Фізика: Підручник для студентів природничих ф-тів і пед. ун-тів
2015-08-22 13:01:35 (читать в оригинале)
У підручнику викладено основні питання курсу
загальної фізики: механіки, молекулярної фізики і термодинаміки,
електрики і магнетизму, оптики і спеціальної теорії відносності, фізики
атомного ядра та елементарних частинок. Розглянуто також механіку
суцільного середовища, будову і властивості кристалів, рідин, полімерів,
рідких кристалів, біологічну дію йонізуючого випромінювання тощо.
Значну увагу приділено висвітленню актуальних питань сучасної фізики та
історичному розвитку фізики.
Для студентів природничих факультетів класичних і
педагогічних університетів. Підручник може бути використаний також
студентами інженерно-технічних і технологічних спеціальностей вищих
навчальних закладів.
Показать / Скрыть текст
Вступ................................................................................................ 17
1. Предмет фізики і загальні методи наукового пізнання..... 17
2. Застосування методу моделювання у фізиці.................... 32
3. Філософський огляд розвитку фізики................................. 37
4. Історичний огляд розвитку фізики...................................... 42
5. Внесок у розвиток фізики українських учених.................... 47
Частина 1. МЕХАНІКА.................................................................... 57
Розділ 1. Кінематика..................................................................... 58
1.1. Механіка. Система відліку. Матеріальна точка.............. 58
1.2. Швидкість......................................................................... 59
1.3. Прискорення. Прискорення при криволінійному
русі................................................................................... 61
1.4. Рух точки по колу............................................................. 63
1.5. Одиниці фізичних величин............................................... 67
Контрольні запитання і завдання.......................................... 69
Розділ 2. Динаміка матеріальної точки..................................... 70
2.1. Класична механіка........................................................... 70
2.2. Перший закон Ньютона................................................... 72
2.3. Інерціальні системи відліку............................................. 74
2.4. Принцип відносності Галілея.......................................... 75
2.5. Другий закон Ньютона..................................................... 77
2.6. Детермінізм Лапласа....................................................... 78
2.7. Третій закон Ньютона...................................................... 81
2.8. Неінерціальні системи відліку......................................... 83
2.9. Доцентрова і відцентрова сили...................................... 85
2.10. Сила Коріоліса................................................................. 85
2.11. Закон всесвітнього тяжіння............................................. 87
2.12. Інертна і гравітаційна маси............................................. 89
2.13. Визначення мас Сонця і Землі........................................ 90
2.14. Космічні швидкості. Освоєння космосу........................... 91
2.15. Робота. Енергія................................................................ 93
2.16. Поступальний і обертальний рухи
твердого тіла................................................................... 97
2.17. Коливання. Гармонічні коливання................................ 100
2.18. Математичний та фізичний маятники.......................... 102
2.19. Хвильовий процес. Рівняння хвилі.
Енергія хвилі.................................................................. 105
2.20. Інтерференція хвиль.
Швидкість поширення хвиль......................................... 109
2.21. Звук. Ефект Доплера...................................................... 111
2.22. Філософські висновки з механіки Ньютона................... 113
Контрольні запитання і завдання.......................................... 116
Розділ 3. Основи механіки суцільного середовища............ 117
3.1. Основні рівняння гідростатики...................................... 117
3.2. Гідродинаміка ідеальної рідини.................................... 119
3.3. Гідродинаміка в’язкої рідини.......................................... 124
Контрольні запитання і завдання........................................ 127
Частина 2.
МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА
І ТЕРМОДИНАМІКА....................................................................... 128
Розділ 4. Основи молекулярно-кінетичної теорії газів......... 129
4.1. Молекулярно-кінетична теорія і статистичний
метод у молекулярній фізиці........................................ 129
4.2. Агрегатні стани речовини.............................................. 132
4.3. Діаграма стану речовини............................................... 134
4.4. Ідеальний газ. Закони ідеального газу.......................... 136
4.5. Основне рівняння кінетичної теорії газів...................... 137
4.6. Внутрішня енергія і теплоємність ідеального газу...... 140
4.7. Розподіл молекул газу за швидкостями.
Закон Максвелла........................................................... 143
4.8. Експериментальна перевірка закону розподілу
Максвелла...................................................................... 145
4.9. Реальний газ. Рівняння стану реального газу............. 147
Контрольні запитання і завдання........................................ 149
Розділ 5. Явища переносу......................................................... 150
5.1. Кількість зіткнень і середня довжина вільного
пробігу молекул. Ефективний діаметр молекули........ 151
5.2. Броунівський рух.
Визначення числа Авогадро......................................... 155
5.3. Дифузія газів................................................................... 158
5.4. Нестаціонарна дифузія.................................................. 160
5.5. Стаціонарна дифузія.
Коефіцієнт дифузії газів................................................. 162
5.6. В’язкість газів (внутрішнє тертя)................................... 165
5.7. Коефіцієнт в’язкості газів............................................... 168
5.8. Теплопровідність газів................................................... 170
5.9. Нестаціонарна теплопровідність.................................. 171
5.10. Стаціонарна теплопровідність.
Коефіцієнт теплопровідності........................................ 174
5.11. Співвідношення між коефіцієнтами переносу.............. 176
Контрольні запитання і завдання........................................ 177
Розділ 6.
Будова і властивості речовини в конденсованому
стані............................................................................................... 179
6.1. Будова і властивості кристалів...................................... 179
6.1.1. Елементи теорії пружності............................................ 184
6.1.2. Сила тертя..................................................................... 186
6.2. Будова і властивості рідин............................................. 189
6.2.1. Рідини. Поверхневий шар рідини................................... 195
6.2.2. Питома поверхнева енергія
(поверхневий натяг)...................................................... 196
6.2.3. Явище змочування......................................................... 198
6.2.4. Формула Лапласа.......................................................... 199
6.3. Будова і властивості полімерів...................................... 201
6.4. Структура і властивості рідких кристалів...................... 207
Контрольні запитання і завдання........................................ 213
Розділ 7. Основи термодинаміки............................................. 214
7.1. Параметри термодинамічної системи.
Стан системи. Процес.................................................. 214
7.2. Робота термодинамічної системи................................ 216
7.3. Енергія, робота і теплота.............................................. 218
7.4. Перший принцип термодинаміки.................................. 222
7.5. Адіабатичний процес. Рівняння адіабати.................... 226
7.6. Енергетизм і причини його виникнення........................ 228
7.7. Другий принцип термодинаміки.................................... 230
7.8. Цикл Карно..................................................................... 232
7.9. Ентропія......................................................................... 235
7.10. Статистичний зміст другого принципу
термодинаміки............................................................... 239
7.11. Філософські висновки з другого принципу
термодинаміки............................................................... 242
7.12. Третій принцип термодинаміки.
Від’ємні температури.................................................... 246
Контрольні запитання і завдання........................................ 250
Частина 3. ЕЛЕКТРИКА І МАГНЕТИЗМ....................................... 251
Розділ 8. Електрика..................................................................... 252
8.1. Розвиток уявлень про електрику.................................. 252
8.2. Закон Кулона.................................................................. 254
8.3. Електростатичне поле................................................... 257
8.4. Розподіл електричних зарядів у просторі..................... 258
8.5. Вектор електричної індукції.
Теорема Остроградського — Гаусса........................... 260
8.6. Робота в електростатичному полі................................ 262
8.7. Електроємність.............................................................. 266
8.8. Енергія електростатичного поля. Густина енергії....... 269
8.9. Постійний електричний струм. Закони постійного струму 270
8.10. Електропровідність електролітів. Закони Фарадея..... 275
8.11. Атомна структура електрики. Досліди Йоффе,
Міллікена........................................................................ 279
Контрольні запитання і завдання........................................ 282
Розділ 9.
Магнетизм. Магнітне поле електричного струму................... 283
9.1. Зовнішні аналогії між магнітними
і електричними явищами.............................................. 283
9.2. Природа магнетизму. Досліди Ейхенвальда................ 285
9.3. Магнітне поле постійного електричного струму.
Закон Біо — Савара — Лапласа................................... 289
9.4. Дія магнітного поля на струм. Взаємодія струмів. Закон Ампера 293
9.5. Магнітне поле Землі...................................................... 296
9.6. Рух зарядженої частинки в магнітному
та електричному полях. Сила Лоренца....................... 297
9.7. Магнітні властивості речовини. Діамагнетики,
парамагнетики, феромагнетики................................... 302
9.8. Електромагнітна індукція.............................................. 308
9.9. Основний закон електромагнітної індукції.
Самоіндукція.................................................................. 312
9.10. Енергія магнітного і електромагнітного полів............ 313
9.11. Взаємозв’язок електричного
і магнітного полів......................................................... 316
Контрольні запитання і завдання........................................ 317
Частина 4. ОПТИКА. СПЕЦІАЛЬНА ТЕОРІЯ ВІДНОСНОСТІ...... 319
Розділ 10. Електромагнітна теорія світла............................... 320
10.1. Розвиток уявлень про природу світла........................ 320
10.2. Електромагнітна теорія світла.................................... 324
10.3. Тиск світла. Дослід Лебедєва...................................... 331
10.4. Філософські висновки з електромагнітної теорії Максвелла 333
Контрольні запитання і завдання........................................ 336
Розділ 11.
Основи фотометрії. Основні закони геометричної оптики.. 337
11.1. Основні поняття фотометрії....................................... 337
11.2. Поширення світла. Відбивання та заломлення
світла............................................................................ 341
11.3. Принцип Ферма........................................................... 346
Контрольні запитання і завдання........................................ 348
Розділ 12. Хвильові властивості світла.................................. 349
12.1. Дисперсія світла........................................................... 349
12.2. Інтерференція світла................................................... 352
12.3. Методи спостереження інтерференції світла............ 356
12.4. Дифракція світла.......................................................... 359
12.5. Дифракція Френеля..................................................... 363
12.6. Дифракція Фраунгофера............................................. 364
12.7. Поляризація світла. Методи одержання
поляризованого світла................................................ 367
Контрольні запитання і завдання........................................ 372
Розділ 13. Корпускулярні властивості світла......................... 373
13.1. Теплове випромінювання тіл. Закон Кірхгофа........... 373
13.2. Закони випромінювання абсолютно чорного тіла..... 375
13.3. "Ультрафіолетова катастрофа”.................................. 378
13.4. Гіпотеза Планка. Формула Планка.............................. 379
13.5. Зовнішній фотоефект. Закони Столєтова.
Закон Ейнштейна........................................................ 381
13.6. Досліди Йоффе і Добронравова.................................. 386
13.7. Ефект Комптона........................................................... 388
13.8. Експериментальне дослідження світлових
квантових флуктуацій візуальним методом............... 390
13.9. Двоїста корпускулярно-хвильова
природа світла............................................................. 393
Контрольні запитання і завдання........................................ 395
Розділ 14.
Швидкість поширення світла.
Основи спеціальної теорії відносності................................... 396
14.1. Експериментальне визначення швидкості світла...... 396
14.2. Фазова й групова швидкості світла............................. 400
14.3. Дослід Майкельсона.................................................... 401
14.4. Висновки з досліду Майкельсона................................ 404
14.5. Перетворення Лоренца............................................... 406
14.6. Висновки з перетворень Лоренца.............................. 408
14.7. Основні положення спеціальної теорії відносності.... 412
14.8. Динаміка спеціальної теорії відносності..................... 414
14.9. Закон взаємозв’язку маси і енергії............................... 416
14.10. Філософський аналіз взаємозв’язку маси і енергії...... 418
14.11. Фізика простору і часу. Принцип еквівалентності...... 420
14.12. Філософське значення теорії відносності................... 424
14.13. Ефект Доплера для світлових хвиль........................... 427
14.14. Червоне зміщення в спектрах галактик....................... 429
14.15. Сучасні уявлення про розвиток Всесвіту.................... 431
Контрольні запитання і завдання.......................................... 436
Частина 5. АТОМНА ФІЗИКА....................................................... 437
Розділ 15. Будова атома............................................................ 438
15.1. Розвиток вчення про будову речовини....................... 438
15.2. Досліди Резерфорда. Ядерна будова атомів............. 440
15.3. Лінійчасті спектри........................................................ 445
15.4. Постулати Бора............................................................ 449
15.5. Квантування енергії водневоподібних йонів............... 451
15.6. Досліди Франка і Герца............................................... 455
15.7. Основні положення теорії Бора — Зоммерфельда... 457
15.8. Розподіл електронів в атомі по енергетичних
рівнях............................................................................ 462
15.9. Періодична система елементів Д.І. Менделєєва........ 465
15.10. Методологічне значення періодичного закону
Д.І. Менделєєва............................................................ 469
15.11. Рентгенівське випромінювання................................... 472
15.12. Ефекти Зеємана і Штарка........................................... 475
15.13. Оптичні квантові генератори (лазери)........................ 479
Контрольні запитання і завдання........................................ 482
Розділ 16. Хвильові властивості речовини........................... 483
16.1. Хвильові властивості частинок.
Формула де Бройля.................................................... 483
16.2. Експериментальне підтвердження хвильових
властивостей речовини............................................... 486
16.3. Рівняння Шредінгера................................................... 489
16.4. Проникнення мікрочастинок крізь енергетичний бар’єр 492
16.5. Співвідношення невизначеностей.............................. 494
16.6. Причинність у мікросвіті............................................... 498
Контрольні запитання і завдання........................................ 502
Частина 6.
ФІЗИКА АТОМНОГО ЯДРА
І ЕЛЕМЕНТАРНИХ ЧАСТИНОК..................................................... 503
Розділ 17. Фізика атомного ядра.............................................. 504
17.1. Розвиток фізики атомного ядра.................................. 504
17.2. Методи спостереження і реєстрації заряджених
частинок....................................................................... 507
17.3. Прискорювачі заряджених частинок............................ 514
17.4. Загальні властивості атомного ядра.......................... 520
17.5. Енергія зв’язку атомних ядер...................................... 524
17.6. Штучне перетворення атомних ядер.
Відкриття нейтрона..................................................... 529
17.7. Моделі ядра атома...................................................... 532
17.8. Природна радіоактивність........................................... 536
17.9. б-Розпад....................................................................... 541
17.10. Відкриття позитрона. Штучна радіоактивність.......... 544
17.11. в-Розпад....................................................................... 546
17.12. Взаємоперетворення г-фотонів і електронно-
позитронних пар.......................................................... 550
17.13. Ядерні реакції поділу................................................... 552
17.14. Ядерні реактори........................................................... 556
17.15. Реакції термоядерного синтезу.................................. 560
17.16. Біологічна дія йонізуючого випромінювання.............. 564
17.17. Корпускулярно-хвильовий дуалізм речовини............. 570
Контрольні запитання і завдання........................................ 574
Розділ 18. Фізика елементарних частинок.............................. 576
18.1. Космічне випромінювання і відкриття
елементарних частинок................................................ 576
18.2. Основні властивості елементарних частинок............ 580
18.3. Види взаємодії.............................................................. 586
18.4. Класифікація елементарних частинок........................ 589
18.5. Резонанси..................................................................... 601
18.6. Античастинки, антиречовина...................................... 603
18.7. Взаємоперетворення елементарних
частинок — основа сучасної атомістики.................... 605
18.8. Деякі проблеми розвитку фізики елементарних
частинок....................................................................... 610
18.9. Порушення принципу дзеркальної симетрії.
Незбереження комбінованої парності........................ 617
18.10. Підстави створення і основні положення єдиної
теорії слабкої і електромагнітної взаємодій............... 621
18.11. Основні положення сучасної теорії сильної
взаємодії....................................................................... 624
18.12. Сучасні проблеми об’єднання різних видів
взаємодії....................................................................... 629
18.13. Фізична картина світу і її роль у розвитку фізики........ 632
Контрольні запитання і завдання.......................................... 640
Висновки...................................................................................... 641
Додаток......................................................................................... 645
1. Час. Таблиця масштабів часу.......................................... 646
2. Шкала відстаней. Таблиця масштабів відстаней............ 647
3. Температурні шкали......................................................... 650
4. Основні похідні та невизначені інтеграли ....................... 652
5. Грецький і латинський алфавіти...................................... 653
6. Римські цифри.................................................................. 654
7. Співвідношення між одиницями вимірювання................ 654
Список рекомендованої літератури........................................ 656
Предметний покажчик................................................................ 657
Про автора .................................................................................. 662
