Физика: учебник для 11 класса общеобразовательных организаций. Базовый уровень

ФГОС
ИННОВАЦИОННАЯ ШКОЛА

Учебник для 11 класса
общеобразовательных организаций

Базовый уровень

Допущено Министерством просвещения
Российской Федерации

Соответствует  
Федеральному государственному  
образовательному стандарту

Москва
«Русское слово»
2021

УДК 373.167.1:53*11(075.3)
ББК 22.3я721 
        И32 
Учебник включён  в Федеральный перечень учебников в соответствии  с приказом 
Министерства просвещения Российской Федерации от 23 декабря 2020 года № 766.
Эксперты:
Атепалихин М.С., Величко А.Н., Шевердин И.В., Дмитришина Е.В.

Под научной редакцией:
Алевтины Алексеевны Фадеевой, доктора педагогических наук, профессора;
Альфиса Суфияновича Гаязова, доктора педагогических наук, профессора, члена-корреспондента РАО, президента Академии наук Республики Башкортостан

Изергин Э.Т.
И32  
Физика: учебник для 11 класса общеобразовательных организаций. 
Базовый уровень / Э.Т. Изергин. — М.: ООО «Русское слово — учебник», 
2021. — 224 с.: ил. — (ФГОС. Инновационная школа).
 ISBN 978-5-533-02003-9
 
 
В учебнике изложены основные физические теории в объёме курса физики 
10—11 классов базового уровня. Учебник знакомит школьников с основными 
разделами физики, методами физического познания и математического описания физических явлений. 
 
 
Учебник соответствует Федеральному государственному образовательному 
стандарту среднего общего образования, Примерной основной образовательной программе и входит в систему «Инновационная школа».

УДК 373.167.1:53*11 (075.3)
ББК 22.3я721
  
                © Э.Т. Изергин, 2021
ISBN 978-5-533-02003-9                    © ООО «Русское слово — учебник», 2021

Учебное издание
ФГОС
Инновационная школа
Изергин Эдуард Тимофеевич
ФИЗИКА
Учебник для 11 класса общеобразовательных организаций
Базовый уровень
Руководитель центра естественно-научных дисциплин С.В. Банников
Редактор И.А. Мещерякова
Обложка и серийное оформление Н.В. Кануриной
Художники А.С. Побезинский, Н.В. Канурина 
Корректор Л.Н. Федосеева
Вёрстка Е.А. Бреславского
Подписано в печать 27.05.21. Формат 70 × 90/16. Печать офсетная. Бумага офсетная. 
Усл. печ. л. 16,38. Тираж 1000 экз. Изд. № 24017_20. Заказ №
ООО «Русское слово — учебник».
115035, Москва, Овчинниковская наб., д. 20, стр. 2.
Тел.: (495) 969-24-54, (499) 689-02-65
(отдел реализации и интернет-магазин).
Вы можете приобрести книги в интернет-магазине:
www.russkoe-slovo.ru     e-mail: zakaz@russlo.ru.

ISBN 978-5-533-02003-9

9 785533 020039

Введение

Дорогие друзья!

Этот учебник завершает изучение курса физики на базовом уровне. Начинается учебник с продолжения раздела «Электродинамика». Далее следуют разделы «Оптика и атомная физика» и «Элементы астрономии». Учебник знакомит с современными теориями: 
теорией относительности и элементами квантовой механики.
Сложные вопросы современной физики рассматриваются в основном на качественном уровне. Ряд понятий, знакомство с которыми осуществлялось в 7—9 классах, расширяется и углубляется.
После каждого параграфа предлагаются вопросы, задания и задачи разного уровня сложности. В конце каждой главы предлагаются 
лабораторные работы, тестовые задания для проверки уровня усвоения темы, задачи повышенной сложности и таблица с основными 
изученными в данной главе понятиями, формулами и законами. 
Параграфы и материалы, отмеченные звёздочкой (*), предназначены для самостоятельного изучения теми обучающимися, которые 
готовятся к экзамену по физике.
В учебнике приняты следующие условные обозначения:

Повторяем изученный материал.

Изучаем новую тему.

Отвечаем на вопросы, выполняем задания.

Решаем задачи.

§ 1.  Магнитное поле тока. 
Индукция магнитного поля

1. Кем и когда была на опыте показана связь между электрическими и магнитными явлениями?

1. Датским физиком Х.Х. Эрстедом в 1820 г. (рис. 1).

2. Какой вывод можно сделать из 
опыта Эрстеда?
2. Электрический ток является источником магнитного поля.

3. Чем 
отличаются 
линии 
напряжённости электрического поля 
от линий магнитной индукции магнитного поля?

3. Линии напряжённости начинаются на положительных электрических зарядах и оканчиваются на 
отрицательных или уходят в бесконечность. Линии магнитной индукции всегда замкнуты. Магнитное поле является вихревым.

4. Каково направление линий индукции магнитного поля постоянного магнита?

4. Они выходят из северного полюса магнита, входят в южный 
и замыкаются внутри магнита.

О постоянных магнитах и магнитном поле вы многое знаете из 
курса физики 7—9 классов. Постоянный магнит имеет два полюса: 
северный и южный. Одноимённые полюсы магнита отталкиваются, 
а разноимённые — притягиваются.
Вокруг постоянного магнита, а также вокруг проводников с током существует магнитное поле. Это поле не действует на органы 
чувств человека, но действует на некоторые металлы (железо, сталь, 
кобальт), на магнитную стрелку, на проводники с током.

Глава I.  Электромагнетизм

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

(Продолжение)

§ 1. Магнитное поле тока. Индукция магнитного поля

Рис. 1. Опыт Эрстеда

Силовой характеристикой магнитного 
поля является вектор магнитной индукции (B). Магнитное поле изображается посредством линий магнитной индукции.
Повторим некоторые известные вам 
факты.
 Опытные факты и наблюдаемые 
явления
1. Птицы на юг улетают, / Гуси, грачи, 
журавли. / Вот уж последняя стая / Крыльями машет вдали (М. Ивенсен) (рис. 2).
2. Одноимённые полюсы двух магнитных стрелок отталкиваются, разноимённые (северный и южный) — притягиваются. Взаимодействие стрелок происходит на расстоянии.
3. Два параллельных проводника с током взаимодействуют: токи 
одного направления притягиваются, противоположных направлений — отталкиваются (опыты Ампера). Сила взаимодействия зависит от силы тока в каждом из проводников и от расстояния между 
проводниками.
4. На самочувствие людей оказывают влияние магнитные бури.
Наша гипотеза: взаимодействие постоянных магнитов, а также 
взаимодействие проводников с током осуществляются посредством 
особой материальной среды: магнитного поля.
Проблема: ввести средства изучения: основные физические величины, мнемонические правила.

На проводник, по которому идёт 
ток, в магнитном поле действует сила, 
называемая силой Ампера (FA). Если 
два проводника с током расположены близко друг к другу (пример 3), то 
в магнитном поле, созданном током в 
первом проводнике, в соответствии с 
высказанной нами гипотезой на второй проводник действует сила Ампера. 
В магнитном поле, созданном током во 
втором проводнике, сила Ампера действует на первый проводник. Другими 
словами, проводники с током взаимодействуют посредством магнитного 
поля. Уточним понятие магнитного 
поля.

Рис. 2. Птицы ориентируются 
в магнитном поле Земли

Глава I. Электромагнетизм

Магнитное поле — это особый вид материи, осуществляющий 
взаимодействие движущихся зарядов.

Вспомним приёмы определения направления индукции магнитного поля 
тока и направления силы Ампера.
Направление прямого и кругового тока 
и направление линий магнитной индукции связаны правилом буравчика:

Если направление ввинчивания 
буравчика совместить с направлением 
тока в проводнике, то направление 
линий магнитной индукции будет 
совпадать с направлением вращения 
ручки буравчика (рис. 3).

Если направление вращения ручки буравчика совместить
с направлением кругового тока, то направление ввинчивания
буравчика совпадёт с направлением линии магнитной индукции.

Направление силы Ампера можно определить по правилу левой 
руки.
Если расположить левую руку так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а четыре пальца показывали направление 
тока в проводнике, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы Ампера (рис. 4).

Рис. 4. Правило левой руки

I

FA

B

Рис. 3. Правило буравчика

§ 1. Магнитное поле тока. Индукция магнитного поля

Рис. 5. Проводник уравновешен 
в магнитном поле

Пусть в магнитном поле уравновешен проводник. Пропустим по 
проводнику ток (рис. 5): равновесие нарушится, потому что действующая на проводник сила Ампера направлена вертикально вниз.
Модуль этой силы зависит от силы тока 
в проводнике, от длины той части проводника, которая находится в магнитном поле 
(активной части), и магнитного поля (вектора магнитной индукции). Однако отношение силы, действующей на проводник 
с током (силы Ампера), к длине активной 
части проводника и силе тока в нём зависит только от магнитного поля.
Найти модуль вектора магнитной индукции или магнитную индукцию можно 
по формуле:

B = Fмакс.

IL

Индукцией магнитного поля называется векторная физическая
величина, равная отношению максимальной силы Ампера 
к длине проводника и силе тока в нём.

Единица индукции магнитного поля — 1 Тл (тесла). Она названа 
в честь сербского физика и изобретателя Николы Теслы.
За 1 Тл принимается индукция такого магнитного поля, в котором на проводник длиной 1 м, расположенный перпендикулярно 
к линиям магнитной индукции, действует сила 1 Н при силе тока 
в проводнике 1 А.

Линия индукции магнитного поля — это 
линия, в каждой точке которой вектор 
индукции направлен по касательной.

Магнитное поле, в каждой точке которого индукция магнитного поля одинакова по модулю и по направлению, 
называется однородным. Линии индукции такого поля параллельны друг другу 
и расположены на одинаковых расстояниях друг от друга (рис. 6).
Рис. 6. Линии индукции 
однородного магнитного поля

Глава I. Электромагнетизм

Пользуясь определением индукции магнитного поля, получим 
формулу для расчёта силы Ампера, то есть силы, действующей на 
проводник с током в магнитном поле:

FA = BIL

Эта формула верна для случая, когда проводник расположен перпендикулярно к линиям индукции магнитного поля. В случае произвольного расположения проводника в магнитном поле:

FA = BIL sin α

где α — угол между направлением вектора магнитной индукции B 
и направлением силы тока I в проводнике.
Из формулы видно, что максимальная 
сила действует на проводник, перпендикулярный вектору магнитной индукции.
Если проводник с током расположен 
параллельно вектору B, то сила Ампера 
равна нулю.
Замкнутый проводник называют контуром.
Магнитным потоком Ф через площадь, 
ограниченную контуром S, называют физическую величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции 
B на площадь S и на косинус угла между 
вектором B и нормалью к контуру (рис. 7).

Ф = BS cos α

Единица магнитного потока — вебер (1 Вб).

[
]
л м
Вб
м
м
Вб
2
=
⋅
=
⋅
= [
]
2
2
Т
Ф
.

Чтобы изменить магнитный поток, пронизывающий контур, 
надо либо изменить индукцию магнитного поля, либо изменить площадь контура, либо изменить ориентацию контура в магнитном 
поле (повернуть контур вокруг оси, перпендикулярной к линиям 
индукции).
Действие силы Ампера находит большое применение в электродвигателях, громкоговорителях, электроизмерительных приборах.

Рис. 7. Магнитный поток
через контур S

§ 1. Магнитное поле тока. Индукция магнитного поля

Рис. 8. Электрический двигатель 
постоянного тока

Простейший электрический двигатель постоянного тока представляет собой рамку, которая может вращаться в 
магнитном поле. Концы рамки соединены с полукольцами, к которым с помощью щёток подводится электрический 
ток (рис. 8).
По правилу левой руки определяем, 
что действующая на часть рамки a—b 
сила Ампера направлена от чертежа к 
нам. На часть рамки c—d сила Ампера 
действует в направлении от нас за чертёж. Под действием пары сил рамка abcd 
повернётся на 90°. В этот момент коллектор (полукольца и щётки) отключает ток. 
Вследствие инертности рамка продолжает 
движение, и цепь рамки снова замыкается, но ток теперь течёт от d к 
с, затем от b к a, и рамка продолжает движение в том же направлении.
Таким образом, коллектор автоматически в нужные моменты 
времени отключает ток, а затем включает ток противоположного направления, и это происходит через каждую половину оборота рамки.
Чтобы рамка двигалась не толчками, а по возможности плавно, 
используются не одна рамка, а две, три и более, а коллектор состоит не из двух полуколец, а из четырёх, шести и более частей целого 
кольца. Вместо постоянного магнита используется электромагнит, 
питаемый от того же источника тока, что и рамка. Подвижную 
часть электродвигателя (рамка с коллектором) называют ротором, 
а неподвижную (корпус и электромагниты) — статором.

1. Перескажите содержание параграфа по плану: опытные факты и наблюдаемые явления; наша гипотеза; средства описания; практическое использование.
2. Назовите основные признаки однородного магнитного поля. 
Изобразите однородное и неоднородное магнитные поля.
3. Что иллюстрирует рисунок 5?
4. Опишите устройство и принцип действия двигателя постоянного тока.
5. Как можно определить направление линий индукции магнитного поля:
а) постоянного магнита;
б) прямого проводника с током;
в) кругового тока в контуре?

Глава I. Электромагнетизм

6. Определите направление линий индукции магнитного поля 
(рис. 9):

 
а 
б 
в

Рис. 9. Схематичные изображения к заданию 6

7. Изобразите вектор магнитной индукции в точках 1, 2 и 3 
(рис. 10).

1

2
3

 
а 
б

Рис. 10. Схематичные изображения к заданию 7

8. Укажите направление силы Ампера, действующей на проводник с током (рис. 11).

Рис. 11. Схематичные изображения к заданию 8

 
а 
б