Задачник по физике - Белолипецкий С.Н.

УДК 53(075.8) Б43 ББК 22.3 Б ел опицоцкий С. Н., Ерко вн ч О. С., К а за к о в цев а В. А., Цвецинская Т. С. Задачник но физике: Учеб. пособие. Для подгот. отд. вузов ~' Под ред. О. С. Еркович. М.: гРИЗМЛТЛИТ.— 2005. — 368 с. -- 18ВМ 5-9221-0175-7. Сборник содержит свыше ИОО задач по фнзпне из числа предлагавшихся в физико-математическом лицее прн Московском государственном техническом университете им.

Н. Э. Баумана. В сборник введены разделы, недостаточно глубхжо нлн вообще не изучаемые в школе, но важные для успешного освоения курса и дальнешпего обучения а вузах инженерного н физического профиля. Задачи снабжены ответами. Для учащихся и преподавателей средних школ, слушателей подготовительных отделений вузов, а также лнц, занимающихся самообразованием. Табл. 4. Ил. 363. © ФИЗМА!'е1ИТ, 2002, 2005 1ББХ 5-9221-0175-7 ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие Г л а в а 1. Механика 9 11 13 23 26 30 40 43 46 56 61 63 Общие рекомендации по решению задач 1.1.

Векторы и скадары 1.2. Кинематика равномерного движения 1.3. Равнопеременное прямолинейное движение 1.4. Баллистическое движение . 1,5. Движение точки по окружности. Вращательное движение твердого тела 1.6. Динамика прямолинейного движения материальной то гкн 1.7. Динамика движения материальной точки по окружности 1.8. Импульс материальной точки н системы материальных точек. Движение тел переменной лгассы 1.9.

Работа. Мощность. Энергия. Закон сохранения энергии 1.10. Вращение твердого тела вокруг оси. Закон сохранения момента импульса. Условия равновесия твердого тела 1.11. Закон всемирного тяготения. Законы Кеплера 1.12. Основы механики жидкостей и газов . Г л а в а 2. Молекулярная физика и термодинамика 2.1. Основные положения молекулярно-кинетической теории.... 2.2.

Графики изопроцсгсов в идеальном газе 2.3. Газовые законы . 2.4. Идеальный газ. Закон Дзльтона 2.5. Уравнение состояния идеального гена . 2.6. Внутренняя энергия идеального газа. Работа идеального газа . 2.7. 1 начало термодинамики. Теплоемкость.............. 2.8. Закон сохранения анергип в тепловых процессах. Аднабатный процесс 2.9. Термодинамические циклы. КПД циклов............. 2.10. Уравнение теплового баланса 2.11.

Пары. Кипение 2.12. Влажность 68 70 73 74 76 79 81 84 88 90 94 ОГЛЛОЛКНИК 102 133 158 158 161 174 178 182 188 емкость в цепи пе- 192 199 202 206 212 Глава 5. Оптика 215 218 225 229 237 2.13. Деформации твердых тел. Тепловое распшрение . 2.14. Поверхностные явления Г л а в а 3. Электричество и магнетизм 3.1. Закон Кулона .. 3.2. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей 3,3. Поток вектора напряженности электрического поля. Теорема Гаусса- Остроградского 3.4.

Работа сил электростатического поля. Потенциал . 3.5. Проводники и диэлектрики в электростатическом поле ..... 3.6. Электрическая емкость проводника. Конденсаторы . 3.7. Соединения конденсаторов 3.8. Сила тока. Сопротивление. Закон Ома для однородного участка цепи . 3.9. Закон Ома для неоднородного участка и гкыной цепи.

Правила Кирхгофа 3.10. Конденсаторы и нелинейные элементы в электрических цепях 3.11. Работа и мощность тока. Тепловое действие тока 3.12. Электрический ток в различных средах . 3.13. Магнитное поле. Магнитная индукция .............. 3.14. Сила Лоренца. Сила Алшера. Сила взаимодействия двух проводников 3.15. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном новях 3.16. Магнитный поток.

Закон электромагнитной индукции 3.17. Индуктивность. ЭДС самонндукцнн Г л а в а 4. Колебания и волны 4.1. Кинематика гармонических колебаний 4.2. Динамика колебательного движения 4.3. Сложение гарлюнических колебаний... 4.4. Затухающие н вынужденные колебания 4.5. Механические волны . 4.6, Переменный ток 4.7.

Активное сопротивление, индуктивность и ременного тока 4,8. Трансформаторы . 4.9. Электрические машины постоянного тока 4.10. Колебательный контур . 4.11. Э.пектромагннтные волны 5.1. Отражение света. Плосксн зеркало 5.2. Сферические зеркала 5.3. Преломление света 5.4. Тонкве линзы . 5.5. Оптические системы и приборы 102 104 106 108 113 116 119 123 128 135 139 142 145 148 151 155 ОГЗАВЛКНИК Г л а в а 6. Специальная теория относительности.

Атомная и ядерная физика, . 256 Заключение Приложения 357 5.6. Фотометрия . 5.7. Интерференция света 5.8. Дифракцпя света 5.9. Дисперсия света. Поляризация света 6.1. Основы специальной теории относительности 6.2. Квантовыс свойства света . 6.3. Модель атома Резерфорда — Бора . 6.4. Строение атомного ядра. Радиоактивность. Ядерны( Ответы К главе 1 К главе 2 К главе 3 К главе 4 К главе 5 К главе 6 244 247 251 253 ...... 256 259 ...... 263 реакции 265 271 288 300 317 335 351 Общие рекомендации по решению задач 1. Приступая к решению задачи, хорошо вникните в ее смысл и постановку вопроса.

Установите, вес ли данные, необходимые для решения задачи, приведены. Нсдостакпцис данные можно найти в любой "шблице физических констант (наприы<р, если указан >лат<"риал, из кОтОрОТО и:ЗГОтОВле>НО плаВакпце'с В ВОде! те— ло, то предполагается, что плотность тела можно определить, обратившись к справочнику).

Если позволяет характер задачи, обязательно сделайте схематический рисунок, поясняющий се сущность, это во многих случаях облегчает решение. 2. Каждук> задачу решайте, как правило, в обп<ем виде (т.с. в буквенных обозначениях), так чтобы искомая величина была выражена через заданные величины.

Ответ, полученный в общем виде, позволяет судить в значительной степени о правильности самого реп>ения. 3. Получив ре<пение в общем виде, проверьте, правильную ли оно имеет размерность. Неверная разме1>ность явный признак ошибочности решения. Если возможно, исслелуйтс повод<, ние решения в предельных частных случаях. Например, какой бы вид ни имело выражение для силы гравитапионного взаимодействия между двумя протяженными телами, с увеличением расстояния между телами оно должно непременно переходить в закон взаимодействия точечных масс. В противном случае можно утверждать, что решение неверно. 4. Приступая к вычислениям, помните. что числовые значения физических величин всегда являя>тся приближенными.

Поэтому прн расчетах руководствуйтесь правилами действий с приближенными числами. 5. Получив числовой ответ, оцените его правдоподобность. т<кая оценка может в ряде случаев обнаружить ошибочность полученного результата. '1'ак, например, скорость тела не может оказаться болыпе скорости света в вакууме, плотность газа при нормальных условиях превысить плотность чугуна и т.д. Предисловие Настоящий сборник содержит более 1400 задач по всем разделам курса элементарной физики. В нем представлены задачи разной степени сложности, поэтому он может быть использован в качестве учебного пособия в физико-математических школах, в липеях, гимназиях, на подготовительных отделениях вьшших учебных заведений и курсах, а также для самостоятельной подготовки аоитуриентов.

Задачи, вклк>ченные в данный сборник, использовались в учебном пропсссе физикоматематического липея Х' -1580 при МГТУ им. Н. Э. Баумана в течение последних десяти лет. Сборник состоит из шести разделов: «Механика», «Молекулярная физика и термодинамика>з «Электричество и магнетизм«з «Колебания и волны», «Оптика» и «Спепиальная теория относительности. Атомная и ядерная физика». Внутри разделов задачи располагак>тся по темам. В начале каждой темы предлагается сводка основных определении, законов и формул. Все задачи снабжены ответими и имек>т разньп> уровень сложности (он указан в индексе при ноън>ре задачи). Задачи первого уровня сложности П1>осты«, как правило, «одноходовьп>ь задачи, для решения которых достаточно знан>пя основных законов и соответствующих им аналитических формул.

Для решения задач второго уровня сложности помимо знания основных законов требуется также умение математически ошлсать рассматриваемое физическое явление, составить и решить уравнение или систему уравнений. Уверенное решение задач второго уровня означает, что читатель неплохо владеет материалом соответствук>щего раздела физики общеобразовательной средней школы и может переходить к слсдук>щсму разделу без ущерба для понимания. Однако если пель нашего штателя подготовиться и успешно поступить в техническш1 вуз или университет инженерно-физической направленности, то ш>сдует научиться решать более сложные задачи, которые в данном сборнике помечены как задачи третьего уровня, т.е. задачи, требуя>щис глубо- ш ндисловик кого пониъ>ания физических явлений, их твор'и',ского Осмысл(.

ния и твердого владения соответствук>щим математическим аппаратом. При этом предполагается, что учащийся уверенно владеет математическим аппаратом, предусмотренным школьной программой, и не боится применять разделы курса математики, освоенные в 1() 11 классах, к решении> задач, например, механики, которук> в школе «проходят» в 9 классе. Задачи четвертого уровня — это так называемые олимпиадные илн нестандартные задачи, которые. конечно же, стоит попробовать решить, но не надо отчаиваться, если они не получак>тся с первого раза.

В сборник вклк>чены как оригинальныс задачи, составленные авторами, так и задачи, предлагавшиеся в других сбор~яка~, как правило, с некоторь>мн измсненияьп> и в авторская> редакции. В сборнике присутствуют разделы и темы, которые редко мо:кно встретить в подооных пособиях. Э>о, в >астности, такие темы, как «Динамика вращательного движения твердого тела. Момент инерции. Закон сохранения момента импульса, «Применение законов Кеплера,, «Электрические машины постоянного тока», «Фотометрия>э «Специальная теория относительности >, практически все темы из раздела «Волновая оптика.. Вместе с тем задачи на указанные темы в последнее время все чаще стали предлагаться на вступительных экзаменах, те стах и олимпиадах в различных вузах.

В заклк>чение, авторы хотели бы выразить своа> благодарность всем преподавателям и сотрудникам кафедр «Основы физики» и «Физика» МГ'1"У им. Н. Э. Баумана за многочисленные полезные замечания и конструктивные предложения, высказанные в процессе работы над данным сборником. Особенно хотелось бы выразить своя> признательность первому руководителк> физико-математической школы при МГТУ им. Н. Э.