Экзаменационные билеты по физике. Экзаменационные билеты по физике Экзаменационные вопросы по физике

Механическое движение – это изменение положения тела в пространстве с течением времени относительно других тел.

Из всех многообразных форм движения материи этот вид движения является самым простым.

Например: перемещение стрелки часов по циферблату, идут люди, колышутся ветки деревьев, порхают бабочки, летит самолет и т.д.

Определение положения тела в любой момент времени является основной задачей механики.

Движение тела, при котором все точки движутся одинаково, называется поступательным.

Материальная точка – это физическое тело, размерами которого в данных условиях движения можно пренебречь, считая, что вся его масса сосредоточенны в одной точке.

Траектория – это линия которую описывает материальная точка при своем движении.

Путь – это длина траектории движения материальной точки.

Перемещение – это направленный отрезок прямой (вектор), соединяющий начальное положение тела с его последующим положением.

Система отсчета – это: тело отсчета, связанная с ним система координат, а также прибор для отсчета времени.

Важная особенность мех. движения – его относительность.

Относительность движения – это перемещение и скорость тела относительно разных систем отсчета различны (например, человек и поезд). Скорость тела относительно неподвижной системы координат равна геометрической сумме скоростей тела относительно подвижной системы и скорости подвижной системы координат относительно неподвижной. (V 1 – скорость человека в поезде, V 0 - скорость поезда, то V=V 1 +V 0).

Классический закон сложения скоростей формулируется следующим образом: скорость движения материальной точки по отношению к системе отсчета, принимаемой за неподвижную, равна векторной сумме скоростей движения точки в подвижной системе и скорости движения подвижной системы относительно неподвижной.

Характеристики механического движения свя­заны между собой основными кинематическими уравнениями.

s = v 0 t + at 2 / 2;

Предположим, что тело движется без уско­рения (самолет на маршруте), его скорость в течение продолжительного времени не меняется, а = 0, тогда кинематические уравнения будут иметь вид: v = const, s = vt.

Движение, при котором скорость тела не ме­няется, т. е. тело за любые равные промежутки вре­мени перемещается на одну и ту же величину, назы­вают равномерным прямолинейным движением.

Во время старта скорость ракеты быстро воз­растает, т. е. ускорение а > О, а == const.

В этом случае кинематические уравнения вы­глядят так: v = v 0 + at, s = V 0 t + at 2 / 2.

При таком движении скорость и ускорение имеют одинаковые направления, причем скорость изменяется одинаково за любые равные промежутки времени. Этот вид движения называют равноуско­ренным.

При торможении автомобиля скорость умень­шается одинаково за любые равные промежутки вре­мени, ускорение меньше нуля; так как скорость уменьшается, то уравнения принимают вид:v = v 0 + at, s = v 0 t - at 2 / 2.Такое движение называют равнозамедленным.

2. Магнитная проницаемость. Постоянные магниты могут быть изготовлены лишь из немногих веществ, но все вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются, т. е. сами создают магнитное поле. Благодаря этому вектор магнитной индукции В в однородной среде отличается от вектора Во в той же точке пространства в вакууме.

О
тношение характеризующее магнитные свойства среды, получило название магнитной проницаемости среды.

В однородной среде магнитная индукция равна: где  - магнитная проницаемость данной среды безразмерная величина, показывающая во сколько раз μ в данной среде, больше μ в вакууме.

Магнитные свойства любого тела определяются замкнутыми электрическими токами внутри него.

Парамагнетиками называются вещества, которые создают слабое магнитное поле, по направлению совпадающее с внешним полем. Магнитная проницаемость наиболее сильных парамагнетиков мало отличается от единицы: 1,00036- у платины и 1,00034- у жидкого кислорода. Диамагнетиками называются вещества, которые создают поле, ослабляющее внешнее магнитное поле. Диамагнитными свойствами обладают серебро, свинец, кварц. Магнитная проницаемость диамагнетиков отличается от единицы не более чем на десятитысячные доли.

Ферромагнетики и их применение. Вставляя железный или стальной сердечник в катушку, можно во много раз усилить создаваемое ею магнитное поле, не увеличивая силу тока в катушке. Это экономит электроэнергию. Сердечники трансформаторов, генераторов, электродвигателей и т. д. изготовляют из ферромагнетиков.

При выключении внешнего магнитного поля ферромагнетик остается намагниченным, т. е. создает магнитное поле в окружающем пространстве. Упорядоченная ориентация элементарных токов не исчезает при выключении внешнего магнитного поля. Благодаря этому существуют постоянные магниты.

Постоянные магниты находят широкое применение в электроизмерительных приборах, громкогово­рителях и телефонах, звукозаписывающих аппаратах, магнитных компасах и т. д.

Большое применение получили ферриты - ферромагнитные материалы, не проводящие электрического тока. Они представляют собой химические соединения оксидов железа с оксидами других веществ. Первый из известных людям ферромагнитных материалов-магнитный железняк - является ферритом.

Температура Кюри. При температуре, большей некоторой опреде­ленной для данного ферромагнетика, ферромагнитные свойства его исчезают. Эту температуру называют температурой Кюри. Если сильно нагреть намагниченный гвоздь, то он потеряет способность притягивать к себе железные предметы. Температура Кюри для железа 753 °С, для никеля 365 °С, а для кобальта 1000°С. Существуют ферромагнитные сплавы, у которых температура Кюри меньше 100°С.

Билет № 10

Переменный ток как вынужденные электромагнитные колебания. Действующие значения силы переменного тока и напряжения. Сила трения. Коэффициент трения скольжения. Учет и использования трения в быту и технике. Трения в жидкостях и газах

1. Сила, возникающая на границе взаимодействия тел при отсутствии относительного движения тел, называется силой трения покоя. Сила трения покоя равна по модулю внешней силе, направленной по касательной к поверхности соприкосновения тел и противоположна ей по направлению. При равномерном движении одного тела по поверхности другого под воздействием внешней силы на тело действует сила, равная по модулю движущей силе и противоположная по направлению. Эта сила называется силой трения скольжения. Вектор силы трения скольжения направлен против вектора скорости, поэтому эта сила всегда приводит к уменьшению относительной скорости тела. Силы трения также, как и сила упругости, имеют электромагнитную природу, и возникают за счет взаимодействия между электрическими зарядами атомов соприкасающихся тел. Экспериментально установлено, что максимальное значение модуля силы трения покоя пропорционально силе давления. Также примерно равны максимальное значение силы трения покоя и сила трения скольжения, как примерно равны и коэффициенты пропорциональности между силами трения и давлением тела на поверхность. Сила трения – механическая сила, в земных условиях трение и сила трения всегда сопутствуют любому движению тел. Сила трения возникает при непосредственном соприкосновении тел и всегда направлена вдоль поверхности соприкосновения.

Трение покоя. Сила трения покоя равна по модулю и направлена противоположно силе, приложенной к покоящемуся телу параллельно поверхности соприкосновения его с другим телом. Сила трения покоя мешает сдвинуть с места тяжёлый предмет. Максимальная сила трения покоя пропорциональна силе нормального давления. Сила трения покоя не только мешает телу начать двигаться, но и служит причиной начала движения.

Трение скольжения. На движущееся тело действует сила трения скольжения (по модулю почти равна максимальной сие трения покоя), направлена всегда в сторону, противоположную направлению движения (напр – ию вектора скорости) тела относительно того тела, с которым оно соприкасается. Значит ускорение, сообщаемое силой трения телу, направлено против движения тела. Сила трения скольжения пропорциональна силе давления. Коэффициент трения характеризует не тело, на которое действует сила трения, а сразу на два соприкасающихся тела. Значение коэффициента зависит от материала, обработки поверхности тела, относительной скорости (при изменении направления скорости изменяется и направление силы трения) …не зависит от площади, и относительного положения тел. Трение между твердыми телами – сухое трение.

Жидкое трение. Сила жидкого трения много меньше силы сухого трения. В жидкости и газе нет силы трения покоя (даже самая малая сила, приложенная к телу в жидкости или газе, сообщает ему ускорение. Сила жидкого трения зависти от направления движения, значения скорости (при небольших скоростях она пропорциональна скорости тела, а при больших – квадрату скорости). Сила сопротивления зависит от формы тела. Форма тела, при которой сопротивление мало называют обтекаемой формой.

2. Устройства, полностью преобразующие электрическую энергию в другие виды энергии, называют активной нагрузкой, а их сопротивление – активным сопротивлением. Предположим, что напряжение на концах цепи меняется по гармоническому закону u=Umcos wt. Как и в случае постоянного тока, мгновенное значение силы тока пропорционально мгновенному значению напряжения. Поэтому применяется закон Ома для участка цепи: i=U/R=Umcos wt/R = Im cos wt. На активном сопротивлении колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения. Сила тока в любой момент времени пропорциональна ЭДС источника тока (закон Ома для полной цепи). Если ЭДС источника не изменяется со временем и остаются неизменными параметры цепи, то через некоторое время после замыкания цепи изменения силы тока прекращаются, в цепи течет постоянный ток., но в технике широко применяются различные генераторы электрического тока, в которых ЭДС периодически изменяется. При подключении в электрическую цепь генератора переменной ЭДС в цепи возникают вынужденные электромагнитные колебания. Вынужденными электромагнитными колебаниями называют периодические изменения силы тока и напряжения в электрической цепи, происходящие под действием переменной ЭДС от внешнего источника. Электромагнитные колебания в электрических цепях создаются генератором переменного тока, работающим на электростанции. (Ф = BScosα = BScosωt; e = BSωsinωt – изменения ЭДС индукции со временем происходит по этому закону или e = ε m sinωt, где ε m = BSω амилитуда ЭДС). Если с помощью контактных колец и скользящих по ним щеток соединить концы витка с электрической цепью, то под действием ЭДС индукции, изменяющейся со временем по гармоническому закону, в электрической цепи возникнут вынужденные электрические колебания силы тока – переменный ток. На практике синусоидальная ЭДС возбуждается не путем вращения витка в магнитном поле, а путем вращения магнита или электромагнита(ротора) внутри статора – неподвижной обмотки, навитой на стальной сердечник. Это позволяет избежать снятия напряжения с помощью контактных колец, что невозможно при больших значениях амплитуды напряжения. U = U m cosωt ; i = I m cosωt ; I m = U m /R ; p = iu = I m U m cos 2 ωt так как среднее значение квадрата косинуса за период равно 0,5, то среднее значение мощности равно: P = I m U m /2 = I 2 m R/2 Из равенства мощностей получим I 2 R = I 2 m R/2 ; I 2 = I 2 m /2. Действующим значением силы тока называют величину, в √2 раз меньшую ее амплитудного значения: I = I m /√2. Действующее значение силы тока равно силе такого постоянного тока, при котором средняя мощность, выделяющаяся в проводнике в цепи переменного тока, равна мощности, выделяющейся в том же проводнике в цепи постоянного тока. Децствующее значение переменного напряжения в √2 раз меньше его амплитудного: U = U m /√2. Средняя мощность переменного тока при совпадении фаз колебаний силы тока и напряжения равна произведению действующих значений силы тока и напряжения: P = IU. P = I 2 R ; R = P/I 2 (активное сопротивление). U m = I m Lω; X l = U m /I m = Lω I m = U m ωC; X c = U m /I m = 1/ωC

Билет №11

1. Второй закон Ньютона устанавливает связь между кинематической характеристикой движения – ускорением, и динамическими характеристиками взаимодействия – силами.
, или, в более точном виде,
, т.е. скорость изменения импульса материальной точки равна действующей на него силе. При одновременном действии на одно тело нескольких сил тело движется с ускорением, являющимся векторной суммой ускорений, которые возникли бы при воздействии каждой из этих сил в отдельности. Действующие на тело силы, приложенные к одной точке, складываются по правилу сложения векторов. Это положение называют принципом независимости действия сил. Центром масс называется такая точка твердого тела или системы твердых тел, которая движется так же, как и материальная точка массой, равной сумме масс всей системы в целом, на которую действуют та же результирующая сила, что и на тело.
. Центр тяжести – точка приложения равнодействующей всех сил тяжести, действующих на частицы этого тела при любом положении в пространстве. Если линейные размеры тела малы по сравнению с размером Земли, то центр масс совпадает с центром тяжести. Сумма моментов всех сил элементарных тяжести относительно любой оси, проходящей через центр тяжести, равна нулю.

2. Аппараты, преобразующие переменный ток одного напряжения в другое – называются электрическими трансформаторами. Состоит из нескольких катушек изолированного провода, размещенных на магнитопроводе из тонких пластин специально электротехнической стали. Переменный ток, текущий по одной из обмоток (первичной). Создает вокруг нее и в магнитопроводе переменной магнитное поле, пересекающее витки другой (вторичной), возбуждает в ней переменную электродвижущую силу. Если обе обмотки имеют равное количество витков, то в ней наведется такое же напряжение, какое в первичной. Если не равное количество, то трансформатор может быть повышающим (во вторичной обмотке больше витков), понижающим – наоборот. Действие основано на явлении электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Сердечник из трансформаторной стали концентрирует магнитное поле, так что магнитный поток практически существует только внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях.

U1/U2 = I2/I1, U1/U2 = E1/E2 = n1/n2 = К, где К – коэффициент трансформации, при к>0 –понижающий…. Пир разомкнутой вторичной обмотки трансформатор с малым активным сопротивлением первичной обмотки почти не потребляет энергию из сети, так как велико индуктивное сопротивление ненагруженной обмотки трансформатора. Если к концам вторичной обмотки присоединить цепь, то сила тока во вторичной обмотке уже не будет равна 0. Появившийся ток создает в сердечнике свой переменный магнитный поток, который по правилу Ленца должен уменьшить изменения магнитного потока в сердечнике. Но уменьшение амплитуды потока должно уменьшить ЭДС. Однако это невозможно, так как модули U1=e1. Поэтому при замыкании цепи вторичной обмотки автоматически увеличивается сила тока в первичной. Увеличение силы тока в первичной цепи (по закону сохранения энергии) увеличит силу тока во вторичной.

Трансформаторы находят широкое применение в промышленности и быту. Силовые электрические трансформаторы дают возможность передавать переменный током линиям электропередачи на большие расстояния с малыми потерями энергии. Для этого напряжение переменного тока, вырабатываемого генераторами электростанции, с помощью трансформаторов повышают до нескольких сотен тысяч вольт и посылают по ЛЭП. В месте потребления напряжение понижают трансформаторами. 1-оеУсловие равновесия М- момент силы – физич. величина, харак-ующая степень вращения тела. Численно = произвед. силы на плечо.

2)
-плечо силы- кратчайшее расст-ние от точки оси вращения до линии действия силы.
F0,

т.к поворот по часовой стрелке.

Условие равновесия тел (№2), имеющих ось вращения:суммы моментов сил = 0

А если тело не имеет оси вращения, то условие равновесия: сема сил, приложенных к телу=0

Равновесие – это либо состояние покоя, либо равномерное движение.

Принцип минимума потенциальной энергии. Одномерное движение частицы вдоль оси 0х может быть ограничено следующим образом. В области

частица движется свободно. За пределы области 0L она выйти не может. На границах области 0L, в точках х=0 и х=L, потенциальная энергия П частицы становится равной бесконечности. Такое движение частицы наз-ся движением в прямоугольной одномерной потенциальной яме.

Билет № 12

1. Элементарной работой силы на элементарном перемещении материальной точки называется скалярная физическая величина. Значение элементарной работы силы зависит от выбора системы отсчета. Единица работы – Дж. Потенциальными называются силы, работа которых зависит от начального и конечного положения движущейся материальной точки или тела и не зависит от формы траектории. При замкнутой траектории работа потенциальной силы всегда равна 0. К потенциальным силам относятся силы тяготения, силы упругости и электрические силы. Быстроту выполнения работы в технике характеризуют мощностью. Она показыввает, какая работа совершается телом в еденицу времени. Это скорость совершения работы N=A/t. Измеряется в ваттах (за 1 с выполняется работы в 1 Дж).

Закон сохранения механической энергии: механическая энергия системы, в которой действуют потенциальные силы, сохраняется постоянной в процессе движения системы.

E1+E2=E1’+Е2’

2. Электромагнитные волны – это процесс распространения электромагнитных колебаний в пространстве с конечной скоростью. Представьте себе, что электрический заряд приведен в быстрые колебания вдоль некоторой прямой. Тогда начнет периодически изменяться и электрическое поле вокруг заряда. Причем период изменений будет равен периоду колебаний заряда. Переменное электрическое поле будет порождать периодически меняющееся магнитное поле, а последнее вызовет появление электрического поля уже на большем расстоянии от заряда.

Условием возникновения электромагнитных волн является ускоренное движение электрических зарядов. Так, изменение магнитного поля происхо­дит при изменении тока в проводнике, а изменение тока происходит при изменении скорости зарядов, т. е. при движении их с ускорением. Скорость рас­пространения электромагнитных волн в вакууме по расчетам Максвелла должна быть приблизительно равна 300 000 км/с.

Впервые опытным путем получил электромаг­нитные волны физик Генрих Герц, использовав приэтом высокочастотный искровой разрядник (вибратор Герца). Герц опытным путем определил также ско­рость электромагнитных волн. Она совпала с теоре­тическим определением скорости волн Максвеллом. Простейшие электромагнитные волны - это волны, в которых электрическое и магнитное поля совер­шают синхронные гармонические колебания.

Конечно, электромагнитные волны обладают всеми основными свойствами волн.

Они подчиняются закону отражения волн:

угол падения равен углу отражения. При переходе из одной среды в другую преломляются и подчиня­ются закону преломления волн: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть вели­чина постоянная для двух данных сред и равная отношению скорости электромагнитных волн в первой среде к скорости электромагнитных волн во второй среде и называется показателем преломле­ния второй среды относительно первой.

Явление дифракции электромагнитных волн, т. е. отклонение направления их распространения от прямолинейного, наблюдается у края преграды или при прохождении через отверстие. Электромагнит­ные волны способны к интерференции. Интерферен­ция - это способность когерентных волн к наложе­нию, в результате чего волны в одних местах друг друга усиливают, а в других местах - гасят. (Когерентные волны - это волны, одинаковые по частоте и фазе колебания.) Электромагнитные волны обладают дисперсией, т. е. когда показатель прелом­ления среды для электромагнитных волн зависит от их частоты. Опыты с пропусканием электромагнит­ных волн через систему из двух решеток показы­вают, что эти волны являются поперечными.

Билет №13

1. Физическая величина, равная отношению модуля силы, действующей перпендикулярно поверхности к площади это поверхности, называется давлением. Единица давления – паскаль, равный давлению, производимому силой в 1 ньютон на площадь в 1 квадратный метр. Все жидкости и газы передают производимое на них давление во все стороны. В цилиндрическом сосуде сила давления на дно сосуда равна весу столба жидкости. Давление на дно сосуда равно
, откуда давление на глубине h равно . На стенки сосуда действует такое же давление. Равенство давлений жидкости на одной и той же высоте приводит к тому, что в сообщающихся сосудах любой формы свободные поверхности покоящейся однородной жидкости находятся на одном уровне (в случае пренебрежимо малости капиллярных сил). В случае неоднородной жидкости высота столба более плотной жидкости будет меньше высоты менее плотной.

Зависимость давления в жидкости и газе от глубины приводит к возникновению выталкивающей силы, действующей на любое тело, погруженное в жидкость или газ. Эту силу называют архимедовой силой. Если в жидкость погрузить тело, то давления на боковые стенки сосуда уравновешиваются друг другом, а равнодействующая давлений снизу и сверху является архимедовой силой.

т.е. силы, выталкивающая погруженное в жидкость (газ) тело, равна весу жидкости (газа), вытесненной телом. Архимедова сила направлена противоположно силе тяжести, поэтому при взвешивании в жидкости вес тела меньше, чем в вакууме. На тело, находящееся в жидкости, действует сила тяжести и архимедова сила. Если сила тяжести по модулю больше – тело тонет, меньше – всплывает, равны – может находиться в равновесии на любой глубине. Эти отношения сил равны отношениям плотностей тела и жидкости (газа).

2. Важнейшим этапом в развитии радиосвязи было создание в 1913 году генератора незатухающих электромагнитных колебаний). Кроме передачи телеграфных сигналов, состоящих из коротких и более продолжительных импульсов электромагнитных волн, стала возможна надежная и высококачественная радиотелефонная связь – передача речи или музыки с помощью электромагнитных волн. Принцип радиосвязи заключается в следующем. Переменный электрический ток высокой частоты, созданный в передающей антенне, вызывает в окружающем пространстве быстро меняющееся электрическое поле, которое распространяется в виде электромагнитной волны. Достигая приемной антенны, электромагнитная волна вызывает в ней переменный ток той же частоты, на которой работает передатчик.

При радиотелефонной связи колебания давления воздуха в звуковой волне с помощью микрофона превращаются в электрические колебания той же формы. Колебания звуковой частоты представляют собой сравнительно медленные колебания, а электромагнитные волны низкой (звуковой) частоты почти совсем не излучаются.

Обнаружить радиоволны и извлечь из них передаваемую информацию можно с помощью радиоприемника.

Достигая антенны приемника, радиоволны пересекают ее провод и возбуждают (индуцируют) в ней очень слабые радиочастоты. В приемной антенне одновременно находятся высокочастотные колебания от многих радиопередатчиков. Поэтому один из важнейших элементов радиоприемника – селективное (избирательное) устройство, которое из всех принятых сигналов может отобрать нужные. Таким устройством является колебательный контур, позволяющий настраивать приемник на радиоволны определенной длины.

Колебания тока в контуре будут наиболее сильными, если частота колебаний подведенного сигнала совпадает с частотой колебаний контура. Назначение других элементов радиоприемника заключается в том, что бы усилить принятые или отраженные колебательным контуром высокочастотные модулированные колебания, выделить из них колебания звуковой частоты, уменьшить их и преобразовать в сигналы информации. Первую из этих функций выполняет усилитель колебаний радиочастоты, вторую – детектор, третью – усилитель колебаний звуковой частоты, четвертую – динамическая головка громкоговорителя или приемный телеграфный аппарат. В гидроаэростатике рассматриваются условия и закономерности равновесия жидкостей и газов под воздействием приложенных к ним сил и, кроме того, условия равновесия твердых тел, находящихся в жидкостях или газах.

В отличие от твердых тел, жидкости и газы не сохраняют своей формы, а принимают форму того сосуда, в который заключены. Отличительной способностью жидкостей и газов является их текучесть, которая связана с малыми силами трения при относительном движении соприкасающихся слоев.

2) Радиолокацией наз-ся обнаружение и определение местонахождения различных объектов с помощью радиоволн. Радиок основана на явлении отражения и рассеяния радиоволн телами. В радиолокационной астрономии методы радиолокации используются для уточнения движения планет Солнечной системы и их спутников.

Телевидиние. С помощью радиоволн осуществляется передача на расстояние звук. сигалов и изображений предметов.

В телевизионном приемнике –телевизоре –имеется электронно- лучевая трубка с магнитным управлением, называемая кинескопом. В кинескопе электрон пушка создает электронный пучок, который фокусируется на экране, покрытом кристаллами, способными светиться под ударами быстро движущихся электронов, -люминофорами. На пути к экрану электроны пролетаяют через магнитные поля двух пар катушек, расположенных снаружи трубки. О развитие средств связи сам наговоришь –нет нигде.(ну там про оптоволокно…)

Билет №15

Опыт Юнга

Определение колебательного движения. 2. Свободные колебания. 3. Превращения энергии. 4. Вынужденные колебания.

М
еханическими колебаниями называют дви­жения тела, повторяющиеся точно или приблизи­тельно через одинаковые промежутки времени. Основ­ными характеристиками механических колебаний являются: смещение, амплитуда, частота, период. Смещение - это отклонение от положения равнове­сия. Амплитуда - модуль максимального отклоне­ния от положения равновесия. Частота - число полных колебаний, совершаемых в единицу времени. Период - время одного полного колебания, т. е. ми­нимальный промежуток времени, через который происходит повторение процесса. Период и частота связаны соотношением: v = 1/T.

Гармоническими называют колебания, при которых какая-либо физическая величина, описывающая процесс, из­меняется со временем по закону косинуса или синуса:

С
вободными - называют колебания, которые совершаются за счет первоначально сообщенной энергии при последующем отсутствии внешних воз­действий на систему, совершающую колебания. На­пример, колебания груза на нити (рис. 9).

Рассмотрим процесс превращения энергии на примере колебаний груза на нити (см. рис. 9).

При отклонении маятника от положения рав­новесия он поднимается на высоту h относительно нулевого уровня, следовательно, в точке А маятник обладает потенциальной энергией mgh. При движе­нии к положению равновесия, к точке О, уменьшает­ся высота до нуля, а скорость груза увеличивается, и в точке О вся потенциальная энергия mgh превратит­ся в кинетическую энергию mv г /2. В положении равновесия кинетическая энергия имеет максималь­ное значение, а потенциальная энергия минимальна. После прохождения положения равновесия происхо­дит превращение кинетической энергии в потенци­альную, скорость маятника уменьшается и при мак­симальном отклонении от положения равновесия становится равной нулю. При колебательном движе­нии всегда происходят периодические превращения его кинетической и потенциальной энергий.

При свободных механических колебаниях не­избежно происходит потеря энергии на преодоление сил сопротивления. Если колебания происходят под действием периодически действующей внешней си­лы, то такие колебания называют вынужденными. Например, родители раскачивают ребенка на каче­лях, поршень движется в цилиндре двигателя авто­мобиля, колеблются нож электробритвы и игла швейной машины. Характер вынужденных колеба­ний зависит от характера действия внешней силы, от ее величины, направления, частоты действия и не зависит от размеров и свойств колеблющегося тела. Например, фундамент мотора, на котором он закреп­лен, совершает вынужденные колебания с частотой, определяемой только числом оборотов мотора, и не зависит от размеров фундамента.

2. . Интерференцией света называют пространственное перераспределение светового потока при на­ложении двух (или нескольких) когерентных свето­вых волн (Когерентные волны - это волны, одинаковые по частоте и фазе колебания.), в результате чего в одних местах возника­ют максимумы, а в других минимумы интенсивности (интерференционная картина). Интерференцией света объясняется окраска мыльных пузырей и тонких масляных пленок на воде, хотя мыльный раствор и масло бесцветны. Световые волны частично отража­ются от поверхности тонкой пленки, частично прохо­дят в нее. На второй границе пленки вновь происхо­дит частичное отражение волны (рис. 34). Световые волны, отраженные двумя поверхностями тонкой пленки, распространяются в одном направлении, но проходят разные пути. При разности хода I, кратной целому числу длин волн l = 2k λ/2.

При разности хода, кратной нечетному числу полуволн l = (2k + 1) λ/2, наблюдается интерферен­ционный минимум. Когда выполняется условие мак­симума для одной длины световой волны, то оно не выполняется для других волн. Поэтому освещенная белым светом тонкая цветная прозрачная пленка кажется окрашенной. Явление интерференции в тон­ких пленках применяется для контроля качества об­работки поверхностей просветления оптики. При прохождении света через малое круглое отверстие на экране вокруг центрального светлого пятна наблюдаются чередующиеся темные и светлые кольца; если свет проходит через узкую щель, то по­лучается картина из чередующихся светлых и тем­ных полос.

Интерференцию света удалось наблюдать с помощью установки, предложенной Юнгом. Он был одним из первых, кто понял, что от двух независимых источников света интерференционная картина не получится. Поэтому он пропустил в тёмную комнату солнечный свет через узкое отверстие, затем с помощью двух других отверстий разделил этот пучок на два. Эти два пучка, накладываясь друг на друга, образовали в центре экрана белую полосу, а по краям – радужные. Таким образом, в опыте Юнга интерференционная картина получилась путем деления фронта волны, исходящей из одного источника, при ее прохождении через два близко расположенных отверстия

Билет №16

Механические волны и их свойства. Распространение колебаний в упругих средах

Зоны Френеля. Дифракционная решетка как спектральный прибор.

Акустический резонанс.

1. Мир наполнен самыми разнообразными звуками: тиканьем часов и гулом моторов, шелестом листов и завыванием ветра, пением птиц и голосами людей. О том, как рождаются звуки и что они собой представляют, люди начали догадываться очень давно. Достигая уха, звук воздействует на барабанные перепонки и вызывает ощущение звука. На слух человек воспринимает упругие волны, имеющие частоту в переделах от 16 Гц до 20 кГц (1 Гц – одно колебание в секунду). Вот почему упругие волны в любой среде, частоты которых лежат в указанных пределах, называют звуковыми волнами или просто звуком. В воздухе при температуре 0 и нормальном атмосферном давлении звук распространяется со скоростью 330 м/с, а в морской воде – около 1500 м/с, а в некоторых металлах его скорость достигает 700 м/с. Упругие волны с частотой меньше 16 Гц называют инфразвуком, а с частотой превышающей 20 кГц – ультразвуком. Звук может распространяться в виде продольных и поперечных волн. В газообразном состоянии возникают только продольные волны, когда колебательное движение частиц происходит лишь в том направлении, в котором распространяется волна. В твердых тела помимо продольных возникает и поперечные, когда частицы среды колеблются в направлении, перпендикулярных направлению волны. Звуковые волны несут с собой энергию, которую сообщают им источник звука. Величину кинетической энергии, протекающей за оду секунду через квадратный сантиметр поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны, вычислил Николай Алексеевич Наумов. Эту величину назвали потоком энергии. Она выражает меру интенсивности, или, как еще говорят, силы звука. Всякий реальный звук – это непросто гармоническое колебание, а своеобразная смесь многих гармонических колебаний с определенным набором частот. Музыкальный звук характеризуется тремя качествами: высотой (определяюще2йся чистом колебаний в секунду – частотой), громкостью (зависящей от интенсивности колебаний) и тембром – окраской звука (зависящей от формы колебаний). Из –за конечной скорости звука появляется эхо. Чтобы его услышать, можно произнести громкий звук перед крупным зданием, отстоящим от вас на 20 –30 метров. Распространяющаяся звуковая волна, встретив на своем пути большую преграду – стену здания, отражается от нее. Когда отраженная волна достигает нашего уха, мы слышим отголосок или эхо. Эхо – это звуковая волна, отраженная какой – либо преградой и возвратившаяся в то место, откуда она начала распространяться. Легко понять, что мы слышим эхо через такой промежуток времени. В течении которого звуковая волна проходит путь до преграды и обратно, те проходит двойное расстояние между источником звука и преградой. S=V*t/2. Излучая короткие импульсы волн и улавливая их эхо, измеряют время движения волны от преграды и обратно, а потом определит расстояние до преграды. В этом суть эхолокации. Волна – распространение колебаний в пространстве … от точки к точке от частицы к частице. Скорость распространения волны – скорость волны, которая равна произведению частоты колебаний в волне на длину волны. Волна, в которой колебания происходят вдоль той же прямой, что и их распространение, называют продольной волной. Волна, распространяющаяся в направлении, перпендикулярном направлению колебаний частиц в волне, называется поперечной.

Энергия пропорциональна квадрату амплитуды колебаний. Звуковые колебания, переносимые звуковой волной, могут служить вынуждающей, периодически изменяющейся силой для колебательных систем и вызвать в этих системах явление резонанса(это акустический резонанс).

Для звучания – резонаторы.

2. Явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении у края преграды называют дифракцией света. Диф­ракция объясняется тем, что световые волны, прихо­дящие в результате отклонения из разных точек от­верстия в одну точку на экране, интерферируют между собой. Дифракция света используется в спек­тральных приборах, основным элементом в которых является дифракционная решетка. Дифракционная решетка представляет собой прозрачную пластинку с нанесенной на ней системой параллельных непро­зрачных полос, расположенных на одинаковых рас­стояниях друг от друга.

П
усть на решетку (рис. 35) падает монохрома­тический (определенной длины волны) свет. В ре­зультате дифракции на каждой щели свет распро­страняется не только в первоначальном направлении,

но и по всем другим направлениям. Если за решет­кой поставить собирающую линзу, то на экране в фокальной плоскости все лучи будут собираться в одну полоску.

Параллельные лучи, идущие от краев соседних щелей, имеют разность хода l= d sin φ, где d - по­стоянная решетки - расстояние между соответ­ствующими краями соседних щелей, называемое пе­риодом решетки, (φ - угол отклонения световых лу­чей от перпендикуляра к плоскости решетки. При разности хода, равной целому числу длин волн d sin φ = kλ, наблюдается интерференционный мак­симум для данной длины волны. Условие интерфе­ренционного максимума выполняется для каждой длины волны при своем значении дифракционного угла φ. В результате при прохождении через диф­ракционную решетку пучок белого света разлагается в спектр. Угол дифракции имеет наибольшее значе­ние для красного света, так как длина волны красно­го света больше всех остальных в области видимого света. Наименьшее значение угла дифракции для фиолетового света. Для нахождения результата интерференции колебаний от вторичных источников Френель предложил метод разбиения волнового фронта на зоны, называемы зонами Френеля. Обозначим расстояние от точки 0 до до ближайшей точки волновой поверхности D через r0. Первая зона Френеля ограничивается точками волновой поверхности, расстояние от которых до точки 0 равно r1= r0 + λ/2. Эти точки располагаются на окружности. Вторая зона Френеля находится между краем первой зоны и точками волновой поверхности, расстояние от которых до точки 0 равно r2 = r1 + λ/2 = r0 + λ. Все зоны Френеля имеют одинаковую площадь, но если так, то они должны были бы возбуждать в точке наблюдения колебания с одинаковой амплитудой, но это условие не выполняется вследствие того, что у каждой последующей зоны угол α между лучом, проведенным в точку наблюдения, и нормалью к фронту волны несколько больше, чем у предыдущей зоны, а с увеличением этого угла амплитуда колебаний уменьшается. Разность хода двух соседних зон равна λ/2, следовательно колебания от них приходят в точку наблюдения в противоположных фазах, так что волны от любых двух соседних зон Френеля почти гасят друг друга. Суммарная амплитуда колебаний в точке наблюдения меньше амплитуды колебаний, которые вызвала бы одна первая зона Френеля. Пока радиус отверстия меньше радиуса первой зоны Френеля, увеличение ширины отверстия приводит к увеличению амплитуды колебаний в точке 0 (так как разность хода для колебаний, пришедших от различных точек первой зоны не превышает λ/2). Максимального значения амплитуда достигает при равенстве радиуса отверстия радиусу первой зоны Френеля. При дальнейшем увеличении радиуса отверстия амплитуда колебаний в точке 0 уменьшается в результате интерференции колебаний, приходящих от первой и второй зон; она становится минимальной при равенстве радиуса отверстия радиусу второй зоны. При дальнейшем увеличении радиуса отверстия амплитуда колебаний принимает максимальные значения, когда в отверстии укладывается нечетное число зон Френеля, и минимальные значения при четном их числе.

Дифракционная решетка – спектральный прибор, служащий для разложения света в спектр и измерения длины волны. Решетки в зависимости от применения бывают металлическими и стеклянными. Наблюдения проводятся на металлических решетках только в отраженном свете, а на стеклянных – чаще всего в проходящем свете. Главная характеристика решетки – постоянная решетки d = a + b, где b – ширина щели, а – ширина непрозрачного участка. В тех направлениях, для которых разность хода равна четному числу полуволн, наблюдается интерференционный максимум, и наоборот. После падения плоской волны на дифракционную решетку происходит интерференция волн, дифрагировавших на щелях решетки. Различным длинам волн соответствуют разные углы

d sinα = kλ, на которых наблюдается интерференционные максимумы. На этом основано главное свойство решетки – разложение падающего на нее немонохроматического света, в спектр.

Билет №17

поглощение света

1. Можно выделить три основных положения молекулярно-кинетической теории, которая объясняет свойства тел, состоящих из огромного числа молекул, а также особенности тепловых процессов, в них протекающих:

вещество состоит из отдельных мельчайших частиц, называемых молекулами; молекула – это наименьшая электрически нейтральная частица вещества, обладающая всеми его химическими свойствами и могущая существовать самостоятельно;

молекулы находятся в беспристрастном, хаотическом движении;

молекулы взаимодействуют друг с другом.

Реальное существование молекул подтверждает огромное количество экспериментальных фактов. Так, всем известно, что твердое вещество можно раздробить либо растворить в воде или других растворителях. Мы знаем что газы могут расширятся или сжиматься. Броуновское движение или диффузия свидетельствуют о том. Что между молекулами одного и того же вещества есть промежутки.

Молекулы в веществе взаимодействуют друг с другом: наличие сил притяжения подтверждает тот факт, что тела сами по себе не распадаются на молекулы, а для разрыва, например, твердого тела требуется усилие. О наличии сил притяжения можно судить по тому, что две близко расположенные капли жидкости слипаются.

Твердые тела и жидкости практически несжимаемы. Само же существование твердых те и жидкостей свидетельствует о том, что силы отталкивания убывают с увеличением расстояния быстрее, чем силы притяжения. Если бы последние убывали быстрее сил отталкивания, то в природе просто не было бы больших устойчивых совокупностей молекул, так как молекулы разлетелись бы под действием под действием сил отталкивания.

Молекула – это наименьшая частица вещества, обладающая всеми его химическими свойствами. Молекула способна с самостоятельному существованию. Она может состоять из одинаковых атомов и различных. Сущность молекулы можно описать и с другой точки зрения: молекула -–это устойчивая система, состоящая из атомных ядер и окружающих электронов, причем химические свойства молекул определяются электронами внешних оболочек в атомах. Атомы объединяются в молекулы в большинстве случаев химическими связями. Обычно такая связь создается одной, двумя или тремя парами электронов, которыми владеют сообща два атома. Молекулы характеризуются определенным размером и формой. Если известны молекулярный вес и плотность данного вещества. То вычислить размер его молекул несложно. Для этого надо объем, занимаемый грамм – молекулой вещества, разделить на число Авогадро (6,02*10^23 1/моль). Зная диаметр молекулы и плотность вещества можно определить массу молекулы m=p*V

2. Дисперсия света. Явление зависимости показателя преломления вещества от частоты света называется дисперсией света. Установлено, что с возрастанием частоты света показатель преломления вещества увеличивается. Пусть на трёхгранную призму па­дает узкий параллельный пучок белого света на котором показано сечение призмы плоскость­ю чертежа и одни из лучей). При прохождении через призму он разлагается на пучки света разного цвета от фиолетового до красного. Цвет­ную полосу на экране называют сплошным спек­тром. Нагретые тела излучают световые волны со всевозможными частотами, лежащими в интерва­ле частот от
до
Гц. При разложении этого света и наблю­дается сплошной спектр. Возникновение сплошного спектра объясняется дисперсией света. Наибольшее значение показатель преломления имеет для фиолетового света, наименьшее - для красного. Это приводит к тому, что сильнее всего будет преломляться фиолетовый свет и слабее всего -красный. Разложение сложного света при прохождении че­рез призму используется в спектрометрах. Поглощение света. Явление поглощения света объясняет классическая электронная теория. Объяснение состоит в следующем. Электроны атомов и молекул совершают вынужденные колебания под действием электрического поля с частотой, равной частоте света. Если частота световой волны приближается к частоте собственных колебаний, то возникает явление резонанса, обуславливающее поглощение света. Поглощенная энергия может переходить в другие виды, в частности, она может превращаться в энергию хаотического, теплового движения частиц вещества.

Билет №18

Естественный свет. Поляризатор.

1. Для объяснения свойств вещества в газообраз­ном состоянии используется модель идеального газа. Идеальным принято считать газ, если:

а) между мо­лекулами отсутствуют силы притяжения, т. е. моле­кулы ведут себя как абсолютно упругие тела;

б) газ очень разряжен, т. е. расстояние между молекулами намного больше размеров самих молекул;

в) тепловое равновесие по всему объему достигается мгновенно. Условия, необходимые для того, чтобы реальный газ обрел свойства идеального, осуществляются при со­ответствующем разряжении реального газа. Некото­рые газы даже при комнатной температуре и атмо­сферном давлении слабо отличаются от идеальных.

Основными параметрами идеального газа являются давление, объем и температура.

Одним из первых и важных успехов МКТ было качественное и количественное объяснение давления газа на стенки сосуда. Качественное объяснение за­ключается в том, что молекулы газа при столкнове­ниях со стенками сосуда взаимодействуют с ними по законам механики как упругие тела и передают свои импульсы стенкам сосуда.

На основании использования основных поло­жений молекулярно-кинетической теории было по­лучено основное уравнение МКТ идеального газа, ко­торое выглядит так: р = 1/3 т 0 пv 2 .

Здесь р - давление идеального газа, m 0 -

масса молекулы, п - концентрация молекул, v 2 - средний квадрат скорости молекул.

Обозначив среднее значение кинетической энергии поступательного движения молекул идеаль­ного газа Е k получим основное уравнение МКТ иде­ального газа в виде: р = 2/3nЕ k .

Однако, измерив только давление газа, невоз­можно узнать ни среднее значение кинетической энергии молекул в отдельности, ни их концентра­цию. Следовательно, для нахождения микроскопиче­ских параметров газа нужно измерение какой-то еще физической величины, связанной со средней кинети­ческой энергией молекул. Такой величиной в физике является температура. Температура - скалярная физическая величина, описывающая состояние тер­модинамического равновесия (состояния, при кото­ром не происходит изменения микроскопических па­раметров). Как термодинамическая величина температура характеризует тепловое состояние системы и измеряется степенью его отклонения от принятого за нулевое, как молекулярно-кинетическая величина характеризует интенсивность хаотического движения молекул и измеряется их средней кинетической энергией.

E k = 3/2 kT, где k = 1,38 10 -23 Дж/К и назы­вается постоянной Больцмана.

Температура всех частей изолированной си­стемы, находящейся в равновесии, одинакова. Изме­ряется температура термометрами в градусах раз­личных температурных шкал. Существует абсолют­ная термодинамическая шкала (шкала Кельвина) и различные эмпирические шкалы, которые отличают­ся начальными точками. До введения абсолютной шкалы температур в практике широкое распростра­нение получила шкала Цельсия (за О °С принята точка замерзания воды, за 100 °С принята точка ки­пения воды при нормальном атмосферном давлении).

2. Опыт показывает, что интенсивность светового пучка, проходящего через некоторые кристаллы, на­пример, исландского шпата, зависит от взаимной ориентации двух кристаллов. При одинаковой ориен­тации кристаллов свет проходит через второй кри­сталл без ослабления.

Если же второй кристалл повернут на 90°, то свет через него не проходит. Происходит явление по­ляризации, т. е. кристалл пропускает только такие волны, в которых колебания вектора напряженности электрического поля совершаются в одной плоскости, плоскости поляризации. Явление поляризации доказывает волновую природу света и поперечность све­товых волн.

Световая волна – поперечная и основная характеризующая ее векторная величина совершает колебания в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Основной хар – ой световой волны является электр – ий вектор Е, поэтому его называют световым вектором. Плоскостью колебаний называют плоскость, в которой колеблется световой вектор. Эта плоскость колебаний для каждого излучающего заряда не может быть произвольной, она определяется направлением распространения волны и вектором ускорения заряда. Плоскость, в которой совершает колебания вектор индукции магнитного поля В, называют плоскостью поляризации(для описания степени поляризации достаточно задать плоскость колебаний). Свет, у которого световой вектор колеблется беспорядочно одновременно во всех направлениях, перпендикулярных лучу, называется естественным или неполяризованным.

Поляризатор – устройство, выделяющее одно из всех направлений колебаний вектора Е. Свет, у которого направление колебаний вектора Е строго фиксировано, называется линейнополяризованным. Под поляризацией света понимают выделение из естественного света световых колебаний с определенным направлением. Поляризатором может служить пластина турмалина, вырезанная из кристалла параллельно его оптической оси. Действие турмалиновой пластинки заключается в том, что она пропускает колебания, электр – ий вектор которых параллелен оптической оси (колебания, вектор которых перпендикулярен оптической оси, почти полностью поглощаются. Зависимость показателя поглощения вещества от направления колебаний вектора Е называется дихроизмом. Устройство, которое позволяет выяснить, какова плоскость колебаний света, называется анализатором, который ничем по конструкции не отличается от поляризатора(разница в функциях). Поляризаторы и анализаторы называют поляроидами. Если плоскость колебаний электр – ого вектора совпадет с оптической осью поляризатора, то наблюдатель увидит свет, в противном случае свет полностью поглощается кристаллом.

Оптически активные вещества – это вещества, проходя через которые у света происходит поворот плоскости, зависящий от концентрации этого вещества в растворе.

Билет №19

Кипение. Критическая температура

1. Испарение - парообразование, происходящее при любой температуре со свободной поверхности жидкости. Неравномерное распределение кинети­ческой энергии теплового движения молекул приво­дит к тому, что при любой температуре кинетическая энергия некоторых молекул жидкости или твердого тела может превышать потенциальную энергию их связи с другими молекулами. Большей кинетической энергией обладают молекулы, имеющие большую скорость, а температура тела зависит от скорости движения его молекул, следовательно, испарение со­провождается охлаждением жидкости. Скорость ис­парения зависит: от площади открытой поверхности, температуры, концентрации молекул вблизи жид­кости. Конденсация - процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое. Испарение жидкости в закрытом сосуде при неизменной температуре приводит к постепенному увеличению концентрации молекул испаряющегося вещества в газообразном состоянии. Через некоторое время после начала испарения концентрация вещест­ва в газообразном состоянии достигнет такого значе­ния, при котором число молекул, возвращающихся в жидкость, становится равным числу молекул, поки­дающих жидкость за то же время. Устанавливается динамическое равновесие между процессами испа­рения и конденсации вещества. Вещество в газооб­разном состоянии, находящееся в динамическом равновесии с жидкостью, называют насыщенным паром. (Паром называют совокупность молекул, по­кинувших жидкость в процессе испарения.) Пар, на­ходящийся при давлении ниже насыщенного, назы­вают ненасыщенным.

Вследствие постоянного испарения воды с по­верхностей водоемов, почвы и растительного покрова, а также дыхания человека и животных в атмосфере всегда содержится водяной пар. Поэтому атмосфер­ное давление представляет собой сумму давления су­хого воздуха и находящегося в нем водяного пара. Давление водяного пара будет максимальным при насыщении воздуха паром. Насыщенный пар в отли­чие от ненасыщенного не подчиняется законам иде­ального газа. Так, давление насыщенного пара не за­висит от объема, но зависит от температуры. Эта зависимость не может быть выражена простой форму­лой, поэтому на основе экспериментального изучения зависимости давления насыщенного пара от темпера­туры составлены таблицы, по которым можно опре­делить его давление при различных температурах. Давление водяного пара, находящегося в воз­духе при данной температуре, называют абсолютной влажностью, или упругостью водяного пара. По­скольку давление пара пропорционально концентра­ции молекул, можно определить абсолютную влаж­ность как плотность водяного пара, находящегося в воздухе при данной температуре, выраженную в ки­лограммах на метр кубический (р). Большинство явлений, наблюдаемых в приро­де, например быстрота испарения, высыхание раз­личных веществ, увядание растений, зависит не от количества водяного пара в воздухе, а от того, на­сколько это количество близко к насыщению, т. е. от относительной влажности, которая характеризует степень насыщения воздуха водяным паром.

При низкой температуре и высокой влажности повышается теплопередача и человек подвергается переохлаждению. При высоких температурах и влажности теплопередача, наоборот, резко сокра­щается, что ведет к перегреванию организма. Наибо­лее благоприятной для человека в средних климати­ческих широтах является относительная влажность 40-60%. Относительной влажностью называют от­ношение плотности водяного пара (или давления), находящегося в воздухе при данной температуре, к плотности (или давлению) водяного пара при той же температуре, выраженное в процентах, т. е. = р/р 0 100%, или (р = р/р 0 100%. Относительная влажность колеблется в широ­ких пределах. Причем суточный ход относительной влажности обратен суточному ходу температуры. Днем, с возрастанием температуры, и следовательно, с ростом давления насыщения относительная влаж­ность убывает, а ночью возрастает. Одно и то же ко­личество водяного пара может либо насыщать, либо не насыщать воздух. Понижая температуру воздуха, можно довести находящийся в нем пар до насыще­ния. Точкой росы называют температуру, при кото­рой пар, находящийся в воздухе, становится насы­щенным. При достижении точки росы в воздухе или на предметах, с которыми он соприкасается, начи­нается конденсация водяного пара. Для определения влажности воздуха используются приборы, которые называются гигрометрами и психрометрами.

При кипении по всему объему жидкости образуются быстро растущие пузырьки пара, которые всплывают на поверхность. Температура кипения жидкости остается постоянной. Это происходит потому, что вся подводимая к жидкости энергия расходуется на превращение ее в пар. В жидкости всегда присутствуют растворенные газы, которые выделяются на дне и стенках сосуда, а так же на взвешенных в жидкости пылинках. Пары жидкости, которые находятся внутри пузырьков, являются ненасыщенными. С увеличением температуры давление насыщенных паров возрастает и пузырьки увеличиваются в размерах. Под действием выталкивающей силы они всплывают. Если верхние слои жидкости имеют более низкую температуру, то в этих слоях происходит конденсация пара в пузырьках. Давление стремительно падает и пузырьки захлопываются. Захлопывание происходит настолько быстро, сто стенки пузырька, сталкиваясь, производят нечто вроде взрыва. Когда жидкость достаточно прогреется, пузырьки перестанут захлопываться и всплывут на поверхность. Жидкость закипит. Зависимость давления насыщенного пара от температуры объясняет, почему температура кипения жидкости зависти от давления на ее поверхность. Кипение начинается при температуре, при которой давление насыщенного пара в пузырьках сравнивается с давлением в жидкости. Чем больше внешнее давление, тем выше температура кипения. У каждой жидкости своя температура кипения, которая зависит от давления насыщенного пара. Чем выше давление насыщенного пара, тем ниже температура кипения. Критическая температура – это температура, при которой исчезают различия в физических свойствах между жидкостью и ее насыщенным паром. При критической температуре плотность и давление насыщенного пара становятся максимальными, а плотность жидкости, находящейся в равновесии с паром, - минимальной. Особое значение критической температуры состоит в том, что при температуре выше критической ни при каких давлениях газа нельзя обратить в жидкость. Газ, имеющий температуру ниже критической, представляет собой ненасыщенный пар.

2. . В однородной среде свет распространяется прямолинейно. Об этом свиде­тельствуют резкие тени, отбрасываемые непрозрачными предметами при освещении их точечными источниками света.

угол падения равен углу отражения. При переходе из одной среды в другую преломляются и подчиня­ются закону преломления волн: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть вели­чина постоянная для двух данных сред и равная отношению скорости электромагнитных волн в первой среде к скорости электромагнитных волн во второй среде и называется показателем преломле­ния второй среды относительно первой.

Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями.

Тонкой, если ее толщина мала по сравнению с радиусами кривизны ее поверхностей, в противном случае – толстой.

Оптическая сила – это величина, обратная фокусному расстоянию

Измеряется в диоптриях. 1 диоптрий – это оптическая сила такой линзы, фокусное расстояние которой 1 м.

Равноускоренным называется движение с ускорением, постоянным по модулю и направлению. Скорость при равноускоренном движении вычисляется как
.

Отсюда формула для пути при равноускоренном движении выводится как:

Также справедливы формулы
, выводимая из уравнений скорости и пути при равноускоренном движении.

При равномерном прямолинейном движении с постоянной скоростью U вектор скорости в каждой точке направлен вдоль траектории.

Средняя скорость и численное значение мгновенной – равны, при таком движении ускорение а остается величиной постоянной, причем нормальная составляющая равна 0.

Если направление ускорения совпадает с направлением скорости, то движение называется - равноускоренным, а если не совпадает – то, равнозамедленным.

Прямолинейное движение, при котором скорость тела за любые равные промежутки времени изменяется на одинаковую величину, называется равноускоренным прямолинейным движением.

Онологично для равнозамедленного движения с ускорением а0, краевой угол острый и жидкость смачивает тверд тело. И наоборот. Если же
-
>
, то условие равновесия не может быть выполнено, ибо конус не может быть больше единицы.Это значит что жидк полность смачивает тверд тело. Явление смачив и несмачив широко применяется в технике.

Капилляр явления.
-формула высоты подъема жидкости в капилляре -плотность жидкости, r- радиус капилляра, g- ускорен своб пад,

2)Элементы фотометрии. Потоком излучения наз –ся средняя мощность излучения за время, значительно большее периода электромагнитных колебаний. Ф е =W/t=P

СИ –в а т т

Поверхностная плотность потока излучения равна отношению потока излучения к площади пов-ти, через которую проходит этот поток: I e =Ф е /S=P/S=W/(St). Часто эту величину наз-ют облученностью и обозначают E e .

Термин Поверхностная плотность потока излучения аналогичен термину интенсивность волны, или в астрономии –светимость (Вт/м 2)

Фотометрические величины: Световой поток –мощность оптического излучения, оцениваемая по вызываемому им световому ощушению. -св поток.СИ –люмен. Сила света I v –определяется отношением светового потока к телесному углу
, внутри которого этот поток распространяется
. СИ –кандела.

Освещенность E v связывает световой поток с площадью той поверхности, на которую этот поток падает. Освещенность в данной точке поверхности равна отношению светового потока, падающего на элемент пов-ти, к площади этого элемента:
. СИ –люкс

Зак. Освещенности: 1)Освещенность пов-ти, создаваемая точечным источником света, обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника

2)Освещенность поверхности прямо пропорциональна косинусу угла падения лучей

3) Освещенность поверхности, создаваемая точечным источником, прямо пропорциональна силе света источника, косинусу угла падения лучей и обратно пропорц квадрату расстояния от источника до освещаемой пов-ти(обобщ. зак освещенности)

Билет №21

Оптические приборы: лупа, микроскоп, телескоп. Разрешающая способность телескопа. Фотоаппарат. Диа-, эпи-, и кинопроекты

1.Каждый может легко разделить тела на твер­дые и жидкие. Однако это деление будет только по внешним признакам. Для того чтобы выяснить, ка­кими же свойствами обладают твердые тела, будем их нагревать. Одни тела начнут гореть (дерево, уголь) - это органические вещества. Другие будут размягчаться (смола) даже при невысоких темпера­турах - это аморфные. Третьи будут изменять свое состояние при нагревании так, как показано на гра­фике (рис. 12). Это и есть кристаллические тела. Та­кое поведение кристаллических тел при нагревании объясняется их внутренним строением. Кристалли­ческие тела - это такие тела, атомы и молекулы которых расположены в определенном порядке, и этот порядок сохраняется на достаточно большом расстоянии. Пространственное периодическое распо­ложение атомов или ионов в кристалле называют кристаллической решеткой. Точки кристаллической решетки, в которых расположены атомы или ионы, называют узлами кристаллической решетки.

Кристаллические тела бывают монокристал­лами и поликристаллами. Монокристалл обладает единой кристаллической решеткой во всем объеме.

Анизотропия монокристаллов заключается в зависимости их физических свойств от направления. Поликристалл представляет собой соединение мел­ких, различным образом ориентированных монокри­сталлов (зерен) и не обладает анизотропией свойств.

Большинство твердых тел имеют поликристалличе­ское строение (минералы, сплавы, керамика).

Основными свойствами кристаллических тел являются: определенность температуры плавления, упругость, прочность, зависимость свойств от поряд­ка расположения атомов, т. е. от типа кристалли­ческой решетки.

Аморфными называют вещества, у которых отсутствует порядок расположения атомов и молекул по всему объему этого вещества. В отличие от кри­сталлических веществ аморфные вещества изотроп­ны. Это значит, что свойства одинаковы по всем на­правлениям. Переход из аморфного состояния в жидкое происходит постепенно, отсутствует опреде­ленная температура плавления. Аморфные тела не обладают упругостью, они пластичны. В аморфном состоянии находятся различные вещества: стекла, смолы, пластмассы и т. п.

У
пругость - свойство тел восстанавливать свою форму и объем после прекращения действия внешних сил или других причин, вызвавших дефор­мацию тел. Для упругих деформаций справедлив за­кон Гука, согласно которому упругие деформации прямо пропорциональны вызывающим их внешним воздействиям, где - механическое на­пряжение,

- относительное удлинение, Е - мо­дуль Юнга (модуль упругости). Упругость обусловле­на взаимодействием и тепловым движением частиц, из которых состоит вещество.

Пластичность - свойство твердых тел под действием внешних сил изменять, не разрушаясь, свою форму и размеры и сохранять остаточные де­формации после того, как действие этих сил прекра­тится.

Лупы- короткофокусные двояковыпуклые линзы, сделанные из стекла или пластмассы.

f-фокусн расстоян лизы, D-расстоян до предмета

Микроскоп. Микроскопом называют оптический прибор, служащий для рассматривания мелких предметов, невидимых невооруженным глазом. Микроскоп состоит из двух собирающих линз - короткофокусного объектива и длиннофокусного окуляра, расстояние между которыми можно изменять при настройке на резкость. Объектив создает действительное, перевернутое, увеличенное промежуточное изображение. Окуляр действует как лупа, создавая мнимое увеличенное изображение.
-угловое увеличение микроскопа,- расстоян м\у зад фокусом объектива и передним фокусом окуляра

Телескоп:а)рефлекторы,б)рефракторы

Действие рефлектора- отражающего телескопа- основано на использовании зеркального, отражающего объектива.Впервые создал Ньютон. Ньютон стремился устранить хроиатическую аберрацию. Свойственную линзам.

В
рефракторе- линзовом телескопе используются две системы линз. Оптическую систему телескопа для получения максимального углового увеличения конструируют так. Чтобы задний фокус объектива совпадал с передним фоуксом окуляра

Для характеристики объектива телескопа вводятвеличину А, обратную предельному углу(ее наз-ют разрешающей силой телескопа)
. Для увеличения разрешающей способности телескопа надо брать объективы большого диаметра. Другой путь-уменьшение длины волны регистрируемого излучения. Фотоаппарат представляет собой закрытую светонепрониц камеру и систему линз, называемую объективом.(состоит из 2-3х линз, навороченные 7-9)Диафрагма-при ее помощи получается четкое изображение предметов, находящихся на разных расстояниях от фотоаппарата. Диапроектор- назначение создавать на экране увеличенные изображения прозрачных рисунков или фоток, зафиксированных на кадре диафильма. Эпипроектор-получение изображения зафиксированного на бумаге.(тема такая как в цнире стоит). Кинопроектор отличается от диапроектора лишь тем, что в нем имеется механический прерыватель (обтюратор), который заслоняет объектив в тот момент, когда кинопленка продергивается на 1 кадр. Т.к. смена кадров происходит 24 раза в 1с. Глаз эти прерывания не замечает.

Билет № 22

Элементы специальной теории относительности. Постулаты СТО. Конечность и предельность скорости света. Релятивистский закон преобразование скоростей. Релятивистская динамика.

1.Каждое тело имеет вполне определенную структуру, оно состоит из частиц, которые хаотиче­ски движутся и взаимодействуют друг с другом, по­этому любое тело обладает внутренней энергией. Внутренняя энергия - это величина, характери­зующая собственное состояние тела, т. е. энергия хаотического (теплового) движения микрочастиц си­стемы (молекул, атомов, электронов, ядер и т. д.) и энергия взаимодействия этих частиц. Внутренняя энергия одноатомного идеального газа определяется по формуле U=3/2 т/М RT.

Внутренняя энергия тела может изменяться только в результате его взаимодействия с другими телами. Существуют два способа изменения внутрен­ней энергии: теплопередача и совершение механи­ческой работы (например, нагревание при трении или при сжатии, охлаждение при расширении).

Теплопередача - это изменение внутренней энергии без совершения работы: энергия передается от более нагретых тел к менее нагретым. Теплопере­дача бывает трех видов: теплопроводность (непо­средственный обмен энергией между хаотически движущимися частицами взаимодействующих тел или частей одного и того же тела); конвекция (перенос энергии потоками жидкости или газа) и излуче­ние (перенос энергии электромагнитными волнами). Мерой переданной энергии при теплопередаче яв­ляется количество теплоты (Q).

Эти способы количественно объединены в за­кон сохранения энергии, который для тепловых про­цессов читается так. Изменение внутренней энергии замкнутой системы равно сумме количества теп­лоты, переданной системе, и работы, внешних сил, совершенной над системой.  U= Q + А, где  U- изменение внутренней энергии, Q - количество теп­лоты, переданной системе, А - работа внешних сил. Если система сама совершает работу, то ее условно обозначают А". Тогда закон сохранения энергии для тепловых процессов, который называется первым за­коном термодинамики, можно записать так: Q = Α" +  U, т. е. количество теплоты, переданное систе­ме, идет на совершение системой работы и измене­ние ее внутренней энергии.

При изобарном нагревании газ совершает ра­боту над внешними силами Α" = p(V 1 -V 2) = pΔV, где

V 1 , и V 2 - начальный и ко­нечный объем газа. Если про­цесс не является изобарным, величина работы может быть определена площадью фигу­ры, заключенной между ли­нией, выражающей зависи­мость p(V) и начальным и ко­нечным объемом газа (рис. 13).

Рассмотрим применение первого закона тер­модинамики к изопроцессам, происходящим с иде­альным газом.

В
изотермическом процессе температура по­стоянная, следовательно, внутренняя энергия не ме­няется. Тогда уравнение первого закона термодина­мики примет вид: Q = А", т. е. количество теплоты, переданное системе, идет на совершение работы при изотермическом расширении, именно поэтому темпе­ратура не изменяется.

В изобарном процессе газ расширяется и ко­личество теплоты, переданное газу, идет на увеличе­ние его внутренней энергии и на совершение им ра­боты: Q =  U + А".

При изохорном процессе газ не меняет своего объема, следовательно, работа им не совершается, т. е., А = О, и уравнение первого закона имеет вид:

Q =  U, т. е. переданное количество теплоты идет на увеличение внутренней энергии газа.

Адиабатным называют процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой. Q = 0, следо­вательно, газ при расширении совершает работу за счет уменьшения его внутренней энергии, следова­тельно, газ охлаждается, Α" =  U. Кривая, изобра­жающая адиабатный процесс, называется адиабатой.

Адиабатный процесс. Показатель адиабаты.

Адиабатным называется процесс, происходящий при условии отсутствия теплообмена. Близким к адиабатному может считаться процесс быстрого расширения или сжатия газа. При этом процессе работа совершается за счет изменения внутренней энергии, т.е.
, поэтому при адиабатном процессе температура понижается. Поскольку при адиабатном сжатии газа температура газа повышается, то давление газа с уменьшением объема растет быстрее, чем при изотермическом процессе.

Процессы теплопередачи самопроизвольно осуществляются только в одном направлении. Всегда передача тепла происходит к более холодному телу. Второй закон термодинамики гласит, что неосуществим термодинамический процесс, в результате которого происходила бы передача тепла от одного тела к другому, более горячему, без каких-либо других изменений. Этот закон исключает создание вечного двигателя второго рода.

Показатель адиабаты. Уравнение состояния имеет вид PVγ = const.,

где γ = Cp /Cv – показатель адиабаты.

Теплоемкость газа зависит от условий, при которых тепло …

Если газ нагреть при постоянном давлении P, то его теплоемкость обозначается СV.

Если - при постоянном V, то обозначается Cp.

Это значит, что поля покоящихся и движущихся зарядов, в частности движущихся равномерно и прямолинейно, неравноценны. Если обратиться к классическому принципу относительности, то мы здесь приходим к противоречию. Действительно, рассмотрим две инерциальные системы отсчета К и К0, причем последняя связана с движущимся равномерно и прямолинейно зарядом. Согласно принципу относительности мы уверены в их механическом равноправии. Но кажется сомнительной симметрия систем отсчета К и К0 в отношении электромагнитных явлений, так как в системе отсчета К есть, кроме электрического, еще и магнитное поле. Идея эфира оказалась несостоятельной. Если бы скорость света была относительной и подчинялась классическому закону сложения скоростей, то существовал бы в вакууме свет медленный и быстрый – свет от источников, по-разному движущихся в данной системе отсчета. Но экспериментально известно, что свет распространяется в вакууме с одной скоростью, каковы бы ни были его источники – земные или космические, движущиеся или находящиеся в покое относительно лаборатории. Таким образом, следует признать конечность и абсолютность скорости света. Никогда не удавалось разогнать частицы до световой скорости, несмотря на значительные затраты энергии. Превращение элементарных частиц. Установлено, что суммарная масса системы исходных элементарных частиц не равна суммарной системе новых частиц, образовавшихся после столкновения. Два постулата СТО: принцип относительности и абсолютной скорости.

Все инерциальные системы отсчета физически равноправны – любые физические процессы протекают в них одинаково (при одних и тех же начальных условиях). Любая система отсчета, которая движется относительно ИСО равномерно и прямолинейно, так же является инерциальной. ИСО ничем не отличаются друг от друга, они полностью физически тождественны, и какие бы физические опыты ни были поставлены в данной ИСО, они дадут совершенно такие же результаты в любой другой ИСО. Не существует абсолютно покоящейся ИСО или абсолютно равномерно движущейся, речь может идти только о движении и покое относительно другой ИСО.

Основные понятия: событие и ИСО. Событие – физическое явление, происходящее в какой-либо пространственной точке в некоторый момент времени в избранной системе отсчета. Relativity(от англ относительность). Умножив неравенство V" ≤ c на выражение 1 – V/c, положительное т.к. V

Могут быть данные различных типов (целые или вещественные числа, строки, логи­ческие значения). Соответственно переменные бывают различных типов: целочисленные (А%=5), веществен­ные (А=3.14), строковые (А$="информатика"1), логиче­ские (A=True). Массивы являются набором однотипных перемен­ных, объединенных одним именем. Массивы бывают одномерные, которые можно представить как одномер­ные...

Признаков в популяции Задачи генетики: 1. В области с/х - выведение новых сортов растений и новых пород животных, а также усовершенствование существующих 2. Медицинская генетика - разработка методов диагностики неследственных заболеваний, разработка их профилактики 3. Генная инженерия 43. Особенности наследования при моногибридном скрещивании, установленные Г.Менделем. ...

Департамент образования Владимирской области

Профессиональное училище № 51

Практическая часть

К экзаменам по физике

Преподаватель физики:

Караваева А.В.

Билет № 1

Задача на применение закона сохранения массового числа и электрического заряда.

1. При облучении ядер алюминия – 27 жесткими γ-квантами образуются ядра магния – 26. какая частица выделяется в этой реакции? Напишите уравнение ядерной реакции.

2. При облучении ядер некоторого химического элемента протонами образуются ядра натрия-22 и α-частицы (по одной на каждый акт превращения). Какие ядра облучились? Напишите уравнение ядерной реакции.

По периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева: ; ; .

3. Напишите уравнение термоядерной реакции и определите ее энергетический выход, если известно, что при слиянии двух ядер дейтерия образуется нейтрон и неизвестное ядро.

Ответ: Е = - 3,3 МэВ

Билет № 2

Лабораторная работа

Измерение показателя преломления стекла.

Оборудование: Стеклянная призма, лампочка, булавки, транспортир, карандаш, линейка, таблица.

Выполнение работы.

α-угол падения

β-угол преломления

α=60 0 , sin α=0,86

β=35 0 , sin β=0,58

n – относительный показатель преломления

;

Вывод: Определили относительный показатель преломления стекла.

Билет № 3

Задача на определение периода и частоты свободных колебаний в колебательном контуре.

1. Вычислите частоту собственных колебаний в контуре, если его индуктивность равна 12 мГн, емкость 0,88 мкФ? А активное сопротивление равно нулю.

α=2х3,14х3х10 8 х

Ответ: α = 3,8 х 10 4 м.

Билет № 4

Задача на применении 1-го закона термодинамики.

1. При нагревании газ в цилиндре расширяется. При этом он толкает поршень, совершая работу 1000 Дж. Определить количество теплоты сообщаемое газу, если внутренняя энергия изменяется на 2500 Дж.

2. При изотермическом расширении газ совершил работу 50 Дж. Найдите изменение его внутренней энергии и количество теплоты, переданное ему в этом процессе.

Ответ: Δ U = 0, Q = 50 Дж.

3. Кислород массой 0,1 кг сжимается адиабатически. Температура газа при этом возрастает от 273 К до 373 К. Чему равно превращение внутренней энергии и работа, совершенная при сжатии газа?

Билет № 5

Лабораторная работа

Расчет и измерение сопротивления 2-х параллельно включенных резисторов.

Оборудование: амперметр, вольтметр, 2 резистора, источник тока, ключ.

Выполнение работы:

R 1 =40 м; R 2 =20 м

R=Ом

Вывод: Определили сопротивление 1-го и 2-го резисторов, общее сопротивление.

Билет № 6

Задача на движение или равновесие заряженной частицы в электрическом поле.

1. Капелька массой 10 -4 г находится в равновесии в электрическом поле с напряженностью 98 Н/Кл. Найти величину заряда капельки.

Билет № 8

Задача на применение уравнения Эйнштейна для фотоэффекта.

1. Определить максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов калия при освещении лучами с длиной волны 4х10 -7 м, если работа выхода 2,26 эВ.

2. Работа выхода электронов из кадмия равна 4,08 эВ. Какова длина волны света, падающего на поверхность кадмия, если максимальная скорость фотоэлектронов равна 7,2х10 5 м/с 2 ?

Билет № 9

Лабораторная работа

Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки.

Оборудование: дифракционная решетка, источник света, черный экран с узкой вертикальной щелью посередине.

Выполнение работы

λ – длина волны

d- постоянная решетки

d=0,01 мм = 10 -2 мм = 10 -5 м

b-расстояние по шкале экрана от щели до выбранной лини спектра

к – порядок спектра

а – расстояние от решетки до шкалы

Вывод: Научились определять длину световой волны с помощью дифракционной решетки.

Билет № 10

Задача на определение показателя преломления прозрачной среды.

1. Определите показатель преломления скипидара, если известно, что при угле падения 45 0 угол преломления 30 0 .

Билет № 11

Задача на применение закона электромагнитной индукции.

1. За какой промежуток времени магнитный поток изменится на 0,04 Вб, если в контуре возбуждается ЭДС индукции 16 В?

Ответ: ε= 400 В.

Билет № 12

Лабораторная работа

«Определение ускорения свободного падения при помощи математического маятника»

Оборудование: штатив, математический маятник, секундомер или часы, линейка.

Выполнение работы

g-ускорение свободного падения

l – длина нити

N=50 – число колебаний

Вывод: Экспериментально определили ускорение свободного падения при помощи математического маятника.

Билет № 13

Задача на применение уравнения идеального газа.

Билет № 14

Лабораторная работа

«Определение фокусного расстояния собирающей линзы»

Выполнение работы

F- фокусное расстояние

d- расстояние от предмета до линзы

f-расстояние от изображения до линзы

Д – оптическая сила линзы

м

Вывод: Научились определять фокусное расстояние и оптическую силу собирающей линзы.

Билет № 15

Лабораторная работа

«Измерение влажности воздуха»

Выполнение работы

Психрометр

1. Сухой термометр

2. Влажный термометр

3. Психрометрическая таблица

tc = 20 0 С tвп = 16 0 С

Δt = 20 0 C- 16 0 C=4 0 C

φ=98% - относительная влажность воздуха

Вывод: Научились определять влажность воздуха.

Билет № 16

Задача на применение графиков изопроцессов.

1. На рисунке изображены процессы изменения состояния некоторой массы газа. Назовите эти процессы. Изобразите графики процессов в системе координат Р 1 Т и VT

Р 1 >P 2 T 1 >T 2

... : электроны атомов излучают свет, имеющий линейчатый спектр. Разрешить противоречия планетарной ядерной модели строения атома первым попытался датский физик Нильс Бор. Билет 21. Квантовые постулаты Бора. Испускание и поглощение света атомами, объяснение этих процессов на основе квантовых представлений. Принцип спектрального...

Называются полупроводниками. Они долгое время не привлекали к себе внимания. Одним из первых начал исследования полупроводников выдающийся советский физик Абрам Федорович Иоффе. Полупроводники оказались не просто «плохими проводниками», а особым классом со многими замечательными физическими свойствами, отличающими их как от металлов, так и от диэлектриков. Чтобы понять свойства полупроводников, ...

3. Выполнены действия с наименованиеми. 4. Произведены вычисления. 5. Проведен анализ решения. 6. Решена более простая задача. БИЛЕТ N 5 I. Третий закон Ньютона. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное движение. К.Э.Циолковский - ...

Электрического заряда e на порядковый номер Z химического элемента в таблице Менделеева. Атомы, имеющие одинаковое строение, имеют одинаковую электронную оболочку и химически неразличимы. В ядерной физике применяются свои единицы измерения. 1 ферми – 1 фемтометр, . 1 атомная единица массы – 1/12 массы атома углерода. . Атомы с одинаковым зарядом ядра, но различными массами, называются изотопами...

РЕСПУБЛИКИ КРЫМ

«ПРИМОРСКИЙ ПРОМЫШЛЕННЫЙ ТЕХНИКУМ»

УТВЕРЖДАЮ___

Зам. директора по УР_

Шилкова Н.М.

«___»____________2016г.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ БИЛЕТЫ

Профессия: 08.01.18 – Электромонтажник электрических сетей и оборудования;

15.01.05 – Сварщик;

23.01.03 - Автомеханик

Группы: 212, 214, 218

Семестр: IV

Преподаватель: Шатная О.Г.

Рассмотрены на заседании № ___методической комиссии естественно-математического цикла.

Протокол № ___ от «___»______________2016г.

Председатель МК _____________Шатная О.Г.

«____»________________2016г.

Феодосия 2016

Пояснительная записка

Итоговая аттестация для профильной учебной дисциплины «физика» на втором курсе СПО для профессий технического профиля может проводиться в различных формах: устный экзамен по билетам, собеседование, письменная итоговая аттестация, защита рефератов, исследовательских и проектных работ.

При разработке экзаменационного материала использовались следующие законы Российской Федерации и приказы Министерства образования:

1. Приказ Министерства образования и науки 0т 5.03 2004г. № 1089 «Об утверждении федерального компонента государственных образовательных стандартов начального общего, основного общего и среднего (полного) общего образования (с изменениями на 23 июня 2015г.).

2. Приказ Министерства образования и науки РФ от 29.17.05г. № 413 «Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта среднего (полного) общего образования».

3. Приказ Министерства образования и науки РФ от 29.12 2014г. № 1645 «О внесении изменений в Приказ Министерства образования и науки Российской Федерации от 17.05 2012г. № 413 «Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта среднего (полного) общего образования».

4. Письмо Министерства образования и науки РФ, Федеральной службы по надзору в сфере образования и науки от 17.02 2014г. № 02-68 «О прохождении государственной итоговой аттестации по образовательным программам среднего общего образования обучающимися по образовательным программам среднего профессионального образования».

5. Письмо Департамента государственной политики в сфере подготовки рабочих кадров и ДПО Министерства образования и науки РФ от 17.03 2015 № 06-259 «Рекомендации по организации получения среднего общего образования в пределах освоения образовательных программ среднего профессионального образования на базе основного общего образования с учетом требований федеральных государственных образовательных стандартов и получаемой профессии или специальности среднего профессионального образования».

6. Кодификатор элементов содержания и требований к уровню подготовки выпускников образовательных организаций для проведения единого государственного экзамена по физике.

Экзамен по физике для профессий 08.01.18 – электромонтажник электрических сетей и оборудования, 15.01.05 - сварщик и 23.01.03 – автомеханик проверяет обязательный минимум освоения среднего образования и требований к уровню освоения учебной дисциплины «физика» на базовом уровне, кроме раздела «Электродинамика», который является профильным.

Структура билетов:

Комплект билетов для профессий, изучающих физику как профильный предмет 258 часов на два года, состоит из 26 билетов, каждый из которых включает два теоритических и один практический вопрос. Теоретические вопросы включают дидактические единицы раздела «Содержание учебной дисциплины» примерной программы общеобразовательной учебной дисциплины «Физика» для профессиональных образовательных организаций. Практическая часть (третий вопрос билетов) проверяет умения обучающихся решать расчетные задачи, а также измерять физические величины и проводить исследования различных физических явлений и законов. В тексте билетов приведены как тематика задач, так и возможная формулировка экспериментальных заданий. Окончательное решение о типах экспериментальных заданий принимается образовательным учебным заведением на основании программы и учебно-методического комплекта, по которому идет обучение в СПО.

В рамках стандарта профильного уровня «Требования к уровню подготовки выпускников» указано, что обучающиеся должны уметь представлять результаты измерений с учетом их погрешностей. Данное требование интерпретируется следующим образом. При проведении косвенных измерений (расчетов) оцениваются абсолютная и относительная погрешности прямых однократных измерений, лежащих в основе расчетов. Оценка же результатов косвенных измерений проводится лишь при сложении (вычитании) и умножении исходных величин. Во всех случаях, которые сопровождаются случайными погрешностями, требовать оценки погрешностей нельзя. В этих случаях прямо указывается лишь на проведение 3-5 измерений в неизменных условиях. Чаще всего термин «косвенные измерения» целесообразно заменит на «расчет по результатам прямых измерений». При построении графиков зависимости физических величин необходимо указывать погрешности прямых измерений, на основании которых строится график.

В приложении к комплекту билетов для профильного уровня приводятся примеры задач к некоторым билетам, которые дают представление о рекомендуемом уровне сложности практических заданий для устного экзамена.

При подготовке преподавателями физики комплектов билетов для устного экзамена рекомендуется сохранять структуру каждого билета: вопросы и задания, включенные в него, должны отражать различные разделы курса. Количество билетов 26 (не менее 20), это количество не зависит от числа обучающихся, сдающих экзамен.

Содержание теоретических и практических вопросов может быть изменено в соответствии с тем учебным-методическим компонентом, по которому изучалась физика в данной образовательной организации, а также с учетом имеющегося лабораторного оборудования. Практические вопросы должны содержать не менее 40% экспериментальных заданий, и при этом не допускается замена экспериментальных заданий расчетными задачами.

При внесении изменений в тексты билетов следует помнить, что общий объем и структура проверяемого на экзамене содержания должны отражать все элементы физических знаний и умений, которые предусмотрены разделом стандарта «Требования к уровню подготовки выпускников» соответствующего уровня».

В процессе подготовки к экзаменам обучающимся предлагаются тексты билетов и возможные варианты практических заданий к каждому из них. Для проведения экзамена готовится отдельный комплект текстовых заданий практической части для каждой группы, который утверждается администрацией образовательного заведения и согласуется с методической комиссией. Тексты заданий хранятся у директора образовательного заведения и заранее обучающимся не сообщаются.

При проведении устного экзамена по физике обучающимся предоставляется право использовать при необходимости:

Справочные таблицы физических величин;

Плакаты и таблицы для ответов на теоритические вопросы;

Непрограммируемый калькулятор для вычислений при решении задач;

Приборы и материалы для экспериментальных заданий.

Для подготовки ответа на вопросы билета обучающимся предоставляется не менее 40 минут.

Оценивать ответ можно, исходя из максимума в 5 баллов за каждый вопрос и выводя затем средний балл за экзамен.

При оценивании ответов обучающихся на теоритические вопросы целесообразно проведение поэлементного анализа ответа на основе требований к знаниям и умениям той программы, по которой они обучались, а также структурных элементов некоторых видов знаний и умений. Ниже приведены обобщающие планы основных элементов физических знаний, в которых знаком * обозначены те элементы, которые нужно считать обязательными и без которых невозможно выставление удовлетворительной оценки.

Решение задач (в билетах профильного уровня)

- считается полностью правильным , если верно записаны формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом, приведены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу, и представлен ответ.

- удовлетворительным может считаться решение, в котором записаны только исходные формулы, необходимые для решения задачи, и таким образом экзаменуемый демонстрирует понимание представленной в задаче физической модели. При этом допускается наличие ошибок в математических преобразованиях или неверной записи одной из исходных формул.

При оценке экспериментальных заданий

- максимальный балл ставится в том случае, если обучающийся выполняет работу в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности проведения опытов и измерений, самостоятельно и рационально монтирует необходимое оборудование, все опыты проводит в условиях и режимах, обеспечивающих получение правильных результатов и выводов, соблюдает требования правил техники безопасности, правильно и аккуратно выполняет все записи, рисунки, чертежи, графики, вычисления, а также правильно делает анализ погрешностей.

- удовлетворительная оценка ставится при условии понимания обучающимися проверяемого в экспериментальном задании физического явления и правильном проведении прямых измерений.

Критерии оценивания устного ответа на экзамене:

«5» выставляется обучающемуся, если он:

1) обнаружил полное понимание физической сущности рассматриваемых явлений и законом;

2) дает точное определение и истолкование основных понятий, законов, теорий, а также правильное определение физических величин, их единиц и способов;

3) технически грамотно выполняет чертежи, схемы, графики, сопутствующие ответу, правильно записывает формулы, измерения, пользуясь принятой системой условных обозначений;

4) при ответе не повторяет дословно текст учебника или лекции, а умеет отобрать главное, обнаруживает самостоятельность и аргументированность суждений, умеет установить связь между изучаемым материалом, усвоенным при изучении смежных предметов;

5) умеет самостоятельно и рационально работать с учебником, дополнительной литературой и справочником.

«4» ставится в том случае, если ответ удовлетворяет названным выше требованиям, но обучающийся:

1) допускает одну грубую ошибку или не более двух недочетов и может их самостоятельно или при небольшой помощи преподавателя;

2) не обладает достаточными навыками работы со справочной литературой.

«3» ставится в том случае, если обучающийся правильно понимает физическую сущность рассматриваемых явлений и закономерностей, но при ответе:

1) обнаруживает отдельные пробелы в усвоении существенных вопросов курса физики, не препятствующих дальнейшему усвоению программного материала;

2) испытывает затруднения в применении знаний, необходимых для решения задач различных типов, при объяснении конкретных физических явлений на основе теории и законов, или в подтверждении конкретных примеров практического применении теории;

3) отвечает не полно на вопросы преподавателя, или воспроизводит содержание учебника, но не достаточно понимает отдельные положения, имеющие важное значение в этом тексте.

«2» выставляется в том случае, если обучающийся:

1) не знает и не понимает значительную или основную часть программного материала в пределах поставленных вопросов.

Перечень вопросов, выносимых на экзамен

Виды механического движения. Относительность механического движения. Система отсчета. Скорость и ускорение при равноускоренном движении.

Кинематические характеристики и графическое описание равномерного прямолинейного движения.

Кинематические характеристики и графическое описание равноускоренного прямолинейного движения.

Сила. Силы в природе: упругости, трения, сила тяжести. Принцип суперпозиции.

Инерциальные системы отчета. Первый закон Ньютона. Принцип относительности Галилея.

Закон всемирного тяготения. Вес. Невесомость.

Импульс. Закон сохранения импульса. Реактивное движение.

Потенциальная и кинетическая энергия. Закон сохранения энергии в механике.

Свободные и вынужденные механические колебания. Гармонические колебания. Смещение, амплитуда, период, частота, фаза. Зависимость периода колебаний от свойств системы.

Механические волны. Длина волны. Звук. Скорость звука.

Модели строения газов, жидкостей и твердых тел.

Основные положения молекулярно-кинетической теории и их опытное обоснование. Броуновское движение.

Тепловое движение молекул. Абсолютная температура – мера средней кинетической энергии

Модель идеального газа. Связь между давлением и средней кинетической энергией молекул.

Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона).

Внутренняя энергия и способы ее изменения. Первый закон термодинамики.

Первый закон термодинамики. Необратимость тепловых процессов.

Тепловые двигатели и охрана окружающей среды. КПД тепловых двигателей.

Электрический заряд. Закон сохранения заряда. Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона.

Электрическое поле, его материальность. Напряженность и потенциал электрического поля.

Проводники и диэлектрики в электрическом поле. Диэлектрическая проницаемость.

Конденсатор. Электроемкость. Электроемкость плоского конденсатора. Соединение конденсаторов.

Постоянный электрический ток. Сопротивление участка цепи. Закон Ома для участка цепи.

Параллельное и последовательное соединение проводников.

Электродвижущая сила. Закон Ома для полной (замкнутой) цепи.

Тепловое действие тока. Закон Джоуля – Ленца. Мощность электрического тока.

Полупроводники. Собственная и примесная проводимость. Полупроводниковый диод. Полупроводниковые приборы.

Свободные носители электрических зарядов в проводниках. Механизм проводимости твердых металлов.

Свободные носители электрического заряда в проводниках. Механизм проводимости растворов и расплавов электролитов.

Магнитное поле. Постоянные магниты и магнитное поле тока и его материальность.

Сила Ампера.

Принцип действия электродвигателя. Электроизмерительные приборы.

Явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции. ЭДС индукции в движущемся проводнике.

Принцип действия генератора.

Колебательный контур. Свободные электрические колебания. Превращение энергии в колебательном контуре. Собственная частота колебаний в контуре.

Переменный ток. Техника безопасности в обращении с переменным током.

Устройство и принцип действия трансформатора. Его применение на практике. Передача и использование электроэнергии.

Производство, передача и использование электроэнергии.

Электромагнитное поле. Электромагнитная волна. Свойства электромагнитных волн.

Шкала электромагнитных волн. Применение электромагнитных волн в быту и технике.

Принцип радиотелефонной связи.

Свет как электромагнитная волна.

Дисперсия света.

Интерференция и дифракция света. Квантовые свойства света.

Законы отражения и преломления света. Полное отражение. Оптические приборы.

Линзы. Построение изображения в тонкой линзе. Формула тонкой линзы. Оптическая сила линзы.

Фотоэффект. Опыт А.Г. Столетова. Законы фотоэффекта. Технические устройства, основанные на применении фотоэффекта.

Строение атома. Планетарная модель и модель Бора. Поглощение и испускание света атомами. Квантование энергии.

Принцип действия и использование лазера.

Строение атомного ядра. Протон и нейтрон. Взаимосвязь массы и энергии. Энергия связи ядра.

Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений и их свойства.

Ядерные реакции. Деление и синтез ядер.

Перечень задач

Задача на применение уравнения состояния идеального газа.

Задача на определение зависимости давления идеального газа от температуры.

Задача на использование уравнения теплового баланса.

Задача на определение КПД теплового двигателя.

Задача на применение закона Кулона.

Задача на расчет электрической цепи с последовательным и параллельным соединением проводников.

Задача на использование закона Ома для участка цепи с учетом удельного сопротивления проводника.

Задача на применение закона Ома для полной (замкнутой) цепи.

Задача на определение нити накаливания лампы.

Задача на расчет напряженности электрического поля.

Задача на применение формулы силы Лоренца.

Задача на применение закона преломления света.

Задача на определение фокусного расстояния линзы.

Задача на определение максимальной кинетической энергии электрона при фотоэффекте.

Задача на определение длины волны, испускаемого света при переходе атома одного стационарного состояния в другое.

Задача на определение энергии связи атомных ядер.

Перечень практических заданий

Определение относительной влажности воздуха.

Определение количество молекул воздуха в учебном кабинете.

Определение работы выхода фотоэлектрона по графику зависимости кинетической энергии фотоэлектрона от частоты света.

Определение сопротивления проводника.

Определение длины медного провода в катушке зажигания.

Определение ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.

Исследование явления электромагнитной индукции.

Изучение зависимости периода колебания математического маятника от его длины.

Наблюдение дифракции света.

Наблюдение интерференции света.

Примерный вариант задач

Ниже приведены примеры задач к некоторым билетам, которые дают представление о рекомендуемом уровне сложности практических заданий для устного экзамена обучающихся СПО по профессиям, изучающих физику как профильный предмет.

Задача 1. Какое давление рабочей смеси устанавливается в цилиндрах двигателя, если к концу такта сжатия температура повышается с 50 до 250°С, а объем уменьшается с 0,75 до 0,12л? Первоначальное давление рабочей смеси равно 80кПа (Примечание 1л = 10 -3 м 3).

Задача 2. Давление газа в электрических лампах накаливания равно 0,45Па. Рассчитайте концентрацию молекул газа при указанном давлении и температуре 27°С.

Задача 3. Какую массу спирта нужно сжечь, чтобы нагреть 2кг воды от 14 до 50°С, если вся теплота, которая выделяется вследствие сгорания спирта, пойдет на нагрев воды?

Задача 4. КПД теплового двигателя 30%. Рабочее тело получило от нагревателя 5кДж теплоты. Рассчитайте работу, совершенную двигателем.

Задача 5. Два одинаковых заряда взаимодействуют в керосине с силой 0,1Н, находясь на расстоянии 10см. Рассчитайте величину этих зарядов.

Задача 6. Найдите распределение токов и напряжений в цепи, если амперметр показывает 2А. Сопротивления резисторов R 1 , R 2 , R 3 и реостата соответственно равны 2, 10, 15, 4Ом.

Задача 7. Участок цепи состоит из стальной проволоки длиной 2м и площадью поперечного сечения 0,48мм 2 , соединенный последовательно с никелиновой проволокой длиной 1м и площадью поперечного сечения 0,21мм 2 . Какое напряжение надо подвести к участку цепи, чтобы получить силу тока 0,6А?

Задача 8. Четыре элемента с внутренним сопротивлением 0,8Ом и ЭДС 2В каждый соединены последовательно и замкнуты на сопротивление 4,8Ом. Рассчитайте силу тока в цепи.

Задача 9. В рабочем режиме температура вольфрамовой нити накала лампы равна 2 800°С. Во сколько раз ее электрическое сопротивление в рабоче режиме больше, чем при 0°С?

Задача10. На расстоянии 3см от заряда 4нКл, находящегося в жидком диэлекутрике, напряженность электрического поля равна 20кВ/м. Какова диэлектрическая проницаемость диэлектрика?

Задача 11. Проводник длиной 40см находится в однородном магнитном поле с индукцией 0,8Тл. Проводник пришел в движение перпендикулярно силовым линиям, когда по нему пропустили электрический ток 5А. Определите работу магнитного поля, если проводник переместился на 20см.

Задача12. В однородное магнитное поле с индукцией 0,09Тл перпендикулярно силовым линиям влетает электрон со скоростью 4·10 4 м/с. Определить радиус окружности, которую будет описывать электрон.

Задача 13. Определите показатель преломления скипидара и скорость распространения света в скипидаре, если известно, что при угле падения

Задача 14. Выполняя лабораторную работу, ученик получил изображение горящей свечи на экране. Каковы фокусное расстояние, оптическая сила и увеличение линзы, если расстояние от свечи до линзы 30см, а расстояние от линзы до экрана 23см?

Задача 15. При переходе электрона в атоме водорода с третей стационарной орбиты на вторую излучабтся фотоны, соответствующие длине волны 0,652мкм (красная линия водородного спектра). Какую энергию теряет при этом атом водорода?

Задача 16. Вычислите энергию связи ядра атома кислорода.

Консультация по подготовке третьего вопроса

Примеры экспериментальных заданий

1. Наблюдение и объяснение физических явлений.

Билет № 10

Тема: Исследование явления электромагнитной индукции.

Оборудование: гальванометр, проволочная катушка, магнит.

Цель: Исследование условия возникновения индукционного тока.

Ход работы:

1. Подключить замкнутый контур к гальванометру.

2. Продемонстрировать способы получения индукционного тока в контуре.

3. Исследовать зависимость направления индукционного тока и его величину.

Подключите гальванометр к катушке, исследуйте возможные способы получения индукционного тока, направление и величину тока.

Билет № 4

Тема: Наблюдение дифракции света.

Оборудование: экран со щелью, штангенциркуль.

Цель: Исследовать дифракционные картины на щели экрана и штанген-циркуле.

Ход работы:

1. Пронаблюдать дифракционную картину на щели экрана.

2. Пронаблюдать дифракционную картину на штангенциркуле.

3. Исследовать полученные дифракционные картины.

Билет № 20

Тема: Наблюдение интерференции света

Оборудование: две стеклянные плоскопараллельные пластины

Цель: исследование интерфереционной картины, полученной на воздушном зазрое.

Ход работы:

1. Сложить две обезжиренные стеклянные пластинки и пронаблюдать интерфереционную картину.

2. Исследовать характер интерфереционной картины от степени нажима на пластины.

2. Измерение физических величин

Билет № 11

Тема: Определение числа молекул воздуха в учебном кобинете

Оборудование: Линейка, таблица плотности вещества

Ход работы:

1. Измерить параметры кабинета и определить его объем.

2. Определив плотность воздуха в кабинете, рассчитать массу воздуха.

3. Приняв молярную массу воздуха равной 0,029кг/моль, рассчитать число молекул в кабинете.

4. Определить абсолютную и относительную погрешность определения чи-сла молекул воздуха в кабинете.

Билет № 5

Тема: Определение относительной влажности в кабинете с помощью пси-хрометра

Оборудование: Термометр, ткань, вода, психрометрическая таблица

Цель: Измерить относительную влажность воздуха, имея один термометр и психрометрическую таблицу

Ход работы:

1. Измерить температуру воздуха.

2. Смочить ткань водой, обернуть термометр и измерить температуру воз-духа влажным термометром.

3. Используя разность показаний сухого и влажного термометра и психро-метрическую таблицу, определить относительную влажность воздуха.

Билет № 14

Тема: Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока

Оборудование: Источник тока, амперметр, вольтметр, соединительные провода.

Цель: Измерить ЭДС и определить внутреннее сопротивление источника тока

Ход ра боты:

1. Измерить ЭДС источника тока.

3. Проделайте опыты по измерению внутреннего сопротивления источника тока.

Билет № 18

Тема: Измерение сопротивления проводника

Оборудование: источник тока,амперметр, вольтметр, реостат

Цель: Определить сопритивление проводника

Ход работы:

1. Собрать электрическую цепь.

2. Измерить силу тока и напряжение на реостате.

3. По закону Ома для участка цепи определить сопротивление проводника.

4. Рассчитайте абсолютную и относительную погрешность измерения сопротивления.

Билет № 8

Тема: Определение длины медной проволоки в катушке зажигания

Оборудование: Источник питания, амперметр, вольтметр, соединительные провода, штангенциркуль, таблица удельных сопротивлений металлов

Цель: Определить длину медной проволоки, абсолютную и относительную погрешность измерения.

Ход работы:

1. Собрать электрическую цепь и измерить силу тока в цепи и напряжение на катушке.

3. Штангенциркулем измерить диаметр проволоки и определить площадь поперечного сечения.

4. Зная удельное сопротивление меди определить длину проводника.

5. Определить абсолютную и относительную погрешность измерений длины проволоки.

3. Расчет физической величины с использованием графических зависимостей исходных физических величин.

Билет № 7

Тема: Определить работу выхода фотоэлектронов по графику зависимости максимальной кинетической энергии фотоэлектронов от частоты света

Оборудование: график зависимости E k = E k (

Цель: определить работу выхода металла

Ход работы:

1. По графику определить красную границу фотоэффекта.

2. По определению красной границы фотоэффекта определить работу выхода для данного металла.

4. Установка связи между физическими величинами

Билет № 12

Тема: Проверка зависимости периода колебания математического маятника от длины нити

Оборудование: Штатив, два математических маятника, линейка, секундомер

Цель: Найти связь между периодом колебания математического маятника и его длиной

Ход работы:

1. Измерить периоды колебаний математических маятников.

2. Измерить длину нити обоих маятников.

3. Найти соотношение между периодом колебания маятников и их длиной.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ БИЛЕТЫ ПО ФИЗИКЕ

Билет №1

1. Механическое движение. Относительность движения. Система отсчета. Материальная точка. Траектория. Путь и перемещение. Мгновенная скорость.

2. Лабораторная работа по теме «Измерение ускорения тела при равноускоренном движении».

Билет №2

1. Свободное падение тел. Равномерное движение по окружности. Центростремительное ускорение. Кинематика вращательного движения. Связь между угловой и линейной скоростью.

2. Задача по теме «Законы сохранения в механике».

Билет №3

1. Взаимодействие тел. Сила. Второй закон Ньютона.

2. Задача по теме «Импульс тела».

Билет №4

1. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Проявление закона сохранения импульса в природе и его использование в технике.

2. Задача по теме «Кинематика вращательного движения».

Билет №5

1. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Вес тела. Невесомость.

2. Задача на нахождение КПД теплового двигателя.

Билет №6

1. Энергия. Потенциальная и кинетическая энергия..

2. Задача по теме «Первый закон термодинамики. КПД тепловых двигателей».

Билет №7

1. Превращение энергии при механических колебаниях. Свободные и вынужденные колебания.

2. Задача на параллельное соединение проводников

Билет №8

1. Опытное основание основных положений МКТ строения вещества. Масса и размер молекул. Постоянная Авогадро.

2. Задача на движение или равновесие зараженной частицы в электрическом поле.

Билет №9

1. Идеальный газ. Основное уравнение МКТ идеального газа. Температура и ее измерение. Абсолютная температура.

2. Задача на определение индукции магнитного поля (по закону ампера или формулы для расчета силы Лоренца).

Билет №10

1. Работа силы. Мощность.

2. Задача по теме «Закон сохранения энергии»

Билет №11

1. Уравнение состояния идеального газа. Изопроцессы.

2. Задача по теме «Закон Кулона».

Билет №12

1. Испарение и конденсация. Насыщение и ненасыщенные пары. Влажность воздуха. Измерение влажности воздуха.

2. Лабораторная работа «Измерение сопротивления двух последовательно соединенных резисторов».

Билет №13

1. Кристаллические и амфорные тела. Упругие и пластические деформации твердых тел.

2. Задача на применение закона электромагнитной индукции.

Билет №14

1. Силы и энергия межмолекулярного взаимодействия. Строение газообразных, жидких и твёрдых тел. Опыт Штерна.

2. Задача по теме «Внутренняя энергия. Расчет количества теплоты».

Билет №15

1. Идеальный газ. Параметры состояния идеального газа

2. Лабораторная работа по теме « Определение модуля упругости материала»

Билет №16

1. Внутренняя энергия. Теплоёмкость. Удельная теплоёмкость. Первое начало термодинамики. Адиабатный процесс.

2. Задача на применение закона сохранения энергии.

Билет № 17

1. Электромагнитная индукция. Магнитный поток. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца

2. Задача на тему «Закон сохранения импульса».

Билет №18

1. Конденсаторы. Электроемкость конденсатора. Применение конденсаторов.

2. Задача на применение уравнения состояния идеального газа.

Билет №19

1. Работа и мощность в цепи постоянного тока. Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи.

2. Лабораторная работа «Измерение массы тела».

Билет №20

1. Магнитное поле, условия его существования. Действие магнитного поля на электрический заряд и опыты, подтверждающие это действие. Магнитная индукция.

2. Лабораторная работа «Измерение влажности воздуха».

Билет №21

1. Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Полупроводниковые приборы.

2. Задача на изопроцессы.

Билет №22

1. Принцип действия тепловой машины. КПД теплового двигателя.

2. Задача на определение работы газа с помощью графика зависимости давления газа от его объема.

Билет №23

1. Второе начало термодинамики. Холодильная машина. Тепловой двигатель.

2. Задача на применение закона сохранения импульса.

Билет №24

1. Свойства жидкостей. Поверхностный слой жидкости. Капиллярные явления.

2. Лабораторное работа по теме «Определение влажности воздуха в кабинете физики».

Билет №25

1. Свойства твёрдых тел. Закон Гука. Механические свойства твёрдых тел. Плавление и кристаллизация.

2. Задача на определение модуля Юнга материала, из которого изготовлена проволока.

Билет №26

1. Принцип суперпозиции полей. Работа сил электростатического поля. Потенциал. Разность потенциалов.

2. Задача на применение закона Джоуля-Ленца.

Приложение к экзаменационным билетам (задачи).

Билет №2

Билет №3

Билет №4

Билет №5

Билет №6

Билет №7

Билет №8

Билет №9

Задача на определение индукции магнитного поля (по закону ампера или формулы для расчета силы Лоренца).

Определите индукцию однородного магнитного поля, если на проводник длиной 0,2м со стороны поля действует сила 50 мН. Проводник образует угол 30 0 направлением силовых линий поля и по нему течет ток силой 10 А.

Билет №10

Билет №11

Билет №13

Билет №14

Билет №16

Билет №17

Билет №18

Билет №21

Задача на изопроцессы.

На рисунке представлены две изохоры для одной и той же массы идеального газа. Как определяется отношение объемов, занимаемых газами , если углы наклона изохор к оси абсцисс равны и ?

Билет №22

Билет №23

Билет №25

Билет № 26

Эталоны правильных ответов

Билет№1

1. Механическое движение. Относительность движения. Система отсчета. Материальная точка. Траектория. Путь и перемещение. Мгновенная скорость.

Механическим движением называют измене­ние положения тела (или его частей) относительно других тел.

Из этих примеров видно, что всегда надо ука­зать тело, относительно которого рассматривается движение, его называюттелом отсчета. Система ко­ординат, тело отсчета, с которым она связана, и вы­бранный способ измерения времени образуютси­стему отсчета. Та­ким образом, иногда размерами тела по сравнению с расстоянием до него можно пренебречь, в этих случаях тело считают материальной точкой, Линию, вдоль которой движется материальная точка, называют траекторией. Длина части траектории между начальным и конечным положением точки называют путем (L). Единица измерения пути - 1м.

Механическое движение характеризуется тре­мя физическими величинами: перемещением, ско­ростью и ускорением.

Направленный отрезок прямой, проведенный из начального положения движущейся точки в ее конечное положение, называетсяперемещением (s).

Скорость - векторная физическая величина, характеризующая быстроту перемещения тела, чис­ленно равная отношению перемещения за малый промежуток времени к величине этого промежутка.

Ускорение - векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости, численно равная отношению изменения скорости к промежутку времени, в течение которого это измене­ние произошло

Движение, при котором скорость тела не ме­няется, т. е. тело за любые равные промежутки вре­мени перемещается на одну и ту же величину, назы­ваютравномерным прямолинейным движением.

При таком движении скорость и ускорение имеют одинаковые направления, причем скорость изменяется одинаково за любые равные промежутки времени. Этот вид движения называютравноуско­ренным.

При торможении автомобиля скорость умень­шается одинаково за любые равные промежутки вре­мени, ускорение меньше нуля; так как скорость уменьшается, то уравнения принимают вид:

v = v 0 + at, s = v 0 t - at 2 / 2. Такое движение называют равнозамедленным.

Билет №2

Свободное падение тел. Равномерное движение по окружности. Центростремительное ускорение. Кинематика вращательного движения. Связь между угловой и линейной скоростью.

1. Одним из наиболее распространенных видов движения с постоянным ус­корением - свободное падение тел.

Свободное падение - это движение тел только лишь под действием притяжения Земли (под действием силы тяжести).

При свободном падении все тела вблизи поверхности Земли независимо от их массы приобретают одинаковое ускорение, называемое ускорением свободного падения.

Условное обозначение ускорения свободного падения - g.

На поверхности Земли ускорение свободного падения (g) меняется в пре­делах от 9,78 м/с 2 на экваторе до 9,83 м/с 2 на полюсе.

2. Движение по окружности - частный случай криволинейного движения.

Если за любые равные промежутки времени радиус-вектор тела поворачивается на одинаковые углы, а линейная скорость тела по модулю не изменяется (т. е. если |v 0 |=|v|), движение тела по окружности называют равномерным (не следует забывать, что равномерное движение по окружности происходит с ускорением, так как скорость тела непрерывно меняется по направлению).

Угловой скоростью называют величину, равную отношению угла поворота радиуса-вектора точки, движущейся по окружности к промежутку времени t, в течение которого произошел этот поворот.

Скорость тела, направленную по касательной к окружности, называют линейной .

Мгновенная скорость тела в каждой точке криволинейной траектории направлена по касательной к траектории. Следовательно, в криволинейном движении направление скорости тела непрерывно изменяется . т.е. движение по окружности со скоростью, постоянной по модулю является ускоренным. Центростремительное ускорение всегда направлено к центру окружности:

Линейная и угловая скорости связаны между собой: , т.е. .

Период - физическая величина, показывающая, чему равно время, за которое точка совершает один полный оборот. Если обозначить N – число оборотов, а Т – период, то: .

Единица измерения в СИ – с. Т.к. за период точка поворачивается на угол2π , то .

Частота – количество оборотов, которое совершила точка за единицу времени: .

Единица измерения в СИ – Гц (герц ). Частота равна одному герцу, если за 1 секунду точка совершает один полный оборот (1Гц=1с -1 ). Частота и период – взаимно обратные величины: . Следовательно: .

Билет№3

Сила. Масса. Второй закон Ньютона.

Действия тел друг на друга, создающие ускорение, называются силами. Все силы можно разделить на два основных типа: силы, действующие при непосред­ственном соприкосновении, и силы, которые действуют независимо от того, со­прикасаются тела или нет, т. е. на расстоянии.

Сила - векторная величина. Силу измеряют динамометром. Силы, действующие при непосредственном соприкосновении, действуют по всей соприкасающейся поверхности тел. Молоток, ударяющий по шляпке гвоздя, дей­ствует на всю шляпку. Но если площадь мала, то считают, тело действует на одну точку. Эта точка называется точкой приложения. Если же на тело действует несколько сил, то их действие на тело можно заме­нить одной заменяющую силу называют суммой или равнодействующей.

Свойство тел приобретать определенное ускорение при данном воздействии называется инертностью . Инертность состоит в том, что для изменения скорости тела на заданную величину нужно, чтобы на него действовало другое тело и это действие длилось некоторое время. Инертность - это свойство, присущее всем телам. Масса тела - количественная мера его инертности.

О теле, которое в результате взаимодействия меньше изменяет свою скорость, говорят, что оно более инертно, масса его больше:

В СИ единицей массы тела является килограмм (кг).

Так как масса входит в закон всемирного тяготения, то она определяет также гравитационное взаимодействие тел.

II закон Ньютона

Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на создаваемое этой силой ускорение, причем направления силы и ускорения совпадают: а =F/m

Закон можно выразить в другой форме. Ускорение, сообщаемое телу, прямо пропорционально действующей на тело силе,- обратно пропорционально массе тела и направлено так же, как и сила.

Особенности II закона Ньютона:

1. Верен для любых сил.

2. Сила - причина, определяет ускорение.

3. Вектор а сонаправлен с вектором F.

4. Если действуют на тело несколько сил, то берется равнодействующая.

5. Если равнодействующая равна нулю, то ускорение равно нулю. (Первый закон Ньютона)

6. Можно применять только по отношению к телам, скорость которых мала по сравнению со скоростью света.

Билет№4

План ответа

1. Импульс тела. 2. Закон сохранения импуль­са. 3. Применение закона сохранения импульса. 4. Реактивное движение.

Существуют величины, которые могут сохра­няться при взаимодействии тел. Такими величинами являются энергия и импульс.

Импульсом тела называют векторную физи­ческую величину, являющуюся количественной ха­рактеристикой поступательного движения тел. Им­пульс обозначается р. Единица измерения импульса

Р - кг м/с. Импульс тела равен произведению мас­сы тела на его скорость: р = mv. Направление векто­ра импульса р совпадает с направлением вектора скорости тела v (рис. 4).

Для импульса тел выполняется закон сохране­ния.Имеет вид m 1 v 1 + т 2 v 2 = m 1 v 1 " + т 2 v 2 " где т 1 и

т 2 - массы тел, а v 1 и v 2 , - скорости до взаимодей­ствия, v 1 " и v 2 " - скорости после взаимодействия. Эта

формула и является математическим выражением закона сохранения импульса:импульс замкнутой физической системы сохраняется при любых вза­имодействиях, происходящих внутри этой системы.

В механике закон сохранения импульса и за­коны Ньютона связаны между собой. Если на тело массой т в течение времени t действует сила и ско­рость его движения изменяется от v 0 до v, то уско­рение движения a тела равно a = (v - v 0)/t. На осно­вании второго закона Ньютона для силы F можно записать F = та = m(v - v 0)/t, отсюда следует

Ft = mv - mv 0 .

Ft - векторная физическая величина, харак­теризующая действие на тело силы за некоторый промежуток времени и равная произведению силы на время t ее действия, называетсяимпульсом силы.

Единица импульсав СИ - Н с.

Закон сохранения импульса лежит в основе реактивного движения.Реактивное движение - это такое движение тела, которое возникает после отде­ления от тела его части.

Большая заслуга в развитии теории реак­тивного движения принадлежит К. Э. Циолковскому.

Он разработал теорию полета тела переменной массы (ракеты) в однородном поле тяготения и рас­считал запасы топлива, необходимые для преодоле­ния силы земного притяжения; основы теории жид­костного реактивного двигателя, а так же элементы его конструкции; теорию многоступенчатых ракет, причем предложил два варианта: параллельный (несколько реактивных двигателей работают одно­временно) и последовательный (реактивные двигате­ли работают друг за другом).В основе движения многих морских моллюсков (осьминогов, медуз, кальмаров, каракатиц) также лежит реактив­ный принцип.

Билет №5

Закон всемирного тяготения. Гравитационное поле. Сила тяжести. Вес тела.

Исаак Ньютон выдвинул предположение, что между любыми телами в природе существуют силы взаимного притяжения. Эти силы называют силами гравитации, или силами всемирного тяготения. Сила всемирного тяготения проявляется в Космосе, Солнечной системе и на Земле. Ньютон обобщил законы движения небесных тел и выяснил, что сила F равна:

m 1 и т 2 -массы взаимодействующих тел, R - расстояние между ними, G - коэффициент пропорциональности, который называется гравитационной постоянной. Численное значение гравитационной постоянной опытным путем определил Кавендиш, измеряя силу взаимодействия между свинцовыми шарами. В результате закон всемирного тяготения звучит так: между любыми материальными точками существует сила взаимного притяжения, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними, действующая по линии, соединяющей эти точки.

Силы всемирного тяготения действуют между любыми телами в природе, но ощутимыми они становятся при больших массах (или если хотя бы масса одного из тел велика). Закон же всемирного тяготения выполняется только для материальных точек и шаров (в этом случае за расстояние принимается расстояние между центрами шаров).

Частным видом силы всемирного тяготения является сила притяжения тел к Земле (или к другой планете). Эту силу называют силой тяжести . Под действием этой силы все тела приобретают ускорение свободного падения. В соответствии со вторым законом Ньютона g = F тяж *m следовательно, F тяж = mg. Сила тяжести всегда направлена к центру Земли. В зависимости от высоты h над поверхностью Земли и географической широты положения тела ускорение свободного падения приобретает различные значения. На поверхности Земли и в средних широтах ускорение свободного падения равно 9,831 м/с2.
В технике и быту широко используется понятие веса тела . Весом тела называют силу, с которой тело давит на опору или подвес в результате гравитационного притяжения к планете (рис. 1). Вес тела обозначается Р. Единица веса - Н. Так как вес равен силе, с которой тело действует на опору, то в соответствии с третьим законом Ньютона по величине вес тела равен силе реакции опоры. Поэтому, чтобы найти вес тела, необходимо определить, чему равна сила реакции опоры.

Если тело свободно падает, то в этом случае P = (g- g)m = 0 . Состояние тела, в котором его вес равен нулю, называют невесомостью. Состояние невесомости наблюдается в самолете или космическом корабле при движении с ускорением свободного падения независимо от направления и значения скорости их движения. За пределами земной атмосферы при выключении реактивных двигателей на космический корабль действует только сила всемирного тяготения. Под действием этой силы космический корабль и все тела, находящиеся в нем, движутся с одинаковым ускорением, поэтому в корабле наблюдается состояние невесомости.

Билет №6

Энергия. Потенциальная и кинетическая энергия.

Движущиеся тела имеют способность выполнять работу в случае изменения скорости. Энергия, которой обладает тело вследствие своего движения, называется кинетической энергией.

Часть механической энергии, обусловленная движением тела, называется кинетической энергией - Ек.

Зависимость кинетической энергии от массы движущегося тела и его скорости

Кинетическая энергия тела, движущегося с определенной скоростью, равна работе, которую нужно выполнить, чтобы придать неподвижному телу эту скорость. Пусть до неподвижного тела массой m приложена постоянную силу F. Тогда Eк = А = Fs, где s- модуль перемещения. Подставляя в эту формулу выражения F = mа и s = v 2 /2a , получим: кинетическая энергия тела массой m, движущегося со скоростью v , выражается формулой Eк = mv 2 /2.

Часть механической энергии, которая определяется взаимным расположением тел, которые взаимодействуют, называется потенциальной энергией - Еп .

Например, если сила тяжести выполняет работу во время падения груза вниз, система «поднятый груз и Земля» имеет потенциальную энергию.

Обозначим изменение потенциальной энергии , где индексом 1 обозначены начальное состояние системы, а индексом 2 - конечный.

Если во время изменения взаимного расположения тел система выполняет положительную работу, ее потенциальная энергия уменьшается, а если система выполняет отрицательную работу, ее потенциальная энергия увеличивается.

Изменение потенциальной энергии ΔЕп и А работа, выполненная системой, связаны соотношением:

ΔЕп = -A.

Из этой формулы следует, что физический смысл имеет только изменение потенциальной энергии: она измеряется работой, что ее исполнила система. Выбор нулевого уровня потенциальной энергии определяется соображениями удобства для решения каждой конкретной задачи.

а) Потенциальная энергия груза, поднятого над землей . Во время поднятия груза массой m на высоту h работа выполняется mgh , поэтому потенциальная энергия системы «груз и Земля» увеличивается на mgh. Выберем как нулевой уровень потенциальной энергии состояние системы, когда груз находится на поверхности земли. Тогда Еп = mgh .

б) Потенциальная энергия деформированной пружины. Потенциальная энергия деформированной пружины равна работе, которую надо выполнить, чтобы деформировать пружину. А = kx 2 /2, где k - жесткость пружины, x - ее удлинение. Следовательно, потенциальная энергия деформированной пружины Eп = kx 2 /2.

Билет №7

План ответа

1. Определение колебательного движения. 2. Свободные колебания. 3. Превращения энергии. 4. Вынужденные колебания.

Механическими колебаниями называют дви­жения тела, повторяющиеся точно или приблизи­тельно через одинаковые промежутки времени. Основ­ными характеристиками механических колебаний являются: смещение, амплитуда, частота, период. Смещение - это отклонение от положения равнове­сия.Амплитуда - модуль максимального отклоне­ния от положения равновесия.Частота - число полных колебаний, совершаемых в единицу времени. Период - время одного полного колебания, т. е. ми­нимальный промежуток времени, через который происходит повторение процесса. Период и частота связаны соотношением: v = 1/T.

Простейший вид колебательного движения - гармонические колебания, при которых колеблю­щаяся величина изменяется со временем по закону синуса или косинуса (рис.).

Свободными - называют колебания, которые совершаются за счет первоначально сообщенной энергии при последующем отсутствии внешних воз­действий на систему, совершающую колебания. На­пример, колебания груза на нити (рис.).

Рассмотрим процесс превращения энергии на примере колебаний груза на нити (см. рис.).

При отклонении маятника от положения рав­новесия он поднимается на высоту h относительно нулевого уровня, следовательно, в точке А маятник обладает потенциальной энергией mgh. При движе­нии к положению равновесия, к точке О, уменьшает­ся высота до нуля, а скорость груза увеличивается, и в точке О вся потенциальная энергия mgh превратит­ся в кинетическую энергию mv г /2. В положении равновесия кинетическая энергия имеет максималь­ное значение, а потенциальная энергия минимальна. После прохождения положения равновесия происхо­дит превращение кинетической энергии в потенци­альную, скорость маятника уменьшается и при мак­симальном отклонении от положения равновесия становится равной нулю. При колебательном движе­нии всегда происходят периодические превращения его кинетической и потенциальной энергий.

При свободных механических колебаниях не­избежно происходит потеря энергии на преодоление сил сопротивления. Если колебания происходят под действием периодически действующей внешней си­лы, то такие колебания называютвынужденными.

При совпадении частоты внешней силы и час­тоты собственных колебаний тела амплитуда вынуж­денных колебаний резко возрастает. Такое явление называют механическим резонансом.

Хт- амплитуда

w - частота внешней силы

w0 - частота собственных колебаний

Явление резонанса может быть причиной раз­рушения машин, зданий, мостов, если собственные их частоты совпадают с частотой периодически дей­ствующей силы. Поэтому, например, двигатели в ав­томобилях устанавливают на специальных амортиза­торах, а воинским подразделениям при движении по мосту запрещается идти «в ногу».

Билет №8

План ответа

1. Основные положения. 2. Опытные доказа­тельства. 3. Микро-характеристики вещества.

Молекулярно-кинетическая теория - это раз­дел физики, изучающий свойства различных состоя­ний вещества, основывающийся на представлениях о существовании молекул и атомов, как мельчайших частиц вещества. В основе МКТ лежат три основных положения:

1. Все вещества состоят из мельчайших час­тиц: молекул, атомов или ионов.

2. Эти частицы находятся в непрерывном хао­тическом движении, скорость которого определяет температуру вещества.

3. Между частицами существуют силы притя­жения и отталкивания, характер которых зависит от расстояния между ними.

Основные положения МКТ подтверждаются многими опытными фактами. Существование моле­кул, атомов и ионов доказано экспериментально, мо­лекулы достаточно изучены и даже сфотографирова­ны с помощью электронных микроскопов. Способ­ность газов неограниченно расширяться и занимать весь предоставленный им объем объясняется непре­рывным хаотическим движением молекул. Упругость газов, твердых и жидких тел, способность жидкостейсмачивать некоторые твердые тела, процессы окра­шивания, склеивания, сохранения формы твердыми телами и многое другое говорят о существовании сил притяжения и отталкивания между молекулами. Явление диффузии - способность молекул одного вещества проникать в промежутки между молекула­ми другого - тоже подтверждает основные положе­ния МКТ. Явлением диффузии объясняется, напри­мер, распространение запахов, смешивание разно­родных жидкостей, процесс растворения твердых тел в жидкостях, сварка металлов путем их расплавления или путем давления. Подтверждением непре­рывного хаотического движения молекул является также и броуновское движение - непрерывное хао­тическое движение микроскопических частиц, не­растворимых в жидкости.

Движение броуновских частиц объясняется хаотическим движением частиц жидкости, которые сталкиваются с микроскопическими частицами и приводят их в движение. Опытным путем было дока­зано, что скорость броуновских частиц зависит от температуры жидкости. Теорию броуновского движе­ния разработал А. Эйнштейн. Законы движения час­тиц носят статистический, вероятностный характер. Известен только один способ уменьшения интенсив­ности броуновского движения - уменьшение темпе­ратуры. Существование броуновского движения убе­дительно подтверждает движение молекул.

Любое вещество состоит из частиц, поэтому количество вещества принято считать пропорцио­нальным числу частиц, т. е. структурных элементов, содержащихся в теле, v.

Единицей количества вещества является моль. Моль - это количество вещества, содержащее столько же структурных элементов любого вещества, сколько содержится атомов в 12 г углерода С 12 . От­ношение числа молекул вещества к количеству ве­щества называютпостоянной Авогадро:

n a = N/v. na =6,02 10 23 моль -1 .

Постоянная Авогадро показывает, сколько ато­мов и молекул содержится в одном моле вещества.Мо­лярной массой называют величину, равную отноше­нию массы вещества к количеству вещества:

Молярная масса выражается в кг/моль. Зная молярную массу, можно вычислить массу одной мо­лекулы:

m 0 = m/N = m/vN A = М/N A

Средняя масса молекул обычно определяется химическими методами, постоянная Авогадро с вы­сокой точностью определена несколькими физиче­скими методами. Массы молекул и атомов со значи­тельной степенью точности определяются с помощью масс-спектрографа.

Массы молекул очень малы. Например, масса молекулы воды: т = 29,9 10 -27 кг.

Молярная масса связана с относительной мо­лекулярной массой Mr. Относительная молярная масса - это величина, равная отношению массы мо­лекулы данного вещества к 1/12 массы атома угле­рода С 12 . Если известна химическая формула вещест­ва, то с помощью таблицы Менделеева может быть определена его относительная масса, которая, будучи выражена в килограммах, показывает величину мо­лярной массы этого вещества.

Билет №9

План ответа

1. Понятие идеального газа, свойства. 2. Объ­яснение давления газа. 3. Необходимость измерения температуры. 4. Физический смысл температуры. 5. Температурные шкалы. 6. Абсолютная темпера­тура.

Для объяснения свойств вещества в газообраз­ном состоянии используется модель идеального газа. Идеальным принято считать газ, если:

а) между мо­лекулами отсутствуют силы притяжения, т. е. моле­кулы ведут себя как абсолютно упругие тела;

б) газ очень разряжен, т. е. расстояние между молекулами намного больше размеров самих молекул;

в) тепловое равновесие по всему объему достигается мгновенно. Условия, необходимые для того, чтобы реальный газ обрел свойства идеального, осуществляются при со­ответствующем разряжении реального газа. Некото­рые газы даже при комнатной температуре и атмо­сферном давлении слабо отличаются от идеальных.

Основными параметрами идеального газа являются давление, объем и температура.

Одним из первых и важных успехов МКТ было качественное и количественное объяснение давления газа на стенки сосуда.Качественное объяснение за­ключается в том, что молекулы газа при столкнове­ниях со стенками сосуда взаимодействуют с ними по законам механики как упругие тела и передают свои импульсы стенкам сосуда.

На основании использования основных поло­жений молекулярно-кинетической теории было по­лучено основное уравнение МКТ идеального газа, ко­торое выглядит так: р = 1/3 т 0 пv 2 .

Здесь р - давление идеального газа, m 0 -

масса молекулы, п - концентрация молекул, v 2 - средний квадрат скорости молекул.

Обозначив среднее значение кинетической энергии поступательного движения молекул идеаль­ного газа Е k получим основное уравнение МКТ иде­ального газа в виде: р = 2/3nЕ k .

Однако, измерив только давление газа, невоз­можно узнать ни среднее значение кинетической энергии молекул в отдельности, ни их концентра­цию. Следовательно, для нахождения микроскопиче­ских параметров газа нужно измерение какой-то еще физической величины, связанной со средней кинети­ческой энергией молекул. Такой величиной в физике является температура.Температура - скалярная физическая величина, описывающая состояние тер­модинамического равновесия (состояния, при кото­ром не происходит изменения микроскопических па­раметров). Как термодинамическая величина температура характеризует тепловое состояние системы и измеряется степенью его отклонения от принятого за нулевое, как молекулярно-кинетическая величина характеризует интенсивность хаотического движения молекул и измеряется их средней кинетической энергией.

E k = 3/2 kT, где k = 1,38 10 -23 Дж/К и назы­ваетсяпостоянной Больцмана.

Температура всех частей изолированной си­стемы, находящейся в равновесии, одинакова. Изме­ряется температура термометрами в градусах раз­личных температурных шкал. Существует абсолют­ная термодинамическая шкала (шкала Кельвина) и различные эмпирические шкалы, которые отличают­ся начальными точками. До введения абсолютной шкалы температур в практике широкое распростра­нение получила шкала Цельсия (за О °С принята точка замерзания воды, за 100 °С принята точка ки­пения воды при нормальном атмосферном давлении).

Единица температуры по абсолютной шкале называетсяКельвином и выбрана равной одному гра­дусу по шкале Цельсия 1 К = 1 °С. В шкале Кельви­на за ноль принят абсолютный ноль температур, т. е. температура, при которой давление идеального газа при постоянном объеме равно нулю. Вычисления да­ют результат, что абсолютный ноль температуры ра­вен -273 °С. Таким образом, между абсолютной шкалой температур и шкалой Цельсия существует связь Т = t °С + 273. Абсолютный ноль температур недостижим, так как любое охлаждение основано на испарении молекул с поверхности, а при приближе­нии к абсолютному нулю скорость поступательного движения молекул настолько замедляется, что испарение практически прекращается. Теоретически при абсолютном нуле скорость поступательного движения молекул равна нулю, т. е. прекращается тепловое движение молекул.

Билет №10

Работа силы. Мощность.

Работа силы равна произведению модулей силы и перемещения и косинуса угла между ними. Эта формула справедлива в том случае, когда сила постоянна и перемещение тела происходит вдоль прямой.

Знак работы определяется знаком косинуса угла между силой и перемещением.

Если α<90˚, то A>0,

Если α>90˚, то A<0

Если α=0, то A=0

Если на тело действует несколько сил, то полная работа (сумма работ всех сил) равна работе результирующей силы.

A = F1r| ∆r|+F2r|∆r| +…=A1+A2+… .

В Международной системе единиц работа измеряется в джоулях (Дж)

1 Дж = 1 Н·1 м = 1 Н·м

Джоуль – это работа, совершаемая силой 1 Н на перемещение 1 м, если направления силы и перемещения совпадают.

Мощностью называют отношение работы А к интервалу времени ∆t, за который эта работа совершена. N = A/∆t

Если мы в формулу мощности подставим формулу работы, то получится, что мощность равна произведению модуля вектора силы на модуль вектора скорости и на косинус угла между напр

1. Механическое движение. Материальная точка.

Механическим движением тела называется изменение его положения в пространстве относительно других тел с течением времени. Изучает движение тел механика. Движение абсолютно твердого тела (не деформирующегося при движении и взаимодействии), при котором все его точки в данный момент времени движутся одинаково, называется поступательным движением, для его описания необходимо и достаточно описать движение одной точки тела. Движение, при котором траектории всех точек тела являются окружностями с центром на одной прямой и все плоскости окружностей перпендикулярны этой прямой, называется вращательным движением. Тело, формой и размерами которого в данных условиях можно пренебречь, называется материальной точкой.

Это пренебрежение допустимо сделать тогда, когда размеры тела малы по сравнению с расстоянием, которое оно проходит или расстоянием данного тела до других тел. Чтобы описать движение тела, нужно знать его координаты в любой момент времени. В этом и залючается основная задача механики.

2. Относительность движения. Система отсчета. Единицы измерения.

Для определения координат материальной точки необходимо выбрать тело отсчета и связать с ним систему координат и задать начало отсчета времени. Система координат и указание начала отсчета времени образуют систему отсчета, относительно которой рассматривается движение тела. Система должна двигаться с постойнной скоростью (или покоиться, что вообще говоря одно и то же). Траектория движения тела, пройденный путь и перемещение – зависят от выбора системы отсчета, т.е. механическое движение относительно. Единицей измерения длины является метр, равный расстоянию, проходимому свету в вакууме за секунды. Секунда – единица измерения времени, равна периодам излучения атома цезия-133.

3. Траектория. Путь и перемещение. Мгновенная скорость.

Траекторией тела называется линия, описываемая в пространстве движущейся материальной точкой. Путь – длина участка траектории от начального до конечного перемещения материальной точки. Радиус-вектор – вектор, соединяющий начало координат и точку пространства. Перемещение – вектор, соединяющий начальную и конечную точки участка траектории, пройденные за время. Скорость – физическая величина, характеризующая быстроту и направление движения в данный момент времени. Средняя скорость определяется как. Средняя путевая скорость равна отношению пути, пройденному телом за промежуток времени к этому промежутку. . Мгновенная скорость (вектор) – первая производная от радиус-вектора движущейся точки. . Мгновенная скорость направлена по касательной к траектории, средняя – вдоль секущей. Мгновенная путевая скорость (скаляр) – первая производная пути по времени, по величине равна мгновенной скорости

4. Равномерное прямолинейное движение. Графики зависимости кинематических величин от времени в равномерном движении. Сложение скоростей.

Движение с постоянной по модулю и направлению скоростью называется равномерным прямолинейным движением. При равномерном прямолинейном движении тело за любые равные промежутки времени проходит одинаковые расстояния. Если скорость постоянна, то пройденный путь вычисляется как. Классический закон сложения скоростей формулируется следующим образом: скорость движения материальной точки по отношению к системе отсчета, принимаемой за неподвижную, равна векторной сумме скоростей движения точки в подвижной системе и скорости движения подвижной системы относительно неподвижной.

5. Ускорение. Равноускоренное прямолинейное движение. Графики зависимости кинематических величин от времени в равноускоренном движении.

Движение, при котором тело за равные промежутки времени совершает неодинаковые перемещения, называют неравномерным движением. При неравномерном поступательном движении скорость тела изменяется с течением времени. Ускорение (вектор) – физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости по модулю и по направлению. Мгновенное ускорение (вектор) – первая производная скорости по времени. .Равноускоренным называется движение с ускорением, постоянным по модулю и направлению. Скорость при равноускоренном движении вычисляется как.

Отсюда формула для пути при равноускоренном движении выводится как

Также справедливы формулы, выводимая из уравнений скорости и пути при равноускоренном движении.

6. Свободное падение тел. Ускорение свободного падения.

Падением тела называется его движение в поле силы тяжести (???) . Падение тел в вакууме называется свободным падением. Экспериментально установлено, что при свободном падении тела движутся одинаково независимо от своих физических характеристик. Ускорение, с которым падают на Землю тела в пустоте, называется ускорением свободного падения и обозначается

7. Равномерное движение по окружности. Ускорение при равномерном движении тела по окружности (центростремительное ускорение)

Любое движение на достаточно малом участке траектории возможно приближенно рассматривать как равномерное движение по окружности. В процессе равномерного движения по окружности значение скорости остается постоянным, а направление вектора скорости изменяется. <рисунок>.. Вектор ускорения при движении по окружности направлен перпендикулярно вектору скорости (направленному по касательной), к центру окружности. Промежуток времени, за который тело совершает полный оборот по окружности, называется периодом. . Величина, обратная периоду, показывающая количество оборотов в единицу времени, называется частотой . Применив эти формулы, можно вывести, что, или . Угловая скорость (скорость вращения) определяется как . Угловая скорость всех точек тела одинакова, и характеризует движения вращающегося тела в целом. В этом случае линейная скорость тела выражается как , а ускорение – как .

Принцип независимости движений рассматривает движение любой точки тела как сумму двух движений – поступательного и вращательного.

8. Первый закон Ньютона. Инерциальная система отсчета.

Явление сохранения скорости тела при отсутствии внешних воздействий называется инерцией. Первый закон Ньютона, он же закон инерции, гласит: “существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущиеся тела сохраняют свою скорость постоянной, если на них не действуют другие тела”. Системы отсчета, относительно которых тела при отсутствии внешних воздействий движутся прямолинейно и равномерно, называются инерциальными системами отсчета. Системы отсчета, связанные с землей считают инерциальными, при условии пренебрежения вращением земли.

9. Масса. Сила. Второй закон Ньютона. Сложение сил. Центр тяжести.

Причиной изменения скорости тела всегда является его взаимодействие с другими телами. При взаимодействии двух тел всегда изменяются скорости, т.е. приобретаются ускорения. Отношение ускорений двух тел одинаково при любых взаимодействиях. Свойство тела, от которого зависит его ускорение при взаимодействии с другими телами, называется инертностью. Количественной мерой инертности является масса тела. Отношение масс взаимодействующих тел равно обратному отношению модулей ускорений. Второй закон Ньютона устанавливает связь между кинематической характеристикой движения – ускорением, и динамическими характеристиками взаимодействия – силами. , или, в более точном виде, , т.е. скорость изменения импульса материальной точки равна действующей на него силе. При одновременном действии на одно тело нескольких сил тело движется с ускорением, являющимся векторной суммой ускорений, которые возникли бы при воздействии каждой из этих сил в отдельности. Действующие на тело силы, приложенные к одной точке, складываются по правилу сложения векторов. Это положение называют принципом независимости действия сил. Центром масс называется такая точка твердого тела или системы твердых тел, которая движется так же, как и материальная точка массой, равной сумме масс всей системы в целом, на которую действуют та же результирующая сила, что и на тело. . Проинтегрировав это выражение по времени, можно получить выражения для координат центра масс. Центр тяжести – точка приложения равнодействующей всех сил тяжести, действующих на частицы этого тела при любом положении в пространстве. Если линейные размеры тела малы по сравнению с размером Земли, то центр масс совпадает с центром тяжести. Сумма моментов всех сил элементарных тяжести относительно любой оси, проходящей через центр тяжести, равна нулю.

10. Третий закон Ньютона.

При любом взаимодействии двух тел отношение модулей приобретенных ускорений постоянно и равно обратному отношению масс. Т.к. при взаимодействии тел векторы ускорений имеют противоположное направление, можно записать, что . По второму закону Ньютона сила, действующая на первое тело равна , а на второе . Таким образом, . Третий закон Ньютона связывает между собой силы, с которыми тела действуют друг на друга. Если два тела взаимодействуют друг с другом, то силы, возникающие между ними приложены к разным телам, равны по величине, противоположны по направлению, действуют вдоль одной прямой, имеют одну и ту же природу.

11. Силы упругости. Закон Гука.

Сила, возникающая в результате деформации тела и направленная в сторону, противоположную перемещениям частиц тела при этой деформации, называется силой упругости. Опыты со стержнем показали, что при малых по сравнению с размерами тела деформациях модуль силы упругости прямо пропорционален модулю вектора перемещения свободного конца стержня, что в проекции выглядит как . Эту связь установил Р.Гук, его закон формулируется так: сила упругости, возникающая при деформации тела, пропорциональна удлинению тела в сторону, противоположную направлению перемещения частиц тела при деформации. Коэффициент k называется жесткостью тела, и зависит от формы и материала тела. Выражается в ньютонах на метр. Силы упругости обусловлены электромагнитными взаимодействиями.

12. Силы трения, коэффициент трения скольжения. Вязкое трение (???)

Сила, возникающая на границе взаимодействия тел при отсутствии относительного движения тел, называется силой трения покоя. Сила трения покоя равна по модулю внешней силе, направленной по касательной к поверхности соприкосновения тел и противоположна ей по направлению. При равномерном движении одного тела по поверхности другого под воздействием внешней силы на тело действует сила, равная по модулю движущей силе и противоположная по направлению. Эта сила называется силой трения скольжения. Вектор силы трения скольжения направлен против вектора скорости, поэтому эта сила всегда приводит к уменьшению относительной скорости тела. Силы трения также, как и сила упругости, имеют электромагнитную природу, и возникают за счет взаимодействия между электрическими зарядами атомов соприкасающихся тел. Экспериментально установлено, что максимальное значение модуля силы трения покоя пропорционально силе давления. Также примерно равны максимальное значение силы трения покоя и сила трения скольжения, как примерно равны и коэффициенты пропорциональности между силами трения и давлением тела на поверхность.

13. Гравитационные силы . Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Вес тела.

Из того, что тела независимо от своей массы падают с одинаковым ускорением, следует, что сила, действующая на них, пропорциональна массе тела. Эта сила притяжения, действующая на все тела со стороны Земли, называется силой тяжести. Сила тяжести действует на любом расстоянии между телами. Все тела притягиваются друг к другу, сила всемирного тяготения прямо пропорциональна произведению масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Векторы сил всемирного тяготения направлены вдоль прямой, соединяющей центры масс тел. , G – Гравитационная постоянная, равна . Весом тела называется сила, с которой тело вследствие силы тяжести действует на опору или растягивает подвес. Вес тела равен по модулю и противоположен по направлению силе упругости опоры по третьему закону Ньютона. По второму закону Ньютона если на тело более не действует ни одна сила, то сила тяжести тела уравновешивается силой упругости. Вследствие этого вес тела на неподвижной или равномерно движущейся горизонтальной опоре равен силе тяжести. Если опора движется с ускорением, то по второму закону Ньютона , откуда выводится . Это означает, что вес тела, направление ускорения которого совпадает с направлением ускорения свободного падения, меньше веса покоящегося тела.

14. Движение тела под действием силы тяжести по вертикали. Движение искусственных спутников. Невесомость. Первая космическая скорость.

При бросании тела параллельно земной поверхности дальность полета будет тем большей, чем больше начальная скорость. При больших значениях скорости также необходимо принимать в расчет шарообразность земли, что отражается в изменении направления вектора силы тяжести. При некотором значении скорости тело может двигаться вокруг Земли под действием силы всемирного тяготения. Эту скорость, называемую первой космической, можно определить из уравнения движения тела по окружности. С другой стороны, из второго закона Ньютона и закона всемирного тяготения следует, что. Таким образом, на расстоянии R от центра небесного тела массой М первая космическая скорость равна. При изменении скорости тела меняется форма его орбиты с окружности на эллипс. При достижении второй космической скорости, равной орбита становится параболической.

15. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное движение.

По второму закону Ньютона независимо от того, находилось ли тело в покое или двигалось, изменение его скорости может происходить только при взаимодействии с другими телам. Если на тело массой m в течение времени t действует сила и скорость его движения изменяется от до , то ускорение тела равно . На основании второго закона Ньютона для силы можно записать . Физическая величина, равная произведению силы на время ее действия, называется импульсом силы. Импульс силы показывает, что существует величина, одинаково изменяющаяся у всех тел под воздействием одинаковых сил, если время действия силы одинаково. Эта величина, равная произведению массы тела на скорость его движения, называется импульсом тела. Изменение импульса тела равно импульсу силы, вызвавшей это изменение. Возьмем два тела, массами и , движущиеся со скоростями и . По третьему закону Ньютона силы, действующие на тела при их взаимодействии, равны по модулю и противоположны по направлению, т.е. их можно обозначить как и . Для изменений импульсов при взаимодействии можно записать . Из этих выражений получим, что , то есть векторная сумма импульсов двух тел до взаимодействия равна векторной сумме импульсов после взаимодействия. В более общем виде закон сохранения импульса звучит так: Если, то .

16. Механическая работа. Мощность. Кинетическая и потенциальная энергия.

Работой А постоянной силы называется физическая величина, равная произведению модулей силы и перемещения, умноженному на косинус угла между векторами и. . Работа является скалярной величиной и может иметь отрицательное значение, если угол между векторами перемещения и силы более . Единица работы называется джоулем, 1 джоуль равен работе, совершаемой силой в 1 ньютон при перемещении точки ее приложения на 1 метр. Мощность – физическая величина, равная отношению работы к промежутку времени, в течение которого эта работа совершалась. . Единима мощности называется ваттом, 1 ватт равен мощности, при которой работа в 1 джоуль совершается за 1 секунду. Допустим, что на тело массой m действует сила (которая может вообще говоря быть равнодействующей нескольких сил), под действием которой тело перемещается на в направлении вектора . Модуль силы по второму закону Ньютона равен ma , а модуль вектора перемещения связан с ускорение и начальной и конечной скоростями как. Отсюда для работы получается формула . Физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат скорости называется кинетической энергией. Работа равнодействующей сил, приложенных к телу, равна изменению кинетической энергии. Физическая величина, равная произведению массы тела на модуль ускорения свободного падения и высоту, на которую поднято тело над поверхностью с нулевым потенциалом, называют потенциальной энергией тела. Изменение потенциальной энергии характеризует работу силы тяжести по перемещении тела. Эта работа равна изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком. Тело находящееся ниже поверхности земли, имеет отрицательную потенциальную энергию. Потенциальную энергию имеют не только поднятые тела. Рассмотрим работу, совершаемую силой упругости при деформации пружины. Силу упругости прямо пропорциональна деформации, и ее среднее значение будет равно, работа равна произведению силы на деформацию, или же . Физическая величина, равная половине произведения жесткости тела на квадрат деформации называется потенциальной энергией деформированного тела. Важной характеристикой потенциальной энергии является то, что тело не может обладать ею, не взаимодействуя с другими телами.

17.Законы сохранения энергии в механике.

Потенциальная энергия характеризует взаимодействующие тела, кинетическая – движущиеся. И та, и другая возникают в результате взаимодействия тел. Если несколько тел взаимодействую между собой только силами тяготения и силами упругости, и никакие внешние силы на них не действуют (или же их равнодействующая равна нулю), то при любых взаимодействиях тел работа сил упругости или сил тяготения равна изменению потенциальной энергии, взятой с противоположным знаком. В то же время, по теореме о кинетической энергии (изменение кинетической энергии тела равно работе внешних сил) работа тех же сил равна изменению кинетической энергии. . Из этого равенства следует, что сумма кинетической и потенциальной энергий тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой силами тяготения и упругости, остается постоянной. Сумма кинетической и потенциальной энергий тел называется полной механической энергией. Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих между собой силами тяготения и упругости, остается неизменной. Работа сил тяготения и упругости равна, с одной стороны, увеличению кинетической энергии, а с другой – уменьшению потенциальной, то есть работа равна энергии, превратившейся из одного вида в другой.

18. Простые механизмы (наклонная плоскость, рычаг, блок) их применение.

Наклонная плоскость применяется для того, чтобы тело большой массы можно было переместить действием силы, значительно меньшей веса тела. Если угол наклонной плоскости равен a , то для перемещения тела вдоль плоскости необходимо применить силу, равную . Отношение этой силы к весу тела при пренебрежении силой трения равно синусу угла наклона плоскости. Но при выигрыше в силе нет выигрыша в работе, т.к. путь увеличивается в раз. Этот результат является следствием закона сохранения энергии, так как работа силы тяжести не зависит от траектории подъема тела.

Рычаг находится в равновесии, если момент сил, вращающий его по часовой стрелке равен моменту ил, вращающих рычаг против часовой стрелки. Если направления векторов сил, приложенных к рычагу, перпендикулярны кратчайшим прямым, соединяющим точки приложения сил и ось вращения, то условия равновесия принимает вид. Если , то рычаг обеспечивает выигрыш в силе . Выигрыш в силе не дает выигрыша в работе, т.к. при повороте на угол a сила совершает работу, а сила совершает работу . Т.к. по условию , то .

Блок позволяет изменять направление действия силы. Плечи сил, приложенных к разным точкам неподвижного блока, одинаковы, и поэтому выигрыша в силе неподвижный блок не дает. При подъеме груза с помощью подвижного блока получается выигрыш в силе в два раза, т.к. плечо силы тяжести вдвое меньше плеча силы натяжения троса. Но при вытягивании троса на длину l груз поднимается на высоту l/2 , следовательно, неподвижный блок также не дает выигрыша в работе.

19. Давление. Закон Паскаля для жидкостей и газов.

Физическая величина, равная отношению модуля силы, действующей перпендикулярно поверхности к площади этой поверхности, называется давлением. Единица давления – паскаль, равный давлению, производимому силой в 1 ньютон на площадь в 1 квадратный метр. Все жидкости и газы передают производимое на них давление во все стороны.

20. Сообщающиеся сосуды. Гидравлический пресс. Атмосферное давление. Уравнение Бернулли.

В цилиндрическом сосуде сила давления на дно сосуда равна весу столба жидкости. Давление на дно сосуда равно, откуда давление на глубине h равно . На стенки сосуда действует такое же давление. Равенство давлений жидкости на одной и той же высоте приводит к тому, что в сообщающихся сосудах любой формы свободные поверхности покоящейся однородной жидкости находятся на одном уровне (в случае пренебрежимо малости капиллярных сил). В случае неоднородной жидкости высота столба более плотной жидкости будет меньше высоты менее плотной. На основе закон Паскаля работает гидравлическая машина. Она состоит из двух сообщающихся сосудов, закрытых поршнями разных площадей. Давление, производимое внешней силой на один поршень, передается по закону Паскаля на второй поршень. . Гидравлическая машина дает выигрыш в силе во столько раз, во сколько площадь ее большого поршня больше площади малого.

При стационарном движении несжимаемой жидкости справедливо уравнение неразрывности . Для идеальной жидкости, в которой можно пренебречь вязкостью (т.е. трением между ее частицами) математическим выражением закон сохранения энергии является уравнение Бернулли .

21. Опыт Торричелли.

Изменение атмосферного давления с высотой.

Под действием силы тяжести верхние слои атмосферы давят на нижележащие. Это давление согласно закону Паскаля передается по всем направлениям. Наибольшее значение это давление имеет у поверхности Земли, и обусловлено весом столба воздуха от поверхности до границы атмосферы. При увеличении высоты уменьшается масса слоев атмосферы, давящих на поверхность, следовательно, атмосферное давление с высотой понижается. На уровне моря атмосферное давление равно 101 кПа. Такое давление оказывает столб ртути высотой 760 мм. Если в жидкую ртуть опустить трубку, в которой создан вакуум, то под действием атмосферного давления ртуть поднимется в ней на такую высоту, при которой давление столба жидкости станет равным внешнему атмосферному давлению на открытую поверхность ртути. При изменении атмосферного давления высота столба жидкости в трубке также изменится.

22. Архимедова сила дня жидкостей и газов. Условия плавания тел.

Зависимость давления в жидкости и газе от глубины приводит к возникновению выталкивающей силы, действующей на любое тело, погруженное в жидкость или газ. Эту силу называют архимедовой силой. Если в жидкость погрузить тело, то давления на боковые стенки сосуда уравновешиваются друг другом, а равнодействующая давлений снизу и сверху является архимедовой силой. , т.е. силы, выталкивающая погруженное в жидкость (газ) тело, равна весу жидкости (газа), вытесненной телом. Архимедова сила направлена противоположно силе тяжести, поэтому при взвешивании в жидкости вес тела меньше, чем в вакууме. На тело, находящееся в жидкости, действует сила тяжести и архимедова сила. Если сила тяжести по модулю больше – тело тонет, меньше – всплывает, равны – может находиться в равновесии н любой глубине. Эти отношения сил равны отношениям плотностей тела и жидкости(газа).

23. Основные положения молекулярно-кинетической теории и их опытное обоснование. Броуновское движение. Масса и размер молекул.

Молекулярно-кинетической теорией называется учение о строении и свойствах вещества, использующее представление о существовании атомов и молекул как наименьших частиц вещества. Основные положения МКТ: вещество состоит из атомов и молекул, эти частиц хаотически движется, частицы взаимодействую друг с другом. Движение атомов и молекул и их взаимодействие подчиняется законам механики. Во взаимодействии молекул при их сближении сначала преобладают силы притяжения. На некотором расстоянии между ними возникают силы отталкивания, превосходящие по модулю силы притяжения. Молекулы и атомы совершают беспорядочные колебания относительно положений, где силы притяжения и отталкивания уравновешивают друг друга. В жидкости молекулы не только колеблются, но и перескакивают из одного положения равновесия в другое (текучесть). В газах расстояния между атомами значительно больше размеров молекул (сжимаемость и расширяемость). Р.Броун в начале 19 век обнаружил, что в жидкости беспорядочно движутся твердые частицы. Это явление могла объяснить только МКТ,. Беспорядочно движущиеся молекулы жидкости или газа сталкиваются с твердой частицей и изменяют направление и модуль скорости ее движения (при этом, разумеется, изменяя и свое направление и скорость). Чем меньше размеры частицы тем более заметными становятся изменение импульса. Любое вещество состоит из частиц, поэтому количество вещества принято считать пропорциональным количеству частиц. Единица количества вещества называется моль. Моль равен количеству вещества, содержащей столько атомов, сколько содержится их в 0.012 кг углерода 12 С. Отношение числа молекул к количеству вещества называют постоянной Авогадро: . Количество вещества можно найти как отношение числа молекул к постоянной Авогадро. Молярной массой M называется величина, равная отношению массы вещества m к количеству вещества . Молярная масса выражается в килограммах на моль. Молярную массу можно выразить через массу молекулы m 0 : .

24. Идеальный газ. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа.

Для объяснения свойств вещества в газообразном состоянии используется модель идеального газа. В этой модели предполагается следующее: молекулы газа обладают пренебрежимо малыми размера по сравнению с объемом сосуда, между молекулами не действуют силы притяжения, при соударении друг с другом и стенками сосуда действуют силы отталкивания. Качественное объяснение явления давления газа заключается в том, что молекулы идеального газа при столкновениях со стенками сосуда взаимодействуют с ними как упругие тела. При столкновении молекулы со стенкой сосуда проекция вектора скорости на ось, перпендикулярную стенке, меняется на противоположную. Поэтому при столкновении проекция скорости меняется от –mv x до mv x , и изменение импульса равно . Во время столкновения молекула действует на стенку с силой, равной по третьему закону Ньютона силе, противоположной по направлению. Молекул очень много, и среднее значение геометрической суммы сил, действующих со стороны отдельных молекул, и образует силу давления газа на стенки сосуда. Давление газа равно отношению модуля силы давления к площади стенки сосуда: p=F/S . Предположим, что газ находится в кубическом сосуде. Импульс одной молекулы составляет 2mv , одна молекула воздействует на стенку в среднем с силой 2mv/D t . Время D t движения от одной стенки сосуда к другой равно 2l/v , следовательно, . Сила давления на стенку сосуда всех молекул пропорциональна их числу, т.е. . Из-за полной хаотичности движения молекул движение их по каждому из направлений равновероятно и равно 1/3 от общего числа молекул. Таким образом, . Так как давление производится на грань куба площадью l 2 , то давление будет равно. Это уравнение называется основным уравнением молекулярно-кинетической теории. Обозначив за среднюю кинетическую энергию молекул, получим.

25. Температура, ее измерение. Абсолютная температурная шкала. Скорость молекул газа .

Основное уравнение МКТ для идеального газа устанавливает связь между микро- и макроскопическими параметрами. При контакте двух тел изменяются их макроскопические параметры. Когда это изменение прекратилось, говорят, что наступило тепловое равновесие. Физический параметр, одинаковый во всех частях системы тел, находящихся в состоянии теплового равновесия, называют температурой тела. Опыты показали, что для любого газа, находящегося в состоянии теплового равновесия, отношение произведения давления на объем к количеству молекул есть одинаково . Это позволяет принять величину в качестве меры температуры. Так как n=N/V , то с учетом основного уравнения МКТ, следовательно, величина равна двум третям средней кинетической энергии молекул. , где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от шкалы. В левой части этого уравнения параметры неотрицательны. Отсюда – температура газа при котором его давление при постоянном объеме равно нулю, называют абсолютным нулем температуры. Значение этого коэффициента можно найти по двум известным состояниям вещества с известными давлением, объемом, числом молекул температуре. . Коэффициент k , называемый постоянной Больцмана, равен . Из уравнений связи температуры и средней кинетической энергии следует, т.е. средняя кинетическая энергия хаотического движения молекул пропорциональна абсолютной температуре. , . Это уравнение показывает, что при одинаковых значениях температуры и концентрации молекул давление любых газов одинаково.

26. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона). Изотермический, изохорный и изобарный процессы.

Используя зависимость давления от концентрации и температуры, можно найти связь между макроскопическими параметрами газа – объемом, давлением и температурой. . Это уравнение называют уравнением состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона).

Изотермическим процессом называется процесс, протекающий при постоянной температуре. Из уравнения состояния идеального газа следует, что при постоянной температуре, массе и составе газа произведение давления на объем должно оставаться постоянным. Графиком изотермы (кривой изотермического процесса) является гипербола. Уравнение называют законом Бойля-Мариотта.

Изохорным процессом называется процесс, протекающий при неизменном объеме, массе и составе газа. При этих условиях, где – температурный коэффициент давления газа. Это уравнение называется законом Шарля. График уравнения изохорного процесса называется изохорой, и представляет из себя прямую, проходящую через начало координат.

Изобарным процессом называется процесс, протекающий при неизменном давлении, массе и составе газа. Аналогичным образом как и для изохорного процесса можно получить уравнение для изобарного процесса . Уравнение, описывающее этот процесс, называется законом Гей-Люссака. График уравнения изобарного процесса называется изобарой, и представляет из себя прямую, проходящую через начало координат.

27. Внутренняя энергия. Работа в термодинамике.

Если потенциальная энергия взаимодействия молекул равна нулю, то внутренняя энергия равна сумме кинетических энергий движения всех молекул газа . Следовательно, при изменении температуры изменяется и внутренняя энергия газа. Подставив в уравнение для энергии уравнение состояния идеального газа, получим, что внутренняя энергия прямо пропорциональная произведению давления газа на объем. . Внутренняя энергия тела может изменяться только при взаимодействии с другими телам. При механическом взаимодействии тел (макроскопическом взаимодействии) мерой передаваемой энергии является работа А . При теплообмене (микроскопическом взаимодействии) мерой передаваемой энергии является количество теплоты Q . В неизолированной термодинамической системе изменение внутренней энергии D U равно сумме переданного количества теплоты Q и работы внешних сил А . Вместо работы А , совершаемой внешними силами, удобнее рассматривать работу А` , совершаемую системой над внешними телами. А=–А` . Тогда первый закон термодинамики выражается как, или же. Это означает, что любая машина может совершать работу над внешними телами только за счет получения извне количества теплоты Q или уменьшения внутренней энергии D U . Этот закон исключает создание вечного двигателя первого рода.

28. Количество теплоты. Удельная теплоемкость вещества. Закон сохранения энергии в тепловых процессах (первый закон термодинамики).

Процесс передачи теплоты от одного тела к другому без совершения работы называют теплообменом. Энергия, переданная телу в результате теплообмена, называется количеством теплоты. Если процесс теплопередачи не сопровождается работой, то на основании первого закона термодинамики. Внутренняя энергия тела пропорциональна массе тела и его температуре, следовательно . Величина с называется удельной теплоемкостью, единица – . Удельная теплоемкость показывает, какое количество теплоты необходимо передать для нагревания 1 кг вещества на 1 градус. Удельная теплоемкость не является однозначной характеристикой, и зависит от работы, совершаемой телом при теплопередаче.

При осуществлении теплообмена между двумя телами в условиях равенства нулю работы внешних сил и в тепловой изоляции от других тел, по закону сохранения энергии . Если изменение внутренней энергии не сопровождается работой, то , или же , откуда . Это уравнение называется уравнением теплового баланса.

29. Применение первого закона термодинамики к изопроцессам. Адиабатный процесс. Необратимость тепловых процессов.

Одним из основных процессов, совершающих работу в большинстве машин, является процесс расширения газа с совершением работы. Если при изобарном расширении газа от объема V 1 до объема V 2 перемещение поршня цилиндра составило l , то работа A совершенная газом равна , или же . Если сравнить площади под изобарой и изотермой, являющиеся работами, можно сделать вывод, что при одинаковом расширении газа при одинаковом начальном давлении в случае изотермического процесса будет совершено меньше количество работы. Кроме изобарного, изохорного и изотермического процессов существует т.н. адиабатный процесс. Адиабатным называется процесс, происходящий при условии отсутствия теплообмена. Близким к адиабатному может считаться процесс быстрого расширения или сжатия газа. При этом процессе работа совершается за счет изменения внутренней энергии, т.е. , поэтому при адиабатном процессе температура понижается. Поскольку при адиабатном сжатии газа температура газа повышается, то давление газа с уменьшением объема растет быстрее, чем при изотермическом процессе.

Процессы теплопередачи самопроизвольно осуществляются только в одном направлении. Всегда передача тепла происходит к более холодному телу. Второй закон термодинамики гласит, что неосуществим термодинамический процесс, в результате которого происходила бы передача тепла от одного тела к другому, более горячему, без каких-либо других изменений. Этот закон исключает создание вечного двигателя второго рода.

30. Принцип действия тепловых двигателей. КПД теплового двигателя.

Обычно в тепловых машинах работа совершается расширяющимся газом. Газ, совершающий работу при расширении, называется рабочим телом. Расширение газа происходит в результате повышения его температуры и давления при нагревании. Устройство, от которого рабочее тело получает количество теплоты Q называется нагревателем. Устройство, которому машина отдает тепло после совершения рабочего хода, называется холодильником. Сначала изохорически растет давление, изобарически расширяется, изохорически охлаждается, изобарически сжимается. <рисунок с подъемником>. В результате совершения рабочего цикла газ возвращается в начальное состояние, его внутренняя энергия принимает исходное значение. Это значит, что . Согласно первому закону термодинамики, . Работа, совершаемая телом за цикл, равна Q. Количество теплоты, полученное телом за цикл, равно разности полученного от нагревателя и отданного холодильнику. Следовательно, . Коэффициентом полезного действия машины называется отношение полезно использованной к затраченной энергии .

31. Испарение и конденсация. Насыщенные и ненасыщенные пары. Влажность воздуха.

Неравномерное распределение кинетической энергии теплового движения приводит к тому. Что при любой температуре кинетическая энергия некоторой части молекул может превысить потенциальную энергию связи с остальными. Испарением называется процесс, при котором с поверхности жидкости или твердого тела вылетают молекулы. Испарение сопровождается охлаждением, т.к. более быстрые молекулы покидают жидкость. Испарение жидкости в закрытом сосуда при неизменной температуре приводит к увеличению концентрации молекул в газообразном состоянии. Через некоторое время наступает равновесие между количеством испаряющихся молекул и возвращающихся в жидкость. Газообразное вещество, находящееся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным паром. Пар, находящийся при давлении ниже давления насыщенного пара, называется ненасыщенным. Давление насыщенного пара не зависит при постоянной температуре от объема (из ). При постоянной концентрации молекул давление насыщенного пара растет быстрее, чем давление идеального газа, т.к. под действием температуры количество молекул увеличивается. Отношение давления водяного пара при данной температуре к давлению насыщенного пара при той же температуре, выраженное в процентах, называется относительной влажностью воздуха . Чем ниже температура, тем меньше давление насыщенного пара, таким образом при охлаждении до некоторой температуры пар становится насыщенным. Эта температура называется точкой росы t p .

32. Кристаллические и аморфные тела. Механические свойства твердых тел. Упругие деформации.

Аморфными называются тела, физические свойства которых одинаковы по всем направлениям (изотропные тела). Изотропность физических свойств объясняется хаотичностью расположения молекул. Твердые тела, в которых молекулы упорядочены, называются кристаллами. Физические свойства кристаллических тел неодинаковы в различных направлениях (анизотропные тела). Анизотропия свойств кристаллов объясняется тем, что при упорядоченной структуре силы взаимодействия неодинаковы по различным направлениям. Внешнее механическое воздействие на тело вызывает смещение атомов из положения равновесия, что приводит к изменению формы и объема тела – деформации. Деформацию можно охарактеризовать абсолютным удлинением, равным разности длин до и после деформации, или относительным удлинением . При деформации тела возникают силы упругости. Физическая величина, равная отношению модуля силы упругости к площади сечения тела называется механическим напряжением . При малых деформациях напряжение прямо пропорционально относительному удлинению . Коэффициент пропорциональности Е в уравнении называется модулем упругости (модулем Юнга). Модуль упругости является постоянной для данного материала , откуда . Потенциальная энергия деформированного тела равна работе, затраченной на растяжение или сжатие. Отсюда .

Закон Гука выполняется только при небольших деформациях. Максимальное напряжение, при котором он еще выполняется, называется пределом пропорциональности. За этим пределом напряжение перестает расти пропорционально. До некоторого уровня напряжение деформированное тело восстановит свои размеры после снятия нагрузки. Эта точка называется пределом упругости тела. При превышении предела упругости начинается пластическая деформация, при которой тело не восстанавливает свою прежнюю форму. В области пластической деформации напряжение почти не увеличивается. Это явление называется текучестью материала. За пределом текучести напряжение повышается до точки, называемой пределом прочности, после которой напряжение уменьшается вплоть до разрушения тела.

33. Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение. Капиллярные явления.

Возможность свободного перемещения молекул в жидкости обуславливает текучесть жидкости. Тело в жидком состоянии не имеет постоянной формы. Форма жидкости определяется формой сосуда и силами поверхностного натяжения. Внутри жидкости силы притяжения молекул компенсируются, а у поверхности – нет. Любая молекула, находящаяся у поверхности, притягивается молекулами внутри жидкости. Под действием этих сил молекулы в поверхность втягиваются внутрь до тех пор, пока свободная поверхность не станет минимальной из всех возможных. Т.к. минимальную поверхность при данном объеме имеет шар, то при малом действии других сил поверхность принимает форму сферического сегмента. Поверхность жидкости у края сосуда называется мениском. Явление смачивания характеризуется краевым углом между поверхностью и мениском в точке пересечения. Величина силы поверхностного натяжения на участке длиной D l равна . Искривление поверхности создает избыточное давление на жидкость, равное при известном краевом угле и радиусе . Коэффициент s называется коэффициентом поверхностного натяжения. Капилляром называется трубка с малым внутренним диаметром. При полном смачивании сила поверхностного натяжение направлена вдоль поверхности тела. В этом случае подъем жидкости по капилляру продолжается под действием этой силы до тех пор, пока сила тяжести не уравновесит силу поверхностного натяжения , т.к. , то.

34. Электрический заряд. Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона. Закон сохранения электрического заряда.

Ни механика, ни МКТ не в состоянии объяснить природу сил, связывающих атомы. Законы взаимодействия атомов и молекул можно объяснить на основе представления об электрических зарядах. <Опыт с натиранием ручки и притяжением бумажки> Взаимодействие тел, обнаруживаемое в этом опыте называется электромагнитным, и обуславливается электрическими зарядами. Способность зарядов притягиваться и отталкиваться объясняется предположением о существовании двух видов зарядов – положительному и отрицательному. Тела, заряженные одинаковым зарядом, отталкиваются, разным – притягиваются. Единицей заряда является кулон – заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1 секунду при силе тока в 1 ампер. В замкнутой системе, в которую не входят извне электрические заряды и из которого не выходят электрические заряды при любых взаимодействиях алгебраическая сумма зарядов всех тел постоянна. Основной закон электростатики, он же закон Кулона, гласит, что модуль силы взаимодействия между двумя зарядами прямо пропорционален произведению модулей зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними . Сила направлена вдоль прямой, соединяющей заряженные тела. Является силой отталкивания или притяжение, в зависимости от знака зарядов. Постоянная k в выражении закона Кулона равна . Вместо этого коэффициента используют т.н. электрическую постоянную, связанную с коэффициентом k выражением , откуда . Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называется электростатическим.

35. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей.

Вокруг каждого заряда на основании теории близкодействия существует электрическое поле. Электрическое поле – материальный объект, постоянно существует в пространстве и способно действовать на другие заряды. Электрическое поле распространяется в пространстве со скоростью света. Физическая величина, равная отношению силы, с которой электрическое поле действует на пробный заряд (точечный положительный малый заряд, не влияющий на конфигурацию поля), к значению этого заряда, называется напряженностью электрического поля. Используя закон Кулона возможно получить формулу для напряженности поля, создаваемого зарядом q на расстоянии r от заряда . Напряженность поля не зависит от заряда, на который оно действует. Если на заряд q действуют одновременно электрические поля нескольких зарядов, то результирующая сила оказывается равной геометрической сумме сил, действующих со стороны каждого поля в отдельности. Это называется принципом суперпозиции электрических полей . Линией напряженности электрического поля называется линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с вектором напряженности. Линии напряженности начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных, или же уходят в бесконечность. Электрическое поле, напряженность которого одинакова по всем в любой точке пространства, называется однородным электрическим полем. Приблизительно однородным можно считать поле между двумя параллельными разноименно заряженными металлическими пластинками. При равномерном распределении заряда q по поверхности площади S поверхностная плотность заряда равна . Для бесконечной плоскости с поверхностной плотностью заряда s напряженность поля одинакова во всех точках пространства и равная .

36. Работа электростатического поля при перемещении заряда. Разность потенциалов.

При перемещении заряда электрическим полем на расстояние совершенная работа равна . Как и в случае с работой силы тяжести, работа кулоновской силы не зависит от траектории перемещения заряда. При изменении направления вектора перемещения на 180 0 работа сил поля меняет знак на противоположный. Таким образом, работа сил электростатического поля при перемещении заряда по замкнутому контуру равна нулю. Поле, работа сил которого по замкнутой траектории равна нулю, называется потенциальным полем.

Точно так же, как тело массой m в поле силы тяжести обладает потенциально энергией, пропорциональной массе тела, электрический заряд в электростатическом поле обладает потенциальной энергией W p , пропорциональной заряду. Работа сил электростатического поля равна изменению потенциальной энергии заряда, взятому с противоположным знаком. В одной точке электростатического поля разные заряды могут обладать различной потенциальной энергией. Но отношение потенциальной энергии к заряду для данной точки есть величина постоянная. Эта физическая величина называется потенциалом электрического поля , откуда потенциальная энергия заряда равна произведению потенциала в данной точке на заряд. Потенциал – скалярная величина, потенциал нескольких полей равен сумме потенциалов этих полей. Мерой изменения энергии при взаимодействии тел является работа. При перемещении заряда работа сил электростатического поля равна изменению энергии с противоположным знаком, поэтому . Т.к. работа зависит от разности потенциалов и не зависит от траектории между ними, то разность потенциалов можно считать энергетической характеристикой электростатического поля. Если потенциал на бесконечном расстоянии от заряда принять равным нулю, то на расстоянии r от заряда он определяется по формуле .

Отношение работы, совершаемой любым электрическим полем при перемещении положительного заряда из одной точки поля в другую, к значению заряда называется напряжением между этими точкам , откуда работа . В электростатическом поле напряжение между двумя любыми точками равно разности потенциалов между этими точками . Единица напряжения (и разности потенциалов) называется вольтом, . 1 вольт равен такому напряжению, при котором поле совершает работу в 1 джоуль по перемещению заряда в 1 кулон. С одной стороны, работа по перемещению заряда равна произведению силы на перемещение. С другой стороны, она может быть найдена по известному напряжению между участками пути. Отсюда. Единицей напряженности электрического поля является вольт на метр (в/м ).

Конденсатор – система из двух проводников, разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Между пластинами напряженность поля равна удвоенной напряженности каждой из пластин, вне пластин она равна нулю. Физическая величина, равная отношению заряда одной из пластин к напряжению между обкладками называется электроемкостью конденсатора . Единица электроемкости – фарад, емкостью 1 фарад обладает конденсатор, между обкладками которого напряжение равно 1 вольту при сообщении обкладкам заряда по 1 кулону. Напряженность поля между пластинами твердого конденсатора равна сумме напряженность ей пластин. , а т.к. для однородного поля выполняется , то , т.е. электроемкость прямо пропорциональна площади обкладок и обратно пропорциональна расстоянию между ними. При введении между пластинами диэлектрика, его электроемкость повышается в e раз, где e – диэлектрическая проницаемость вводимого материала.

38. Диэлектрическая проницаемость . Энергия электрического поля.

Диэлектрическая проницаемость это физическая величина, характеризующая отношение модуля напряженности электрического поля в вакууме к модулю электрического поля в однородном диэлектрике. Работа электрического поля равна, но при зарядке конденсатора его напряжение вырастает от 0 до U , поэтому. Следовательно, и потенциальная энергия конденсатора равна .

39. Электрический ток. Сила тока. Условия существования электрического тока.

Электрическим током называется упорядоченное движение электрических зарядов. За направление тока принято движение положительных зарядов. Электрические заряды могут упорядоченно двигаться под действием электрического поля. Поэтому достаточным условием существования тока является наличие поля и свободных носителей заряда. Электрическое поле может быть создано двумя соединенными разноименно заряженными телами. Отношение заряда D q , переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени D t к этому интервалу называется силой тока . Если сила тока со временем не изменяется, то ток называется постоянным. Чтобы ток существовал проводнике в течение длительного времени, необходимо, чтобы условия, вызывающие ток, были неизменными. <схема с один резистором и батареей>. Силы, вызывающие перемещение заряда внутри источника тока, называются сторонним силами. В гальваническом элементе (а любая батарейка – г.э.???) ими являются силы химической реакции, в машине постоянного тока – сила Лоренца.

40. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление проводников. Зависимость сопротивления проводников от температуры. Сверхпроводимость. Последовательное и параллельное соединение проводников.

Отношение напряжения между концами участка электрической цепи к силе тока есть величина постоянная, и называется сопротивлением . Единица сопротивления 0 ом, сопротивлением в 1 ом обладает такой участок цепи, в котором при силе тока 1 ампер напряжение равно 1 вольту. Сопротивление прямо пропорционально длине и обратно пропорционально площади поперечного сечения , где r – удельное электрическое сопротивление, величина постоянная для данного вещества при данных условиях. При нагревании удельное сопротивление металлов увеличивается по линейному закону , где r 0 – удельное сопротивление при 0 0 С, a – температурный коэффициент сопротивления, особый для каждого металла. При близких к абсолютному нулю температурах сопротивление веществ резко падает до нуля. Это явление называется сверхпроводимостью. Прохождение тока в сверхпроводящих материалах происходит без потерь на нагревание проводника.

Законом Ома для участка цепи называют уравнение . При последовательном соединении проводников сила тока одинакова во всех проводниках, а напряжение на концах цепи равно сумме напряжений на всех последовательно включенных проводниках. . При последовательном соединении проводников общее сопротивление равно сумме сопротивлений составляющих. При параллельном соединении напряжение на концах каждого участка цепи одинаково, а сила тока разветвляется на отдельные части. Отсюда . При параллельном подключении проводников величина, обратная общему сопротивлению равна сумме величин, обратных сопротивлениям всех параллельно включенных проводников.

41. Работа и мощность тока. Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи.

Работу сил электрического поля, создающего электрический ток, называют работой тока. Работа А тока на участке с сопротивлением R за время D t равна . Мощность электрического тока равна отношению работы ко времени совершения, т.е. . Работа выражается, как обычно, в джоулях, мощность – в ваттах. Если на участке цепи под действием электрического поля не совершается работа и не происходят химические реакции, то работа приводит к нагреванию проводника. При этом работа равна количеству теплоты, выделяемому проводником с током (Закон Джоуля-Ленца).

В электрической цепи работа совершается не только на внешнем участке, но и в батарее. Электрическое сопротивление источника тока называется внутренним сопротивлением r . На внутреннем участке цепи выделяется количество теплоты, равное . Полная работа сил электростатического поля при движении по замкнутому контуру равна нулю, поэтому вся работа оказывается совершенной за счет внешних сил, поддерживающих постоянное напряжение. Отношение работы внешних сил к переносимому заряду называется электродвижущей силой источника , где D q – переносимый заряд. Если в результате прохождения постоянного тока произошло только нагревание проводников, то по закону сохранения энергии , т.е. . Ила тока в электрической цепи прямо пропорциональна ЭДС и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.

42. Полупроводники. Электропроводимость полупроводников и ее зависимость от температуры. Собственная и примесная проводимость полупроводников.

Многие вещества не проводят ток так хорошо, как металлы, но в то же время не являются диэлектриками. Одним из отличий полупроводников – то, что при нагревании или освещении их удельное сопротивление не увеличивается, а уменьшается. Но главным их практически применимым свойством оказалась односторонняя проводимость. Вследствие неравномерного распределения энергии теплового движения в кристалле полупроводника некоторые атомы ионизируются. Освободившиеся электроны не могут быть захвачены окружающими атомами, т.к. их валентные связи насыщены. Эти свободные электроны могут перемещаться в металле, создавая электронный ток проводимости. В то же время, атом, с оболочки которого вырвался электрон, становится ионом. Этот ион нейтрализуется за счет захвата атома соседа. В результате такого хаотического перемещения возникает перемещение места с недостающим ионом, что внешне видно как перемещение положительного заряда. Это называется дырочным током проводимости. В идеальном полупроводниковом кристалле ток создается перемещением равного количества свободных электронов и дырок. Такой тип проводимости называется собственной проводимостью. При понижении температуры количество свободных электронов, пропорциональное средней энергии атомов, падает и полупроводник становится похож на диэлектрик. В полупроводник для улучшения проводимости иногда добавляются примеси, которые бывают донорные (увеличивают число электронов без увеличения числа дырок) и акцепторные (увеличивают число дырок без увеличения числа электронов). Полупроводники, где количество электронов превышает количество дырок, называются электронными полупроводниками, или полупроводниками n-типа. Полупроводники, где количество дырок превышает количество электронов, называются дырочными полупроводниками, или полупроводниками р-типа.

43. Полупроводниковый диод. Транзистор.

Полупроводниковый диод состоит из p-n перехода, т.е. из двух соединенных полупроводников разного типа проводимости. При соединении происходит диффузия электронов в р -полупроводник. Это приводит к появлению в электронном полупроводнике нескомпенсированных положительных ионов донорной примеси, а в дырочном – отрицательных ионов акцепторной примеси, захвативших продиффундировавшие электроны. Между двумя слоями возникает электрическое поле. Если на область с электронной проводимостью подать положительный заряд, а на область с дырочной – отрицательный, то запирающее поле усилится, сила тока резко понизится и почти не зависит от напряжения. Такой способ включения называется запирающим, а ток, текущий в диоде – обратным. Если на область с дырочной проводимостью подать положительный заряд, а на область с электронной – отрицательный, то запирающее поле ослабится, сила тока через диод в этом случае зависит только от сопротивления внешней цепи. Такой способ включения называется пропускным, а ток, текущий в диоде – прямым.

Транзистором, он же полупроводниковый триод, состоит из двух p-n (или n-p ) переходов. Средняя часть кристалла называется база, крайние – эмиттер и коллектор. Транзисторы, в которых база обладает дырочной проводимостью, называют транзисторами p-n-p перехода. Для приведения в действие транзистора p-n-p -типа на коллектор полают напряжение отрицательной полярности относительно эмиттера. Напряжение на базе при этом может быть как положительным, так и отрицательным. Т.к. дырок больше, то основной ток через переход будет составлять диффузионный поток дырок из р -области. Если на эмиттер подать небольшое прямое напряжение, то через него потечет дырочный ток, диффундирующих из р -области в n -область (базу). Но т.к. база узкая, то дырки пролетают через нее, ускоряясь полем, в коллектор. (???, что-то тут я недопонял…) . Транзистор способен распределять ток, тем самым его усиливая. Отношение изменения тока в цепи коллектора к изменению тока в цепи базы при прочих равных условиях величина постоянная, называемая интегральным коэффициентом передачи базового тока . Следовательно, изменяя ток в цепи базы, возможно получить изменения в токе цепи коллектора. (???)

44. Электрический ток в газах. Виды газовых разрядов и их применение. Понятие о плазме.

Газ под воздействием света или тепла может становиться проводником тока. Явление прохождения тока через газ при условии внешнего воздействия, называется несамостоятельным электрическим разрядом. Процесс возникновения ионов газа под воздействием температуры называется термической ионизацией. Возникновение ионов под воздействием светового излучения – фотоионизация. Газ, в котором значительная часть молекул ионизирована, называется плазмой. Температура плазмы достигает нескольких тысяч градусов. Электроны и ионы плазмы способны перемещаться под воздействием электрического поля. При увеличении напряженности поля в зависимости от давления и природы газа в нем возникает разряд без воздействия внешних ионизаторов. Это явление называется самостоятельным электрическим разрядом. Чтобы электрон при ударе об атом ионизовал его, необходимо, чтобы он обладал энергией не меньшей работы ионизации . Эту энергию электрон может приобрести под воздействием сил внешнего электрического поля в газе на пути свободного пробега, т.е. . Т.к. длина свободного пробега мала, самостоятельный разряд возможен только при высокой напряженности поля. При низком давлении газа образуется тлеющий разряд, что объясняется повышением проводимости газа при разрежении (увеличивается путь свободного пробега). Если сила тока в самостоятельном разряде очень велика, то удары электронов могут вызвать нагревание катода и анода. С поверхности катода при высокой температуре происходит эмиссия электронов, поддерживающая разряд в газе. Этот вид разряда называется дуговым.

45. Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия. Электронно-лучевая трубка.

В вакууме нет носителей свободного заряда, поэтому без внешнего влияния ток в вакууме отсутствует. Возникнуть он может в случае, если один из электродов нагреть до высокой температуры. Нагретый катод испускает со своей поверхности электроны. Явление испускания свободных электронов с поверхности нагретых тел называется термоэлектронной эмиссией. Простейшим прибором, использующим термоэлектронную эмиссию, является электровакуумный диод. Анод состоит из металлической пластины, катод – из тонкой свернутой спиралью проволоки. Вокруг катода при его нагревании создается электронное облако. Если подключить катод к положительному выводу батареи, а анод – к отрицательному, то поле внутри диода будет смещать электроны к катоду, и тока не будет. Если же подключить наоборот – анод к плюсу, а катод к минусу – то электрическое поле будет перемещать электроны по направлению к аноду. Этим объясняется свойство односторонней проводимости диода. Потоком движущихся от катода к аноду электронов можно управлять с помощью электромагнитного поля. Для этого диод модифицируется, и между анодом и катодом добавляется сетка. Получившийся прибор называется триодом. Если на сетку подать отрицательный потенциал, то поле между сеткой и катодом будет препятствовать движению электрона. Если подать положительный – то поле будет препятствовать движению электронов. Испускаемые катодом электроны можно с помощью электрических полей разогнать до высоких скоростей. Способность электронных пучков отклоняться под действием электромагнитных полей используется в ЭЛТ.

46. Магнитное взаимодействие токов. Магнитное поле. Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле. Индукция магнитного поля.

Если через проводники пропускают ток одного направления, то они притягиваются, а если равного – то отталкиваются. Следовательно, между проводниками есть некое взаимодействие, которое нельзя объяснить наличием электрического поля, т.к. в целом проводники электронейтральны. Магнитное поле создается движущимися электрическими зарядами и действует только на движущиеся заряды. Магнитное поле является особым видом материи и непрерывно в пространстве. Прохождение электрического ток по проводнику сопровождается порождением магнитного поля независимо от среды. Магнитное взаимодействие проводников используется для определения величины силы тока. 1 ампер – сила тока, проходящего по двум параллельным проводникам Ґ длины, и малого поперечного сечения, расположенным на расстоянии 1 метра друг от друга, при которой магнитный поток вызывает в низ силу взаимодействия, равную на каждый метр длины. Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, называется силой Ампера. Для характеристики способности магнитного поля оказывать воздействие на проводник с током существует величина, называемая магнитной индукцией. Модуль магнитной индукции равен отношению максимального значению силы Ампер, действующей на проводник с током, к силе тока в проводнике и его длине . Направление вектора индукции определяется по правилу левой руки (по руке проводник, по большому пальцу сила, в ладонь – индукция). Единице магнитной индукции является тесла, равная индукции такого магнитного потока, в котором на 1 метр проводника при силе тока в 1 ампер действует максимальная сила Ампера 1 ньютон. Линия, в любой точке которой вектор магнитной индукции направлен по касательной, называется линией магнитной индукции. Если во всех точках некоторого пространства вектор индукции имеет одинаковое значение по модулю и одинаковое направление, то поле в этой части называется однородным. В зависимости от угла наклона проводника с током относительно вектора магнитной индукции сил Ампера изменяется пропорционально синусу угла .

47. Закон Ампера. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца.

Действие магнитного поля на ток в проводнике говорит о том, что оно действует на движущиеся заряды. Сила тока I в проводнике связана с концентрацией n свободных заряженных частиц, скоростью v их упорядоченного движения и площадью S поперечного сечения проводника выражением , где q – заряд одной частицы. Подставив это выражение в формулу силы Ампера, получим . Т.к. nSl равно числу свободных частиц в проводнике длиной l , то сила, действующая со стороны поля на одну заряженную частицу, движущуюся со скоростью v под углом a к вектору магнитной индукции B равна . Эту силу называют силой Лоренца. Направление силы Лоренца для положительного заряда определяется по правилу левой руки. В однородном магнитном поле частица, движущаяся перпендикулярно линиям индукции магнитного поля, под действием силы Лоренца приобретает центростремительное ускорение и движется по окружности. Радиус окружности и период обращения определяются выражениями . Независимость периода обращения от радиуса и скорости используется в ускорителе заряженных частиц – циклотроне.

48. Магнитные свойства вещества. Ферромагнетики.

Электромагнитное взаимодействие зависит от среды, в которой находятся заряды. Если около большой катушки подвесить маленькую, то она отклонится. Если в большую вставить железный сердечник, то отклонение увеличится. Это изменение показывает, что индукция изменяется при внесении сердечника. Вещества, значительно усиливающие внешнее магнитное поле, называются ферромагнетиками. Физическая величина, показывающая, во сколько раз индуктивность магнитного поля в среде отличается от индуктивности поля в вакууме, называется магнитной проницаемостью . Не все вещества усиливают магнитное поле. Парамагнетики создают слабое поле, совпадающее по направлению с внешним. Диамагнетики ослабляю своим полем внешнее поле. Ферромагнетизм объясняется магнитными свойствами электрона. Электрон является движущимся зарядом, и поэтому обладает собственным магнитным полем. В некоторых кристаллах существуют условия зля параллельной ориентации магнитных полей электронов. В результате этого внутри кристалла ферромагнетика возникают намагниченные области, называемы доменами. С увеличением внешнего магнитного поля домены упорядочивают свою ориентацию. При некотором значении индукции наступает полное упорядочение ориентации доменов и наступает магнитное насыщение. При выводе ферромагнетика из внешнего магнитного поля не все домены теряют свою ориентацию, и тело становится постоянным магнитом. Упорядоченность ориентации доменов может быть нарушена тепловыми колебаниями атомов. Температура, при котором вещество перестает быть ферромагнетиком, называется температурой Кюри.

49. Электромагнитная индукция. Магнитный поток. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.

В замкнутом контуре при изменении магнитного поля возникает электрический ток. Этот ток называется индукционным током. Явление возникновения тока в замкнутом контуре при изменениях магнитного поля, пронизывающего контур, называется электромагнитной индукцией. Появление тока в замкнутом контуре свидетельствует о наличии сторонних сил неэлектростатической природы или о возникновении ЭДС индукции. Количественное описание явления электромагнитной индукции дается на основе установления связи ЭДС индукции и магнитным потоком. Магнитным потоком Ф через поверхность называется физическая величина, равная произведению площади поверхности S на модуль вектора магнитной индукции B и на косинус угла a между ним и нормалью к поверхности . Единица магнитного потока – вебер, равный потоку, который при равномерном убывании до нуля за 1 секунду вызывает ЭДС в 1 вольт. Направление индукционного тока зависит от того, возрастает или убывает поток, пронизывающий контур, а также от направления поля относительно контура. Общая формулировка правила Ленца: возникающий в замкнутом контуре индукционный ток имеет такое направление, что созданный им магнитный поток через площадь, ограниченную контуром, стремится скомпенсировать изменение магнитного потока, которым данный ток вызывается. Закон электромагнитной индукции: ЭДС индукции в замкнутом контуре прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром и равна скорости изменения этого потока, а с учетом правила Ленца. При изменении ЭДС в катушке, состоящей из n одинаковых витков, общая ЭДС в n раз больше ЭДС в одном отдельно взятом витке . Для однородного магнитного поля на основании определения магнитного потока следует, что индукция равна 1 тесла, если поток через контур в 1 квадратный метр равен 1 веберу. Возникновение электрического тока в неподвижном проводнике не объясняется магнитным взаимодействием, т.к. магнитное поле действует только на движущиеся заряды. Электрическое поле, возникающее при изменении магнитного поля, называется вихревым электрическим полем. Работа сил вихревого поля по перемещению зарядов и является ЭДС индукции. Вихревое поле не связано с зарядами и представляет собой замкнутые линии. Работа сил этого поля по замкнутому контуру может быть отлична от нуля. Явление электромагнитной индукции также возникает при покоящемся источнике магнитного потока и движущемся проводнике. В этом случае причиной возникновения ЭДС индукции, равной , является сила Лоренца.

50. Явление самоиндукции. Индуктивность. Энергия магнитного поля.

Электрический ток, проходящий по проводнику, создает вокруг него магнитное поле. Магнитный поток Ф через контур пропорционален вектору магнитной индукции В , а индукция, в свою очередь, силе тока в проводнике. Следовательно, для магнитного потока можно записать . Коэффициент пропорциональности называется индуктивностью и зависит от свойств проводника, его размеров и среды, в которой он находится. Единица индуктивности – генри, индуктивность равна 1 генри, если при силе тока в 1 ампер магнитный поток равен 1 веберу. При изменении силы тока в катушке происходит изменение магнитного потока, создаваемого этим током. Изменение магнитного потока вызывает возникновение в катушке ЭДС индукции. Явление возникновения ЭДС индукции в катушке в результате изменения силы тока в этой цепи называется самоиндукцией. В соответствии с правилом Ленца ЭДС самоиндукции препятствует нарастанию при включении и убыванию при выключении цепи. ЭДС самоиндукции, возникающая в катушке с индуктивностью L , по закону электромагнитной индукции равна. Пусть при отключении сети от источника, ток убывает по линейному закону. Тогда ЭДС самоиндукции имеет постоянное значение, равное . За время t при линейном убывании в цепи пройдет заряд . При этом работа электрического тока равна . Эта работа совершается за свет энергии W м магнитного поля катушки.

51. Гармонические колебания. Амплитуда, период, частота и фаза колебаний.

Механическими колебаниями называют движения тел, повторяющиеся точно или приблизительно одинаково через одинаковые промежутки времени. Силы, действующие между телами внутри рассматриваемой системы тел, называют внутренними силами. Силы, действующие на тела системы со стороны других тел, называют внешними силами. Свободными колебаниями называют колебания, возникшие под воздействием внутренних сил, например – маятник на нитке. Колебания под действиями внешних сил – вынужденные колебания, например – поршень в двигателе. Общим признаков всех видов колебаний является повторяемость процесса движения через определенный интервал времени. Гармоническими называются колебания, описываемые уравнением . В частности колебания, возникающие в системе с одной возвращающей силой, пропорциональной деформации, являются гармоническими. Минимальный интервал, через который происходит повторение движения тела, называется периодом колебаний Т . Физическая величина, обратная периоду колебаний и характеризующая количество колебаний в единицу времени, называется частотой . Частота измеряется в герцах, 1 Гц = 1 с -1 . Используется также понятие циклической частоты, определяющей число колебаний за 2p секунд . Модуль максимального смещения от положения равновесия называется амплитудой. Величина, стоящая под знаком косинуса – фаза колебаний, j 0 – начальная фаза колебаний. Производные также гармонически изменяются, причем , а полная механическая энергия при произвольном отклонении х (угол, координата, и т.д.) равна , где А и В – константы, определяемые параметрами системы. Продифференцировав это выражение и приняв во внимание отсутствие внешних сил, возможно записать, что , откуда .

52. Математический маятник. Колебания груза на пружине. Период колебаний математического маятника и груза на пружине.

Тело небольших размеров, подвешенное на нерастяжимой нити, масса которой пренебрежимо мала по сравнению с массой тела, называется математическим маятником. Вертикальное положением является положением равновесия, при котором сила тяжести уравновешивается силой упругости. При малых отклонениях маятника от положения равновесия возникает равнодействующая сила, направленная к положению равновесия, и его колебания являются гармоническими. Период гармонических колебаний математического маятника при небольшом угле размаха равен . Чтобы вывести эту формулу запишем второй закон Ньютона для маятника . На маятник действуют сила тяжести и сила натяжения нити. Их равнодействующая при малом угле отклонения равна . Следовательно, , откуда .

При гармонических колебаниях тела, подвешенного на пружине, сила упругости равна по закону Гука . По второму закону Ньютона .

53. Превращение энергии при гармонических колебаниях. Вынужденные колебания. Резонанс.

При отклонении математического маятника от положения равновесия его потенциальная энергия увеличивается, т.к. увеличивается расстояние до Земли. При движении к положению равновесия скорость маятника возрастает, и увеличивается кинетическая энергия, за счет уменьшения запаса потенциальной. В положении равновесия кинетическая энергия – максимальная, потенциальная – минимальна. В положении максимального отклонения – наоборот. С пружинным – то же самое, но берется не потенциальная энергия в поле тяготения Земли, а потенциальная энергия пружины. Свободные колебания всегда оказываются затухающими, т.е. с убывающей амплитудой, т.к. энергия тратится на взаимодействие с окружающими телами. Потери энергии при этом равны работе внешних сил за это же время. Амплитуда зависит от частоты изменения силы. Максимальной амплитуды она достигает при частоте колебаний внешней силы, совпадающей с собственной частотой колебаний системы. Явление возрастания амплитуды вынужденных колебаний при описанных условиях называется резонансом. Так как при резонансе внешняя сила совершает за период максимальную положительную работу, то условие резонанса можно определить как условие максимальной передачи энергии системе.

54. Распространение колебаний в упругих средах. Поперечные и продольные волны. Длина волны. Связь длины волны со скоростью ее распространения. Звуковые волны. Скорость звука. Ультразвук

Возбуждение колебаний в одном месте среды вызывает вынужденные колебания соседних частиц. Процесс распространении колебаний в пространстве называется волной. Волны, в которых колебания происходят перпендикулярно направлению распространения, называются поперечными волнами. Волны, в которых колебания происходят вдоль направления распространения волны, называются продольными волнами. Продольные волны могут возникать во всех средах, поперечные – в твердых телах под действием сил упругости при деформации или сил поверхностного натяжения и сил тяжести. Скорость распространения колебаний v в пространстве называется скоростью волны. Расстояние l между ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах, называется длиной волны. Зависимость длины волны от скорости и периода выражается как , или же . При возникновении волн их частота определяется частотой колебаний источника, а скорость – средой, где они распространяются, поэтому волны одной частоты могут иметь в разных средах различную длину. Процессы сжатия и разрежения в воздуха распространяются во все стороны и называются звуковыми волнами. Звуковые волны являются продольными. Скорость звука зависит, как и скорость любых волн, от среды. В воздухе скорость звука 331 м/с, в воде – 1500 м/с, в стали – 6000 м/с. Звуковое давление – дополнительно давление в газе или жидкости, вызываемое звуковой волной. Интенсивность звука измеряется энергией, переносимой звуковыми волнами за единицу времени через единицу площади сечения, перпендикулярного направлению распространения волн, и измеряется в ваттах на квадратный метр. Интенсивность звука определяет его громкость. Высота звука определяется частотой колебаний. Ультразвуком и инфразвуком называют звуковые колебания, лежащие вне пределов слышимости с частотами 20 килогерц и 20 герц соответственно.

55.Свободные электромагнитные колебания в контуре. Превращение энергии в колебательном контуре. Собственная частота колебаний в контуре.

Электрическим колебательным контуром называется система, состоящая из конденсатора и катушки, соединенных в замкнутую цепь. При подключении катушки к конденсатору в катушке возникает ток и энергия электрического поля превращается в энергию магнитного поля. Конденсатор разряжается не мгновенно, т.к. этому препятствует ЭДС самоиндукции в катушке. Когда же конденсатор разрядится полностью, ЭДС самоиндукции будет препятствовать убыванию тока, и энергия магнитного поля будет переходить в энергию электрического. Ток, возникающий при этом, зарядит конденсатор, причем знак заряда на обкладках будет противоположным первоначальному. После чего процесс повторяется до тех пор, пока вся энергия не будет затрачена на нагревание элементов цепи. Таким образом, энергия магнитного поля в колебательном контуре переходит в энергию электрического и обратно. Для полной энергии системы возможно записать соотношения: , откуда для произвольного момента времени. Как известно, для полной цепи . Полагая, что в идеальном случае R” 0 , окончательно получим , или же . Решением этого дифференциального уравнения является функция , где . Величину w называют собственной круговой (циклической) частотой колебаний в контуре.

56. Вынужденные электрические колебания. Переменный электрический ток. Генератор переменного тока. Мощность переменного тока.

Переменный ток в электрических цепях является результатом возбуждения в них вынужденных электромагнитных колебаний. Пусть плоский виток имеет площадь S и вектор индукции B составляет с перпендикуляром к плоскости витка угол j . Магнитный поток Ф через площадь витка в данном случае определяется выражением . При вращении витка с частотой n угол j меняется по закону ., тогда выражение для потока примет вид. Изменения магнитного потока создают ЭДС индукции, равную минус скорости изменения потока . Следовательно, изменение ЭДС индукции будет проходить по гармоническому закону . Напряжение, снимаемое с выхода генератора, пропорционально количеству витков обмотки. При изменении напряжения по гармоническому закону напряженность поля в проводнике изменяется по такому же закону. Под действием поля возникает то, частота и фаза которого совпадают с частотой и фазой колебаний напряжения . Колебания силы тока в цепи являются вынужденными, возникающими под воздействием приложенного переменного напряжения. При совпадении фаз тока и напряжения мощность переменного тока равна или . Среднее значение квадрата косинуса за период равно 0.5, поэтому . Действующим значением силы тока называется сила постоянного тока, выделяющая в проводнике такое же количество теплоты, что и переменный ток. При амплитуде I max гармонических колебаний силы тока действующее напряжение равно . Действующее значение напряжения также в раз меньше его амплитудного значения Средняя мощность тока при совпадении фаз колебаний определяется через действующее напряжение и силу тока.

57. Активное, индуктивное и емкостное сопротивление.

Активным сопротивлением R называется физическая величина, равная отношению мощности к квадрату силы тока , что получается из выражения для мощности . При небольших частотах практически не зависит от частоты и совпадает с электрическим сопротивлением проводника.

Пусть в цепь переменного тока включена катушка. Тогда при изменении силы тока по закону в катушке возникает ЭДС самоиндукции . Т.к. электрическое сопротивление катушки равно нулю, то ЭДС равна минус напряжению на концах катушки, созданному внешним генератором (??? Каким еще генератором???) . Следовательно, изменение силы тока вызывает изменение напряжения, но со сдвигом по фазе . Произведение является амплитудой колебаний напряжение, т.е. . Отношение амплитуды колебаний напряжения на катушке к амплитуде колебаний тока называется индуктивным сопротивлением .

Пусть в цепи находится конденсатор. При его включение он четверть периода заряжается, потом столько же разряжается, потом то же самое, но со сменой полярности. При изменении напряжения на конденсаторе по гармоническому закону заряд на его обкладках равен . Ток в цепи возникает при изменении заряда: , аналогично случаю с катушкой амплитуда колебаний силы тока равна . Величина, равная отношению амплитуды к силе тока, называется емкостным сопротивлением .

58. Закон Ома для переменного тока.

Рассмотрим цепь, состоящую из последовательно подключенных резистора, катушки и конденсатора. В любой момент времени приложенное напряжение равно сумме напряжений на каждом элементе. Колебания силы тока во всех элементах происходят по закону . Колебания напряжения на резисторе совпадают по фазу с колебаниями силы тока, колебания напряжения на конденсаторе отстают по фазе на от колебаний тока, колебания напряжения на катушке опережают по фазе колебания тока на (почему отстают-то???) . Поэтому условие равенства суммы напряжений общему можно записать как. Воспользовавшись векторной диаграммой, можно увидеть, что амплитуда напряжений в цепи равна , или , т.е. . Полное сопротивление цепи обозначают . Из диаграммы очевидно, что напряжение также колеблется по гармоническому закону . Начальную фазу j можно найти по формуле. Мгновенная мощность в цепи переменного тока равна. Поскольку среднее значение квадрата косинуса за период равно 0.5, . Если в цепи присутствует катушка и конденсатор, то по закону Ома для переменного тока . Величина называется коэффициентом мощности.

59. Резонанс в электрической цепи.

Емкостное и индуктивное сопротивления зависят от частоты приложенного напряжения. Поэтому при постоянной амплитуде напряжения амплитуда силы тока зависит от частоты. При таком значении частоты, при котором , сумма напряжений на катушке и конденсаторе становится равной нулю, т.к. их колебания противоположны по фазе. В результате, напряжение на активном сопротивлении при резонансе оказывается равным полному напряжению, а сила тока достигает максимального значения. Выразим индуктивное и емкостное сопротивления при резонансе: , следовательно . Это выражение показывает, что при резонансе амплитуда колебаний напряжения на катушке и конденсаторе могут превосходить амплитуду колебаний приложенного напряжения.

60. Трансформатор.

Трансформатор представляет собой две катушки с разным количеством витков. При приложении к одной из катушек напряжения в ней возникает ток. Если напряжение изменяется гармоническому закону, то по такому же закону будет изменять и ток. Магнитный поток, проходящий через катушку, равен . При изменении магнитного потока в каждом витке первой катушки возникает ЭДС самоиндукции . Произведение является амплитудой ЭДС в одном витке, всего же ЭДС в первичной катушке. Вторичную катушку пронизывает тот же магнитный поток, поэтому . Т.к. магнитные потоки одинаковы, то. Активное сопротивление обмотки мало по сравнению с индуктивным сопротивлением, поэтому напряжение примерно равно ЭДС. Отсюда . Коэффициент К называется коэффициентом трансформации. Потери на нагревание проводов и сердечников малы, поэтому Ф 1” Ф 2 . Магнитный поток пропорционален силе тока в обмотке и количеству витков. Отсюда , т.е. . Т.е. трансформатор увеличивает напряжение в К раз, уменьшая во столько же раз силу тока. Мощность тока в обоих цепях при пренебрежении потерями одинакова.

61. Электромагнитные волны. Скорость их распространения. Свойства электромагнитных волн.

Любое изменение магнитного потока в контуре вызывает появление в нем индукционного тока. Его появление объясняется возникновением вихревого электрического поля при любом изменении магнитного поля. Вихревое электрическое поде обладает тем же свойством, что и обыкновенное – порождать магнитное поле. Таким образом, однажды начавшийся процесс взаимного порождения магнитного и электрического полей непрерывно продолжается. Электрическое и магнитные поля, составляющие электромагнитные волны, могут существовать и в вакууме, в отличие от других волновых процессов. Из опытов с интерференцией была установлена скорость распространения электромагнитных волн, составившая приблизительно . В общем случае скорость электромагнитной волны в произвольной среде вычисляется по формуле . Плотность энергии электрической и магнитной компоненты равны между собой: , откуда . Свойства электромагнитных волн схожи со свойствами других волновых процессов. При прохождении границы раздела двух сред частично отражаются, частично преломляются. От поверхности диэлектрика не отражаются, от металлов отражаются практически полностью. Электромагнитные волны обладают свойствами интерференции (опыт Герца), дифракции (алюминиевая пластинка), поляризации (сетка).

62. Принципы радиосвязи. Простейший радиоприемник.

Для осуществления радиосвязи необходимо обеспечить возможность излучения электромагнитных волн. Чем больше угол между пластинами конденсатора – тем более свободно ЭМ-волны распространяются в пространстве. В действительности, открытый контур состоит из катушки и длинного провода – антенны. Один конец антенны заземлен, другой – поднят над поверхностью Земли. Т.к. энергия электромагнитных волн пропорциональна четвертой степени частоты, то при колебаниях переменного тока звуковых частот ЭМ-волны практически не возникают. Поэтому используется принцип модуляции – частотной, амплитудной или фазовой. Простейший генератор модулированных колебаний представлен на рисунке. Пусть частота колебаний контура изменяется по закону. Пусть частота модулируемых звуковых колебаний также изменяется как , причем W <(а какого черта именно так???) (G – величина, обратная сопротивлению). Подставив в это выражение значения напряжений, где, получим . Т.к. при резонансе частоты, далекие от частоты резонанса, срезаются, то из выражения для i исчезают второе, третье и пятое слагаемые, т.е. .

Рассмотрим простейший радиоприемник. Он состоит из антенны, колебательного контура с конденсатором переменной емкости, диода-детектора, резистора и телефона. Частота колебательного контура подбирается таким образом, чтобы она совпадала с частотой несущей, при этом амплитуда колебаний на конденсаторе становится максимальной. Это позволяет выделить нужную частоту из всех принимаемых. С контура модулированные колебания высокой частоты поступают на детектор. После прохождения детектора ток каждые полпериода заряжает конденсатор, а следующие полпериода, когда ток не проходит через диод, конденсатор разряжается через резистор. (я правильно понял???).

64. Аналогия между механическими и электрическими колебаниями.

Аналогии между механическими и электрическими колебаниями выглядят так: