Д. Ә. Жүнісбеков
ФИЗИКА ҰБТ - ға дайындаламыз
Астана – 2014 1
УДК 373.167.1 ББК 22.3я73 Ж 88
«Білім-2050» шығармашыл педагогтерінің одағы» қоғамдық бірлестігі отырысының шешімімен ұсынылған (2013 жылғы 2 тамыздағы № 5 хаттама) Ұйымдастырушысы мен үйлестірушісі – Оразова Г. Қ. Ж 88
Жүнісбеков Д. Ә. Физика. ҰБТ-ға дайындаламыз: Жалпы білім беретін мектептердің 7-11 сынып оқушыларына арналған ҰБТ-ға дайындық негізінде жасалған оқу әдістемелік құрал. / Д. Ә. Жүнісбеков. – Астана: ЖШС «Самғай біл», 2014. – 340 бет. ISBN 978-601-300-201-9
Бұл оқу құралы жалпы білім беретін мектептердің жоғары сынып оқушыларына арналған. Оқу құралы өз бетінше тест тапсырмаларын орындау мақсатында құрылған. Есеп кітабына үш деңгейлі тапсырмалар енгізілген. Есеп шығару алдында теорияны қайталап барып, есеп шығаруға кіріскен жөн. Әр бөлімнің алдында есеп шығару үлгісі берілген. Осы үлгі арқылы оқыған теорияны бекітуге болады. Бірінші деңгей тест есептері, оқушының есеп шығару дағдысын қалыптастыруға арналған, екінші бөлім оқушының білімін бекітуге, үшінші бөлім оқушының шығармашылық ой жүйесін қалыптастыруға арналған. Мақсат - оқушылардың білімдерін арттыруға, қабілеттіліктерін дамытуға көмектесу. Оқу құралы талапкерлерге ұлттық бірыңғай тестке өз бетінше дайындалуға көмек ретінде ұсынылады.
УДК 373.167.1 ББК 22.3я73
Ескерту: Бұл алғашқы қосымша оқу құралы болғандықтан оқу құралын пайдаланушылар тарапынан болатын сын-пікірлер мен ұсыныстарды bilim-2050@mail.ru электрондық поштасына жіберуіңізді сұраймыз. «Самғай біл» ЖШС басып шығарған «ҰБТ-ға дайындаламыз» атты оқу құралын заңсыз көшіріп алуға, басып шығаруға, таратуға тыйым салынады.
© «Самғай біл» ЖШС, 2014
ISBN 978-601-300-201-9
2
АЛҒЫ СӨЗ
Физика ҰБТ–ға дайындаламыз атты оқу құралы Қазақстан Республикасы Білім және Ғылым министрлігінің ҰБТ–ға қойылатын талаптары басшылыққа алынып, тест тапсырмалары оңайдан қиынға, жеңілден күрделіге принципі арқылы жасалған. Оқу құралында физика пәнінің әр тарауы толық қамтылады. «Механикалық қозғалыс» тарауынан бастап «Атомдық ядро физикасына» дейінгі барлық тақырыптар жиыстырылған. Физика пәні таңдау бойынша алынатын пәндердің ең маңыздысы болғандықтан, талапкерлерге ыңғайлы болу үшін есептер мен оларды шешу жолдары толық қарастырылып берілген. Әрбір физикалық формулалар мен физикалық шамаларға толық сипаттама жасалған. Оқу құралы - оқушының ҰБТ–ға өз бетінше даярлануы үшін қолайлы құрал, сондықтан бұл оқу құралы талапкерлерге нәтижелі жетістікке қол жеткізуге толық мүмкіндік береді.
3
Физика пәнінен ҰБТ-ға дайындық курсының күнтізбелік – тақырыптық жоспары 2013 – 2014 оқу жылы Қамтылған тақырыптар
Динамика
Механика
1-сабақ. Механикалық қозғалыс. Материалдық нүкте. Санақ жүйесі. Траектория. Жол және орын ауыстыру 2-сабақ. Ілгерлемелі және айналмалы қозғалыс. Жылдамдық. Лездік және орташа жылдамдық Үдеу. 3-сабақ. Бірқалыпты түзу сызықты қозғалыс. Жылдамдықты қосу. Қозғалыстың салыстырмалығы 4-сабақ. Бір қалыпты түзу сызықты қозғалыс.Бірқалыпты және бірқалыпты үдемелі қозғалыста кинематикалық шамалардың уақытқа тәуелді теңдеуі. 5-сабақ. Еркін түсу үдеуі. Вертикаль жоғары лақтырылған және горизонтқа бұрыш жасап лақтырылған дененің қозғалысы 6-сабақ. Шеңбер бойымен модулі тұрақты жылдамдықпен қозғалуы.Центрге тартқыш үдеу, период, айналу жиілік. 7-сабақ Дененің инерттілігі, масса.Инерциалды санақ жүйесі.Ньютон заңы. 8-сабақ. Түзу сызықты қозғалыс.Үйкеліс күші, сырғанау үйкеліс коэффициенті.Серпінділік күші. Гук заңы. 9-сабақ. Бүкіл әлемдік тартылыс заңы.Ауырлық күшінің әсерінен қозғалыс. Салмақ. Жасанды серіктердің қозғалысы. Бірінші ғарыштық қозғалыс. 10-сабақ. Көлбеу жазықтық бойымен дене қозғалысы. 11-сабақ. Айналу қозғалысының динамикасы. 12-сабақ. Жүйелік денелердің қозғалыс динамикасы.
Механикадағы энергияның сақталу
14-сабақ. Механикалық жұмыс. Кинетикалық энергия. Потенциалдық энергия. Ауырлық, серпінділік және гравитациялық күштің жұмысы.
8
4
15-сабақ. Энергияның сақталу заңы.Қуат. Механизмнің пайдалы әсер коэффициенті. 16-сабақ. Денелердің тепе-теңдік шарты.Күш моменті. Ауырлық центрі. Тепе-теңдік түрлері. Жай механизмдер 17-сабақ. Қысым. Сұйықтар мен газдар үшін Паскаль заңы. Қатынас ыдыстар. Гидравликалық пресс. Архимед күші. Денелердің жүзу шарты. 18-сабақ. Труба ішіндегі сұйық ағынының тұрақтылығы. Бернулли теңдеуі. Гармониялы қ тербелістің теңдеуі
Статистика Тербеліс және толқындар
8
13-сабақ. Дене импульсі. Импульс күші. Импульстің сақталу заңы.
Электростатика
Молекулярлық физика және термодинамика Электродинамика
Сағат саны
19-сабақ. Тербелмелі қозғалыс. Серіппеге ілінген жүктің тербелісі. Тербелмелі қозғалыстағы энергияның түрленуі. 20-сабақ. Математикалық маятник. Еріксіз тербеліс. Резонанс. 21-сабақ. Механикалық толқындар.Толқын ұзындығы мен таралу жылдамдығы және периодтығы арасындағы байланыс . Толқын теңдеуі. 22-сабақ. Молекула - кинетикалық теорияның негізгі қағидалары және оның эксперименттік дәлелдемесі. Молекула массасы және өлшемі. 23-сабақ. Идеал газ. Молекула - кинетикалық теорияның негізгі теңдеуі. 24-сабақ. Температура. Идеал газ күйінің теңдеуі. Газдардағы изопроцестер. 25-сабақ. Ішкі энергия. Ішкі энергияны өзгертудің екі тәсілі: жылу алмасу және жұмыс. 26-сабақ. Термодинамиканың бірінші заңы және оны изопроцестерге қолдану. 27-сабақ. Термодинамиканың екінші заңы. Карно циклі. Жылу двигательдері. 28-сабақ. Жылу балансының теңдеуі, агрегаттық түрлену кезіндегі жылу процестері және отынның жануы. 29-сабақ. Қаныққан және қанықпаған бу.Булану және конденсация. Қайнау. Ауаның ылғалдылығы. 30-сабақ. Қатты және сұйық денелер. Қатты денелер мен материалдардың механикалық қасиеттері: Серпінділік,беріктік және пластикалығы. 31-сабақ. Денелердің электрленуі.Электр зарядының сақталу заңы. Кулон күші. 32-сабақ. Электр өрісі. Нүктелік зарядтың электростатикалық кернеуі.Электростатикалық өріс кернеулігі(күш сызықтары). Өрістің суперпозитивтік принципі. 33-сабақ. Электростатикалық өрістің зарядты орын ауыстыру үшін атқарған жұмысы.Нүктелік зарядтың өріс потенциалы.Потенциалдар айырымы мен біртекті өріс кернеулігі арасындағы байланыс. 34-сабақ. Электр сыйымдылығы. Конденсаторды тізбектей және параллель жалғау. Электростатикалық өріс энергиясы.
4
4
3
9
4
Тұрақты электр тогы Магнит өрісі және электромагниттік индукция Оптика
Электромагнитт ік тербеліс пен толқындар. Айнымалы ток Салыстырмалы теорияның элементтері Кванттық физика. Атомдық ядро физикасы
35-сабақ. Электр тогы.Ток күші.Электр қозғаушы күш. Электр тізбегі.Ом заңы. Электр кедергісі. 36-сабақ. Токтың жұмысы мен қуаты.Джоуль – Ленц заңы. 37-сабақ Металдағы және жартылай өткізгіштегі электр тогы. 38-сабақ Термоэлектрондық эмиссия.Электрондық лампа - диод. 39-сабақ. Электролиттегі электр тогы. Фарадей заңы. 40-сабақ. Магнит өрісінің индукциясы. Ампер заңы. Магнит ағыны. Магнит өрісіндегі тогы бар рама. 41-сабақ. Лоренц күші.Магнит өрісінде қозғалған зарядталған бөлшектер. 42-сабақ .Электромагниттік индукция құбылысы.Электромагниттік индукция заңы. Ленц ережесі. 43-сабақ. Өздік индукция. Индуктивтілік.Магнит өрісінде тогы бар өткізгіш орын ауыстыру үшін атқарылған жұмыс.Магнит өрісінің энергиясы. 44-сабақ.Тербелмелі контурдағы еркін электромагниттік тербеліс.Тербелмелі контурда энергияның түрленуі. 45-сабақ. Еріксіз электромагниттік тербеліс.Электр резонансы.Кернеудің және токтың әсерлік мәні. 46-сабақ. Трансформатор. Электр энергиясын тасымалдау және пайдалану. 47-сабақ. Электромагниттік толқындар. Электромагниттік толқынның қасиеті. 48-сабақ. Жарықтың түзу сызық бойымен таралу заңы.Шағылу және сыну заңы.Толық шағылу құбылысы. 49-сабақ. Жұқа линза. Линзаның фокус аралығы мен оптикалық күші. Линза кескін салу. 50-сабақ. Электромагниттік толқынның когеренттігі
5
5
5
5
51-сабақ. Салыстырмалы теорияның элементтері.
1
52-сабақ. Жарық кванты. Корпускуляр - толқындық дуализм. Фотоэлектрлік эффект.
2
53-сабақ. Резерфорд тәжірибесі. Атомның планетарлық моделі.Бордың кванттық постулаты. 54-сабақ. Атомның жарықты шығаруы және жұтуы. Ядролық физикада элементар бөлшекті бақылау және тіркеу тәсілі. 55-сабақ. Атом ядросының құрамы. Изотоптар. Ядролық күштер. Атом ядросының байланыс энергиясы. 56-сабақ. Ядролық реакция. Радиоактивтілік. Радиоактивтіліктің ыдырау заңы. 57-сабақ. Тізбекті ядролық реакция. Термоядролық реакция. Элементар бөлшектер. Фундаменталды әсерлесу.
5
БАРЛЫҒЫ
68
5
Механика Кинематика. түзу сызықты қозғалыс Механикалық қозғалыс – дененің кеңістіктегі орны, өзін қоршаған денелермен салыстырғанда уақыт өтуімен өзгеруі. Кез-келген дене кеңістікте белгілі орын алып тұратыны мәлім. Қозғалыс кезінде, денені құраушы нүктелері, орын ауыстырады. Дененің барлық құраушы нүктелерінің қозғалысын қарастырмай, бір нүктесінің қозғалысын қарастыруға болатын жағдайлар болады. Мысалы: а) Материялық нүкте – қарастырылып отырған жағдайда, өлшемі ескерілмейтін дене. Мысалы: Алматыдан, Астана қаласына келген, автомобильдің жүріп өткен жолы, өлшемімен салыстырғанда көп есе үлкен екені белгілі. Осы жағдайда денені материялық нүкте есебінде қарастырса болады. б) Ілгерлемелі қозғалыс - таңдап алған санақ жүйесімен салыстырғанда, дене нүктелерінің бірдей қозғалуы. Осы жағдайларда дене өлшемі нүктеге сәйкестіріледі. Механиканың негізгі есебі - қозғалыстағы дененің кез-келген уақыт мезетінде, кеңістіктегі орны мен жылдамдығын анықтау. Санақ денесі және координата жүйесі - дененің қозғалысын зерттеу үшін таңдап алынған дене мен онымен байланыстырылған координата осі және уақыт Траектория – қарастырылып отырған санақ жүйесімен салыстырғанда, қозғалыстағы дененің, жүріп өткен үздіксіз нүктелер жиынтығы. Траекторияның ұзындығы дененің жүріп өткен жолы болып есептелінеді. Орын ауыстыру - дененің бастапқы орнын келесі (соңғы орнымен) орнымен байланыстыратын бағытталған кесінді.
Траектория мен орын ауыстыру, көбіне сәйкес келмеуі мүмкін. Мысалы: Дене кеңістіктің А нүктесінен В нүктесіне өтсін. Сурет 1 Векторлық шамалар - бағытпен және санмен анықталады. Векторлық шамаларға амалдар, геометриялық тәсіл арқылы орындалады. және
векторының қосындысы векторын анықтау үшін ( с а в ), үшбұрыш (1) немесе параллелограмм (2) тәсілін пайдалануға болады. Үшбұрыш тәсілі бойынша векторлардың модулі мен бағытын дәл сақтай отырып ,бірінші вектордың ұшына, екінші векторды салады (сурет 1), қосынды вектор векторының басын ұшымен қосатын бағытталған кесінді болады. Параллелограмм тәсілі бойынша - екі вектор бір нүктеден шығады (сурет 2). Параллелограмның қалған қабырғасын салу арқылы параллелограмды аламыз. Бастапқы О нүктені соңғы нүктемен қосатын диагональ қосынды векторы болады. Екі вектордың арасындағы бұрыш және осы векторлардың модулі белгілі болса , қосынды вектор (к) суретіндегі формуламен анықталады . 6
в) векторларды азайту: жоғарыдағы екі вектордың айырымы Орындалуы сурет 3-те көрсетілген. Азайғыш - айырма мен қосындысына тең а с в , осы өрнектен айырма с
а в с тең. азайтқыштың а ( в ) тең.
Осы өрнек бойынша векторларды салатын болса, айырма векторы. Скалярлық шама - тек санмен анықталады. Жылдамдық - бірлік уақытта, дене жүріп өткен жолын немесе орын ауыстыруын көрсететін шама Жылдамдық - берілген уақытта, дене жүрген жолының ( орын ауыстыруының), сол уақытқа қатынасына тең, векторлық шама. S (1) V t
Бір қалыпты түзу сызықты қозғалыс – түзу сызықпен қозғалған дене, бірдей уақыт аралықтарында, бірдей орын ауыстырады. Бір қалыпты қозғалыс кезінде, дене жылдамдығы өзгермейді V = const. Кез-келген уақыт мезетіндегі дене координатасы (дененің орны) X=X0+Sx өрнегімен анықталады. Орын ауыстырудың проекциясы S x=X-X0 тең. Дәл осы тәсілмен Sy және Sz проекциясы анықталады. Орын ауыстырудың модулы Sx X X 0 S S x2 S y2 S z2 тең. Жылдамдықтың проекциясы тиісінше Vx t t dS dx немесе V ( туынды) өрнегімен анықталады. Осы тәсілмен, dt dt жылдамдықтың басқа осьтегі проекциясын анықтауға болады. Жылдамдықтың модулі V
V x2
V y2
V z2 тең.
Қозғалыс және жылдамдық графигі: Бір қалыпты түзу сызықты қозғалыс кезінде, дене жылдамдығы тұрақты, ал координатасы уақытқа тәуелді. Координата Х=Х0+Vx·t өрнегімен өзгеріп отырады. Дене координатасының уақытқа тәуелді графигін - қозғалыс графигі деп атайды. Қозғалыс графигі бастапқы координатадан басталады және жылдамдықтың бағыты мен мәніне байланысты әртүрлі болуы мүмкін (сурет 4). Жылдамдық модулі нольден үлкен болса, сызық жоғары кетеді (суретте 1), нольге тең болса координата өзгермейді (суретте 2), нольден кіші болса төмен кетеді (суретте 3- сызық). Жылдамдық графигінде, жылдамдық тұрақты болғандықтан сызық уақыт осіне параллель болады (сурет 4).
Орын ауыстыру жылдамдық графигіндегі қарастырылып отырған уақытта алынған фигураның ауданы (сурет 4а). Бір қалыпты түзу сызықты үдемелі қозғалыс бірлік уақытта дене жылдамдығының бірдей шамаға өзгеруі. Үдеу - бірлік уақытта жылдамдық өзгерісін анықтайды.
7
V V0 V , V және V0 дененің соңғы мен алғашқы жылдамдығы, t t t жылдамдық өзгеруге кеткен уақыт. Бір қалыпты үдемелі қозғалыста, үдеу тұрақты ). Жылдамдық және қозғалыс графигі: Кез келген уақыт мезетінде дене жылдамдығы мен координатасы Vx V0 x ax t , X X 0 S x өрнегімен анықталады. Үдеу оң болса жылдамдық артады (сурет 5- те көрсетілген), теріс болса жылдамдық кемиді. Қозғалыс және жылдамдық графигі арқылы дене жылдамдығы және үдеу модулі мен бағытын анықтап салыстыруға болады. Сурет 5а-да қозғалыс графигі берілген. А) Графиктен жылдамдықтары бірдей 2 және 3. Б) жылдамдығы максималь және оң – 1. В) жылдамдығы теріс - 5. a
Тыныштықта тұрған дене -4. Осындай жауап жылдамдық графигіне тиесілі. Үдеулері бірдей, модулі максималь 1 және 2 , үдеуі нольге тең 3, ал үдеуі теріс - 4 Орын ауыстыру - жылдамдық графигіндегі геометриялық фигураның ауданына тең. Жылдамдық графигін пайдаланып берілген уақыттағы орын ауыстыруды анықталық. 6-ші суреттегі жылдамдық графигіндегі фигура - трапеция, трапецияның ауданы
Sx
V0 V t (2) тең. Жылдамдық өрнегін пайдаланып (2) теңдеуді ықшамдап 2
жазған соң, төмендегі орын ауыстырудың өрнектері шығады. V0 V V0 V0 at at 2 V 2 V02 (3) Sx t t V0t 2 2 2 2a Кез келген уақыт мезетіндегі дене координатасы:
at 2 (4) өрнегімен анықталады. X X 0 S x X 0 V0 t 2 Ескерту: үдеу мен координата арасындағы пропорция квадраттық болғандықтан үдеу нөлге тең болмаған жағдайда сызық парабола болады. Ескерту: Орын ауыстыру модулін график және координата арқылы анықтауға болады: ; - соңғы координата, -бастапқы координата. Жүрген жолды L= өрнегімен анықтайды. Орташа жылдамдық: Үдемелі қозғалысты, орташа жылдамдық арқылы S сипаттауға болады. Vop. . t Орын ауыстырудың орташа жылдамдығы жылдамдығы 8
тең, жүрген жолдың орташа
S - орын ауыстыру, L- берілген уақыттағы жүрген жол. Орташа жылдамдық - дененің берілген уақыттағы жүрген жолын (орын ауыстыруын), сол жолды жүріп өткен уақыттың қатынасына тең шама. (Көбіне есеп шығару кезінде, дененің жарты жолы немесе жарты уақыты деп келетін жағдайлар болады. Егер қозғалыс кезінде дененің жүрген жолы бірдей 2 V1 V2 болса онда орташа жылдамдық (а) V өрнегімен анықталады, V1 V2 ал жүрген уақыт бірдей болатын болса , орташа жылдамдық V
V1 V2 (в) 2
өрнегімен анықталады . Егер есептің шарты бойынша қозғалыс бірнеше бөліктен тұратын болса онда орташа жылдамдық өрнегімен анықталады. Қозғалыс жылдамдығы қозғалыс қарастырған бағытқа бұрыш жасап қозғалса, онда орташа жылдамдық проекция арқылы есептелінеді. Мысалы: Дене, уақыттың бірінші жартысын, V1= 30м/с жылдамдықпен қозғалыс бағытына α1=600 бұрышпен, уақыттың екінші жартысын α2=1200 қозғалыс бағытына V2=50м|c жылдамдықпен қозғалды. Орташа жылдамдық векторын анықта. Шешуі:Орташа жылдамдық тең. Жылдамдық проекциясы анықталатын өрнек; Егер жылдамдық екеу болса, , , одан көп болса осы сияқты қосып жаза береміз. Осыдан уақыт тұрақты болса орташа жылдамдық анықталатын формула: орын
ауыстыру
тұрақты
болса,
орташа
жылдамдық
формуласымен анықталады. Есеп шығару кезінде үдемелі қозғалған дененің n-ші уақыт аралығындағы жүрген жолына байланысты өрнек: Егер бастапқы жылдамдық нольге тең болса. ∆S= , ∆t= ∆S - n-ші уақыт аралығында жүрген жол,∆t –уақыт аралығы. Осы есепті
өрнегімен анықтауға болады.
- берілген уақыт
мезгілі. Мысалы 4-ші секундта деп берілсе
.
Бір айналымға кеткен уақыт
9
Қисық сызықты қозғалыс Дененің қисық сызықпен қозғалысы. Күнделікті тұрмыста, түзу сызықты қозғалыспен қатар қисық сызықты қозғалыс көп кездеседі. Қисық сызықпен қозғалған дене жылдамдығының бағыты, траекторияның кез - келген нүктесінде сол нүктеге жүргізілген жанама бойымен бағытталады (сурет 8).Егер дене шеңбер бойымен бірқалыпты қозғалатын болса, радиустың бұрылу бұрышы, бірдей уақыт аралығында тұрақты болады. сурет 9а-да осы қозғалысқа байланысты біраз өрнектер көрсетілген Қисық сызықты қозғалыс кезіндегі дене үдеуінің бағытын анықтау үшін, дененің шеңбер бойымен бір қалыпты қозғалысын қарастырамыз. Қарастырылып отырған қозғалыста, дене жылдамдығының модулі өзгермейді, тек бағыты ғана өзгереді. Сурет 10-да шеңбердің бірінші, нүктесіндегі және екінші нүктесіндегі жылдамдық векторының бағыты көрсетілген. Егер екінші нүктедегі жылдамдық векторын, бірінші нүктеге көшірсе, жылдамдық векторының айырымы центрге бағытталады.Үдеудің бағыты осы вектор айырымының бағытымен сәйкес V V V0 Демек шеңбер бойымен бір қалыпты қозғалған дене үдеуі центрге бағытталған. Центрге тартқыш үдеу, жылдамдық бағытының өзгерісін V2 анықтайды. Үдеудің модулі a өрнегімен анықталады. R Шеңбер бойымен қозғалған дене жылдамдығының модулі өзгеретін болса, жылдамдық модулінің өзгерісі тангенциал (жанама үдеу) үдеу арқылы анықталады. V V0 V at t t Тангенциал үдеудің бағыты жылдамдық өзгерісінің бағытымен сәйкес келеді. (жанама бойымен бағытталады, егер а>0 болса, жанама үдеу ΔV-ның бағыты бойымен, a<0 болса ΔV-ға қарсы бағытталады ) Сурет 11-де, сағат тілі бағытымен қозғалған дененің, толық үдеуінің бағыты көрсетілген (а>0). Толық үдеудің модулі: a
a n2
at2 немесе a
an sin
at cos
өрнегімен анықталады. α - толық үдеумен, тангенциал үдеу арасындағы бұрыш, Ескерту: Шеңбер бойымен немесе қисық сызықты траекториямен қозғалған дене жылдамдығының модулі, уақытпен өзгеріп отыратын болса, қозғалыс екі үдеумен сипатталады. Шеңбер бойымен қозғалған дене, кез – келген уақыт мезетіндегі орнын , радиустың бұрылу бұрышы арқылы анықтауға болады. Дене шеңбер бойымен бір қалыпты қозғалсын (дене жылдамдығының модулі тұрақты, бағыты ғана өзгереді). Осы қозғалысты сипаттайтын ұғымдарды енгізейік. Сурет 12. φ - радиустың бұрылу бұрышы. 10