Учебный модуль

Физика

Страница перестроена в более строгий теоретический формат. Блоки следуют разделам программы, а внутри каждого раздела перечислены именно те понятия и законы, которые названы в программе экзамена.

Источник: программа вступительных испытаний по физике.

1. Механика

Ключевые формулы механики

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

1.1 Кинематика

Теория: кинематика описывает механическое движение без анализа его причин. В программе сюда входят система отсчета, материальная точка, траектория, путь, перемещение, скорость, ускорение, равномерное и равноускоренное прямолинейное движение, относительность движения, сложение скоростей, свободное падение, движение тела, брошенного под углом к горизонту, равномерное движение по окружности, линейная и угловая скорости, центростремительное ускорение, а также поступательное и вращательное движение твердого тела.

Пример: если автомобиль за 5 с увеличил скорость с 10 до 20 м/с, его ускорение равно a = (20 - 10) / 5 = 2 м/с². При движении по окружности модуль скорости может быть постоянным, но ускорение существует из-за изменения направления движения.

1.2 Динамика

Теория: динамика связывает движение тела с действующими на него силами. Для ответа нужно знать первый, второй и третий законы Ньютона, инерциальную систему отсчета, принцип относительности Галилея, закон всемирного тяготения, силу тяжести, вес тела, движение спутников, первую и вторую космические скорости, силу упругости, закон Гука, силу трения покоя и скольжения, коэффициент трения и давление.

Пример: если на тело массой 3 кг действует равнодействующая сила 12 Н, по второму закону Ньютона a = F/m = 12/3 = 4 м/с². Если пружину растянуть на 0,02 м при жесткости 200 Н/м, сила упругости равна F = kx = 4 Н.

1.3 Статика

Теория: статика изучает условия равновесия тел. По программе здесь нужно знать момент силы относительно оси вращения, условия равновесия твердого тела, закон Паскаля, давление в жидкости, закон Архимеда и условие плавания тел.

Пример: тело плавает, если выталкивающая сила равна его весу. Если момент одной силы равен моменту другой силы, рычаг находится в равновесии.

1.4 Законы сохранения в механике

Теория: в этом блоке перечислены импульс материальной точки и системы тел, закон изменения и сохранения импульса, работа силы, мощность, кинетическая и потенциальная энергия, энергия деформированной пружины, энергия тела в поле тяжести и закон сохранения механической энергии.

Пример: если тело массой 2 кг движется со скоростью 3 м/с, его импульс равен p = mv = 6 кг·м/с. При подъеме груза массой 5 кг на высоту 2 м потенциальная энергия возрастает на E_p = mgh ≈ 100 Дж.

1.5 Механические колебания и волны

Теория: программа требует знать гармонические колебания, амплитуду, период, частоту, фазу, пружинный и математический маятники, превращение энергии при колебаниях, вынужденные колебания, резонанс, скорость распространения волны, длину волны, интерференцию, дифракцию и звук.

Пример: если период колебаний равен 0,5 с, то частота равна ν = 1/T = 2 Гц. Длина волны находится по формуле λ = vT, поэтому при скорости 340 м/с и частоте 170 Гц она равна 2 м.

2. Молекулярная физика и термодинамика

Ключевые формулы раздела

pV = νRT
Q = cmΔT
Q = λm
Q = Lm
A = pΔV
ΔU = Q - A

2.1 Молекулярная физика

Теория: этот раздел включает модели строения газов, жидкостей и твердых тел, основные положения МКТ, количество вещества, число Авогадро, молярную массу, тепловое движение, взаимодействие частиц, диффузию, броуновское движение, модель идеального газа, связь давления со средней кинетической энергией молекул, абсолютную температуру, уравнения p = nkT и Менделеева-Клапейрона, закон Дальтона и изопроцессы.

Пример: распространение запаха в комнате объясняется диффузией. Если число молей газа равно 2, температура 300 К, то состояние газа можно описывать формулой pV = νRT.

2.2 Термодинамика

Теория: по программе нужно знать тепловое равновесие, температуру, внутреннюю энергию, теплопередачу, конвекцию, теплопроводность, излучение, количество теплоты, удельную теплоемкость, удельные теплоты плавления, парообразования и сгорания, уравнение теплового баланса, работу в термодинамике и первый закон термодинамики.

Пример: для нагрева тела массой 2 кг на 5 °C при c = 400 Дж/(кг·°C) требуется Q = cmΔT = 4000 Дж. Если газ получил 500 Дж теплоты и совершил работу 200 Дж, его внутренняя энергия увеличилась на 300 Дж.

3. Электричество и магнетизм

Ключевые формулы раздела

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

3.1 Электрическое поле

Теория: в программе названы электризация тел, электрический заряд, два вида зарядов, элементарный заряд, закон сохранения заряда, закон Кулона, электрическое поле, напряженность, принцип суперпозиции полей, потенциал, разность потенциалов, напряжение, конденсатор, электроемкость, соединение конденсаторов и энергия заряженного конденсатора.

Пример: если заряд конденсатора равен 6 Кл, а напряжение 3 В, его емкость равна C = q/U = 2 Ф. Взаимодействие двух точечных зарядов уменьшается при увеличении расстояния между ними.

3.2 Законы постоянного тока

Теория: сюда входят электрический ток, сила тока, условия существования тока, напряжение, ЭДС, закон Ома для участка цепи, сопротивление проводника, удельное сопротивление, источники тока, закон Ома для полной цепи, работа и мощность тока, закон Джоуля-Ленца, носители заряда в металлах, электролитах и газах, а также полупроводники и полупроводниковый диод.

Пример: при U = 12 В и R = 4 Ом сила тока равна I = U/R = 3 А. Количество теплоты, выделившееся в проводнике, находят по формуле Q = I²Rt.

3.3 Магнитное поле

Теория: нужно знать магнитное поле, вектор магнитной индукции, линии магнитного поля, опыт Эрстеда, магнитное поле проводника с током, силу Ампера, силу Лоренца, электромагнитную индукцию, магнитный поток, закон Фарадея и правило Ленца.

Пример: если проводник с током помещен в магнитное поле, на него действует сила Ампера. Изменение магнитного потока через контур вызывает ЭДС индукции и ток, направление которого определяется правилом Ленца.

3.4 Электромагнитные колебания и волны

Теория: в этом блоке программа требует знать колебательный контур, свободные электромагнитные колебания, формулу Томсона, связь амплитуды заряда и амплитуды силы тока, закон сохранения энергии в контуре, вынужденные колебания, резонанс, переменный ток, производство, передачу и потребление электрической энергии.

Пример: период собственных колебаний контура вычисляют по формуле T = 2π√(LC). В колебательном контуре энергия попеременно запасается в электрическом поле конденсатора и магнитном поле катушки.

4. Оптика и волны

Ключевые формулы раздела

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

4.1 Геометрическая оптика

Теория: по программе здесь рассматриваются прямолинейное распространение света, луч света, законы отражения и преломления, абсолютный и относительный показатели преломления, изменение длины волны и частоты при переходе света через границу сред, полное внутреннее отражение, собирающие и рассеивающие линзы, тонкая линза, фокусное расстояние, оптическая сила, формула тонкой линзы, увеличение и построение изображений.

Пример: в плоском зеркале изображение мнимое и равно предмету по размеру. Если предмет находится дальше фокуса собирающей линзы, можно получить действительное изображение на экране.

4.2 Волновые свойства света

Теория: этот блок включает интерференцию света, когерентные источники, условия максимумов и минимумов, дифракцию света и дифракционную решетку.

Пример: радужные полосы в тонкой пленке возникают из-за интерференции световых волн. Дифракционная решетка позволяет разложить свет по длинам волн.

5. Что нужно уметь

  • Понимать смысл физических величин и законов, а не только воспроизводить формулы.
  • Применять систему СИ и выполнять расчеты.
  • Решать задачи по механике, тепловым явлениям, электричеству и оптике.

Пример задачи 1. Найти скорость, если тело прошло 150 м за 10 с.

Решение: v = s/t = 150/10 = 15 м/с.

Ответ: 15 м/с.

Пример задачи 2. В цепи U = 9 В, R = 3 Ом. Найти силу тока.

Решение: I = U/R = 9/3 = 3 А.

Ответ: 3 А.

Пример задачи 3. Найти количество теплоты для нагрева тела массой 2 кг на 5°C при c = 400 Дж/(кг·°C).

Решение: Q = cmΔT = 400·2·5 = 4000 Дж.

Ответ: 4000 Дж.

Мини-тест

1. Какая формула выражает второй закон Ньютона?

  1. F = ma
  2. p = mv
  3. Q = cmΔT
  4. I = U/R

2. Что описывает закон Ома?

  1. Световые явления
  2. Связь тока, напряжения и сопротивления
  3. Только трение
  4. Только давление

3. Что такое диффузия?

  1. Преломление света
  2. Взаимное проникновение веществ
  3. Движение планет
  4. Сжатие пружины

4. Как называется энергия движения?

  1. Потенциальная
  2. Кинетическая
  3. Внутренняя
  4. Электрическая

5. Какая формула описывает количество теплоты при нагревании?

  1. Q = cmΔT
  2. A = Fs
  3. n = c/v
  4. F = kq₁q₂/r²

Ответы

1. A. Второй закон Ньютона записывается как F = ma.

2. B. Закон Ома связывает ток, напряжение и сопротивление.

3. B. Диффузия — взаимное проникновение веществ.

4. B. Энергия движения называется кинетической.

5. A. Количество теплоты при нагревании выражается формулой Q = cmΔT.