Задачник по физике. Белолипецкий С.Н., Еркович О.С., Казаковцева В.А., Цвецинская Т.С.

Учебное пособие. Для подготовительных отделений вузов.

М.: Физматлит, 2005. - 368с.

Сборник содержит свыше 1400 задач по физике из числа предлагавшихся в физико-математическом лицее при Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана. В сборник введены разделы, недостаточно глубоко или вообще не изучаемые в школе, но важные для успешного освоения курса и дальнейшего обучения в вузах инженерного и физического профиля. Задачи снабжены ответами.

Для учащихся и преподавателей средних школ, слушателей подготовительных отделений вузов, а также лиц, занимающихся самообразованием.

(В начале каждого раздела немного теории, затем задачи без примеров решения и ответы в конце книги.)

Формат: djvu / zip

Размер: 3,7 Мб

Скачать / Download файл

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 лицеях, гимназиях, на подготовительных отделениях высших учебных заведений и курсах, а также для самостоятельной подготовки абитуриентов. Задачи, включенные в данный сборник, использовались в учебном процессе физико-математического лицея № 1580 при МГТУ им. Н. Э. Баумана в течение последних десяти лет.

Сборник состоит из шести разделов: «Механика», «Молекулярная физика и термодинамика», «Электричество и магнетизм», «Колебания и волны», «Оптика» и «Специальная теория относительности. Атомная и ядерная физика». Внутри разделов задачи располагаются по темам. В начале каждой темы предлагается сводка основных определений, законов и формул. Все задачи снабжены ответами и имеют разный уровень сложности (он указан в индексе при номере задачи). Задачи первого уровня сложности — простые, как правило, «одноходовые» задачи, для решения которых достаточно знания основных законов и соответствующих им аналитических формул. Для решения задач второго уровня сложности помимо знания основных законов требуется также умение математически описать рассматриваемое физическое явление, составить и решить уравнение или систему уравнений. Уверенное решение задач второго уровня означает, что читатель неплохо владеет материалом соответствующего раздела физики общеобразовательной средней школы и может переходить к следующему разделу без ущерба для понимания. Однако если цель нашего читателя — подготовиться и успешно поступить в технический вуз или университет инженерно-физической направленности, то следует научиться решать более сложные задачи, которые в данном сборнике помечены как задачи третьего уровня, т.е. задачи, требующие глубокого понимания физических явлений, их творческого осмысления и твердого владения соответствующим математическим аппаратом. При этом предполагается, что учащийся уверенно владеет математическим аппаратом, предусмотренным школьной программой, и не боится применять разделы курса математики, освоенные в 10-11 классах, к решению задач, например, механики, которую в школе «проходят» в 9 классе. Задачи четвертого уровня — это так называемые олимпиадные или нестандартные задачи, которые, конечно же, стоит попробовать решить, но не надо отчаиваться, если они не получаются с первого раза.

В сборник включены как оригинальные задачи, составленные авторами, так и задачи, предлагавшиеся в других сборниках, как правило, с некоторыми изменениями и в авторской редакции. В сборнике присутствуют разделы и темы, которые редко можно встретить в подобных пособиях. Это, в частности, такие темы, как «Динамика вращательного движения твердого тела. Момент инерции. Закон сохранения момента импульса», «Применение законов Кеплера», «Электрические машины постоянного тока», «Фотометрия», «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, тестах и олимпиадах в различных вузах.

В заключение, авторы хотели бы выразить свою благодарность всем преподавателям и сотрудникам кафедр «Основы физики» и «Физика» МГТУ им. Н. Э. Баумана за многочисленные полезные замечания и конструктивные предложения, высказанные в процессе работы над данным сборником. Особенно хотелось бы выразить свою признательность первому руководителю физико-математической школы при МГТУ им. Н. Э. Баумана В. В. Кузнецову , который вдохновил нас на создание этого сборника.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Общие рекомендации по решению задач .................. 6
Предисловие .................................. 7
Глава 1. Механика ........................... 9
1.1. Векторы и скаляры ......................... 9
1.2. Кинематика равномерного движения ............... 11
1.3. Равнопеременное прямолинейное движение ........... 13
1.4. Баллистическое движение ...................... 23
1.5. Движение точки по окружности. Вращательное движение твердого тела ............................... 26
1.6. Динамика прямолинейного движения материальной точки . . 30
1.7. Динамика движения материальной точки по окружности ... 40
1.8. Импульс материальной точки и системы материальных точек.
Движение тел переменной массы ................. 43
1.9. Работа. Мощность. Энергия. Закон сохранения энергии .... 46
1.10. Вращение твердого тела вокруг оси. Закон сохранения момента импульса. Условия равновесия твердого тела ........ 56
1.11. Закон всемирного тяготения. Законы Кеплера ......... 61
1.12. Основы механики жидкостей и газов ............... 63
Глава 2. Молекулярная физика и термодинамика ...... 68
2.1. Основные положения молекулярно-кинетической теории .... 68
2.2. Графики изопроцессов в идеальном газе ............. 70
2.3. Газовые законы ............................ 73
2.4. Идеальный газ. Закон Дальтона .................. 74
2.5. Уравнение состояния идеального газа ............... 76
2.6. Внутренняя энергия идеального газа. Работа идеального газа . 79
2.7. I начало термодинамики. Теплоемкость .............. 81
2.8. Закон сохранения энергии в тепловых процессах. Адиабатный процесс ................................. 84
2.9. Термодинамические циклы. КПД циклов ............. 88
2.10. Уравнение теплового баланса ................... 90
2.11. Пары. Кипение ........................... 92
2.12. Влажность .............................. 94
2.13. Деформации твердых тел. Тепловое расширение ........ 96
2.14. Поверхностные явления ...................... 99
Глава 3. Электричество и магнетизм ............... 102
3.1. Закон Кулона ............................. 102
3.2. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей .................................. 104
3.3. Поток вектора напряженности электрического поля. Теорема Гаусса-Остроградского ....................... 106
3.4. Работа сил электростатического поля. Потенциал ........ 108
3.5. Проводники и диэлектрики в электростатическом поле ..... 113
3.6. Электрическая емкость проводника. Конденсаторы ....... 116
3.7. Соединения конденсаторов ..................... 119
3.8. Сила тока. Сопротивление. Закон Ома для однородного участка цепи ................................. 123
3.9. Закон Ома для неоднородного участка и полной цепи. Правила Кирхгофа ............................... 128
3.10. Конденсаторы и нелинейные элементы в электрических цепях 133
3.11. Работа и мощность тока. Тепловое действие тока ....... 135
3.12. Электрический ток в различных средах ............. 139
3.13. Магнитное поле. Магнитная индукция .............. 142
3.14. Сила Лоренца. Сила Ампера. Сила взаимодействия двух проводников ............................... 145
3.15. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях ...................... 148
3.16. Магнитный поток. Закон электромагнитной индукции .... 151
3.17. Индуктивность. ЭДС самоиндукции ............... 155
Глава 4. Колебания и волны ..................... 158
4.1. Кинематика гармонических колебаний .............. 158
4.2. Динамика колебательного движения ...............161
4.3. Сложение гармонических колебаний ................ 174
4.4. Затухающие и вынужденные колебания ............. 178
4.5. Механические волны ......................... 182
4.6. Переменный ток ........................... 188
4.7. Активное сопротивление, индуктивность и емкость в цепи переменного тока ............................ 192
4.8. Трансформаторы ........................... 199
4.9. Электрические машины постоянного тока ............ 202
4.10. Колебательный контур ....................... 206
4.11. Электромагнитные волны ..................... 212
Глава 5. Оптика ............................. 215
5.1. Отражение света. Плоское зеркало ................ 215
5.2. Сферические зеркала ........................ 218
5.3. Преломление света .......................... 225
5.4. Тонкие линзы ............................. 229
5.5. Оптические системы и приборы .................. 237
ОГЛАВЛЕНИЕ
5.6. Фотометрия .............................. 244
5.7. Интерференция света ........................ 247
5.8. Дифракция света ........................... 251
5.9. Дисперсия света. Поляризация света ............... 253
Глава 6. Специальная теория относительности. Атомная и ядерная физика ........................ 256
6.1. Основы специальной теории относительности .......... 256
6.2. Квантовые свойства света ...................... 259
6.3. Модель атома Резерфорда-Бора .................. 263
6.4. Строение атомного ядра. Радиоактивность. Ядерные реакции 265
Ответы
К главе 1 .................................. 271
К главе 2 .................................. 288
К главе 3 .................................. 300
К главе 4 .................................. 317
К главе 5 .................................. 335
К главе 6 .................................. 351
Заключение .................................. 357
Приложения .................................. 359

Общие рекомендации по решению задач

1. Приступая к решению задачи, хорошо вникните в ее смысл и постановку вопроса. Установите, все ли данные, необходимые для решения задачи, приведены. Недостающие данные можно найти в любой таблице физических констант (например, если указан материал, из которого изготовлено плавающее в воде тело, то предполагается, что плотность тела можно определить, обратившись к справочнику). Если позволяет характер задачи, обязательно сделайте схематический рисунок, поясняющий ее сущность, — это во многих случаях облегчает решение.

2. Каждую задачу решайте, как правило, в общем виде (т.е. 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 решения.

3. Получив решение в общем виде, проверьте, правильную ли оно имеет размерность. Неверная размерность — явный признак ошибочности решения. Если возможно, исследуйте поведение решения в предельных частных случаях. Например, какой бы вид ни имело выражение для силы гравитационного 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 являются приближенными. Поэтому при расчетах руководствуйтесь правилами действий с приближенными числами.

5.Получив числовой ответ, оцените его правдоподобность. Такая оценка может в ряде случаев обнаружить ошибочность полученного результата. Так, например, скорость тела не может оказаться больше скорости света в вакууме, плотность газа при нормальных условиях превысить плотность чугуна и т.д.