Учебный модуль

Физика

Материал опирается на программу вступительного испытания и собран в логические блоки: от механики до оптики, с определениями и короткими практическими примерами.

Источник: программа вступительных испытаний по физике.

1. Механика

Основные формулы

v = s/t
a = Δv/Δt
F = ma
p = mv
A = Fs
P = A/t
E_k = mv²/2
E_p = mgh

Механическое движение

Определение: изменение положения тела относительно выбранной системы отсчета.

Пример: автобус движется по маршруту, и его положение меняется относительно дороги и остановок.

Скорость и ускорение

Определение: скорость показывает, как быстро меняется положение, по формуле v = s / t, а ускорение — как быстро меняется сама скорость, a = Δv / Δt.

Пример: если автомобиль прошел 100 м за 5 с, то его средняя скорость равна 20 м/с. Если затем скорость выросла с 10 до 20 м/с за 2 с, ускорение равно 5 м/с².

Законы Ньютона

Определение: законы Ньютона описывают связь между движением тела и действующими на него силами, в частности второй закон записывается как F = ma.

Пример: чтобы разогнать тележку массой 4 кг с ускорением 2 м/с², нужна сила F = 8 Н.

Импульс и закон сохранения импульса

Определение: импульс характеризует движение тела с учетом его массы и скорости, а в замкнутой системе суммарный импульс сохраняется.

Пример: при столкновении бильярдных шаров их движение меняется, но общий импульс системы учитывается в расчете.

Работа, мощность, энергия

Определение: работа описывает действие силы на пути, мощность показывает скорость выполнения работы, энергия характеризует способность совершать работу.

Пример: подъем груза на высоту требует работы, а более быстрый подъем означает большую мощность.

2. Молекулярная физика и термодинамика

Основные формулы

pV = νRT
Q = cmΔT
Q = λm
Q = Lm
A = pΔV
ΔU = Q - A
p/T = const при V = const

Молекулярно-кинетическая теория

Определение: теория объясняет свойства вещества движением и взаимодействием его частиц.

Пример: запах духов распространяется по комнате благодаря движению молекул, то есть диффузии.

Температура и тепловое равновесие

Определение: температура характеризует тепловое состояние тела, а тепловое равновесие наступает, когда обмен теплом перестает менять температуру.

Пример: горячий чай постепенно остывает в комнате, пока его температура не приблизится к температуре воздуха.

Внутренняя энергия и количество теплоты

Определение: внутренняя энергия связана с движением и взаимодействием частиц вещества, а количество теплоты описывает энергию, переданную при нагревании или охлаждении.

Пример: при нагреве воды на плите увеличивается ее внутренняя энергия.

Первый закон термодинамики

Определение: изменение внутренней энергии связано с подведенным теплом и работой, совершенной системой или над ней.

Пример: газ в цилиндре может нагреваться и одновременно совершать работу, двигая поршень.

Идеальный газ и изопроцессы

Определение: идеальный газ — упрощенная модель газа, состояние которой описывается уравнением pV = νRT, а изопроцессы рассматривают изменение параметров при постоянстве одной величины.

Пример: в герметичном сосуде объем постоянен, поэтому при росте температуры давление увеличивается, что следует из соотношения p / T = const.

3. Электричество и магнетизм

Основные формулы

F = kq₁q₂/r²
I = U/R
R = ρl/S
A = UIt
P = UI
Q = I²Rt
C = q/U

Электрический заряд и закон Кулона

Определение: электрический заряд — свойство тел участвовать в электромагнитном взаимодействии, а закон Кулона описывает силу между зарядами.

Пример: наэлектризованные предметы притягиваются или отталкиваются в зависимости от вида зарядов.

Электрическое поле

Определение: поле существует вокруг зарядов и действует на другие заряженные тела.

Пример: если поднести заряженный предмет к легким бумажкам, они начнут притягиваться из-за действия поля.

Электрический ток и закон Ома

Определение: ток — направленное движение зарядов, а закон Ома связывает ток, напряжение и сопротивление формулой I = U / R.

Пример: если U = 12 В, а R = 4 Ом, то сила тока равна 3 А.

Магнитное поле

Определение: магнитное поле создается магнитами и токами и действует на движущиеся заряды и проводники с током.

Пример: магнитная стрелка компаса ориентируется под действием магнитного поля Земли.

Электромагнитная индукция

Определение: возникновение электрического тока при изменении магнитного потока.

Пример: именно этот принцип лежит в основе работы генератора электрического тока.

4. Оптика и волны

Основные формулы

ν = 1/T
λ = vT
n = c/v
sin α / sin β = n₂ / n₁
1/F = 1/d + 1/f
Γ = H/h = f/d

Механические и электромагнитные волны

Определение: волны переносят колебания в пространстве, а электромагнитные волны не требуют материальной среды.

Пример: звук распространяется как механическая волна, а радиосигнал как электромагнитная.

Резонанс

Определение: резкое увеличение амплитуды колебаний при совпадении частот.

Пример: если раскачивать качели в такт их движению, амплитуда растет именно из-за резонанса.

Отражение и преломление света

Определение: отражение меняет направление света на границе сред, а преломление изменяет его путь при переходе в другую среду.

Пример: ложка в стакане с водой кажется изломанной из-за преломления света.

Линза

Определение: оптическое тело, которое собирает или рассеивает световые лучи и формирует изображение; для тонкой линзы используют формулу 1/F = 1/d + 1/f.

Пример: очки и фотоаппараты используют линзы для коррекции или построения изображения, а при расчете положения изображения применяют формулу линзы.

Квантовые явления

Определение: к ним относятся фотоэффект, радиоактивность, строение атома и ядерные процессы.

Пример: солнечная батарея работает на явлениях, связанных с взаимодействием света и вещества.

5. Что важно уметь

  • Понимать сущность физических явлений и законов, а не только помнить формулы.
  • Истолковывать смысл физических величин и пользоваться системой СИ.
  • Применять теорию к решению задач и расчетов.
  • Связывать физические модели с практическими устройствами и процессами.

Пример задачи 1. Тело прошло 150 м за 10 с. Найти скорость.

Решение: используем формулу v = s / t. Получаем v = 150 / 10 = 15 м/с.

Ответ: 15 м/с.

Пример задачи 2. На тело массой 3 кг действует сила 12 Н. Найти ускорение.

Решение: по второму закону Ньютона a = F / m = 12 / 3 = 4 м/с².

Ответ: 4 м/с².

Пример задачи 3. В цепи напряжение 9 В, сопротивление 3 Ом. Найти силу тока.

Решение: по закону Ома I = U / R = 9 / 3 = 3 А.

Ответ: 3 А.

Мини-тест

1. Что показывает ускорение?

  1. Положение тела
  2. Изменение скорости
  3. Массу тела
  4. Температуру тела

2. Что описывает закон Ома?

  1. Связь тока, напряжения и сопротивления
  2. Давление газа
  3. Отражение света
  4. Распад ядра

3. Что происходит при преломлении света?

  1. Свет исчезает
  2. Свет меняет путь при переходе в другую среду
  3. Свет превращается в звук
  4. Свет останавливается

4. Что такое тепловое равновесие?

  1. Полное отсутствие движения частиц
  2. Состояние, когда обмен теплом больше не меняет температуру
  3. Состояние только твердых тел
  4. Рост давления без изменения температуры

5. Где используется электромагнитная индукция?

  1. Только в зеркалах
  2. В генераторах тока
  3. Только в термометрах
  4. В линейках

Ответы

1. B. Ускорение показывает, как меняется скорость тела.

2. A. Закон Ома устанавливает связь между током, напряжением и сопротивлением.

3. B. Преломление происходит, когда свет переходит из одной среды в другую и меняет направление.

4. B. При тепловом равновесии температуры перестают изменяться из-за теплообмена.

5. B. Электромагнитная индукция лежит в основе работы генераторов.