла Карно.

Любая реальная тепловая машина, работающая с нагревателем, имеющим температуру Т1, и холодильником с температурой Т2, не может иметь КПД, превышающий КПД идеальной тепловой машины.

Для повышения КПД теплового двигателя следует понижать температуру холодильника и увеличивать температуру нагревателя.

Понижать температуру холодильника искусственно невыгодно, так как это требует дополнительных затрат энергии.

Повышать температуру нагревателя можно тоже до определенного предела, так как различные материалы обладают различной жаропрочностью при высоких температурах.

Однако формула Карно показала, что существуют неиспользованные резервы повышения КПД, так как практический КПД очень сильно отличается от КПД цикла Карно.

Действительное значение КПД приблизительно равно 40%.

Двигатели Дизеля 20-40%, паровые турбины –выше 30%.

ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ (уч.10кл.стр.222,229- )

Определение идеального газа, как модели(уч.10кл.стр.222)

Условия идеального газа.

Энергия молекул идеального газа

Статистические методы в модели идеального газа (уч.10кл.стр.229)

Распределение молекул идеального газа в пространстве

Микроскопические и макроскопические параметры идеального газа

Микроскопическое и макроскопическое состояние идеального газа

Распределение молекул идеального газа по скоростям (уч.10кл.стр.235)

Опыт Штерна

У разреженного газа расстояние между молекулами во много раз превышает их размеры. В этом случае взаимодействие между молекулами пренебрежимо мало и кинетическая энергия молекул много больше потенциальной энергии их взаимодействия.

Для объяснения свойств вещества в газообразном состоянии вместо реального газа используется его физическая модель - идеальный газ.

В модели идеального газа предполагается:

-         расстояние между молекулами чуть больше их диаметра;

-         молекулы – упругие шарики;

-         между молекулами не действуют силы притяжения;

-         соударении молекул друг с другом и со стенками сосуда абсолютно упругое;

-         движения молекул подчиняется законам механики.

Идеальный газ – это газ, взаимодействие между молекулами которого пренебрежимо мало.

Принимается, что при соударениях между собой и со стенками сосуда молекулы такого газа ведут себя как абсолютно упругие шарики конечных, но весьма малых размеров.

Эти соударения происходят по законам, справедливым для абсолютно упругого удара.

Модель идеального газа можно использовать при выполнении трех условий идеального газа:

1.      Диаметр молекул много меньше среднего расстояния между ними D << l
Собственный объем молекул пренебрежимо мал по сравнению с объемом газа.

2.      Средняя кинетическая энергия молекул больше средней потенциальной энергии их взаимодействия на расстоянии большем диаметра молекул.

Это означает, что между столкновениями молекулы движутся практически по прямолинейным траекториям.

3.      Столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда – абсолютно упругие.
Следовательно структура электронных оболочек молекул не нарушается в результате столкновений.

Время столкновения молекул в идеальном газе значительно меньше времени их свободного пробега.

Существующие в действительности газы при не слишком низких температурах и достаточно малых давлениях.

Разреженные газы – по своим свойствам близки к идеальному газу.

СВЯЗЬ МЕЖДУ ДАВЛЕНИЕМ И СРЕДНЕЙ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИЕЙ МОЛЕКУЛ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА(уч.10кл.стр.243-248)

Давление идеального газа.(Опыт с Магдебургскими полушариями)

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. Его вывод и смысл.

Закон Дальтона – давление смеси идеальных газов

Молекулы газа, двигаясь со сверхзвуковыми скоростями и сталкиваясь оказывают давление на препятствия.

Давление идеального газа заключается в том, что молекулы при столкновениях со стенками сосуда взаимодействуют с ними по законам механики как упругие тела.

Найдем давление газа, находящегося в цилиндрическом сосуде, на поршень площадью S.

p =

Fx – результирующая сила ударов молекул о поршень

F1 – сила удара одной молекулы

∆N – полное число ударов молекул о поршень

Fx =  (среднее значение)

Найдем силу удара о поршень одной молекулы.

По второму закону Ньютона на молекулу со стороны поршня действует сила

 , где ∆v – изменение скорости молекулы за время удара ∆t

По третьему закону Ньютона на поршень со стороны молекулы действует сила:

 ; F1 = ma

При упругом ударе составляющая скорости vy не изменяется (см.рис)

∆v = = 2vx

За промежуток ∆t с поршнем сталкиваются только молекулы, которые успевают долететь до него за это время – в объеме ∆V на расстоянии не больше vx∆t от него

Следовательно, полное число ударов молекул о поршень равно числу этих молекул:

∆N = n ∆V = n S vx∆t

n – концентрация частиц (число частиц в единице объема)

½ - множитель введен так как их всех молекул лишь половина движется в положительном направлении оси Х.

p = Þ p = = n ma

Вследствие хаотического теплового движения молекул их направления движения равновероятны и средние квадраты скоростей по осям равны:

v2 = vx2+ vy2 +vz2 Þ

Скорости молекул беспорядочно меняются, но средний квадрат скорости вполне определенная величина.

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа:

 p = n ma = n ma

где как было показано выше

n – концентрация частиц (число частиц в единице объема)

Основное уравнение МКТ позволяет вычислить давление газа, если известны масса молекулы, среднее значение квадрата скорости и концентрация молекул.

Макроскопическая величина p с помощью модели идеального газа определяется через микроскопические параметры (массу молекул, концентрацию молекул и средний квадрат скорости их хаотического движения)

Еще одна форма записи основного уравнения молекулярно-кинетической теории:

Давление идеального газа равно двум третям средней кинетической энергии поступательного движения молекул, содержащихся в единице объема.

p = n maÞ p = n

где - средняя кинетическая энергия молекул

Давление идеального газа пропорционально произведению концентрации молекул на среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекул.

Концентрация частиц характеризует число ударов молекул о поршень, а средняя кинетическая энергия молекул определяет интенсивность одного удара

Закон Дальтона:

Давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений входящих в нее газов.

Если газ состоит из смеси газов, то молекулы каждого газа ударяют о поршень независимо друг от друга. В соответствии с принципом суперпозиции сил давление газов, составляющих смесь (парциальные давления), суммируются.

СВЯЗЬ ТЕМПЕРАТУРЫ СО СРЕДНЕЙ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИЕЙ ЧАСТИЦ ГАЗА(уч.10кл.стр.239-243)

Определение температуры как меры кинетической энергии. Формула

Постоянная Больцмана, ее смысл и единицы измерения

Абсолютный нуль температуры и энергия молекул при нем

Скорость теплового движения молекул

Молярная газовая постоянная. Смысл и единицы измерения

Средняя квадратичная скорость молекул

Величины, характеризующие состояние макроскопических тел без учета молекулярного строения тел (p, V, t) называют макроскопическими параметрами.

Объем и давление являются механическими величинами, описывающими состояние газа. Температура описывает внутреннее состояние газа.

Основное уравнение МКТ(см.выше) для идеального газа устанавливает связь легко измеряемого макроскопического параметра – давления – с такими микроскопическими параметрами газа, как средняя кинетическая энергия и концентрация молекул. Но, измерив только давление, мы не можем узнать ни среднее значение кинетической энергии молекул в отдельности, ни их концентрацию. Следовательно, для нахождения микроскопических параметров газа нужны измерения еще какой-то физической величины, связанной со средней кинетической энергией молекул.

Такой величиной является температура.

В результате большого числа столкновений между молекулами газа устанавливается стационарное равновесное состояние – состояние, при котором число молекул в заданном интервале скоростей остается постоянным.

Любое макроскопическое тело или группа макроскопических тел при неизменных внешних условиях самопроизвольно переходит в состояние теплового равновесия.

Тепловое равновесие – это такое состояние, при котором все макроскопические параметры сколь угодно долго остаются неизменными.

Это означает, что в системе не меняются объем и давление, не происходит теплообмен, отсутствуют взаимные превращения веществ.

Микроскопические процессы не прекращаются и в состоянии теплового равновесия.

Температура характеризует состояние теплового равновесия системы тел: все тела системы, находящиеся друг с другом в тепловом равновесии, имеют одну и ту же температуру.

При одинаковых температурах двух тел между ними не происходит теплообмена.

Разность температур тел указывает на направление теплообмена между ними.

Температура — скалярная физическая величина, описывающая состояние тер­модинамического равновесия (состояния, при кото­ром не происходит изменения микроскопических па­раметров).

Как термодинамическая величина температура характеризует тепловое состояние системы и измеряется степенью его отклонения от принятого за нулевое, как молекулярно-кинетическая величина характеризует интенсивность хаотического движения молекул и измеряется их средней кинетической энергией.

Для измерения температуры можно воспользоваться изменением любой макроскопической величины в зависимости от температуры: объема, давления, электрического сопротивления и т.д.

Чаще всего на практике используют зависимость объема жидкости (ртути или спирта) от температуры.

При градуировке термометра обычно за начало отсчета (0) принимают температуру тающего льда; второй постоянной точкой (100) считают температуру кипения воды при нормальном атмосферном давлении (шкала Цельсия).

Так как различные жидкости расширяются при нагревании неодинаково, то установленная таким образом шкала будет до некоторой степени зависеть от свойств данной жидкости.

Конечно, 0 и 100°С будут совпадать у всех термометров, но 50°С совпадать не будут.

В отличие от жидкостей все разреженные газы расширяются при нагревании одинаково и одинаково меняют свое давление при изменении температуры. Поэтому в физике для установления рациональной температурной шкалы используют изменение давления определенного количества разреженного газа при постоянном объеме или изменение объема газа при постоянном давлении.

Такую шкалу иногда называют идеальной газовой шкалой температур.

При тепловом равновесии средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул всех газов одинакова. Давление прямо пропорционально средней кинетической энергии поступательного движения молекул: p = n

При тепловом равновесии, если давление газа данной массы и его объем фиксированы, средняя кинетическая энергия молекул газа должна иметь строго определенное значение, как и температура.

Т.к. концентрация молекул в объеме газа n = , то p =  или = .

Обозначим = Θ.

Величина Θ растет с повышением температуры и ни от чего, кроме температуры не зависит.

Следовательно, ее можно считать естественной мерой температуры.

Отношение произведения давления газа на его объем к числу молекул при одинаковой температуре одинаково практически для всех разряженных газов (близких по свойствам к идеальному газу):

= Θ ≈ const

При высоких давлениях соотношение нарушается.

Можно считать величину Θ прямо пропорциональной температуре Т (что подтверждается опытами):

Θ = kT Þ = kT

Определенная таким образом температура называется абсолютной.

На основании формулы вводится температурная шкала не зависящая от характера вещества, используемого для измерения температуры.

Важнейшим макроскопическим параметром, характеризующим стационарное равновесное состояние любого тела, является температура.

Температура – мера средней кинетической энергии хаотического поступательного движения молекул. тела.

Из основного уравнения МКТ в форме =  и определения температуры в форме = kT следует важнейшее следствие :

Абсолютная температура есть мера средней кинетической энергии движения молекул.

Средняя кинетическая энергия хаотического поступательного движения молекул пропорциональна термодинамической (или абсолютной температуре):

= , = kT Þ  = kT Þ == kT

Чем выше температура, тем быстрее движутся молекулы.

k = 1,38*10-23 Дж/К – постоянная Больцмана

Постоянная Больцмана является коэффициентом, переводящим температуру из градусной меры (К) в энергетическую (Дж) и обратно.

Единица термодинамической температуры – К (Кельвин)

1 К = 1оС

Кинетическая энергия не может быть отрицательной. Следовательно не может быть отрицательной и термодинамическая температура. Она обращается в нуль, когда кинетическая энергия молекул становится равной нулю.

Абсолютный нуль (0К) – температура, при которой должно прекратиться движение молекул.

Для оценки скорости теплового движения молекул в газе рассчитаем средний квадрат скорости:

== kT Þ = = =

Произведение kNa = R = 8,31 Дж/(моль*К) называется молярной газовой постоянной

Средняя квадратичная скорость молекул:

vср.кв. = =

Эта скорость близка по значению к средней и наиболее вероятной скорости и дает представление о скорости теплового движения молекул в идеальном газе.

При одинаковой температуре скорость теплового движения молекул газа тем выше, чем ниже его М. (При 0оС скорость молекул составляет несколько сот м/с)

При одинаковых давлениях и температурах концентрация молекул всех газов одна и та же:

= kT Þ p = nkT , где n = N/V – концентрация молекул в данном объеме

Отсюда следует закон Авогадро:

в равных объемах газов при одинаковых температурах и давлениях содержится одинаковое количество молекул.

Шкала Цельсия – опорная точка – температура таяния льда 0оС, температура кипения воды – 100оС

Шкала Кельвина - опорная точка – абсолютный нуль – 0оК (-273,15оС)

tоК = tоС -273

Шкала Фаренгейта – опорная точка – наименьшая температура, которую Фаренгейту удалось получить из смеси воды, льда и морской соли – 0оF , верхняя опорная точка – температура тела человека - 96 оF

УТОЧНИТЬ

УРАВНЕНИЕ КЛАЙПЕРОНА-МЕНДЕЛЕЕВА(уч.10кл.стр.248-251)

(Уравнение состояния идеального газа)

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа(уч.10кл.стр.247-248)

Переход от микроскопических параметров газа к макроскопическим

Постоянная Лошмидта – смысл и единицы измерения

Среднее расстояние между частицами идеального газа

Уравнение состояния идеального газа – Клайперона-Менделеева

Универсальная газовая постоянная

Физический смысл уравнения Клайперона-Менделеева

p = n - основное уравнение МКТ идеального газа

 -средняя кинетическая энергия молекул

 = = - средний квадрат скорости молекулы

Из вышеперечисленных соотношений получаем:

p = nkT

Это соотношение позволяет по двум известным макроскопическим параметрам (давлению и температуре) оценить микроскопический параметр (концентрацию молекул)

Найдем концентрацию молекул любого идеального газа при нормальных условиях:

- атмосферное давление p =1,01*105 Па

- температура 0оС (или Т = 273оК)

n =  ≈ 2,7*1025 м-3

Это значение концентрации молекул идеального газа при нормальных условиях называют

постоянной Лошмидта

На основе зависимости давления газа от концентрации его молекул и температуры можно получить уравнение, связывающее все три макроскопических параметра: давление, объем и температуру - характеризующие состояние данной массы достаточно разреженного газа. Это уравнение называют уравнением состояния идеального газа.

Первый вариант вывода уравнения состояния идеального газа:

Или второй вариант вывода уравнения состояния идеального газа:

Þ pV = NkT =  NkT = (kNA) T = RT

V – объем занимаемый газом

N – число частиц газа в объеме V ( N = NA)

Nma – масса газа

M = maNA – молярная масса (часто обозначают как « μ » )

k – постоянная Больцмана

R = kNA = 8,31 Дж/(моль*К) - универсальная газовая постоянная

Уравнение Клайперона-Менделеева – уравнение состояния идеального газа, связывающее три макроскопических параметра (давление, объем и температуру) данной массы газа:

pV = RT

R = kNA = 8,31 Дж/(моль*К) - универсальная газовая постоянная

(произведение постоянной Больцмана на число Авогадро)

Уравнение Клайперона-Менделеева справедливо для газа любого химического состава.

От природы газа зависит только его молярная масса.

Состояние данной массы газа однозначно определяется заданием любых из двух параметров (p, V, T)

С помощью уравнения можно описать процессы сжатия, расширения, нагревание и охлаждения идеального газа.

Уравнение Клапейрона:

R = const для данной массы газа, следовательно:

 =

УНИВЕРСАЛЬНАЯ ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ(уч.10кл.стр.251- )

Уравнение Клайперона-Менделеева (см.выше уч.10кл.стр.248-251)

Молярная газовая постоянная. Смысл. Единицы измерения

R = kNA = 8,31 Дж/(моль*К) - универсальная газовая или молярная газовая постоянная

(произведение постоянной Больцмана на число Авогадро)

V – объем занимаемый газом

N – число частиц газа в объеме V ( N = NA)

Nma – масса газа

M = maNA – молярная масса

k – постоянная Больцмана

Число Авогадро NА=6,022·1023 - число атомов содержащихся в одном моле –

Моль – количество вещества, в котором содержится столько же атомов и молекул, сколько атомов содержится в углероде массой 0,012 кг.

ЖИДКОСТИ И ТВЕРДЫЕ ТЕЛА

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ (уч.10кл.стр.307-308, 321-322)

Фазовый переход из газообразного в жидкое состояние возможен, если средняя потенциальная энергия притяжения молекул превышает их среднюю кинетическую энергию.

Для этого температура газообразного состояния (пара) должна быть ниже некоторой критической температуры.

Критическая температура – максимальная температура, при которой пар можно превратить в жидкость.

Конденсация – явление перехода пара из газообразного состояния в жидкое.

Испарение – парообразование со свободной поверхности жидкости.

При испарении жидкость охлаждается, поэтому для поддержания постоянной температуры к ней нужно подводить количество теплоты, пропорциональное массе испаряющихся молекул

Qп = r m

r – удельная теплота парообразования Дж/кг

Единица количества теплоты Дж (Джоуль)

Количество теплоты, получаемое жидкостью при конденсации, равно количеству теплоты теряемому при ее испарении..

В термодинамическом равновесии число молекул пара, конденсирующихся за определенное время, равно числу молекул, испаряющихся с поверхности жидкости за это же время.

Насыщенный пар – пар, находящийся в термодинамическом равновесии со своей жидкостью.

Давление насыщенного пара при данной температуре – максимальное давление, которое может иметь пар над жидкостью при этой температуре.

Давление насыщенного пара возрастает при увеличении температуры жидкости.

Относительная влажность воздуха – процентное отношение концентрации водяного пара в воздухе к концентрации насыщенного пара при той же температуре.

Кипение – парообразование, происходящее Вов сем объеме жидкости при определенной температуре.

Температура кипения – температура, при которой давление насыщенного пара жидкости внутри пузырька начинает превосходить внешнее давление на жидкость.

Температура кипения жидкости зависит от внешнего давления и остается постоянной в процессе кипения.

Поверхностное натяжение – явление молекулярного давления на жидкость, вызванное притяжением молекул поверхностного слоя в к молекулам внутри жидкости.

Поверхностная энергия – дополнительная энергия молекул поверхностного слоя жидкости.

Сила поверхностного натяжения – сила, направленная по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно участку контура, ограничивающего поверхность, в сторону ее сокращения

Fпов = σ l

l – длина участка поверхностного слоя

σ – поверхностное натяжение Н/м

Единица поверхностного натяжения – Н/м

Смачивание – искривление поверхности жидкости у поверхности твердого тела в результате взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела.

Жидкость смачивает поверхность, если силы притяжения между молекулами жидкости меньше сил притяжения между молекулами жидкости и твердого тела.

Мениск – форма поверхности жидкости вблизи стенок сосуда.

Угол смачивания – угол между плоскостью, касательной к поверхности жидкости и стенкой сосуда.

Капиллярность – явление подъема или опускания жидкости в узких сосудах (капиллярах)

Высота подъема жидкости в капилляре обратно пропорциональна его радиусу

h =

σ – поверхностное натяжение Н/м

ρ – плотность жидкости

r – радиус капилляра

Плавление – фазовый переход из кристаллического (твердого) состояния в жидкое.

Плавление происходит при определенной температуре.

Количество теплоты, необходимое для плавления тела

Q = λm

λ – удельная теплота плавления Дж/кг

Кристаллизация – (затвердевание) фазовый переход вещества из жидкого состояния в кристаллическое (твердое)

Кристаллизация происходит в результате охлаждения жидкости при определенной температуре.

При кристаллизации жидкости происходит скачкообразный переход от неупорядоченного расположения частиц (в жидкости) к упорядоченному (в твердом теле)

При кристаллизации жидкости выделяется теплота

Q = - λm

λ – удельная теплота кристаллизации(плавления) Дж/кг

По структуре относительного расположения частиц твердые тела делятся на:

- кристаллические

- аморфные

- композиты

В кристаллическом состоянии существует периодичность в расположении атомов (дальний порядок)

Кристаллическая решетка – пространственная структура в регулярным периодически повторяющимся расположением частиц.

Узел кристаллической решетки – положение равновесия, относительно которого происходят тепловые колебания частиц.

Полиморфизм – существование различных кристаллических структур одного и того же вещества.

Кристаллическое тело может быть монокристаллом и поликристаллом.

Монокристалл – твердое тело, частицы которого образуют единую кристаллическую решетку.

Анизотропия – зависимость физических свойств вещества от направления.

Монокристаллы – анизотропны.

Поликристалл – твердое тело, состоящее из беспорядочно ориентированных монокристаллов.

Изотропия – независимость физических свойств вещества от направления.

Поликристаллы – изотропны.

Аморфные тела – твердые тела, для которых характерно неупорядоченное расположение частиц в пространстве.

Композиты – твердые тела, в которых атомы располагаются упорядоченно в определенной области пространства, но этот порядок не повторяется с регулярной периодичностью.

Деформация – изменение формы и размера твердого тела под действием внешних сил.

Различают два вида деформации:

- упругая

- пластическая

Упругая деформация – деформация, исчезающая после прекращения действия внешней силы.

Пластическая деформация – деформация, сохраняющаяся после прекращения действия внешней силы.

Механическое напряжение – физическая величина, равная отношению силы упругости к площади поперечного сечения тела.

σ =

Единица измерения – Па (Паскаль)

Закон Гука:

при упругой деформации тела напряжение пропорционально относительному удлинению тела:

σ = Ee

e =  - относительное удлинение

Е – модуль Юнга (Па)

Предел упругости – максимальное напряжение в материале, при котором деформация еще является упругой.

Предел прочности – максимально напряжение, возникающее в теле до его разрушения.

ИСПАРЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ(уч.10кл.стр.286-289,290-291)

Условия перехода из газообразной фазы в жидкую через потенциальную и кинетическую энергию молекул

Физический смысл перехода. Формула через энергию и температуру

Определение пара

Определение критической температуры

Зависимость критической температуры от потенциальной энергии молекул газа

Влияние давления на переход газ-жидкость

Сжижение пара при изотермическом сжатии (на примере поршня)

Определение конденсации

Определение испарения

Определение насыщенного пара

График изотермы сжижения пара и физический смысл ее участков

Физика процесса испарения (уч.10кл.стр.290)

Понятие удельной теплоты испарения. Определение. Формула

Физика процесса конденсации.

Количество теплоты получаемое при конденсации

Процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное состояние называется парообразованием, обратный процесс превращения вещества из газообразного состояния в жидкое называют конденсацией.

Испаряются и твердые тела, но очень медленно. Например, нафталин.

Существуют два вида парообразования - испарение и кипение.

Рассмотрим сначала испарение жидкости.

Явление превращения жидкости в пар называется парообразованием.

Парообразование, происходящее с поверхности жидкости, называется испарением.

Испарением называют процесс парообразования, происходящий с открытой поверхности жидкости при любой температуре.

С точки зрения молекулярно-кинетической теории эти процессы объясняются следующим образом. Молекулы жидкости, участвуя в тепловом движении, непрерывно сталкиваются между собой. Это приводит к тому, что некоторые из них приобретают кинетическую энергию, достаточную для преодоления молекулярного притяжения. Такие молекулы, находясь у поверхности жидкости, вылетают из неё, образуя над жидкостью пар (газ).

Испарение происходит тем быстрее, чем выше ее температура.

Скорость испарения зависит от площади поверхности жидкости

Одновременно с переходом молекул из жидкости в пар происходит и обратный процесс.

Эти два процесса вылета молекул жидкости и их обратное возвращение в жидкость происходят одновременно.

Если число вылетающих молекул больше числа возвращающихся, то происходит уменьшение массы жидкости - жидкость испаряется, если же наоборот, то количество жидкости увеличивается - наблюдается конденсация пара.

Возможен случай, когда массы жидкости и пара, нахо­дящегося над ней, не меняются. Это возможно, когда число молекул, по­кидающих жидкость, равно числу молекул, возвращающихся в неё.

Такое состояние называется динамическим равновесием, а пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным.

Если же между паром и жидкостью нет динамического равновесия, то он называется ненасыщенным.

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным паром.

Пар, не находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется ненасыщенным паром.

Насыщенный пар при данной температуре имеет определённую плотность, называемую равновесной.

Это обусловливает неиз­менность равновесной плотности, а следова­тельно, и давления насы­щенного пара от его объ­ёма при неизменной тем­пературе, поскольку уменьшение или увели­чение объёма этого пара приводит к конденсации пара или к испарению жидкости соответственно.

Изотерма насыщенного пара при некоторой температуре в координатной плоскости Р, V представляет собой прямую, параллельную оси V.

При динамическом равновесии масса жидкости в закрытом сосуде не изменяется, хотя жидкость продолжает испаряться.

При ветре, который уносит молекулы жидкости, испарение происходит быстрее, так как меньше молекул возвращается обратно в жидкость.

С повышением температуры термодина­мической системы жидкость - насыщенный пар число молекул, поки­дающих жидкость за некоторое время, превышает количество молекул, возвращающихся из пара в жидкость. Это продолжается до тех пор, пока возрастание плотности пара не приводит к установлению динамического равновесия при более высокой температуре. При этом увеличивается и давление насыщенных паров. Таким образом, давление насыщенных паров зависит только от температуры.

Столь быстрое возрастание давления насыщенного пара обусловлено тем, что с повышением температуры происходит рост не только кинетической энергии поступательного движения молекул, но и их концентрации, т.е. числа молекул в единице объема

При испарении жидкость покидают наиболее быстрые молекулы, вследствие чего средняя кинетическая энергия поступательного движения оставшихся молекул уменьшается, а следовательно, и температура жидко­сти понижается. Поэтому, чтобы температура испаряющейся жидкости оставалась постоянной, к ней надо непрерывно подводить опре­делённое количество теплоты.

Количество теплоты, которое необходимо сообщить единице массы жидкости, для превращения её в пар при неизменной температуре называется удельной теплотой парообразования.

Удельная теплота парообразования зависит от температуры жидкости, уменьшаясь с её повышением.

При конденсации количество теплоты, затраченное на испарение жидкости, выделяется.

Конденсация – процесс превращения из газообразного состояния в жидкое.

Рассмотрим условия фазового перехода газ – жидкость.

У идеального газа средняя потенциальная энергия взаимодействия частиц много меньше средней кинетической энергии.

│Ep│<< kT

(Модуль использован потому, что для сил притяжения потенциальная энергия отрицательна)

Для образования жидкости из газа средняя потенциальная энергия притяжения молекул должна превышать их среднюю кинетическую энергию

│Ep│≥ kT

Физический смысл этого неравенства в том, что переход из газообразного в жидкое состояние возможен лишь при температуре, меньше некоторой критической температуры:

T < Tкр =

Критическая температура – максимальная температура, при которой пар превращается в жидкость.

Пар – газообразное состояние вещества при температуре ниже критической.

Газ при T>Tкр нельзя перевести в жидкое состояние.

Критическая температура зависит от потенциальной энергии взаимодействия молекул и потому различна для разных газов

С ростом внешнего давления при сжатии газа уменьшается среднее расстояние между частицами, возрастает сила притяжения между ними и соответственно средняя потенциальная энергия взаимодействия.

Рассмотрим сжижение пара при изотермическом сжатии при T<Tкр

Конденсация – переход пара из газообразного состояния в жидкое

Масса жидкости при конденсации при данном объеме постоянна благодаря равновесию двух встречных процессов: конденсации пара и испарению молекул жидкости.

Испарение – парообразование со свободной поверхности жидкости

Интенсивность процесса испарения увеличивается с возрастанием температуры жидкости. Поэтому динамическое равновесие между испарением и конденсацией при повышении температуры устанавливается при больших концентрациях молекул газа.

Насыщенный пар – пар, находящийся в термодинамическом равновесии со своей жидкостью.

Термодинамическое равновесие – число молекул пара, конденсирующихся за определенный промежуток времени, равно числу молекул жидкости, испаряющихся за это же время.

Концентрация частиц n постоянна, так как при уменьшении объема V в равной степени уменьшается полное количество частиц N из-за конденсации молекул пара.

Поэтому давление насыщенного пара p = nkT , когда в цилиндре сосуществуют пар и жидкость, остается постоянным (при изотермическом сжатии T = const)

После полной конденсации пара возможно незначительное сжатие жидкости. При этом давление резко возрастает из-за малой сжимаемости жидкости.

Изотерма при температуре выше критической T>Tкр совпадает с изотермой идеального газа.

Давление идеального газа при постоянной концентрации молекул возрастает прямо пропорционально абсолютной температуре.

Так как в насыщенном паре при возрастании температуры концентрация молекул увеличивается, давление насыщенного пара с повышением температуры возрастает быстрее, чем давление идеального газа с постоянной концентрацией молекул.

То есть давление насыщенного пара растет не только вследствие повышения температуры жидкости, но и вследствие увеличения концентрации молекул пара.

Главное различие в поведении идеального газа и насыщенного пара состоит в том, что при изменении температуры пара в закрытом сосуде (или при изменении объема при постоянной температуре) меняется масса пара.

Энергетические процессы испарения и конденсации

Молекула испаряется с поверхности жидкости, если ее кинетическая энергия больше потенциальной энергии притяжения к другим молекулам:

Ek>│Ep│

Испарение – процесс, при котором с поверхности жидкости или твердого тела вылетают молекулы, кинетическая энергия которых превышает потенциальную энергию взаимодействия молекул.

Испарение жидкости может происходить при любой температуре.

Испарение сопровождается охлаждением жидкости, так как жидкость покидают молекулы, имеющие большую кинетическую энергию, и внутренняя энергия жидкости понижается.

Внутренняя энергия испаряющейся жидкости уменьшается. Если нет притока энергии к жидкости извне, то испаряющаяся жидкость охлаждается.

Вылетевшие молекулы начинают беспорядочно двигаться в тепловом движении газа; они могут или навсегда удалиться от поверхности жидкости, или снова вернуться в жидкость. Такой процесс называется конденсацией.

При увеличении температуры число испаряющихся молекул возрастает (Ек = kT).

Так как жидкость покидают самые быстрые молекулы, то средняя кинетическая энергия молекул жидкости, а следовательно и ее температура уменьшается.

Количество теплоты, необходимое для испарения жидкости при постоянной температуре, пропорционально числу испаряющихся молекул или их суммарной массе:

Qn = rm

r – удельная теплота испарения (парообразования)

Удельная теплота испарения (парообразования) r – количество теплоты, необходимое для испарения (парообразования) 1 кг жидкости при постоянной температуре.

Единица измерения – Дж/кг

При парообразовании подводимое количество теплоты расходуется на разрыв межмолекулярных связей.

Количество теплоты, получаемое жидкостью при конденсации, равно количеству теплоты, теряемому при испарении.(при термодинамическом равновесии)

Вещество в газообразном состоянии, находящееся в динамическом равновесии с жидкостью, называется насыщенным паром.

Пар, находящийся при давлении ниже давления насыщенного пара называется ненасыщенным.

При сжатии насыщенного пара концентрация молекул пара увеличивается, равновесие между процессами испарения и конденсации нарушается и часть пара превращается в жидкость.

При расширении насыщенного пара концентрация его молекул уменьшается и часть жидкости превращается в пар. Таким образом, концентрация насыщенного пара остается постоянной независимо от объема.

Так как давление газа пропорционально концентрации и температуре (p = knT), давление насыщенного пара при постоянной температуре не зависит от объема.

Явление превращения пара в жидкость называется конденсацией.

(лат. конденсаре – сгущать)

Конденсация сопровождается выделением энергии.

Конденсация объясняет, например, образование облаков в верхних, более холодных, слоях воздуха.

НАСЫЩЕННЫЕ И НЕНАСЫЩЕННЫЕ ПАРЫ(уч.10кл.стр.286-291,292-293)

Испарение, конденсация, определения см.выше.( уч.10кл.стр.286-289)

Понятие насыщенного пара

Давление насыщенного пара

Зависимость насыщенного пара от температуры жидкости

Зависимость давление насыщенного пара от сил взаимодействия молекул жидкости

Испарение — парообразование, происходящее при любой температуре со свободной поверхности жидкости.

Неравномерное распределение кинети­ческой энергии теплового движения молекул приво­дит к тому, что при любой температуре кинетическая энергия некоторых молекул жидкости или твердого тела может превышать потенциальную энергию их связи с другими молекулами.

Большей кинетической энергией обладают молекулы, имеющие большую скорость, а температура тела зависит от скорости движения его молекул, следовательно, испарение со­провождается охлаждением жидкости.

Скорость ис­парения зависит: от площади открытой поверхности, температуры, концентрации молекул вблизи жид­кости.

Конденсация — процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое.

Испарение жидкости в закрытом сосуде при неизменной температуре приводит к постепенному увеличению концентрации молекул испаряющегося вещества в газообразном состоянии.

Через некоторое время после начала испарения концентрация вещест­ва в газообразном состоянии достигнет такого значе­ния, при котором число молекул, возвращающихся в жидкость, становится равным числу молекул, поки­дающих жидкость за то же время.

Устанавливается динамическое равновесие между процессами испа­рения и конденсации вещества.

Вещество в газооб­разном состоянии, находящееся в динамическом равновесии с жидкостью, называют насыщенным паром.

Паром называют совокупность молекул, по­кинувших жидкость в процессе испарения.

Пар, на­ходящийся при давлении ниже насыщенного, назы­вают ненасыщенным.

В закрытом сосуде концентрация молекул пара достигает максимального значения, когда число конденсирующихся молекул насыщенного пара (находящегося в термодинамическом равновесии с жидкостью), равно числу испаряющихся молекул.

Насыщенный пар – пар, находящийся в термодинамическом равновесии со своей жидкостью.

Это определение подчеркивает, что в данном объеме при данной температуре не может находится большее количество пара.

Термодинамическое равновесие – число молекул пара, конденсирующихся за определенный промежуток времени, равно числу молекул жидкости, испаряющихся за это же время.

Так как давление насыщенного пара пропорционально концентрации его молекул, то при данной температуре давление пара большим быть не может.

Концентрация молекул насыщенного пара при постоянной температуре не зависит от его объема.

Так как давление пропорционально концентрации молекул p = nkT, то из этого следует, что давление насыщенного пара не зависит от занимаемого им объема.

Давление насыщенного пара при данной температуре – максимальное давление, которое может иметь пар над жидкостью при этой температуре.

С ростом температуры увеличивается число испаряющихся и соответственно конденсирующихся молекул пара, поэтому давление насыщенного пара возрастает при увеличении температуры жидкости.

Число испаряющихся молекул растет при увеличении их кинетической энергии, либо при уменьшении потенциальной энергии взаимодействия молекул (Ek >│Ep│)

Поэтому давление насыщенного пара зависит от молекулярной структуры жидкости.

Давление насыщенного пара жидкости, состоящей из сильно взаимодействующих друг с другом молекул, меньше, чем давление насыщенного пара жидкости, состоящей из слабо взаимодействующих молекул.

Точкой росы называют температуру, при кото­рой пар, находящийся в воздухе, становится насы­щенным. При достижении точки росы в воздухе или на предметах, с которыми он соприкасается, начи­нается конденсация водяного пара.

Насыщенный пар в отли­чие от ненасыщенного не подчиняется законам иде­ального газа.

Так, давление насыщенного пара не за­висит от объема, но зависит от температуры (приближенно описывается уравнением состояния идеального газа p = nkT ). Эта зависимость не может быть выражена простой форму­лой, поэтому на основе экспериментального изучения зависимости давления насыщенного пара от темпера­туры составлены таблицы, по которым можно опре­делить его давление при различных температурах.

 С увеличением температуры давление насыщенного пара растет быстрее, чем идеального газа . При нагревании жидкости в закрытом сосуде давление пара растет не только из-за повышения температуры, но и из-за увеличения концентрации молекул (массы пара) вследствие испарения жидкости. С идеальным газом этого не происходит. Когда вся жидкость испарится, пар при дальнейшем нагревании перестанет быть насыщенным и его давление при постоянном объеме будет прямо пропорционально температуре.

Вследствие постоянного испарения воды с по­верхностей водоемов, почвы и растительного покрова, а также дыхания человека и животных в атмосфере всегда содержится водяной пар. Поэтому атмосфер­ное давление представляет собой сумму давления су­хого воздуха и находящегося в нем водяного пара. Давление водяного пара будет максимальным при насыщении воздуха паром.

ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА(уч.10кл.стр.294-295,уч.8кл.стр.46-47)

Понятие влажности воздуха и ее зависимость от температуры

Определение относительной влажности. Формула. Единицы измерения.

Точка росы

Определение относительной влажности через давление насыщенных паров. Формула

Гигрометры и психрометры

При одной и той же температуре содержание в воздухе водяного пара может изменяться в широких пределах: от нуля (абсолютно сухой воздух) до максимально возможного (насыщенный пар)

Причем суточный ход относительной влажности обратен суточному ходу температуры. Днем, с возрастанием температуры, и следовательно, с ростом давления насыщения относительная влаж­ность убывает, а ночью возрастает. Одно и то же ко­личество водяного пара может либо насыщать, либо не насыщать воздух. Понижая температуру воздуха, можно довести находящийся в нем пар до насыще­ния.

Содержание водяного пара в воздухе, т.е. влажность, можно характеризовать несколькими величинами.

Парциальное давление водяного пара (или упругость водяного пара)

Атмосферный воздух представляет смесь различных газов и водяного пара.

Давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали, называют парциальным давлением водяного пара.

Парциально давление водяного пара принимают за один из показателей влажности воздуха.

Выражают в единицах давления – Па или в мм.рт.ст.

Абсолютная влажность воздуха

По­скольку давление пара пропорционально концентра­ции молекул, можно определить абсолютную влаж­ность как плотность водяного пара, находящегося в воздухе при данной температуре, выраженную в ки­лограммах на метр кубический.

Абсолютная влажность показывает, сколько граммов водяного пара содержится в 1м3 воздуха при данных условия.

Обозначение - ρ

Это – плотность водяного пара.

Относительная влажность воздуха

По парциальному давлению водяного пара нельзя судить о том, насколько он близок к насыщению. А именно от этого зависит интенсивность испарения воды. Поэтому вводят величину, показывающую, насколько водяной пар при данной температуре близок к насыщению – относительную влажность.

Относительной влажностью воздуха φ называют отношение парциального давления p водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению p0 насыщенного пара при той же температуре, выраженной в процентах:

φ = 100%

Относительная влажность воздуха – процентное отношение концентрации водяного пара в воздухе и концентрации насыщенного пара при той же температуре

φ = 100%

Концентрация насыщенного пара является максимальной концентрацией, которую может иметь пар над жидкостью. Следовательно, относительная влажность может меняться от 0 до nн.п

Чем меньше относительная влажность, тем суше воздух и тем интенсивней происходит испарение.

Для оптимального теплообмена человека оптимальна относительная влажность 25% при +20-25оС. При более высокой температуре оптимальна влажность 20%

Так как концентрация пара связана с давлением (p = nkT), то относительную влажность можно выразить как процентное отношение давления пара в воздухе и давлению насыщенного пара при той же температуре:

φ = 100%

Большинство явлений, наблюдаемых в приро­де, например быстрота испарения, высыхание раз­личных веществ, увядание растений, зависит не от количества водяного пара в воздухе, а от того, на­сколько это количество близко к насыщению, т. е. от относительной влажности, которая характеризует степень насыщения воздуха водяным паром.

При низкой температуре и высокой влажности повышается теплопередача и человек подвергается переохлаждению. При высоких температурах и влажности теплопередача, наоборот, резко сокра­щается, что ведет к перегреванию организма. Наибо­лее благоприятной для человека в средних климати­ческих широтах является относительная влажность 40—60%.

Если влажный воздух охлаждать, то при некоторой температуре находящийся в нем пар можно довести до насыщения. При дальнейшем охлаждении водяной пар начнет конденсироваться в виде росы. Появляется туман, выпадает роса.

Точкой росы называют температуру, при кото­рой пар, находящийся в воздухе, становится насы­щенным.

При достижении точки росы в воздухе или на предметах, с которыми он соприкасается, начи­нается конденсация водяного пара.

Точка росы характеризует влажность воздуха.

Для определения влажности воздуха используются приборы, которые называются гигрометрами и психрометрами.

Гигрометры бывают двух видов – конденсационные и волосные.

Конденсационный гигрометр

С помощью конденсационного гигрометра можно определить абсолютную влажность воздуха по точке росы.

Он представляет собой металлическую коробочку. Ее передняя стенка хорошо отполирована и окружена также отполированным кольцом. Между стенкой и кольцом расположена теплоизолирующая прокладка.

К коробочке подсоединена резиновая груша и вставлен термометр.

Если в коробочку налить легко испаряющуюся жидкость (эфир), то продувая воздух через коробочку с помощью груши, можно вызвать сильное испарение эфира и быстрое охлаждение коробочки.

На полированной поверхности появляются капельки росы. По термометру замечают температуру, при которой они появились. Это и есть точка росы, так как появление росы свидетельствует, что пар стал насыщенным.

По таблице плотности насыщенного водяного пара определяют абсолютную влажность воздуха.

Волосной гигрометр

Действие основано на свойстве человеческого волоса удлиняться при увеличении относительной влажности воздуха. Стрелка на шкале показывает относительную влажность воздуха.

Психрометр

Это прибор для определения влажности воздуха.

Состоит из двух термометров. Один показывает температуру воздуха, второй обмотан тканью, конец которой опущен в воду.

Вода с ткани испаряется и термометр охлаждается.

Чем больше относительная влажность, тем интенсивней идет испарение, тем больше разность показаний термометров.

По разности показаний «сухого» и «влажного» термометров по специальным таблицам определяют относительную влажность воздуха.

Нормальная влажность воздуха в жилых помещениях около 60%. Днем с возрастанием температуры, а значит, с ростом давления, влажность убывает. Ночью, наоборот, относительная влажность возрастает.

КИПЕНИЕ ЖИДКОСТИ(уч.10кл.стр.296-299,уч.8кл.стр.44-45)

Физика кипения

Определение кипения

Определение температуры кипения

Зависимость температуры кипения от давления.

(Пример опреснительной установки)

Неизменность температуры кипения

Критическая температура

Понятие перегретой жидкости.

Испарение происходит с поверхности жидкости при любой температуре.

При определенных условиях процесс парообразования может происходить и внутри жидкости.

Кипение – парообразование, происходящее во всем объеме жидкости при определенной температуре.

Кипение – это интенсивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объему жидкости при определенной температуре.

При этой температуре, называемой температурой кипения, всплывают и лопаются

многочисленные пузырьки пара, вызывающие характерное бурление жидкости.

Температуру, при которой жидкость кипит, называют температурой кипения.

Во время кипения температура жидкости не меняется.

В жидкости всегда присутствуют растворенные газы, которые выделяются на дне и стенках сосуда, а так же на взвешенных в жидкости пылинках. Пары жидкости, которые находятся внутри пузырьков, являются ненасыщенными.

С увеличением температуры давление насыщенных паров возрастает, пузырьки увеличиваются в размерах. Под действием выталкивающей силы они всплывают.

Если верхние слои жидкости имеют более низкую температуру, то в этих слоях происходит конденсация пара в пузырьках. Давление стремительно падает и пузырьки захлопываются с характерным шумом..

При дальнейшем увеличении температуры жидкость внутри пузырьков с их поверхности испаряются молекулы жидкости. Замкнутый объем пузырька оказывается заполненным не только воздухом, но и насыщенным паром.

С повышением температуры давление насыщенного пара растет быстрее, чем давление воздуха, поэтому в достаточно нагретой жидкости давление внутри пузырька можно считать равным давлению насыщенного пара.

Увеличение объема пузырька происходит, когда давление насыщенного пара внутри него превосходит внешнее давление, равно сумме атмосферного и гидростатического давления столба жидкости.

p = pa + ρgh

При дальнейшем нагреве объем пузырька возрастает. Когда сила Архимеда превосходит силу сцепления пузырька со стенкой сосуда и силу тяжести пузырька mg, он отрывается от стенки и всплывает.

При подъеме в жидкости, имеющей постоянную температуру, пузырьки увеличиваются в объеме в соответствии с законом Бойля-Мариотта, так как внешнее давление по мере всплытия уменьшается.

Всплывшие пузырьки начинают лопаться, когда давление насыщенного пара, которым они наполнены, будет превосходить атмосферное давление:

pнп > pa

Температура кипения – температура, при которой давление насыщенного пара жидкости превосходит внешнее давление на жидкость.

Температура кипения зависит от внешнего давления на жидкость.

Температура кипения жидкости остается постоянной в процессе кипения

Это происходит потому, что вся подводимая к жидкости энергия расходуется на превращение ее в пар. (Каждый лопнувший пузырек охлаждает жидкость)

Зависимость давления насыщенного пара от температуры объясняет, почему температура кипения жидкости зависти от давления на ее поверхность. Кипение начинается при температуре, при которой давление насыщенного пара в пузырьках сравнивается с давлением в жидкости.

Чем больше внешнее давление, тем выше температура кипения.

Кипение начинается при температуре, при которой давление насыщенного пара в пузырьках сравнивается с давлением в жидкости. Чем больше внешнее давление, тем выше температура кипения.

У каждой жидкости своя температура кипения, которая зависит от давления насыщенного пара. Чем выше давление насыщенного пара, тем ниже температура кипения.

При увеличении температуры жидкости увеличивается давление насыщенного пара и одновременно растет его плотность. Плотность жидкости, находящейся в равновесии со своим паром, уменьшается вследствие расширения жидкости при нагревании.

Зависимость плотностей жидкости и ее насыщенного пара от температуры при постоянном объеме.

При некоторой температуре, называемой критической, плотности жидкости и пара сравняются.

Критическая температура – это температура, при которой исчезают различия в физических свойствах между жидкостью и ее насыщенным паром.

При критической температуре плотность и давление насыщенного пара становятся максимальными, а плотность жидкости , находящейся в равновесии с паром, - минимальной.

Особое значение критической температуры состоит в том, что при температуре выше критической ни при каких давлениях газ нельзя обратить в жидкость. Газ, имеющий температуру ниже критической, представляет собой ненасыщенный пар.

Понижение температуры кипения при понижении давления используется в опреснительных установках.

Жидкость, не содержащая газа и находящаяся в сосуде, со стенок которого удален газ, не кипит.

Жидкость, нагретая до температуры, превышающей температуру кипения при нормальном давлении, называется перегретой.

ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ (уч.10кл.стр.299-302)

Особенности взаимодействия молекул поверхностного слоя

Поверхностное натяжение. Определение.

Поверхностная энергия. Определение. Формула

Сила поверхностного натяжения

Единица и обозначение поверхностного натяжения.

На границе с паром жидкость образует свободную поверхность.

Внутри жидкости результирующая сила притяжения, действующая на молекулу со стороны соседних молекул, равна нулю.

Молекулы поверхностного слоя притягиваются только внутрь жидкости. На поверхности остается такое число молекул, при котором площадь поверхности жидкости оказывается минимальной при данном объеме. Поэтому жидкость при отсутствии силы тяжести или когда она уравновешена силой Архимеда (например: капля масла в спирте), принимает сферическую форму при одном и том же объеме.

Тоже можно наблюдать при свободном падении капель жидкости и в состоянии невесомости.

Молекулы поверхностного слоя оказывают молекулярное давление на жидкость, стягивая ее поверхность к минимуму.

Поверхностное натяжение – явление молекулярного давления на жидкость, вызванное притяжением молекул поверхностного слоя к молекулам внутри жидкости.

Это притяжение обуславливает дополнительную потенциальную энергию молекул на поверхности жидкости.

Поверхностная энергия – дополнительная потенциальная энергия молекул поверхностного слоя жидкости.

Энергия поверхностного слоя жидкости пропорциональна его площади:

Eпов = σS

σ – поверхностное натяжение - коэффициент, характеризующий энергию молекул на единице площади поверхности жидкости Н*м.

Сила поверхностного натяжения – сила, направленная по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно участку контура, ограничивающего поверхность, в сторону ее сокращения.

Рассмотрим опыт с мыльной пленкой на прямоугольнике с подвижной перемычкой.

В отсутствии внешней силы вдоль поверхности жидкости действует сила поверхностного натяжения, которая сокращает к минимуму площадь поверхности пленки. Подвижная перемычка смещается влево.

При равномерном растяжении пленки внешней силой F0, она совершает работу:

A = F0Δx

Вдоль поверхности пленки действуют равные силы поверхностного натяжения F1 и F2 (от двух половинок рамки).

F1 = F2 = Fпов/2

При равновесии перемычки:

F0 = F1 + F2 = Fпов

В процессе растяжения поверхности жидкости ( в отличии от растяжения резины) среднее расстояние между молекулами не изменяется. Увеличиваясь, поверхность жидкости заполняется молекулами внутренних слоев. Число молекул и соответственно энергия поверхностного слоя жидкости увеличиваются:

 ΔEпов = σΔS

В соответствии с законом сохранения энергии (учитывая, что ΔS = 2l Δx):

2FповΔx = σΔS = σ 2l Δx

Сила поверхностного натяжения прямо пропорциональна длине l границы поверхностного слоя:

Fпов = σ l

σ - поверхностное натяжение, характеризующее силу поверхностного натяжения, действующую на единицу длины поверхности (Н*м)

Чем меньше поверхностное натяжение, тем легче жидкость проникает в ткань.

(Например, высокая проникающая способность мыльного раствора объясняется его малым поверхностным натяжением)

СМАЧИВАНИЕ И КАППИЛЯРНОСТЬ (уч.10кл.стр.303-306)

Примеры и физика процесса смачивания.

Определение смачивания

Условия смачивания

Мениск

Угол смачивания

Капиллярность

Поведение жидкости в капилляре

Формула высоты подъема жидкости в каппиляре

Сферическая форма капли жидкости при соприкосновении с поверхностью твердого тела не сохраняется. Изменение формы зависит от свойств жидкости и твердого тела.

Если сила притяжения между молекулами жидкости и твердого тела Fж-т больше, чем силы притяжения между молекулами жидкости Fж, то жидкость смачивает поверхность.

Если сила притяжения между молекулами жидкости и твердого тела Fж-т меньше, чем силы притяжения между молекулами жидкости Fж, то жидкость не смачивает поверхность.

Примеры:

вода смачивает стекло Fжт > Fж

вода не смачивает парафин Fжт < Fж

Смачивание – искривление поверхности жидкости у поверхности твердого тела в результате взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела.

Смачивание твердых поверхностей жидкостью характеризуется мениском и углом смачивания.

Мениск – форма поверхности жидкости вблизи стенки сосуда.

Мениск зависит от того, смачивает или не смачивает жидкость стенки сосуда.

Угол смачивания θ – угол между плоскостью, касательной к поверхности жидкости, и стенкой.

Для смачивающей жидкости угол смачивания острый θ < 90o

Для несмачивающей жидкости угол смачивания тупой θ < 90o

В широких сосудах силы притяжения между молекулами твердого тела и жидкости удерживают в виде мениска лишь незначительную часть жидкости. Основная поверхность – горизонтальная. В узких сосудах (капиллярах) масса жидкости невелика и наблюдается явление капиллярности.

Капиллярность – явление подъема или опускания жидкости в капиллярах.

Смачивающая жидкость поднимается в каппиляре. Fжт > Fж

Несмачивающая жидкость опускается в капилляре. Fжт < Fж

Подъем жидкости в капилляре происходит пока результирующая сила, действующая на жидкость вверх, не уравновесится силой тяжести столба жидкости высотой h:

Fв = mg

Жидкость, не смачивающая стенки капилляра, опускается в нем на расстояние h.

Согласно третьему закону Ньютона сила Fв, действующая на жидкость, равна силе поверхностного натяжения Fпов, действующей на стенку по линии соприкосновения ее с жидкостью:

Fв = Fпов

Fв = mg (вес столба жидкости в капилляре)

Fпов = σ 2πr

2πr - длина контура окружности капилляра

σ – поверхностное натяжение жидкости (См.выше «Поверхностное натяжение»)

Масса жидкости m = ρV = ρ πr2h

ρ – плотность жидкости

Высота подъема жидкости в капилляре( учитывая что σ 2πr = ρ πr2h g) :

h =

Высота подъема жидкости в капилляре зависит от свойств жидкости (ее поверхностного натяжения σ и плотности ρ)

Чем меньше радиус капилляра, тем выше высота подъема жидкости в капилляре.

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ И АМОРФНЫЕ ТЕЛА (уч.10кл.стр.312-317)

Деление тел по характеру относительного расположения частиц

Определение кристаллической решетки

Определение монокристалла и поликристалла. Примеры

Типы кристаллических решеток

Полиморфизм

Анизотропия

Изотропия

Физические свойства веществ различной кристаллической структуры

Определение аморфных тел. Примеры

Композиты

По характеру взаимного расположения частиц твердые тела делятся на три вида:

- кристаллические

- аморфные

- композиты

Принадлежность к тому или иному виду определяется химическим составом.

Кристаллы – это твердые тела, атомы или молекулы которых занимают определенные, упорядоченные положения в пространстве.

Кристаллическая решетка – пространственная структура с регулярным, периодически повторяющимся расположением частиц.

Положения равновесия, относительно которых происходят тепловые колебания частиц, являются узлами кристаллической решетки.

Различаются четыре типа кристаллической решетки:

1) Ионные кристаллы – большинство неорганических соединений, например соли, окиси металлов;

2) Атомные кристаллы – кристаллические решетки полупроводников, многие органические твердые тела;

3) Молекулярные кристаллы – бром, метан, нафталин, парафин, многие твердые органические соединения;

4) Металлические кристаллы – металлы.

Монокристалл – твердое тело, частицы которого образуют единую кристаллическую решетку.

Поликристалл – твердое тело, состоящее из беспорядочно ориентированных монокристаллов.

Полиморфизм – существование различных кристаллических структур у одного и того же вещества.

Пример – алмаз, графит, фурелен – три разновидности углерода.

Кристаллы по разному проводят теплоту и ток в различных направлениях. От направления зависят и оптические свойства кристаллов.

Физические свойства кристаллических тел неодинаковы в различных направлениях.

Это свойство кристаллов называется анизотропностью или анизотропией..

(греческое «анизос» – неравный, «тропос» – направление)

Анизотропия – зависимость физических свойств от направления внутри кристалла.

Изотропия – независимость физических свойств вещества от направления.

Анизотропия объясняется неодинаковой плотностью расположения частиц в кристаллической решетке в разных направлениях. Практически все кристаллические тела анизотропны.

Анизотропия механических, тепловых, электрических и оптических свойств кристаллов объясняется тем, что при упорядоченном расположении атомов, молекул или ионов силы взаимодействия между ними и межатомные расстояния оказываются неодинаковыми по различным направлениям.

Каждый маленький монокристалл поликристаллического тела анизотропен, но поликристаллическое тело изотропно.

Не все твердые тела – кристаллы.

Аморфные тела - твердые тела, для которых характерно неупорядоченное расположение частиц в пространстве.

Аморфные тела не имеют определенной формы в своей структуре строения атома или молекулы, не имеют кристаллической решетки, обладают свойством изотропии.

Все аморфные тела изотропны.

В отличие от жидкостей подвижность частиц в аморфных телах мала. Перескоки из одного положения в другое редки. С ростом температуры перескоки частиц учащаются.

В отличие от кристаллических тел определенной температуры плавления у аморфных тел нет.

Аморфные тела при низких температурах по своим свойствам напоминают твердые тела.

При кратковременных внешних воздействиях аморфные тела ведут себя как твердые, при продолжительном воздействии – текут.

Они занимают промежуточное положение между жидкостями и твердыми телами.

Атомы и молекулы аморфных тел, как и в жидкости, имеют определенное время «оседлой» жизни – время колебаний около положения равновесия, но по сравнению с жидкостью это время велико.

Аморфные тела являются изотропными – у них нет строгого порядка в расположении атомов. Их, физические свойства одинаковы по всем направлениям.

Примерами аморфных тел могут служить куски затвердевшей смолы, янтарь, стекло, резина, пластмассы.

Одно и тоже вещество может находится как в кристаллической, так и в аморфной формах. Например, SiO2 – кристаллическая форма – кварц, аморфная - кремнезем.

В композитах атомы располагаются трехмерно упорядоченно в определенной области пространства, но этот порядок не повторяется с регулярной периодичностью.

Композиты – (дерево, бетон, кость, фибергласс) состоят из различных, связанных друг с другом материалов.

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ПРИ ИЗМЕНЕНИЯХ АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА(уч.10кл.стр.218-224, 309-312,уч.8кл.стр.48-50)

Виды агрегатного состояния вещества

Агрегатные переходы

Твердое тело. Определение и свойства

Жидкое тело. Определение и свойства

Газообразное тело. Определение и свойства. Кинетическая энергия молекул (уч.10кл.стр.223)

Плазма. Определение и свойства (уч.10кл.стр.224)

(ДОБАВИТЬ ПРО ЭНЕРГИЮ)

Физика процесса кристаллизации (уч.10кл.стр.309)

Определение процесса кристаллизации

Условия процесса кристаллизации

Физика процесса плавления

Определение плавления

Удельная теплота плавления. Обозначение. Формула. Единицы измерения

Удельная теплота кристаллизации. Обозначение. Формула. Единицы измерения

Удельная теплота парообразования и конденсации.(уч.8кл.стр.48-50)

Виды и характеристики агрегатных состояний вещества см.выше.

Рассмотрим фазовый переход жидкость-твердое тело

При охлаждении из-за уменьшения кинетической энергии молекулы начинают задерживаться около положений устойчивого равновесия.

Переход вещества из жидкого состояния в твердое называют отвердеванием или кристаллизацией.

Температуру, при которой вещество отвердевает (кристаллизуется), называют температурой отвердевания или кристаллизации.

Кристаллизация (затвердевание) – фазовый переход вещества из жидкого состояния в кристаллическое (твердое)

Кристаллизация возникает при охлаждении жидкости. Сжатия жидкости при кристаллизации не происходит, так как молекулы в жидкости упакованы так же плотно, как и в твердом теле.

При кристаллизации жидкости происходит резкий, скачкообразный переход от неупорядоченного расположения частиц к упорядоченному.

При отвердевании средняя кинетическая энергия и скорость молекул в охлажденном расплавленном веществе уменьшаются. Силы притяжения могут удерживать медленно движущиеся молекулы друг относительно друга. Вследствие этого расположение частиц становится упорядоченным – образуется кристалл.

Выделяющаяся при кристаллизации энергия расходуется на поддержание постоянной температуры (участок EF на графике) Внутренняя энергия вещества при этом уменьшается.

Кристаллизация облегчается, если в жидкости присутствуют какие-либо частички, например пылинки. Они становятся центрами кристаллизации.

Переход вещества из твердого состояния в жидкое называют плавлением.

Температура, при которой вещество плавится, называют температурой плавления.

Плавление – фазовый переход вещества из кристаллического (твердого) состояния в жидкое.

Плавление – процесс обратный кристаллизации.

При повышении температуры твердого тела возрастает кинетическая энергия колебания его молекул и амплитуда их колебаний. При определенной температуре, называемой температурой плавления, кинетическая энергия частиц становится достаточной для их перескакивания в соседнее положение. Твердое тело переходит в жидкое состояние.

Плавление твердого тела происходит при той же температуре, при которой это же вещество отвердевает.

При плавлении кристаллическая решетка разрушается.

Подводимое количество тепла идет на разрушение кристаллической решетки, т.е. на увеличение потенциальной энергии молекул.

Средняя кинетическая энергия молекул при плавлении не изменяется.

Количество теплоты, требуемое для расплавления тела, пропорционально его массе:

Qпл = λm

λ – удельная теплота плавления

Удельная теплота плавления λ – количество теплоты, необходимое для плавления 1 кг вещества при температуре плавления (и нормальном атмосферном давлении)

Единица измерения – Дж/кг

При температуре плавление внутренняя энергия вещества в жидком состоянии больше внутренней энергии такой же массы вещества в твердом состоянии.

При отвердевании(кристаллизации) кристаллического вещества выделяется точно такое же количество теплоты, которое поглощается при его плавлении.

Qкр = - λm

Поэтому λ называется еще удельной теплотой кристаллизации.

В течении всего времени плавления и отвердевания температура не меняется.

Лишь после полного плавления льда или полного превращения воды в лед температура начинает меняться.

Удельная теплота парообразования

Разные жидкости одной и той же массы требуют разное количество теплоты для обращения в пар при температуре кипения.

Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо для обращения 1 кг жидкости в пар без изменения температуры, называется удельной теплотой парообразования.

Единица измерения – Дж/кг Обозначение – L

Количество теплоты, необходимое для превращения жидкости в пар при температуре кипения:

Q = L m

Следовательно, при температуре кипения внутренняя энергия вещества в парообразном состоянии больше внутренней энергии такой же массы вещества в жидком состоянии.

Конденсируясь, пар отдает такое же количество энергии, которое пошло на его образование:

Qконд = L m

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА, ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА, ТЕМПЕРАТУРЫ, ПЛОТНОСТИ ВЕЩЕСТВА

ДОБАВИТЬ ИЗ ДРУГОГО ИСТОЧНИКА

Атмосферный воздух представляет собой смесь различных газов и водяного пара. Каждый из газов вносит свой вклад в суммарное давление, производимое воздухом на находящиеся в нем тела.

Давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали, называют парциальным давлением водяного пара.

В атмосфере всегда содержится некоторое количество водяных паров. Степень влажности является одной из существенных характеристик погоды и климата и имеет во многих случаях практическое значение.

Для характеристики влажности используется ряд величин.

Абсолют­ной влажностью р называется масса водяного пара, содержащегося в единице объёма воздуха.

Обычно она измеряется в г/м3.

Абсолютная влажность связана с парциальным давлением Р водяного пара уравнением Менделеева – Клайперона

pV = RT

Отсюда p = = ρ, так как ρ = - плотность водяного пара.

V - объём, занимаемый паром

m - масса водяного пapa

Т – абсолютная температура водяного пapa

m — молярная масса водяного пapa

R — универсальная газовая постоянная

В определённом объёме воздуха при данных условиях количество во­дяного пара не может увеличиваться беспредельно, поскольку существует какое-то предельное количество паров, после чего начинается конденса­ция пара. Отсюда появляется понятие максимальной влажности.

Макси­мальной влажностью pm называют наибольшее количество водяного па­ра в граммах, которое может содержаться в 1 м3 воздуха при данной тем­пературе (по смыслу это есть частный случай абсолютной влажности).

По­нижая температуру воздуха, можно достичь такой температуры, начиная с которой пар начнёт превращаться в воду — конденсироваться. Такая температура носит название точки росы.

Степень насыщенности воздуха во­дяными парами характеризуется относительной влажностью.

Относительной влажностью воздуха  называют отношение парциального давления p водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению po насыщенного пара при той же температуре, выраженное в процентах:

Так как давление насыщенного пара тем меньше, чем меньше температура, то при охлаждении воздуха находящийся в нем водяной пар при некоторой температуре становится насыщенным.

Температура tp, при которой находящийся в воздухе водяной пар становится насыщенным, называется точкой росы.

По точке росы можно найти давление водяного пара в воздухе. Она равно давлению насыщенного пара при температуре, равной точке росы. По значениям давления пара в воздухе и давления насыщенного пара при данной температуре можно определить относительную влажность воздуха.

Методы определения влажности:

1. Наиболее точным является весовой метод.

Для определения влажно­сти воздуха его пропускают через ампулы, содержащие вещества, хорошо поглощающие влагу. Зная увеличение массы ампул и объём пропущенного воздуха, определяют абсолютную влажность.

2. Гигрометрические методы.

Установлено, что некоторые волокна, в том числе человеческий волос, изменяют свою длину в зависимости от от­носительной влажности воздуха. На этом свойстве основан прибор, назы­ваемый гигрометром.

Имеются и другие типы гигрометров, в том числе и электрические.

З. Психрометрический метод — это наиболее распространенный ме­тод измерения.

Пусть два одинаковые тер­мометра находятся в одинаковых условиях и имеют одинаковые показания. Если же баллончик одного из термометров будет смочен, например, обернут мокрой тканью, то показания окажутся различными. Вследствие испарения воды с ткани так называемый влажный термометр показывает более низкую температуру, чем сухой. Чем меньше относительная влажность окружающего воздуха, тем интенсивнее будет испарение и тем ниже показание влажного термометра. Из показаний термометров определяют разность температур и по специальной таблице, называемой психрометрической, определяют относительную влажность воздуха.

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ (уч.10кл.стр.347 )

Электродинамика изучает электромагнитное взаимодействие заряженных частиц.

Электродинамика – это наука о свойствах и закономерностях поведения особого вида материи – электромагнитного поля, осуществляющего взаимодействие между электрически заряженными телами или частицами.

Электростатика – раздел электродинамики, изучающий взаимодействие неподвижных (статических) электрических зарядов.

Среди четырех типов взаимодействий, открытых наукой, - гравитационных, электромагнитных, сильных (ядерных) и слабых – именно электромагнитные взаимодействия занимают первое место по широте и разнообразию проявлений.

ЭЛЕКТРОСТАТИКА

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ (уч.10кл.стр.376-377, 406-407)

Электрический заряд – физическая величина, определяющая силу электромагнитного взаимодействия.

Существует два вида электрического заряда – положительный и отрицательный.

Минимальным положительным зарядом обладает протон.

Минимальным отрицательным – электрон.

Электрический заряд дискретен: суммарный положительный заряд тела кратен заряду протона, суммарный отрицательный – заряду электрона.

Суммарный заряд электронейтральных тел равен нулю.

Заряды одинакового знака отталкиваются.

Заряды противоположных знаков притягиваются.

Закон сохранения заряда:

в электрически изолированной системе алгебраическая сумма зарядов остается постоянной.

Сила электростатического взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме определяется законом Кулона.

F12 = k

k = = 9*109 Нм2/Кл2

e0 = 8,85*10-12 Кл2/(Нм2) – электрическая постоянная

Система статических зарядов не может быть устойчивой.

Взаимодействие между зарядами передается электромагнитным полем, источником которого являются заряды.

Электромагнитное поля распространяется в пространстве со скоростью света.

Электрическое поле в данной точке характеризуется напряженностью поля.

Напряженность поля – векторная физическая величина, равная отношению силу Кулона, действующей на пробный положительный заряд в данной точке, к величине этого заряда

 (Н/Кл)

Напряженность электростатического поля точечного положительного заряда на расстоянии r от него:

E = k

Сила, действующая на точечный положительный заряд, помещенный в электростатическое поле напряженность Е

Линии напряженности электростатического поля – линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают по направлению с вектором напряженности электростатического поля.

Напряженность электростатического поля пропорциональна степени сгущения силовых линий.

Принцип суперпозиции электростатических полей:

напряженность поля системы зарядов равна геометрической (векторной) сумме напряженностей полей, созданных каждым зарядом в отдельности

Внутри заряженной сферы напряженность электростатического поля равна нулю.

Вне заряженной сферы напряженность электростатического поля совпадает с напряженностью поля точечного заряда, равного заряду сферы и помещенного в ее центр.

Напряженность поля бесконечной заряженной плоскости зависит от поверхностной плотности заряда и не зависит от расстоянии до плоскости

E = (для вакуума)

Электростатическое поле – потенциально

Работа сил электростатического поля по перемещению заряженной частицы из одной точки в другую не зависит от формы траектории.

Точечный заряд +q, находящийся на расстоянии r от неподвижного точечного заряда +Q, обладает потенциальной энергией

W+q =

Потенциал электростатического поля в данной точке – физическая величина, равная отношению потенциальной энергии пробного заряда в этой точке к величине его заряда.

φ =

1 В = 1 Дж/Кл

Потенциал электростатического поля точечного заряда

φ =

Потенциальная энергия заряда в точке с потенциалом φ

Wq = qφ

Эквипотенциальная поверхность – поверхность, во всех точках которой потенциал одинаков

Линии напряженности электростатического поля перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям и направлены от большего потенциала к меньшему.

Работа силы электростатического поля равна произведению величины перемещаемого заряда на разность потенциалов в начальной и конечной точках

Aq = qU

Разность потенциалов в однородном поле между двумя точками, находящимися на расстоянии d друг от друга, вдоль линии напряженности Е

U = Ed

Проводник – вещество, в котором свободные заряды могут перемещаться по всему объему

Диэлектрик – вещество, содержащее только связанные заряды, которые не могут независимо друг от друга перемещаться под действием электрического поля.

Полупроводник – вещество, в котором количество свободных зарядов зависит от внешних условий (температуры, электрического поля)

Относительная диэлектрическая проницаемость среды e – число, показывающее во сколько раз напряженность электростатического поля в однородном диэлектрике меньше соответствующей напряженности в вакууме.

Электроемкость уединенного проводника – физическая величина, равная отношению заряда проводника к его потенциалу

C =

Единица измерения – Ф (фарада)

1 Ф = 1 Кл/В

Электроемкость конденсатора – физическая величина, равная отношению заряда одного из проводников к разности потенциалов между этим проводником и соседним

C =

Электроемкость плоского конденсатора с диэлектриком

C =

S – площадь пластин

d – расстояние между пластинами

e - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика

Энергия, запасенная в электростатическом поле конденсатора

W =  =

Объемная плотность энергии пропорциональна квадрату напряженности поля.

w =

ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ ТЕЛ(уч.10кл.стр.350-352)

Определение и примеры

Физическая модель процесса электризации

Способы электризации тел и примеры их использования

Непосредственное действие электромагнитных сил между телами не обнаруживается, так как тела в обычном состоянии электрически нейтральны. Нейтрален атом любого вещества, число электронов в нем равно числу протонов в ядре. Положительно и отрицательно заряженные частицы связаны друг с другом электрическими силами и образуют нейтральные системы.

Макроскопическое тело заряжено электрически в том случае, если оно содержит избыточное количество элементарных частиц с каким-либо одним знаком. Так, отрицательный заряд обусловлен избытком электронов по сравнению с числом протонов, а положительный – недостатком электронов.

Электризация – процесс получения электрически заряженных макроскопических тел из электронейтральных

Первые наблюдения притяжения и отталкивания тел в результате трения отмечены в Греции в VI в.д.н.э. После полировки янтарь притягивал кусочки бумаги, волосы.

Взаимодействие тел в результате трения было названо электрическим (от греч. electron – янтарь)

Степень электризации тел характеризуется значением и знаком электрического заряда, полученного телом.

Каучук, натертый о мех, оказывается отрицательно заряженным.

Стекло, натертое о шелк, - положительно заряженным.

При этом мех заряжается положительно, а шел – отрицательно.

 Причина электризации – в различии энергии связи электрона с атомом у разных веществ. При взаимном трении одни вещества отдают электроны, а другие их присоединяют.

Заряды взаимодействующих при электризации веществ равны по модулю.

(см. закон сохранения заряда)

С помощью опыта можно доказать, что при электризации трением ода тела приобретают заряды, противоположные по знаку, но одинаковые по модулю.

Заряды приобретаемые при электризации всегда кратны заряду электрона «е» и являются дискретными.

Существует три способа электризации тел:

1. Электризация через трение - трибоэлектризация.

2. Электризация наведением (явление электростатической индукции).

3. Электризация с помощью электритирования. РАСШИФРОВАТЬ ПОНЯТИЕ

Электрические заряды сохраняются на заряженных телах различное время в зависимости от способа электризации: трением или наведением – короткое время; электритированием - - годы и десятки лет.

При трении стекла об асбест, стекло заряжается отрицательно, а асбест – положительно.

Это означает, что одно и тоже вещество при трении с различными веществами может получать заряд разного знака.

Электризация вещества может происходить не только в результате трения, но и в результате соприкосновения с заряженным телом, нагревании, световом облучении и т.д.

Электризация при облучении используется, например, в ксероксе.

При электризации тел выполняется закон сохранения электрического заряда:

В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной

q1 + ... + qn = const

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД(уч.10кл.стр.347-349,356)

Определение электродинамики и электростатики

Электромагнитное взаимодействие

Определение электрического заряда

Единица измерения.

Эталон заряда(уч.10кл.стр.356 см. закон Кулона)

Виды электрических зарядов

Элементарный электрический заряд (элементарные частицы)

Квантование заряда

Закон сохранения заряда (см.ниже)

Если частицы взаимодействуют друг с другом с силами, которые убывают с увеличением расстояния так же, как и силы всемирного тяготения, но превышают силы тяготения во много раз, то говорят, что эти частицы имеют электрический заряд. Сами частицы называются заряженными. Бывают частицы без электрического заряда, но не существует заряда без частицы.

Взаимодействия между заряженными частицами носят название электромагнитных. Электрический заряд определяет интенсивность электромагнитных взаимодействий подобно тому, как масса определяет интенсивность гравитационных взаимодействий.

Наличие электрического заряда у частиц означает лишь существование определенных силовых взаимодействий между ними.

Понятие заряда является фундаментальным и не может быть сведено или выражено через другие понятия.

Способность частиц (или тел) к электромагнитному взаимодействию характеризует электрический заряд.

Электрический заряд – физическая величина, определяющая силу электромагнитного взаимодействия.

Создать макроскопический эталон единицы электрического заряда невозможно из-за утечки заряда. Естественно было бы за единицу принять заряд электрона, что и сделано в атомной физике, но этот заряд слишком мал и поэтому пользоваться им в качестве единицы неудобно.

В СИ единица заряда является не основной, а производной и эталон для нее не вводится. Она определяется с помощью Ампера – основной единицы СИ.

Единица электрического заряда – Кл (Кулон) (в честь французского ученого Кулона Шарля Огюстена)

Обозначение - q

Кулон – электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока в 1 А за 1 с

Существует два вида электрических зарядов – положительные и отрицательные.

Выбор названия зарядов был исторической случайностью.

Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются.

Носителями заряда могут быть элементарные частицы, атомы, молекулы, макроскопические тела.

Экспериментально было установлено, что существует минимальное значение электрического заряда, одинаковое по модулю для положительных и отрицательных зарядов. Отделить часть такого заряда невозможно.

Если элементарная частица имеет заряд, то его значение, как показали опыты, строго определено. (Опыт Милликена-Иоффе по определению заряда электрона)

Наименьший электрический заряд имеют элементарные частицы.

Протон обладает минимальным положительным зарядом,

электрон – минимальным отрицательным

е = 1.6 *10-19 Кл

Результирующий заряд атома или молекулы складывается из зарядов протонов и электронов, входящих в их состав

Q = ne

e = 1,6*10-19 Кл минимальный заряд

Квантование заряда:

Электрический заряд дискретен (квантован)

Суммарный заряд пропорционален величине минимального заряда.

Макроскопические тела, состоящие из нейтральных атомов, электрически нейтральны.

Нарушение электронейтральности возможно при удалении электронов из электронных оболочек атомов или при добавлении электронов к электронным оболочкам.

Атомы с удаленными или добавленными электронами приобретают заряд и называются ионы.

Обозначение: Li+ Li- - однозарядные положительный и отрицательный ионы.

При удалении электронов – ионизации – тело заряжается положительно.

Обычно результирующий избыточный заряд тела много меньше полного заряда протонов и электронов в отдельности, так как удается ионизовать лишь незначительную часть атомов образца.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЗАРЯДОВ(уч.10кл.стр.347-349,)

См.выше Электрический заряд. Определение. Квантование (уч.10кл.стр.347-349)

ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД(уч.10кл.стр.347-349)

См.выше Электрический заряд. Определение. Квантование (уч.10кл.стр.347-349)

Элементарный электрический заряд (элементарные частицы)

Заряд макротела

Квантование заряда

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА(уч.10кл.стр.352-353)

Понятия электрически изолированной системы

Закон сохранения заряда. Формулировка и формула

Физический смысл закона сохранения заряда

Зависимость закона от системы отсчета

Электрически изолированная система – система тел, через границу которой не проникают заряды.

В результате взаимодействия тел внутри электрически изолированной системы заряды перераспределяются между телами. Полный заряд такой системы не изменяется.

Закон сохранения заряда:

Алгебраическая сумма электрических зарядов изолированной системы постоянна.

Q1 + … + Qn = const

n – число зарядов в системе

В соответствии с законом сохранения заряда разноименные заряды рождаются и исчезают попарно.

Закон сохранения заряда имеет глубокий смысл. Если число заряженных элементарных частиц не меняется, то выполнение закона сохранения заряда очевидно. Но элементарные частицы могут превращаться друг в друга, рождаться и исчезать, давая начало новым частицам.

Однако во всех случаях заряженные частицы рождаются только парами с одинаковым по модулю и противоположным по знаку зарядом. Исчезают заряженные частицы тоже только парами, превращаясь в нейтральные.

Во всех случаях сумма зарядов остается постоянной.

Закон сохранения заряда справедлив в любой инерциальной системе отсчета.

Наблюдатели в разных инерциальных системах отсчета, измеряя один и тот же заряд, получают одно и тоже значение.

Причина закона сохранения заряда до сих пор не известна.

ЗАКОН КУЛОНА(уч.10кл.стр.354-362)

Основной закон электростатики. Понятие точечного заряженного тела.

Измерение силы взаимодействия зарядов с помощью крутильных весов. Опыты Кулона

Определение точечного заряда

Закон Кулона. Формулировка и формула

Сила Кулона

Определение единицы заряда

Коэффициент в законе Кулона

Сравнение электростатических и гравитационных сил в атоме

Равновесие статических зарядов и его физический смысл (на примере трех зарядов)

Основной закон электростатики – закон взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел.

Установлен Шарлем Огюстеном Кулоном в 1785 году и носит его имя.

В природе точечных заряженных тел не существует, но если расстояние между телами во много раз больше их размеров, то ни форма, ни размеры заряженных тел существенно не влияют на взаимодействия между ними. В током случае эти тела можно рассматривать, как точечные.

Сила взаимодействия заряженных тел зависит от свойств среды между ними. Опыт показывает, что воздух очень мало влияет на силу этого взаимодействия и она оказывается почти такой же как в вакууме.

Опыт Кулона

Первые результаты по измерению силы взаимодействия зарядов получены в 1785 г. французским ученым Шарлем Огюстеном Кулоном

Для измерения силы использовались крутильные весы.

Маленькая тонкая незаряженная золотая сфера на одном конце изолирующего коромысла, подвешенного на упругой серебряной нити, уравновешивалась на другом концу коромысла бумажным диском.

Поворотом коромысла она приводилась в контакт с такой же неподвижной заряженной сферой, в результате чего ее заряд делился поровну между сферами.

Диаметр сфер выбирался много меньше расстояния между ними, чтобы исключить влияние размеров и формы заряженных тел на результаты измерений.

Точечный заряд – заряженное тело, размер которого много меньше расстояния его возможного действия на другие тела.

Сферы, имеющие одноименные заряды, начинали отталкиваться, закручивая нить. Угол поворота был пропорционален силе, действующей на подвижную сферу.

Расстояние между сферами измерялось по специальной градуировочной шкале.

Разряжая сферу 1 после измерения силы и соединяя ее вновь с неподвижной сферой, Кулон уменьшал заряд на взаимодействующих сферах в 2,4,8 и т.д. раз,

Закон Кулона:

Сила взаимодействия между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними, и направлена по прямой, соединяющей заряды.

F12 = k

k – коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц.

Силу F12 называю силой Кулона

Сила Кулона центральная, т.е. направлена по линии соединяющей центры зарядов.

В СИ единица заряда является не основной, а производной, и определяется с помощью Ампера – основной единицы СИ.

Кулон – электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока в 1 А за 1 с

В СИ коэффициент пропорциональности в законе Кулона для вакуума:

k = 9*109 Нм2/Кл2

Часто коэффициент записывают в виде:

k =

e0 = 8,85*10-12 Кл2/(Нм2) – электрическая постоянная

Закон Кулона записывается в форме:

F12 =  

Если точечный заряд поместить в среду с относительной диэлектрической проницаемостью e, отличную от вакуума , кулоновская сила уменьшится в e раз.

У любой среды кроме вакуума e > 1

F12 =  

Согласно закону Кулона два точечных заряда по 1 Кл, на расстоянии 1 м в вакууме, взаимодействуют с силой

F = 9*109Н

Из этой оценки видно, что заряд в 1 Кулон – очень большая величина.

На практике пользуются дольными единицами – мкКл (10-6), мКл (10-3)

1 Кл содержит 6*1018 зарядов электронов.

На примере сил взаимодействия электрона и протона в ядре можно показать, что электростатическая сила взаимодействия частиц больше гравитационной примерно на 39 порядков. Однако электростатические силы взаимодействия макроскопических тел ( в целом электронейтральных) определяются лишь очень малыми избыточными зарядами, находящимися на них, и поэтому не велики по сравнению с гравитационными, зависящими от массы тел.

Возможно ли равновесие статических зарядов?

Рассмотрим систему из двух положительных точечных зарядов q1 и q2.

Найдем, в какую точку следует поместить третий заряд, чтобы он находился в равновесии, а так же определим величину и знак этого заряда.

Статическое равновесие возникает тогда, когда геометрическая (векторная) сумма сил, действующих на тело, равна нулю.

Точка, в которой силы, действующие на третий заряд q3, могут компенсировать друг друга, находится на прямой между зарядами.

При этом заряд q3 может быть как положительным так и отрицательным. В первом случае компенсируются силы отталкивания, во втором – силы притяжения.

Учитывая закон Кулона статическое равновесие зарядов будет в случае:

k  = k

Равновесие заряда q3 не зависит ни от его величины, ни от знака заряда.

При изменении заряда q3 в равной мере меняются как силы притяжения (q3 положительный), так и силы отталкивания (q3 отрицательный)

Решив квадратное уравнение относительно x можно показать, что заряд любого знака и величины будет находится в равновесии в точке на расстоянии x1 от заряда q1:

x1 = l

Выясним устойчивым или неустойчивым будет положение третьего заряда.

(При устойчивом равновесии тело, выведенное из положения равновесия, возвращается к нему, при неустойчивом – удаляется от него)

При горизонтальном смещении силы отталкивания F31, F32 меняются из-за изменения расстояний между зарядами, возвращая заряд к положению равновесия.

При горизонтальном смещении равновесие заряда q3 устойчивое.

При вертикальном смещении, равнодействующая F31, F32 выталкивает q3

от положения равновесия вверх или вниз.

При вертикальном смещении равновесие заряда q3 неустойчивое.

Система статических зарядов не может быть устойчивой

По этой причине стабильное вещество может строиться лишь из движущихся зарядов.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

Электрическое поле существует реально. Его свойства можно исследовать опытным путем.

Поле материально; оно существует независимо от нас и от наших знаний о нем;

поле обладает определенными свойствами, которые не позволяют спутать его с чем-либо другим в окружающем мире.

Электрическое поле – особый вид материи, отличающийся от вещества.

Главное свойство электрического поля – действие его на электрические заряды с некоторой силой. По действию на заряд устанавливают существование поля, распределение его в пространстве, изучают его характеристики.

Сила, с которой электрическое поле действует на внесенный в него электрический заряд, называется электрической силой.

Электрическое поле неподвижных зарядов называют электростатическим. Оно не меняется со временем. Электростатическое поле создается только электрическими зарядами. Оно существует в пространстве, окружающем эти заряды, и неразрывно связано с ними (не может существовать поля без электрического заряда)

Доказательство реальности существования электрического поля – конечная скорость распространения электромагнитных взаимодействий.

НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ(уч.10кл.стр.363-368, 374)

Заряд – источник электромагнитного поля

Силовая характеристика электростатического поля. Пробный заряд

Определение и формула напряженности электростатического поля

Единицы измерения

Вектор напряженности

Сила действующая на заряд, помещенный в поле

Линии напряженности поля

Сгущение линий напряженности поля

Модуль напряженности

Однородное электростатическое поле.

Напряженность электрического поля точечного заряда

Напряженность электрического поля сферы (см.ниже уч.10кл.стр.374)

Напряженность электрического поля заряженной плоскости(см.ниже уч.10кл.стр.374)

Согласно идее Фарадея электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждый их них создает в окружающем пространстве электрическое поле. Поле одного заряда действует на другой, и наоборот.

По мере удаления от заряда поле ослабевает.

Основываясь на идеях Фарадея Максвелл сумел теоретически доказать, что электромагнитные взаимодействия должны распространяться в пространстве с конечной скоростью

Заряд является источником электромагнитного взаимодействия, или источником электромагнитного поля, распространяющегося в пространстве со скоростью света.

Рассмотрим действие электростатического поля точечного положительного заряда Q на пробный заряд q, помещенный в поле.

Пробный заряд должен быть настолько мал, чтобы не искажать исследуемое поле. Пробный заряд выбирают положительным по знаку.

По закону Кулона сил отталкивания, действующая на пробный заряд, зависит не только от заряда Q, но и от пробного заряда. Это неудобно для характеристики поля.

Fqo= k

Отношение силы, действующей на пробный заряд q0, к его величине не зависит от модуля заряда.

Напряженность электростатического поля – векторная физическая величина, равная отношению силы Кулона, с которой поле действует на пробный положительный заряд, помещенный в данную точку поля, к этому заряду:

Единица измерения – Н/Кл

Напряженность поля – силовая характеристика электростатического поля

Напряженность поля точечного положительного заряда обратно пропорциональна квадрату расстояние от него:

Fqo= k  ;  Þ E = k

Напряженность электростатического поля в данной точке пространства численно равна силе Кулона, с которой поле действует на пробный единичный положительный заряд, помещенный в этой точке.

Направление вектора напряженности совпадает с направлением силы Кулона, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля.

Принцип суперпозиции полей :

Если в данной точке пространства различные заряженные частицы создают электрические поля, то результирующая напряженность поля в этой точке равна векторной сумме напряженностей полей, создаваемых каждой из частиц.

Для большей наглядности электростатическое поле представляют непрерывными линиями напряженности. (В реальности таких линий не существует. Они введены лишь для наглядности представления напряженности поля в пространстве)

Линии напряженности поля – линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением вектора напряженности электростатического поля в данной точке.

Линии напряженности электростатического поля, созданного точечным положительным зарядом, направлены радиально от заряда, так как пробный положительный заряд в любой точке отталкивается от него.

Линии напряженности электростатического поля, созданного точечным отрицательным зарядом, направлены радиально к заряду, так как пробный положительный заряд в любой точке притягивается к нему.

Положительный заряд является источником линий напряженности.

Отрицательный заряд является стоком линий напряженности.

Линии напряженности поля не пересекаются.

В противном случае напряженность электростатического поля не имела бы определенного направления в точке пересечения.

Силовые линии электрического поля замкнуты, они начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных ( в том числе и расположенных «на бесконечности»)

Линии напряженности строят с определенной густотой соответствующей модулю напряженности поля. Через площадку 1 м2 проводят количество линий равное модулю Е.

Число линий, пронизывающих единицу площади, характеризует модуль напряженности поля.

Пусть для точечного положительного заряда +Q сквозь единицу поверхности сферы радиуса r вокруг заряда проходит N линий напряженности. Степень сгущения составляет:

~

Напряженность Е так же пропорциональна , значит E ~

Модуль напряженности поля пропорционален степени сгущения линий напряженности электростатического поля.

В области сгущения линий напряженности больше, в области разряжения – меньше.

Если расстояние между линиями напряженности одинаково (линии параллельны), то одинакова и напряженность поля.

Электрическое поле, векторы напряженности которого одинаковы во всех точках пространства, называется однородным.

В ограниченной области пространства электрическое поле можно считать приблизительно однородным, если напряженность поля внутри области меняется незначительно.

см. ниже «Диэлектрическая проницаемость» (уч.10кл.390-391)

Относительная диэлектрическая проницаемость среды – число, показывающее во сколько раз напряженность электростатического поля в однородном диэлектрике меньше, чем напряженности в вакууме:

e =

Обозначение - e

Следовательно, напряженность поля в диэлектрике:

E =

Напряженность электрического поля зависит от относительной диэлектрической проницаемости среды e поэтому при наличии нескольких граничащих диэлектриков на границе разрыва двух сред напряженность поля меняется скачком (линии вектора Е терпят разрыв).

Электрическое смещение

Электрическое смещение D в данной точке среды – векторная величина, численно равная произведению относительной диэлектрической проницаемости среды, электрической постоянной на напряженность поля в данной точке.

­­  = ee0

Единица измерения D - Кл/м2

Вектор D не зависит от e:

Для точечного заряда или заряженной сферы:

E =  Þ D = ee0=

Для заряженной плоскости:

E = Þ D = ee0 =

Вектор электрического смещения D не зависит от относительной диэлектрической проницаемости среды e, т.е. является одинаковым по величине во всех средах, поэтому не имеет скачка и разрыва на границе сред. (в отличие от напряженности Е)

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ ТОЧЕЧНОГО ЗАРЯДА(уч.10кл.стр.363-365, 366-368)

Напряженность электростатического поля (см.выше уч.10кл.стр.363-365)

Линии напряженности электростатического поля (см.выше)

Линии напряженности поля единичного заряда (положительного и отрицательного)

Сгущение линий напряженности поля (см.выше)

Понятие однородного электрического поля (см.выше)

Напряженность электрического поля сферы (см.ниже уч.10кл.стр.374)

ПОТЕНЦИАЛЬНОСТЬ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ(уч.10кл.стр.378-381)

Аналогия движение частицы в гравитационном и электростатическом полях

Работа сил электростатического поля при перемещении частицы в нем

Потенциальность электростатического поля.

Обозначение потенциальной энергии электростатического поля

Потенциальная энергия взаимодействия точечных зарядов. Формула(уч.10кл.стр.380)

Знаки в выражении для энергии взаимодействия поля и их физический смысл

Работа в гравитационном поле Ag = mgh

Работа в электростатическом поле Aq = Fkh = qEh

Движение частицы в гравитационном поле аналогично ее движения в электростатическом. В первом случае фигурирует сила mg, во втором – кулоновская сила qE

Силы гравитационного и электростатического полей зависят от 1/r2 и направлены по прямой соединяющей тела.

Fg = G

F-q =

При перемещении заряда действующая на него со стороны поля сила совершает работу.

Поэтому можно утверждать, что заряженное тело в электрическом поле обладает энергией.

Найдем потенциальную энергию по перемещению заряда в однородном электрическом поле. Однородное поле создают, например, большие металлические пластины, имеющие заряды противоположного знака.

Такое поле действует на заряд с постоянной силой:

Вычислим работу поля при перемещении положительного заряда q из точки 1, находящейся на расстоянии d1 от пластины, в точку 2, расположенную на расстоянии d2< d1 от той же пластины. Точки 1 и 2 лежат на одной силовой линии.

На участке Dd = d1 – d2 электрическое поле совершит положительную работу:

A = qE (d1 – d2) = - (qEd1 – qEd2)

Эта работа не зависит от формы траектории.

Если работа не зависит от формы траектории, то она равна изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком:

A = - (Wp1 – Wp2) = - DWp

Сравнивая полученные выражения, видим, что потенциальная энергия заряда в однородном электростатическом поле:

Wp = qEd

На замкнутой траектории, когда заряд возвращается в начальную точку, работа поля равна нулю:

A = - DWp = - (Wp1 – Wp1) = 0

Работа сил электростатического поля при перемещении заряженной частицы из одной точки поля в другую не зависит от формы траектории, а зависит лишь от начального и конечного положения частицы.

Электростатическое поле потенциально

Силы электростатического поля консервативны - их работа не зависит от траектории движения.

Работа сил электростатического поля равна разности потенциальных энергий заряженной частицы в начальном и конечном положениях:

A = Wp1 – Wp2

Физический смысл имеет не сама потенциальная энергия, а разность ее значений, определяемая работой поля при перемещении заряда из начального положения в конечное:

Wp = qEd1 – qEd2

Точка отсчета потенциальной энергии электростатического поля выбирается произвольно.(Обычно на бесконечности)

Обычно нуль отсчета потенциальной энергии выбирается на бесконечно большом расстоянии, где заряды практически не взаимодействуют друг с другом.

Если поле совершает положительную работу, то потенциальная энергия заряженного тела в поле уменьшается: DWp < 0. Одновременно, согласно закону сохранения энергии, растет его кинетическая энергия. (Это используется в ускорителях заряженных частиц)

И наоборот, если работа отрицательна (например при движении положительно заряженной частицы против напряженности поля), то DWp > 0. Потенциальная энергия растет, а кинетическая уменьшается. Частица тормозится.

По аналогии с гравитационным полем потенциальная энергия заряда (отрицательного заряда –q в поле положительного заряда +Q) составляет:

Ep = W = - G  Þ W-q = -

Потенциальная энергия положительного заряда +q, находящегося на расстоянии r от неподвижного заряда +Q, равна

W+q =

Знак минус в выражении для потенциальной энергии означает, что между зарядами действует сила притяжения.

Знак плюс – сила отталкивания.

Заряженные частицы в электростатическом поле обладают потенциальной энергией. При перемещении частицы из одной точки поля в другую электрическое поле совершает работу, не зависящую от формы траектории. Эта работа равна изменению потенциальной энергии, взятой со знаком «минус»

РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ(уч.10кл.стр.381-385)

Потенциал как энергетическая характеристика поля (энергия единичного положительного заряда в поле другого заряда)

Определение потенциала. Обозначение. Формула.

Единицы измерения. Определение Вольта

Формула потенциала поля единичного заряда

Понятие эквипотенциальной поверхности

Эквипотенциальные поверхности единичного заряда и сферы

Эквипотенциальные поверхности плоскостей (конденсатор)

Линии напряженности поля у эквипотенциальных поверхностей

Физический смысл и формула разности потенциалов, как работы поля

Определение потенциала через работу сил поля

Напряжение. Обозначение. Единицы измерения. Формула

Формула разности потенциалов между двумя точками

Формула разности потенциалов между точками в поле статического заряда

Измерение разности потенциалов. Электрометр

На замкнутой траектории работа электростатического поля всегда равна нулю. Поля, обладающие таким свойством, называют потенциальными.

Работу потенциального поля можно выразить через изменение потенциальной энергии.

A = - (Wp2- Wp1)

формула справедлива для любого электростатического поля.

Потенциальная энергия в электростатическом поле пропорциональна заряду. Это справедливо как для однородного поля, так и для любого другого.

Следовательно, отношение потенциальной энергии к заряду не зависит от помещенного в поле заряда.

Это позволяет ввести новую количественную характеристику поля – потенциал, не зависящую от заряда помещенного в поле.

Подобно напряженности, характеризующей силу, действующую на единичный положительный заряд, вводится величина, характеризующая потенциальную энергию единичного положительного заряда – потенциал.

Потенциал электростатического поля в данной точке – скалярная физическая величина, равная отношению потенциальной энергии, которой обладает пробный положительный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда.

φ =

Единица измерения – В (Вольт)

1 В = 1 Дж/Кл

Вольт равен потенциалу точки поля, в которой заряд в 1 Кл обладает потенциальной энергией 1 Дж.

Потенциал φ – скаляр. Это энергетическая характеристика поля; он определяет потенциальную энергию заряда q в данной точке поля.

Найдем потенциальную энергию заряда

φ =  Þ Wq = qφ

Потенциал электростатического поля точечного заряда +Q:

(потенциал сферы определяется той же формулой)

W+q = ; φ =  Þ φ =

Потенциал не зависит от величины пробного заряда.

На одинаковом расстоянии от заряда, т.е. на поверхности сферы вокруг него, потенциал всех точек одинаков.

Эквипотенциальная поверхность – поверхность, во всех точках которой потенциал имеет одно и то же значение(Геометрическое место точек, имеющих одинаковый потенциал)

Эквипотенциальные поверхности однородного поля представляют собой плоскости, а поля точечного заряда – концентрические сферы

Подобно силовым линиям, эквипотенциальные поверхности качественно характеризуют распределение поля в пространстве.

При удалении от положительного заряда +Q потенциал уменьшается, а при удалении от отрицательного заряда –Q потенциал возрастает.

Линии напряженности электростатического поля перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям и направлены от поверхности с большим потенциалом к поверхности с меньшим.

Вектор напряженности перпендикулярен эквипотенциальным поверхностям и направлен в сторону уменьшения потенциала.

Эквипотенциальной является поверхность любого проводника в электростатическом поле. Силовые линии перпендикулярны поверхности проводника. Причем не только поверхность, но и все точки внутри проводника имеют один и тот же потенциал. Напряженность поля внутри проводника равна нулю, значит и равна нулю разность потенциалов между любыми точками проводника.

Эквипотенциальные поверхности и линии напряженности заряженных пластин

Работа силы электростатического поля равна произведению модуля перемещения заряда к разности потенциалов в начальной и конечной точках.

Aq = q(φ1 - φ2)

(Работа в электростатическом поле Aq = Fkh = qEh)

Можно дать еще одно определение потенциала:

Потенциал в данной точке поля численно равен работе сил электростатического поля по перемещению единичного положительного заряда из этой точки в точку, принятую за нуль потенциала.(обычно на бесконечность, принимаемую за нуль потенциала))

Практическое значение имеет на сам потенциал в точке, а изменение потенциала, которое не зависит от выбора нулевого уровня отсчета потенциала.

При перемещении заряда в поле:

Wp = q φ (потенциальная энергия)

A = - (Wp2- Wp1) = - q (φ2– φ1) = q (φ1 – φ2) = qU,

где U = φ1 – φ2 - разность потенциалов в начальной и конечной точках траектории.

Разность потенциалов (напряжение) между двумя точками равна отношению работы поля по перемещению заряда из начальной точки в конечную к этому заряду:

 U = φ1 – φ2 =

Единица измерения – В (Вольт) В =

Разность потенциалов обычно называют напряжением и обозначают U.

Aq = qU

Разность потенциалов (напряжение) между двумя точками численно равна работе сил электростатического поля при перемещении единичного положительного заряда из начальной точки в конечную.

А+1 = U (Дж)

1 В – разность потенциалов двух точек электростатического поля, при перемещении между которыми заряда 1 Кл поле совершает работу в 1 Дж.

Разность потенциалов между двумя точками, находящимися на расстоянии d друг от друга в однородном электростатическом поле вдоль линий напряженности:

U = Ed

Разность потенциалов между точками 1 и 2, находящимися на расстояниях r1 и r2 от точечного заряда +Q:

U = ( -  )

Электрометр

Разность потенциалов измеряют электрометром – электроскопом с металлическим корпусом.

Основная его часть – легкая аллюминиевая стрелка, укрепленная на металлическом стержне с помощью горизонтальной оси.

Центр тяжести стрелки находится ниже оси, так что до начала измерений стрелка находится вертикально.

Стержень со стрелкой помещен в металлический корпус и изолирован от него эбонитовой пробкой.

Для измерения разности потенциалов между двумя проводниками один из них присоединяют к стержню электрометра, а другой – к его корпусу.

Если хотят измерить потенциал относительно земли, то корпус электрометра заземляют.

Электрическое поле внутри электрометра, а следовательно и угол поворота стрелки, зависит только от разности потенциалов между стержнем и корпусом, так как внешнее электрическое поле заряженных или поляризованных тел не проникает через металлический корпус прибора.

Для градуирования прибора его подсоединяют к проводникам, напряжения между которыми известны.

С помощью электрометра легко убедиться, что все точки проводника имеют одинаковый потенциал относительно земли.

ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ ПОЛЕЙ(уч.10кл.стр.368-375)

Напряженность электростатического поля (см.выше уч.10кл.стр.363-365)

Линии напряженности поля (см.выше уч.10кл.стр.366-368)

Напряженность поля системы зарядов

Принцип суперпозиции полей

Использование принципа суперпозиции для построения линий напряженности системы зарядов

Электрическое поле диполя.

Определение диполя.

Определение плеча диполя

Напряженность точки в поле диполя

Электростатическое поля заряженной сферы