Физика

О.М. Тарасов

ФИЗИКА

Рекомендовано Экспертным советом при ГБОУ УМЦ
по профессиональному образованию Департамента

образования города Москвы для использования

в образовательном процессе учреждений
среднего профессионального образования

города Москвы

Москва
2019

УДК 53 (075.32) 
ББК 22.3я723

Т19 

Рецензенты: 
кандидат технических наук, заведующая учебной лабораторией
кафедры низких температур Московского энергетического
института (ТУ) Ю.Ю. Пузина; 
преподаватель физики Железнодорожного колледжа № 52 
М.В. Богданова

Тарасов О.М. 

Физика : учебное пособие / О.М. Тарасов. — М. : ФОРУМ : 

ИНФРА-М, 2019. — 432 с. — (Профессиональное образование).  

ISBN 978-5-91134-777-2 (ФОРУМ) 
ISBN 978-5-16-006924-1 (ИНФРА-М)

Настоящее пособие написано в первую очередь для учащегося. Его осо
бенностями являются: конспективный характер изложения; простота языка, 
который приближен к живой речи преподавателя; облегченность математического аппарата; наличие значительного количества занимательных вопросов и увлекательных фактов к каждому параграфу. 

Учебное пособие представляет собой полный методический комплекс, 

так как содержит в себе теоретические сведения, тесты, задачи, справочные
данные, занимательные вопросы и факты. 

Детальная структурированность учебного материала позволяет по необ
ходимости переставлять или исключать отдельные вопросы, что делает учебное пособие пригодным для самых разных специальностей. 

Для учащихся и преподавателей колледжей, техникумов, профессиональ
ных училищ. Пособие может использоваться в школах, в которых физика является непрофильным предметом. 

УДК 53 (075.32) 
ББК 22.3я723 

ISBN 978-5-91134-777-2 (ФОРУМ) 
© Тарасов О.М., 2013

ISBN 978-5-16-006924-1 (ИНФРА-М) 
© Издательство «ФОРУМ», 2013

Т19 

ФЗ 

№ 436-ФЗ

Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

Предисловие 

Всякая 
физическая 
теория 
должна быть такой, чтобы ее, помимо всяких расчетов, можно было проиллюстрировать с помощью 
простейших образов. 
Альберт Эйнштейн 
 
 
Так писал великий ученый и популяризатор науки о теории вообще. Тем более справедливо, что ее изложение в учебнике или пособии должно соответствовать указанному требованию. Цель данной 
книги как раз в этом.  
Ориентация на практическую деятельность студента в сочетании с достаточной теоретической подготовкой. Современные ФГОС предъявляют к образовательному процессу требование 
по формированию компетенций у обучающихся, а не досконального 
знания теоретических фактов. В связи с этим в пособии теоретическая часть изложена достаточно сжато, максимальный объем отведен практической части: самостоятельной работе обучающихся по 
вопросам к каждому параграфу, выполнению тестов, решению разноуровневых по сложности задач. 
Автор стремился не перегружать пособие теоретическими сведениями. В основном рассматриваются те явления и законы, которые 
учащиеся могут наблюдать в повседневной жизни и с которыми 
столкнутся в своей профессиональной деятельности. 
Количество физических терминов сведено к необходимому минимуму; большое внимание уделяется рассмотрению физической 
сути явлений и понятий, а не пунктуальной точности формулировок. 
Определения понятий даются по возможности кратко и просто, что 
конечно способствует их запоминанию1. 

Доступный стиль изложения для современного студента 
ССУЗ. Теоретическая часть пособия подается конспективно, доступным, почти разговорным языком. Автор не ставил задачу объять необъятное. Из всего множества физических явлений выбраны и детально рассмотрены наиболее значимые для каждой темы. 
Все пункты пособия относительно независимы. Материал будет 
доступен даже при чтении пособия, начиная с любого места. (Современные учащиеся, увы, часто именно так и изучают предмет!) 

                                                            
1 При определении понятия интерференция вместо «суперпозиция когерентных 
волн» дается «наложение согласованных волн одной частоты». В понятии электромагнитная индукция вместо «возникновение ЭДС в замкнутом контуре» предлагается «возникновение электрического тока в замкнутом проводнике».  В формулировке 
законов сохранения удается избежать понятия замкнутой системы тел и т.д. 

Акцент на рефлексию. В пособии, как правило, не приводится 
длинных формализованных выводов формул (освоение физики не 
подменяется изучением математических приемов, что часто имеет 
место во многих школьных учебниках). Взамен громоздкого вывода 
предлагается качественное обоснование формулы, построенное на 
анализе физического процесса, описываемого той или иной формулой1. Такая методика направлена на рефлексивное усвоение физических процессов и понятий. 
Некоторые теоретические положения не обосновываются в тексте 
параграфа; учащимся предлагается доказать их самостоятельно (см. 
аналитические задания в параграфах). Это способствует развитию 
рефлексии2. При этом, учитывая недостаточный уровень подготовки 
выпускников школ, даются пошаговые инструкции к выполнению 
этих заданий. 
Направленность пособия на повышение мотивации к изучению физики. Для повышения интереса учащихся к изучаемой теме 
перед каждым параграфом приводится несколько вопросов, интригующих внимание своей неординарностью. Ответить на них учащийся сможет, только изучив материал параграфа. Преподаватель 
может использовать эти вопросы для мотивации учащихся к изучению данной темы. 
Интеграция  астрономии в курс физики. Глава 6, в которой излагаются теоретические сведения по астрономии, написана в том же 
стиле, что и прочие главы. Для облегчения восприятия астрономических теорий понятийный аппарат данной главы приближен к терминологии, принятой в физике. Например, в учебниках астрономии 
зачастую используются разнообразные единицы измерения для одной и той же величины3. Это вносит путаницу в головы учащихся. В 
настоящем пособии все величины в астрономических формулах главы 6 даются в СИ. 
Мобильность структуры пособия. Последовательность изложения 
учебного материала в книге традиционная. Пособие состоит из шести 
глав, в которых излагаются основы физики. Исходя из методических 
предпочтений преподавателя отдельные параграфы глав могут переставляться  местами. Такой перенос параграфов качественно не изменяет структуру пособия, а позволяет адаптировать его под КТП каждого 
преподавателя. 

                                                            
1 См., например, качественный «вывод» формул для периода колебаний маятников 
(§ 49) или формул емкостного и индуктивного сопротивлений (§ 55). 
2 См., например, задание в § 37. 
3 Угол измеряется то в секундах, то в радианах, то в градусах; значение расстояния 
приводится иногда в километрах, иногда в парсеках, иногда в астрономических единицах, иногда в световых годах. 

Пособие предназначено для учащихся и преподавателей колледжей, техникумов, профессиональных училищ. Может использоваться в школах, в которых физика является непрофильным предметом. 
Автор выражает искреннюю признательность рецензентам 
книги Пузиной Ю.Ю. и Богдановой М.В., редактору Багдасаровой Г.Н. за многочисленные ценные указания, позволившие значительно улучшить издание. Автор благодарит всех, оказавших ему 
ту или иную поддержку при написании и издании книги. 

Сугубую благодарность за помощь в создании и издании настоящей книги автор желает выразить Московской Матроне 
Дмитриевне. 

Введение 
? 

1. Что общего между Землей и песчинкой, гонимой ветром? 
2. Как провести научное исследование при помощи детского самолетика? 
3. Чем более утоляем жажду, тем более жаждем. А ведь любая наука развивается по такому же закону! В чем тут дело? 
4. Как узнать, при какой нагрузке разорвется трос подъемного крана, не 
разрывая его? 

Понятие о научном познании 
В процессе своего развития человеческая цивилизация накапливала знания. Разрозненные факты обобщались, между ними устанавливались закономерности. Знание становилось научным. 
Наука – это система достигнутых человечеством знаний 

об окружающем мире. 

Разделяют науки по двум направлениям (хотя их можно выделить и больше в более подробной классификации): 
1) гуманитарные (социология, политология, культурология и др.); 
2) естественные (физика, химия, биология, минералогия  и др.). 
Каждая наука имеет свой предмет исследования – ту область 
знания, в которой работают ученые. 
Пример. Предмет истории – прошлое человечества. «История – 
это наука о том, чего уже нет и не будет» (Поль Валери). Предмет 
социологии – общество, закономерности массового поведения людей. Предмет астрономии – строение космических тел и процессы, 
происходящие с ними. 
Каждый шаг научного познания расширяет кругозор человека, а 
значит, и круг проблем, которые до этого не были видны. Решение 
одной проблемы немедленно вызывает несколько новых и т.д.  
«Я одно знаю, что ничего не знаю» (Сократ). 
«То, что мы знаем, – ограничено, а то, чего не знаем, – бесконечно» (Лаплас). 
Схематически области знания на текущий день в различных науках представляют сектора круга (сектора H1, H2, H3 
(рис. В.1)). Граница круга обозначает соприкосновение с непознанным; вне круга 
– область неизученных проблем. Круг постоянно расширяется (знание растет), но 
увеличивается и его граница (больше становится новых вопросов). 
Вывод. Процесс научного познания 
бесконечен. 
 
 

Н1 

Н2 

Н3 

ЗНАНИЕ 

? 

? 

? 
? 

? 
? 

? 
? 

Рис. В.1 

Предмет физики 
Все реально существующее (а не вымышленное) в окружающем 
мире является материей. По сегодняшним научным представлениям материя существует в форме вещества и поля. 
Физика изучает общие свойства и законы движения вещества 
и поля (А.Ф. Иоффе). Под движением понимают любые изменения, 
происходящие с материей. 
Физика может ответить на такие вопросы, как: 
Почему Солнце светит?  
Как возникает радуга?  
Почему жидкости текут?  
Куда ветер дует?  
Почему снежинки правильной формы?  
Что такое свет?  
Почему растянутая пружина сжимается?  
Из чего состоит атом?  
Как электрический ток зажигает лампочку?  
Почему тела падают к Земле?  
Слышен ли звук в космосе?  
Почему магнит железо притягивает, а медь – нет?… 
Можно дать простое определение физики, понятное каждому. 
Физика – это наука, которая отвечает на вопросы, задаваемые каждым из нас в детстве. 
Принцип причинности 
Причина – это явление (объект), порождающее другое яв
ление (объект) – следствие. 

Принцип причинности: протекание любого явления вы
звано действием предшествующего явления. 

Смысл принципа заключается в том, что ни одно явление не может произойти само собой, оно вызвано какой-то причиной. 
Примеры. Причина → следствие: 
1. Конденсация пара → выпадение дождя. 
2. Включение тока → нагрев проводника. 
3. Притяжение Луны → приливы и отливы. 
4. ??? → возникновение Вселенной. 
Методы физических исследований  
Как возникают физические теории? Почему можно быть уверенным в их истинности? 
Существуют два уровня познания в физике: 
1. Экспериментальный уровень. На этом уровне осуществляют 
непосредственное исследование материальных объектов, изучают 
их свойства, производят измерения. Полученные данные накапливаются в виде таблиц, графиков и т.п. 

2. На теоретическом уровне происходит осмысление и раскрытие 
причин, управляющих явлениями. Объясняются закономерности 
протекания явлений. Выводы приводят к созданию теории. 
Пример.  
1. В кипящую воду погружен термометр, который показывает 100 °С. 
По мере добавления поваренной соли в воду температура кипения 
повышается. Замечено, что при максимальной концентрации соли 
раствор кипит при 108 °С. 
2. Можно сделать теоретический вывод, что температура кипения 
жидкости возрастает с ростом концентрации растворенной в ней 
соли.  
Таким образом, два уровня взаимосвязаны. Эксперимент лежит в 
основе теории, гипотезы формулируются в процессе осмысления 
опытных данных. Теория позволяет предсказывать, как будет протекать то или иное явление. С целью проверки истинности теории (законов, формул) ставятся соответствующие опыты. Теория подтверждается, если результаты опытов совпадают с результатами, которые предсказывает теория. 
Процесс становления физической теории происходит по схеме 
(рис. В.2). 

Пример. Проиллюстрируем получение теоретической формулы 
из опытных данных. 
Изучим на опыте колебания математического маятника (шарика 
на нити). Цель: получить формулу зависимости времени колебаний 
от длины нити. Например, будем измерять время t пяти колебаний, 
изменяя длину нити l. Полученные данные занесем в таблицу. 
Длина нити l, см 
16 
36 
64 
100 

Время пяти колебаний t, с 
4 
6 
8 
10 

Легко заметить, что во всех опытах 
1
=
l
t
, т.е. 
.
const
l

t =
Зна
чит, время колебания маятника прямо пропорционально квадратному корню из его длины:  

l
t ~
. 
Если провести опыт непосредственно с самим объектом невозможно 
(например, из-за его недоступности (космические объекты), малости 
(атомы)), то используют такой прием, как моделирование.  

Опыт 
Теория 
Новые опыты 

Проверка теории 

Рис. В.2 

Изготавливается модель – подобие исходного объекта. В модели 
воспроизводятся процессы, идущие в самом объекте. После проведения эксперимента с моделью результаты путем домножения на определенные коэффициенты подобия переносят на исходный объект. 
Пример. Необходимо узнать силу сопротивления воздуха, возникающую при полете самолета. Неподвижную модель самолета помещают в воздушную трубу и обдувают потоком воздуха. Измеренная 
сила сопротивления домножается на параметры, зависящие от размеров 
самолета, – находится подлинная сила сопротивления воздуха. 
Если объект (или процесс) очень сложен, то при построении физической теории прибегают к его идеализации. 
Идеализация – это мысленное внесение определенных из
менений в изучаемый объект с целью его упрощения.  

Пример. Атом имеет внутреннее строение, но его можно считать точкой при движении в сосуде, так как его размер мал по сравнению с сосудом. 
Основные этапы построения научной картины мира  
Взгляды ученых на окружающий мир претерпевали постепенные 
изменения. Представления об устройстве материи и о явлениях, 
происходящих с ней, на протяжении эпох неоднократно модифицировались – менялась научная картина мира. 

Картина 
мира 
(эпоха) 

Основополагающие теории 
Представления  
о материи 
Представления о пространстве и времени 

Механическая 
(15-19 вв.) 

Механика Ньютона; молекулярно-кинетическая теория 

Весь мир состоит из 
твердых частиц, из 
них составлены все 
тела и свет. Все явления объясняются их 
движением и взаимодействием 

Электромагнитная 
(19 в.) 

Теория электромагнитного 
поля Фарадея и 
Максвелла; 
законы электродинамики 

Явления объясняются 
движением заряженных частиц, входящих 
в состав тел. Свет – 
электромагнитная 
волна 

Пространство и время 
существуют независимо от материи; они 
вечны, неизменны и 
одинаковы во всей Вселенной 

Современная 
(20-21 вв.) 

Теория относительности Эйнштейна; квантовая теория 

Поле и вещество способны к взаимопревращениям. И частицам и волнам присущи и волновые и 
дискретные свойства. 
Масса и энергия выражают одно и тоже 
понятие 

Пространство и время 
связаны с материей. В 
разных системах отсчета быстротечность времени различна и различаются пространственные интервалы 

Изучая курс физики, нам предстоит последовательно пройти путь 
ее становления от механики до ядерной физики. 

Несомненно, что теперь Вы ответили на вопросы перед параграфом:  
1. Землю можно считать точкой (относительно Солнечной системы, например) и песчинку можно рассматривать как точку относительно берега. 
2. Самолетик может служить моделью реального самолета. На модели 
можно провести исследование. 
3. Чем больше узнаем, тем больше встает новых вопросов. Процесс познания бесконечен. 
4. Можно взять проволоку из того же материала, сечение которой в 100 
раз меньше, и испытать ее на разрыв. Тогда трос разорвется под действием силы в 100 раз большей. 

 
ЗАДАНИЯ К ПАРАГРАФУ 
Составьте конспект изученного материала, опираясь на вопросы: 
1. Что представляет из себя научное знание? Что является предметом научного исследования? Приведите пример. 
2. Приведите простейшую классификацию наук с примерами. 
3. Объясните, почему процесс научного познания бесконечен. Изобразите схему процесса познания. 
4. Что называют материей? В каких формах она существует? 
5. Что изучает физика? 
6. Что такое причина и следствие? Сформулируйте принцип причинности. Приведите примеры явлений, являющихся следствием 
других явлений. 
7. Как происходит исследование на экспериментальном уровне? 
8. Как происходит исследование на теоретическом уровне? 
9. Изобразите схему становления физической теории и объясните ее. 
10. Как осуществляется процесс моделирования? В каких случаях к 
нему прибегают? 
11. Что такое идеализация физического объекта? Для чего к ней прибегают? Приведите пример идеализации. 
12. Всегда ли ученые представляли себе мир одинаково? Опишите в 
форме таблицы развитие научной картины мира. 
Проверьте себя, выполнив тест (вопросы В1 – В13). 
Ознакомившись с «Алгоритмом решения задач» (см. Приложения), решите задачи В1 – В9.