Физика для аграрных университетов: учебник для ВПО

Description

Данный учебник составлен в соответствии с государственными образовательными стандартами и программой курса физики. В книге представлено краткое и последовательное изложение теоретического материала следующих разделов: механические модели объектов и процессов, физика колебаний и волн, электричество, магнетизм, оптика, квантовая и статистическая физика, а также сведения по обработке результатов экспериментальных измерений. Предназначен для студентов, обучающихся по направлениям подготовки и специальностям, входящим в УГСН: «Сельское, лесное и рыбное хозяйство», «Ветеринария и зоотехния», а также техническим специальностям. ПРЕДИСЛОВИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АППАРАТ ФИЗИКИ Основные обозначения ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ ФИЗИКИ Введение 1. Об экологической направленности курса физики в сельскохозяйственном вузе 2. Физика и техника 3. Методы физического исследования: опыт, гипотеза, эксперимент, теория 4. Измерения физических величин. Правила округления. Система СИ 5. Погрешности измерений и вычислений Часть I. МЕХАНИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОБЪЕКТОВ И ПРОЦЕССОВ Глава 1. ЭЛЕМЕНТЫ КИНЕМАТИКИ 1.1. Физические модели: материальная точка, абсолютно твёрдое тело. Пространство и время 1.2. Кинематика поступательного движения. Степени свободы и обобщенные координаты 1.3. Скорость и ускорение при криволинейном движении 1.4. О смысле производной и интеграла в приложении к физическим задачам 1.5. Кинематика вращательного движения 1.6. Связь линейных и угловых величин 1.7. Кинематическое описание движения жидкости Глава 2. ДИНАМИКА ЧАСТИЦ 2.1. Масса и импульс. Сила и инерция 2.2. Современная трактовка законов Ньютона 2.3. Виды сил в механике. Упругие напряжения Глава 3. ТВЁРДОЕ ТЕЛО В МЕХАНИКЕ 3.1. Центр инерции. Закон сохранения импульса 3.2. Момент инерции тела относительно оси 3.3. Основной закон динамики вращательного движения 3.4. Уравнение движения и равновесия твёрдого тела 3.5. Энергия движущегося тела Глава 4. ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА И МОМЕНТА ИМПУЛЬСА 4.1. Применение законов Ньютона к системе материальных точек 4.2. Закон сохранения импульса как фундаментальный закон природы. Реактивное движение 4.3. Законы Кеплера 4.4. Закон сохранения момента количества движения Глава 5. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ 5.1. Работа. Мощность 5.2. Связь между кинетическими энергиями в различных системах отсчёта 5.3. Потенциальная энергия 5.4. Консервативные и неконсервативные силы 5.5. Относительность энергии 5.6. Энергия движущегося тела как целого 5.7. Внутренняя энергия 5.8. Закон сохранения энергии в механике Глава 6. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ 6.1. Принцип относительности Галилея и теория относительности 6.2. Закон сложения скоростей 6.3. Преобразование импульса и энергии 6.4. Преобразования Лоренца Глава 7. ЭЛЕМЕНТЫ МЕХАНИКИ СПЛОШНЫХ СРЕД 7.1. Общие свойства жидкостей и газов. Идеальная и вязкая жидкость 7.2. Уравнение неразрывности струи 7.3. Стационарное движение идеальной жидкости. Уравнение Бернулли 7.4. Гидродинамика вязкой жидкости. Турбулентность Часть 2. ФИЗИКА КОЛЕБАНИЙ И ВОЛН Глава 8. КИНЕМАТИКА ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ 8.1. Дифференциальное уравнение и его решение 8.2. Энергетические соотношения 8.3. Сложение одинаково направленных колебаний близких частот. Биения 8.4. Комплексная форма представления колебаний. Векторные диаграммы Глава 9. ГАРМОНИЧЕСКИЙ ОСЦИЛЛЯТОР 9.1. Динамика гармонических движений на примере пружинного, физического, математического маятников и колебательного контура 9.2. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение 9.3. Добротность колебательной системы 9.4. Понятие о связанных осцилляторах. Изохронность 9.5. Вынужденные колебания. Резонанс Глава 10. АНГАРМОНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ 10.1. Принцип работы радиопередатчика и супергетеродинного приемника 10.2. Автоколебания Глава 11. ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ 11.1. Плоская синусоидальная волна 11.2. Уравнение и график бегущей волны 11.3. Интерференция волн. Стоячие волны 11.4. Эффект Доплера. Волновые свойства 11.5. Энергетические соотношения 11.6. Звук 11.7. Шум и его влияние на живой организм 11.8. Ультразвук и его применение Часть 3. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО Глава 12. ЭЛЕКТРОСТАТИКА 12.1. Поле и вещество – две основные формы материи 12.2. Элементарный заряд 12.3. Закон сохранения заряда 12.4. Взаимодействие зарядов. Закон Кулона 12.5. Напряжённость электрического поля 12.6. Графическое изображение электрических полей Глава 13. НАПРЯЖЁННОСТЬ И ПОТЕНЦИАЛ 13.1. Работа по перемещению заряда в электрическом поле. Потенциал 13.2. Циркуляция вектора напряжённости 13.3. Эквипотенциальные поверхности. Связь между напряжённостью и потенциалом 13.4. Потенциал точечного заряда, системы точечных зарядов, заряженной сферы Глава 14. ВЕКТОР ИНДУКЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ 14.1. Вектор индукции электрического поля. Поток вектора индукции 14.2. Теорема Остроградского – Гаусса и её применение к вычислению напряжённости полей (сферы, бесконечно длинной нити, плоскости) 14.3. Диэлектрики в электростатическом поле. Диэлектрическая постоянная, понятие диполя, связанные заряды. Типы диэлектриков Глава 15. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК 15.1. Разряд конденсатора, проводники и изоляторы 15.2. Условия существования тока. Законы Ома и Джоуля – Ленца в дифференциальной форме 15.3. Сторонние силы. ЭДС гальванического элемента. Закон Ома для участка цепи с гальваническим элементом 15.4. Правила Кирхгофа 15.5. Мост Уитстона 15.6. Полупроводники 15.7 Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия. Электронно-лучевая трубка 15.8. Термохимические и контактные явления 15.9. Заземления в линиях электропередач 15.10. Закон Ома на основе классической электронной теории металлов 15.11. Ток в жидкостях. Электролиз. Закон Фарадея 15.12. Ток в газах 15.13. Влияние электростатического поля на организм. Применение постоянного тока в жидкостях и газах Часть 4. МАГНЕТИЗМ Глава 16. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ 16.1. Магнитное поле простейших систем 16.2. Сила Ампера. Определение единицы силы тока – ампер 16.3. Сила Лоренца. Действие магнитного поля на движущийся заряд 16.4. Некоторые приборы и установки, основанные на движении заряженных частиц в электрическом и магнитном полях 16.5. Вектор магнитной индукции. Основные уравнения магнитостатики 16.6. Закон Био – Савара – Лапласа. Принцип суперпозиции. Магнитное поле кругового тока 16.7. Рамка с током в магнитном поле 16.8. Работа и энергия витка с током во внешнем магнитном поле 16.9. Явление электромагнитной индукции 16.10. Законы Фарадея. Правило Ленца 16.11. Индуктивность длинного соленоида. Коэффициент взаимной индукции 16.12. Энергия магнитного поля. Плотность магнитной энергии. Энергия и силы Глава 17. СТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕ 17.1. Основные уравнения электростатики диэлектриков 17.2. Плоский конденсатор с диэлектриком. Энергия и плотность энергии электростатического поля в диэлектрике 17.3. Намагниченность Глава 18. УРАВНЕНИЯ МАКСВЕЛЛА 18.1. Первое уравнение Максвелла 18.2. Ток смещения. Второе уравнение Максвелла и следствия из него 18.3. Третье и четвёртое уравнения Максвелла 18.4. Плотность энергии. Плотность потока энергии Глава 19. ПРИНЦИП ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ В ЭЛЕКТРОДИНАМИКЕ 19.1. Сущность специальной теории относительности 19.2. Постулаты специальной теории относительности 19.3. Преобразования Лоренца и следствия из них 19.4. Инвариантность уравнений Максвелла относительно преобразований Лоренца Глава 20. КВАЗИСТАЦИОНАРНОЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ 20.1. Токи Фуко. Токи смещения 20.2. Цепи переменного тока. Импеданс 20.3. Генератор переменного тока Глава 21. ПОЛЕ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ 21.1. Электромагнитные волны простейших систем 21.2. Поля различной природы 21.3. Закономерности электромагнитного поля 21.4. Единый подход к колебаниям различной природы. Шкала электромагнитных волн Часть 5. ОПТИКА Глава 22. РАСПРОСТРАНЕНИЕ СВЕТА В ВЕЩЕСТВЕ 22.1. Электромагнитные волны в веществе 22.2. Геометрическая оптика 22.3. Дисперсия диэлектрической проницаемости 22.4. Дисперсия света и её применение 22.5. Поглощение и рассеяние света. Прозрачные среды 22.6. Электрооптические и магнитооптические явления 22.7. Элементы нелинейной оптики: самофокусировка света, генерация оптических гармоник Глава 23. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА 23.1. Типы поляризованного света 23.2. Двойное лучепреломление. Призма Николя 23.3. Поляроиды. Закон Малюса 23.4. Вращение плоскости поляризации. Поляриметры Глава 24. ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ 24.1. Интерференция монохроматических волн 24.2. Интерференционные явления 24.3. Интерферометры Глава 25. ДИФРАКЦИЯ ВОЛН 25.1. Дифракция света. Принцип Гюйгенса – Френеля 25.2. Дифракция на щелях. Разрешающая способность 25.3. Типы дифракционных решёток Часть 6. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА Глава 26. ЭЛЕМЕНТАРНАЯ КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ 26.1. Противоречия классической физики 26.2. Проблемы излучения чёрного тела 26.3. Тепловое равновесное излучение. Постоянная Планка 26.4. Линейчатые спектры атомов. Принцип соответствия Глава 27. ФОТОНЫ 27.1. Энергия и импульс световых квантов 27.2. Фотоэффект 27.3. Внутренний фотоэффект. Эффект Комптона. 27.4. Корпускулярно-волновой дуализм. Гипотеза де Бройля Глава 28. АТОМ. МОЛЕКУЛА. ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОНИКИ 28.1. Атом. Модели ядра 28.2. Спектры водородоподобных атомов 28.3. Строение атомных ядер. Физическая природа химической связи 28.4. Радиоактивные превращения атомных ядер 28.5. Периодическая система Д. И. Менделеева. Принцип Паули 28.6. Энергетические уровни. Рентгеновские лучи 28.7. Люминесценция 28.8. Принцип работы квантового генератора Часть 7. СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА Глава 29. МАКРОСКОПИЧЕСКИЕ СОСТОЯНИЯ 29.1. Статистический и термодинамический методы 29.2. Динамические и статистические закономерности в физике 29.3. Давление газа с точки зрения молекулярно-кинетической теории 29.4. Макроскопические параметры. Уравнения состояния 29.5. Тепловое движение. Уравнение состояния идеального газа 29.6. Внутренняя энергия идеального газа 29.7. Молекулярно-кинетический смысл температуры 29.8. Интенсивные и экстенсивные параметры Глава 30. СТАТИСТИЧЕСКИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ 30.1. Вероятность и флуктуации 30.2. Распределение Максвелла. Скорости молекул 30.3. Распределение Максвелла – Больцмана Часть 8. МОДЕЛИ ТЕРМОДИНАМИКИ Глава 31. ОБРАТИМЫЕ И НЕОБРАТИМЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ 31.1. Первый закон термодинамики 31.2. Понятие удельной и молярной теплоёмкости 31.3. Тепловое движение. Теплоёмкость многоатомных газов 31.4. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам. Уравнение Пуассона 31.5. Термодинамические преобразования 31.6. Цикл Карно и КПД тепловой машины 31.7. Энтропия 31.8. Второй и третий законы термодинамики Глава 32. ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА 32.1. Диффузия. Коэффициент диффузии 32.2. Вязкость жидкостей и газов 32.3. Теплопроводность 32.4. Динамическая и кинематическая вязкость Глава 33. ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ 33.1. Фазы и фазовые превращения 33.2. Изотермы Ван-дер-Ваальса 33.3. Критическая точка 33.4. Метастабильные состояния. Тройная точка. Фазовые переходы второго рода Заключение Литература