Последовательное соединение проводников

Научные методы познания окружающего мира. Роль эксперимента и теории в процессе познания. Научные гипотезы. Физические законы. Физические теории.

Физика-наука о неживой природе. Любое природное явление в окружающем нас мире имеет множество характеристик и признаков. Желание систематизировать их, понять причины различных проявлений, предсказать их стимулировали научное познание.

Начало научному познанию в физике как науке положил итальянский ученый Галилео Галилей, поставивший первые физические эксперименты и предложивший теоретическое объяснение движения тел. Изучая падения тел разной массы, он впервые провел измерения физических величин при падении тел с высоты и получил количественные соотношения между ними.

Объем информации, получаемый с помощью органов чувств, оказывается недостаточным для того, чтобы выявить ту или иную закономерность. Дополнительную информацию можно получить лишь с помощью экспериментальных установок. Суть любого эксперимента – наблюдение явления и получение данных, характеризующих результаты исследований.

Физический закон-это описание соотношений в природе, проявляющихся при определенных условиях в эксперименте. Особенность закона состоит в том, что с его помощью можно описать другие явления, с которыми не были поставлены эксперименты.

Научная гипотеза-предположение о том, что существует связь между известным и вновь объясняемым явлением.

Исаак Ньютон, основоположник фундаментальной физической теории, высказал гипотезу: причина падения тел на Землю-притяжение тел к Земле.

Научная теория содержит постулаты, определения, гипотезы и законы, объясняющие факторы.

Любая созданная теория должна быть подтверждена экспериментом. Расхождение теории с практикой приводит к совершенствованию старой или созданию новой теории, дающей новые законы и более глубокое понимание физической реальности. Особенно ценной в науке считается теория, предсказывающая новые экспериментальные данные, которые не могут быть объяснены в рамках старой теории.

Примером такой теории в физике является теория относительности Альберта Эйнштейна, предсказавшая и количественно описанная изменение массы движущегося тела со скоростью, соизмеримой со скоростью света, явление, которое нельзя было объяснить в рамках теории классической физики. Особенность фундаментальной теорий – их преемственность.

Теория может иметь границы применимости. Например, классическая механика справедлива для описания движения тел, скорость которых много меньше скорости света, но с помощью законов Ньютона нельзя описать процессы в микромире.

Ни одна научная теория не может быть признана окончательной и верной навсегда. Всегда существует вероятность, что новые наблюдения потребуют поправок к теории.

Билет№2

Под механическим движением понимают изменение с течением времени взаимного положения тел или их частей в пространстве. Например, в природе – это вращение Земли вокруг собственной оси, движение Земли и других планет вокруг Солнца.

Механическое движение характеризуется тремя физическими величинами: перемещением, скоростью и ускорением.

Виды движения:

Прямолинейное движение –это движение, траекторией которого в выбранной системе отсчета-некоторая прямая линия.

Криволинейное движение – это движение, траектория которого в выбранной системе отсчета – некоторая кривая линия.

Вид траектории зависит от того, по отношению к какой системе отсчета рассматривается движение.

Поступательное движение – это движение твердого тела, при котором, при котором, соединяющая две любые точки тела, перемещается, оставаясь параллельной своему начальному положению.

Вращательное движение вокруг неподвижной оси – это такое движение твердого тела, при котором все ее точки описывают окружность, центра которых лежат на одной неподвижной прямой – оси вращения; перпендикулярной плоскостям этих окружностей.

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

Система отсчета – совокупность тела отсчета, связанных с ним системой координат и часов.

Траектория – непрерывная линия, которую описывает точка при своем движении.

Перемещение Δr- вектор, соединяющий положения движущейся точки в начале и конце некоторого промежутка времени: r=r₀+Δr

Направленный отрезок прямой, проведенный из начального положения движущейся точки в ее конечное положение, называется перемещением (s). Перемещение — величина векторная. Единица перемещения — метр.

Путь в отличие от перемещения является скалярной функцией времени.

Прямолинейное равномерное движение – это движение, при котором тело перемещается с постоянной по модулю скоростью

Равномерное движение- движение, при котором тело перемещается с постоянной по модулю и направлению скоростью.

Скорость — векторная физическая величина, характеризующая быстроту перемещения тела, численно равная отношению перемещения за малый промежуток времени к величине этого промежутка. Промежуток времени считается достаточно малым, если скорость при неравномерном движении в течение этого промежутка не менялась. Определяющая формула скорости имеет вид v = s/t. Единица скорости — м/с. На практике используют единицу измерения скорости км/ч (36 км/ч = 10 м/с). Измеряют скорость спидометром

Билет№3

Ускорение — векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости, численно равная отношению изменения скорости к промежутку времени, в течение которого это изменение произошло. Если скорость изменяется одинаково в течение всего времени движения, то ускорение можно рассчитать по формуле:

a= (v-v₀)/t

Вектор ускорения направлен так же, как вектор изменения скорости.

Прямолинейное равноускоренное движение – это движение, при котором ускорение постоянно по модулю и направлению, и векторы скорости и ускорения являются равноправленными:

a=const; V↑↑a; a>0.

Единица измерения - м/с²

Прямолинейное равнозамедленное движение – это движение при котором ускорение постоянно по модулю и направлению и векторы скорости и ускорения противоположны направлены: a=const; V↑↓ a=>{a} <0

Билет№4

Свободным телом – называют тело, на которое не действует другие тела (или поля).

Первый закон Ньютона.

Любая материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока внешние воздействия со стороны других тел не изменят этого состояния.

В инерциальных системах отсчета свободное тело движется прямолинейного и равномерно.

Для описания механического движения на Земле инерциальную систему отсчета связывают с Землей геоцентрической системой отсчета.

Пример: При резком торможении автобуса находящиеся в нем пассажиры наклоняются вперед, продолжая движение по инерции.

Сила(F)- это векторная физическая величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел и полей.

Сила, как и любая векторная величина, считается заданной, если известные ее модуль, направление в пространстве и точка преломления. Прямая, вдоль которой направлена сила, называют линией действия силы.

Известно четыре типа фундаментальных взаимодействий: гравитационные, электромагнитное, сильное, слабое.

Принцип независимости действия сил: если на материальную точку (тело) одновременно действуют несколько сил.

Система нескольких сил, одновременно действующих на материальную точку, можно заменить равнодействующей силой, равной их геометрической сумме: F=F1+F2

Масса(m)- мера инертности. В следствии инертности тела сохраняют свою скорость в отсутствие взаимодействия с другими телами.

Инертность- свойство тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, когда действующие на него силы отсутствуют или взаимно уравновешены.

Масса- это физическая величина, являющаяся мерой инертности тела при поступательном движении. Масса замкнутой системы тел остается неизменной при любых процессах, происходящих в системе.

Центр масс -это точка, в которой может считаться сосредоточенной масса тела при его поступательном движении.

Второй Закон Ньютона: F1/F2=a1/a2.

Ускорение тела в инерциальной системе отсчета пропорционально действующей на тело силе и обратно пропорционально массе тела: a=F/m.

Третий Закон Ньютона:

Силы взаимодействия двух тел в инерциальной системе отсчета равны модулю, противоположны по направлению и действует вдоль прямой, соединяющей эти тела.

Билет№5

Импульс тела.

Импульс материальной точки. Механическое состояние материальной точки в данной системе отсчета определяется координатами: x,y,z.(или радиусом – вектором r) и ее скоростью V. Если одна из величин изменяется, то материальная точка переходит в другое механическое состояние.

Импульс материальной точки р- векторная величина, равна произведение массы точки на скорость ее движения.

p=mv

Единица импульса- килограмм – метр в секунду(кг*м/с)

Импульс тела. Любое тело можно представить как систему материальных точек.

Импульс р тела, состоящий из n материальных точек, равен векторной сумме импульсов всех точек системы: p=p1+p2+…pn

Импульс тела р – векторная величина, равная произведению массы тела на скорость поступательного движения: p=mv.

Произведение силы F на время ее действия Δt, т.е. FΔt, называют импульсом тела.

Единица импульса силы- ньютон*секунда (Н*сек).Импульс силы, действующей на тело, равен изменению импульса тела: F=Δp/Δt

Закон сохранения импульса: в инерциальной системе отсчета суммарный импульс замкнутой системы тел с течением времени не изменяется.

Реактивное движение- движение, возникающее при отделении от тела некоторой его части с определенной скоростью относительно тела. Примером реактивного движения является движение ракеты.

Билет№6

Закон всемирного тяготения: любые две материальные точки притягиваются друг к другу с силой, пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ним: F=G*m1m2/r²

Коэффициент пропорциональности G называется гравитационной постоянной, которая была определена в 1728году.

Сила тяжести.

Сила тяжести Fтяж- сила, действующая на тело вследствие его притяжения к Земле, равная по модулю силе реакции N, но направленная противоположной ей.

Сила тяжести равна произведению массы тела на ускорение свободного падения и приложена к телу. F=mg

Вес тела.

Вес тела (P)-система, с которой тело вследствие притяжения к вращающейся Земле действует на опору или подвес, удерживающие его от свободного падения.

По третьему закону Ньютона с такой же по значению силой тело давит на пол лифта т.е. вес мальчика в системе отсчета равен “лифт” равен P2=(g+a) т.е. больше силы тяжести. В этом случае он находится в состоянии перезагрузки.

Невесомость.

Невесомость – это состояние, при котором тело движется под действием только силы тяжести.

В состоянии невесомости находятся все предметы: в космическом корабле, в спутнике.

Билет№7

Сила трения- это сила, возникающая при соприкосновении поверхностей тел и препятствующая их относительному перемещению в плоскости касания.

Возникающая при этом сила трения скольжения всегда направлена в сторону, противоположную относительной скорости движения соприкасающихся тел, и зависит от силы нормального давления N.

Сила трения равна коэффициенту трения, умноженному на силу реакции опоры.

Сила нормального давления N перпендикулярна поверхности, по которой движется тело. Трение скольжения характеризуется коэффициентом трения скольжения: µ=Fтрения/N.

Сила упругости.

Деформация тела происходит под действием внешних и сопровождается изменением размеров и формы твердого тела.

Деформация, которые полностью исчезают при деформирующих факторов называют упругими. Деформации, которые не исчезают при снятие деформирующих факторов, являются пластическими.

Упругость или пластичность тел в основном определяется материалом, из которого они изготовлены. Например: сталь и резина упруги, а медь и воск пластичны.

Силы, возникающие при деформации т стремящиеся восстановить первоначальные размеры и форму тела, называют силами упругости.

Закон Гука: модуль силы упругости, возникающей при упругой деформации растяжения или сжатия, пропорционален его удлинению: Fупр.=-kΔl

Коэффициент пропорциональности k называют коэффициентом упругости или жесткостью.

Билет№8

Кинетическая энергия материальной точки(тела) является мерой механического движения и зависит от скорости движения точки(тела) в данной инерциальной системе отсчета.

Кинетическая энергия при поступательном движении тела равна половине произведения массы тела на квадрат его скорости: Eк=mv²/2.

Потенциальная энергия.

Тела, поднятые на некоторую высоту h над поверхностью Земли, при падении могут совершить работу. Следовательно, такие тела обладают энергией- которая называется потенциальной.

Потенциальная энергия En – это энергия, которая зависит от взаимного расположения тел или частей одного и того же тела.En=k(Δl)²/2

Закон сохранения механической энергии. Полная механическая энергия тела равна сумме кинетической и потенциальной энергий все тел, входящих в систему: E=Eк+En.

В зависимости от сил, действующих на тела входящие в систему различают консервативные и неконсервативные системы тел:

· Если внутренние и внешние силы, действующие на тела системы, являются потенциальными, то систему тел называют консервативной.

· Если наряду с потенциальной действуют и не потенциальные силы, то систему называют консервативной.

E=const

Выражает закон сохранения полной механической энергии.

Работа силы.

Согласно определению скалярного произведения векторов: ΔA=FΔr cosa.

Работа силы F на перемещение Δr равна произведению модулей этих векторов на косинусе угла между ними.

Единица работы – джоуль(Дж). Джоуль – работа, совершенная силой H на перемещении 1м, если направления силы и перемещения совпадают.

Мощность - физическая величина, равная отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени.

Джоуль в системе СИ- единица работы и энергии. Ватт(Вт;W) в системе СИ- единица изменения мощности.

Энергия-функция состояния, изменение которой равно совершенной над телом работе.

Билет№9

Колебательное движение – называют движения или процессы точно, или приблизительно повторяющиеся через равные промежутки времени. Среди них важную роль играют периодические движения.

Примерами периодического движения могут служить движение планет вокруг Солнца , движение поршня в цилиндре и так потом.

Свободные колебания.

Тело, выведенное из состояния равновесия и предоставленное самому себе, совершают колебания около положения равновесия – такие колебания называют собственные или свободные.

Свободные колебания являются не только самыми распространенными, но и самыми важными в теории колебаний, так как условия возникновения других колебаний существенно зависит от их характера.

Вынужденное колебание.

Колебания, возникающие под действием внешних периодически изменяющейся силы- называют вынужденными колебаниями.

Величины характеризующие свободные колебания:

1. Амплитуда- любое колебательное движение характеризуется амплитудой А-значением максимального отклонения колеблющейся точки от положения равновесия.

2. Частота- величина показывающая число полных колебаний, совершаемых за единицу времени. Частота- величина обратная периоду.

3. Период колебаний – T- времени, в течении которого совершается одно полное колебание.

Единица периода- секунда(с).

При колебательном движении происходит превращение энергии потенциальной в кинетическую и наоборот.

Билет№10

Диффузия – перемешивание газов, жидкостей и твердых тел при непосредственном контакте.

Причины броуновского движения частицы заключается в том, что удары молекул жидкости о частицы не компенсируют друг друга.

При беспорядочном движении молекул передаваемые ими броуновской

частице импульсы, например слева и справа неодинаковы, поэтому

отлична от нуля результирующая сила давления молекул жидкости на

броуновскую частицу, которая и вызывает изменение движения.

Силы взаимодействия молекул.

Если молекулы существуют и движутся, то между ними обязательно должны действовать силы. Без этого взаимодействие не было ни твердых ни жидких тел.

Строение газообразных, жидких и твердых тел. Молекулярная-кинетическая теория дает возможность понять почему вещество может находится в газообразном, жидком, твердом состоянии.

Газы. В газах расстояние между атомами или молекулами в среднем во много раз больше размеров самих молекул. Например: при атмосферном давлении объем сосуда в десятки тысяч раз больше превышает объем находящихся в нем молекул.

Газы могут неограниченно расщепляться. Они не сохраняют не формы ни объем. Многочисленные удары молекул о стенки сосуда создают давление газа.

Жидкости. Молекулы жидкости расположены почти вплотную друг к другу, поэтому молекулы жидкости ведет себя иначе, чем молекулы газа.

Молекула – это сложная система, состоящая из отдельных запряженных частиц: электронов и атомных ядер.

Атомы и молекулы состоят из электрически заряженных частиц. Благодаря действию электрических сил на малых расстояниях они притягиваются, но начинают отталкиваться, когда электронные оболочки атомов перекрываются.

Твердые тела- сохраняют не только форму, но и объем.

Идеальный газ-это газ, взаимодействие между молекулами которого пренебрежительно мало.

Билет№11

Давление газа в молекулярно-кинетической теории. Пусть газ находится в закрытом сосуде. Мономер показывает давление газа p:

Каждая молекула газа, ударялась о стенку, в течение малого промежутка времени действует на нее с определенной силой. В результате беспорядочных ударов о стенку, давление быстро меняется со временем. Однако действия вызванные ударами отдельных молекул настолько слабы, что манометром они не регистрируются.

В результате многочисленных ударов дробинок на диск действует некоторая средняя сила давления, вызывающая поворот стержня и изгиб упругой пластины. Эффект от ударов отдельных дробинок не заметен. P=1/3 n.m.

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории определяет макроскопическую величину- давление газа через концентрацию n молекул, массу м., отдельных молекул и среднюю квадратическую скорость <v кв.> их движения.

Температурный параметр должен изменяться при изменение температуры непрерывно и монотонно, т.е. он не должен иметь одинаковых значений при разных температурах.

Способ деления шкалы введен А. Цельсием. Градус по шкале цельсия обозначается ⁰с.

Термодинамические ⁰t пропорциональна средней кинетической энергии хаотического движения молекул газа. PV=m/м*RT.

V1/V2=P2/P1

T1/T2=V1/V2

T1/T2=P1/P2

Билет№12

Состояние данной массы газа характеризуется 3 макроскопическими параметрами: давление, объем, темп.

Объем V(m³), давление P(Па), темп Т(к)

Уравнение состояния идеального газа PV=m/м*RT

Изопроцессы- протекающие при неизмененном значении, из одного параметров.

Газовые законы-количественная зависимость, между двумя параметрами газа, при постоянной массе и неизмененном значении 3 параметра.

Идеальный газ называют такой газ, для которого можно пренебречь размерами молекул, силами молекулярного взаимодействия, соударения молекул в таком газе происходит по закону соударения упругих шаров.

Билет№13

Самое интересное состояние газа – это насыщенный пар. Он находится в равновесии с жидкостью;

Его давление и плотность не зависит от объема.

Пар находящиеся в динамическом равновесии со своей жидкостью называют насыщенным паром.

Давление пара р, при котором жидкость находится в равновесии со своим паром, называют давлением насыщенного пара.

Свойство давление пара.

При сжатии насыщенного пара все большая часть его переходит в жидкое состояние. Жидкость данной массы занимает объем, чем пар той же массы. В результате объем пара при неизменной его плотности уменьшается.

При постоянной t⁰ установится динамическое равновесие между жидкостью и паром.

Если сжимать пар, находящийся в равновесии с жидкостью в цилиндре под поршнем, поддерживая t⁰ содержимой цилиндра постоянной.

Относительной влажностью воздуха называют- отношение парциального давления р водяного пара, содержащегося в воздухе при данной t⁰ к давлению насыщенного пара при той же t⁰, выраженной в процентах: ф=р/p₀100%.

От влажности зависит интенсивность испарения влаги.

Билет№14

Внутренняя энергия, макроскопического тела равна сумме кинетических энергий беспорядочного движущихся молекул и потенциальной энергии, взаимодействие всех молекул друг с другом.

Работа в термодинамике рассчитывается по формуле: A=p*(V2-V1)*P*ΔV.

Теплопередача-процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы.

Количество теплоты-количественная мера измерения внутренней энергии при теплопередачи.

Q=c*m*(t2-t1), где c-удельная теплоемкость вещества. Количество теплоты-Q-Дж.

Законы в термодинамики:

1.Начало термодинамики:

При разнообразных процессов протекающих в природе, энергия не возникает из ничего и не уничтожается, но превращается лишь из одних видов в другие.

Q=ΔU+A(джоулях)

Количество теплоты, переданная в системе идет на изменение его внутренней энергии и на совершение телом работы над внешними телами.

2.Второй закон термодинамики: говорит о необратимости процессов протекающих в природе.

Теплота не может сама собой переходить от тела с более низкой t⁰ к телу более высокой t⁰.

Адиабатный процесс- процесс в теплоизолированной системе. Пример: Система не обменивается теплом с окружающими телами. При адиабатном процессе работа совершается только за счет изменения внутренней энергии газа. A=Δ-U.

Билет№15

Электрический заряд-является физической величиной, характеризующий интенсивность электромагнитных взаимодействий. Электрический заряд имеет дискретный характер и изменяется на целую кратную величину: F=k*|Q1||Q2|/r². –где k –коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц физических величин.

Закон Кулона: сила электрического взаимодействия F между двумя неподвижными точечными электрически заряженными телами Q1 и Q2 в вакууме пропорциональна произведению их зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

Два знака энергетических зарядов.

Закон электрона является отрицательным, а заряд протока-элементарной частицей, которая входит в состав ядра атома –положительным. Большинство тел электрически нейтрально; число электронов в них равно числу протонов. Нейтрален атом любого вещества. Если нарушить каким то образом электрическую нейтральность тела, то оно становится наэлектризованным.

Закон сохранения электрического заряда: суммарный заряд электрически изолированной системы не изменяется. Электрические заряды не создаются и не исчезают, а только передаются от одного тела к другому перераспределяют внутри данного тела:

Опыт Кулона.

Для определения силы взаимодействия двух зарядов Кулон воспользовался крутильными весами-установкой состоящий из стеклянной палочки подвешенной на тонкой упругой проволоки и помещенной в стеклянный цилиндрический сосуд. На одном конце палочки находится маленький металлический шарик, а на другом противовес. Верхний конец нити прикреплен к шкале делениями. С помощью этой шкалы определяют угол закручивания нити. Через отверстие в крышке сосуда вводят другой такой же шарик. Если шарикам сообщен заряд, то они взаимодействуют между собой. О силе взаимодействия зависят от формы и размеров наэлектризованных тел и характера распределения зарядов на них. В случае неподвижных точечных зарядов, т.е. зарядов, распределенных на телах, линейные размеры которых малы во сравнению с расстояниями между ними, справедлив Закон Кулона.

Билет№16

Электрическое поле порождается электрической, заряженной частицы. Электрическое поле неподвижных зарядов называется электростатическим.

Силовые линии электрического поля-это траектории, вдоль которых движутся пробный заряд, помешенный в это поле. Они не замкнуты, не пересекаются, начинаются на положительном и заканчиваются на отрицательном заряде.

Характеристики электрического поля:

1. Силовая напряженность.

E=F/q

При перемещении частицы из одной точки в поле в другую электрическое поле совершает работу. Эта работа равна:

A=E*q*Δd

Заряженная частица в электрическим поле обладает потенциальной энергией

Wp=-E*q*Δd

2. Энергетическая – потенциал

µ=wp/q

Практическое значение имеет не сам потенциал, а его изменения. Разность потенциала называется напряжением.

Работа, выполняемая при перемещении заряда между двумя точками электрического поля, равна произведению заряда и напряжения между точками: A=q*U.

Билет№17

Электроемкость. Введем физическую величину, характеризующею способность двух проводников накапливать электрический заряд. Эту величину называют электроемкостью.

C=q/U

Чем меньше напряжении U при сообщении проводником зарядов +|q| и -|q|, тем больше электроемкость проводников. Единица измерения: фарад(Ф);

Конденсаторы.

Конденсатор представляет собой два проводника, разделенные слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников.

Типы конденсаторов:

1. Обычный технический бумажный конденсатор.

2. Конденсаторы переменной электроемкости.

3. Электрические конденсаторы.

Конденсаторы позволяют накапливать энергетический заряд. Электроемкость плоского конденсатора пропорциональна произведению площади пластин на диэлектрическую проницаемость среды между ними и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами.

Зависимость электроемкости плоского конденсатора от геометрических размеров и диэлектрической проницаемости среды.

Энергия заряженности конденсатора:

Wp=qV/2

Билет№18

Силой точкой I-называется отношение заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени t, за которое этот заряд прошел через поперечное сечения проводника: I=Δq/Δt.

Одним из условий существования электрического тока в проводнике является наличие в нем электрических зарядов.

Сопротивление-мера противодействия проводника установления в нем электрического тока.

Сопротивление проводника зависит от его удельного сопротивления, длины проводники и площади поперечного сечения: R=p*1/3(ом)

Закон Ома.

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряженного на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению: I=U/R.

Последовательное соединение проводников.

Iобщая=I1=l2=l3

Rобщая=R1=R2=R3

Соединение, при котором наблюдается разделение электрического тока называется параллельным соединением проводников.