.RU

Учебник для углубленного изучения физики





Учебник для углубленного

изучения физики


Допущено

Министерством образования

Российской Федерации


4-е издание, стереотипное





УДК 373.167.1:53

ББК 22.317я721

М99


Мякишев Г. Я., Синяков А. 3.

М99 Физика: Молекулярная физика. Термодинамика. 10 кл.: Учеб. для углубленного изучения физики. — 4-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2001. — 352 с: ил.


ISBN 5—7107—3554—X


В учебнике на современном уровне изложены фундаментальные вопросы школьной программы, представлены основные технические применения законов физики, рассмотрены методы решения задач.

Книга адресована учащимся физико-математических классов и школ, слушателям и преподавателям подготовительных отделений вузов, а также читателям, занимающимся самообразованием и готовящимся к поступлению в вуз.


УДК 373.167.1:53

ББК 22.317я721

ISBN 5—7107—3554—X

© ООО «Дрофа», 1996


^ Глава 1. РАЗВИТИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ПРИРОДЕ ТЕПЛОТЫ

§ 1.1. Физика и механика


Механика составляет фундамент всей физики, но, конечно, не исчерпывает ее. Теперь мы приступим к изучению других разделов физики. На очереди теплота.


^ Что дает механика Ньютона?


Механика Ньютона, напомним, позволяет определить координаты и скорости тел в любой момент времени по известным значениям этих величин в начальный момент времени. Для решения этой задачи нужно знать силы, действующие между телами, т. е. знать, как зависят силы от расстояний между телами и их скоростей. Таким образом, механика количественно описывает движение: перемещение тел в пространстве с течением времени.


^ Физика во времена Ньютона


Во время создания классической механики были известны и изучались другие физические явления: тепловые, оптические, электрические и магнитные. Сам Ньютон много внимания уделял исследованию оптических явлений. Результаты этих исследований были им изложены в трактате «Оптика». Гораздо меньше внимания он уделял тепловым явлениям и, по-видимому, не проявлял заметного интереса к электричеству и магнетизму.

Успехи в изучении всех перечисленных выше процессов были несравненно меньшими, чем в изучении механического движения. Но и в самой механике оставался совершенно неясным вопрос о том, почему, вследствие каких физических причин появляются те или иные силы; какова природа сил. Силы необходимо было определять экспериментально.

Все это понимал и сам Ньютон. Ему принадлежат замечательные слова: «Я не знаю, чем я кажусь миру; мне же самому кажется, что я был только мальчиком, играющим на берегу моря и развлекающимся тем, что от времени до времени находил более гладкий камушек или более красивую раковину, чем обыкновенно, в то время как великий океан истины лежал предо мной совершенно неразгаданным».


^ Механическая картина мира


Последовавшие за созданием основных принципов механики успехи в изучении Солнечной системы, движения не только твердых, но и жидких и газообразных тел настолько захватили воображение ученых, что они стали склоняться к мысли, что механика Ньютона всесильна.

Все богатство, все качественное многообразие мира — это результат различия в движении частиц, составляющих тела. Механика лежит в основе всех процессов в природе. Объяснить какое-либо явление — это свести его в конечном счете к действию законов механики Ньютона. Такова сущность механической картины мира, сложившейся к середине XIX в.

Считалось, что тепловые явления можно свести к механическому движению частиц — атомов и молекул*, из которых, предположительно, построены все тела Вселенной. Электрические, магнитные и оптические явления — в своей основе это механические явления в гипотетической всепроникающей среде — мировом эфире.

* От латинского слова moles — масса, с уменьшительным суффиксом — cula — наименьшая частица вещества.


^ Крах механической картины мира


Применение законов механики к описанию движения атомов и молекул в телах привело к определенным успехам.

Была построена молекулярно-кинетическая теория тепловых явлений или, как говорили в те времена, механическая теория тепла.

Однако при построении этой теории выяснилось, что одни только законы механики не в состоянии объяснить своеобразие всей совокупности тепловых процессов. Для этого необходимы дополнительные гипотезы.

С полной очевидностью ограниченность механической картины мира обнаружилась при развитии теории электромагнитных явлений. Выяснилось, что электромагнитное поле, осуществляющее взаимодействие между электрически заряженными частицами, не подчиняется законам механики Ньютона. Оно описывается своими специфическими законами — уравнениями Максвелла для поля.

В XX в. было установлено, что законы механики Ньютона описывают движение атомов и молекул лишь приближенно. Далеко не все тепловые явления можно понять, допуская применимость законов Ньютона для движения микрочастиц. Была построена новая механика движения микрочастиц — квантовая механика.


^ Тепловые и электромагнитные явления


После изучения классической механики мы перейдем к знакомству с новыми видами явлений, объяснение которых в рамках одной механики невозможно. Вначале будем рассматривать тепловые явления, а затем электрические и магнитные.

^ § 1.2. Тепловые явления

Тепловые явления в окружающем нас мире столь же распространены, как и механические. Это самые значительные, самые заметные после механического движения явления. Они, как правило, связаны с нагреванием или охлаждением тел, с изменением их температуры.


^ Роль тепловых явлений


Привычный облик нашей планеты существует и может существовать только в довольно узком интервале температур. Если бы температура превысила 100 °С, то на Земле не стало бы рек, морей и океанов, не было бы воды вообще. Вся вода превратилась бы в пар. При понижении температуры на несколько десятков градусов моря и океаны превратились бы в громадные ледники*.

* Предполагается, что давление воздуха при этом остается равным обычному атмосферному.


При смене времен года на средних широтах изменение температуры на 20—30 °С меняет весь облик планеты. С наступлением весны начинается пробуждение природы. Леса одеваются листвой, зеленеют луга. Зимой же жизнь растений замирает. Толстый слой снега покрывает землю.

Еще более узкие интервалы температур необходимы для поддержания жизни теплокровных животных. Температура животных и человека поддерживается внутренними механизмами терморегуляции на строго определенном уровне. Достаточно температуре повыситься на несколько десятых градуса, как мы уже чувствуем себя нездоровыми. Изменение же температуры на несколько градусов ведет к гибели организмов.

Поэтому неудивительно, что тепловые явления привлекали внимание людей с древнейших времен. Умение добывать и поддерживать огонь сделало человека относительно независимым от колебаний температуры окружающей среды. Это было одним из величайших открытий человечества. Роль огня отражена в поэтическом древнегреческом мифе о Прометее. Прометей похитил огонь с Олимпа и передал его людям. За это он был прикован Зевсом к скале и обречен на многолетние мучения.


^ Свойства тел и температура


Почти все свойства тел зависят от температуры. Так, при нагревании и охлаждении меняются размеры твердых тел и объемы жидкостей. Значительно меняются при нагревании или охлаждении обычные механические свойства тел, например упругость. Кусок резиновой трубки не пострадает, если при комнатной температуре ударить по нему молотком. Но при сильном охлаждении резина становится хрупкой, как стекло, и от легкого удара резиновая трубка разбивается на мелкие кусочки. Лишь после нагревания резина вновь обретает прежние свойства.

Кроме механических свойств, при изменении температуры меняются и другие свойства тел: сопротивление электрическому току, магнитные свойства, оптические и пр. Так, если сильно нагреть постоянный магнит, то он перестанет притягивать железные предметы.


^ Тепловые процессы и строение вещества


Течение тепловых процессов непосредственно связано со строением вещества, его внутренней структурой. Например, тот факт, что нагревание парафина на несколько десятков градусов делает его жидким, а нагревание железного стержня на столько же градусов заметным образом на него не влияет (он только начинает обжигать пальцы), несомненно связан с тем, что внутреннее строение парафина и железа различно. Поэтому тепловые явления можно использовать для выяснения структуры вещества. И наоборот, определенные представления о строении вещества способны пролить свет на физическую сущность тепловых явлений, дать им глубокое и наглядное истолкование.


^ Тепловые явления в технике


Очень важно, что открытие законов, которым подчиняются тепловые явления, позволяет с максимальной пользой применять эти явления на практике и в технике. Современные тепловые двигатели, холодильные установки, установки для сжижения газов и многие другие устройства конструируют на основе этих законов.


uchebnik-vklyuchaet-tekstovij-material-i-kompleksnuyu-sistemu-uprazhnenij-dlya-otrabotki-navikov-ustnoj-i-pismennoj-rechi-na-prodvinutom-etape-obucheniya.html
uchebnik-z-g-krilova-e-p-gavrilov-v-i-gureev-i-dr-pod-red-z-g-krilovoj-m-vissh-shk2000-400-s.html
uchebnik-zotova-mironova-razina.html
uchebnika-dlya-studentov-visshih-uchebnih-zavedenij-obuchayushihsya-po-specialnostyam-kulturologiya.html
uchebnika-klassicheskogo-tibetskogo-pismennogo-yazika.html
uchebnika-s-v-kodzasov-o-f-krivnova-obshaya-fonetika.html
  • knowledge.bystrickaya.ru/obrazovatelnaya-programma-municipalnogo-obrazovatelnogo-uchrezhdeniya-detskogo-sada-kombinirovannogo-vida-5-delfin.html
  • apprentice.bystrickaya.ru/zakoni-nepredskazuemosti.html
  • write.bystrickaya.ru/glava-7-zdorove-cheloveka-i-sreda-obitaniya-upravlenie-federalnoj-sluzhbi-po-nadzoru-v-sfere-zashiti-prav-potrebitelej.html
  • znanie.bystrickaya.ru/attestacionno-metodicheskij-centr.html
  • nauka.bystrickaya.ru/voprosi-ustnie-i-pismennie-zamechaniya-i-predlozheniya-po-dalnejshej-demokratizacii-upravleniya-shkoli-uluchsheniya-obrazovatelnogo-processa-sovershenstvovaniyu-form-stranica-6.html
  • letter.bystrickaya.ru/narkomaniya-sredi-podrostkov-i-molodyozhi-kak-socialnaya-problema.html
  • znaniya.bystrickaya.ru/realizaciya-programmi-razvitiya-i-celevih-programm-celi-i-zadachi-na-novij-uchebnij-god-cel-dannogo-doklada.html
  • ekzamen.bystrickaya.ru/referat-vperiod-2008-2010-gg-izuchali-sohrannost-plodov-yabloni-kolonnovidnih-sortov-valyuta-malyuha-ostankino-prezident-triumf-poluchennih-iz-sada-superintensivnogo-tipa-s-plotnostyu-razmesheniya-17000-derga.html
  • kontrolnaya.bystrickaya.ru/raschet-povorotnogo-krana-na-nepodvizhnoj-kolonne-chast-7.html
  • thesis.bystrickaya.ru/prezentaciya-vivedennaya-na-ekran-s-pomoshyu-multimediaproektora-portret-yu-a-gagarina-epigraf.html
  • kanikulyi.bystrickaya.ru/zdravoohranenie-rossii-stranica-11.html
  • credit.bystrickaya.ru/organizaciya-i-provedenie-urokov-o-perepisi.html
  • literatura.bystrickaya.ru/sergej-fomin-stranica-10.html
  • lecture.bystrickaya.ru/aristotel-aristotels-iz-stagiri-384-322332-do-n-e.html
  • shpora.bystrickaya.ru/zanaves-o-moe-solnce-dannij-sbornik-pes-predstavlyaet-soboj-edinoe-celnoe-proizvedenie-razbitoe-na-semnadcat.html
  • university.bystrickaya.ru/glava-3-a-o-220-tis-kv-km-nemnogim-ustupaya-po-velichine-skazhem-velikobritanii-on-raspologaetsya-mezhdu-33-i.html
  • holiday.bystrickaya.ru/nauchitsya-sozdavat-bazu-dannih-soderzhashuyu-neskolko-tablic-uchebno-metodicheskij-kompleks-disciplini-bijsk.html
  • institute.bystrickaya.ru/glava-v-bolshaya-chast-priklyuchenij-o-kotorih-rasskazano-v-etoj-knige-vzyati-iz-zhizni-odno-dva-perezhiti-mnoyu-samim.html
  • holiday.bystrickaya.ru/oblast-primeneniya-inzhenernie-iziskaniya-dlya-stroitelstva-magistralnih-truboprovodov-nastoyashij-proekt-svoda-pravil.html
  • exchangerate.bystrickaya.ru/eduard-uspenskij.html
  • ekzamen.bystrickaya.ru/rekomenduemaya-osnovnaya-literatura-programma-vstupitelnogo-ekzamena-v-aspiranturu-po-specialnosti-russkij-yazik.html
  • writing.bystrickaya.ru/kain-2.html
  • textbook.bystrickaya.ru/kafedra-teorii-i-istorii-gosudarstva-i-prava-stranica-10.html
  • learn.bystrickaya.ru/fizicheskaya-geografiya-bbk-2682-byulleten-novih-postuplenij-za-noyabr-2007-goda.html
  • kolledzh.bystrickaya.ru/andreev-sergej-aleksandrovich-stranica-3.html
  • kontrolnaya.bystrickaya.ru/rabochaya-programma-disciplini-sinergeticheskij-i-fenomenologicheskij-podhodi-v-socialnih-naukah-i-politike.html
  • universitet.bystrickaya.ru/tema-4-zhivopis-uchebno-metodicheskij-kompleks-po-discipline-metodika-prepodavaniya-izobrazitelnogo-iskusstva.html
  • universitet.bystrickaya.ru/uchebnie-zanyatiya-s-uchastiem-roditelej-po-matematike-organizaciya-obucheniya-v-raznovozrastnih-gruppah-uchashihsya-selskoj.html
  • universitet.bystrickaya.ru/tema-5-analiz-sistem-2-sistemnij-podhod-kak-metod-upravleniya-27.html
  • institute.bystrickaya.ru/glava-3-vimershie-zhivotnie-sushestvuyut-zapretnaya-arheologiya.html
  • bukva.bystrickaya.ru/privlechenie-k-agitacii-nesovershennoletnih-lic-sudebnaya-praktika-po-izbiratelnim-sporam-v-penzenskoj-oblasti.html
  • urok.bystrickaya.ru/poyasnitelnaya-zapiska-k-rabochej-programme-po-inostrannomu-yaziku-dlya-3-klassa.html
  • ekzamen.bystrickaya.ru/riharda-vagnera-parsifal.html
  • lektsiya.bystrickaya.ru/predki-i-potomki-vojskovogo-atamana-orenburgskogo-kazachego-vojska-a-i-dutova.html
  • diploma.bystrickaya.ru/voennosluzhashih-obespechat-zhilem-ria-novosti.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.