Физика. 11-й класс. Базовый и углублённый уровни
Покупка
ФПУ
Тематика:
Физика. Астрономия
Издательство:
Просвещение
Под ред.:
Парфентьева Наталия Андреевна
Год издания: 2023
Кол-во страниц: 436
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
Среднее общее образование
ISBN: 978-5-09-103620-6
Артикул: 815933.01.99
Материал учебника, завершающего предметную линию «Классический курс», даёт представление о современной физике: теории относительности, квантовой теории, физике атомного ядра и элементарных частиц, строении Вселенной. Учебный материал содержит информацию, расширяющую кругозор учащегося; темы докладов на семинарах, интернет-конференциях; ключевые слова, несущие главную смысловую нагрузку по изложенной теме; образцы заданий ЕГЭ. Учебник соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта среднего общего образования и реализует базовый и углуб-лённый уровни образования учащихся 11 классов.
Тематика:
ББК:
УДК:
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
УДК 373.167:53+53(075.3) ББК 22.3я721 М99 Серия «Классический курс» основана в 2007 году Разделы «Основы электродинамики», «Колебания и волны», «Оптика» и «Квантовая физика» написаны Б. Б. Буховцевым и Г. Я. Мякишевым. Раздел «Астрономия» написан В. М. Чаругиным. На учебник получены положительные заключения научной (заключение РАО № 953 от 18.11.2016 г.), педагогической (заключение РАО № 724 от 21.11.2016 г.) и общественной (заключение РКС № 439-ОЭ от 19.12.2016 г.) экспертиз. © АО «Издательство «Просвещение», 2014, 2019 © Художественное оформление. АО «Издательство «Просвещение», 2014, 2019 Все права защищены ISBN 978-5-09-103620-6 УДК 373.167:53+53(075.3) ББК 22.3я721 М99 Мякишев, Геннадий Яковлевич. Физика : 11-й класс : базовый и углублённый уровни: учебник / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, В. М. Чаругин; под ред. Н. А. Парфентьевой. — 11-е изд., стер. — Москва : Просвещение, 2023. — 432 с. : [4] л. ил. — (Классический курс). ISBN 978-5-09-103620-6. Материал учебника, завершающего предметную линию «Классический курс», даёт представление о современной физике: теории относительности, квантовой теории, физике атомного ядра и элементарных частиц, строении Вселенной. Учебный материал содержит информацию, расширяющую кругозор учащегося; темы докладов на семинарах, интернет-конференциях; ключевые слова, несущие главную смысловую нагрузку по изложенной теме; образцы заданий ЕГЭ. Учебник соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта среднего общего образования и реализует базовый и углуб- лённый уровни образования учащихся 11 классов. З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
КАК РАБОТАТЬ С УЧЕБНИКОМ В этом учебнике, так же как и в учебнике для 10 класса, введены следующие условные обозначения: — параграфы, обязательные для изучения всеми учащимися на базовом уровне; — параграфы для тех, кто изучает физику более подробно и на углублённом уровне; ИНТЕРЕСНО — дополнительные сведения; ВАЖНО — фрагменты текста, на которые надо обратить более пристальное внимание; ЗАПОМНИ — определения и формулировки, которые необходимо запомнить; — обсудить в классе или с товарищем некоторые утверждения, привести собственные примеры или ответить на вопросы; — провести простые опыты, обратить внимание на явления, наблюдаемые в повседневной жизни; — темы докладов на дополнительных занятиях, которые могут быть проведены в виде круглых столов, интернет-конференций и т. п.; — примерные темы проектной и исследовательской деятельности; — образцы заданий ЕГЭ; — вопросы к параграфу; — ключевые слова для поиска информации по теме параграфа. З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
В конце каждой главы предложен примерный план для составления конспекта изученного материала. Эти конспекты помогут вам подготовиться к экзаменам. При работе с учебником можно использовать электронное приложение, которое размещено в электронном каталоге издательства «Просвещение» на интернет-ресурсе www.prosv.ru. Оно содержит подробные биографии учёных, примеры решения задач, рисунки, фотографии, тесты, анимации, опыты и т. д. Работа с электронным приложением также поможет вам глубже понять изучаемый материал. Искать нужную тему или определение следует по каталогу. В данном учебнике используются следующие обозначения, взятые из него: — биографии учёных; — анимации; — видеофильмы, в которых показаны опыты; — тесты; — периодическая таблица элементов Менделеева; — примеры решения задач; — образцы заданий ЕГЭ. З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ 5 ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ (Продолжение) Продолжим изучение электродинамики. Ознакомимся с магнитными полями, не изменяющимися с течением времени (стационарными полями) и магнитными и электрическими полями, изменяющимися со временем. Со стационарными электрическими полями вы ознакомились в 10 классе. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ГЛАВА 1 Неподвижные электрические заряды создают вокруг себя электрическое поле. Движущиеся заряды создают, кроме того, магнитное поле. § 1 МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. ИНДУКЦИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Как взаимодействуют неподвижные электрические заряды? Каков механизм этого взаимодействия? Какие свойства электрического поля вы изучали? Между неподвижными электрическими зарядами действуют силы, определяемые законом Кулона. Согласно теории близкодействия каждый из зарядов создаёт электрическое поле, которое действует на другой заряд. Однако между электрическими зарядами могут существовать силы и иной природы. Их можно обнаружить с помощью следующего опыта. Возьмём два гибких проводника, укрепим их вертикально, а затем присоединим нижними концами к полюсам источника тока (рис. 1.1). Притяжения или отталкивания проводников при этом не обнаружится, так как заряд проводников, полученный от источника, очень мал. Если теперь другие концы проводников замкнуть проволокой так, чтобы в проводниках возникли токи противоположного направления, то проводники начнут отталкиваться друг от друга (рис. 1.2). В случае же токов одного направления проводники притягиваются (рис. 1.3). Ток — это направленное движение электрических зарядов, следовательно, взаимодействие проводников зависит от направления их движения. Магнитными взаимодействиями называют взаимодействия между проводниками с током, т. е. между направленно движущимися электрическими зарядами. ЗАПОМНИ Рис. 1.1 Рис. 1.2 Рис. 1.3 З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ 6 Магнитными силами называют силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга. ЗАПОМНИ Магнитное поле. Согласно теории близкодействия подобно тому, как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает электрическое поле, в пространстве, окружающем токи, возникает поле, называемое магнитным. Электрический ток в проводнике создаёт вокруг себя магнитное поле, которое действует на ток в другом проводнике. А поле, созданное электрическим током второго проводника, действует на первый. Магнитное поле представляет собой особую форму материи. Оно существует реально, независимо от нас, от наших знаний о нём; его нельзя обнаружить нашими органами чувств, а можно лишь с помощью проводников с током или магнитных стрелок. ВАЖНО Опыт показывает, что магнитное поле создаётся не только токами в проводниках. Любое направленное движение электрических зарядов вызывает появление магнитного поля. Так, например, токи в газах, полупроводниках вызывают возникновение в окружающем их пространстве магнитного поля. Направленное смещение связанных электрических зарядов в диэлектрике, помещённом в переменное электрическое поле, также вызывает появление магнитного поля. Замкнутый контур с током в магнитном поле. Для изучения магнитного поля можно взять замкнутый контур малых (по сравнению с расстояниями, на которых магнитное поле заметно изменяется) размеров. Например, можно взять маленькую плоскую проволочную рамку произвольной формы (рис. 1.4). Подводящие ток проводники нужно расположить близко друг к другу (рис. 1.4, а) или сплести их вместе (рис. 1.4, б). Тогда результирующая сила, действующая со стороны магнитного поля на эти проводники, будет мала по сравнению с силами, действующими на проводники, образующие контур. Выяснить характер действия магнитного поля на контур с током можно с помощью следующего опыта. Подвесим на тонких гибких проводниках, сплетённых вместе, маленькую плоскую рамку, состоящую из нескольких витков проволоки. На расстоянии, значительно большем размеров рамки, вертикально расположим провод (рис. 1.5, а). Рамка при пропускании электрического тока через неё и через провод поворачивается и располагается так, что провод оказывается в плоскости рамки (рис. 1.5, б). При изменении направления тока в проводе рамка поворачивается на 180. Магнитное поле создаётся не только электрическим током, но и постоянными магнитами. Если мы подвесим на гибких проводах плоскую рамку с током между полюсами магнита, то рамка Какие поля вы уже знаете и какими свойствами они обладают? Магнитная стрелка — маленький продолговатый магнит с двумя полюсами на концах — южным S и северным N. ИНТЕРЕСНО З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ 7 будет поворачиваться до тех пор, пока её плоскость не установится перпендикулярно линии, соединяющей полюсы магнита (рис. 1.6). Если между полюсами магнита поместить магнитную стрелку, то она также будет поворачиваться и установится определённым образом вдоль линии, соединяющей полюсы магнита (рис. 1.7). Таким образом, магнитное поле оказывает на рамку с током и на магнитную стрелку ориентирующее действие. ВАЖНО Перечислим основные свойства магнитного поля, которые установлены экспериментально. 1. Магнитное поле порождается электрическим током (направленно движущимися зарядами) и постоянными магнитами. 2. Магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток (на движущиеся заряды) или на магнитную стрелку. Вектор магнитной индукции. Векторную характеристику магнитного поля называют вектором магнитной индукции и обозначают буквой B. ЗАПОМНИ За направление вектора магнитной индукции принимается направление, которое показывает северный полюс N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле (рис. 1.8, а). ЗАПОМНИ Рис. 1.4 а) б) Рис. 1.5 Рис. 1.6 Рис. 1.7 а) б) Однородное магнитное поле оказывает на рамку, как показывает опыт, лишь ориентирующее действие. В неоднородном магнитном поле рамка, кроме того, будет двигаться поступательно, притягиваясь к проводнику с током или отталкиваясь от него. ИНТЕРЕСНО Понаблюдайте за изменением положения стрелки компаса при приближении к южному и северному полюсам постоянного магнита и удалении его от них. З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ 8 Это направление совпадает с направлением положительной нормали к замкнутому контуру с током (рис. 1.8, б). Положительная нормаль направлена в ту сторону, куда перемещается буравчик (с правой нарезкой), если вращать его по направлению тока в рамке (рис. 1.8, в). Вектор магнитной индукции в центре рамки совпадает по направлению с положительной нормалью. Используя рамку с током или магнитную стрелку, можно определить направление вектора магнитной индукции в любой точке поля. В магнитном поле прямолинейного проводника с током магнитная стрелка в каждой точке устанавливается по касательной к окружности (рис. 1.9). В центре кругового тока магнитная стрелка перпендикулярна плоскости, которой принадлежит этот круговой ток. Направление вектора магнитной индукции можно определить также с помощью правила буравчика. Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика указывает направление вектора магнитной индукции. ВАЖНО Если магнитное поле создано несколькими источниками, то действует принцип суперпозиции полей: индукция Bмагнитного поля в данной точке при наличии нескольких источников поля с индукциями B1, B2, ... представляет собой векторную сумму магнитных полей, созданных каждым источником в отдельности: B= B1 + B2 + ... При этом индукция магнитного поля каждого источника определяется так, как будто других источников поля не существует. Линии магнитной индукции. Наглядную картину магнитного поля можно получить, если построить так называемые линии магнитной индукции. С помощью линий магнитной индукции можно изображать магнитное поле аналогично тому, как мы изображаем силовыми линиями электростатическое поле. Однако линии магнитной индукции, в отличие от линий напряжённости электростатического поля, не являются силовыми линиями. ВАЖНО Для магнитного поля прямолинейного проводника с током из приведённых ранее опытов следует, что Рис. 1.8 Рис. 1.9 а) б) в) Опыт по определению направления вектора индукции магнитного поля Земли проводит каждый, кто ориентируется на местности по компасу. ИНТЕРЕСНО Линии магнитной индукции — векторные линии, касательные к которым в любой их точке совпадают с вектором Bв данной точке поля (рис. 1.10). ЗАПОМНИ З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Подумайте, как можно определить полюсы батарейки, подключённой к проводнику, имея магнитную стрелку. Подумайте, чем отличаются линии магнитной индукции от силовых линий электростатического поля. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ 9 линии магнитной индукции — концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной этому проводнику с током (см. рис. 1.9). Центр концентрических окружностей находится на оси проводника. Стрелки на линиях магнитной индукции указывают, в какую сторону направлен вектор магнитной индукции, касательный к данной линии. На рисунке 1.11 показана картина линий магнитной индукции поля катушки с током (соленоида). Если длина соленоида много больше его диаметра, то магнитное поле внутри соленоида можно считать однородным. Линии магнитной индукции такого поля параллельны и находятся на равных расстояниях друг от друга. На рисунке 1.12 показаны линии магнитного поля Земли. Линии магнитной индукции поля Земли подобны линиям магнитной индукции поля соленоида. Магнитный северный полюс N близок к Южному географическому полюсу, а магнитный южный полюс S — к Северному географическому полюсу. Ось такого большого магнита составляет с осью вращения Земли угол 11,5. Периодически магнитные полюсы меняют свою полярность. Последняя такая смена произошла около 30 000 лет назад. Картину линий магнитной индукции можно сделать видимой, воспользовавшись мелкими железными опилками. В магнитном поле каждый кусочек железа, насыпанный на лист картона, намагничивается и ведёт себя как маленькая магнитная стрелка. Большое количество опилок позволяет выяснить расположение линий магнитной индукции. Примеры картин магнитного поля приведены на рисунках 1.13—1.16. Рис. 1.10 Рис. 1.11 Рис. 1.12 Рис. 1.13 Рис. 1.14 Рис. 1.15 Рис. 1.16 З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ 10 Вихревое поле. Важная особенность линий магнитной индукции состоит в том, что они всегда замкнуты. Вихревыми называют поля с замкнутыми векторными линиями. ЗАПОМНИ Магнитное поле — вихревое поле. ВАЖНО Замкнутость линий магнитной индукции представляет собой фундаментальное свойство магнитного поля. Оно заключается в том, что магнитное поле не имеет разноимённых источников. Магнитных зарядов, подобных электрическим, в природе не существует. ВАЖНО Магнитное поле. Индукция магнитного поля. Вихревое поле 1. Какие взаимодействия называют магнитными? 2. Перечислите основные свойства магнитного поля. 3. Как ориентируются в однородном магнитном поле замкнутый контур с током и магнитная стрелка? 4. Что называют линиями магнитной индукции? 5. Какие поля называют вихревыми? 1. К магнитной стрелке (см. рис.), которая может поворачиваться вокруг вертикальной оси, перпендикулярной плоскости чертежа, поднесли постоянный магнит. При этом стрелка 1) повернётся на 1802) повернётся на 90по часовой стрелке 3) повернётся на 90против часовой стрелки 4) останется в прежнем положении 2. Мягкая пружина из нескольких крупных витков провода подвешена к потолку. Верхний конец пружины подключён к источнику тока через ключ K, а нижний — с помощью длинного мягкого провода (см. рис.). Как изменится длина пружины через достаточно большое время после размыкания ключа K? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения. 3. Направление вектора индукции магнитного поля в данной точке пространства совпадает с направлением 1) силы, действующей на неподвижный заряд в этой точке 2) силы, действующей на движущийся заряд в этой точке 3) северного полюса магнитной стрелки, помещённой в эту точку 4) южного полюса магнитной стрелки, помещённой в эту точку З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .