Физика. Базовый уровень

З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ »

.

УДК 377.167.1:53+53(075.32)
ББК 22.3я723
 
Ф50
Серия «Учебник СПО» основана в 2023 году.

Физика : базовый уровень : учебник для образовательных организаций, реализующих образовательные программы среднего 
профессионального образования / Н. С. Пурышева, Н. Е. Важеевская, Д. А. Исаев, В. М. Чаругин. — Москва : Просвещение, 
2024. — 512 с. : ил., 2 л. цв. ил. — (Учебник СПО).
 
 
ISBN 978­5­09­113684­5.
Данный учебник разработан в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта среднего общего образования 
в редакции Приказа Министерства просвещения Российской Федерации № 732 
от 12.08.2022 г., требованиями Федеральной образовательной программы среднего общего образования, утверждённой Приказом Министерства просвещения Российской Федерации № 371 от 18.05.2023 г., и предназначен для реализации образовательных программ среднего профессионального образования, реализуемых на 
базе основного общего образования или интегрированных с образовательными программами основного общего и среднего общего образования, при освоении учебных 
предметов, курсов, дисциплин (модулей) основного общего образования и (или) 
среднего общего образования.
Методический аппарат учебника составляют вопросы для самопроверки, 
упражнения, включающие качественные, графические и вычислительные задачи, 
исследовательские задания, темы проектов.
УДК 377.167.1:53+53(075.32)
ББК 22.3я723

Ф50

ISBN 978-5-09-113684-5
© АО «Издательство «Просвещение», 2024
© Художественное оформление.
 
АО «Издательство «Просвещение», 2024
 
Все права защищены

Авторы: Н. С. Пурышева, Н. Е. Важеевская, Д. А. Исаев, В. М. Чаругин.
Раздел «Лабораторные работы» подготовлен С. В. Степановым

Уч е б н о е  и з д а н и е
Серия «Учебник СПО»
Пурышева Наталия Сергеевна, Важеевская Наталия Евгеньевна, 
Исаев Дмитрий Аркадьевич, Чаругин Виктор Максимович
ФИЗИКА
Базовый уровень
Учебник для образовательных организаций, реализующих  
образовательные программы среднего профессионального образования
Центр математики, физики и астрономии
Ответственный за выпуск Г. И. Ершова. Редактор Г. И. Ершова. Художники Л. Я Александрова,  
О. И. Колотова. Художественный редактор А. В. Пряхин. Технический редактор В. Е. Горина 
Вёрстка Т. М. Дородных. Корректор Г. И. Мосякина
Подписано в печать 25.03.2024. Формат 70  90/16.  
Усл. печ. л. 37,33 + 0,29 цв. вкл. Уч.­изд. л. 25,33. Тираж      экз. Заказ №        .
Акционерное общество «Издательство «Просвещение». Российская Федерация, 
127473, г. Москва, ул. Краснопролетарская, д. 16, стр. 3, помещение 1Н.
Адрес электронной почты «Горячей линии» — vopros@prosv.ru.

Учебник и разработанное в комплекте с ним учебное пособие допущены к использованию 
при реализации образовательных программ среднего профессионального образования, реализуемых на базе основного общего образования или интегрированных с образовательными программами основного общего и среднего общего образования, при освоении учебных предметов, курсов, дисциплин (модулей) основного общего образования и (или) среднего общего образования в соответствии с Приказом Министерства просвещения Российской Федерации № 858 
от 21.09.2022 г. (в ред. Приказа Министерства просвещения России № 119 от 21.02.2024 г.).

З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ »

.

Ф и з ика  и мето ды научного 
по з н а ния

§ 1. Что и как изучает физика

1. Физика — наука о природе. Как вам хорошо известно, физика — одна из наук о природе, или, как говорят, одна из естественных наук. Другими естественными науками являются астрономия, 
биология, химия, география.
Физика изучает физические явления: механические, тепловые, 
электромагнитные, световые и др. К физическим явлениям относятся движение молекул, различных машин и механизмов, планет и их 
спутников, нагревание и охлаждение тел, плавление, кристаллизация и парообразование, изменение ориентации магнитной стрелки 
вблизи проводника, по которому идёт электрический ток, фотоэффект, радиоактивный распад и многие другие. Во всех этих явлениях участвуют материальные объекты или объекты окружающего нас 
материального мира. 
Материя — всё то, что существует реально, независимо от 
нас, наших органов чувств, то, что мы можем воспринимать с помощью органов чувств непосредственно или используя приборы.
В настоящее время известны два вида материи: вещество и поле. 
К вещественному виду материи относятся атомы, молекулы, окружающие нас тела, астрономические объекты. С полевым видом материи вы уже тоже знакомы — это гравитационное, электрическое, 
магнитное, электромагнитное поля.
Кроме явлений, физика изучает физические свойства материальных объектов, такие как теплопроводность, электропроводность, 
упругость, прочность и т. п.
Помимо физических явлений, существуют химические, биологические, астрономические явления. Например, рост растений 
представляет собой биологическое явление, превращение веществ 

З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ »

.

при химических реакциях — химическое. При этом объяснение  
того, почему происходит та или иная химическая реакция, лежит 
в области физики; рост растений происходит благодаря таким процессам, как диффузия и всасывание, механизм которых имеет физическую природу. Таким образом, физические, химические и биологические явления так же, как и науки физика, химия, биология, 
тесно связаны. Особенно сильно с физикой связана астрономия, которая изучает небесные объекты (планеты, их спутники, звёзды, галактики и пр.) и использует при этом физические методы исследования и законы.
Принято условно выделять три структурных уровня материи: 
микромир (атомы, элементарные частицы, типичные размеры которых меньше или равны 10–10 м), макромир (от молекул до тел Солнечной системы), мегамир (типичные размеры 1022 м).

Физика изучает свойства объектов и физические явления, происходящие с объектами микромира, макромира и мегамира.

2. Научные методы познания окружающего мира. Возникает вопрос, как физика получает знания о природе, как она изучает 
материальный мир.
Научное знание отличается от обыденного прежде всего объективностью, точностью, достоверностью. Стремление исследователей 
к объективности научного знания привело к тому, что в естествознании к концу XVII в. сложился научный метод познания. Основоположником научного метода исследования, обосновавшим роль эксперимента в научном познании окружающего мира, считается итальянский учёный Галилео Галилей (1564—1642). 
Научный метод познания включает наблюдение, создание модели изучаемого явления, выдвижение гипотезы о её поведении и 
законах, управляющих поведением модели, проведение экспериментов, которые должны подтвердить или опровергнуть гипотезу.
В науке различают эмпирический и теоретический уровни познания (исследования). Каждый уровень познания характеризуется 
определённой логикой и использует как общие, так и специфические, свойственные данному уровню познания методы. Так, для получения научных фактов применяют наблюдение и эксперимент, которые являются основными методами эмпирического исследования, 
при разработке гипотез и построении теории используют моделирование и мысленный эксперимент, которые свойственны теоретическому уровню познания. 
Представления о материальном мире, о происходящих в нём явлениях и о свойствах объектов материального мира складываются 

З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ »

.

в процессе наблюдения. Так, наблюдая падение тел, Галилей пытался найти закономерности этого движения; наблюдая сокращение 
лапки лягушки при касании её металлическими предметами, итальянский учёный Луиджи Гальвани (1737—1798) пытался найти 
причину этого явления. Именно желание объяснить причину наблюдаемого явления, найти закономерности, которым оно подчиняется, 
побуждает учёных выдвигать гипотезы, т. е. предположения о природе явления, или о его причинах, или о законах, по которым оно 
происходит.
После того как выдвинута гипотеза, учёный может продвигаться в познании двумя путями. Первый путь характерен для эмпирического уровня познания. В этом случае ставится эксперимент 
и с его помощью проверяются гипотезы. Те из них, которые подтвердятся, принимаются, а те, которые не подтвердятся, являются ложными и отбрасываются. Затем, если это возможно, гипотеза получает теоретическое подтверждение при объяснении результатов эксперимента.
Второй путь характерен для теоретического уровня познания. 
При этом учёный строит модель объекта или явления, выполняет теоретическое исследование модели и проводит эксперимент с целью 
подтверждения справедливости выдвинутой гипотезы и правильности построенной модели. Окончательное заключение о том, что полученные выводы верны, позволяет сделать возможным их применение в практике.
3. Моделирование. Особую роль на теоретическом уровне познания играет метод моделирования.
Идеальная модель — это мысленно представляемая система, которая отражает существенные особенности и свойства реального объекта, явления или процесса и изучение которой даёт новую информацию об этом объекте.
В основе всех физических теорий и законов лежат идеальные модели объектов. Например, классическая механика Ньютона построена для модели «материальная точка». Напомним, что материальная 
точка — тело, размерами которого можно пренебречь в условиях данной задачи. Законы изменения параметров состояния газа (давления, 
объёма и температуры) записаны для модели «идеальный газ», т. е. 
газа, для которого можно пренебречь размерами молекул и их взаимодействием.
В процессе накопления научных знаний, совершенствования экспериментальных средств происходит усложнение моделей. Например, 
первой моделью атома была модель Дж. Дж. Томсона, который представлял атом в виде шара с равномерно распределённым в нём полоЗ © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ »

.

жительным зарядом и вкраплёнными в него отрицательно заряженными электронами (рис. 1, а). 
Эта модель объясняла известные 
в то время явления проводимости 
и электризации. 
После того как Э. Резерфорд 
провёл опыты по зондированию 
тонких металлических пластинок, появилась более сложная 
модель атома — так называемая планетарная модель, в соответствии с которой в центре атома находится положительно заряженное 
ядро, а вокруг него вращаются отрицательно заряженные электроны (рис. 1, б). Эта модель, объясняя ряд электрических явлений,  
не позволяла понять происхождение линейчатых спектров и устойчивость атомов. 
Модель Резерфорда была усовершенствована Н. Бором. В соответствии с моделью Бора электроны, находясь на стационарных орбитах, 
не излучают и не поглощают энергию. Излучая или поглощая энергию, атомы переходят с одной орбиты на другую. С помощью этой модели можно объяснить происхождение линейчатых спектров, устойчивость атомов, она достаточно хорошо описывает строение атома водорода, но не позволяет объяснить строение более сложных атомов.
Таким образом, результаты экспериментов показывают ограниченность той или иной идеальной модели, в итоге модель развивается и совершенствуется.
В ряде случаев для изучения природы объектов или процессов 
используют модели­аналогии. Аналогия позволяет на основе установленного сходства одних свойств объектов делать выводы о сходстве других их свойств. Например, Х. Гюйгенс, выявив общие свойства звука и света, такие как отражение, преломление, интерференция, дифракция, пришёл к выводу, что свет имеет волновую природу. 
В этом случае звуковые волны служили моделью­аналогией для световых волн. Механические колебания выступали в роли модели­аналогии для электромагнитных колебаний. 
Мысленный эксперимент  — это познавательный процесс, имеющий структуру реального эксперимента и осуществляемый с идеальной моделью. Мысленный эксперимент позволяет переходить от реальных объектов и процессов к идеальным моделям, действие с которыми позволяет получить результаты, применимые к реальным 
объектам. 

Рис. 1

а)
б)

З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ »

.

Г. Галилей применял мысленный эксперимент как метод естественно­научного познания при изучении законов движения.
В современной науке мысленный эксперимент используется при 
изучении явлений, происходящих с микробъектами, недоступными 
непосредственному наблюдению. 
В современных научных исследованиях всё шире применяют математическое моделирование. Сущность такого моделирования состоит в замене исходного объекта его математической моделью и в 
дальнейшем изучении модели с помощью математических методов, 
в том числе реализуемых на ЭВМ.
Из приведённых рассуждений следует, что эксперимент и теоретический анализ (теория), являясь методами научного познания 
окружающего мира, выступают в единстве. Процесс научного познания начинается с наблюдений, и именно несоответствие наблюдаемого сложившейся системе знаний, противоречие между уже известным и экспериментальными фактами, которые не могут быть 
объяснены с помощью существующих законов и теорий, приводит 
к возникновению нового знания. В этом случае эксперимент является источником наших знаний об окружающем мире. При этом ни 
одно знание не может считаться истинным до тех пор, пока оно не 
будет подтверждено соответствующими экспериментальными данными и не найдёт своего практического применения. В этом смысле 
эксперимент является критерием истинности наших знаний.
Таким образом, эксперимент является источником знания 
и критерием истинности полученных знаний.
Естественно, экспериментальные факты представляют собой 
один из элементов системы знаний о природе. Более полными эти 
знания могут стать только при создании теории для их объяснения. 
Так, предположение о том, что вещества состоят из частиц, находящихся в непрерывном хаотическом движении, оставалось гипотезой 
и после того, как были поставлены эксперименты, косвенным образом доказывающие его справедливость. И лишь после создания классической статистической теории данное предположение превратилось в научное знание.

Вопросы для самопроверки

1. Что изучает физика?
2. Приведите примеры физических явлений и физических свойств 
тел.
3. Покажите, что физические законы имеют место в биологических 
и химических явлениях.

З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ »

.

4. Какова логика процесса научного познания? Проиллюстрируйте 
её на примере.
5. Какова роль эксперимента в познании? Поясните на примере.
6. Что такое гипотеза? Приведите примеры научных гипотез.
7. Какова роль моделирования в процессе научного познания?
8. Какова роль эксперимента в уточнении моделей объектов и явлений? Приведите примеры.

Упражнение 1
1. Составьте таблицу известных вам идеальных моделей объектов 
и процессов.
2. Предложите алгоритм (последовательность действий) построения идеальной модели, проиллюстрируйте этот алгоритм на примере построения какой­либо идеальной модели.
3. Составьте классификацию физических моделей, представив результаты работы в виде таблицы.

§ 2. Физические законы и теории

1. Физические законы. Для того чтобы описать физическое 
явление, необходимо выделить физические величины, его характеризующие. Так, механическое движение характеризуется перемещением, временем, скоростью, ускорением; прохождение электрического тока по участку цепи — напряжением, силой тока и сопротивлением. Величины, характеризующие то или иное явление, 
оказываются связанными друг с другом. Например, сила тока на 
участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого 
участка и обратно пропорциональна его сопротивлению; скорость 
при равноускоренном движении линейно зависит от времени. Связь 
между величинами, характеризующими явление или свойства тела, 
может быть установлена экспериментально или теоретически. Если 
связь между величинами носит устойчивый характер, т. е. повторяется в экспериментах, то её называют физическим законом.
Вам уже известны законы Ньютона, Архимеда, Паскаля, Гука, 
Ома и др. Некоторые физические законы являются частными, т. е. 
описывают ограниченный круг явлений. Например, закон Ома для 
участка цепи относится к постоянному электрическому току; закону 
Паскаля подчиняется передача давления, производимого на жидкость или газ. Другие законы носят более общий характер, они относятся к целому разделу физики и описывают большой круг явлений определённой физической природы. Например, законы Ньютона 
описывают различные виды механического движения и взаимодействия тел.

З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ »

.

Физические законы имеют границы применимости. Так, законы 
Ньютона применимы к макроскопическим телам, которые можно 
считать материальными точками, движущимися в инерциальных 
системах отсчёта со скоростями, много меньшими скорости света; закон Ома для участка цепи не выполняется при высоких температурах; закон Архимеда получен для несжимаемой жидкости, плотность 
которой не изменяется с глубиной погружения.
Существуют и ещё более общие, фундаментальные, законы, например законы сохранения энергии, импульса, электрического заряда. Закон сохранения энергии справедлив не только для физических процессов, но и для химических и биологических, а закон  
сохранения электрического заряда применим не только в электричестве, но и в ядерной физике. Эти законы также имеют границы 
применимости, в частности они справедливы для замкнутых систем.
Некоторые законы были получены экспериментально, например 
законы Паскаля, Архимеда, Ома. Закон сохранения энергии также 
является результатом обобщения большого числа экспериментальных фактов. Другие законы представляют собой результат теоретических выводов. Например, британский физик Джеймс Максвелл 
(1831—1879), используя модель газа, теоретически получил закон, 
описывающий характер движения молекул газов (распределение молекул газа по скоростям). Значительно позже этот закон был подтверждён экспериментально.
Физические законы, так же как и физические теории, можно 
разделить на две большие группы: динамические и статистические. К динамическим относятся законы, отражающие однозначное 
соответствие между причиной и следствием. Такими законами являются законы классической механики, термодинамики, классической электродинамики. Так, если на макроскопическое тело массой m действует сила F
→
, то тело будет двигаться с вполне определённым ускорением a
F
m

→
→
 = 
. Если в магнитном поле, модуль вектора 

магнитной индукции которого равен В, перпендикулярно вектору B

→

 
расположен проводник длиной l, сила тока в котором I, то на этот 
проводник будет действовать определённая сила F = BlI. 
Иным законам подчиняется поведение микроскопических объектов. Эти законы являются статистическими. Так, невозможно точно 
определить скорость или кинетическую энергию каждой отдельной 
молекулы тела в некоторый момент времени. Это связано с тем, что 
тело состоит из огромного числа взаимодействующих частиц, и указать, сколько частиц участвует во взаимодействии с данной частицей, 

З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ »

.

каковы силы взаимодействия, чему будет равна результирующая сила и в какую сторону она будет направлена, невозможно. Законом, 
которому подчиняется поведение молекул, является закон распределения молекул по скоростям, который позволяет установить, какое 
число молекул имеет скорости, лежащие в определённом диапазоне.
Точно так же закон радиоактивного распада говорит о том, в течение какого промежутка времени распадётся половина исходного 
числа частиц, но не говорит о том, какие именно частицы распадутся, а какие останутся нераспавшимися. В этом смысле для конкретной частицы её распад является случайным событием.
2. Физические теории. В процессе научного познания важно 
не только установить законы, но и объяснить причины явления. Здесь 
на помощь приходит теория. Именно теория, теоретические знания 
позволяют ответить на вопрос: «Почему?» Так, учёным давно было известно, что под действием внешних сил тела сжимаются, причём газы 
сильнее, чем жидкости, но только молекулярно­кинетическая теория 
строения вещества позволила объяснить, почему это происходит. Эта 
же теория и теория электрических и магнитных явлений (электродинамика) позволили объяснить природу трения и упругости.
Теория позволяет не только объяснять явления и свойства вещества, но и предсказывать их. Например, знание молекулярно­кинетической теории строения вещества, влияния примесей на твёрдость, 
прочность, теплопроводность твёрдых тел даёт возможность получать материалы с заданными свойствами.

Физическая теория — это целостная система понятий, принципов 
и законов, позволяющих достаточно полно описывать определённый круг явлений.

Например, молекулярно­кинетическая теория объясняет явления, природа которых связана со строением вещества.
В физической науке выделяют четыре фундаментальные теории: классическую механику, молекулярно­кинетическую теорию, 
электродинамику и квантовую теорию. Каждая из этих теорий включает в себя частные теории. Например, в электродинамику входят 
электростатика, теория проводимости, теория электромагнитной индукции и др.
Все теории — и фундаментальные, и частные — имеют одинаковую структуру. Можно выделить основание, ядро, следствия и интерпретацию (рис. 2). К основанию относят экспериментальные 
факты, модели тех объектов, для которых строится теория, физические величины. Ядро включает постулаты и принципы, законы изменения состояния изучаемых объектов и законы сохранения, физиЗ © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ »

.