Трофимова Т. И. Курс физики : учеб. пособие для вузов / Т. И. Трофимова. — 16-е изд., стер. — М.: Издательский центр «Академия», 2008. — 560 с. Учебное пособие (9-е издание, переработанное и дополненное, — 2004 г.) состоит из семи частей, в которых изложены физические основы механики, молекулярной физики и термодинамики, электричества и магнетизма, оптики, квантовой физики атомов, молекул и твердых тел, физики атомного ядра и элементарных частиц. Рационально решен вопрос об объединении механических и электромагнитных колебаний. Установлена логическая преемственность и связь между классической и современной физикой. Приведены контрольные вопросы и задачи для самостоятельного решения. Для студентов инженерно-технических специальностей высших учебных заведений.
ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие Введение Предмет физики и связь с другими науками Единицы физических величин Часть 1 ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ Глава 1. Элементы кинематики § 1. Модели в механике. Система отсчета. Траектория, длина пути, вектор перемещения § 2. Скорость § 3. Ускорение и его составляющие § 4. Угловая скорость и угловое ускорение Контрольные вопросы Задачи Глава 2. Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела § 5. Первый закон Ньютона. Масса. Сила § 6. Второй закон Ньютона § 7. Третий закон Ньютона § 8. Силы трения § 9. Закон сохранения импульса. Центр масс § 10. Уравнение движения тела переменной массы Контрольные вопросы Задачи Глава 3. Работа и энергия § 11. Энергия, работа, мощность § 12. Кинетическая и потенциальная энергии § 13. Закон сохранения механической энергии § 14. Графическое представление энергии § 15. Удар абсолютно упругих и неупругих тел Контрольные вопросы Задачи Глава 4. Механика твердого тела § 16. Момент инерции § 17. Кинетическая энергия вращения § 18. Момент силы. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела § 19. Момент импульса и закон его сохранения § 20. Свободные оси. Гироскоп § 21. Деформации твердого тела Контрольные вопросы Задачи Глава 5. Тяготение. Элементы теории поля § 22. Законы Кеплера. Закон всемирного тяготения ... § 23. Сила тяжести и вес. Невесомость § 24. Поле тяготения и его напряженность § 25. Работа в поле тяготения. Потенциал поля тяготения §26. Космические скорости § 27. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции Контрольные вопросы Задачи Глава 6. Элементы механики жидкостей § 28. Давление жидкости и газа § 29. Уравнение неразрывности
§ 30. Уравнение Бернулли и следствия из него § 31. Вязкость (внутреннее трение). Ламинарный и турбулентный режимы течения жидкостей § 32. Методы определения вязкости § 33. Движение тел в жидкостях и газах Контрольные вопросы Задачи Глава 7. Элементы специальной (частной) теории относительности § 34. Преобразования Галилея. Механический принцип относительности § 35. Постулаты специальной (частной) теории относительности §36. Преобразования Лоренца § 37. Следствия из преобразований Лоренца § 38. Интервал между событиями § 39. Основной закон релятивистской динамики материальной точки § 40. Энергия в релятивистской механике Контрольные вопросы Задачи Часть 2 ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ И ТЕРМОДИНАМИКИ Глава 8. Молекулярно-кинетическая теория идеальных газов § 41. Статистический и термодинамический методы. Опытные законы идеального газа § 42. Уравнение Клапейрона —Менделеева § 43. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов § 44. Закон Максвелла о распределении молекул идеального газа по скоростям и энергиям теплового движения § 45. Барометрическая формула. Распределение Больцмана § 46. Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул § 47. Опытное обоснование молекулярно-кинетической теории § 48. Явления переноса в термодинамически неравновесных системах § 49. Вакуум и методы его получения. Свойства ультраразреженных газов Контрольные вопросы Задачи Глава 9. Основы термодинамики § 50. Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул § 51. Первое начало термодинамики § 52. Работа газа при изменении его объема § 53. Теплоемкость § 54. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам § 55. Адиабатный процесс. Политропный процесс § 56. Обратимые и необратимые процессы. Круговой процесс (цикл) § 57. Энтропия, ее статистическое толкование и связь с термодинамической вероятностью § 58. Второе начало термодинамики § 59. Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно и его КПД для идеального газа Контрольные вопросы Задачи Глава 10. Реальные газы, жидкости и твердые тела § 60. Силы и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия § 61. Уравнение Ван-дер-Ваальса § 62. Изотермы Ван-дер-Ваальса и их анализ § 63. Внутренняя энергия реального газа §64. Эффект Джоуля —Томсона § 65. Сжижение газов § 66. Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение § 67. Смачивание § 68. Давление под искривленной поверхностью жидкости § 69. Капиллярные явления § 70. Твердые тела. Моно- и поликристаллы § 71. Типы кристаллических твердых тел § 72. Дефекты в кристаллах § 73. Теплоемкость твердых тел § 74. Испарение, сублимация, плавление и кристаллизация. Аморфные тела § 75. Фазовые переходы и II рода § 76. Диаграмма состояния. Тройная точка Контрольные вопросы Задачи Часть 3 ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ Глава 11. Электростатика § 77. Закон сохранения электрического заряда § 78. Закон Кулона § 79. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля § 80. Принцип суперпозиции электростатических полей. Поле диполя § 81. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме § 82. Применение теоремы Гаусса к расчету некоторых электростатических полей в вакууме § 83. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля § 84. Потенциал электростатического поля § 85. Напряженность как градиент потенциала. Эквипотенциальные поверхности § 86. Вычисление разности потенциалов по напряженности поля § 87. Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков § 88. Поляризованность. Напряженность поля в диэлектрике § 89. Электрическое смещение. Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике § 90. Условия на границе раздела двух диэлектрических сред §91. Сегнетоэлектрики § 92. Проводники в электростатическом поле § 93. Электроемкость уединенного проводника § 94. Конденсаторы § 95. Энергия системы зарядов, уединенного проводника и конденсатора. Энергия электростатического поля Контрольные вопросы Задачи Глава 12. Постоянный электрический ток § 96. Электрический ток, сила и плотность тока § 97. Сторонние силы. Электродвижущая сила и напряжение
§ 98. Закон Ома. Сопротивление проводников § 99. Работа и мощность тока. Закон Джоуля —Ленца § 100. Закон Ома для неоднородного участка цепи § 101. Правила Кирхгофа для разветвленных цепей — Контрольные вопросы Задачи 186 Глава 13. Электрические токи в металлах, вакууме и газах § 102. Элементарная классическая теория электропроводности металлов 186 § 103. Вывод основных законов электрического тока в классической теории проводимости металлов § 104. Работа выхода электронов из металла 191 § 105. Эмиссионные явления и их применение 191 § 106. Ионизация газов. Несамостоятельный газовый разряд 194 § 107. Самостоятельный газовый разряд и его типы 196 § 108. Плазма и ее свойства 200 Контрольные вопросы 201 Задачи 202 Глава 14. Магнитное поле 202 § 109. Магнитное поле и его характеристики 202 § 110. Закон Био—Савара —Лапласа и его применение к расчету магнитного поля 205 § 111. Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов 207 § 112. Магнитная постоянная. Единицы магнитной индукции и напряженности магнитного поля 208 § 113. Магнитное поле движущегося заряда 208 § 114. Действие магнитного поля на движущийся заряд 209 § 115. Движение заряженных частиц в магнитном поле .......210 § 116. Ускорители заряженных частиц 211 § 117. Эффект Холла 213 § 118. Циркуляция вектора В магнитного поля в вакууме ... 214 § 119. Магнитные поля соленоида и тороида 215 § 120. Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса для поля В 217 § 121. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле .... 218 Контрольные вопросы 219 Задачи 220 Глава 15. Электромагнитная индукция 221 § 122. Явление электромагнитной индукции (опыты Фарадея) 221 § 123. Закон Фарадея и его вывод из закона сохранения энергии 222 § 124. Вращение рамки в магнитном поле 224 § 125. Вихревые токи (токи Фуко) .. 225 § 126. Индуктивность контура. Самоиндукция 226 § 127. Токи при размыкании и замыкании цепи 227 § 128. Взаимная индукция 229 § 129. Трансформаторы 230 § 130. Энергия магнитного поля ... 231 Контрольные вопросы 233 Задачи 234 Глава 16. Магнитные свойства вещества 234 § 131. Магнитные моменты электронов и атомов 234 § 132. Дна- и парамагнетизм 236 § 133. Намагниченность. Магнитное поле в веществе 238 § 134. Условия на границе раздела двух магнетиков 240 § 135. Ферромагнетики и их свойства 241
§ 136. Природа ферромагнетизма .. 243 Контрольные вопросы 245 Задачи 245 Глава 17. Основы теории Максвелла для электромагнитного поля 246 § 137. Вихревое электрическое поле 246 § 138. Ток смещения 247 § 139. Уравнения Максвелла для электромагнитного поля 249 Контрольные вопросы 252 Часть 4 КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ Глава 18. Механические и электромагнитные колебания 253 § 140. Гармонические колебания и их характеристики 253 § 141. Механические гармонические колебания 255 § 142. Гармонический осциллятор. Пружинный, физический и математический маятники . 256 § 143. Свободные гармонические колебания в колебательном контуре 258 § 144. Сложение гармонических колебаний одного направления и одинаковой частоты. Биения 261 § 145. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний 262 § 146. Дифференциальное уравнение свободных затухающих колебаний (механических и электромагнитных) и его решение. Автоколебания 264 § 147. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний (механических и электромагнитных) и его решение 268 § 148. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний (механических и электромагнитных). Резонанс 271 § 149. Переменный ток 273 § 150. Резонанс напряжений 276 § 151. Резонанс токов 277 § 152. Мощность, выделяемая в цепи переменного тока 278 Контрольные вопросы 279 Задачи 280 Глава 19. Упругие волны 281 § 153. Волновые процессы. Продольные и поперечные волны 281 § 154. Уравнение бегущей волны. Фазовая скорость. Волновое уравнение 283 § 155. Принцип суперпозиции. Групповая скорость 285 § 156. Интерференция волн 286 § 157. Стоячие волны 287 § 158. Звуковые волны 289 § 159. Эффект Доплера в акустике 291 § 160. Ультразвук и его применение 292 Контрольные вопросы 293 Задачи 294 Глава 20. Электромагнитные волны 294 § 161. Экспериментальное получение электромагнитных волн 294 § 162. Дифференциальное уравнение электромагнитной волны 297 § 163. Энергия и импульс электромагнитной волны 298 § 164. Излучение диполя. Применение электромагнитных волн 299 Контрольные вопросы 301 Задачи 301 Часть 5 ОПТИКА. КВАНТОВАЯ ПРИРОДА ИЗЛУЧЕНИЯ Глава 21. Элементы геометрической и электронной оптики 302 § 165. Основные законы оптики. Полное отражение 302 § 166. Тонкие линзы. Изображения предметов с помощью линз 304 § 167. Аберрации (погрешности) оптических систем 308 § 168. Основные фотометрические величины и их единицы 310 § 169. Элементы электронной оптики 311 Контрольные вопросы 314 Задачи 314 Глава 22. Интерференция света ... 315 § 170. Развитие представлений о природе света 315 § 171. Когерентность и монохроматичность световых волн 318 § 172. Интерференция света 320 § 173. Методы наблюдения интерференции света 321 § 174. Интерференция света в тонких пленках 324 § 175. Применение интерференции света 327 Контрольные вопросы 330 Задачи 331 Глава 23. Дифракция света 331 § 176. Принцип Гюйгенса—Френеля 331 § 177. Метод зон Френеля. Прямолинейное распространение света 333 § 178. Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске 335 § 179. Дифракция Фраунгофера на одной щели 337 § 180. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке 339 § 181. Пространственная решетка. Рассеяние света 341 § 182. Дифракция на пространственной решетке. Формула Вульфа —Брэггов 342 § 183. Разрешающая способность оптических приборов 343 § 184. Понятие о голографии 345 Контрольные вопросы 347 Задачи 348 Глава 24. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом 349 § 185. Дисперсия света 349 § 186. Электронная теория дисперсии света 350 § 187. Поглощение (абсорбция) света 352 § 188. Эффект Доплера 354 § 189. Излучение Черенкова—Вавилова 355 Контрольные вопросы 356 Задачи 356 Глава 25. Поляризация света 357 § 190. Естественный и поляризованный свет 357 § 191. Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков 359 § 192. Двойное лучепреломление 360 § 193. Поляризационные призмы и поляроиды 363 § 194. Анализ поляризованного света 364 § 195. Искусственная оптическая анизотропия 366 § 196. Вращение плоскости поляризации 367 Контрольные вопросы 368 Задачи 369 Глава 26. Квантовая природа излучения 369 § 197. Тепловое излучение и его характеристики 369 § 198. Закон Кирхгофа 371 § 199. Законы Стефана —Больцмана и смещения Вина 372 § 200. Формулы Рэлея —Джинса и Планка 373 § 201. Оптическая пирометрия. Тепловые источники света ... 376
§ 202. Виды фотоэлектрического эффекта. Законы внешнего фотоэффекта 378 § 203. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Экспериментальное подтверждение квантовых свойств света 380 § 204. Применение фотоэффекта ... 383 § 205. Энергия и импульс фотона. Давление света 384 § 206. Эффект Комптона и его элементарная теория 385 § 207. Единство корпускулярных и волновых свойств электромагнитного излучения 387 Контрольные вопросы 388 Задачи 389 Часть 6 ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ АТОМОВ, МОЛЕКУЛ И ТВЕРДЫХ ТЕЛ Глава 27. Теория атома водорода по Бору 390 § 208. Модели атома Томсона и Резерфорда 390 § 209. Линейчатый спектр атома водорода 392 § 210. Постулаты Бора 393 § 211. Опыты Франка и Герца 393 § 212. Спектр атома водорода по Бору 395 Контрольные вопросы 397 Задачи 397 Глава 28. Элементы квантовой механики 398 § 213. Корпускулярно-волновой дуализм свойств вещества ... 398 § 214. Некоторые свойства волн де Бройля 400 § 215. Соотношение неопределенностей 400 § 216. Волновая функция и ее статистический смысл .. 403 §217. Общее уравнение Шредингера. Уравнение Шредингера для стационарных состояний 406 §218. Принцип причинности в квантовой механике 408 § 219. Движение свободной частицы 409 § 220. Частица в одномерной прямоугольной «потенциальной яме» с бесконечно высокими «стенками» 409 §221. Прохождение частицы сквозь потенциальный барьер. Туннельный эффект 412 § 222. Линейный гармонический осциллятор в квантовой механике 415 Контрольные вопросы 417 Задачи 417 Глава 29. Элементы современной физики атомов и молекул 418 § 223. Атом водорода в квантовой механике 418 § 224. 1s-Состояние электрона в атоме водорода 422 § 225. Спин электрона. Спиновое квантовое число 423 § 226. Принцип неразличимости тождественных частиц. Фермионы и бозоны 424 § 227. Принцип Паули. Распределение электронов в атоме по состояниям 425 § 228. Периодическая система элементов Менделеева 426 § 229. Рентгеновские спектры 429 § 230. Молекулы: химические связи, понятие об энергетических уровнях ... 431 §231. Молекулярные спектры. Комбинационное рассеяние света 433 § 232. Поглощение. Спонтанное и вынужденное излучения 434
§ 233. Оптические квантовые генераторы (лазеры) 436 Контрольные вопросы 439 Задачи 440 Глава 30. Элементы квантовой статистики 441 § 234. Квантовая статистика. Фазовое пространство. Функция распределения — 441 § 235. Понятие о квантовой статистике Бозе —Эйнштейна и Ферми—Дирака 442 § 236. Вырожденный электронный газ в металлах 444 § 237. Понятие о квантовой теории теплоемкости. Фононы 445 § 238. Выводы квантовой теории электропроводности металлов 447 § 239. Сверхпроводимость. Понятие об эффекте Джозефсона 448 Контрольные вопросы 450 Задачи 450 Глава 31. Элементы физики твердого тела 450 § 240. Понятие о зонной теории твердых тел 450 §241. Металлы, диэлектрики и полупроводники по зонной теории 452 § 242. Собственная проводимость полупроводников 454 § 243. Примесная проводимость полупроводников 457 § 244. Фотопроводимость полупроводников 459 § 245. Люминесценция твердых тел 461 § 246. Контакт двух металлов по зонной теории 463 § 247. Термоэлектрические явления и их применение 465 § 248. Выпрямление на контакте металл — полупроводник — 467 § 249. Контакт электронного и дырочного полупроводников (р-n-переход) 469 § 250. Полупроводниковые диоды и триоды (транзисторы) 472 Контрольные вопросы 474 Задачи 475 Часть 7 ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИКИ АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ Глава 32. Элементы физики атомного ядра 476 § 251. Размер, состав и заряд атомного ядра. Массовое и зарядовое числа 476 § 252. Дефект массы и энергия связи ядра 477 § 253. Спин ядра и его магнитный момент 478 § 254. Ядерные силы. Модели ядра 480 § 255. Радиоактивное излучение и его виды 481 § 256. Закон радиоактивного распада. Правила смещения 483 § 257. Закономерности альфа-распада 484 § 258. бетта-Распад. Нейтрино 486 § 259. Гамма-излучение и его свойства 488 § 260. Резонансное поглощение гамма-излучения (эффект Мёссбауэра) 490 § 261. Методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений и частиц 492 § 262. Ядерные реакции и их основные типы 496 §263. Позитрон. (бетта+-Распад. Электронный захват 498 § 264. Открытие нейтрона. Ядерные реакции под действием нейтронов .... 500 § 265. Реакция деления ядра 502 § 266. Цепная реакция деления — 503 § 267. Понятие о ядерной энергетике 505
§ 268. Реакция синтеза атомных ядер. Проблема управляемых термоядерных реакций 507 Контрольные вопросы 509 Задачи 510 Глава 33. Элементы физики элементарных частиц 510 § 269. Космическое излучение 510 § 270. Мюоны и их свойства 512 §271. Мезоны и их свойства 513 § 272. Типы взаимодействий элементарных частиц 514 § 273. Частицы и античастицы 516 § 274. Гипероны. Странность и четность элементарных частиц 518 § 275. Классификация элементарных частиц. Кварки 520 Контрольные вопросы 524 Задачи 525 Основные законы и формулы 526 Предметный указатель 537
|