ВВЕДЕНИЕ. В книге содержится теоретический материал по курсу физики, изучаемый курсантами Академии ФСО России в первом семестре в соответствии с утвержденной
Часть 1
ОСНОВЫ МЕХАНИКИ.
ЭЛЕКТРОСТАТИКА.
ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
Орел 2009
УДК 53(075)
ББК 22.3
М25
Мартынов, М. С.
М25 Физика. Курс лекций. В 5 ч. Ч. 1. Основы механики. Электростатика. Постоянный электрический ток / М. С. Мартынов, Б. Д. Цуканов. – Орел : Академия ФСО России, 2009. - 162 с.
В книге содержится теоретический материал по курсу физики, изучаемый курсантами Академии ФСО России в первом семестре в соответствии с утвержденной программой.
Материалы курса лекций обсуждены, одобрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры № 5, протокол № 2 от 14 ноября 2008 г.
УДК 53 (075)
ББК 22.3
| |
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ..................................................................................... 5
ВВЕДЕНИЕ............................................................................................. 6
Раздел I. ОСНОВЫ МЕХАНИКИ.......................................................... 8
Глава 1. ЭЛЕМЕНТЫ КИНЕМАТИКИ................................................ 8
§ 1. Предмет механики............................................................................ 8
§ 2. Определение положения точки в пространстве............................ 11
§ 3. Скорость и ускорение при криволинейном движении.................. 12
§ 4. Движение частицы по окружности. Угловая скорость и угловое
ускорение......................................................................................... 16
§ 5. Кинематика твердого тела.............................................................. 18
Глава 2. ЭЛЕМЕНТЫ ДИНАМИКИ.................................................... 20
§ 6. Законы динамики поступательного движения.............................. 20
§ 7. Момент силы. Момент пары сил................................................... 22
§ 8. Момент инерции материальной точки и твердого тела......... 24
§ 9. Момент импульса материальной точки и твердого тела......... 26
§ 10. Основное уравнение динамики вращательного движения......... 28
§ 11. Понятие о гироскопе.................................................................... 30
§ 12. Законы сохранения импульса и момента импульса.................... 31
§ 13. Работа при поступательном и вращательном движении......... 34
§ 14. Кинетическая энергия поступательного и вращательного
движения....................................................................................... 37
§ 15. Потенциальная энергия................................................................ 39
§ 16. Закон сохранения энергии в механике........................................ 43
Глава 3. ЭЛЕМЕНТЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬ-
НОСТИ..................................................................................... 46
§ 17. Принцип относительности Галилея............................................. 46
§ 18. Принцип относительности в релятивистской
механике. Преобразования Лоренца........................................... 50
§ 19. Следствия из преобразований Лоренца...................................... 53
§ 20. Релятивистская динамика............................................................. 58
Раздел II. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ.................................. 62
Глава 4. СТАЦИОНАРНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ.................... 62
§ 21. Поле и вещество - два вида материи........................................... 62
§ 22. Напряженность электрического поля.......................................... 64
§ 23. Суперпозиция полей. Поле диполя.............................................. 67
§ 24. Графическое изображение полей................................................. 70
§ 25. Поток вектора напряженности..................................................... 71
§ 26. Теорема Гаусса............................................................................. 72
§ 27. Поле бесконечной равномерно заряженной плоскости.............. 75
§ 28. Поле двух разноименно заряженных плоскостей....................... 76
§ 29. Поле равномерно заряженного цилиндра................................... 78
§ 30. Поле равномерно заряженной сферы.......................................... 80
§ 31. Работа сил электрического поля.................................................. 82
§ 32. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля 83
§ 33. Потенциал и разность потенциалов............................................. 84
§ 34. Эквипотенциальные поверхности................................................ 87
§ 35. Связь между напряженностью поля и потенциалом................... 88
§ 36. Расчет разности потенциалов в плоском и цилиндрическом
конденсаторах............................................................................... 90
§ 37. Распределение зарядов в проводнике.......................................... 91
§ 38. Напряженность электрического поля вблизи поверхности
заряженного проводника............................................................. 93
§ 39. Проводник в электрическом поле................................................ 94
§ 40. Электрическая емкость проводника............................................ 96
§ 41. Электрическая емкость конденсатора.......................................... 97
§ 42. Соединение конденсаторов.......................................................... 99
§ 43. Полярные и неполярные диэлектрики....................................... 101
§ 44. Диполь в электрическом поле.................................................... 102
§ 45. Поляризация диэлектриков........................................................ 105
§ 46. Электрическое поле в диэлектрике............................................ 108
§ 47. Вектор электрического смещения.............................................. 110
§ 48. Граничные условия на поверхности раздела двух диэлектриков 112
§ 49. Сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, электреты......................... 116
§ 50. Энергия системы точечных зарядов.......................................... 119
§ 51. Энергия заряженного проводника и заряженного конденсатора 120
§ 52. Энергия электрического поля. Объемная плотность энергии 123
Глава 5. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК......................... 126
§ 53. Основные характеристики постоянного электрического тока.. 126
§ 54. Закон Ома в интегральной и дифференциальной формах........ 128
§ 55. Основы классической теории электропроводности металлов.. 130
§ 56. Электродвижущая сила. Закон Ома для неоднородного
участка цепи............................................................................... 134
§ 57. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа.................................. 138
§ 58. Термоэлектронная эмиссия. Работа выхода.............................. 141
§ 59. Электрический ток в электролитах............................................ 144
§ 60. Электропроводность газов. Несамостоятельный газовый разряд 146
§ 61. Самостоятельный газовый разряд............................................. 149
§ 62. Работа и мощность постоянного тока........................................ 153
§ 63. Расчет цепей с последовательным и параллельным включением
резисторов и источников питания............................................... 155
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК................................................. 162
ПРЕДИСЛОВИЕ
В основу настоящего курса лекций положено содержание лекций по общей физике, которые читаются на кафедре физики Академии ФСО России. По сравнению с предыдущими изданиями содержание этого курса существенно переработано в соответствии с изменениями учебной программы по физике, подготовленной на основе Государственного образовательного стандарта нового поколения. В нем больше внимания уделяется процессам в цепях постоянного и переменного тока. Заново написаны некоторые параграфы.
Изменен общий план пособия. Для удобства материал, изучаемый в первом семестре, разделен на две книги. В первой книге рассматриваются темы "Основы механики", "Электростатика" и "Постоянный электрический ток", во второй - "Магнитное поле" и "Электромагнитное поле".
Курс лекций нацелен на освоение курсантами методов естественно-научных исследований, на формирование современной физической картины мира и соответствующего ей стиля научного мышления. Авторы стремились к строгому, но вместе с тем простому и доступному изложению учебного материала.
Буквенные обозначения величин соответствуют госстандарту. Формулы имеют двойную нумерацию. Первая цифра указывает номер параграфа, вторая - номер формулы в параграфе. Форма записи всех уравнений соответствует Международной системе единиц.
ВВЕДЕНИЕ
В переводе с древнегреческого "физика" означает "природа". На ранних этапах развития науки физика включала в себя все сведения о живой и неживой природе и по существу представляла собой "природоведение". Когда познания человечества о природе существенно расширились, из отдельных частей физики выделились самостоятельные отрасли знания: геология, биология, ботаника, химия, астрономия и т. д.).
С современной точки зрения физика – это наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие свойства и законы движения окружающих нас объектов материального мира.
Законы физики базируются на фактах, установленных опытным путем. Эти законы представляют собой строго определенные количественные соотношения и формулируются на математическом языке. Они лежат в основе всех естественных наук. Так, физика служит основой для химии, объясняя природу периодичности свойств химических элементов и механизм возникновения межатомных сил. В астрономии для расчетов траекторий небесных тел используются уравнения механики. Закономерности взаимодействия электрических зарядов и электромагнитных полей являются основой электротехники и радиотехники.
Развитие физики тесно связано с процессом развития человеческого общества, с потребностями практики, совершенствованием техники, созданием новых технологий. Крупные физические открытия приводят к ускорению технического прогресса, созданию новых отраслей техники и развитию соответствующих технических наук. Развитие техники и промышленного производства требует разрешения ряда физических проблем, тесно связанных с дальнейшим техническим прогрессом. Результаты физических исследований и тончайшие современные физические методы широко внедряются в технику, промышленность и сельское хозяйство.
Новый революционный этап в развитии физики начался в
70–80-х гг. XX в. Возникла новая область научных знаний, которая получила название "синергетика". Она занимается изучением процессов, протекающих в открытых системах, состоящих из очень большого числа взаимодействующих объектов. Реально все известные науке системы, от самых маленьких до самых больших, являются открытыми, т. е. они обмениваются энергией и веществом с
окружающей средой. В таких системах при определенных условиях возможны процессы самоорганизации - образование из хаоса упорядоченных структур, – которые являются общими для живой и неживой природы. Они наблюдаются в системах различной природы - физических, химических, биологических, социальных и т. п. При их изучении используются общие подходы, которые разрабатываются в физике.
Курс физики в Академии ФСО России находится в тесной взаимосвязи с общепрофессиональными и специальными техническими дисциплинами. При изучении теоретического материала, решении физических задач регулярно рассматриваются примеры использования физики в военной технике по специальности. В наиболее значительном объеме материал курса физики используется в следующих дисциплинах: "Теория электрических цепей", "Основы теории цепей", "Электроника","Основы схемотехники", "Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства", "Основы радиосвязи", "Сети связи", "Направляющие системы электросвязи", "Волоконно-оптические системы передачи", "Технические средства и методы защиты информации".
Значение курса физики в вузе можно оценивать следующим образом:
1. Изучение физики важно для формирования научного мировоззрения и соответствующего ему стиля мышления.
2. Знание физики является основой успешного изучения общепрофессиональных и специальных технических дисциплин.
3. Будущим специалистам в области информационно-коммуникационных систем физика необходима в последующей профессиональной деятельности для освоения техники, построенной на новой элементной базе, новых технологиях.
Дата добавления: 2015-08-08; просмотров: 907;