Физика в информационных технологиях
Эта версия модуля перестроена под более точную экзаменационную подготовку. Внутри разделов перечислены именно те понятия и законы, которые названы в программе, чтобы по ним было легче строить устный ответ.
Источник: программа вступительных испытаний по физике в информационных технологиях.
1. Молекулярная физика и термодинамика
Ключевые формулы
N = νN_ApV = νRTQ = cmΔTA = pΔVΔU = Q - Aη = A_пол / Q_нагрев1.1 Основы молекулярно-кинетической теории
Теория: МКТ объясняет свойства вещества движением и взаимодействием молекул. По программе сюда входят опытное обоснование МКТ, броуновское движение, диффузия, масса и размер молекул, измерение скорости молекул, количество вещества, моль, постоянная Авогадро, взаимодействие молекул и модели газа, жидкости и твердого тела.
Пример: распространение запаха в комнате связано с диффузией молекул. Количество частиц в 2 молях вещества определяют по формуле N = νN_A.
1.2 Основы термодинамики
Теория: этот блок содержит тепловое равновесие, температуру и ее измерение, абсолютную температурную шкалу, внутреннюю энергию, количество теплоты, теплоемкость вещества, работу в термодинамике, первый закон термодинамики, изотермический, изохорный, изобарный и адиабатный процессы, необратимость тепловых процессов, второй закон термодинамики и КПД теплового двигателя.
Пример: если газ получил тепло и одновременно расширился, одна часть энергии идет на рост внутренней энергии, а другая — на работу. КПД двигателя показывает, какая часть полученной теплоты превращается в полезную работу.
1.3 Идеальный газ
Теория: для ответа нужно знать связь давления со средней кинетической энергией молекул, связь температуры со средней кинетической энергией частиц, уравнение Клапейрона-Менделеева, универсальную газовую постоянную и изопроцессы.
Пример: если при постоянном объеме температура газа растет, давление тоже растет. Состояние идеального газа описывают формулой pV = νRT.
1.4 Жидкости и твердые тела
Теория: в программе перечислены испарение и конденсация, насыщенные и ненасыщенные пары, влажность воздуха, кипение жидкости, поверхностное натяжение, кристаллические и аморфные тела, а также преобразование энергии при изменениях агрегатного состояния вещества.
Пример: испарение ускоряется при повышении температуры. При плавлении или кипении энергия расходуется на изменение состояния вещества, а не на рост температуры.
2. Электродинамика
Ключевые формулы
F = kq₁q₂/r²C = q/UW = CU²/2I = U/RP = UIQ = I²Rt2.1 Электростатика
Теория: сюда входят электризация тел, электрический заряд, взаимодействие зарядов, элементарный заряд, закон сохранения заряда, закон Кулона, электрическое поле, напряженность поля, поле точечного заряда, потенциальность электростатического поля, разность потенциалов, принцип суперпозиции, проводники и диэлектрики в электрическом поле, электрическая емкость, конденсатор, емкость плоского конденсатора и энергия электрического поля.
Пример: заряженный конденсатор накапливает энергию электрического поля. Если q = 4 Кл и U = 2 В, то C = q/U = 2 Ф.
2.2 Постоянный электрический ток
Теория: по программе нужно знать электрический ток, силу тока, напряжение, свободные носители зарядов в металлах, жидкостях и газах, сопротивление проводников, закон Ома для участка цепи, последовательное и параллельное соединение, ЭДС, закон Ома для полной цепи, работу и мощность тока, закон Джоуля-Ленца, а также собственную и примесную проводимость полупроводников и p-n-переход.
Пример: если U = 10 В и R = 5 Ом, то сила тока равна I = 2 А. Полупроводниковый диод пропускает ток в основном в одном направлении благодаря p-n-переходу.
2.3 Магнитное поле и электромагнитная индукция
Теория: этот блок содержит взаимодействие магнитов, взаимодействие проводников с током, магнитное поле, действие магнитного поля на заряды, индукцию магнитного поля, силу Ампера, силу Лоренца, магнитный поток, электродвигатель, электромагнитную индукцию, закон Фарадея, правило Ленца, вихревое электрическое поле, самоиндукцию, индуктивность и энергию магнитного поля.
Пример: изменение магнитного потока через контур вызывает ЭДС индукции. Работа электродвигателя основана на действии магнитного поля на проводник с током.
3. Колебания и волны
Ключевые формулы
ν = 1/Tλ = vTT = 2π√(l/g)T = 2π√(m/k)T = 2π√(LC)3.1 Механические колебания и волны
Теория: по программе здесь требуются гармонические колебания, амплитуда, период и частота, свободные колебания, математический маятник, период маятника, превращение энергии при гармонических колебаниях, вынужденные колебания, резонанс, автоколебания, механические волны, скорость волны, длина волны, поперечные и продольные волны, уравнение гармонической волны и звук.
Пример: у маятника с периодом 0,5 с частота равна ν = 1/T = 2 Гц. При резонансе амплитуда вынужденных колебаний резко возрастает.
3.2 Электромагнитные колебания и волны
Теория: сюда входят колебательный контур, свободные электромагнитные колебания, превращение энергии в контуре, собственная частота, вынужденные электрические колебания, переменный ток, генератор переменного тока, действующие значения силы тока и напряжения, активное, емкостное и индуктивное сопротивления, резонанс в цепи, трансформатор, производство и передача электроэнергии, идеи Максвелла, электромагнитные волны, их свойства, радиосвязь и шкала электромагнитных волн.
Пример: период колебательного контура вычисляют по формуле T = 2π√(LC). Трансформатор изменяет напряжение переменного тока на основе электромагнитной индукции.
4. Оптика и квантовая физика
Ключевые формулы
n = c/vsin α / sin β = n₂/n₁1/F = 1/d + 1/fE = hνhν = A_вых + E_k4.1 Оптика
Теория: по программе сюда входят свет как электромагнитная волна, прямолинейное распространение, отражение и преломление света, луч, законы отражения и преломления, показатель преломления, полное отражение и предельный угол, ход лучей в призме, построение изображений в плоском зеркале, собирающая и рассеивающая линзы, формула тонкой линзы, фотоаппарат, глаз, очки, интерференция, когерентность, дифракция, дифракционная решетка, поляризация и дисперсия света.
Пример: в оптоволокне передача сигнала основана на полном внутреннем отражении. Если предмет расположен дальше фокуса собирающей линзы, можно получить действительное изображение.
4.2 Квантовая физика
Теория: этот раздел охватывает тепловое излучение, постоянную Планка, фотоэффект, опыты Столетова, уравнение Эйнштейна для фотоэффекта, гипотезу де Бройля, дифракцию электронов, корпускулярно-волновой дуализм, радиоактивность, методы регистрации частиц, опыты Резерфорда, модели атома, спектры, люминесценцию, лазеры, закон радиоактивного распада, ядерные реакции, энергию связи, деление и синтез ядер, дозиметрию, элементарные частицы и фундаментальные взаимодействия.
Пример: солнечные батареи работают на явлениях, связанных с фотоэффектом. Энергия фотона определяется формулой E = hν, а для фотоэффекта используют уравнение hν = A_вых + E_k.
5. Что нужно уметь
- Понимать смысл физических величин и процессов, важных для техники, связи и электроники.
- Применять формулы к расчетам по току, теплоте, колебаниям и оптике.
- Связывать физические явления с работой реальных устройств.
Пример задачи 1. В цепи U = 10 В, R = 5 Ом. Найти силу тока.
Решение: I = U/R = 10/5 = 2 А.
Ответ: 2 А.
Пример задачи 2. Найти количество теплоты при m = 2 кг, c = 400 Дж/(кг·°C), ΔT = 5°C.
Решение: Q = cmΔT = 400·2·5 = 4000 Дж.
Ответ: 4000 Дж.
Пример задачи 3. Период колебаний равен 0,25 с. Найти частоту.
Решение: ν = 1/T = 4 Гц.
Ответ: 4 Гц.
Мини-тест
1. Что лежит в основе работы полупроводникового диода?
- Теплопроводность
- p-n-переход
- Только инерция
- Только отражение света
2. Какая формула выражает количество теплоты при нагревании?
Q = cmΔTF = maI = U/Rn = c/v
3. Что вызывает индукционный ток?
- Изменение магнитного потока
- Только нагревание проводника
- Только трение
- Только давление
4. Какая физическая идея лежит в основе оптоволокна?
- Дифракция электронов
- Полное внутреннее отражение
- Радиоактивный распад
- Тепловое расширение
5. Что описывает формула T = 2π√(LC)?
- Период колебаний маятника
- Период колебаний колебательного контура
- Скорость света
- Закон Кулона
Ответы
1. B. Диод работает благодаря свойствам p-n-перехода.
2. A. При нагревании количество теплоты вычисляют по формуле Q = cmΔT.
3. A. Индукционный ток вызывается изменением магнитного потока.
4. B. Передача сигнала в оптоволокне основана на полном внутреннем отражении.
5. B. Это формула периода колебаний колебательного контура.