Программа внеурочной деятельности кружка по физике в 10–11-х классах (стр. 3 )

∆ U  - изменение внутренней энергии тела, сопровождается изменением температуры или агрегатного состояния тела.

∆ U - два способа изменения

 Для газа

А -  работа  газа или над газом 

Работа газа (расширение) U↓,T↓ на графике  переход 1→а→2
Работа над газом (сжатие)U↑,T↑на графике  переход 2→б→1

Геометрический способ нахождения работы 

А = S  площади фигуры  между графиком и осью V (процесс не замкнут)

Для циклического процесса
1→а→2→б→1

А = Sцикл  площади фигуры внутри графика

Для любого тела

Q  –  теплопередача

1. Теплопроводность  (от молекулы к молекуле)

2. Конвекция (потоками вещества)

3. Излучение (инфракрасные лучи)

1. Q = cmΔT – нагрев, охлаждение, где с – удельная теплоемкость тела [Дж/(кгС)]

2. Q = λm – плавление, кристаллизация, где λ - удельная теплота плавления (Дж/K)

3. Q = Lm–парообразование, конденсация, где  L - удельная теплота парообразования (Дж/K)

4. Q = qm – сгорание топлива, где q – удельная теплота сгорания топлива (Дж/K)

Уравнение теплового баланса для замкнутой системы тел:  ± Q1 ± Q2± … ± Qn = 0

для газа

∆U = Aвнешн. с. ± Q или ∆ U = - Aгаза. ± Q

Первый закон термодинамики -  изменение внутренней энергии системы происходит за счет совершения работы (газом или над газом) и теплопередачи.

 Другая формулировка закона: количество теплоты, переданное системе, идет на увеличение его внутренней энергии и совершение газом работ.  

Q = ∆U +A

Пример: 

Второй закон термодинамики -  невозможен процесс, единственным результатом которого была бы передача энергии от холодного тела к горячему (сформулировал этот закон Р. Клаузиус).

Электростатика.

Электростатика – раздел электродинамики, изучающий покоящиеся электрически заряженные тела.

Существует два вида электрических зарядов: положительные (стекло о шелк) и отрицательные (эбонит о шерсть)

разноименные  заряды

 

одноименные заряды

лементарный заряд – минимальный заряд (е = 1,6∙10-19 Кл)
Заряд любого тела кратен целому числу элементарных зарядов:   q = N∙е
Электризация тел – перераспределение заряда между телами.
Способы электризации: трение,  касание, влияние.
Закон сохранения электрического заряда – в замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной.
q1 + q 2 + q 3 + …..+ qn =  const
Пробный заряд – точечный положительный заряд.
Закон Кулона (установлен опытным путем в 1785 году)

Сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.

- по 3-му закону Ньютона

 q1 и q2 - заряды;  R- расстояние между зарядами;  
k - коэффициент пропорциональности, равный силе взаимодействия единичных зарядов на расстоянии, равном единице длины.

В  СИ:  k = = 9·109 Н·м2/Кл2;  ε-электрическая постоянная; ε= 8,85·10-12 Кл2/Н·м2

Закон Кулона в диэлектрической среде: 

ε - диэлектрическая проницаемость среды, характеризующая свойства среды. В вакууме ε =1, в воздухе ε ≈1

Электрическое поле – вид материи, осуществляющий взаимодействие между электрическими зарядами, возникает вокруг зарядов, действует только на заряды.

Законы постоянного тока.

Электрический ток - это упорядоченное движение заряженных частиц (электронов и ионов).

За направление тока  условно принято направление движения положительных зарядов, т. е.  от  « + »  к  « - »

Условия, необходимые для существования электрического тока:

· Наличие свободных заряженных частиц;

· Наличие электрического поля, действующего на заряженные частицы с силой в определённом направлении;

· Наличие замкнутой электрической цепи.

Действия  тока:
Тепловое: проводник по которому течет ток нагревается.
Химическое: электрический ток может изменять химический состав проводника (электролита).

Магнитное: ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела. Вокруг проводника с током существует магнитное поле.

Закон Ома для участка цепи.

В 1826  году немецкий физик Георг Ом экспериментально установил, что  I ~ U;  I ~ 1 / R

 Закон Ома для участка цепи: сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению U  и обратно пропорциональна сопротивлению проводника R.

  

Электродвижущая сила.
Если два заряженных тела соединить проводником, то через него пойдет кратковременный ток. Избыточные электроны с отрицательно заряженного тела перейдут на положительно заряженное. Потенциалы тел окажутся одинаковыми, значит, напряжение на концах проводника станет равно нулю, и ток прекратится. Для существования длительного тока в проводнике нужно поддерживать разность потенциалов на его концах неизменной. Этого можно достичь, перенося свободные электроны с положительного тела на отрицательное так, чтобы заряды тел не менялись со временем.

Силы электрического взаимодействия сами по себе не способны осуществлять подобное разделение зарядов. Они вызывают притяжение электронов к положительному телу и отталкивание от отрицательного. Поэтому внутри источника тока должны действовать сторонние силы, имеющие неэлектрическую природу и обеспечивающие разделение электрических зарядов.

Сторонние силы - любые силы, действующие на электрические заряженные частицы, за исключение сил, электростатического происхождения (т. е. кулоновских).

ЭДС – электродвижущая сила – физическая величина, определяемая работой , совершаемой сторонними силами при перемещении единичного  положительного заряда от «+» полюса к «-» полюсу внутри источника тока.  Является энергетической характеристикой  источника тока. 

Электромагнетизм.

Магнитное поле – это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами (или токами).

Источники магнитного потока:

· движущаяся заряженная частица

· проводник с током

· постоянный магнит

· вихревое электрическое поле

Способы обнаружения по действию на магнитное поле:

· магнитную стрелку

· рамку с током

· ориентируются в пространстве

Вектор магнитной индукции  [] - является силовой характеристикой магнитного поля

Направление:

правило буравчика 

Модуль: В Единицы измерения: 

Принцип суперпозиций полей: 

М – момент силы

Линии индукции магнитного поля - это непрерывные  линии, касательные к которым в любой точке совпадают с вектором

Графическая модель некоторых магнитных полей:

 Свойства линий индукции:

· всегда замкнуты

· непрерывны

· не пересекаются

· гуще там, где магнитное поле сильнее

· направлены от N от S - перпендикулярно полюсам

 Сила Ампера FА - это сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током, помещенный в данное магнитное поле.
 

Электромагнитные колебания и волны.

Электромагнитные колебания – это процесс периодического изменения электромагнитных величин, характеризующих ускоренное движение электрического заряда.

Амплитуда – это максимальное значение (по модулю) изменяющейся физической величины.
Период – это время совершения одного полного колебания.  СИ [Т]= 1 c
Частота – это число колебаний за одну секунду.  СИ  [ν]= 1 c-1 = 1 Гц 

 

Циклическая частота – это число колебаний тела за 2π секунд. [ω] = 1 рад/с

 ω = 2πν = 2π/T

Формула Томсона для колебательного контура 

 Wэ = (Cu2) / 2; Wм = (Li2) / 2; (Cu2) / 2 +  (Li2) / 2 = const; Wэ + Wм = Wэmax = Wмmax

Если R ≠ 0, то наблюдаются затухающие колебания. Wэл = Q Если R=0, то наблюдаются гармонические колебания.

Гармонические колебания -  колебания заряда на конденсаторе, которые происходят по закону косинуса (или синуса).

q = qmcos ωt qm= CUm – амплитуда заряда

i = q´  производная

i = Im cos (ωt + π/2) Im = qmw - амплитуда силы тока

u = Umcos ωt         Um =qm/С - амплитуда напряжения

Волновая оптика.

Свет – электромагнитные волны, длины волн которых удовлетворяют условию 
4,5·10-7 м  <  λ света <  7,5·10-7 м
Дисперсия – зависимость показателя преломления света от частоты колебаний. 
При переходе волны из одной среды в другую частота волны не изменяется: ν = const в вакууме:  λ = c / ν  в среде λ = v /ν ⇒ λ / λ = c / v = n

Следствием дисперсии является разложение белого (полихроматического) света в спектр.

Принцип Гюйгенса – Френеля:
 

· каждая точка среды, до которой дошло волновое возмущение, становится точечным источником вторичных волн (Гюйгенс).

· возмущение в любой точке пространства является результатом интерференции когерентных вторичных волн (Френель).

Интерференция света – сложение когерентных волн, в результате которого в пространстве возникает устойчивая во времени картина усиления или ослабления результирующих колебаний.

Когерентные волны (источники) имеют одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз их колебаний (Δφ=const, ν1=ν2)

d1 - путь волны от источника 1;
d2 - путь волны от источника 2;
Δd - разность хода волн.

условие максимумов:  Δd = kλ = 2k (λ / 2) условие минимумов:  Δd = (2k+1) (λ / 2)

где k = 0; ±1; ±2; ±3; …  - порядок максимумов или минимумов.

Дифракция – огибание волнами препятствий, размеры которых соизмеримы с длиной волны.

Дифракционная решётка – оптический прибор, имеющий совокупность большого числа очень узких щелей.

d - период  решётки (ширина щели + расстояние между щелями)

d = 1 / N, где N - число щелей на единицу длины.

условие главных максимумов  d∙sinφ = kλ

условие минимумов  d∙sinφ = (2k+1) (λ / 2)

Поляризация - явление выделения поляризованного света из естественного. Свет (электромагнитные волны) содержит волны со всевозможными направлениями вектора Такой свет неполяризован.  Поляризация – доказательство поперечности электромагнитных волн.
 Квантовая физика.

Гипотеза Планка - атомы излучают электромагнитную энергию отдельными порциями квантами.

Фотон - световая частица, квант электромагнитного излучения

где Е – энергия фотона, h - постоянная Планка, h = 6,62∙10-34 Дж∙с

Свойства фотонов:

· электрически нейтрален (q = 0);

· существует только в движении  m0 = 0 (m0  - масса покоя фотона);

· скорость движения равна скорости света (с = 3∙108 м/с).

Т. к.  Е = mс2  m = E / c2 = hν / c2 = h / cν ; р = mс = hν / c = h / λ; λ = h / p,  где

m - масса фотона, р - импульс фотона, λ - длина волны фотона

Доказательства корпускулярных свойств света:

1. Фотоэффект – явление вырывания электронов из вещества под действием света.

1) схема опыта Столетова.

2) график зависимости фототока от приложенного напряжения

1) кривая 2 соответствует большей интенсивности светового потока.

2) Iн1 и Iн2 – токи насыщения,

3) UЗ – запирающий потенциал.

Законы фотоэффекта.

I закон Столетова: cила фототока (число фотоэлектронов за 1с) прямопропорционально интенсивности падающего света.

II закон Столетова: максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно зависит от частоты и не зависит от интенсивности света.

III закон Столетова: каждому веществу соответствует минимальная частота света, называемая  красной границей фотоэффекта, ниже которой фотоэффект невозможен.

уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: hν = АВ+ (meV2) / 2

АВ= h∙vmin = hc / λmах; vmin= A / h ,  λmах = c / vmin , где АВ - работа выхода электроновνmin (λmах)– частота (длина волны ) красной границы фотоэффекта

Eк = meV2 / 2 = eUз 

где Ек – кинетическая энергия фотоэлектронов
Uз – задерживающее напряжение - напряжение, при котором фототок прекращается

Физика атома и атомного ядра.

Опыты Резерфорда:

 

Планетарная модель атома:

dядра ≈ 10-14 ÷ 10-15 м

dатома ≈ 10-10 м

mp / mn ≈ 1836,1

Ma ≈ Mя

Постулаты Бора

1. Постулат стационарных состояний:

Атомная система может находиться только в особых стационарных, или квантовых, состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия Еn; в стационарном состоянии атом не излучает.

2. Постулат об излучении (поглощении) света:

Излучение (поглощение) света происходит при переходе атома из одного стационарного состояния с энергией Ek в другое стационарное состояние с энергией Еn. Энергия излученного (поглощённого) фотона равна разности энергий стационарных состояний.

Теоретическая модель атома водорода

Правило частот:  |Ek – Еn|= hνkn

Основы специальной теории относительности.

1. Принцип относительности: любые физические процессы протекают одинаково в различных инерциальных системах отсчёта (при одинаковых начальных условиях).

2. Принцип постоянства скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника и наблюдателя.  с = 3·108 м/с
Следствия из постулатов теории относительности.

1) Относительность расстояний – длина тела сокращается в направлении движения.

а) υ≪с, то l = l0  б) υ ≈ с, то  l < l

2) Относительность промежутков времени – в движущихся системах отсчёта время течёт медленнее.

а) υ≪с, то τ = τ0  б) υ ≈ с, то τ > τ

3) Релятивистский закон сложения скоростей.

а) υ ≪ с и υ1 ≪с, то   б) υ1 = с, то υ2 = с, где
υ – скорость подвижной системы отсчёта относительно неподвижной
υ1 – скорость тела относительно подвижной системы отсчёта
υ2 – скорость тела относительно неподвижной системы отсчёта

4) Масса тела.

а) υ ≪ с, то  m = m  б) υ ≈ с, то m > m

5) Импульс тела.

 6) Связь между массой и энергией. 

Энергия покоя тела  Е = mс2
Вещество имеет массу и обладает энергией; поле имеет энергию и обладает массой, и они могут переходить друг в друга.

Основной закон релятивистской динамики 

Литература для учителя

1. Программа “Физика”. 10 – 11кл. /Авт. и др. – М.: Дрофа, 2006. Рекомендована Минобразования и науки РФ

2. Сборник нормативных документов. Физика. / сост. , . – М.: Дрофа, 2004;

3. Методическое письмо о преподавании учебного предмета “Физика” в условиях внедрения федерального компонента государственного стандарта общего образования. // Физика в школе, №6, 2004;

4. Методические рекомендации по использованию учебников по физике под редакцией при изучении физики на профильном уровне. – М.: Дрофа, 2004;

5. Программно-методические материалы. Физика: Средняя школа. 7-11 кл. – М.: Дрофа, 2002;

6. Оценка качества подготовки выпускников средней (полной) школы по физике. – М.: Дрофа, 2002.

Литература для учащихся

1. Физика.кл.: /авт. и др. – Учебник для общеобразоват. учеб. заведений. Профильный уровень. – М.: Дрофа, 2007. Рекомендован Минобразования и науки РФ

2. Сборник задач по физике: Для 10 – 11 кл. общеобразовательных учреждений /Сост. . – М.: Просвещение, 2008;

3. Физика. Задачник. 9 – 11кл. М.: Дрофа, 2007.