Физика: Конспект лекций в форме презентаций. В двух частях. Часть I

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ 
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА» 
 
Институт управления и цифровых технологий 
Кафедра «Физика» 
 
 
 
В.А. НИКИТЕНКО, С.М. КОКИН 
 
ФИЗИКА 
 
Конспект лекций в форме презентаций 
В двух частях 
Часть I 
 
 
 
 
 
МОСКВА – 2020 

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ 

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА» 
 

Институт управления и цифровых технологий 

Кафедра «Физика» 

 
 

В.А. НИКИТЕНКО, С.М. КОКИН 

 

ФИЗИКА 

 

Конспект лекций в форме презентаций 

В двух частях 

Часть I 

 

для студентов специальностей ИУЦТ, ИТТСУ, ИПСС и вечернего факультета 

 
 
 
 

МОСКВА – 2020 

УДК 530.1 (076) 
Н62 
 

Никитенко В.А., Кокин С.М. Физика: Конспект лекций в форме презентаций. В двух ча
стях. Часть I. – М.: РУТ (МИИТ), 2020. – 174 с. 
 

Учебное пособие представляет собой конспект лекций по общей физике, включающий 

разделы: «Механика», «Молекулярная физика и термодинамика», «Электростатика», «Постоянный электрический ток», «Магнетизм». В основу конспекта положен материал лекций, которые авторы читают в РУТ (МИИТ) для студентов ИУЦТ и ИТТСУ. 

Учебное пособие предназначено для студентов специальностей и направлений ИУЦТ, 

ИТТСУ, ИПСС и вечернего факультета. 
 

Рецензенты: 

– зав. лабораторией ФИАН заслуженный деятель науки РФ профессор Горелик В.С. 
– зав. кафедрой физики и химии РОАТ РУТ (МИИТ) профессор Шулиманова З.Л. 
 
 
 

© РУТ (МИИТ), 2020 

 
 

СОДЕРЖАНИЕ 
 
Предисловие……………………………………………………………………………………………………………………….8 
1 Физические основы механики ................................................................................................................................................... 9 
1.1 Классическая механика (общие представления) ...................................................................................................................... 9 
1.2 Простейшие виды движения ...................................................................................................................................................... 9 
1.3 Кинематика ................................................................................................................................................................................10 

1.3.1 Основные понятия кинематики ............................................................................................................................10 
1.3.2 Равномерное движение ..........................................................................................................................................15 
1.3.3 Равнопеременное движение ..................................................................................................................................17 
1.3.4 Графики движения .................................................................................................................................................18 
1.3.5 Равнопеременное вращение ..................................................................................................................................19 

1.4 Динамика ....................................................................................................................................................................................20 

1.4.1 Общие замечания ...................................................................................................................................................20 
1.4.2 Законы Ньютона .....................................................................................................................................................22 
1.4.3 Разложение сил .......................................................................................................................................................23 
1.4.4 Центр масс системы материальных точек ...........................................................................................................24 
1.4.5 Закон сохранения импульса ..................................................................................................................................25 
1.4.6 Уравнение движения тела переменной массы ....................................................................................................26 

1.5 Динамика вращательного движения .......................................................................................................................................27 

1.5.1 Момент силы ..........................................................................................................................................................27 
1.5.2 Центр тяжести ........................................................................................................................................................28 
1.5.3 Момент инерции.....................................................................................................................................................28 
1.5.4 Теорема Штейнера .................................................................................................................................................30 
1.5.5 Момент импульса и закон его сохранения ..........................................................................................................31 
1.5.6 Основной закон динамики вращательного движения (аналогии) ....................................................................33 
1.5.7 Свободные оси. Главные оси инерции ................................................................................................................34 
1.5.8 Гироскопы ...............................................................................................................................................................35 

1.6 Работа. Мощность. Энергия .....................................................................................................................................................36 

1.6.1 Работа силы. Мощность ........................................................................................................................................36 
1.6.2 Кинетическая и потенциальная энергия ..............................................................................................................38 

1.6.3 Кинетическая энергия тела при плоском движении ..........................................................................................39 
1.6.4 Первая и вторая космические скорости ...............................................................................................................40 
1.6.5 Поле сил. Потенциальная энергия ........................................................................................................................41 
1.6.6 Закон сохранения механической энергии............................................................................................................44 
1.6.7 Соударения тел .......................................................................................................................................................45 

1.7 Деформация твердого тела .......................................................................................................................................................46 
1.8 Элементы механики жидкости .................................................................................................................................................47 
1.9 Специальная теория относительности (СТО) ........................................................................................................................49 

1.9.1 Преобразования Галилея. Неинерциальные системы отсчета ..........................................................................49 
1.9.2 Постулаты СТО. Преобразования Лоренца ........................................................................................................51 
1.9.3 Следствия из преобразований Лоренца ...............................................................................................................52 
1.9.4 Основы релятивистской динамики ......................................................................................................................53 
1.9.5 Энергия тела в СТО ...............................................................................................................................................54 

1.10 Контрольные вопросы ............................................................................................................................................................55 
 
2 Молекулярная физика и термодинамика  ............................................................................................................................58 
2.1 Молекулярная физика ...............................................................................................................................................................58 

2.1.1 Школьные знания по МКТ ....................................................................................................................................58 
2.1.2 Основное уравнение МКТ. Средняя энергия молекул .......................................................................................60 
2.1.3 Распределение Максвелла молекул по скоростям ..............................................................................................64 
2.1.4 Опыт Ламмерта.. ....................................................................................................................................................66 
2.1.5 Распределение Больцмана. Барометрическая формула .....................................................................................67 
2.1.6 Распределение Максвелла-Больцмана .................................................................................................................68 
2.1.7 Средняя длина свободного пробега .....................................................................................................................69 
2.1.8 Явления переноса в газах ......................................................................................................................................70 

2.2 Термодинамика ..........................................................................................................................................................................73 

2.2.1 Первое начало термодинамики .............................................................................................................................73 
2.2.2 Работа, совершаемая идеальным газом ...............................................................................................................74 
2.2.3 Теплоемкость ..........................................................................................................................................................77 
2.2.4 Адиабатный процесс ..............................................................................................................................................78 
2.2.5 Политропные процессы .........................................................................................................................................79 
2.2.6 Тепловые машины. Цикл Карно ...........................................................................................................................80 

2.2.7 Второе начало термодинамики .............................................................................................................................82 
2.2.8 Энтропия .................................................................................................................................................................82 
2.2.9 Хаос и его описание. Стрела времени. Статистический смысл второго начала термодинамики .................85 
2.2.10 Открытые диссипативные системы. Самоорганизация в открытых системах. Синергетика ......................85 
2.2.11 Химический потенциал .......................................................................................................................................86 
2.2.12 Реальный газ. Уравнение Ван-дер-Ваальса .......................................................................................................87 

2.3 Контрольные вопросы...............................................................................................................................................................88 
 
3 Электростатика...........................................................................................................................................................................90 
3.1 Школьные знания ......................................................................................................................................................................90 
3.2 Циркуляция вектора E



 .............................................................................................................................................................93 

3.3 Связь напряженности и потенциала электрического поля. Эквипотенциальные поверхности .......................................94 
3.4 Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме ....................................................................................................95 
3.5 Теорема Гаусса ..........................................................................................................................................................................96 
3.6 Поле диполя. Диполь в электрическом поле ........................................................................................................................100 

3.6.1 Диполь в однородном электрическом поле .......................................................................................................101 
3.6.2 Диполь в неоднородном электрическом поле ...................................................................................................101 

3.7 Диэлектрик в электрическом поле. Поляризация ................................................................................................................102 
3.8 Вектор электрического смещения. Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике ..............................104 
3.9 Электреты. Сегнетоэлектрики. Пьезоэлектрический эффект .............................................................................................105 
3.10 Электростатика проводников. Металлы в электрическом поле .......................................................................................106 

3.10.1 Напряженность и потенциал электрического поля уединенного проводника ............................................106 
3.10.2 Проводник во внешнем электрическом поле ..................................................................................................107 
3.10.3 Электроемкость и энергия уединенного проводника ....................................................................................108 
3.10.4 Конденсаторы .....................................................................................................................................................110 
3.10.5 Энергия электростатического поля ..................................................................................................................111 

3.11 Контрольные вопросы ..........................................................................................................................................................112 
 
4 Постоянный электрический ток  ..........................................................................................................................................114 
4.1 Общие параметры. Уравнение непрерывности ....................................................................................................................114 
4.2 Закон Ома для однородного проводника ..............................................................................................................................115 
4.3 Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме ..............................................................................................................116 

4.4 Э.д.с. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Напряжение. Закон Ома для замкнутой цепи...............................117 
4.5 Мощность тока ........................................................................................................................................................................118 
4.6 Соединение резисторов ..........................................................................................................................................................118 
4.7 Правила Кирхгофа ...................................................................................................................................................................119 
4.8 Классическая теория электропроводности металлов ..........................................................................................................121 

4.8.1 Закон Ома ..............................................................................................................................................................121 
4.8.2 Закон Джоуля-Ленца ............................................................................................................................................122 
4.8.3 Закон Видемана-Франца ......................................................................................................................................122 
4.8.4 Достоинства и недостатки классической теории электропроводности металлов .........................................123 

4.9 Электрический ток в вакууме ................................................................................................................................................124 
4.10 Контрольные вопросы ..........................................................................................................................................................125 
 
5 Магнетизм ..................................................................................................................................................................................126 
5.1 Магнитное поле. Вектор магнитной индукции ....................................................................................................................126 
5.2 Силовые линии магнитного поля ..........................................................................................................................................127 
5.3 Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов .........................................................................................................128 
5.4 Контур с током в магнитном поле .........................................................................................................................................130 
5.5 Действие магнитного поля на движущийся заряд ...............................................................................................................131 

5.5.1 Сила Лоренца ........................................................................................................................................................131 
5.5.2 Ускорители заряженных частиц .........................................................................................................................132 
5.5.3 Эффект Холла .......................................................................................................................................................133 

5.6 Закон Био-Савара-Лапласа .....................................................................................................................................................134 

5.6.1 Введение ................................................................................................................................................................134 
5.6.2 Магнитное поле прямого тока ............................................................................................................................135 
5.6.3 Магнитное поле в центре кругового проводника с током ...............................................................................136 
5.6.4 Магнитное поле соленоида .................................................................................................................................137 

5.7 Закон полного тока для магнитного поля в вакууме. Вихревой характер магнитных полей .........................................138 
5.8 Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса для магнитного поля ...................................................................142 
5.9 Индуктивность контура ..........................................................................................................................................................144 
5.10 Индуктивность бесконечно длинного соленоида (тороида) .............................................................................................145 

5.11 Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле ..................................................................146 
5.12 Электромагнитная индукция ................................................................................................................................................148 

5.12.1 Схема опытов Фарадея и правило Ленца ........................................................................................................148 
5.12.2 Закон Фарадея.....................................................................................................................................................149 

5.13 Вращение рамки в магнитном поле .....................................................................................................................................150 
5.14 Вихревые токи (токи Фуко) ..................................................................................................................................................151 
5.15 Самоиндукция ........................................................................................................................................................................152 
5.16 Явление взаимной индукции ................................................................................................................................................153 
5.17 Трансформатор (П Н. Яблочков, И.Ф. Усагин) ..................................................................................................................154 
5.18 Энергия магнитного поля .....................................................................................................................................................155 
5.19 Вещество в магнитном поле .................................................................................................................................................156 

5.19.1 Атомные токи .....................................................................................................................................................156 
5.19.2 Намагниченность. Вектор напряженности магнитного поля. Закон полного тока в веществе .................158 
5.19.3 Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость. Типы магнетиков...........................................160 
5.19.4 Диамагнетизм. Прецессия электронных орбит в атоме .................................................................................161 
5.19.5 Парамагнетики ...................................................................................................................................................162 
5.19.6 Ферромагнетики .................................................................................................................................................162 
5.19.7 Отличительные свойства магнетиков ..............................................................................................................163 
5.19.8 Магнитная левитация ........................................................................................................................................164 

5.20 Э.д.с. индукции в неподвижном контуре. Гипотеза Максвелла ......................................................................................165 
5.21 Бетатрон ..................................................................................................................................................................................165 
5.22 Контрольные вопросы ..........................................................................................................................................................166 
 
6 Уравнения Максвелла.............................................................................................................................................................168 
6.1 Уравнения Максвелла в интегральной форме ......................................................................................................................168 
6.2 Уравнения Максвелла в дифференциальной форме ............................................................................................................170 
6.3 Контрольные вопросы.............................................................................................................................................................172 
 
Литература .....................................................................................................................................................................................173 
 
 

Предисловие 

 

Настоящий конспект лекций по физике не обычен, он подготовлен в форме набора презентаций. По сути это «ске
лет» лекций, каждая страница которого соответствует кадру, выводящемуся на экран в аудитории и подробно обсуждаемому и дополняемому преподавателем за время занятия. В процессе лекции и при дальнейшей самостоятельной работе с 
литературой этот «скелет» обрастает подробностями, формирующими конкретный конспект отдельного студента. Такой 
развернутый («обросший» иллюстрациями и красивыми заставками) конспект, подготовленный к экзамену (часто – в 
электронной форме), по сути, представляет собой «лицо» конкретного студента. В качестве вспомогательной литературы можно использовать имеющиеся в библиотеке университета учебники, а также – более подробные конспекты лекций 
по всему курсу общей физики, изданные авторами в РУТ (МИИТ): 

1. Кокин С.М. Физика. Конспект лекций – часть I. – М.: МИИТ. – 2010. 
2. Кокин С.М., Никитенко В.А. Физика. Конспект лекций – часть II. – М.: МИИТ. – 2013. 
3. Никитенко В.А., Кокин С.М. Физика. Конспект лекций – часть III. – М.: МИИТ. – 2017. 

С тем, чтобы учащиеся могли проконтролировать свои знания, авторы рекомендуют выполнять контрольные зада
ния и отвечать на вопросы, изложенные в конце каждой лекции. 

Конспект не является самодостаточным изданием, он не заменяет «живого» общения с преподавателем и восприя
тия лекций на слух, но помогает сэкономить время на лекциях при записи основных идей курса, при создании графиков, 
рисунков и т. д. Для успешного освоения дисциплины, конечно же, необходимо посещать сами занятия (сопровождающиеся реальными физическими экспериментами и мультимедийными демонстрациями), выполнять лабораторные работы, решать задачи. Если же говорить шире – будущим бакалаврам и специалистам полезно знакомиться с достижениями 
современной науки: по научно-популярной литературе, по журналам, интернет-публикациям, по материалам, имеющимся в библиотеке и фильмотеке Дома физики РУТ (МИИТ). 

Предполагается, что электронная форма данного конспекта лекций будет постоянно обновляться, но его основа со
хранится, и будет представлять собой удобную авторскую форму общения со студентами. 

Отдавая себе отчёт в том, что предлагаемое издание конспекта лекций не лишено недостатков, авторы с благодар
ностью примут все пожелания и замечания. Просим направлять их по адресу: 127994, г. Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 
9, РУТ (МИИТ), кафедра «Физика» или fizikamiit@mail.ru. 

Авторы 

 
 

1 Кинематика

2 Динамика

3 Статика

1 ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ 

 
1.1 Классическая механика (общие представления) 
 
Классическая механика – раздел физики, в котором изучаются закономерности ме
ханического движения тел и причины, влияющие на 
это движение. 
Механическое движение – это изменение со временем 
взаимного расположения тел или их частей. 
 
 

 
1.2 Простейшие виды движения 
 
1. Поступательное движение – это движение, когда любая прямая, выделенная в 
твердом теле, остается параллельной своему первоначальному положению. 
 
2. Вращательное движение – это движение, при котором все точки абсолютно 
твердого тела движутся по окружностям, центры которых находятся на одной прямой, называемой осью вращения, при этом окружности лежат в плоскостях, перпендикулярных этой оси.