Физика. Констпект. Часть 1.полный

Root EntryУО «Жлобинский государственный
профессионально-технический колледж»














ФИЗИКА
учебное пособие для учащихся

Часть 1
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА




















Содержание:

Раздел 1. МЕХАНИКА (повторение 9 класса).

Тема №1. Введение 3
Тема №2. Основы кинематики 3
Тема №3. Основы динамики 4
Тема №4. Законы сохранения в механике 5

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ И ИХ ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ. 6
ФИЗИЧЕСКИЕ ПОСТОЯННЫЕ 6

Раздел 2. ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ.

Тема №1. Основные положения МКТ 7
Тема №2. Макро- и микропараметры. Идеальный газ. 8
Основное уравнение МКТ идеального газа.
Тема №3. Температура – мера средней кинетической энергии 9
теплового движения частиц.
Тема №4. Уравнение состояния идеального газа. Изопроцессы. 10
Закон дальтона.
Тема №5 Строение и свойства жидкостей и твердых тел. 12
Поверхностное натяжение.
Тема №6. Испарение. Насыщенный пар. Влажность воздуха. 14

Раздел 3. ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ.

Тема №1. Термодинамическая система. Термодинамическое равновесие. 15
Тема №2. Внутренняя энергия, теплота и работа в термодинамике. 16
Тема №3. Первый закон термодинамики. Применение первого закона 17
термодинамики к изопроцессам в идеальном газе.
Адиабатный процесс.
Тема №4. Принцип действия тепловых машин. Тепловые двигатели. 17
КПД тепловых двигателей. Экологические проблемы
Использования тепловых двигателей.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ И ИХ ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ. 19
ФИЗИЧЕСКИЕ ПОСТОЯННЫЕ 19






Раздел 1.
МЕХАНИКА (повторение 9 класса).

Тема №1.
ВВЕДЕНИЕ.

Физика – это наука, изучающая материю, всевозможные ее изменения и законы, описывающие эти изменения.
Материя – это все, что существует в окружающем нас мире реально, независимо от нашего сознания, и действует, или может действовать, на ниши органы чувств.
Виды материи: вещество и поле.
Цель физики – отыскание общих законов природы и объяснение конкретных процессов их действием, а также выявление строения вещества и способов взаимодействия тел и полей.
Физика дает мировоззренческие представления, позволяя понять, как устроен мир. Изучаемые физикой формы движения материи (механическая, тепловая, электромагнитная и др.) присутствуют во всех белее сложных формах движения (химических, биологических и т.д.). Поэтому они, будучи наиболее простыми, являются одновременно и наиболее общими формами движения материи. Таким образом, физика является фундаментальной наукой, на ее понятиях и законах базируются все другие науки о природе.
Возникновение и развитие физики обусловлено непрерывно расширяющимися потребностями техники, которые во многом определяют направление физических исследований. С другой стороны, технический уровень производства напрямую зависит и от достижений физической науки.
Физика – точная наука: ее законы представляют собой не только качественные связи, но и количественные соотношения и формируются на языке математики. Законы физики основываются на фактах, установленных опытным путем. Поэтому физика в основном – экспериментальная наука.

Тема №2.
ОСНОВЫ КИНЕМАТИКИ.

Механика – раздел физики, изучающий закономерности механического движения и причины, вызывающие или изменяющие это движение.
Механическое движение – изменение положения тел в пространстве относительно других тел с течением времени.
Система отсчета – это жестко связанное тело отсчета, система координат и часы. Тело отсчета – тело, относительно которого определяется положение других тел.
Разделы механики: кинематика, динамика, статика.
Кинематика - раздел механики, в котором движение тел изучается без рассматривания вызывающих его причин (отвечает на вопрос, как движутся тела).
Основная задача кинематики – определить положение тела в пространстве в любой момент времени.
Материальная точка – тело, размерами которого в данных условиях можно пренебречь.
Траектория – линия, которую описывает материальная точка в процессе своего движения. В зависимости от формы траектория может быть прямолинейной и криволинейной.
Путь (s)– скалярная физическая величина, определяемая длиной траектории. Перемещение (
·r) – векторная физическая величина, определяемая отрезком, соединяющим начальную и конечную точки траектории.
Уравнения равнопеременного прямолинейного движения:
13 EMBED Equation.3 1415 ; 13 EMBED Equation.3 1415 ; 13 EMBED Equation.3 1415 ; 13 EMBED Equation.3 1415 ; 13 EMBED Equation.3 1415
При движении тела по окружности с постоянной по модулю скоростью:
13 EMBED Equation.3 1415 ; 13 EMBED Equation.3 1415 ; 13 EMBED Equation.3 1415 ; 13 EMBED Equation.3 1415 ; 13 EMBED Equation.3 1415 ; 13 EMBED Equation.3 1415


Тема №3.
ОСНОВЫ ДИНАМИКИ.

Динамика – раздел механики, в котором изучается механическое движение тел с учетом причин, вызывающих это движение.
В основе динамики лежат законы Ньютона.
I закон Ньютона: существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными, относительно которых поступательно движущиеся тело сохраняет свою скорость постоянной (или покоится), если на него не действуют другие тела или действие других тел скомпенсировано.
II закон Ньютона: ускорение, приобретаемое телом, прямо пропорционально равнодействующей всех сил, действующих на тело, и обратно пропорционально его массе.
13 EMBED Equation.3 1415
III закон Ньютона: силы с которыми два тела действуют друг на друга, одной природы, равны по модулю, противоположны по направлению и направлены вдоль одной прямой.
13 EMBED Equation.3 1415

Инерция – явление сохранения состояния покоя или равномерного прямолинейного движения при отсутствии внешних воздействий.
Принцип относительности Галилея – все механические явления протекают и описываются одинаковым образом во всех инерциальных системах отсчета (ИСО).
Силы в природе:
Силы упругости.
Силы трения: сила трения покоя, сила трения скольжения (13 EMBED Equation.3 1415), сила трения качения, сила вязкого трения.
Гравитационные силы: сила всемирного тяготения (13 EMBED Equation.3 1415), сила тяжести (13 EMBED Equation.3 1415), вес тела (13 EMBED Equation.3 1415).
Момент силы – произведение модуля силы на плечо (кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы).
13 EMBED Equation.3 1415
Условия равновесия тела:
1. Векторная сумма всех сил, приложенных к телу, равна нулю.
13 EMBED Equation.3 1415
2. Тело, имеющее неподвижную ось вращения, находится в равновесии, если алгебраическая сумма моментов всех сил, приложенных к телу, относительно этой оси равна нулю.
13 EMBED Equation.3 1415


Тема №4.
ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ В МЕХАНИКЕ.

Импульс тела – физическая векторная величина, совпадающая по направлению со скоростью тела в данный момент времени и равная произведению массы тела на его скорость.
13 EMBED Equation.3 1415
Импульс силы – физическая векторная величина, численно равная произведению силы на промежуток времени действия силы.
13 EMBED Equation.3 1415
Закон сохранения импульса – векторная сумма импульсов тел, входящих в замкнутую систему, остается неизменной при любых движениях и взаимодействиях тел системы.
Работа силы – физическая скалярная величина, равная произведению модулей силы и перемещения и косинуса угла между направлениями силы и перемещения, если сила не изменится в процессе движения.
13 EMBED Equation.3 1415 ; 13 EMBED Equation.3 1415
Мощность - величина, характеризующая быстроту работы, численно равная работе, совершаемой за единицу времени.
13 EMBED Equation.3 1415 ; 13 EMBED Equation.3 1415
Энергия – скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм (видов) движения материальных тел и полей, а так же мерой перехода движения из одних форм в другие.
Механическая энергия – характеризует способность тела совершать работу.
Кинетическая энергия тела – это энергия движения, и она равна половине произведения массы тела на квадрат его скорости.
13 EMBED Equation.3 1415 ; 13 EMBED Equation.3 1415.
Потенциальная энергия – энергия взаимодействия тел или частиц одного и того же тела.
Потенциальная энергия тела в поле силы тяжести:
13 EMBED Equation.3 1415 ; 13 EMBED Equation.3 1415
Закон сохранения энергии в механике: в замкнутой системе тел, взаимодействующих только силами тяжести и упругости, полная механическая энергия (сумма кинетической и потенциальной энергии) остается неизменной.

Физические величины и их единицы измерения:
Наименование
величина
Обозначение
Единица
измерения
Формула

Время
t (тэ)
с (секунда)


Путь
s (эс)
м (метр)


Перемещение

·r (дельта эр)
м


Скорость

· (вэ)
13 EMBED Equation.3 1415


Ускорение
а (а)
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415

Угловая скорость

· (омега)
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415

Частота

· (ню)
Гц (герц) или с-1
13 EMBED Equation.3 1415

Период
Т (тэ)
с


Масса
m (эм)
кг


Сила
F (эф)
Н (ньютон)


Вес
P (пэ)
Н (ньютон)


Момент силы
М (эм)
Н
·м
13 EMBED Equation.3 1415

Импульс тела
p (пэ)
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415

Импульс силы

·p (дельта пэ)
13 EMBED Equation.3 1415 или Н
·с
13 EMBED Equation.3 1415

Работа
А (а)
Дж (джоуль)


Мощность
P (пэ)
Вт (ватт)
13 EMBED Equation.3 1415


Физические постоянные:
Ускорение свободного падения g=9,8113 EMBED Equation.3 1415
Гравитационная постоянная G=6,67
·10-11 13 EMBED Equation.3 1415


Раздел 2.
ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ.



Тема №1.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МКТ.
Молекулярно-кинетическая теория базируется на трех положениях, обобщающих результаты огромного количества экспериментальных данных.
Основные положения молекулярно-кинетической теории:
Все тела состоят из мельчайших частиц (атомов, молекул или ионов).
Эти частицы находятся в постоянном хаотическом движении.
Эти частицы взаимодействуют между собой.
Доказательством непрерывного хаотического движения молекул является диффузия и броуновское движение. Диффузия – это явление проникновения молекул одного вещества между молекулами другого вещества. Броуновское движение – движение микроскопических (однако состоящих из огромного числа молекул) частиц в жидкости или газе. Оно тем заметнее, чем: 1) меньше вязкость среды; 2) меньше масса частицы; 3) выше температура системы.
Размера атомов и молекул очень малы: для атомов они составляют величину порядка 10-10 м, для молекул от 10-10 м до 10-5 м. Естественно, при таких размерах масса атомов и молекул также очень мала. К примеру, масса молекулы водорода составляет около 3,3
·10-27 кг. Такими величинами в практических расчетах оперировать не совсем удобно. Поэтому было введено понятие относительной молекулярной (атомной) массы. Относительная молекулярная (атомная) масса- это безразмерная физическая величина, равная отношение массы молекулы (атома) к 13 EMBED Equation.3 1415 массы молекулы углерода:
13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415.
m0 - масса одной молекулы (атома);
m0c – масса молекулы углерода; m0c = 1,995
·10-26 кг;
1а.е.м.- атомная единица массы; 1а.е.м.=1,6606
·10-27кг.
1 моль – это количество вещества, в котором содержится столько же атомов или молекул, сколько их содержится в 0,012 кг углерода.
Число Авогадро – это число частиц содержащихся в 1 моле вещества.
NA=6,02
·1023моль-1
Количество вещества – это относительный параметр, характеризующий число молей данного вещества:
13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 - число молекул (атомов); 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 - масса вещества.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 - молярная масса – масса 1 моля вещества:
13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415.
Тогда 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415.



Тема №2.
МАКРО- И МИКРОПАРАМЕТРЫ. ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ.
ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ МКТ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА.
Микросистема – это система, состоящая из небольшого числа частиц (десятки, сотни). Физические величины, характеризующие поведение микросистем, называются микропараметрами (скорость, координата, заряд, масса).
Макросистема – это система, состоящая из огромного числа частиц. Физические величины, характеризующие поведение макросистем, называются макропараметрами (давление, объем, температура).
Для изучения свойств газа вводится физическая модель идеального газа – упрощенная модель реального разреженного газа. Свойства идеального газа: 1) размеры молекул малы по сравнению со средними расстояниями между ними, т.е. молекулы можно рассматривать как материальные точки; 2) силы притяжения между молекулами не учитываются, а силы отталкивания возникают только при соударениях между молекулами; 3) молекулы сталкиваются друг с другом как абсолютно упругие шары, движение которых описывается законами механики.
Основное уравнение МКТ идеального газа: 13 EMBED Equation.3 1415. Это уравнение определяет давление идеального газа в любой точке его объема. Учитывая, что 13 EMBED Equation.3 1415, основное уравнение МКТ можно записать в виде: 13 EMBED Equation.3 1415. Т.е. давление идеального газа пропорционально концентрации молекул и средней кинетической энергии поступательного движения молекулы.
p – давление; 13 EMBED Equation.3 1415;
n – концентрация – число частиц в единице объёма; 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415;

13 EMBED Equation.3 1415- средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы;
13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415- среднее значение квадрата скорости движения молекул; 13 EMBED Equation.3 1415.



Тема №3.
ТЕМПЕРАТУРА – МЕРА СРЕДНЕЙ КИНЕТИЧЕСКОЙ
ЭНЕРГИИ ТЕПЛОВОГО ДВИЖЕНИЯ ЧАСТИЦ.
Хаотическое движение молекул возрастает с ростом температуры, поэтому его называют тепловым. Особенности теплового движения: универсальность (присуще всем телам) и непрерывность (никогда не прекращается).
Температура – скалярная физическая величина, характеризующая состояние равновесия макроскопической системы.
Равновесное состояние – состояние, при котором каждый ее макропараметр имеет одинаковое значение в каждой ее точке и остается неизменным в течение долгого времени.
Температура определяет не только степень нагретости тела, но и способность системы находиться в термодинамическом равновесии с другими системами. Все тела системы, находящиеся в равновесии друг с другом имеют одну и ту же температуру. Если температуры тел различны, то при установлении между ними теплового контакта температуры выравниваются.
Измеряют температуру термометрами. В настоящее время используются температурные шкалы Цельсия, Фаренгейта и абсолютная термодинамическая шкала температур (шкала Кельвина).
В 1742 г. А.Цельсий предложил шкалу температур, где одной опорной точкой была температура плавления льда, а второй – температура кипения воды. Расстояние между этими опорными точками было разбито на 100 делений.
[t]=°С
В 1724 г. Д.Фаренгейтом была предложена шкала температур, где температуру одной опорной точки получали, смешивая лед, поваренную соль и нашатырь, а другую – смешивая воду и лед. Расстояние между опорными точками было разбито на 32 деления.
13 EMBED Equation.3 1415
Наименьшую температуру назвали абсолютным нулем температуры (
·273°С). Таким образом, если за начало отсчета температурной шкалы принять точку абсолютного нуля температур, то отсчет в ней будет идти только в сторону положительных значений, а отрицательных температур не будет вообще. Данная шкала температур называется шкалой Кельвина (абсолютной термодинамической шкалой).
[Т]=К (кельвин). Кельвин (К) является единицей измерения тем-ры в СИ.
13 EMBED Equation.3 1415 , где t – температура по шкале Цельсия.
Условия измерения температуры:
Тело необходимо привести в тепловой контакт с термометром.
Термометр должен иметь массу значительно меньше массы тела.
Показания термометра следует отсчитывать после наступления равновесного состояния.
Средняя кинетическая энергия хаотического движения молекул газа прямо пропорциональна его температуре: 13 EMBED Equation.3 1415. Т.е. температура является мерой средней кинетической энергии молекул.
k – постоянная Больцмана; k=1,38
·10-2313 EMBED Equation.3 1415.
Средняя квадратичная скорость молекул: 13 EMBED Equation.3 1415.
Закон Дальтона: давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений входящих в нее газов. Парциальное давление – давление, которое производил бы газ, если бы только он один занимал весь объём, равный полному объёму смеси.
Давление идеального газа не зависит от природы газа. Оно определяется не только его концентрацией, но и температурой: 13 EMBED Equation.3 1415.




Тема №4.
УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА.
ИЗОПРОЦЕССЫ. ЗАКОН ДАЛЬТОНА.
Идеальный газ как единая физическая система характеризуется макропараметрами, к которым относятся давление, объём и температура. Для экспериментального исследования свойств газов удобно зафиксировать значение одного из макропараметров и рассмотреть изменение двух других. Процессы в газе с неизменным количеством вещества, проходящие при фиксированном значении одного из макропараметров, называются изопроцессами.
Изотермический - это изопроцесс, протекающий при неизменной температуре (13 EMBED Equation.3 1415). Он описывается законом Бойля-Мариотта: если температура данного количества газа не меняется, то произведение его давления на его объем постоянно: 13 EMBED Equation.3 1415. Изотерма – график, показывающий зависимость давления от объема при постоянной температуре.
Изотерма представляет собой ветвь гиперболы. Чем выше температура процесса, тем дальше от координатных осей p,V расположена соответствующая ей изотерма.
Изобарный - это изопроцесс, протекающий при неизменном давлении (13 EMBED Equation.3 1415). Он описывается законом Шарля: если давление данного количества газа не меняется, то отношение его объёма к температуре постоянно: 13 EMBED Equation.3 1415. Изобара – график, показывающий зависимость объ

Приложенные файлы

  • doc 23368972
    Размер файла: 1 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий