Темы физики: обзор школьной программы в 10 классе
Учебный курс физики в 10 классе традиционно опирается на три основных направления: механику, молекулярные процессы и электрические явления. Каждое из них формирует свою часть фундаментальных знаний, без которых невозможно двигаться дальше.
Механика
Этот блок отвечает на главный вопрос: что заставляет тела двигаться и менять скорость. Здесь школьник осваивает:
- как описать равномерное перемещение и движение с ускорением по прямой и по окружности;
- что такое ускорение свободного падения и как оно проявляется на реальных примерах;
- какие силы действуют на тело, как определяется вес и почему коэффициент трения влияет на перемещение;
- как считать работу, что такое импульс тела и чем отличаются кинетическая и потенциальная энергии;
- как работают нормы сохранения.
Молекулярная физика и термодинамика
Вторая часть курса показывает, что свойства веществ определяются поведением частиц, из которых они состоят. Школьники учатся разбирать:
- как связаны масса, объем и плотность вещества;
- по каким схемам ведет себя идеальный газ и как давление связано с температурой;
- что такое молярная масса и универсальная газовая постоянная и где они встречаются в расчетах;
- как вычислять количество теплоты в разных процессах — нагревании, плавлении, испарении;
- как применять первый закон термодинамики и что определяет эффективность тепловых машин.
На этом этапе появляется и знаменитое число (6,022×10²³) — постоянная Авогадро, которая показывает, сколько молекул содержится в одном моле.
Электростатика и постоянный ток
Третий раздел посвящен тому, как взаимодействуют заряженные частицы и что происходит в электрических цепях. В него входят:
- понятие электрического заряда и силы взаимодействия зарядов;
- характеристики электрического поля и способы описать его напряженность;
- работа, совершаемая при перемещении заряда, и связь этой работы с напряжением;
- основные принципы постоянного тока, закон Ома, зависимость сопротивления от материала и длины проводника;
- расчеты мощности тока и теплоты, выделяемой в проводниках.
Основные формулы
Ниже — опорный набор правил школьной программы. Он не заменит учебник, но поможет быстро вспомнить, что за чем идет и из каких элементов обычно состоит дилемма.
Механика
Кинематика прямолинейного движения
Для равномерного движения координата меняется по правилу:
x = x₀ + v t,
где x — координата, x₀ — начальная координата, v — скорость, t — время.
Перемещение часто удобно записывать как s = v t или s = x − x₀, среднюю скорость — как отношение пути к времени: v̄ = s / t.
Для равноускоренного движения без начальной скорости используется запись:
s = a t2 / 2
где a — ускорение. Отсюда легко выразить ускорение: a = (v − v₀) / t.
При движении по окружности важно помнить угловую скорость ω:
ω = 2π / T,
где T — период обращения. Центростремительное ускорение:
a₍ц₎ = v² / R = ω² R.
Эта схема связывает ω² и R и позволяет быстро оценить, насколько сильно «тянет» тело к центру.
Основные силы и динамика
В задачах по динамике для 10 класса чаще всего встречаются:
- второй закон Ньютона: F = m a;
- сила тяжести: Fₜ = m g, где g — ускорение свободного падения (примерно 9,8–10 м/с²);
- вес тела в покое: P = m g;
- сила трения скольжения: Fₜр = μ N, где μ — коэффициент трения, N — реакция опоры;
- принцип всемирного тяготения: F = G m₁ m₂ / r², где G — гравитационная постоянная.
Эти выражения комбинируются в большинстве заданий на силы, наклонные плоскости и вес тела в лифте.
Работа, энергия, импульс
Ключевые правила, которые регулярно оказываются кстати в 10 классе:
- работа силы: A = F s cos α;
- кинетическая энергия: Eₖ = m v² / 2 (взаимосвязь верна только для идеального одноатомного газа);
- потенциальная в поле тяжести: Eₚ = m g h;
- полная механическая: E = Eₖ + Eₚ;
- импульс тела: p = m v.
Закон сохранения чаще всего используют в виде: Eₖ₁ + Eₚ₁ = Eₖ₂ + Eₚ₂.
А для ударов и разлетов тел применяют принцип сохранения импульса:
m₁ v₁ + m₂ v₂ = (m₁ + m₂) u,
где u — общая скорость системы после соединения.
Молекулярная физика и термодинамика
Основные величины
В молекулярной науке важно различать массу тела и количество вещества:
- плотность: ρ = m / V;
- количество вещества: ν = m / M, где M — молярная масса;
- связь температуры в °C и K: T = t + 273;
- идеальный газ: p V = ν R T, где R — универсальная газовая постоянная.
Средняя кинетическая энергия теплового передвижения одной частицы пропорциональна температуре:
E = 3/2 k T,
где k — постоянная Больцмана. Эта схема объясняет, почему повышение температуры увеличивает среднюю скорость молекул.
Количество теплоты
В задачах на тепловые процессы используется несколько стандартных правил:
- нагревание или охлаждение: Q = c m (t₂ − t₁) — здесь c называется удельная теплота (удельная теплоемкость) вещества;
- плавление и кристаллизация: Q = λ m, где λ — удельная теплота плавления;
- парообразование и конденсация: Q = r m, где r — удельная теплота парообразования;
- первый закон термодинамики: Q = ΔU + A, где ΔU — изменение внутренней энергии, A — работа газа.
В задачах часто спрашивают, какое количество теплоты нужно подвести или сколько количества теплоты выделится при процессе. Важно следить за знаком: нагревание и плавление обычно считаем с плюсом, охлаждение и конденсацию — с минусом.
Электричество и постоянный ток
Электростатика
Базовые величины раздела:
- электрический заряд q, единица — кулон (Кл);
- закон Кулона: F = k q₁ q₂ / r²;
- напряженность поля: E = F / q;
- работа по перемещению заряда: A = q U, где U — напряжение (разность потенциалов).
Когда говорят «электрический заряд», важно помнить, что в равенствах участвуют и знак, и модуль: по знаку заряда определяется направление сил и поля.
Постоянный ток
Основные правила раздела:
- сила тока: I = q / t;
- правило Ома для участка цепи: I = U / R;
- работа тока: A = U I t;
- мощность: P = U I = I² R = U² / R;
- количество теплоты, выделившееся в проводнике: Q = I² R t.
Эти выражения позволяют решать задачи на мощность электрических приборов, подбор сопротивлений и расчет энергии, расходуемой сетью.
Вопрос-Ответ
Как лучше учить формулы по физике 10 класса?
Не зубрить в отрыве от задач. Для каждой новой темы выпишите 5–7 ключевых равенств, подпишите величины и единицы, а затем сразу решите несколько типовых задач, где эти записи реально используются.
Сколько формул нужно знать для ЕГЭ?
Часть выражений есть в кодификаторе и справочных материалах, но опору по механике, молекулярной физике, количеству теплоты, электрическому току и закону Ома стоит держать в голове — это десятки, а не сотни правил.
Как не путать кинетическую и потенциальную энергию?
Помогает мнемоника: кинетическая зависит от скорости (v), потенциальная — от положения (высоты h или деформации пружины). В задачах на перемещение чаще всего сначала ищем Eₖ, в задачах на подъем — Eₚ.
Зачем учить обозначения (m, v, t, q) отдельно?
Чтобы быстро читать условие: видя «масса m, заряд q, скорость v», вы сразу вспоминаете, какие формулы связаны с этими величинами, и меньше тратите времени на поиск подходящего принципа.
Что делать, если формул слишком много?
Разделите их на блоки: движение, тепловые процессы, электричество и т. д. Внутри блока сверните записи в мини-таблицу и периодически повторяйте — так материал по этой дисциплине для 10 класса не превращается в бессмысленный «список символов».
Используемые источники
Касаткина И. Л. Практикум по общей физике: учеб. пособие. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2009. — 557 с.
Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Сотский Н. Н. Физика. 10 класс: учебник для общеобразоват. учреждений. — М.: Просвещение, 2010. — 336 с.
Элементарный учебник физики: Учеб. пособие В 3 т. Т. 3. Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика / Под ред. Г. С. Ландсберга. — 13-е изд., — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. — 656 с.
Яворский Б. М., Пинский А. А. Основы физики: Учебн. В 2 т. Т. 1. Механика. Молекулярная физика. Электродинамика / Под ред. Ю.И. Дика. 5-е изд., стереот. — 576 с.
