Физика. 11- й класс. Базовый уровень

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

.

УДК 373.167.1:53+53(075.3) 
ББК 22.3я72
 
К28

Касьянов, Валерий Алексеевич.
Физика : 11-й класс : базовый уровень : учебник : издание в pdf-
формате / В. А. Касьянов. — 10-е изд., стер. — Москва : Просвещение, 
2022. — 288 с. : ил., 6 л. цв. вкл.

ISBN 978-5-09-101630-7 (электр. изд.). — Текст : электронный.
ISBN 978-5-09-087868-5 (печ. изд.).
Учебник предназначен учащимся 11 класса, изучающим физику на базовом 
уровне, и является продолжением учебника «Физика. 10 класс» того же автора. 
Учебник создан с учётом современных научных представлений, соответствует 
Федеральному государственному образовательному стандарту среднего общего образования 
и включает следующие разделы: «Электродинамика», «Электромагнитное 
излучение», «Физика высоких энергий», «Элементы астрофизики».
Достоинством учебника является тщательно разработанный методический аппарат, 
включающий вопросы, задачи, творческие задания, описания лабораторных 
работ. Синим цветом выделены названия параграфов, необязательных для изучения.
К учебнику изданы дидактические материалы.
Раздел «Лабораторные работы» подготовлен Г. Г. Никифоровым. 
Творческие задания составлены О. А. Крысановой и Н. В. Ромашкиной.
УДК 373.167.1:53+53(075.3) 
ББК 22.3я72

К28

ISBN 9785091016307 (электр. изд.) 
ISBN 9785090878685 (печ. изд.)

Учебное издание

Касьянов Валерий Алексеевич

ФИЗИКА
11 класс
Базовый уровень
Учебник

Зав. редакцией И. Г. Власова. Ответственный редактор А. О. Тупикин 
Оформление М. В. Мандрыкина. Художник Л. Я. Александрова 
Художественный редактор М. В. Мандрыкина. Технический редактор И. В. Грибкова 
Компьютерная вёрстка Г. А. Фетисова. Корректор Г. И. Мосякина

Подписано в печать 30.07.2021. Формат 70 × 90 1/16. Гарнитура «Школьная». 
Усл. печ. л. 21,06 + 0,88 цв. вкл. Тираж           экз. Заказ №               .

Акционерное общество «Издательство «Просвещение».  
Российская Федерация,  
127473, г. Москва, ул. Краснопролетарская, д. 16, стр. 3, этаж 4, помещение I.

Адрес электронной почты «Горячей линии» — vopros@prosv.ru.

©  АО «Издательство «Просвещение», 2021
©  Художественное оформление. 
АО «Издательство «Просвещение», 2021 
Все права защищены

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 »

.

§ 1. Электрический ток

Движение электрических зарядов в проводнике. В соответствии 
с современными научными представлениями, изложенными в разделе 
«Электростатика» в 10 классе, с неподвижными электрическими зарядами 
связано электрическое поле. Движущиеся электрические заряды 
способны создавать электрический ток и магнитное поле.

Электрический ток — упорядоченное (направленное) движение 
заряженных частиц.

Для существования электрического тока необходимы прежде всего 
свободные заряды — носители заряда, например электроны в металлах 
и вакууме, ионы в электролитах и т. п.
В проводнике концентрация свободных зарядов, которые могут перемещаться 
по всему объёму тела, наибольшая в сравнении с другими 
веществами.
Второе условие существования электрического тока в проводнике — 
наличие внешнего электрического поля.
В отсутствие внешнего электрического поля (его напряжённость 
E
= 0) движение зарядов в проводнике является хаотическим (рис. 1).
Так движутся, например, положительные и отрицательные ионы 
в электролитах, электроны в металлических проводниках. После нескольких 
столкновений с другими частицами заряженные частицы 
могут вернуться практически к первоначальному положению.
В том случае, когда к проводнику приложено внешнее электрическое 
поле (E
0) (рис. 2), на заряды действует дополнительно кулоновская 
сила. В результате этого электроны, являющиеся носителями 
свободного заряда в металлах, под действием электрического поля 
приобретают составляющую скорости v– против напряжённости элект-

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

Постоянный электрический 

ток

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

.

Электродинамика

рического поля, или направленную скорость. За промежуток време- 
ни t электрон «дрейфует» на расстояние l– = v–t (v– — скорость дрей- 
фа в направлении, противоположном напряжённости электрического 
поля).
Направление электрического тока. В проводнике, помещённом 
в электрическое поле, происходит наложение упорядоченного движения 
зарядов на хаотическое тепловое.

За направление тока принимают направление упорядоченного 
движения положительно заряженных частиц.

Направление тока совпадает с направлением напряжённости электрического 
поля, вызывающего этот ток.
Таким образом, в металлах, где носителями электрического заряда 
являются свободные электроны, направление тока считается противоположным 
направлению скорости их упорядоченного движения 
(рис. 3).

В О П Р О С Ы

1. Дайте определение электрического тока.
2. При каких условиях возникает электрический ток?
3. Почему движение заряженных частиц в проводнике в отсутствие внешнего 
электрического поля является хаотическим?

2
Траектория движения 
электро на в проводнике  
при наличии внешнего 
элект рического поля (E
0)

1
Траектория движения 
электрона в проводнике  
в отсутствие внешнего 
электричес кого поля (E
= 0)

3 
Направление тока I в металличе- 
ском проводнике противоположно  
направлению движения электронов

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

.

Постоянный электрический ток

4. Чем отличается движение заряженных частиц в проводнике в отсутствие и при 
наличии внешнего электрического поля?
5. Как выбирается направление электрического тока? В каком направлении движутся 
электроны в металлическом проводнике, по которому протекает электрический 
ток?

§ 2. Сила тока

Определение силы тока. Степень направленности движения заряженных 
частиц в проводнике характеризуется величиной электрического 
заряда, проходящего через поперечное сечение проводника за 1 с, или 
силой тока. Эта величина может меняться с течением времени.

Сила тока в данный момент времени — скалярная физическая 
величина, равная отношению электрического заряда, прошедшего 
через поперечное сечение проводника, к промежутку времени 
его прохождения:

 
I = 
q
t
. 
(1)

Единица силы тока (основная единица СИ) — ампер (A):
1 А = 1 Кл/с.
Точное определение ампера будет дано в § 17.
Связь силы тока с направленной скоростью. Для того чтобы рассчитать 
силу тока, найдём заряд q, протекающий через поперечное сечение 
проводника за промежуток времени t (рис. 4). За это время через 
сечение проводника пройдут только заряды, движущиеся со скоростью 
v сонаправленно с напряжённостью внешнего электрического поля, 
которые находятся внутри цилиндра, площадь сечения которого S 
и образующая l = vt. Зная концентрацию n заряженных частиц 
(число зарядов в единице объёма), можно найти число заряженных частиц 
в этом объёме N = nSvt и определить их заряд:
q = q0N = q0nSvt, 
(2)
где q0 — заряд одной частицы.

4 Движение  
отрицательных  
зарядов в проводнике

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

.

Электродинамика

Тогда из формулы (1) следует, что сила тока

 
I = q0nSv. 
(3)

Если скорость движения зарядов не зависит от времени, т. е. 
v = const, то сила тока I = const.

Постоянный электрический ток — ток, значение силы тока и направление 
которого не изменяются с течением времени.

Постоянный ток широко используется на транспорте, в элект ри-
ческих схемах автомобилей, в электрометаллургии, в микроэлектронике 
и т. д.

В О П Р О С Ы

1. Какая величина характеризует интенсивность направленного движения заряженных 
частиц?
2. Дайте определение силы тока.
3. Как сила тока связана с зарядом, прошедшим за время t через поперечное 
сечение проводника?
4. В каких единицах измеряется сила тока?
5. Какой электрический ток называют постоянным? Как сила тока зависит от 
концентрации заряженных частиц?

З А Д А Ч И

1. Какой заряд пройдёт через поперечное сечение проводника за 1 мин, если 
сила тока в проводнике 2 А?
2. Сколько электронов проходит через спираль лампы накаливания за 1 с при 
силе тока в лампе 1,6 А?
3. В проводнике, площадь поперечного сечения которого 1 мм2, сила тока 1,6 А. 
Концентрация электронов в проводнике 1028 м–3 при температуре 20 C.  
Най дите среднюю скорость направленного движения электронов и сравните  
её с теп ловой скоростью электронов.

§ 3. Источник тока в электрической цепи. ЭДС

Условие существования постоянного тока в проводнике. При помещении 
проводника во внешнее электрическое поле в нём происходит 
перераспределение свободных зарядов, называемое электростатической 
индукцией (см. учебник В. А. Касьянова «Физика. Базовый уровень. 
10 класс», § 63).
Электрическое поле индуцированных (наведённых) зарядов достаточно 
быстро компенсирует внешнее поле. Напряжённость поля вну-

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

.

Постоянный электрический ток

три проводника становится равной нулю, заряды перестают двигаться 
направленно, ток прекращается. Для того чтобы ток существовал непрерывно, 
необходимо создание и поддержание в проводнике электрического 
поля. Напряжённость внешнего поля должна быть больше напряжённости 
поля индуцированных зарядов. Для этого необходимо 
иметь устройство — источник тока, которое непрерывно генерирует 
заряды и перемещает их в направлении, противоположном направлению 
кулоновских сил.
Источники тока. Разделение зарядов возможно в результате преобразования 
механической, тепловой, химической, световой энергий 
в электрическую. Так, в гальваническом элементе заряды на электродах 
оказываются разноимёнными за счёт энергии химической реакции 
между электродами и электролитом.
Наиболее распространённые элементы — источники тока — изображены 
на рисунке 5. Ртутная батарейка (рис. 5, а) используется в часах, 
калькуляторах и слуховых аппаратах. В настоящее время ртутные батарейки 
заменяют серебряно-цинковыми, чтобы ограничить применение 
вредных веществ. Строение традиционной батарейки для карманных 
фонарей показано на рисунке 5, б.
Источник тока в электрической цепи. Для поддержания постоянной 
разности потенциалов заряды должны накапливаться на полюсах 
источника: положительные заряды в электролите должны двигаться 
к аноду, а отрицательные к катоду. Такое движение в направлении, 
противоположном действию кулоновских сил отталкивания между 
одноимёнными зарядами, может происходить лишь под действием сил 
неэлектрической природы, называемых сторонними силами.

а)
б)

5 Источники тока: 
а — ртутная 
батарейка; 
б — батарейка для 
карманного фонаря

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

.

Электродинамика

Сторонние силы — силы неэлектростатического происхождения, 
вызывающие разделение зарядов.

Например, в электролите гальванического элемента положительно 
заряженная частица (ион) движется от катода к аноду под действием 
сторонней силы 
ст
F
(рис. 6, а). Кроме того, на эту частицу в направлении, 
противоположном скорости её движения, действуют электрическая 
сила 
К
F
 со стороны электродов и сила сопротивления 
с
F
. Сила сопротивления 
характеризует противодействие движению заряженной 
частицы со стороны ионов, с которыми она сталкивается в процессе движения 
в электролите.
Роль источника тока в электрической цепи подобна роли насоса для 
перекачивания жидкости (рис. 6, б). Сторонней силой в этом случае 
является сила давления на воду вращающейся крыльчатки насоса.
ЭДС источника тока. Изменение потенциальной энергии заряда при 
его перемещении между электродами источника тока равно суммарной 
работе сторонней силы и силы сопротивления:
W = Aст + Aс. 
(4)
Постоянной величиной для данного источника тока является электродвижущая 
сила (ЭДС).

ЭДС — скалярная физическая величина, равная отношению работы 
сторонних сил по перемещению положительного заряда от 
отрицательного полюса источника тока к положительному 
к значению этого заряда:
 
E = 

 
A
q
ст . 
(5)

а)
б)

6
Аналогия между  
дейст вием источника 
тока и водяного насоса: 
а — силы, действующие 
на заряженную частицу 
в гальваническом  
элементе; 
б — водяной насос

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

.

Постоянный электрический ток

Единица электродвижущей силы — вольт (В):

1 В = 1 Дж/Кл.

Изменение потенциальной энергии заряда связано с разностью потенциалов 
U между электродами: W = qU. Работа силы сопротивления 
отрицательна, так как эта сила направлена противоположно перемещению 
заряда, поэтому формулу (4) можно представить в виде

 
U = E – 
с
|
|
A
q . 
(6)

Разность потенциалов между полюсами источника тока (напряжение), 
приложенная к подключённому к полюсам проводнику, меньше 
ЭДС.
Если полюсы источника разомкнуты, ток через источник не протекает, 
а работа силы сопротивления равна нулю. Следовательно,

E = U.

ЭДС равна напряжению между полюсами разомкнутого источника 
тока. Например, ЭДС ртутной батарейки около 1,4 В, а батарейки 
для карманного фонаря — 1,5 В.

В О П Р О С Ы

1. Каково назначение источника тока?
2. Какие силы называют сторонними? Почему накопление зарядов на полюсах  
источника тока может происходить лишь под действием сторонних сил?
3. Опишите особенности движения заряженной частицы в электролите источника 
тока.
4. Дайте определение ЭДС. В каких единицах она измеряется?
5. Может ли напряжение источника тока равняться его ЭДС? Если да, то при каком 
условии?

§ 4. Закон Ома для однородного проводника  
(участка цепи)

Зависимость силы тока в проводнике от приложенного к нему напряжения. 
Для существования тока в однородном проводнике необходимо 
создать разность потенциалов на его концах. 
Однородным является проводник, в котором не действуют сторонние 
силы.

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

.

Электродинамика

Для каждого проводника — твёрдого, жидкого, газообразного, 
плазменного — существует определённая зависимость силы тока от 
приложенной к нему разности потенциалов (или приложенного напряжения). 
Наиболее простой вид эта зависимость имеет для однородного 
металлического проводника.
Сила тока в однородном проводнике прямо пропорциональна приложенному 
напряжению.
Сопротивление проводника. Коэффициентом пропорциональности 
между силой тока и напряжением, как вам известно из курса физики 
основной школы, является электрическое сопротивление проводника 
R.
Впервые зависимость силы тока от напряжения была экспериментально 
получена в 1826 г. немецким учёным Георгом Омом.

Закон Ома для однородного проводника (участка цепи)

Сила тока в однородном проводнике прямо пропорциональна 
приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению 
проводника:

 
I = U
R . 
(7)

Зависимость силы тока в проводнике от приложенного к нему напряжения 
называют вольт-амперной характеристикой проводника 
(рис. 7).
Гидродинамическая аналогия сопротивления 
проводника. Сопротивление — основная 
электрическая характеристика проводника. 
Чем больше электрическое сопротивление 
при заданном напряжении, тем меньше 
сила тока в проводнике. Сопротивление характеризует 
степень противодействия проводника 
направленному движению зарядов. 
Из-за столкновений с неоднородностями кристаллической 
решётки (возникающими, например, 
при образовании кристалла) или атомами 
примесей другого элемента в металле 
электроны движутся по сложной траектории 
(рис. 8, а). Она напоминает траекторию движения 
шарика, скатывающегося с наклон- 
ной плоскости под действием силы тяжести 

▲ 7
Вольт-амперные 
характеристики 
проводников с различным 
электрическим 
сопротивлением

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

.