Физика. 10-й класс. Базовый и углублённый уровни
Покупка
ФПУ
Тематика:
Физика. Астрономия
Издательство:
Просвещение
Авторы:
Грачев Александр Васильевич, Погожев Владимир Александрович, Салецкий Александр Михайлович, Боков Павел Юрьевич
Год издания: 2022
Кол-во страниц: 464
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
Среднее общее образование
ISBN: 978-5-09-101627-7
Артикул: 815928.01.99
Учебник предназначен для изучения физики на базовом и углублённом уровнях в 10 классе общеобразовательных организаций. Учебник вместе с рабочими тетрадями, тетрадью для лабораторных работ и методическим пособием для учителей входит в учебно-методический комплект по физике для 10 класса и рассматривает разделы: «Механические явления», «Тепловые явления» и «Электрические явления» (электростатика). Учебник соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту cреднего общего образования.
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 » .
ISBN 978-5-09-101627-7 (электр изд.) ISBN 978-5-09-091742-1 (печ. изд.) © Грачёв А. В., Погожев В. А., Салецкий А. М., Боков П. Ю., 2011 © Грачёв А. В., Погожев В. А., Салецкий А. М., Боков П. Ю., 2019, с изменениями © АО «Издательство «Просвещение», 2021 © Художественное оформление. АО «Издательство «Просвещение», 2019 Все права защищены УДК 373.167.1:53+53(075.3) ББК 22.3я721 Ф50 Физика : 10-й класс : базовый и углублённый уровни : учебник : издание в pdf-формате / А. В. Грачёв, В. А. Погожев, А. М. Салецкий, П. Ю. Боков. — 8-е изд., стер. — Москва : Просвещение, 2022. — 463, [1] с. : ил. ISBN 978-5-09-101627-7 (электр. изд.). — Текст : электронный. ISBN 978-5-09-091742-1 (печ. изд.). Учебник предназначен для изучения физики на базовом и углублённом уровнях в 10 классе общеобразовательных организаций. Учебник вместе с рабочими тетрадями, тетрадью для лабораторных работ и методическим пособием для учителей входит в учебно- методический комплект по физике для 10 класса и рассматривает разделы: «Механические явления», « Тепловые явления» и «Электрические явления» (электростатика). Учебник соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту cреднего общего образования. УДК 373.167.1:53+53(075.3) ББК 22.3я721 Ф50 Условные обозначения Это важно: основные положения в тексте параграфа Комментарии: вспомогательные тексты, поясняющие отдельные положения параграфа; различные напоминания и т. п. Справочные материалы: сведения из истории физики; интересная дополнительная информация, данные для решения задач и др. Для углублённого уровня: материалы, дополняющие базовый курс физики и предназначенные для тех, кто изучает предмет на углублённом уровне * Задания повышенной сложности Задания для совместной работы Задания по проектной и исследовательской деятельности А в т о р ы: А. В. Грачёв, В. А. Погожев, А. М. Салецкий, П. Ю. Боков Учебник допущен к использованию при реализации имеющих государственную аккредитацию образовательных программ начального общего, основного общего, среднего общего образования организациями, осуществляющими образовательную деятельность, в соответствии с Приказом Министерства просвещения Российской Федерации № 254 от 20.05.2020 (в редакции приказа № 766 от 23.12.2020) Издание выходит в pdf-формате. З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
. Механика Знакомство с физикой, наукой об окружающем нас мире, начинают с изучения самого простого вида движения материи — механического движения. Механическим движением называют изменение положения тела или его частей в пространстве относительно других тел с течением времени. Науку о механическом движении называют механикой. Классическая механика является фундаментальной физической теорией. Она позволяет описывать механические явления в макромире, даёт объяснения происходящим явлениям, прогнозирует протекание механических явлений и процессов и позволяет использовать научные знания в практической области. По характеру решаемых задач механику делят на кинематику и динамику. З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Глава Кинематика Кинематика — раздел механики, в котором рассматривают способы описания механического движения тел. Как же описывают движение тела? Прежде всего отметим, что любое реальное тело имеет размеры и форму и в общем случае его части могут двигаться по-разному. Если различие в движении частей тела имеет принципиальное значение (например, необходимо установить, как движутся части тела спринтера во время бега), то требуется описание движения разных точек тела. Решение подобной задачи является весьма сложным и трудоёмким. Поэтому при изучении механического движения тел мы будем, как правило, рассматривать задачи, в которых можно пренебречь различием в движении отдельных частей тела. Например, при составлении туристического маршрута для велосипедиста нет необходимости детально описывать движение колёс, педалей велосипеда или частей тела туриста. Для решения поставленной задачи достаточно рассмотреть движение какой-либо одной точки велосипедиста или вообще считать его точкой. Другими словами, при решении некоторых задач реальное тело можно заменить на точечное тело. Точечное тело — объект, размерами которого можно пренебречь по сравнению с характерными масштабами решаемой задачи. Отметим особо, что, в отличие от реального, точечное тело не имеет размеров и в каждый момент времени находится в определённой точке пространства. Понятно, что в природе точечных тел нет. Точечное тело — это модель. Процесс замены реальной ситуации на модель в физике называют выбором модели. Решение поставленной задачи во многом зависит от правильного выбора модели. Например, при расчёте траектории движения космической станции вокруг Земли допустимо считать её точечным телом. Однако для ориентации космической станции в пространстве её размеры и форма име- 1 З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Глава 1. Кинематика ют принципиальное значение. Поэтому при описании такого движения станции нужно использовать более сложную модель. Изучение механики начинают с изучения кинематики и динамики точечных тел. В дальнейшем, если не сделано специальных оговорок, под словом « тело» мы будем подразумевать точечное тело. § 1 Положение тела в пространстве. Системы отсчёта. Способы описания механического движения Из определения механического движения следует, что для его описания необходимо научиться отвечать на два вопроса: «Где (в какой точке пространства) и когда (в какой момент времени) находилось, находится или будет находиться тело в процессе своего движения?» Начнём с ответа на первый вопрос — выясним, как описать положение тела в пространстве. Договариваясь с друзьями по телефону о месте встречи, вы наверняка будете использовать фразы «я буду стоять напротив такого-то объекта» или «я буду находиться с южной стороны здания» и т. п. Таким образом, при описании положения в пространстве вы используете другое тело — тело отсчёта, относительно которого задаёте своё положение. Тело отсчёта должно быть таким, чтобы с ним можно было связать систему координат, т. е. выбрать начало отсчёта и направления координатных осей с указанными на них единицами длины. Пример выбора тела отсчёта и связанной с ним системы координат показан на рис. 1. С помощью системы координат положение любой точки пространства относительно тела отсчёта можно однозначно описать соответствующим набором координат. При механическом движении положение точечного тела в пространстве изменяется с течением времени. Следовательно, чтобы описывать это изменение во времени, необходимо иметь устройство для отсчёта времени — часы. Совокупность тела отсчёта, связанной с ним системы координат и часов называют системой отсчёта. Рис. 1 X Y Z x y 0 З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Механика После выбора системы отсчёта можно описать механическое движение. Для этого необходимо привести законы движения — зависимости координат тела от времени: x(t), y(t) и z(t). Законы движения могут быть представлены в табличном, аналитическом или графическом виде. С табличным способом описания движения тел вы встречаетесь, изучая, например, расписание движения электропоездов по станциям (таб л. 1). Таблица 1 Станция Дубки Ёлочки Солнечная Луговая Весёлое Прибытие 7:15 7:28 7:45 8:10 8:22 Отправление 7:18 7:30 7:48 8:12 8:24 Этот способ является достаточно простым и наглядным. Однако он обладает существенным недостатком: по расписанию движения электропоезда невозможно, например, точно указать момент времени, когда поезд проезжает мимо посёлка на участке пути между двумя соседними станциями. Также невозможно точно определить место, где находился поезд в моменты времени между отправлением с одной станции и прибытием на следующую станцию. Таким образом, при табличном способе движение тела описано не полностью. Для полного описания движения тела используют аналитический или графический способ. При аналитическом описании законы движения — зависимости координат тела от времени — представляют в виде формул. При этом аргументом каждой функции является время t, а значением функции — соответствующая координата тела в выбранной системе отсчёта. Например, пусть тело движется вдоль координатной оси X и его координата x изменяется с течением времени по закону x(t) = 4t, где t измеряют в секундах, а x — в метрах. В этом случае, подставив в закон движения заданное значение времени t, мы можем определить координату x тела в этот момент времени и, следовательно, ответить на вопрос «где». Напротив, если подставить в закон движения заданную координату x, то, решив полученное уравнение, можно определить, в какой момент времени тело имело эту координату (в этом случае можно ответить на вопрос «когда»). З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Глава 1. Кинематика Таким образом, если законы движения заданы в аналитическом виде, то движение тела описано полностью. 1 При графическом способе описания движения законы движения задают в виде графиков. Они представляют собой зависимости координат тела от времени. Одна ось графика — соответствующая координата в выбранной системе координат, другая ось — время. Для примера на рис. 2 показано, как, используя графическое описание, можно определить координату тела в некоторый момент времени (т. е. ответить на вопрос «где») или найти, в какой момент времени тело имело заданную координату (т. е. ответить на вопрос «когда»). Понятно, что если график зависимости x(t) представляет собой непрерывную линию, то движение тела вдоль оси X описано полностью. 2 Вы уже знаете, что, помимо координатного, в физике существует ещё один способ описания движения тела — векторный. При его использовании положение тела в пространстве в любой момент времени t задают радиусом- вектором r t( ). Начало радиуса-вектора совпадает с началом отсчёта выбранной системы координат. Конец радиуса-вектора совпадает с той точкой пространства, в которой находится в данный момент времени t рассматриваемое точечное тело (рис. 3). Таким образом, положение точечного тела определяется направлением и модулем вектора r t( ). При движении тела направление и модуль радиуса- вектора в общем случае изменяются с течением времени. Если известны Рис. 2 Определяем момент времени Определяем координату X, см 12 10 8 6 4 2 t, c 0 1 2 3 4 5 6 1 Напомним, что если тело движется по плоскости, то его положение описывают с помощью двух координат x и y соответственно по осям X и Y, которые перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости движения тела (см. рис. 1). Для полного описания такого движения потребуются две зависимости координат от времени: x(t) и y(t). В случае же движения в пространстве потребуются уже три зависимости: x(t), y(t) и z(t). 2 Если тело движется по плоскости, то для описания его движения графическим способом потребуются два графика: x(t) и y(t). Если же тело движется в пространстве, то для описания необходимы три графика: x(t), y(t) и z(t). З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Механика (заданы) законы этих изменений, то движение тела описано полностью. Такой способ описания механического движения зачастую оказывается весьма удобным. Например, его часто используют при описании движения точечного тела по окружности (рис. 4, а). С помощью радиуса-вектора может быть описано и движение точки по земной сфере (рис. 4, б). При механическом движении тело с течением времени изменяет своё положение в пространстве относительно других тел. Линию, в каждой точке которой последовательно находилось, находится или будет находиться движущееся тело (точка), называют траекторией этого тела (этой точки). Если траектория точечного тела в выбранной системе отсчёта представляет собой прямую линию, то движение тела называют прямолинейным, а если кривую — криволинейным (рис. 5). В заключение подчеркнём, что движение любого тела относительно. Другими словами, нельзя сказать, покоится тело или движется и каков закон Координатный и векторный методы описания движения взаимосвязаны. Проекции радиуса-вектора на координатные оси в любой момент времени t равны координатам тела в этот момент времени (см. рис. 3). Напомним, что проекцией вектора на координатную ось называют длину отрезка (измеренную в единицах модуля этого вектора) между проекциями начала и конца этого вектора на эту ось, взятую с соответствующим знаком: если направление от проекции начала к проекции конца вектора совпадает с положительным направлением координатной оси, то проекция положительна, в противном случае — отрицательна. Рис. 3 X Y а б x(t) y(t) 0 r(t) X Y Z x(t) y(t) z(t) 0 r(t) З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Глава 1. Кинематика его движения, если не сказать, в какой системе отсчёта (т. е. относительно какого тела отсчёта и какой системы координат) рассматривают его положение в пространстве. Действительно, ведь всегда можно выбрать такую систему отсчёта, в которой тело будет неподвижным. При этом в других системах отсчёта это тело будет изменять своё положение в пространстве, т. е. будет двигаться. Так, пассажир, сидящий в автобусе, будет неподвижен в системе отсчёта, связанной с движущимся по улице автобусом (рис. 6). Тот же пассажир будет двигаться, как и весь автобус, в системе отсчёта, связанной с Землёй. При векторном способе описания движения положение точечного тела на окружности (а) задают с помощью угла ϕ(t). Положение точки на земной сфере (б) может быть задано с помощью широты θ, отсчитываемой от экватора, и долготы ϕ, отсчитываемой от нулевого меридиана Рис. 4 rA(t2) rA(t1) rA(t3) а б ϕ(t3) ϕ(t2) ϕ(t1) X A X Z Y 0 r(t) θ ϕ Рис. 6 X 0 X1 0 Рис. 5 З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Механика Понятно, что от выбора системы отсчёта зависят не только законы движения тела, но и вид его траектории. Например, траектория точки обода вращающегося колеса относительно оси его вращения представляет собой окружность. На рис. 7 изображена траектория точки обода вращающегося колеса в другой системе отсчёта — связанной с Землёй. Вопросы 1 Что называют механическим движением? 2 Что изучает кинематика? 3 Что называют системой отсчёта? * 4 Может ли тело отсчёта быть точечным? 5 Что называют законами движения? 6 Сколько способов описания механического движения вам известно? Перечислите их. 7 Что называют траекторией точечного тела? 8 Какое движение тела называют: а) прямолинейным; б) криволинейным? 9 Что означает утверждение, что движение тела относительно? Упражнения 1 Координаты движущегося по плоскости XY точечного тела изменяются по законам: 1) x(t) = 2 + 4t; y(t) = 4 − 7t; 2) x(t) = 3 + 6t; y(t) = 5t, где х измеряют в метрах, а t — в секундах. Выполните следующие задания: а) определите для этих случаев начальные координаты тел, а также значения координат для моментов времени t = 1 с и 2 с; б) постройте графики движения x(t) и y(t); в) получите уравнения траекторий y(x) для каждого из тел; г) постройте траектории для каждого из тел на плоскости XY. 2 На рис. 8 показаны графики движения точечного тела, движущегося по плоскости XY. Запишите законы движения x(t) и y(t) в аналитическом виде. Определите начальные координаты тела, Рис. 7 З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .