Физика. Практикум

ФИЗИКА

Практикум

Допущено 
Министерством образования Республики Беларусь
 в качестве учебного пособия для курсантов и студентов 
учреждений высшего образования по направлению
образования «Защита в чрезвычайных ситуациях»

2012

 
Минск 
Москва
 
«Новое знание» 
«ИНФРАМ»

УДК 53(076.5)(075.8)
ББК 22.3я73
 
Ф50

Физика. Практикум : учеб. пособие / Г.В. Врублевская, 
И.А. Гончаренко, А.В. Ильюшонок [и др.] . — Минск : Новое 
знание ; М. : ИНФРА-М, 2012. — 286 с. : ил. — (Высшее образование). 

ISBN 978-985-475-487-1 (Новое знание)
ISBN 978-5-16-005340-0 (ИНФРА-М)

Пособие охватывает все основные темы курса физики. Каждый 
раздел включает в себя краткие теоретические сведения, необходимые для решения задач, примеры решения типовых задач, а также 
задачи для самостоятельного решения, число которых достаточно как 
для проведения практических занятий, так и для самостоятельной 
работы. Часть задач носит оригинальный характер и отражает специфику направления образования «Защита в чрезвычайных ситуациях». 
В приложениях приведены необходимые при решении задач справочные данные.
Для студентов и преподавателей высших технических учебных 
заведений.

УДК 53(076.5)(075.8)
ББК 22.3я73

Ф50

 
© ООО «Новое знание», 2012
ISBN 978-985-475-487-1 (Новое знание)
ISBN 978-5-16-005340-0 (ИНФРА-М)

Авторы:
Г.В. Врублевская, И.А. Гончаренко, А.В. Ильюшонок, Н.С. Лешенюк, 
В.И. Терешенков

Рецензенты:
кафедра «Техническая физика» Белорусского национального технического 
университета (зав. кафедрой — кандидат физико-математических наук, 
доцент И.А. Хорунжий);
проректор по учебной работе Белорусского государственного университета, профессор А.Л. Толстик

Оглавление

Предисловие ............................................................................. 7

Механика ................................................................................. 8

1. Кинематика .......................................................................... 8
Основные формулы ................................................................ 8
Вопросы и задания для самоконтроля ................................... 12
Примеры решения задач ...................................................... 12
Задачи для самостоятельного решения .................................. 16
Ответы ................................................................................ 21
2. Динамика поступательного движения .................................... 22
Основные формулы .............................................................. 22
Вопросы и задания для самоконтроля ................................... 24
Примеры решения задач ...................................................... 25
Задачи для самостоятельного решения .................................. 36
Ответы ................................................................................ 46
3. Динамика вращательного движения ...................................... 48
Основные формулы .............................................................. 48
Вопросы и задания для самоконтроля ................................... 49
Примеры решения задач ...................................................... 50
Задачи для самостоятельного решения .................................. 55
Ответы ................................................................................ 60
4. Механика жидкостей и газов ................................................ 61
Основные формулы .............................................................. 61
Вопросы и задания для самоконтроля ................................... 62
Примеры решения задач ...................................................... 63
Задачи для самостоятельного решения .................................. 66
Ответы ................................................................................ 71
5. Колебания и волны .............................................................. 72
Основные формулы .............................................................. 72
Вопросы и задания для самоконтроля ................................... 74
Примеры решения задач ...................................................... 74
Задачи для самостоятельного решения .................................. 76
Ответы ................................................................................ 79

Молекулярная физика и термодинамика ................................... 80

6. Законы идеальных газов ....................................................... 80
Основные формулы .............................................................. 80
Вопросы и задания для самоконтроля ................................... 82
Примеры решения задач ...................................................... 82
Задачи для самостоятельного решения .................................. 84
Ответы ................................................................................ 88
7. Молекулярнокинетическая теория ........................................ 89
Основные формулы .............................................................. 89
Вопросы и задания для самоконтроля ................................... 90
Примеры решения задач ...................................................... 91
Задачи для самостоятельного решения .................................. 93
Ответы ................................................................................ 96
8. Основы термодинамики ........................................................ 97
Основные формулы .............................................................. 97
Вопросы и задания для самоконтроля ................................... 99
Примеры решения задач ...................................................... 99
Задачи для самостоятельного решения ................................. 105
Ответы .............................................................................. 110
9. Реальные газы. Жидкости .................................................. 111
Основные формулы ............................................................ 111
Вопросы и задания для самоконтроля .................................. 112
Примеры решения задач ..................................................... 112
Задачи для самостоятельного решения ................................. 114
Ответы .............................................................................. 116

Электричество и магнетизм .................................................... 117

10. Электростатика ................................................................ 117
Основные формулы ........................................................... 117
Вопросы и задания для самоконтроля ................................ 122
Примеры решения задач ................................................... 122
Задачи для самостоятельного решения ............................... 134
Ответы ............................................................................. 143
11. Постоянный электрический ток ......................................... 145
Основные формулы ........................................................... 145
Вопросы и задания для самоконтроля ................................ 148
Примеры решения задач ................................................... 149
Задачи для самостоятельного решения ............................... 153
Ответы ............................................................................. 163

4
Оглавление

12. Электромагнетизм ............................................................ 165
Основные формулы ........................................................... 165
Вопросы и задания для самоконтроля ................................ 170
Примеры решения задач ................................................... 170
Задачи для самостоятельного решения ............................... 182
Ответы ............................................................................. 195
13. Переменный электрический ток. Электромагнитные волны ... 197
Основные формулы ........................................................... 197
Вопросы и задания для самоконтроля ................................ 199
Примеры решения задач ................................................... 200
Задачи для самостоятельного решения ............................... 202
Ответы ............................................................................. 207

Оптика. Квантовая физика ..................................................... 209

14. Геометрическая оптика ..................................................... 209
Основные формулы ........................................................... 209
Вопросы и задания для самоконтроля ................................ 210
Примеры решения задач ................................................... 210
Задачи для самостоятельного решения ............................... 213
Ответы ............................................................................. 217
15. Фотометрия ..................................................................... 219
Основные формулы ........................................................... 219
Вопросы и задания для самоконтроля ................................ 221
Примеры решения задач ................................................... 222
Задачи для самостоятельного решения ............................... 224
Ответы ............................................................................. 225
16. Интерференция света ........................................................ 226
Основные формулы ........................................................... 226
Вопросы и задания для самоконтроля ................................ 228
Примеры решения задач ................................................... 228
Задачи для самостоятельного решения ............................... 231
Ответы ............................................................................. 236
17. Дифракция света .............................................................. 237
Основные формулы ........................................................... 237
Вопросы и задания для самоконтроля ................................ 238
Примеры решения задач ................................................... 238
Задачи для самостоятельного решения ............................... 241
Ответы ............................................................................. 245

Оглавление
5

18. Взаимодействие света с веществом. Поляризация света ....... 246
Основные формулы ........................................................... 246
Вопросы и задания для самоконтроля ................................ 246
Примеры решения задач ................................................... 247
Задачи для самостоятельного решения ............................... 250
Ответы ............................................................................. 254
19. Тепловое излучение. Оптическая пирометрия ..................... 256
Основные формулы ........................................................... 256
Вопросы и задания для самоконтроля ................................ 257
Примеры решения задач ................................................... 258
Задачи для самостоятельного решения ............................... 260
Ответы ............................................................................. 262
20. Квантовые свойства света .................................................. 263
Основные формулы ........................................................... 263
Вопросы и задания для самоконтроля ................................ 264
Примеры решения задач ................................................... 265
Задачи для самостоятельного решения ............................... 268
Ответы ............................................................................. 272
21. Элементы квантовой физики ............................................. 273
Основные формулы ........................................................... 273
Вопросы и задания для самоконтроля ................................ 275
Примеры решения задач ................................................... 275
Задачи для самостоятельного решения ............................... 278
Ответы ............................................................................. 281

Приложения .......................................................................... 282

Литература ............................................................................ 285

6
Оглавление

Предисловие

Данное пособие предназначено для использования при проведении практических занятий по всем разделам курса «Физика». В нем в краткой форме изложены теоретические сведения,
знание которых необходимо для решения задач, а также приведены примеры решения типовых задач. Каждый раздел пособия
включает подборку задач, число которых достаточно как для
проведения практических занятий, так и для самостоятельной
работы.
Решая задачи, необходимо придерживаться следующих правил:
1. В тех случаях, когда это возможно, сделать схематический
рисунок.
2. Решать задачу следует в «общем виде», т.е. выразить искомую величину в буквенных обозначениях величин, заданных
в условии задачи, не производя вычислений промежуточных величин.
3. После получения расчетной формулы для проверки ее правильности следует подставить в правую часть формулы вместо
символов физических величин обозначения единиц измерения
этих величин, произвести необходимые действия и убедиться в том,
что полученная единица соответствует искомой величине.
4. Числовые значения физических величин при подстановке
их в расчетную формулу следует выражать в единицах СИ. Допускается выражать в произвольных, но одинаковых единицах
числовые значения однородных величин, стоящих в числителе
и знаменателе дроби и имеющих одинаковые степени.
В конце пособия дан список рекомендуемой литературы и приведены справочные данные, необходимые при решении задач.

МЕХАНИКА

1. Кинематика

Основные формулы

Векторный способ описания движения материальной точки
r
r t
( ),

где r — радиусвектор, задающий положение точки.

Координатный способ описания движения точки

x x(t),
y y(t),
z z(t),

где x, y, z — координаты движущейся точки.

Естественный (траекторный) способ задания движения
точки

s s(t),

где s — длина дуги участка траектории от начала отсчета до движущейся точки, взятая со знаком, определяемым направлением отсчета (дуговая координата).

Перемещение r — вектор, проведенный из начального положения движущейся точки в ее положение в данный момент времени:

r
r
r
2
1.

Вектор средней скорости в интервале времени от t до t t

v
r
t
,

где r — вектор перемещения, совершенного за интервал времени t.

Средняя путевая скорость (средняя скорость)

v
s
t
,

где s — длина пути (путь).

Вектор мгновенной скорости

v
dr
dt
.

Модуль вектора мгновенной скорости (мгновенная скорость)
при естественном способе описания движения

v
ds
dt
.

При координатном способе описания движения проекции
вектора мгновенной скорости на декартовы оси координат

v
dx
dt
x ,
v
dy
dt
y ,
v
dz
dt
z ,

а мгновенная скорость

v
v
v
v
x
y
z
2
2
2.

Вектор среднего ускорения в интервале времени от t до t t

a
v
t
,

где v — изменение вектора скорости в интервале времени от t
до t t.

Вектор мгновенного ускорения (ускорение)

a
dv
dt
d r
dt
2

2.

Если законы движения заданы в координатной форме, то
проекции вектора ускорения на декартовы оси координат

a
dv
dt
d x
dt
x
x
2

2 ,

1. Кинематика
9

a
dv
dt
d y
dt
y
y
2

2 ,

a
dv
dt
d z
dt
z
z
2

2 ,

а его модуль

a
a
a
a
x
y
z
2
2
2.

Ускорение a разлагается на две составляющие: тангенциальное (касательное) a и нормальное (центростремительное) an ускорения (рис. 1.1):
a
a
an
.

Проекция тангенциальной составляющей ускорения на ось, касательную к траектории и направленную вдоль скорости:

a
dv
dt
.

Модуль нормальной составляющей ускорения

a
v
R
n 2
,

где R — радиус кривизны траектории.

Модуль полного ускорения

a
a
a
dv
dt
v
R
n
2
2
2
2
2
.

Угол между векторами полного a и нормального an ускорений равен:

arccosa
a

n .

Прямолинейное равномерное движение (v const)

s vt.

10
Механика

Рис. 1.1