ПОСІБНИК З ФІЗИКИosvita-verh.dp.ua/files/2015/Marchenko_OA1.pdf · 2015-06-15 · 2 Навіщо та як вивчати фізику Кожна людина народжується

0

на допомогу учням 10-11 класів (академічний рівень)

ПОСІБНИК З ФІЗИКИ

Відділ освіти Верхньодніпровської райдержадміністрації

Районний методичний кабінет

Комунальний заклад «Дніпровська середня загальноосвітня

багатопрофільна школа І-ІІІ ступенів

Верхньодніпровської районної ради Дніпропетровської області»

Марченко Олена Анатоліївна, учитель фізики, кваліфікаційна категорія «спеціаліст вищої категорії», педагогічне звання «старший вчитель»

2015

1

Зміст

1 Навіщо та як вивчати фізику…………………………...………………………...

2

2 Раціональна організація розумової праці……………………………………….. 2

3 Фізичні величини. Одиниці фізичних величин…………………………..……….

…………

3

4 Грецький та латинський алфавіт……………………………………….……….

4

5 Основні одиниці вимірювання…………………………………………….….….… 5

6 Похідні одиниці, що мають власні назви………………………………..……...

6

7 Префікси та множники для утворення десяткових кратних і частинних

одиниць………………………………………………………………………………….

7

8 Співвідношення одиниць СІ з одиницями інших систем та

позасистемними одиницями………………………………………………….……..

7

9 Фізичні сталі…………………………………………………………………….…….

8

10 Відомості про Сонце, Землю і Місяць……………………………………...….….

8

11 Математичні сталі…………………………………………………………..……...

9

12 Формули площі та об’єму деяких геометричних фігур……………...……….. 9

13 Тригонометричні функції гострого кута. Формули зведення.

Значення тригонометричних функцій деяких кутів …………………….…….

10

14 Вимірювання похибки вимірювань. Наближені обчислення……………..….. 11

15 Таблиці для обчислення похибок вимірювання …………………………….…...

фізичних величин

12

16 Розв’язування задач з фізики………………………………………………..…….. 13

17 Основні фізичні формули

18 Основи кінематики………………………….…………………….. 14

19 Основи динаміки…………………………………….……………... 15

20 Закони збереження в механіці…………………………..……….

16

21 Елементи механіки рідин і газів…………………………..……. 17

22 Основи молекулярно-кінетичної теорії………………….…… 18

23 Основи термодинаміки………………………………………….. 19

24 Основи електростатики………………………………………... 20

25 Закони постійного струму……………………………….……… 22

26 Магнітне поле, електромагнітна індукція……………….…… 23

27 Механічні коливання і хвилі………………………………..…….. 24

28 Електромагнітні коливання і хвилі…………….……………….. 25

29 Оптика……………………………………………………………….. 25

30 Елементи теорії відносності. Світлові кванти…………….. 26

31 Атом і атомне ядро………………………………………….……. 27

2

Навіщо та як вивчати фізику

Кожна людина народжується філософом — вона змалку шукає відповіді на

питання: що таке навколишній світ, яку роль відіграє людина у навколишньому

свт, які стосунки між людиною i навколишнім світом?

Але фундаментом ycix природничих наук i філософії є саме фізика, яка

вивчає найпростіші явища природи, що порівняно легко спостерігаються,

відтворюються, аналізуються, застосовуються для задоволення потреб як однієї

людини, так i суспільства в цілому.

Природничі науки є основою створення наукової картини світу, формують

світоглядні погляди людини, її науковий стиль мислення. Вони є також

фундаментом перетворювальної діяльності людини: створення техніки i

технологій, розширення пізнавальних можливостей людства.

Для отримання фізичних знань спочатку нагромаджуються факти, потім

вони аналізуються, систематизуються, висловлюються ідеї щодо їx пояснения,

перевіряється справедливість висловлених ідей — створюється теорія. А вже

після цього здобуті знання можуть бути ефективно використані на практиці для

пояснення явищ навколишнього світу, для задоволення практичних потреб

людства.

Раціональна організація розумової праці

У літературі можна знайти значну кількістъ рекомендацій з доцільнoї

організації самоосвіти. Ми вам рекомендуемо такі.

Приступаючи до самостійної роботи в галузі навчання i науки, поставте

перед собою мету: навчатися з повним навантаженням, не допускаючи прогалин у

знаниях. Цілеспрямованість стимулює систематичність i чіткість у роботі.

Одночасно необхідно також встановити можливості виконання запланованої

роботи з урахуванням часу, особливостей пам'яті, використання методів

активного засвоєння знань, наявності необхідних матеріалів, літератури,

сучасних джерел інформації, у тому числі електронних. Найкраще працювати там,

де під руками є все необхідне (на своєму домашньому робочому місці, у

бібліотеці, лабораторії тощо). Усе варто підготувати так, щоб у будь-який момент

ви могли простягнути руку i взяти те, що вам потрібно.

Оскільки розумова праця вимагає значного напруження центральнoї нервової

системи, а продуктивність праці залежить від стану організму людини (роботи

серця, кровообігу, дихання та iн.), то слід не лише правильно працювати i

відпочивати, а й правильно думати.

Щоб забезпечити нормальну роботу мозку, органів дихання, зору, найкраще

працювати, зручно сидячи за столом. Освітленість робочого місця має бути

достатньою, світло — падати зліва i не засліплювати очі. У кімнаті повинна бути

тиша i порядок, щоб нічого не відволікало від роботи. (рiзноманітнi відволікання

вимагають витрат енергії більше, ніж сама робота).

Необхідно для себе встановити найзручніший час самостійної роботи:

прагнути працювати в один i той же час. Швидкість розумових дій зростає зранку

до полудня, потім знижується приблизно до 18-ї год, знову зростає i тримається

до 20-22-ї години. Після цього для більшої частини людей розумова праця

малоефективна — організму потрібен відпочинок.

Температурный режим для ycпiшної роботи +18-20 °С. Слідкуйте за

чистотою приміщення, де працюєте, провітрюйте його. У теплу пору року можна

3

працювати на свіжому повітрі, але до цього потрібно звикнути (багато

відволікаючих факторів).

Сон — кращий зaciб відновлення розумових сил — 7-8 годин. Перед сном

варто здійснити невелику прогулянку, щоб підготувати організм до сну.

Цінним прийомом відновлення працездатності є чергування розумової

діяльності з практичною, рухливою діяльністю, чергування праці та відпочинку,

переключення на інші види діяльності, наприклад, з вивчення фізики на вивчення

мов тощо. Раціонально використовуйте вихідні дні: роботу на землі, походи до

лісу, лижі, ковзани тощо. Давні греки говорили: «мен сана ін корпоре сано» — у

здоровому тілі — здоровий дух.

Фізичні величини. Одиниці фізичних величин.

Фізична величина — це властивість, спільна в якісному відношенні для

багатьох фізичних об'єктів (фізичних систем, їx станів та процеciв, що в них

відбуваються), але в кількісному відношенні — індивідуальна для кожного

об'єкта.

Фізика належить до точних наук. Тому фізики намагаються кількісно

визначити властивості фізичних тіл, явищ i процесів, які вони вивчають. Це вони

роблять за допомогою фізичних величин, що їx характеризують.

Щоб кількісно визначити фізичну величину, необхідно обрати одиницю, з

якою її порівнюють. У фізиці прийнято вказувати значення фізичної величини

обов'язково з її одиницею.

Значення фізичної величини = числове значения + одиниця фізичної величини.

одиниця

числове 7 м/с фізичної

значення величини

Для забезпечення єдності вимірювань, використовують еталони.

Міжнародні еталони одиниць вимірювання зберігаються у Францїї. В кожній

країні є державні еталони, вони систематично порівнюються з міжнародними.

Державні еталони України зберігаються у Xapковi.

3 метою упорядкування одиниць фізичних величин їx об'єднують у системи.

Нині більшість кpaїн світу використовують Міжнародну метричну систему

одиниць (скорочено CI). В її основу покладено ciм основних одиниць - еталонів, за

допомогою яких визначають інші одиниці фізичних величин.

4

Грецький та латинський алфавіт

Букви

Назва букви

Букви Назва

букви Друко

Вані Рукописні

Друко

вані Рукописні

Грецький алфавіт

Латинський алфавіт

Букви

Назва букви

Букви

Назва букви Друко

Вані

Рукописні Друко

вані

Рукописн

і

5

Основні одиниці вимірювання

Назва Позначен

ня

Фізична

величина Визначення

метр м довжина

Метр дорівнює довжині шляху,

який світло проходить у вакуумi за

1/299 792 458 секунди.

кілограм кг маса

Кілограм точно дорівнює масі міжнародного

прототипу кілограму (платино-іридієвого

циліндру), що зберігається в Міжнародному

бюро мір та ваг, Севр, Франція.

секунда с час

Секунда дорівнює часу, за який відбуваються

точно 9 192 631 770 періодів випромінювання,

що відповідають переходу між

двома надтонкими рівнями незбудженого

атома Цезію-133при температурі нуль кельвін.

ампер А

Сила

електричн

ого струму

Ампер - це сила постійного електричного

струму, що, протікаючи по двох прямих

паралельних провідниках нескінченної довжини

з незначним поперечним перетином,

розташованих на відстані 1 метр один від

одного у вакуумі, створює між цими

провідникамисилу, яка дорівнює

2×10−7

ньютон на метр довжини.

кельвін К

термодина

мічнатемп

ература

Кельвін точно дорівнює 1/273,16

термодинамічної температури потрійної

точки води.

моль моль кількість

речовини

Моль є кількість речовини, що містить стільки

ж елементарних часток

(атомів, молекул,електронів тощо), скільки

атомів міститься в 0,012 кілограмах вуглецю-12.

кандела кд сила

світла

Кандела це сила світла у визначеному напрямку

від джерела, що випромінює монохроматичне

випромінювання з частотою 540×1012 герц та

має інтенсивність випромінювання в цьому

напрямку 1/683 ват на стерадіан.

6

Похідні одиниці, що мають власні назви

Похідні одиниці СІ є добутками цілих степенів основних одиниць. Математичний

вираз для розмірності похідної одиниці виходить з фізичного закону або

визначення відповідної фізичної величини. Деякі з похідних одиниць виміру мають

власні назви, котрі теж можна використовувати при визначенні інших похідних

одиниць.

Величина

Одиниця Вираження похідної

одиниці

найменув

ання

позн

ачен

ня

через

інші

одиниці

СІ

через основні

та додаткові

одиниці СІ

Частота герц Гц – с–1

Рівень інтенсивності звуку, звукового

тиску

бел,

децибел Б,

дБ 1 1

Сила, вага ньютон Н м·кг·с-2

м·кг·с-2

Тиск, механічне напруженя, модуль

пружності паскаль Па Н/м2 м

–1·кг·с

–2

Енергія, робота, кількість теплоти джоуль Дж Н·м м2·кг·с

–2

Потужність, потік енергії ват Вт Дж/с м2·кг·с

–3

Електричний заряд кулон Кл А·с А·с

Електрична напруга, електричний

потенціал, електрорушійна сила вольт В Вт/А м2·кг·с

–3·А

–1

Електрична ємність фарада Ф Кл/В м–2

·кг–1

·с4·А

2

Електричний опір ом Ом В/А м2·кг·с

–3·А

–2

Магнітний потік, потік магнітної

індукції вебер Вб В·с м2·кг·с

–2·А

–1

Магнітна індукція, густина магнітного

потоку тесла Тл Вб/м2 кг·с

–2·А

–1

Індуктивність генрі Гн Вб/А м2·кг·с

–2·А

–2

Оптична сила діоптрія дптр м–1

м–1

Світловий потік люмен лм кд·ср кд·ср

Освітленість люкс лк лм/м2 кд·ср·м

–2

Активність радіоактивного джерела беккерель Бк с–1

с–1

Поглинена доза грей Гр Дж/кг м2·с

–2

Еквівалентна доза зиверт Зв Дж/кг м2·с

–2

7

Префікси та множники для утворення десяткових

кратних і частинних одиниць

Співвідношення одиниць СІ з одиницями інших систем та позасистемними

одиницями

1 дюйм = 2,54·10−2

м 1 миля = 1,61·103 м

1 фут = 0,305 м 1 миля морська = 1,85·103 м

1 ярд = 91,44 см 1 кабельтов = 185,2 м

1 л = 10−3

м³ 1 галон = 4,5 л

1 барель = 159 л 1 пінта = 0,5683 л

1 км/год = 0,278 м/с 1 м/с = 3,6 км/год

1 об/хв = 0,105 рад/с 1 рад/с = 9,55 об/хв

1 ат = 9,81.104 Па 1 Па = 1,02.10

−5 ат

1 мм рт.ст. = 133 Па 1 Па = 7,50.10−3

мм рт.ст.

1 фунт = 453,6 г 1 унція = 28,35 г

1 драхма = 1,77 г 1 грант = 64,8 мг

1 кВт · год = 3,6 · 105 Дж 1 кал = 4,186 Дж

1 Ом · мм2/м = 10

-6 Ом · м 1 еВ = 1,6 · 10

-19 Дж

8

Фізичні сталі

Прискорення вільного падіння g = 9.80665 м/с2

Абсолютний нуль температури Т = - 273,15° С

Швидкість звуку у повітрі при 0° С v = 332м/с

Відомості про Сонце, Землю і Місяць.

Радіус Землі середній . .................................... 6 371 000 м

полярний.................................. 6 356 912 м

екваторіальний........................ 6 378 388 м

Маса Землі ………………………...................... 6 · 1024

кг

Середня густина Землі ...................................... 5,5 · 103 кг/м

3

Середня відстань від Землі до Сонця .............. 1,5 · 1011

м

Радіус Сонця ....................................................... 6,95 · 108 м

Маса Сонця ......................................................... 1,97 · 1030

кг

Радіус Місяця ...................................................... 1,735 · 106 м

Маса Місяця ........................................................ 7,35 · 1022

кг

Середня відстань від Місяця до Землі .............. 3,84 · 108 м

Кутова швидкість обертання Землі навколо своєї осі ..............7,272 · 10–5

с-1

Час повного обертання Землі навколо своєї осі ………………... 23 год. 56 хв. 4,09 с

Прискорення вільного падіння (на широті Парижа, на рівні моря), м/с2......9,80665

Нормальний атмосферний тиск,....................... 101325 Па

Молярна маса повітря……….......................... 0,029 кг/моль

Період обертання Місяця навколо Землі ……..... 27 діб 7 год. 43 хв.

Прискорення вільного падіння на поверхні Місяця, …… 1,623 м/с2

9

Математичні сталі

π = 3,14159265 e = 2,71828183 lg e = 0,434294482

1/π = 0,318309886 1/e = 0,367879441 ln 10 = 2,30258509

π2 = 9,86960440 e

2 = 7,38905610 ln 2 = 0,693147181

√π = 1,77245385 √e = 1,64872127 1 рад = 57,30°

3√π = 1,46459189

3√e = 1,39561243 1° = 0,0175 рад

Формули площі та об’єму деяких геометричних фігур

Площа трикутника

Площа бічної поверхні правильної піраміди

Об’єм піраміди

Площа сфери радіуса R (діаметра D)

Об’єм кулі

Площа круга

Довжина кола

Площа трапеції

Об’єм циліндра

Об’єм конуса

Площа бічної поверхні конуса

10

Тригонометричні функції гострого кута

Формули зведення

Значення тригонометричних функцій деяких кутів

11

Вимірювання похибки вимірювань. Наближені обчислення

Фізика — наука експериментальна, вона грунтується на результатах

дослідів, у яких певних чином вимірюються фізичні величини.

Істинне значення фізичної величини — це те значения, яке ідеально

відтворює властивості даного об'єкта в якісному i кількісному плані. Значения

фізичної величини, знайдене вимірюванням, називають дійсним значенням, або

результатом вимірювання.

Мета вимірювання полягає не лише в знаходженні результату ви-мірювання,

тобто наближеної оцінки істинного значення вимірюваної величини, а й в оцінці

його відхилення від істинного. Це відхилення характеризує абсолютна похибка.

∆X = | x – X |,

де ∆X – абсолютна похибка

x – результат вимірювання

X – дійсне значення фізичної величини, яке знаходять експериментально

Результат вимірювання записують у вигляді

X ± ∆Х

∆Х - межа абсолютної похибки

Якість вимірювання характеризує відносна похибка, яка дорівнює відношенню

межі абсолютної похибки до дійсного значення вимірюваної величини i

визначається у відсотках:

∆Х

Ɛ = X %

Округленням числа називається зменшення кількості цифр числа шляхом

відкидання однієї або декількох останніх цифр. (Основні правила округлення:

якщо перша цифра, яку відкидають, 5 або більше, то остання цифра, що

залишається, збільшується на одиницю; якщо перша цифра, яку відкидають,

менша 5, то останню залишену цифру не змінюють).

Значущими цифрами числа називають вci його цифри, кpiм нулів, що стоять

лівіше першої відмінної від нуля цифри, i нулів, які знаходяться у кінці числа,

якщо вони стоять замість невідомих або відкинутих цифр.

Для уникнення плутанини незначущі нулі замінюють степенем десятки i

записують, наприклад, 4,3 • 103. Такий запис числа називають стандартним.

12

Таблиці для обчислення похибок вимірювання фізичних величин

13

Розв’язування задач з фізики

Глибину засвоєння i розуміння теоретичного матеріалу показує вміння

розв'язувати задачі різних типів. Розв'язування задач учить всебічно аналізувати

фізичні явища, сприяє розвитку логічного мислення, виявляє вміння

застосовувати знання на практиці.

У процесі розв'язування задачі корисно виділити три етапи: фізичний,

математичний i аналіз розв'язку.

Фізичний етап складається з:

аналізу умови задачі,

визначення відомих i невідомих величин,

з'ясування явищ i процесів, які описані в умові задачі,

проведення скороченого запису умови задачі,

конкретизації фізичної моделі задачі за допомогою графічних форм

(малюнків, схем тощо),

встановлення зв'язків між відомими i невідомими величинами.

складання означеної системи рівнянь (кількість рівнянь має дорівнювати

кількості невідомих, що входять до фізичних формул).

У математичному етапі можна видмітити дві частини:

одержання розв'язку в загальному вигляді

знаходження числової відповіді задачі.

Аналіз розв'язку включає:

оцінку одержаного результату щодо його вірогідностi й реальності

перевірку правильності найменування шуканої величини

відповідність розв'язку граничним випадкам, вимогам симетрії

пошук інших можливих способів розв'язку задачі

запис відповіді.

14

Основи кінематики

15

Основи динаміки

16

Закони збереження в механіці

17

Елементи механіки рідин і газів

18

Основи молекулярно-кінетичної теорії

Властивості пари, рідин і твердих тіл

19

Основи термодинаміки

20

Основи електростатики

21

22

Закони постійного струму

23

Магнітне поле, електромагнітна індукція

24

Механічні коливання і хвилі

25

Електромагнітні коливання і хвилі

Оптика

26

Елементи теорії відносності. Світлові кванти

27

Атом і атомне ядро