Трофимова. Курс физики

Предлагаемый задачник с решениями составляет единый методический комплект с «Курсом физики» и «Сборником задач по курсу физики» Т. И. Трофимовой. Он состоит из семи разделов, полностью соответствующих программе курса физики для ВУЗов.
Основное назначение пособия - научить студента решать задачи, показать им рациональную запись условия, решения, расчета, ответа. Решение задач дается без каких-либо пояснений, что потребует от студента, в случае необходимости, обратиться к теоретическому материалу, вникнуть в суть рассматриваемых явлении и процессов.
Для студентов и преподавателей ВУЗов и техникумов. Может быть полезен учащимся лицеев и колледжей, а также абитуриентам, готовящимся к поступлению в технические институты.

Примеры.
Первое тело брошено вертикально вверх с начальной скоростью v0 = 5 м/с. В тот же момент времени вертикально вниз с той же начальной скоростью из точки, соответствующей максимальной верхней точке полета первого тела, брошено второе тело. Определите: 1) в какой момент времени t тела встретятся; 2) на какой высоте h от поверхности Земли произойдет эта встреча; 3) скорость v1 первого тела в момент встречи; 4) скорость v2 второго тела в момент встречи.

С башни высотой h = 30 м в горизонтальном направлении брошено тело с начальной скоростью v0 = 10 м/с. Определите: 1) уравнение траектории тела у(х); 2) скорость v тела в момент падения на Землю; 3) угол ф, который образует эта скорость с горизонтом в точке его падения.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 5
Методические указания 5
1. Физические основы механики
1.1. Элементы кинематики 6
1.2. Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела 29
1.3. Работа и энергия 48
1.4. Механика твердого тела 72
1.5. Тяготение. Элементы теории поля 94
1.6. Элементы механики жидкостей 114
1.7. Элементы специальной (частной) теории относительности 131
2. Основы молекулярной физики и термодинамики
2.1. Молекулярно-кинетическая теория идеальных газов 145
2.2. Основы термодинамики 166
2.3. Реальные газы, жидкости и твердые тела 186
3. Электричество и магнетизм
3.1. Электростатика 199
3.2. Постоянный электрический ток 233
3.3. Электрический ток в металлах, в вакууме и газах 247
3.4. Магнитное поле 251
3.5. Электромагнитная индукция 279
3.6. Магнитные свойства вещества 297
3.7. Основы теории Максвелла для электромагнитного поля 303
4. Колебания и волны
4.1. Механические и электромагнитные колебания 307
4.2. Упругие волны 360
4.3. Электромагнитные волны 377
5. Оптика. Квантовая природа излучения
5.1. Элементы геометрической и электронной оптики 385
5.2. Интерференция света 401
5.3. Дифракция света 413
5.4. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом 431
5.5. Поляризация света 441
5.6. Квантовая природа излучения 452
6. Элементы квантовой физики атомов, молекул и твердых тел
6.1 Теория атома водорода по Бору 47
6.2. Элементы квантовой механики 491
6.3. Элементы современной физики атомов и молекул 526
6 4. Элементы квантовой статистики 539
6.5. Элементы физики твердого тела 542
7. Элементы физики атомного ядра и элементарных частиц
7 1. Элементы физики атомного ядра 547
7 2. Элементы физики элементарных частиц 572
Важнейшие формулы, используемые в задачнике 580
Периодическая система элементов Менделеева 590.

Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Сборник задач по курсу физики с решениями, Трофимова Т.И., Павлова З.Г., 2002 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

• Сборник задач по курсу физики с решениями, Трофимова Т.И., Павлова З.Г., 2003
• Сборник задач по курсу физики с решениями, Трофимова, Павлова
• Физика для профессий и специальностей технического и естественно-научного профилей, Сборник задач, Трофимова Т.И., Фирсов А.В., 2012

Вот и наступил первый класс . Впереди школьников ждет много интересного, а порой и весьма сложного. В этом году им предстоит познакомиться с таким предметом как "Окружающий мир" , который расскажет им об удивительных вещах в нашей жизни. Ребятам предстоит узнать о том как разные времена года влияют на природу и животных, и еще кучу увлекательных вещей. Все свои знания ученики должны будут закрепить с помощью д/з. А чтобы его выполнение не казалось таким трудным, можно применить решебник к учебнику "Окружающий мир. Рабочая тетрадь 1 класс" Трафимов, Трофимова, Федотова . Издательский дом "Академкнига", 2016 г.

Что в него включено.

Всего в пособие вошло тридцать восемь заданий из оригинального учебника. Полнота ответов в ГДЗ по окружающему миру 1 класс способствует тому, чтобы ребята уяснили правильный принцип работы по предмету.

Нужен ли решебник.

В первом классе дети еще не настолько освоились со школьными требованиями, чтобы быстро и точно выполнять д/з. А многих родителей, которые бы и рады помочь, может поставить в тупик незнакомая тематика. Решебник к учебнику "Окружающий мир. Рабочая тетрадь 1 класс" Трафимов поможет школьникам и их мамам и папам ознакомится с новым предметом, а так же весело провести время за выполнением д/з.

Соглашение

Правила регистрации пользователей на сайте "ЗНАК КАЧЕСТВА":

Запрещается регистрация пользователей с никами подобными: 111111, 123456, йцукенб, lox и.т.п;

Запрещается повторно регистрироваться на сайте (создавать дубль-аккаунты);

Запрещается использовать чужие данные;

Запрещается использовать чужие e-mail адреса;

Правила поведения на сайте, форуме и в комментариях:

1.2. Публикация в анкете личных данных других пользователей.

1.3. Любые деструктивные действия по отношению к данному ресурсу (деструктивные скрипты, подбор паролей, нарушение системы безопасности и т.д.).

1.4. Использование в качестве никнейма нецензурных слов и выражений; выражений, нарушающие законы Российской Федерации, нормы этики и морали; слов и фраз, похожих на никнеймы администрации и модераторов.

4. Нарушения 2-й категории: Наказываются полным запретом на отправления любых видов сообщений сроком до 7 суток. 4.1.Размещение информации, подпадающей под действие Уголовного Кодекса РФ, Административного Кодекса РФ и противоречащей Конституции РФ.

4.2. Пропаганда в любой форме экстремизма, насилия, жестокости, фашизма, нацизма, терроризма, расизма; разжигание межнациональной, межрелигиозной и социальной розни.

4.3. Некорректное обсуждение работы и оскорбления в адрес авторов текстов и заметок, опубликованных на страницах "ЗНАК КАЧЕСТВА".

4.4. Угрозы в адрес участников форума.

4.5. Размещение заведомо ложной информации, клеветы и прочих сведений, порочащих честь и достоинство как пользователей, так и других людей.

4.6. Порнография в аватарах, сообщениях и цитатах, а также ссылки на порнографические изображения и ресурсы.

4.7. Открытое обсуждение действий администрации и модераторов.

4.8. Публичное обсуждение и оценка действующих правил в любой форме.

5.1. Мат и ненормативная лексика.

5.2. Провокации (личные выпады, личная дискредитация, формирование негативной эмоциональной реакции) и травля участников обсуждений (систематическое использование провокаций по отношению к одному или нескольким участникам).

5.3. Провоцирование пользователей на конфликт друг с другом.

5.4. Грубость и хамство по отношению к собеседникам.

5.5. Переход на личности и выяснение личных отношений на ветках форума.

5.6. Флуд (идентичные или бессодержательные сообщения).

5.7. Преднамеренное неправильное написание псевдонимов и имен других пользователей в оскорбительной форме.

5.8. Редактирование цитируемых сообщений, искажающее их смысл.

5.9. Публикация личной переписки без явно выраженного согласия собеседника.

5.11. Деструктивный троллинг - целенаправленное превращение обсуждения в перепалку.

6.1. Оверквотинг (избыточное цитирование) сообщений.

6.2. Использование шрифта красного цвета, предназначенного для корректировок и замечаний модераторов.

6.3. Продолжение обсуждения тем, закрытых модератором или администратором.

6.4. Создание тем, не несущих смыслового наполнения или являющихся провокационными по содержанию.

6.5. Создание заголовка темы или сообщения целиком или частично заглавными буквами или на иностранном языке. Исключение делается для заголовков постоянных тем и тем, открытых модераторами.

6.6. Создание подписи шрифтом большим, чем шрифт поста, и использование в подписи больше одного цвета палитры.

7. Санкции, применяемые к нарушителям Правил Форума

7.1. Временный или постоянный запрет на доступ к Форуму.

7.4. Удаление учетной записи.

7.5. Блокировка IP.

8. Примечания

8.1.Применение санкций модераторами и администрацией может производиться без объяснения причин.

8.2. В данные правила могут быть внесены изменения, о чем будет сообщено всем участникам сайта.

8.3. Пользователям запрещается использовать клонов в период времени, когда заблокирован основной ник. В данном случае клон блокируется бессрочно, а основной ник получит дополнительные сутки.

8.4 Сообщение, содержащее нецензурную лексику, может быть отредактировано модератором или администратором.

9. Администрация Администрация сайта "ЗНАК КАЧЕСТВА" оставляет за собой право удаления любых сообщений и тем без объяснения причин. Администрация сайта оставляет за собой право редактировать сообщения и профиль пользователя, если информация в них лишь частично нарушает правила форумов. Данные полномочия распространяются на модераторов и администраторов. Администрация сохраняет за собой право изменять или дополнять данные Правила по мере необходимости. Незнание правил не освобождает пользователя от ответственности за их нарушение. Администрация сайта не в состоянии проверять всю информацию, публикуемую пользователями. Все сообщения отображают лишь мнение автора и не могут быть использованы для оценки мнения всех участников форума в целом. Сообщения сотрудников сайта и модераторов являются выражением их личного мнения и могут не совпадать с мнением редакции и руководства сайта.

Высшее профессиональное образование

БАКАЛАВРИАТ

Т. И. ТРОФИМОВА, А. В. ФИРСОВ

КУРС ФИЗИКИ

ЗАДАЧИ И РЕШЕНИЯ

Допущено Министерством образования и науки

Российской Федерации

в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся

по техническим направлениям подготовки и специальностям

4 е издание, исправленное

УДК 53(075.8) ББК 22.3я73

Р е ц е н з е н т ы:

зав. кафедрой физики Южно Российского государственного университета экономики и сервиса, д р техн. наук, проф. С. В. Кирсанов ;

д р физ. мат. наук, проф. П. А. Эминов

Трофимова Т. И.

T 761 Курс физики. Задачи и решения: учеб. пособие для учреждений высш. проф. образования / Т. И. Трофимова, А. В. Фирсов. - 4 е изд., испр. - М. : Издатель ский центр «Академия», 2011. - 592 с. - (Сер. Бакалавриат)

ISBN 978 5 7695 8486 2

Учебное пособие создано в соответствии с Федеральным государственным образователь ным стандартом по техническим направлениям подготовки (квалификация «бакалавр»).

Данное учебное пособие совместно с учебными пособиями Т. И. Трофимовой «Физика по техническим направлениям подготовки» (квалификация «бакалавр»), «Курс физики», «Физика в таблицах и формулах» и «Курс физики. Колебания и волны»Т. И. Трофимовой иА. В. Фирсова составляет единый учебно методический комплект по физике для студентов втузов. Около по ловины задач приведены с подробными решениями и объяснениями, остальные предусмотрены для самостоятельного решения. Это дает возможность использовать данное пособие в каче стве задачника для вузов. Пособие состоит из семи глав, охватывающих все разделы курса физики для инженерно технических специальностей высших учебных заведений.

Для студентов высших технических учебных заведений. Может быть использовано преподава телями для составления опорных конспектов к семинарам. Наличие подробных решений боль шого количества задач, в том числе и не требующих знания высшей математики, позволяет использовать это пособие при подготовке в вузы абитуриентами и на подготовительных курсах.

УДК 53(075.8) ББК 22.3я73

ПРЕ ДИСЛОВИЕ

Для глубокого усвоения курса физики важно не только знание теории («впи тывание» информации), но и умение активно применять изученное на практике, самостоятельно работая над решением задач. Формирование навыков грамотного решения задач является основной целью этой книги.

Учебное пособие состоит из семи глав, охватывающих все разделы курса физи ки для инженерно технических специальностей высших учебных заведений: фи зические основы классической механики с элементами специальной теории отно сительности, молекулярная физика и термодинамика, электричество и электро магнетизм, колебания и волны, квантовая природа излучения, элементы кванто вой физики, элементы физики атомного ядра и элементарных частиц. Главы раз делены на подразделы, каждый из которых содержит основные формулы, боль шое количество задач с подробными решениями и задач для самостоятельного решения.

В решениях задач используются как традиционные методики, выработанные российской высшей школой и успешно прошедшие проверку временем, так и соб ственные разработки авторов, основанные на многолетнем преподавании в вузе. При этом выдержаны единообразие в подаче материала, строгая логичность изло жения и дозированное, обусловленное необходимостью применение математики. Повышенное внимание уделено вопросам современной физики, к примеру, кван товой механике, включая операторы и некоторые важные конкретные задачи.

Все решения содержат краткую запись условия, перевод данных из внесистем ных единиц в СИ, лаконично сформулированные физические законы, лежащие в основе рассматриваемых явлений, необходимые уравнения, их решения в общем виде, численный ответ. Задачи для самостоятельного решения также снабжены ответами в общем виде и результатами вычислений. Условия и ответы даны с точ ностью до трех значащих цифр, стоящие в конце чисел нули опускаются для упро щения записи.

Данное учебное пособие совместно с учебными пособиями Т.И.Трофимовой «Физика по техническим направлениям подготовки» (квалификация «бакалавр»), «Курс физики», «Физика в таблицах и формулах» и «Курс физики. Колебания и волны» Т. И. Трофимовой и А. В. Фирсова составляет единый учебно методиче ский комплект по физике для обучающихся в учреждениях высшего профессио нального образования.

Замечание и предложения будут с благодарностью приняты авторами по адре су [email protected] и [email protected].

Г Л А В А 1

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ

1.1. ОСНОВЫ КИНЕМАТИКИ

Основные законы и формулы

Средняя и мгновенная скорости материальной точки

Модули средней и мгновенной скоростей

Среднее и мгновенное ускорения материальной точки

Тангенциальная и нормальная составляющие ускорения

Длина пути, пройденного материальной точкой за промежуток времени от t1

до t2 ,

s = ò v(t)dt.

Угловая скорость

wH =dj H dt

Угловая скорость равномерного вращательного движения w = j =2p = 2pn

Угловое ускорение

eH =dw H .dt

Угол поворота и угловая скорость для равнопеременного вращательного дви жения

j = w0 t ±et 2 , w = w0 ± et

Связь между линейными (длина пути s, пройденного точкой по дуге окруж ности радиусом R, линейная скорость v, тангенциальная составляющая ускоре ния at , нормальная составляющая ускорения an ) и угловыми (j - угол поворота, w - угловая скорость, e - угловое ускорение) величинами:

s = Rj, v = Rw, a t = Re, an = w2 R.

Примеры решения задач

1.1. Зависимость пройденного материальной точкой пути от времени задается уравнением s = A - Bt + Ct 2 + Dt3 , где C = 0,2 м/с2 , D = 0,1 м/с3 . Определите:

1) через какой промежуток времени t после начала движения ускорение тела a = = 1 м/с 2 ; 2) среднее ускорение áañ за этот промежуток времени.

Дано: s = A - Bt + Ct2 + Dt3 ; C = 0,2 м/с2 ; D = 0,1 м/с3 ; a = 1 м/с2 .

Найти: t; áañ.

Решение. Мгновенное ускорение материальной точки

Тогда ускорение, согласно (1),

a = 2C + 6Dt, откуда искомый промежуток времени

t = a - 2C . 6D

Среднее ускорение материальной точки

áañ = Dv =v t -v 0 ,

Dt t - t0

где начальный момент времени t0 = 0. Тогда искомое среднее ускорение с учетом формулы (2)

áañ = -B + 2Ct + 3Dt2 + B= 2C + 3Dt. t

Ответ: t = 1 с; áañ = 0,7 м/с2 .

1.2. Кинематическое уравнение движения материальной точки вдоль прямой (ось x) задается уравнением x = A + Bt + Ct2 + Dt3 , где B = 9 м/с; C = -6 м/с2 ; D = 1 м/с3 . Определите среднюю скорость ávñ и среднее ускорение áañ материаль ной точки за промежуток времени, в течение которого точка движется в направ лении, противоположном первоначальному.

Дано: x = A + Bt + Ct2 + Dt3 ; B = 9 м/с; C = -6 м/с2 ; D = 1 м/с3 .

Найти: ávñ; áañ.

Решение. Мгновенная скорость материальной

График зависимости скорости (1) точки от време ни - парабола с ветвями, направленными вверх, вер

осью: t 1 = 1 с; t2 = 3 с (получается из условия

dv = 0). В начальный момент времени t = 0 скорость dt

точки согласно (1) равна 9 м/с, далее она убывает и при t1 = 1 с меняет знак, т. е. точка начинает двигаться в противоположном на правлении. В момент времени t2 = 3 с снова происходит смена знака скорости и, соответственно, направления движения на первоначальное.

Искомые средняя скорость и среднее ускорение за промежуток времени от t1 =1 с до t2 = 3 с

ávñ = x(t2 )- x(t1 ); t 2 -t 1

áañ = v(t2 )-v(t1 ). t 2 -t 1

Определив из заданного уравнения для x, уравнения (1) и из графика соответ ствующие значения координат и скоростей, находим ávñ = 2 м/с; áañ = 0.

Ответ: ávñ = 2 м/с; áañ = 0.

1.3. На рисунке представлена зависимость ускорения a от времени t для мате риальной точки, движущейся прямолинейно. Определите скорость v и координа ту x точки через t = 3 с после начала движения. В какой момент времени t1 точка изменит направление движения?

Дано: t = 3 с.

Найти: v; x; t1 .

Решение. Из графика следует, что зависимость ускорения от времени можно представить в виде

где A = 4 м/с2 ; B = 2 м/с3 .

В случае прямолинейного движения скорость мате риальной точки при v0 = 0 (условие задачи):

Точка изменяет направление движения в момент, когда скорость v = 0, т. е.

Bt 2 =

t = 2 B A .

Ответ: v = 3 м/с; x = 9 м; t1 = 4 с.

1.4. Ускорение движущейся прямолинейно материальной точки изменяется по закону a = A + Bt, где A = 9 м/с2 ; B = -6 м/с3 . Определите скорость v точки через t1 = 4 с после начала движения, а также координату x и путь s, пройденный точкой за этот промежуток времени.

Дано: a = A + Bt; A = 9 м/с2 ; B = -6 м/с3 ; t1 = 4 с.

Найти: v(t1 ); x(t1 ); s(t1 ).

t = 3 с, в этой точке скорость меняет знак, а материальная точка - направление движения. Для момента времени t = 4 с скорость v = -12 м/с, т. е. точка движется в направлении, противоположном первоначальному (см. рисунок).

Координата материальной точки

x = ò

Bt 3

(учли, что в начальный момент времени x0 = 0), откуда при t1 = 4 с координата

x(t1 ) = 8 м.

В момент времени t = 3 с точка начинает двигаться в обратную сторону, т. е. ее

координата убывает, а длина пути продолжает возрастать по тому же закону, по которому убывает координата. До поворота путь s1 равен координате x1 в момент времени t = 3 с: согласно (3), s1 = 13,5 м. За промежуток времени от t = 3 с (коор дината x1 (t) = 13,5 м) до t1 = 4 с (координата x(t1 ) = 8 м) точка прошла в обрат ном направлении расстояние

s2 = x1 (t) - x(t1 ).

Весь путь за время t1 = 4 с равен сумме расстояний s1 (первые три секунды) и s2 (последняя секунда)

s = x1 (t) + x1 (t) - x(t1 ).

Ответ: v = -12 м/с; x = 8 м; s = 19 м.

1.5. На рисунке представлен график зависимости скорости от времени v(t) для прямолинейно движущейся материальной точки в течение пяти секунд. Нари суйте графики зависимостей координаты x и ускорения a точки от времени. Оп ределите среднюю скорость точки; áv1 ñ за первые три секунды движения; áv2 ñ за первые пять секунд движения.

Дано: v(t); t = 5 с.

Найти: áv1 ñ; áv2 ñ.

Решение. Согласно заданному рисун ку, движение можно разбить на два этапа:

первый - в течение первых двух секунд и второй - начиная с момента времени

t1 = 2 с.

П е р в ы й э т а п (координата x1 , ско рость v1 , ускорение a1 ). Скорость растет ли нейно, движение происходит с постоян ным положительным ускорением.

(нaчaльнaя скорость v01 = 1 м/с, рис.а ).

Ускорение

(учли, что x01 = 0), т. е. график зависимос ти x1 (t) - парабола, ветви которой направ лены вверх (a1 > 0) (координаты верши ны t = -2 с; x = -1 м). По соотношениям

(2) и (3) строим участки графиков a(t) и x(t) от t = 0 с до t = 2 с (рис. б ив ).

В т о р о й э т а п (координата x2 , ско рость v2 , ускорение a2 ). Скорость убывает линейно, движение происходит с постоян ным отрицательным ускорением, противо положным начальной скорости.

Ускорение

a2 =v(t 2 )-v(t 1 ) 02 t - t1

График зависимости x2 (t) - парабола, ветви которой направлены вниз (a2 < 0) (координаты вершины t = 3 с; x = 4 м). Точка пересечения графика с осью абс цисс t3 = 5 с. По соотношениям (4) и (5) строим участки графиков a(t) и x(t) для

t > t1 (t1 = 2 с) (см. рис.б ив ).

Искомая средняя скорость для первых трех секунд движения

áv1 ñ =2 0 = 1, 33 ì/ñ t2 -t0

(t0 = 0 с; t2 = 3 с; x(t0 ) = 0; x(t2 ) = 4 м).

Искомая средняя скорость для первых пяти секунд движения

áv 2 ñ = x(t3 )- x(t0 )= 0 t 3 -t 0

(t0 = 0 с; t3 = 5 с; x(t0 ) = 0; x(t3 ) = 0).

Ответ: áv1 ñ = 1,33 м/с; áv2 ñ = 0.

1.6. Ускорение прямолинейно движущейся материальной точки возрастает по закону a = kt (k - постоянная) и через промежуток времени t1 = 8 с достигает значения a1 = 6 м/с2 . Определите для момента времени t2 = 5 с: 1) скорость v2

(учли, что a = kt).

Согласно условию задачи

Подставив формулу (2) в выражение (1), искомая скорость для момента вре мени t2 :

A t 2

v 2 1 2.