Физика. 11-класс. Базовый и углублённый уровни

З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ »

.

ISBN 978-5-09-101628-4
(электр. изд.)
ISBN 978-5-09-093224-0
(печ. изд.)

©  Грачёв А. В., Погожев В. А., Салецкий А. М., Боков П. Ю., 2012
©  Грачёв А. В., Погожев В. А., Салецкий А. М., Боков П. Ю., 2019,  
с изменениями
© АО «Издательство «Просвещение», 2021
©  Художественное оформление. 
АО «Издательство «Просвещение», 2021 
Все права защищены

УДК 373.167.1:53+53(075.3) 
ББК  22.3я721 
Ф50
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).
Авторы: А. В. Грачёв, В. А. Погожев, А. М. Салецкий, П. Ю. Боков
Издание выходит в pdf-формате.

Физика : 11-й класс : базовый и углублённый уровни : учебник : 
издание в pdf-формате / А. В. Грачёв, В. А. Погожев, А. М. Салецкий, 
П. Ю. Боков. — 9-е изд., стер. — Москва : Просвещение, 2022. — 462, 
[2] с. : ил. + 8 пол. вкл. : ил.
ISBN 978-5-09-101628-4 (электр. изд.). — Текст : электронный.
ISBN 978-5-09-093224-0 (печ. изд.).
Учебник предназначен для изучения физики в 11 классе общеобразовательных 
организаций. Дополнительные к базовому уровню материалы позволяют 
изучить предмет на углублённом уровне, подготовиться к единому 
государственному экзамену по физике. 
Учебник вместе с рабочими тетрадями, тетрадью для лабораторных 
работ и методическим пособием для учителей составляет учебно-методический 
комплект по физике для 11 класса. Представлены разделы: «Электромагнитные 
явления», «Оптические явления» и «Квантовые явления», «Строение 
Вселенной».
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

З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ »

.

Электродинамика 
(продолжение)

Проявление электромагнитных взаимодействий очень 
разнообразно. Кроме взаимодействий неподвижных электрических 
зарядов, которые изучают в электростатике, 
электромагнитные взаимодействия имеют место при любом 
движении заряженных частиц, в том числе при их упорядоченном 
движении — электрическом токе. Движущиеся 
электрические заряды, токи, а также постоянные магниты 
создают магнитные поля. В то же время при изменении 
магнитного поля возникает электрическое поле, в результате 
чего индуцируются токи в проводниках. Это явление называют 
электромагнитной индукцией. Электрическое 
и магнитное поля взаимосвязаны и образуют единое электромагнитное 
поле. Это поле может существовать и при отсутствии 
зарядов — в виде электромагнитных волн. Видимый 
свет, инфракрасное, ультрафиолетовое излучения, которые 
изучают в оптике, могут быть рассмотрены как 
электромагнитные волны.
Таким образом, продолжение изучения электродинамики 
связано с изучением электрических токов, магнитных 
явлений, электромагнитной индукции, электромагнитных 
колебаний и волн, а также оптических явлений.

З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ »

.

Глава  
Постоянный 
электрический ток

В 10 классе вы изучали электрические явления, при которых 
электрически заряженные тела покоились в выбранной инерциальной системе 
отсчёта. 

Теперь мы будем рассматривать явления, связанные с упорядоченным 
движением электрически заряженных частиц — электрическим током. 
Можно утверждать, что электрические токи играют определяющую роль не 
только в современной технике. Сама жизнь биологических объектов (в том 
числе человека) невозможна без электрических токов.
Эта глава посвящена явлениям, которые наблюдаются при протекании 
электрического тока в различных средах.

§ 1 Условия возникновения и существования 
электрического тока. Направление и сила тока

Электрическим током называют упорядоченное движение заряженных 
частиц.

Следовательно, для существования электрического тока необходимо, 
во-первых, наличие заряженных частиц и, во-вторых, наличие 
причин, приводящих к упорядоченному движению этих частиц. Отме-

1

Напомним, что, согласно основным положениям молекулярно-кинетической 
теории, частицы (в том числе имеющие электрический заряд), из которых состоит 
любое тело, совершают тепловое движение относительно центра масс 
этого тела. Однако, поскольку движение частиц является хаотическим, при 
изучении электростатики считают, что в среднем эти частицы покоятся.

З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ »

.

Глава 1. Постоянный электрический ток 

тим, что причины возникновения упорядоченного движения заряженных 
частиц могут быть самыми разными. Поясним сказанное на примерах.
Раздадим ученикам класса заряженные 
тела на изолирующих ручках. 
Предложим этим ученикам двигаться 
вместе с заряженными телами 
друг за другом упорядоченно, 
например по окружности (рис. 1). В 
этом случае, согласно определению, 
мы получим электрический ток.
Другим примером электрического 
тока является движение зарядов, 
расположенных на движущейся диэлектрической 
ленте в генераторе 
Ван де Граафа (рис. 2).
Электрическим током, согласно 
определению, будет и движение электронов 
и α-частиц (ядер атомов гелия 
2
4He),  которые образуются при 
радиоактивном распаде (рис. 3).

Рис. 2

Поток электронов 
и α-частиц представляет 
собой электрический ток

Рис. 3

Экран

Поток 
электронов 
и α-частиц

Электрический ток 
создают ученики, несущие 
положительно заряженные 
тела

Рис. 1

Направление 
электрического тока

Направление движения зарядов

З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ »

.

Электродинамика (продолжение)

Как же охарактеризовать электрический 
ток? Из рассмотренных 
примеров ясно, что упорядоченное 
движение заряженных частиц можно 
охарактеризовать, во-первых, 
его направлением, во-вторых, знаком 
заряда этих частиц и, 
в-третьих, интенсивностью. Другими 
словами, необходимо ответить 
на три вопроса:
1) куда упорядоченно движутся 
заряженные частицы;
2) каков знак заряда этих частиц;

3) какова интенсивность переноса 
заряда?
Обычно ответы на первые два 
вопроса объединяют, указывая направление 
электрического тока. Условились, 
что если электрический 
ток обусловлен упорядоченным движением положительно заряженных частиц, 
то направление тока будет совпадать с направлением их движения. 
Напротив, если ток обусловлен упорядоченным движением отрицательно 
заряженных частиц, то направление тока будет противоположно направлению 
движения частиц.
Например, в случае, показанном на рис. 1, когда ученики несут положительно 
заряженные тела, направление создаваемого ими электрического 
тока совпадает с направлением движения учеников. Напротив, если перемещаемые 
учениками тела заряжены отрицательно (рис. 4), то направление 
тока противоположно направлению движения учеников.
Таким образом, в случаях, когда ученики несут положительно заряженные 
тела, двигаясь при этом по ходу часовой стрелки (см. рис. 1), и когда 
они несут отрицательно заряженные тела, двигаясь против хода часовой 
стрелки (см. рис. 4), направления электрических токов будут одинаковыми. 
В обоих случаях токи будут направлены по ходу часовой стрелки. Практически 
все физические явления, сопутствующие таким электрическим токам, 
будут одинаковыми.
Чтобы лучше понять, как характеризуют интенсивность переноса электрического 
заряда, вернёмся к рассмотрению электрического тока, пока-

Электрический ток 
создают ученики, несущие 
отрицательно заряженные 
тела

Рис. 4

Направление 
электрического тока

Направление движения зарядов

З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ »

.

Глава 1. Постоянный электрический ток 

занного на рис. 1. Пусть за рассматриваемый промежуток времени Δt через 
сечение S, представляющее собой правый дверной проём на рисунке, проходят 
N учеников с заряженными телами. Если при этом заряд каждого тела 
равен Q, то заряд, переносимый через рассматриваемую площадку за 
время Δt, будет равен Δq = N · Q. В этом случае среднюю за промежуток времени 
Δt интенсивность переноса электрического заряда через сечение S 
логично охарактеризовать физической величиной, равной отношению перенесённого 
заряда к рассматриваемому промежутку времени:




q
t
N
Q
t


.

Физическую величину, равную отношению заряда Δq, прошедшего 
через данное сечение за промежуток времени Δt, 
к длительности этого промежутка времени, называют средней 
силой тока I:

I
q
t
 
 .

При рассмотрении многих явлений вводят физическую величину, характеризующую 
интенсивность переноса электрического заряда в данный 
момент времени t. Её называют мгновенной силой тока — силой тока 
в данный момент времени t. Для определения этой величины рассматривают 
достаточно малый промежуток времени Δt, начинающийся сразу 
после момента времени t.

Силой тока I в данный момент времени t называют физическую 
величину, равную отношению заряда Δq, прошедшего через 
рассматриваемое сечение за достаточно малый промежуток 
времени Δt, начинающийся сразу после момента времени t, 
к длительности этого промежутка:

I t
t
q
t
 

 lim
0


 .

В СИ единица силы тока является основной и носит название ампер (A). 
Её определение мы рассмотрим в следующей главе. Сила тока будет равна 
одному амперу, если через рассматриваемое сечение ежесекундно 
протекает заряд, равный одному кулону. Во многих используемых в повседневной 
жизни приборах сила тока может изменяться от микроампер 
(токи в запоминающих устройствах вычислительной техники) до десятков (
токи в различных нагревательных приборах) и даже сотен ампер 

З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ »

.

Электродинамика (продолжение)

(ток в обмотке стартёра автомобильного двигателя или мощного электромотора). 

Отметим, что для человека воздействие тока силой примерно 50 мА 
уже может оказаться смертельным.

Вопросы

1  Что называют электрическим током?
2  Какие условия должны быть выполнены, чтобы мог существовать 
электрический ток?
3  Капли дождя при падении на Землю электризуются. Можно ли 
говорить, что во время дождя существует электрический ток 
между дождевым облаком и Землёй?
4  Что принимают за направление тока?
5  Электроны, вылетевшие из катода и летящие к экрану кинескопа, 
образуют электронный пучок. В какую сторону направлен 
электрический ток в кинескопе?
6  Что называют: а)  средней силой тока через данное сечение; б) силой 
тока через данное сечение в данный момент времени?

Упражнения

1  Каждый из учеников, изображённых на рис. 1, несёт тело, заряд 
которого q = 30 нКл. Зная, что расстояние между соседними заряженными 
телами l = 0,5 м, а ученики движутся со скоростью, 
модуль которой равен v = 2 м/с, определите среднюю силу тока 
через показанную на рисунке площадку S.
2  При радиоактивном распаде куска урана за время Δt из него 
вылетает Nα α-частиц и Nβ электронов. Определите среднюю 
силу тока, обусловленного: а) только вылетающими α-частицами; 
б) только электронами; в) всеми заряженными частицами.

 

Для углублённого уровня

3  Ширина ленты генератора Ван де Граафа b = 20 см. Заряженный 
участок ленты движется вертикально вверх со скоростью, модуль 
которой v = 10 см/с. Поверхностная плотность избыточных зарядов 
на ленте σ = 40 мкКл/м2. Определите направление и силу 
электрического тока, обусловленного движением ленты.

З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ »

.

Глава 1. Постоянный электрический ток 

§ 2 Свободные носители заряда. 
Электрический ток в проводниках

В рассмотренных в предыдущем параграфе примерах электрический 
ток был обусловлен движением заряженных тел либо частиц. 
Однако наибольший практический интерес представляют токи в веществе, 
обусловленные упорядоченным движением заряженных частиц 
этого вещества.

Носители заряда, которые могут свободно перемещаться по 
всему телу, называют свободными носителями заряда.

Вещества и состоящие из них тела, в которых свободные носители 
заряда присутствуют в большом количестве, называют 
проводниками.

Проводниками являются тела, изготовленные из металлов и их сплавов, 
а также электролиты — растворы и расплавы многих солей, кислот 
и щелочей.
В металлах и их сплавах роль свободных носителей заряда играют электроны, 
потерявшие связь с ядрами своих атомов, — свободные электроны 
(это утверждение основано на опытах, которые будут рассмотрены в § 9). 
Эти электроны хаотически движутся по всему объёму вещества. При этом 
положительные ионы металла совершают хаотические тепловые колебания 
в узлах кристаллической решётки (около положений своего равновесия). 
Поэтому часто говорят, что свободные электроны принадлежат одновременно 
всем ионам данного металлического тела.
В растворах и расплавах электролитов свободные носители заряда — это 
положительные и отрицательные ионы (см. опыты, описанные в § 10). Они 
образуются в результате распада (диссоциации) молекул электролита.

 Ионы в электролитах так же, как и свободные электроны в металлах, 
способны перемещаться по всему объёму вещества.

Вещества, в которых нет свободных носителей заряда, называют 
диэлектриками.

При обычных условиях диэлектриками являются, например, все газы, 
многие керамики, стёкла, резина, эбонит, янтарь. Тела, изготовленные из 
диэлектриков, часто называют изоляторами. Отметим, что при определённых 
условиях диэлектрик может стать проводником.

З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ »

.

Электродинамика (продолжение)

Наличие свободных носителей заряда в проводнике обеспечивает выполнение 
первого условия существования электрического тока. Для выполнения 
же второго условия необходимо наличие сил, вызывающих упорядоченное 
движение этих носителей заряда. Роль таких сил может выполнять, 
например, сила электрического поля.

 Если в проводнике создать электрическое поле, то свободные 
носители заряда, помимо хаотического (теплового) движения, 
начнут совершать и упорядоченное движение.

Может создаться впечатление, что под действием сил электрического 
поля свободные носители заряда в проводнике в соответствии со вторым 
законом Ньютона будут непрерывно разгоняться. Однако это не так! При 
движении свободные носители заряда взаимодействуют с совершающими 
хаотическое (тепловое) движение остальными частицами проводника. Хаотический 
характер этого взаимодействия нарушает упорядоченность 
движения свободных носителей заряда. Другими словами, проводящая 
среда как бы сопротивляется упорядоченному движению заряженных частиц, 
т. е. «тормозит» это движение. В свою очередь, действие силы электрического 
поля на каждый свободный носитель заряда в промежутках 
времени между его последовательными соударениями с другими частицами 
проводника «восстанавливает» упорядоченное движение свободных 
носителей заряда. В результате конкурирующих действий сил электрического 
поля и сил взаимодействия с остальными частицами проводника в 
проводнике устанавливается упорядоченное движение свободных носителей 
заряда.
Таким образом, при наличии электрического поля в проводнике свободные 
носители заряда наряду с хаотическим совершают и упорядоченное 
движение. Средняя скорость свободных носителей заряда относительно 
проводника при наличии в нём электрического поля становится 
отличной от нуля. Эту скорость, характеризующую упорядоченное движение 
носителей заряда, называют их скоростью дрейфа vдр.

Смысл скорости дрейфа легко понять, если представить себе клубящийся 
рой комаров, сносимый ветром. Скорость упорядоченного движения 
комаров, равная скорости ветра, и будет скоростью их дрейфа. Понятно, 
что она равна скорости движения центра масс роя комаров относительно 
поверхности Земли.
Если скорость дрейфа свободных носителей заряда в проводнике отлична 
от нуля, то в соответствии с определением в проводнике протекает 
электрический ток.

З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ »

.