Задачи по физике.   Воробьев И.И., Зубков П.И., Кутузова Г.А.и др.

ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ
Второе издание существенно отличается от первого. Сборник задач должен обеспечивать углубленное изучение школьной программы, связывая ее с современной физикой. Поэтому, с одной стороны, из сборника исключен ряд задач, довольно далеких от школьной программы, с другой стороны, он дополнен новыми задачами, встречающимися в современном физическом эксперименте. В частности, глава 7 (Движение заряженных частиц в электрическом поле) дополнена §7.2 (Фокусировка заряженных частиц). Значительно переработана глава 2(Динамика). В ней изменилась последовательность расположения задач, заменено много задач, решение которых требовало громоздких вычислений, заслонявших их физическое содержание, добавлены задачи, облегчающие усвоение законов Кеплера. В новом издании исправлены ошибки и опечатки, обнаруженные в первом издании.
Авторы благодарны Е.И. Бутикову и И.Е. Иродову, замечания которых во многом определили изменения, отличающие второе издание сборника от первого.

О.Я. Савченко

ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ
Авторы книги, преподаватели первой в стране специализированной физико-математической школы-интерната при Новосибирском государственном университете и научные сотрудники СО АН СССР, стремились создать не просто сборник задач, а учебное пособие, преследующее цель упрочения связи школьного образования с современной наукой.

В книге свыше двух тысяч задач различной сложности: от обычных школьных до олимпиадных, требующих сообразительности и нестандартного мышления. В отличие от аналогичных пособий, изданных за последнее время, в предлагаемом сборнике (за редким исключением) не приводятся решения задач, а даются лишь ответы. Такая форма более естественна для активного, творческого изучения физики. Ведь путь к ответу – это индивидуальный и увлекательный научный поиск. И этот творческий процесс нельзя заменить изучением рецептов решения задач.

Почти все включенные в книгу задачи взяты из сборников задач по физике этих же авторов, изданных в НГУ для учащихся физико-математической школы. Поэтому особое внимание уделялось темам, которые важны для успешного обучения в вузе. Так, значительно увеличена доля задач по колебаниям и волнам, молекулярной физике, движению заряженных частиц, электромагнитным волнам. Это первый опыт пособия подобного типа, поэтому многие задачи пришлось специально создавать для той или иной темы. Большую помощь в этой работе нам оказали сотрудники институтов СО АН СССР. В частности, сотрудники Института гидродинамики разработали тему – течение сложных струй (§ 4.3), предложили большинство задач, связанных с законом сохранения магнитного потока (§ 11.5). Сотрудники Института ядерной физики составили много задач о движении заряженных частиц в электрическом и магнитном полях. Кроме того, книга содержит много задач Всесибирских олимпиад и вступительных экзаменов в НГУ. В книгу включены также некоторые задачи, традиционно относимые к курсу общей физики в вузах, однако характер формулировок и порядок их следования позволяют найти их решение в рамках школьного курса. Ряд известных задач перешел из других сборников для школьников, но они составляют меньшую часть от общего числа задач.

Книга разбита на тринадцать глав, которые в свою очередь разбиты на параграфы. В каждом параграфе, насколько это соответствует логике развития темы, за задачами сравнительно элементарными следуют более трудные и чаще всего более интересные. Наибольшую пользу учащимся принесут задачи, которые вызывают живой интерес, побуждают задуматься над физическим явлением, развивают способность самостоятельно мыслить, приучают быть готовым к нестандартной постановке вопроса, к нестандартному решению. В книге много таких задач. Надеемся, что в случае, когда некоторые из них окажутся трудными для учащегося, это не лишит его веры в свои силы, а лишь побудит к более глубокому изучению физики. Такие задачи часто помечены звездочкой и иногда снабжены очень кратким решением. Для лучшего понимания условия многих задач иллюстрируются рисунками, которые иногда сгруппированы на отдельных страницах.

Книга предназначается для слушателей подготовительных отделений вузов, для учащихся специализированных физико-математических школ и классов, для школьников, которым в будущем предстоит заниматься физикой в вузе и позже, возможно, профессионально.

Авторы благодарны Е. И. Бутикову, А. А. Быкову, А. К. Казанскому и А. Е. Кучме за многочисленные полезные замечания по рукописи книги,

О.Я. Савченко

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие

Физические постоянные

Глава 1. КИНЕМАТИКА

§ I.J. Движение с постоянной скоростью ,

§ 1.2. Движение с переменной скоростью

§ 1.3. Движение в поле тяжести. Криволинейное движение

§ 1.4. Преобразование Галилея

§ 1.5. Движение со связями

Глава 2. ДИНАМИКА

§ 2.1, Законы Ньютона

§ 2.2. Импульс. Центр масс

§ 2.3. Работа. Энергия.

§ 2.4. Законы сохранения энергии и импульса

§ 2.5. Сила тяготения. Законы Кеплера

§ 2.6. Вращение твердого тела

§ 2.7. Статика

Глава 3. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

§ 3.1. Малые отклонения от равновесия

§ 3.2. Период и частота свободных колебаний

§ 3.3. Гармоническое движение

§ 3.4. Наложение колебаний

§ 3.5. Вынужденные и затухающие колебания

§ 3.6. Деформации и напряжения. Скорость волн

§ 3.7. Распространение волн

§ 3.8. Наложение и отражение волн

Глава 4. МЕХАНИКА ЖИДКОСТИ

§ 4.1. Давление в жидкости

§ 4.2. Плавание. Закон Архимеда

§ 4.3. Движение идеальной жидкости

§ 4.4. Течение вязкой жидкости

§ 4.5. Поверхностное натяжение жидкости

§ 4.6. Капиллярные явления

Глава 5. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА

§ 5.1. Тепловое движение частиц

§ 5.2. Функция распределения

§ 5.3. Столкновения молекул. Процессы переноса

§ 5.4. Разреженные газы. Взаимодействие молекул с поверхностью твердого тела

§ 5.5. Уравнение состояния идеального газа

§ 5.6. Первое начало термодинамики. Теплоемкость

§ 5.7. Истечение газа

§ 5.8. Вероятность термодинамического состояния

§ 5.9. Второе начало термодинамики

§ 5.10. Фазовые переходы

§ 5.11. Тепловое излучение

Глава 6. ЭЛЕКТРОСТАТИКА

§ 6.1. Закон Кулона. Напряженность электрического поля 
§ 6.2. Поток напряженности электрического поля. Теорема Гаусса 
§ 6.3. Потенциал электрического поля. Проводники в постоянном электрическом поле 
8 6.4. Конденсаторы 
§ 6.5. Электрическое давление. Энергия электрического поля .
§ 6.6. Электрическое ноле при наличии диэлектрика 

Глава 7. ДВИЖЕНИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
§ 7.1: Движение в постоянном электрическом поле
§ 7.2. Фокусировка заряженных частиц
§ 7.3. Движение в переменном электрическом поле
§ 7.4. Взаимодействие заряженных частиц
Глава 8. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

§ 8.1. Ток. Плотность тока. Ток в вакууме

§ 8.2. Проводимость. Сопротивление. Источники ЭДС

§ 8.3. Электрические цепи

§ 8.4. Конденсаторы и нелинейные элементы в электрических цепях

Глава 9. ПОСТОЯННОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

§9.1. Индукция магнитного поля. Действие магнитного поля на ток

§ 9.2. Магнитное поле движущегося заряда. Индукция магнитного поля линейного тока

§ 9.3. Магнитное поле тока, распределенного по плоскости или объему

§ 9.4. Магнитный поток

Глава 10. ДВИЖЕНИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В СЛОЖНЫХ ПОЛЯХ

§ 10.1. Движение в электрическом и магнитном полях

§ 10.2. Дрейфовое движение частиц

Глава 11. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

§ 11.1. Движение проводников в постоянном магнитном поле. Электродвигатели

§ 11.2. Вихревое электрическое поле

§ 11.3. Взаимная индуктивность. Индуктивность проводников. Трансформаторы

§ 11.4. Электрические цепи переменного тока

§ 11.5. Сохранение магнитного потока. Сверхпроводники в магнитном поле

§ 11.6. Связь переменного электрического поля с магнитным

Глава 12. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ

§ 12.1. Свойства, излучение и отражение электромагнитных волн

§ 12.2. Распространение электромагнитных волн

Глава 13. ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА. ФОТОМЕТРИЯ. КВАНТОВАЯ ПРИРОДА СВЕТА

§ 13.1. Прямолинейное распространение и отражение света

§ 13.2. Преломление света. Формула линзы 

§ 13.3. Оптические системы 

§ 13.4. Фотометрия 

§ 13.5. Квантовая природа света

Глава 14. СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

§ 14.1. Постоянство скорости света. Сложение скоростей.

§ 14.2. Замедление времени, сокращение размеров тел в движущихся системах. Преобразование Лоренца. 

§ 14.3. Преобразование электрического и магнитного полей. 

§ 14.4. Движение релятивистских частиц в электрическом и магнитном полях 

§ 14.5. Закон сохранения массы и импульса