Оглавление
Предисловие 3
Введение 4
Предмет физики и ее связь с другими науками 4
Единицы физических величин 5
1
Физические основы механики
Глава 1.
Элементы кинематики 8
§ 1. Модели в механике. Система отсчета. Траектория, длина пути, вектор перемещения 8
§ 2. Скорость 9
§ 3. Ускорение и его составляющие 10
§ 4. Угловая скорость и угловое ускорение 12
Контрольные вопросы 13
Задачи 13
Глава 2.
Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела 14
§ 5. Первый закон Ньютона. Масса. Сила 14
§ 6. Второй закон Ньютона 15
§ 7. Третий закон Ньютона 16
§ 8. Силы трения 16
§ 9. Закон сохранения импульса. Центр масс 18
§ 10. Уравнение движения тела переменной массы 19
Контрольные вопросы 20
Задачи 21
Глава 3.
Работа и энергия 21
§ 11. Энергия, работа, мощность 21
§ 12. Кинетическая и потенциальная энергии 22
§ 13. Закон сохранения энергии 24
§ 14. Графическое представление энергии 26
§ 15. Удар абсолютно упругих и неупругих тел 27
Контрольные вопросы 30
Задачи 31
Глава 4.
Механика твердого тела 31
§ 16. Момент инерции 31
§ 17. Кинетическая энергия вращения 32
§ 18. Момент силы. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела 33
§ 19. Момент импульса и закон его сохранения 34
§ 20. Свободные оси. Гироскоп 36
§21. Деформации твердого тела 38
Контрольные вопросы 41
Задачи 41
Глава 5.
Тяготение. Элементы теории поля 42
§ 22. Законы Кеплера. Закон всемирного тяготения 42
§ 23. Сила тяжести и вес. Невесомость 43
§ 24. Поле тяготения и его напряженность 44
§ 25. Работа в поле тяготения. Потенциал поля тяготения 44
§ 26. Космические скорости 46
§ 27. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции 46
Контрольные вопросы 50
Задачи 50
Глава 6.
Элементы механики жидкостей 51
§ 28. Давление в жидкости и газе 51
§ 29. Уравнение неразрывности 52
§ 30. Уравнение Бернулли и следствия из него 52
§ 31. Вязкость (внутреннее трение). Ламинарный и турбулентный режимы течения жидкостей 55
§ 32. Методы определения вязкости 56
§ 33. Движение тел в жидкостях и газах 57
Контрольные вопросы 59
Задачи 59
Глава 7.
Элементы специальной (частной) теории относительности 60
§ 34. Преобразования Галилея. Механический принцип относительности 60
§ 35. Постулаты специальной (частной) теории относительности 61
§ 36. Преобразования Лоренца 62
§ 37. Следствия из преобразований Лоренца 63
§ 38. Интервал между событиями 66
§ 39. Основной закон релятивистской динамики материальной точки 67
§ 40. Закон взаимосвязи массы и энергии 68
Контрольные вопросы 71
Задачи 71
2
Основы молекулярной физики и термодинамики
Г лава 8.
Молекулярно-кинетическая теория идеальных газов 73
§41. Опытные законы идеального газа 73
§ 42. Уравнение Клапейрона - Менделеева 75
§43. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов 76
§ 44. Закон Максвелла для распределения молекул идеального газа по скоростям и энергиям теплового движения 78
§ 45. Барометрическая формула. Распределение Больцмана 80
§ 46. Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул 81
§ 47. Опытное обоснование молекулярно-кинетической теории 82
§ 48. Явления переноса в термодинамически неравновесных системах 83
§ 49. Вакуум и методы его получения. Свойства ультраразреженных газов 85
Контрольные вопросы 87
Задачи 88
Глава 9.
Основы термодинамики 88
§ 50. Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул 88
§ 51. Первое начало термодинамики 89
§ 52. Работа газа при изменении его объема 90
§ 53. Теплоемкость 91
§ 54. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам 93
§ 55. Адиабатический процесс. Политропный процесс 94
§ 56. Круговой процесс (цикл). Обратимые и необратимые процессы 96
§ 57. Энтропия, ее статистическое толкование и связь с термодинамической вероятностью 97
§ 58. Второе начало термодинамики 98
§ 59. Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно и его к. п. д. для идеального газа 100
Контрольные вопросы 102
Задачи 103
Глава 10.
Реальные газы, жидкости и твердые тела 103
§ 60. Силы и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия 103
§ 61. Уравнение Ван-дер-Ваальса 105
§ 62. Изотермы Ван-дер-Ваальса и их анализ 106
§ 63. Внутренняя энергия реального газа 108
§ 64. Эффект Джоуля — Томсона 108
§ 65. Сжижение газов 110
§ 66. Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение 111
§ 67. Смачивание 113
§ 68. Давление под искривленной поверхностью жидкости 114
§ 69. Капиллярные явления 115
§ 70. Твердые тела. Моно- и поликристаллы 116
§ 71. Типы кристаллических твердых тел 117
§ 72. Дефекты в кристаллах 121
§ 73. Теплоемкость твердых тел 122
§ 74. Испарение, сублимация, плавление и кристаллизация. Аморфные тела 123
§ 75. Фазовые переходы I и II рода 124
§ 76. Диаграмма состояния. Тройная точка 125
Контрольные вопросы 127
Задачи 127
3
Электричество и электромагнетизм
Глава 11.
Электростатика 128
§ 77. Закон сохранения электрического заряда 128
§ 78. Закон Кулона 129
§ 79. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля 130
§ 80. Принцип суперпозиции электростатических полей. Поле диполя 131
§ 81. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме 133
§ 82. Применение теоремы Гаусса к расчету некоторых электростатических полей в вакууме 134
§ 83. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля 136
§ 84. Потенциал электростатического поля 137
§ 85. Напряженность как градиент потенциала. Эквипотенциальные поверхности 138
§ 86. Вычисление разности потенциалов по напряженности поля 139
§ 87. Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков 140
§ 88. Поляризованность. Напряженность поля в диэлектрике 141
§ 89. Электрическое смещение. Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике 143
§ 90. Условия на границе раздела двух диэлектрических сред 144
§ 91. Сегнетоэлектрики 145
§ 92. Проводники в электростатическом поле 146
§ 93. Электрическая емкость уединенного проводника 148
§ 94. Конденсаторы 149
§ 95. Энергия системы зарядов, заряженного уединенного проводника и заряженного конденсатора. Энергия электростатического поля 151
Контрольные вопросы 153
Задачи 153
Глава 12.
Постоянный электрический ток 154
§ 96. Электрический ток, сила и плотность тока 154
§ 97. Сторонние силы. Электродвижущая сила и напряжение 155
§ 98. Закон Ома. Сопротивление проводников 156
§ 99. Работа и мощность тока. Закон Джоуля—Ленца 158
§ 100. Закон Ома для неоднородного участка цепи 159
§ 101. Правила Кирхгофа для разветвленных цепей 160
Контрольные вопросы 162
Задачи 162
Глава 13.
Электрические токи в металлах, вакууме и газах 163
§ 102. Элементарная классическая теория электропроводности металлов 163
§ 103. Вывод основных законов электрического тока из классической теории электропроводности металлов 164
Теплоемкость металлов. ?! 166
§ 104. Работа выхода электронов из металла 166
§ 105. Эмиссионные явления и их применение 167
§ 106. Ионизация газов. Несамостоятельный газовый разряд 169
§ 107. Самостоятельный газовый разряд и его типы 171
§ 108. Плазма и ее свойства 174
Контрольные вопросы 175
Задачи 176
Глава 14.
Магнитное поле 176
§ 109. Магнитное поле и его характеристики 176
§ 110. Закон Био—Савара—Лапласа и его применение к расчету магнитного поля 178
§ 111. Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов 180
§ 112. Магнитная постоянная. Единицы магнитной индукции и напряженности магнитного поля 181
§ 113. Магнитное поле движущегося заряда 181
§ 114. Действие магнитного поля на движущийся заряд 182
§ 115. Движение заряженных частиц в магнитном поле 183
§ 116. Ускорители заряженных частиц 184
§ 117. Эффект Холла 186
§ 118. Циркуляция вектора В для магнитного поля в вакууме 186
§ 119. Магнитное поле соленоида и тороида 187
§ 120. Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса для поля В 189
§ 121. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле 189
Контрольные вопросы 191
Задачи 191
Глава 15.
Электромагнитная индукция 193
§ 122. Явление электромагнитной индукции (опыты Фарадея) 193
§ 123. Закон Фарадея и его вывод из закона сохранения энергии 193
§ 124. Вращение рамки в магнитном поле 195
§ 125. Вихревые токи (токи Фуко) 196
§ 126. Индуктивность контура. Самоиндукция 197
§ 127. Токи при размыкании и замыкании цепи 198
§ 128. Взаимная индукция 199
§ 129. Трансформаторы 200
§ 130. Энергия магнитного поля 201
Контрольные вопросы 202
Задачи 203
Глава 16.
Магнитные свойства вещества 203
§ 131. Магнитные моменты электронов и атомов 203
§ 132. Диа- и парамагнетизм 205
§ 133. Намагниченность. Магнитное поле в веществе 206
§ 134. Условия на границе раздела двух магнетиков 208
§ 135. Ферромагнетики и их свойства 209
§ 136. Природа ферромагнетизма 211
Контрольные вопросы 212
Задачи 213
Глава 17.
Основы теории Максвелла для электромагнитного поля 213
§ 137. Вихревое электрическое поле 213
§ 138. Ток смещения 214
§ 139. Уравнения Максвелла для электромагнитного поля 216
Контрольные вопросы 218
4
Колебания и волны
Глава 18.
Механические и электромагнитные колебания 219
§ 140. Гармонические колебания и их характеристики 219
§ 141. Механические гармонические колебания 221
§ 142. Гармонический осциллятор. Пружинный, физический и математический маятники 222
§ 143. Свободные гармонические колебания в колебательном контуре 223
§ 144. Сложение гармонических колебаний одного направления и одинаковой частоты. Биения 225
§ 145. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний 227
§ 146. Дифференциальное уравнение свободных затухающих колебаний (механических и электромагнитных) и его решение. Автоколебания 229
§ 147. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний (механических и электромагнитных) и его решение 232
§ 148. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний (механических и электромагнитных). Резонанс 234
§ 149. Переменный ток 235
§ 150. Резонанс напряжений 238
§ 151. Резонанс токов 239
§ 152. Мощность, выделяемая в цепи переменного тока 240
Контрольные вопросы 241
Задачи 242
Глава 19.
Упругие волны 243
§ 153. Волновые процессы. Продольные и поперечные волны 243
§ 154. Уравнение бегущей волны. Фазовая скорость. Волновое уравнение 244
§ 155. Принцип суперпозиции. Групповая скорость 246
§ 156. Интерференция волн 246
§ 157. Стоячие волны 247
§ 158. Характеристика звуковых волн 249 § 159. Эффект Доплера в акустике 251
§ 160. Ультразвук и его применение 252
Контрольные вопросы 252
Задачи 253
Глава 20.
Электромагнитные волны 254
§ 161. Экспериментальное получение электромагнитных волн 254
§ 162. Дифференциальное уравнение электромагнитной волны 256
§ 163. Энергия электромагнитных волн. Импульс электромагнитного поля 257
§ 164. Излучение диполя. Применение электромагнитных волн 258
Контрольные вопросы 259
Задачи 260
5
Оптика. Квантовая природа излучения
Глава 21.
Элементы геометрической и электронной оптики ........ 261
§ 165. Основные законы оптики. Полное отражение 261
§ 166. Тонкие линзы. Изображение предметов с помощью линз 263
§ 167. Аберрации (погрешности) оптических систем 266
§ 168. Основные фотометрические величины и их единицы 267
§ 169. Элементы электронной оптики 269
Контрольные вопросы 271
Задачи 271
Глава 22.
Интерференция света 271
§ 170. Развитие представлений о природе света 271
§ 171. Когерентность и монохроматичность световых волн 274
§ 172. Интерференция света 276
§ 173. Методы наблюдения интерференции света 277
§ 174. Интерференция света в тонких пленках 279
§175. Применение интерференции света 281
Контрольные вопросы 284
Задачи 284
Глава 23.
Дифракция света ..... 285
§ 176. Принцип Гюйгенса—Френеля 285
§ 177. Метод зон Френеля. Прямолинейное распространение света 286
§ 178. Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске 288
§ 179. Дифракция Фраунгофера на одной щели 290
§ 180. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке 291
§ 181. Пространственная решетка. Рассеяние света 293
§ 182. Дифракция на пространственной решетке. Формула Вульфа—Брэггов 294
§ 183. Разрешающая способность оптических приборов 295
§ 184. Понятие о голографии 296
Контрольные вопросы 298
Задачи 298
Глава 24.
Взаимодействие электромагнитных волн с веществом 299
§ 185. Дисперсия света 299
§ 186. Электронная теория дисперсии света 300
§ 187. Поглощение (абсорбция) света 302
§ 188. Эффект Доплера 303
§ 189. Излучение Вавилова — Черенкова 304
Контрольные вопросы 305
Задачи 305
Глава 25.
Поляризация света 306
§ 190. Естественный и поляризованный свет 306
§ 191. Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков 308
§ 192. Двойное лучепреломление 309
§ 193. Поляризационные призмы и поляроиды 311
§ 194. Анализ поляризованного света 312
§ 195. Искусственная оптическая анизотропия 314
§ 196. Вращение плоскости поляризации 315
Контрольные вопросы 316
Задачи 316
Глава 26.
Квантовая природа излучения 317
§ 197. Тепловое излучение и его характеристики 317
§ 198. Закон Кирхгофа 318
§ 199. Законы Стефана—Больцмана и смещения Вина 319
§ 200. Формулы Рэлея—Джинса и Планка 320
§ 201. Оптическая пирометрия. Тепловые источники света 322
§ 202. Виды фотоэлектрического эффекта. Законы внешнего фотоэффекта 324
Обратить внимание!
§ 203. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Экспериментальное подтверждение квантовых свойств света 326
§ 204. Применение фотоэффекта 328
§ 205. Масса и импульс фотона. Давление света 329
§ 206. Эффект Комптона и его элементарная теория 330
§ 207. Диалектическое единство корпускулярных и волновых свойств электромагнитного излучения 331
Контрольные вопросы 332
Задачи 333
6
Элементы квантовой физики атомов, молекул и твердых тел
Глава 27.
Теория атома водорода по Бору 334
§ 208. Модели атома Томсона и Резерфорда 334
§ 209. Линейчатый спектр атома водорода 335
§ 210. Постулаты Бора 336
§ 211. Опыты Франка и Герца 337
§ 212. Спектр атома водорода по Бору 338
Контрольные вопросы 340
Задачи 340
Глава 28.
Элементы квантовой механики 341
§ 213. Корпускулярно-волновой дуализм свойств веществ 341
§ 214. Некоторые свойства волн де Бройля 342
§ 215. Соотношение неопределенностей 343
§ 216. Волновая функция и ее статистический смысл 346
§ 217. Общее уравнение Шредингера. Уравнение Шредингера для стационарных состояний 348
§ 218. Принцип причинности в квантовой механике 349
§ 219. Движение свободной частицы 350
§ 220. Частица в одномерной прямоугольной «потенциальной яме» с бесконечно высокими «стенками» 351
§ 221. Прохождение частицы сквозь потенциальный барьер. Туннельный эффект 353
§ 222. Линейный гармонический осциллятор в квантовой механике 355
Контрольные вопросы 357
Задачи 357
Глава 29.
Элементы современной физики атомов и молекул 358
§ 223. Атом водорода в квантовой механике 358
§ 224. ls-состояние электрона в атоме водорода 361
§ 225. Спин электрона. Спиновое квантовое число 362
§ 226. Принцип неразличимости тождественных частиц. Фермионы и бозоны 362
§ 227. Принцип Паули. Распределение электронов в атоме по состояниям 364
§ 228. Периодическая система элементов Менделеева 365
§ 229. Рентгеновские спектры 367
§ 230. Молекулы: химические связи, понятие об энергетических уровнях 369
§ 231. Молекулярные спектры. Комбинационное рассеяние света 370
§ 232. Поглощение, спонтанное и вынужденное излучения 371
§ 233. Оптические квантовые генераторы (лазеры) 373
Контрольные вопросы 376
Задачи 376
Глава 30.
Элементы квантовой статистики 377
§ 234. Квантовая статистика. Фазовое пространство. Функция распределения 377
§ 235. Понятие о квантовых статистиках Бозе Эйнштейна и Ферми—Дирака 378
§ 236. Вырожденный электронный газ в металлах 379
§ 237. Понятие о квантовой теории теплоемкости. Фононы 380
§ 238. Выводы квантовой теории электропроводности металлов 382
§ 239. Сверхпроводимость. Понятие об эффекте Джозефсона 383
Контрольные вопросы 384
Задачи 384
Глава 31.
Элементы физики твердого тела 385
§ 240. Понятие о зонной теории твердых тел 385
§ 241. Металлы, диэлектрики и полупроводники по зонной теории 386
§ 242. Собственная проводимость полупроводников 388
§ 243. Примесная проводимость полупроводников 390
§ 244. Фотопроводимость полупроводников 393
§ 245. Люминесценция твердых тел 394
§ 246. Контакт двух металлов по зонной теории 396
§ 247. Термоэлектрические явления и их применение 398
§ 248. Выпрямление на контакте металл -- полупроводник 400
§ 249. Контакт электронного и дырочного полупроводников (p-n-переход) 401
§ 250. Полупроводниковые диоды и триоды (транзисторы) 404
Контрольные вопросы 406
Задачи 406
7
Элементы физики
атомного ядра и элементарных частиц
Глава 32.
Элементы физики атомного ядра 407
§ 251. Размер, состав и заряд атомного ядра. Массовое и зарядовое числа 407
§ 252. Дефект массы и энергия связи ядра 408
§ 253. Спин ядра и его магнитный момент 409
§ 254. Ядерные силы. Модели ядра 410
§ 255. Радиоактивное излучение и его виды 411
§ 256. Закон радиоактивного распада. Правила смещения 413
§ 257. Закономерности ?-распада 414
§ 258. ?-Распад. Нейтрино 415
§ 259. Гамма-излучение и его свойства 417
§ 260. Резонансное поглощение gamma-излучения (эффект Мёссбауэра) 419
§ 261. Методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений и частиц 421
§ 262. Ядерные реакции и их основные типы 424
§ 263. Позитрон. b+-Распад. Электронный захват 426
§ 264. Открытие нейтрона. Ядерные реакции под действием нейтронов 427
§ 265. Реакция деления ядра 429
§ 266. Цепная реакция деления 430
§ 267. Понятие о ядерной энергетике 431
§ 268. Реакция синтеза атомных ядер. Проблема управляемых термоядерных реакций 433
Контрольные вопросы 435
Задачи 436
Глава 33.
Элементы физики элементарных частиц 436
§ 269. Космическое излучение 436
§ 270. Мюоны и их свойства 437
§ 271. Мезоны и их свойства 438
§ 272. Типы взаимодействий элементарных частиц 439
§ 273. Частицы и античастицы 441
§ 274. Гипероны. Странность и четность элементарных частиц 443
§ 275. Классификация элементарных частиц. Кварки 444
Контрольные вопросы 447
Задачи 448
Заключение 449
Основные законы и формулы 450
1. Физические основы механики 450
2. Основы молекулярной физики и термодинамики 452
3. Электричество и электромагнетизм 453
4. Колебания и волны 456
5. Оптика. Квантовая природа излучения 457
6. Элементы квантовой физики атомов, молекул и твердых тел 458
7. Элементы физики атомного ядра и элементарных частиц 459
Предметный указатель 461