Раскройте тему, затем нужный параграф — внутри вы найдёте краткий конспект и задания для самостоятельной работы.
Физические явления, величины, методы наблюдения и эксперимента
Физика — наука о наиболее общих свойствах окружающего нас мира. Она изучает физические явления: механические, тепловые, электрические, магнитные, световые. Для описания явлений используют физические величины (длина, время, масса, температура), которые измеряют приборами.
Физическая величина — то, что можно измерить и выразить числом. Измерение — сравнение величины с эталоном (единицей измерения). В международной системе СИ основные единицы: метр (м), килограмм (кг), секунда (с), кельвин (К), ампер (А). Погрешность измерения записывают как ± значение.
В школьной лаборатории используют: мензурку (измерение объёма жидкости), весы (масса), динамометр (сила), термометр (температура), амперметр и вольтметр. Перед работой изучают инструкцию и правила безопасности: не касаться оголённых проводов, аккуратно обращаться со стеклом, не оставлять без присмотра нагревательные приборы.
Молекулы, атомы, три состояния вещества, диффузия
Все вещества состоят из мельчайших частиц — молекул и атомов. Молекула — наименьшая частица вещества, сохраняющая его свойства. Атом — ещё более мелкая частица, из которой состоят молекулы. Размер молекул ≈ 10⁻¹⁰ м. Доказательства: диффузия, броуновское движение, деление капли масла на плёнке воды.
Диффузия — явление проникновения молекул одного вещества между молекулами другого. Скорость диффузии увеличивается с ростом температуры. Между молекулами существуют силы притяжения и отталкивания: на малых расстояниях преобладает отталкивание, на больших — притяжение.
Вещество может находиться в трёх состояниях: твёрдом, жидком и газообразном. В твёрдых телах молекулы расположены упорядоченно и сильно взаимодействуют — тело сохраняет форму и объём. В жидкостях молекулы подвижны — сохраняется только объём. В газах расстояния между молекулами большие — нет ни формы, ни объёма.
Сила, масса, плотность, скорость, инерция
Механическое движение — изменение положения тела относительно других тел. Траектория — линия движения. Путь — длина траектории (L, м). Скорость: v = S / t, единица — м/с. Движение равномерное (v = const) и неравномерное (средняя скорость).
Инерция — явление сохранения скорости телом, когда на него не действуют другие тела. Масса (m, кг) — мера инертности. Плотность: ρ = m / V, единица — кг/м³. Плотность воды 1000 кг/м³, воздуха ≈ 1,29 кг/м³.
Сила (F, Н) — мера действия одного тела на другое. Сила — векторная величина (имеет направление). Сила тяжести: F = mg, где g ≈ 9,8 Н/кг. Вес тела — сила, с которой тело давит на опору. Единица измерения силы — ньютон (Н). Измеряют динамометром.
Сила упругости возникает при деформации тела и направлена в сторону, противоположную деформации. Закон Гука: F = k·x, где k — жёсткость (Н/м), x — удлинение. Закон справедлив только для упругих деформаций.
Закон Паскаля, сообщающиеся сосуды, атмосферное давление
Давление (p, Па) — физическая величина, равная отношению силы давления к площади опоры: p = F / S. Единица — паскаль (Па). 1 Па = 1 Н/м². Давление увеличивается при уменьшении площади опоры — именно поэтому лезвие острое, а гвоздь имеет тонкий конец.
Закон Паскаля: давление, производимое на жидкость или газ, передаётся в любую точку без изменений во всех направлениях. Давление внутри жидкости на глубине h: p = ρ·g·h. Давление в газе создаётся ударами молекул о стенки сосуда.
Земная атмосфера оказывает давление благодаря весу воздуха. Нормальное атмосферное давление ≈ 101 300 Па (760 мм рт. ст.). Опыт Торричелли доказал его существование. В сообщающихся сосудах однородная жидкость устанавливается на одном уровне; для разных жидкостей — уровни обратно пропорциональны плотностям.
Механическая работа, мощность, виды энергии, простые механизмы
Работа (A, Дж): A = F·S. Единица — джоуль (Дж), 1 Дж = 1 Н·м. Мощность (N, Вт): N = A / t, единица — ватт (Вт), 1 Вт = 1 Дж/с. Если работа не совершается (напр., тело движется по инерции), мощность равна нулю.
Энергия (E, Дж) — способность тела совершать работу. Кинетическая энергия: Eк = mv²/2 — энергия движущегося тела. Потенциальная энергия (в поле тяжести): Eп = mgh — энергия поднятого тела. Полная механическая энергия E = Eк + Eп. Закон сохранения энергии: энергия не исчезает и не появляется, а только превращается из одного вида в другой.
Простые механизмы: рычаг, блок, наклонная плоскость, клин, ворот, лебёдка. Правило рычага: F₁·d₁ = F₂·d₂ — выигрываем в силе, проигрываем в расстоянии. КПД (коэффициент полезного действия): η = (Aп / Aз)·100%, где Aп — полезная работа, Aз — затраченная.
Выберите тему, затем параграф, чтобы изучить теорию и задания.
Тепловое движение — это беспорядочное, хаотичное движение молекул вещества. Чем выше температура тела, тем быстрее движутся его молекулы.
Температура — физическая величина, характеризующая степень нагретости тела. Она измеряется в градусах Цельсия (°C) или кельвинах (К).
Абсолютный нуль температуры (0 К = −273 °C) — состояние, при котором тепловое движение молекул прекращается полностью.
Переведите температуру 25 °C в кельвины. Запишите формулу и вычислите результат.
Объясните, почему в нагретом газе давление выше, чем в холодном, при одинаковом объёме.
Температура на улице −15 °C. Переведите в кельвины. Какова разница с абсолютным нулём?
Внутренняя энергия — сумма кинетической энергии хаотического движения молекул и потенциальной энергии их взаимодействия.
Два способа изменения внутренней энергии: теплообмен (передача тепла без совершения механической работы) и совершение работы над телом или телом над внешними силами.
Приведите два примера изменения внутренней энергии путём совершения работы из повседневной жизни.
Почему металлический гвоздь нагревается при многократных ударах молотком?
Теплопроводность — передача тепла от более нагретых частей тела к менее нагретым при непосредственном контакте молекул.
Конвекция — передача тепла потоками жидкости или газа. Бывает естественной и вынужденной.
Излучение — передача тепла электромагнитными волнами. Не требует среды-посредника (пример: тепло от Солнца).
Определите вид теплопередачи: нагрев ложки в горячем супе, обогрев комнаты батареей, загар на пляже.
Почему меховая шуба греет, хотя сама по себе тепла не выделяет?
Почему в термосе между стенками создают вакуум и делают их зеркальными?
Плавление — переход вещества из твёрдого состояния в жидкое. Происходит при определённой температуре — температуре плавления.
Отвердевание — обратный процесс. Температура плавления и отвердевания для кристаллических тел одинакова.
Количество теплоты при плавлении:
где λ — удельная теплота плавления (Дж/кг), m — масса вещества.
Вычислите количество теплоты, необходимое для плавления льда массой 2 кг. Удельная теплота плавления льда λ = 334 кДж/кг.
Объясните, почему температура смеси воды и льда остаётся равной 0 °C до полного таяния льда.
Испарение — переход жидкости в пар с поверхности. Происходит при любой температуре. Скорость зависит от температуры, площади поверхности и ветра.
Конденсация — переход пара в жидкость. При конденсации выделяется тепло.
Кипение — интенсивное парообразование по всему объёму жидкости при достижении температуры кипения.
где L — удельная теплота парообразования.
Почему после дождя лужи быстрее высыхают в ветреную погоду, чем в безветренную?
Вычислите, сколько теплоты потребуется для превращения 0,5 кг воды в пар при 100 °C. L = 2300 кДж/кг.
Почему в горах вода закипает при температуре ниже 100 °C?
Электрический ток — упорядоченное движение заряженных частиц. В металлах — электронов, в растворах — ионов.
Сила тока I — заряд, проходящий через поперечное сечение проводника в единицу времени:
Напряжение U — работа, совершаемая электрическим полем при переносе единичного заряда:
Через проводник за 4 с прошёл заряд 12 Кл. Найдите силу тока.
Электрическое поле совершило работу 60 Дж при переносе заряда 5 Кл. Чему равно напряжение?
Сопротивление R — физическая величина, характеризующая противодействие проводника прохождению тока.
Закон Ома для участка цепи:
Сопротивление проводника зависит от материала, длины, площади сечения:
Последовательное соединение: R = R₁ + R₂
Параллельное соединение: 1/R = 1/R₁ + 1/R₂
Напряжение на резисторе 12 В, сила тока 0,4 А. Найдите сопротивление резистора.
Два резистора R₁ = 6 Ом и R₂ = 3 Ом соединены параллельно. Найдите общее сопротивление.
Проводник длиной 2 м и сечением 0,5 мм² изготовлен из меди (ρ = 0,017 Ом·мм²/м). Найдите его сопротивление.
Работа электрического тока — энергия, преобразованная в электрической цепи:
Мощность — работа за единицу времени:
Закон Джоуля–Ленца — количество теплоты, выделяемой проводником:
Электрический чайник мощностью 1500 Вт работает 3 минуты. Найдите совершённую работу в Джоулях и кДж.
Через нагревательный элемент сопротивлением 20 Ом течёт ток 2 А. Найдите выделяемую теплоту за 5 минут.
Магнитное поле возникает вокруг движущихся заряженных частиц и токопроводящих проводников. Оно обнаруживается по действию на магнитную стрелку.
Электромагнит — катушка с железным сердечником. При прохождении тока создаёт сильное магнитное поле. Сила зависит от числа витков и силы тока.
Правило буравчика: если направление вращения рукоятки совпадает с направлением тока в катушке, острие буравчика показывает направление поля.
Как изменится сила электромагнита, если увеличить число витков катушки в 2 раза при прочих равных условиях?
Перечислите три практических применения электромагнитов в технике и быту.
Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом проводнике при изменении магнитного потока через него. Открыто Майклом Фарадеем в 1831 году.
Индукционный ток возникает при: движении магнита в катушке, изменении силы тока в соседней катушке, движении проводника в магнитном поле.
На этом принципе работают генераторы электрического тока.
Объясните принцип работы велосипедного динамо (генератора для фары). Какое явление лежит в основе его работы?
Как изменится индукционный ток, если вдвигать магнит в катушку быстрее?
Закон отражения света: угол падения равен углу отражения. Падающий луч, отражённый луч и перпендикуляр к отражающей поверхности лежат в одной плоскости.
Изображение в плоском зеркале — мнимое, прямое, равное предмету по размеру и удалённое от зеркала на такое же расстояние, что и предмет.
Луч света падает на зеркало под углом 35° к поверхности. Найдите угол отражения.
Человек стоит в 1,5 м от плоского зеркала. На каком расстоянии от него находится его изображение?
Преломление — изменение направления распространения света при переходе из одной среды в другую. Скорость света изменяется.
Собирающая линза — выпуклая, собирает параллельные лучи в фокусе. Рассеивающая линза — вогнутая, рассеивает лучи.
Оптическая сила линзы:
Формула тонкой линзы:
Фокусное расстояние собирающей линзы 0,25 м. Найдите оптическую силу линзы.
Приведите три примера применения линз в оптических приборах. Объясните, какой тип линзы используется в каждом случае.
Предмет расположен на расстоянии 30 см от линзы с F = 15 см. На каком расстоянии от линзы получается изображение?
Нажмите на тему, чтобы раскрыть параграфы. Каждый параграф содержит теорию и задания.