Реферат: Билеты по физике

Билет №1

1) Относительность механического движения. Системаотсчёта. Сложение скоростей в классической и релятевиствской механике.

Относительность движения – это перемещение и скорость тела относительно разныхсистем отсчета различны (например, человек и поезд). Скорость тела относительнонеподвижной системы координат равна геометрической сумме скоростей телаотносительно подвижной системы и скорости подвижной системы координатотносительно неподвижной. (V1 – скоростьчеловека в поезде, V0 — скоростьпоезда, то V=V1+V0).

   Релятивистский закон сложения скоростей: v2=(v1+v)/(1+v1*v/c^2)

Система отсчёта. Механическоедвижение, как это следует из его определения, является относительным. Поэтому одвижении тел можно говоритъ лишь в том случае, когда указана система отсчёта.Система от­счёта включает в себя: 1) Тело отсчёта, т.е. тело, котороепринимается за неподвижное  и относительно которого рассматривается движениедругих тел. С телом отсчёта связывают систему координат. Чаще всего использу­ютдекартовую (прямоугольную) систему координат 

2) Испарение жидкостей.Насыщенные и ненасыщенные пары. Давление насыщенного пара. Влажность воздуха,измерить влажность воздуха в классной комнате.

1. Испарение и конденсация. Процесс перехода вещества изжидкого состояния в газообразное состояние называется парообразованием,обратный процесс превращения вещества из газообразного состояния в жидкоеназывают конденсацией. Существуют два вида парообразования — испарение икипение. Рассмотрим сначала испарение жидкости. Испарением называют процесспарообразования, происходящий с открытой поверхности жидкости при любойтемпературе. С точки зрения молекулярно-кинетической теории эти процессыобъясняются следующим образом. Молекулы жидкости, участвуя в тепловом движении,непрерывно сталкиваются между собой. Это приводит к тому, что некоторые из нихприобретают кинетическую энергию, достаточную для преодоления молекулярногопритяжения. Такие молекулы, находясь у поверхности жидкости, вылетают из неё,образуя над жидкостью пар (газ). Молекулы пар~ двигаясь хаотически, ударяются оповерхность жидкости. При этом часть из них может перейти в жидкость. Эти двапроцесса вылета молекул жидкости и ах обратное возвращение в жидкостьпроисходят одновременно. Если число вылетающих молекул больше числавозвращающихся, то происходит уменьшение массы жидкости, т.е. жидкостьиспаряется, если же наоборот, то количество жидкости увеличивается, т.е.наблюдается конденсация пара. Возможен случай, когда массы жидкости и пара,нахо­дящегося над ней, не меняются. Это возможно, когда число молекул, по­кидающихжидкость, равно числу молекул, возвращающихся в неё. Такое состояние называетсядинамическим равновесием, а пар, находящийся в динамическомравновесии со своей жидкостью, называют насыщенным. Если жемежду паром и жидкостью нет динамического равновесия, то он называется ненасыщенным.Очевидно, что насыщенный пар при данной температуре имеет определённуюплотность, называемую равновесной.

Это обусловливает неиз­менностьравновесной плотности, а следова­тельно, идавления насы­щенного пара от его объ­ёма при неизменной тем­пературе,поскольку уменьшение или увели­чениеобъёма этого пара приводит к конденсациипара или к испарению жидкости соответственно. Изотерма насыщенного пара принекоторой температуре в координатной плоскости Р, V представляет собой прямую,параллельную оси V. С повышением температуры термодина­мической системыжидкость — насыщенный пар число молекул, поки­дающих жидкость за некотороевремя, превышает количество молекул, возвращающихся из пара в жидкость. Этопродолжается до тех пор, пока возрастание плотности пара не приводит кустановлению динамического равновесия при более высокой температуре. При этомувеличивается и давление насыщенных паров. Таким образом, давление насыщенныхпаров зависит только от температуры. Столь быстрое возрастание давлениянасыщенного пара обусловлено тем, что с повышением температуры происходит ростне только кинетической энергии поступательного движения молекул, но и ихконцентрации, т.е. числа молекул в единице объема

При испарении жидкость покидаютнаиболее быстрые молекулы, вследствие чего средняя кинетическая энергияпоступательного движения оставшихся молекул уменьшается, а следовательно, итемпература жидко­сти понижается (см. §24). Поэтому, чтобы температураиспаряющейся жидкости оставалась постоянной, к ней надо непрерывно подводитьопре­делённое количество теплоты.

Количество теплоты, котороенеобходимо сообщить единице массы жидкости, для превращения её в пар принеизменной температуре называется удельной теплотой парообразования. Удельная теплота парообразованиязависит от температуры жидкости, уменьшаясь с её повышением. При конденсацииколичество теплоты, затраченное на испарение жидкости, выделяется. Конденсация– процесс превращения из газообразного состояния в жидкое.

2. Влажность воздуха. Ватмосфере всегда содержится некоторое количество водяных паров. Степеньвлажности является одной из существенных характеристик погоды и климата и имеетво многих случаях практическое значение. Так, хранение различных материалов (втом числе цемента, гипса и других строительных материалов), сырья, продуктов,оборудования и т.п. должно происходить при определенной влажности. Кпомещениям,  в зависимости от их назначения, также предъявляютсясоответствующие требования по влажности.

Для характеристики влажностииспользуется ряд величин. Абсолют­ной влажностью р называется масса водяногопара, содержащегося в единице объёма воздуха. Обычно она измеряется в граммахна кубический метр (г/м3). Абсолютная влажность связана спарциальным давлением  Р водяного пара уравнением Менделеева – Клайпейрона />, где V — объём, занимаемый паром, m, Т и m — масса, абсолютная температураи молярная масса водяного пapa, R — универсальная газовая постоянная (см.(25.5)). Парциальным давлением называется давление, которое оказывает водянойпар без учёта действия молекул воздуха другого сорта. Отсюда />, так как р = m/V— плотностьводяного пара.

В определённом объёме воздуха приданных условиях количество во­дяного пара не может увеличиваться беспредельно,поскольку существует какое-то предельное количество паров, после чегоначинается конденса­ция пара. Отсюда появляется понятие максимальной влажности.Макси­мальной влажностью Pm называют наибольшее количество водяного па­ра вграммах, которое может содержаться в 1 м3 воздуха при данной тем­пературе(по смыслу это есть частный случай абсолютной влажности). По­нижая температурувоздуха, можно достичь такой температуры, начиная с которой пар начнётпревращаться в воду — конденсироваться. Такая тем­пepaтypa носит название точкиросы. Степень насыщенности воздуха во­дяными парами характеризуетсяотносительной влажностью. Относительной влажностью b называют отношение абсолютной влажности р кмаксимальной Pm т.е. b=P/Pm. Часто относительную влажность выражают  впроцентах.

Существуют различные методыопределения влажности.

1.         Наиболее точнымявляется весовой метод. Для определения влажно­сти воздуха его пропускают черезампулы, содержащие вещества, хорошо поглощающие влагу. Зная увеличение массыампул и объём пропущенного воздуха, определяют абсолютную влажность.

2.         Гигрометрическиеметоды. Установлено, что некоторые волокна, в том числе человеческий волос,изменяют свою длину в зависимости от от­носительной влажности воздуха. На этомсвойстве основан прибор, назы­ваемый гигрометр ом. Имеются и другие типыгигрометров, в том числе и электрические.

З.                     Психрометрическийметод — это наиболее распространенный ме­тод измерения. Суть его состоит вследующем. Пусть два одинаковые тер­мометра находятся в одинаковых условиях иимеют одинаковые показания. Если же баллончик одного из термометров будетсмочен, например, обернут мокрой тканью, то показания окажутся различными.Вследствие испарения воды с ткани так называемый влажный термометр показываетболее низкую температуру, чем сухой. Чем меньше относительная влажностьокружающего воздуха, тем интенсивнее будет испарение и тем ниже показаниевлажного термометра. Из показаний термометров определяют разность температур ипо специальной таблице, называемой психрометрической, определяют относительнуювлажность воздуха.

Билет №2

1) Первый закон Ньютона.Инерциальные системы отсчёта. Принцип относительности в классической механике итеории относительности.

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

Причиной изменения скорости тела всегда является еговзаимодействие с другими телами. При взаимодействии двух тел всегда изменяютсяскорости, т.е. приобретаются ускорения. Отношение ускорений двух тел одинаковопри любых взаимодействиях. Свойство тела, от которого зависит его ускорение привзаимодействии с другими телами, называется инертностью. Количественной меройинертности является масса тела. Принцип отноительности – главныйпостулат теории Эйнштейна. Все процессы природы протекают одинакого во всехинерциальных системах отсчёта. Это означает, что во всех инерциальных системахотсчёта физические законы имеют одинаковую форму. Таким образом, принципотносительности классической механики обобщается на все процессы в природе, втом числе и на электромагнитные. Имеется ещё второй постулат: скорость света ввакууме одинакова для всех инерциональных систем отсчёта. Она не зависит ни отскорости источника, ни от скорости приёмника светового сигнала.

2) Принцип радиотелефонной связи. Модуляция идетектирование. Простейший радиоприёмник. Изобретение радио А. С. Поповым

   Принцип радиосвязи: переменный электрический ток высокой частоты, созданныйв передающей антенне, вызывает в окружающем пространстве быстро меняющеесяэлектромагнитное поле, которое распространяется в виде электромагнитной волны.Достигая приёмной антенны, электромагнитная волна вызывает в ней переменный токтой же частоты, на которой работает передатчик. Важнейшим этапом в развитиирадиосвязи было создание в 1913 г. генератора незатухающих электромагнитныхколебаний.

   Модуляция. Дляосуществления радиотелефонной связи необходимо использовать высокочастотныеколебания, интенсивно излучаемые антенной. Незатухающие гармонические колебаниявысокой частоты вырабатывает генератор высокой частоты, например генератор натранзисторе. Для пережачи звука эти высокочастотные колебания изменяют(модулируют), с помощью электрических колебаний низкой (звуковой) частоты.Можно, например, изменять со звуковой частотой амплитуду высокочастотныхколебаний. Этот способ называют амплитудной модуляцией. Модуляция – медленныйпроцесс. Это такие изменения в высокочастотной колебательной системе, прикоторых она успевает совершить очень много высокочастотных колебаний, преждечем их амплитуда изменится заметным образом.

Детектирование. В приёмнике из модулированных колебанийвысокой частоты выделяются низкочастотныеколебания. Такой процесс называют детектированием. Полученный в результатедетектирования сигнал соответствует тому звуковому сигналу, который действовална микрофон передатчика.

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 наконденсаторе становится максимальной. Это позволяет выделить нужную частоту извсех принимаемых. С контура модулированные колебания высокой частоты поступаютна детектор. После прохождения детектора ток каждые полпериода заряжаетконденсатор, а следующие полпериода, когда ток не проходит через диод,конденсатор разряжается через резистор. (я правильно понял???).

Изобретениерадио А. С. Поповым. В качаестве детали, непосредственно «чувствующей» эл.маг. волн. П.Применил когерер – стеклян. Трубка с 2 электродами, наполненной мелкимиметаллическими опилками. В обычномм сост. Когерер обладает большимсопротивлением, так как опилки имеют плохой контакт друг с другом. Пришедшаяэл-магн-ая волна создат в когерере переменный ток высокой частоты. Междуопилками проскакивают мельчайшие искорки, спекающие опилки. В результате сопр.Когерера падает со 100000 до 1000-500 Ом. Снова вернуть прибору бльшоеопротивление можно, если встряхнуть его. Чтобы обеспечить автоматичностьприёма, необходимую для осуществлеия беспроволочойсвязи, он использовалзвонковое утройство для встряхивания когерера после приёма сигнала. Цепь эл-огозвонка замыкалась с помощью чувствительного реле в момент приходаэлектромагнитной волны. С окончанием прихода волны работа звонка сразпрекращалась, так ка кмолоточек звонка ударял не только по звонку, но и покогереру. Чтобы повысить чувствитель7сть приёмника, П. Один из выводов когереразаземлил, а другой присоеденил к высоку подняторму куску проволки, слоздавпервую приёмную антенну для беспроволочной связи.7 мая 1895 г. на заседанииРусского физико-хим-ого общества в Петербурге он продемонстрировал действиесвоего прибора. Этот день стал днём рождения радио. Вначале радиосвыязть былаустановлена на 250 м., затем более чем на 600, затем 20 км, в 1901 г. – 150 км.За границей усовершенствование подобных приборов профодилось фирмой,организованной итальянским инженером Г. Маркони.


Билет №3

1) Масса, способы её измерения. Сила. Второй законНьютона

Свойство тела, от которого зависит его ускорение привзаимодействии с дургими телами, называется инертностью. Количественной меройинертности теля является масса тела. Чем большей массой обладает тело, темменьше ускорение оно получает при взаимодействии. Поэтому в физике принятно,что отношение масс взаимодействующих тел равно обратному отношению модулейускорений m1/m2=a2/a1. За единицу массы в международной системе принята массаспециального эталона, изготовленного из сплава платины и иридия. Масса этогоэталона называется килограммом (кг.) Масса тела – это величина, выражающая егоинертность.

При взвешивании определения масс используетсяспособность всех тел взаимодействовать с землёй. Опыты показали, что тела,обладающие одинаковой массой, одинаково притягиваются к земле. Одинаковостьпритяжения тел к Земле можно, например, установить по одинаковому растяжениюпружины при поочерёдном подвешивании к ней тел с одинаковыми массами.

Второй закон Ньютона устанавливает связь между кинематическойхарактеристикой движения – ускорением, и динамическими характеристикамивзаимодействия – силами. />, или, в более точном виде, />,т.е. скорость изменения импульса материальной точки равна действующей нанего силе. При одновременном действии на одно тело нескольких силтело движется с ускорением, являющимся векторной суммой ускорений, которыевозникли бы при воздействии каждой из этих сил в отдельности.

При любом взаимодействии двух тел отношение модулейприобретенных ускорений постоянно и равно обратному отношению масс. Т.к. привзаимодействии тел векторы ускорений имеют противоположное направление, можнозаписать, что />. По второмузакону Ньютона сила, действующая на первое тело равна />, а на второе />. Таким образом, />

2)Электрический ток врастворах и расплавах электролитов. Закон электролиза в технике.

Электролиты – водные растворы солей, кислот и щелочей.При растворении электролитов под влиянием электрического поля полярных молекулводы происходит распад молекул электролитов на ионы. Этот процесс называетсяэлектролитической диссоциацией. Степень диссоциации, т.е. доля молекул врастворенном веществе, распавшихся на ионы, зависит от температуры,концентрации раствора и диэлектрической проницаемости ε растворителя. Сувеличением температуры степень диссоциации возрастает и, следовательно,увеличивается концентрация положительно и отрицательно заряженных ионов. Ионыразных знаков при встрече могут снова объединится в нейтральные молекулы –рекомбинировать. Носителями заряда в водных растворах или расплавахэлектролитов являются положительно или отрицательно заряженные ионы. Посколькуперенос заряда в водных растворах или расплавах электролитов осуществляетсяионами, такую проводимость называют ионной.

Электролизом называют процесс выделения на электродечистого вещества, связанный с окислительно-восстановительными реакциями.(илитакая формулировка: Электролиз – это выделение веществ из электролита споследующим осаждением на электродах; или такая: Электролиз – это процессвыделения током химических составляющих проводника).

Фарадей сформулировал два закона электролиза:

1.    Масса вещества, выделяющегося изэлектролита на электродах, оказывается тем большей, чем больший заряд прошелчерез электролит: m~q, или m~It, где I – сила тока, t – время его прохождения черезэлектролит. Коэффициент k, превращающий эту пропорциональность в равенство m=kIt,называется электрохимическим эквивалентом вещества.

2.    Электрохимический эквивалент тембольший, чем больше масса моля вещества и чем меньше его валентность: k~M/n(эта дробь называется химическим эквивалентом вещества). Коэффициент,превращающий эту пропорциональность в равенство, назвали постоянной Фарадея F:k=1/F•M/n.Постоянная Фарадея равна произведению двух констант – постоянной Авогадро изаряда электрона: F=6,02 10²³ моль‾¹ •1,6•10 встепени  -19Кл≈9,6•10 в степени 4  Кл/моль. Итак: k=1/F•M/n.

Подставив (2) в (1): m=MIt/Fn. Этообъединенный закон Фарадея для электролиза.

Электролиз применяется:

1.    Гальванопластика, т.е. копированиерельефных предметов.

2.    Гальваностегия, т.е. нанесение наметаллические изделия тонкого слоя другого металла (хром, никель, золото).

3.    Очистка металлов от примесей(рафинирование металлов).

4.    Электрополировка металлическихизделий. При этом изделие играет роль анода в специально подобранномэлектролите. На микронеровностях (выступах) на поверхности изделия повышаетсяэлектрический потенциал, что способствует их первоочередному растворению в электролите.

5.    Получение некоторых газов (водород,хлор).

6.    Получение металлов из расплавовруд. Именно так добывают аллюминий.


Билет №4

1) Закон всемирного тяготения.Сила тяжести. Свободное падение тел. Вес тела. Невесомость.

Исаак Ньютон выдвинул предположение, что между любымителами в природе существуют силы взаимного притяжения. Эти силы называютсилами гравитации, илисилами всемирного тяготения. Си­ла всемирноготяготения проявляется в Космосе, Солнечной системе и на Земле. Ньютон обобщилза­коны движения небесных тел и выяснил, чтоF= G(m1*m2)/R2,  где G коэффициентпропорциональности, называется гравитационной постоянной. Чис­ленное значениегравитационной постоянной опытным путем определил Кавендиш, измеряя силу вза­имодействиямежду свинцовыми шарами. В резуль­тате закон всемирного тяготения звучит так:между любыми материальными точками существует сила взаимного притяжения, прямопропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадратурасстояния между ними, действующая по линии, соединяющей эти точки.

Физический смысл гравитационной постоян­ной вытекает иззакона всемирного тяготения. Если m1 = m2 = 1кг, R = 1 м, то G = F, т. е. гравитацион­наяпостоянная равна силе, с которой притягиваются два тела по 1 кг на расстоянии 1м. Численное зна­чение: G = 6,67 • 10-11 Н • м2/кг2.Силы всемирного тя­готения действуют между любыми телами в природе, ноощутимыми они становятся при больших массах (или хотя бы масса одного из телвелика). Закон же всемирного тяготения выполняется только для мате­риальныхточек и шаров (в этом случае за расстоя­ние принимается расстояние междуцентрами ша­ров).

/>Частным видом силы всемирного тяготения является силапритяжения тел к Земле (или к другой планете). Эту силу называютсилойтяжести. Под действием этой силы все тела приобретают ускорение свободногопадения. В соответствии со вторым зако­ном Ньютона g= fт/m, следовательно, = mg. Сила тяжести всегда направлена к центру Земли. В зави­симостиот высоты h над поверхностью Земли и гео­графической широтыположения тела ускорение сво­бодного падения приобретает различные значения. Наповерхности Земли и в средних широтах ускоре­ние свободного падения равно 9,831м/с2.

В технике и быту широко используется поня­тие весатела.Весом тела называют силу, с которой тело давит на опору или подвесв результате грави­тационного притяжения к планете (рис. 5). Вес телаобозначается Р. Единица измерения веса — 1 Н. Так как вес равен силе, скоторой тело действует на опо­ру, то в соответствии с третьим законом Ньютонапо величине вес тела равен силе реакции опоры. Поэтому, чтобы найти вес тела,необходимо найти, чему равна сила реакции опоры.

Рассмотрим случай, когда тело вместе с опорой недвижется. В этом случае сила реакции опоры, а следова­тельно, и вес тела равенсиле тяжести (рис. 6): р= N = mg.

/> В случае движения тела вертикально вверх вместе сопорой с ускорением, по второму закону Ньютона, можно записать mg + N =та (рис. 7, а).

В проекции на ось OX: -mg +N = та, отсюда N =m(g + а). Следовательно,при движении вертикально вверх с ускорением вес тела увеличивается и нахо­дитсяпо формуле Р = m(g+ а).

Увеличение веса тела, вызванное ускоренным движениемопоры или подвеса, называютперегруз­кой. Действие перегрузки испытываютна себе кос­монавты как при взлете космической ракеты, так и при торможениикорабля при входе в плотные слои атмосферы. Испытывают перегрузки и летчики привыполнении фигур высшего пилотажа, и водители автомобилей при резкомторможении.

Если тело движется Вниз по вертикали, то с помощьюаналогичных рассуждений получаем mg +

+N= та;mg -N= та; N =m(g-а); Р=m(g— а), т. е.вес при движении по вертикали с ускорением будет меньше силы тяжести.

Если тело свободно падает, в этом случае Р =(g-g)m = 0.

Состояние тела, в котором его вес равен нулю, называютневесомостью. Состояние невесомости на­блюдается в самолете или космическомкорабле при движении с ускорением свободного падения незави­симо от направленияи значения скорости их движе­ния. За пределами земной атмосферы при выключе­нииреактивных двигателей на космический корабль действует только сила всемирноготяготения. Под действием этой силы космический корабль и все те­ла, находящиесяв нем, движутся с одинаковым ускорением, поэтому в корабле наблюдается состоя­ниеневесомости.

2) Линзы. Построениеизображения в тонких линзах. Оптическая сила линзы.

Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумясферическими поверхностями. Линза, которая у краев толще, чем в середине,называется вогнутой, которая в середине толще – выпуклой. Прямая, проходящаячерез центры обеих сферических поверхностей линзы, называется главнойоптической осью линзы. Если толщина линзы мала, то можно сказать, что главнаяоптическая ось пересекается с линзой в одной точке, называемой оптическимцентром линзы. Прямая, проходящая через оптический центр, называется побочнойоптической осью. Если на линзу направить пучок света, параллельный главнойоптической оси, то у выпуклой линзы пучок соберется в точкеF,называемой главным фокусом. Если такой же пучок направить на вогнутую линзу, топучок рассеивается так, что лучи как будто бы исходят из точки F,называемой мнимым фокусом. Если направить пучок света параллельной побочнойоптической оси, то он соберется на побочном фокусе, лежащем в фокальнойплоскости, проходящей через главный фокус перпендикулярно главной оптическойоси. Из подобия треугольников очевидно, что /> и/>. Найдем соотношение />, откуда />. Но /> и />, т.е. />, что после приведенияподобных дает />. Поделив эторавенство на />, получим формулу линзы />. В формуле линзы расстояниеот линзы до мнимого изображения считается отрицательным. Оптическая силадвояковыпуклой (да и вообще любой) линзы определяется из радиуса ее кривизны ипоказателя преломления стеклом и воздухом />.


Билет №5

1)Третий закон Ньютона. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивноедвижение. К.Э. Циолковский в освоении космического пространства.

При любом взаимодействии двух тел отношение модулейприобретенных ускорений постоянно и равно обратному отношению масс. Т.к. привзаимодействии тел векторы ускорений имеют противоположное направление, можнозаписать, что />. По второмузакону Ньютона сила, действующая на первое тело равна />, а на второе />. Таким образом, />. Третий закон Ньютонасвязывает между собой силы, с которыми тела действуют друг на друга. Если дватела взаимодействуют друг с другом, то силы, возникающие между ними приложены кразным телам, равны по величине, противоположны по направлению, действуют вдольодной прямой, имеют одну и ту же природу.

Из того, что тела независимо от своей массы падают содинаковым ускорением, следует, что сила, действующая на них, пропорциональнамассе тела. Эта сила притяжения, действующая на все тела со стороны Земли,называется силой тяжести. Сила тяжести действует на любом расстоянии междутелами. Все тела притягиваются друг к другу, сила всемирного тяготения прямопропорциональна произведению масс и обратно пропорциональна квадрату расстояниямежду ними. Векторы сил всемирного тяготения направлены вдоль прямой,соединяющей центры масс тел. />, G –Гравитационная постоянная, равна />. Весомтела называется сила, с которой тело вследствие силы тяжести действует на опоруили растягивает подвес. Вес тела равен по модулю и противоположен понаправлению силе упругости опоры по третьему закону Ньютона. По второму законуНьютона если на тело более не действует ни одна сила, то сила тяжести телауравновешивается силой упругости. Вследствие этого вес тела на неподвижной илиравномерно движущейся горизонтальной опоре равен силе тяжести. Если опорадвижется с ускорением, то по второму закону Ньютона />,откуда выводится />. Это означает, чтовес тела, направление ускорения которого совпадает с направлением ускорениясвободного падения, меньше веса покоящегося тела. При бросании тела параллельноземной поверхности дальность полета будет тем большей, чем больше начальнаяскорость. При больших значениях скорости также необходимо принимать в расчетшарообразность земли, что отражается в изменении направления вектора силытяжести. При некотором значении скорости тело может двигаться вокруг Земли поддействием силы всемирного тяготения. Эту скорость, называемую первойкосмической, можно определить из уравнения движения тела по окружности />. С другой стороны, извторого закона Ньютона и закона всемирного тяготения следует, что />. Таким образом, нарасстоянии R от центра небесного тела массой М перваякосмическая скорость равна/>. Приизменении скорости тела меняется форма его орбиты с окружности на эллипс. Придостижении второй космической скорости, равной /> орбитастановится параболической. По второму закону Ньютона независимо от того, находилосьли тело в покое или двигалось, изменение его скорости может происходить толькопри взаимодействии с другими телам. Если на тело массой m втечение времени t действует сила /> искорость его движения изменяется от /> до />, то ускорение тела равно />. На основании второгозакона Ньютона для силы /> можнозаписать />. Физическая величина,равная произведению силы на время ее действия, называется импульсом силы.Импульс силы показывает, что существует величина, одинаково изменяющаяся у всехтел под воздействием одинаковых сил, если время действия силы одинаково. Этавеличина, равная произведению массы тела на скорость его движения, называетсяимпульсом тела. Изменение импульса тела равно импульсу силы, вызвавшей этоизменение. Возьмем два тела, массами /> и />, движущиеся со скоростями />и />. По третьему закону Ньютонасилы, действующие на тела при их взаимодействии, равны по модулю ипротивоположны по направлению, т.е. их можно обозначить как /> и /> . Для изменений импульсовпри взаимодействии можно записать />. Изэтих выражений получим, что />, то естьвекторная сумма импульсов двух тел до взаимодействия равна векторной суммеимпульсов после взаимодействия. В более общем виде закон сохранения импульсазвучит так: Если/>, то />.

2) Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля тока (без вывода)

Электрический ток, проходящий по проводнику, создаетвокруг него магнитное поле. Магнитный поток Ф через контурпропорционален вектору магнитной индукции В, а индукция, в свою очередь,силе тока в проводнике. Следовательно, для магнитного потока можно записать />. Коэффициент пропорциональностиназывается индуктивностью и зависит от свойств проводника, его размеров исреды, в которой он находится. Единица индуктивности – генри, индуктивностьравна 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 вкатушке ЭДС индукции. Явление возникновения ЭДС индукции в катушке в результатеизменения силы тока в этой цепи называется самоиндукцией. В соответствии справилом Ленца ЭДС самоиндукции препятствует нарастанию при включении иубыванию при выключении цепи. ЭДС самоиндукции, возникающая в катушке синдуктивностью L, по закону электромагнитной индукции равна/>. Пусть при отключении сетиот источника, ток убывает по линейному закону. Тогда ЭДС самоиндукции имеетпостоянное значение, равное />. Завремя t при линейном убывании в цепи пройдет заряд />. При этом работаэлектрического тока равна />. Этаработа совершается за свет энергии магнитного полякатушки.


Билет № 6

1) Кинетическая и потенциальная энергия. Потенциальнаяэнергия упруго деформированного тела. Закон сохранения энергии в механическихпроцессах. Определить потенциальную энергию тела в поле силы тяжести в заданнойсистеме отсчёта.

Физическая величина, равная половине произведения массытела на квадрат скорости называется кинетической энергией. Работа равнодействующей сил, приложенных к телу, равнаизменению кинетической энергии. Физическая величина, равная произведению массытела на модуль ускорения свободного падения и высоту, на которую поднято телонад поверхностью с нулевым потенциалом, называют потенциальной энергией тела.Изменение потенциальной энергии характеризует работу силы тяжести поперемещении тела. Эта работа равна изменению потенциальной энергии, взятому спротивоположным знаком. Тело находящееся ниже поверхности земли, имеетотрицательную потенциальную энергию. Потенциальную энергию имеют не толькоподнятые тела. Рассмотрим работу, совершаемую силой упругости при деформациипружины. Силу упругости прямо пропорциональна деформации, и ее среднее значениебудет равно/>, работа равна произведениюсилы на деформацию/>, или же />. Физическая величина,равная половине произведения жесткости тела на квадрат деформации называетсяпотенциальной энергией деформированного тела. Важной характеристикой потенциальнойэнергии является то, что тело не может обладать ею, не взаимодействуя с другимителами.

Потенциальнаяэнергия характеризует взаимодействующие тела, кинетическая – движущиеся. И та, и другая возникают врезультате взаимодействия тел. Если несколько тел взаимодействую между собойтолько силами тяготения и силами упругости, и никакие внешние силы на них недействуют (или же их равнодействующая равна нулю), то при любых взаимодействияхтел работа сил упругости или сил тяготения равна изменению потенциальнойэнергии, взятой с противоположным знаком. В то же время, по теореме окинетической энергии (изменение кинетической энергии тела равно работе внешнихсил)  работа тех же сил равна изменению кинетической энергии.

/>.

 Из этого равенства следует, что сумма кинетической ипотенциальной энергий тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующихмежду собой силами тяготения и упругости, остается постоянной. Суммакинетической и потенциальной энергий тел называется полной механическойэнергией. Полная механическая энергия замкнутой системы тел,взаимодействующих между собой силами тяготения и упругости, остаетсянеизменной. Работа сил тяготения и упругости равна, с одной стороны, увеличениюкинетической энергии, а с другой – уменьшению потенциальной, то есть работаравна энергии, превратившейся из одного вида в другой

2) Непрерывный и линейчатыйспектры. Спектры испускания и поглощения. Спектральный анализ и его применение.

Спектр излучения (или поглощения) — это набор волн определенных частот,которые излучает (или поглощает) атом данного вещества.

Спектры бывают сплошные, линейчатыеи по­лосатые.

Сплошные спектры излучают все вещества, находящиеся в твердом илижидком состоянии. Сплошной спектр содержит волны всех частот види­мого света ипоэтому выглядит как цветная полоса с плавным переходом от одного цвета кдругому в та­ком порядке: Красный, Оранжевый, Желтый, Зеле­ный, Синий иФиолетовый (Каждый Охотник  Желает Знать, где Сидит Фазан).

Линейчатые спектры излучают все вещества в атомарном состоянии. Атомывсех веществ излучают свойственные только им наборы волн вполне определенныхчастот. Как у каждого человека свои личные отпечатки пальцев, так и у атомаданного вещества свой, характерный только ему спектр. Линейчатые спектрыизлучения выглядят как цветные линии, разделенные промежутками. Природалинейчатых спектров объясняется тем, что у атомов конкретного веществасуществуют только ему свойственные ста­ционарные состояния со своей характернойэнергией, а следовательно, и свой набор пар энергетических уровней, которыеможет менять атом, т. е. электрон в атоме может переходить только с однихопределен­ных орбит на другие, вполне определенные орбиты для данногохимического вещества.

Полосатые спектры излучаются молекулами. Выглядят полосатые спектрыподобно линейчатым, только вместо отдельных линий наблюдаются от­дельные сериилиний, воспринимаемые как отдель­ные полосы.

Характерным является то, что какой спектризлучается данными атомами, такой же и погло­щается, т. е. спектры излучения понабору излу­чаемых частот совпадают со спектрами поглощения. Поскольку атомамразных веществ соответствуют свойственные толькоим спектры, тосуществует спо­соб определения химического состава вещества мето­дом изученияего спектров. Этот способ называется спектральным анализом. Спектральныйанализ применяется для определения химического состава ископаемых руд придобыче полезных ископаемых, для определения химического состава звезд, атмо­сфер,планет; является основным методом контроля состава вещества в металлургии имашиностроении.


Билет №7

1) Оновные положения МКТ и их опытное обоснование.Броуновское движение. Масса и размеры молекул.

Молекулярно-кинетическая теория — это раз­дел физики,изучающий свойства различных состоя­ний вещества, основывающийся напредставлениях о существовании молекул и атомов, как мельчайших частицвещества. В основе МКТ лежат три основных положения:1. Все вещества состоят измельчайших час­тиц: молекул, атомов или ионов. 2. Эти частицы находятся внепрерывном хао­тическом движении, скорость которого определяет температурувещества.3. Между частицами существуют силы притя­жения и отталкивания,характер которых зависит от расстояния между ними. Основные положения МКТподтверждаются многими опытными фактами. Существование моле­кул, атомов и ионовдоказано экспериментально, мо­лекулы достаточно изучены и даже сфотографирова­ныс помощью электронных микроскопов. Способ­ность газов неограниченно расширятьсяи занимать весь предоставленный им объем объясняется непре­рывнымхаотическим движением молекул. Упругость газов, твердых и жидких тел,способность жидкостей

смачивать некоторые твердые тела, процессы окра­шивания,склеивания, сохранения формы твердыми телами и многое другое говорят осуществовании сил притяжения и отталкивания между молекулами. Явление диффузии— способность молекул одного вещества проникать в промежутки между молекула­мидругого — тоже подтверждает основные положе­ния МКТ. Явлением диффузииобъясняется, напри­мер, распространение запахов, смешивание разно­родныхжидкостей, процесс растворения твердых тел в жидкостях, сварка металлов путемих расплавле-ния или путем давления. Подтверждением непре­рывного хаотическогодвижения молекул является также и броуновское движение — непрерывное хао­тическоедвижение микроскопических частиц, не­растворимых в жидкости.

Движение броуновских частиц объясняется хаотическимдвижением частиц жидкости, которые сталкиваются с микроскопическими частицами иприводят их в движение. Опытным путем было дока­зано, что скорость броуновскихчастиц зависит от температуры жидкости. Теорию броуновского движе­нияразработал А. Эйнштейн. Законы движения час­тиц носят статистический,вероятностный характер. Известен только один способ уменьшения интенсив­ностиброуновского движения — уменьшение темпе­ратуры. Существование броуновскогодвижения убе­дительно подтверждает движение молекул.

Любое вещество состоит из частиц, поэтому количествовещества принято считать пропорцио­нальным числу частиц, т. е. структурныхэлементов, содержащихся в теле,v.

Единицей количества вещества является моль. Моль— это количество вещества, содержащее столько же структурных элементов любоговещества, сколько содержится атомов в 12 г углерода С12. От­ношениечисла молекул вещества к количеству ве­щества называютпостоянной Авогадро:

na = N/v.  na =6,02 • 1023моль-1.

Постоянная Авогадро показывает, сколько ато­мов имолекул содержится в одном моле вещества.Мо­лярной массой называютвеличину, равную отноше­нию массы вещества к количеству вещества:

М = m/v.

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

m0= m/N =m/vNA = М/NA

Средняя масса молекул обычно определяется химическимиметодами, постоянная Авогадро с вы­сокой точностью определена несколькимифизиче­скими методами. Массы молекул и атомов со значи­тельной степеньюточности определяются с помощью масс-спектрографа.Массы молекул очень малы.Например, масса молекулы воды: т = 29,9 •10 -27 кг.

Молярная масса связана с относительной мо­лекулярноймассой Mr. Относительная молярная масса — это величина, равнаяотношению массы мо­лекулы данного вещества к 1/12 массы атома угле­рода С12.Если известна химическая формула вещест­ва, то с помощью таблицы Менделееваможет быть определена его относительная масса, которая, будучи выражена вкилограммах, показывает величину мо­лярной массы этого вещества.

Диаметром молекулы принято считать мини­мальноерасстояние, на которое им позволяют сбли­зиться силы отталкивания. Однакопонятие размера молекулы является условным. Средний размер моле­кул порядка 10-10м.

2)Колебательное движение молекул в природе и технике. Гармонические колебания.Амплитуда, период, частота и фаза колебаний. Опредеолить опытным путём частотупредложенной колебательной системы.

Механическими колебаниями называют движения тел,повторяющиеся точно или приблизительно одинаково через одинаковые промежуткивремени. Силы, действующие между телами внутри рассматриваемой системы тел,называют внутренними силами. Силы, действующие на тела системы со стороныдругих тел, называют внешними силами. Свободными колебаниями называютколебания, возникшие под воздействием внутренних сил, например – маятник нанитке. Колебания под действиями внешних сил – вынужденные колебания, например –поршень в двигателе. Общим признаков всех видов колебаний являетсяповторяемость 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 повторениедвижения тела, называется периодом колебаний Т. Физическая величина,обратная периоду колебаний и характеризующая количество колебаний в единицувремени, называется частотой />. Частотаизмеряется в герцах, 1 Гц = 1 с-1. Используется также понятиециклической частоты, определяющей число колебаний за 2pсекунд />. Модуль максимальногосмещения от положения равновесия называется амплитудой. Величина, стоящая подзнаком косинуса – фаза колебаний, j0– начальная фаза колебаний. Производные такжегармонически изменяются, причем />, аполная механическая энергия при произвольном отклонении х (угол,координата, и т.д.) равна />, где Аи В – константы, определяемые параметрами системы. Продифференцировавэто выражение и приняв во внимание отсутствие внешних сил, возможно записать,что />, откуда />.


Билет №8

1) Внутренняя энергия и способы её изменения. Первыйзакон термодинамики.

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

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

Теплопередача — это изменение внутренней энергиибез совершения работы: энергия передается от более нагретых тел к менеенагретым. Теплопере­дача бывает трех видов: теплопроводность (непо­средственныйобмен энергией между хаотически движущимися частицами взаимодействующих тел иличастей одного и того же тела); конвекция (перенос энергии потокамижидкости или газа) и излуче­ние (перенос энергии электромагнитнымиволнами). Мерой переданной энергии при теплопередаче яв­ляетсяколичествотеплоты (Q).

Эти способы количественно объединены вза­кон сохранения энергии, который для тепловых про­цессов читается так. Изменениевнутренней 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, переданнойсистеме, А — работа внешних сил. Если система сама совершает работу, тоее условно обозначают А'. Тогда закон сохранения энергии для тепловыхпроцессов, который называетсяпервым за­коном термодинамики, можнозаписать так: Q = Α' + U, т. е. количествотеплоты, переданное систе­ме, идет на совершение системой работы и измене­ниеее внутренней энергии.

2) Генератор переменного тока.Трансформатор. Успехи и перспективы электрификаци СССР.

Переменный ток в электрических цепях являетсярезультатом возбуждения в них вынужденных электромагнитных колебаний. Пустьплоский виток имеет площадь S и вектор индукции B составляет сперпендикуляром к плоскости витка угол j.Магнитный поток Ф через площадь витка в данном случае определяетсявыражением />. При вращении витка счастотой 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 погармоническому закону /> напряженностьполя в проводнике изменяется по такому же закону. Под действием поля возникаетто, частота и фаза которого совпадают с частотой и фазой колебаний напряжения />. Колебания силы тока в цепи являются вынужденными,возникающими под воздействием приложенного переменного напряжения. Присовпадении фаз тока и напряжения мощность переменного тока равна />или />.Среднее значение квадрата косинуса за период равно 0.5, поэтому />. Действующим значением силы тока называется силапостоянного тока, выделяющая в проводнике такое же количество теплоты, что ипеременный ток. При амплитуде I­­­­­­­­­­­­­­maxгармонических колебаний силы тока действующее напряжение равно />. Действующее значениенапряжения также в /> раз меньше егоамплитудного значения Средняя мощность тока при совпадении фаз колебанийопределяется через действующее напряжение и силу тока/>.

Преоьразование переменного тока, при котором напряжениеувеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потери мощности,осуществляется с помощью трансформаторов. Трансформатор состоит из замкнутогостального сердечника, собранного из пластин, на который надеты две (иногдаболее) катушки с проволочными обмотками. Одна из обмноток называется первичной,подключается к источнику переменного напряжения. Вторая обмотка, к которойприсоединяют «нагрузку», т.е приборы и устройства, потребляющие электроэнергию,называется вторичной. Действие трансформатора основано на явленииэлектромагнитной инддукции. При прохождении переменного тока по первичнойобмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждаетЭДС индукции в каждой обмотке. Сердечник из трансформаторной сталиконцентрирует магнитное поле, так что магнитный поток существует практическитолько внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях. В первичной обмотке,меющей ЭДС индукции e1 равноа N1e. Во вторричной обмоткеполная ЭДС e2=n2e (N2-число витков вторичной обмотки). Отсюда следует, что e1/e2=n1/n2 Обычно активное сопротивление трансформаторных обмоток мало и им можнопренебречь. U1/u2=e1/e2=n1/n2=k k=коэффициент трансформации. При K>1трансформатор понижающий, при K<1– пониж. Повышая с помошью трансформаторанапряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока( инаоборот). Суммарные потери энергии в трансформаторах не превышают 2-3%.


Билет №9

1) Температура и её измерение.Абсолютная шкала температур. Температура и её физический смысл. Определитьабсолютную температуру в классной комнате.

Температура —скалярная физическая величина, описывающая состояние тер­модинамическогоравновесия (состояния, при кото­ром не происходит изменения микроскопических па­раметров).Как термодинамическая величина температура характеризует тепловое состояниесистемы и измеряется степенью его отклонения от принятого за нулевое, какмолекулярно-кинетическая величина характеризует интенсивность хаотическогодвижения молекул и измеряется их средней кинетической энергией.

Ek = 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 вградусах раз­личных температурных шкал. Существует абсолют­наятермодинамическая шкала (шкала Кельвина) и различные эмпирические шкалы,которые отличают­ся начальными точками. До введения абсолютной шкалы температурв практике широкое распростра­нение получила шкала Цельсия (за О °С принятаточка замерзания воды, за 100 °С принята точка ки­пения воды при нормальноматмосферном давлении).

Единица температуры по абсолютной шкале называетсяКельвином и выбрана равной одному гра­дусу по шкале Цельсия 1 К = 1 °С. Вшкале 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 существуетсвязь Т =t °С + 273. Абсолютный ноль температур недостижим, таккак любое охлаждение основано на испарении молекул с поверхности, а приприближе­нии к абсолютному нулю скорость поступательного движения молекулнастолько замедляется, что испарение практически прекращается. Теоретически приабсолютном нуле скорость поступательного движения молекул равна нулю, т. е.прекращается тепловое движение молекул.

2) Термоэлектронная эмиссия,её использование в электровакуумных приборах. Применение электронно-лучевойтрубки.

Вакуум-этотакое состояние газа в сосуде, при котором молекулы пролетают от одной стенкисосуда к другой, ни разу не испытав соударений друг с другом.

Вакуум-изолятор, ток в нем может возникнуть только засчет искусственного введения заряженных частиц, для этого используют эмиссию(испускание) электронов веществами. В вакуумных лампах с нагреваемыми катодамипроисходит термоэлектронная эмиссия, а в фотодиоде — фотоэлектронная.

Объясним, почему нет самопроизвольного испусканиясвободных электронов металлом. Существование таких электронов в металле –следствие тесного соседства атомов в кристалле. Однако свободны эти электронытолько в том смысле, что они не принадлежат конкретным атомам, но остаютсяпринадлежащими кристаллу в целом. Некоторые из свободных электронов, оказавшисьв результате хаотического движения у поверхности металла, вылетают за егопределы. Микро участок поверхности металла, который до этого был электрическинейтральным, приобретает положительный некомпенсированный заряд, под влияниемкоторого вылетевшие электроны возвращаются в металл. Процессы вылета – возвратапроисходят непрерывно, в результате чего над поверхностью металла образуетсясменное электронное облако, и поверхность металла образуют двойнойэлектрический слой, против удерживающих сил которого должна быть совершенаработа выхода. Если эмиссия электронов происходит, значит, некоторые внешниевоздействия (нагрев, освещение) совершили такую работу

Термоэлектронная эмиссия-свойство тел, нагретых довысокой температуры, испускать электроны.

Электронно-лучевая трубка представляет собой стекляннуюколбу, в которой создан высокий вакуум (10 в -6 степени-10 в -7 степени мм рт.ст.). Источником электронов является тонкая проволочная спираль (она  же –катод). Напротив катода расположен анод в форме пустотелого цилиндра, ккоторому электронный пучок попадает, пройдя через фокусирующий цилиндр,содержащий диафрагму с узким отверстием. Между катодом и анодом поддерживаетсянапряжение несколько киловольт. Ускоренные электрическим полем электронывылетают из отверстия диафрагмы и летят к экрану, изготовленного из вещества,светящегося под действием ударов электронов.

Для управления электронным лучом служат две парыметаллических пластин, одна из которых расположена вертикально, а другаягоризонтально. Если левая из пластин имеет отрицательный потенциал, а правая –положительный, то луч отклонится вправо, а если полярность пластин изменить, толуч отклонится влево. Если же на эти пластины подать напряжение, то луч будетсовершать колебания в горизонтальной плоскости. Аналогично будет колебаться лучв вертикальной плоскости, если переменное напряжение на вертикально отклоняющиепластины. Предыдущие пластины – горизонтально отклоняющие.


Билет №10

1) Идеальный газ. Основное уравнение МКТ (без вывода).Использование свойств газов в технике.

Для объяснения свойств вещества в газообраз­номсостоянии используется модель идеального газа. Идеальным принято считатьгаз, если:

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

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

 в) тепловое равновесие по всему объему достигаетсямгновенно. Условия, необходимые для того, чтобы реальный газ обрел свойстваидеального, осуществляются при со­ответствующем разряжении реального газа.Некото­рые газы даже при комнатной температуре и атмо­сферном давлении слабоотличаются от идеальных.

Основными параметрами идеального газа являютсядавление, объем и температура.

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

На основании использования основныхполо­жений молекулярно-кинетической теории было по­лучено основное уравнениеМКТ идеального газа, ко­торое выглядит так: р = 1/3 т0пv2.

Здесь р — давление идеального газа, m0

масса молекулы, п —концентрация молекул, v2 — средний квадрат скорости молекул.

Обозначив среднее значениекинетической энергии поступательного движения молекул идеаль­ного газа Еkполучим основное уравнение МКТ иде­ального газа в виде: р = 2/3nЕk.

2) Магнитные свойствавещества. Ферромагнетики, и их применение.

Магнитная проницаемость. Постоянные магниты могут бытьизготовлены лишь из немногих веществ, но все вещества, помещенные в магнитноеполе, намагничиваются, т. е. сами создают магнитное поле. Благодаря этомувектор магнитной индукции Вв однородной среде отличается от вектора Вов той же точке пространства в вакууме.

/>Отношение  характеризующее магнитные свойства среды, получилоназвание магнитной  проницаемости среды.

 В однородной среде магнитнаяиндукция равна:                        где m магнитная проницаемость даннойсреды безразмерная величина, показывающая во сколько раз μ в даннойсреде, больше μ в вакууме.

Магнитные свойства любого телаопределяются замкнутыми электрическими токами внутри него.

Парамагнетиками называютсявещества, которые создают слабое магнитное поле, по направлению совпадающее свнешним полем. Магнитная проницаемость наиболее сильных парамагнетиков малоотличается от единицы: 1,00036- у платины и 1,00034- у жидкого кислорода.Диамагнетиками  называются вещества, которые создают поле, ослабляющее внешнеемагнитное поле. Диамагнитными свойствами обладают серебро, свинец, кварц. Магнитнаяпроницаемость диамагнетиков отличается от единицы не более чем надесятитысячные доли.

Ферромагнетики и их применение. Вставляя железный или стальнойсердечник в катушку, можно во много раз усилить создаваемое ею магнитное поле,не увеличивая силу тока в катушке. Это экономит электроэнергию. Сердечникитрансформаторов, генераторов, электродвигателей и т. д. изготовляют изферромагнетиков.

При выключении внешнегомагнитного поля ферромагнетик остается намагниченным, т. е. создает магнитноеполе в окружающем пространстве. Упорядоченная ориентация элементарных токов неисчезает при выключении внешнего магнитного поля. Благодаря этому существуютпостоянные магниты.

Постоянные магниты находятширокое применение в электроизмерительных приборах, громкогово­рителях ителефонах, звукозаписывающих аппаратах, магнитных компасах и т. д.

Большое применение получилиферриты — ферромагнитные материалы, не проводящие электрического тока. Онипредставляют собой химические соединения оксидов железа с оксидами других веществ.Первый из известных людям ферромагнитных материалов—магнитный железняк —является ферритом.


Билет №11

1) Агрегатныесостояния вещества. Их объяснение на основе МКТ. Удельные теплоты плавления ипарообразования.

Агр. Сост-ия: твёрдое, жидкое, газообразное Молекулы и атомы в тв. Теле совершают беспорядочныеколебания относительно положений, в которых силы притяжения и отталкивания состороны соседних атомов уравновешены. В жидкости молекулы не только колеблютсяоколо положения равновесия, но и совершают перескоки из одного положенияравновесия в соседнее, эти перескоки молекул являются причиной текучестижидкости, её способности принимать форму сосуда. В газах обычно расстояниямежду атомами и молекулами в среднем значительно больше размеров молекул. Силыотталкивания на больших расстояниях очень малы, поэтому газы легко сжимаются.Практически не действуют между молекулами газа и силы притяжения, поэтом газыобладают свойством неограниченно расширяться.

Опыт показывает, что для превращения жидкости в пар припостоянной температукре необходимо передать ей кол-во теплоты Qп,пропорциональной массе m жидкости, превратившейся в пар: Qп=rmКоэффициент проп-и r называется удельной теплотой парообразования.Выражается в Дж/кг У.т.п. показывае, какое кол-во теплоты необходимодля превращения 1 кг. Жидкости в пар при постоянной t Теплотапарообразования расходуется на увеличение потенциальной энергии взаимодействиямолекул вещества и работу при расширении пара. При конденсации происходивыделение такого же количчества теплоты, какое поглощалось при испарении: Qк=-rm. Qплавления=λm λ – удельнаятеплота плавления Дж/кг Показывает, какое кол-во теплоты необходимо дляплавления 1 кг кристаллического вещества при температуре плавления.

2) Звуковыеволны. Скорость звука. Громкостьзвука. Высота тона. Эхо.

Процессы сжатия и разрежения в воздуха распространяютсяво все стороны и называются звуковыми волнами.  Звуковые волны являютсяпродольными. Скорость звука зависит, как и скорость любых волн, от среды. Ввоздухе скорость звука 331 м/с, в воде – 1500 м/с, в стали – 6000 м/с. Звуковоедавление – дополнительно давление в газе или жидкости, вызываемое звуковойволной. Интенсивность звука измеряется энергией, переносимой звуковыми волнамиза единицу времени через единицу площади сечения, перпендикулярного направлениюраспространения волн, и измеряется в ваттах на квадратный метр. Интенсивностьзвука определяет его громкость. Высота звука определяется частотой колебаний.Ультразвуком и инфразвуком называют звуковые колебания, лежащие вне пределовслышимости с частотами 20 килогерц и 20 герц соответственно.


Билет №12

1) Электризация тел. Электрический заряд, егодискретность. Закон сохранения электрического заряда. Взаимодействие заряженныхтел. Закон Кулона.

Законы взаимодействия атомов и молекулудается понять и объяснить на основе знаний о строении атома, используяпланетарную модель его строения. В центре атома находится положительнозаряженное ядро, вокруг которого вращаются по определенным орбитам отрицательнозаряженные частицы. Взаимодействие между заряженными час­тицами называетсяэлектромагнитным. Интенсив­ность электромагнитного взаимодействия опреде­ляетсяфизической величиной —электрическим за­рядом, который обозначается q. Единица измерения электрического заряда — кулон (Кл).1 кулон — это такой электрический заряд, который, проходя через поперечноесечение проводника за 1 с, создает в нем ток силой 1 А. Способностьэлектрических зарядов как к взаимному притяжению, так и к взаимномуотталкиванию объясняется существованием двух ви­дов зарядов. Один вид заряданазвали положитель­ным, носителем элементарного положительного за­рядаявляется протон. Другой вид заряда назвали отрицательным, его носителемявляется электрон. Элементарный заряд равен е=1,6•10-19 Кл.

Заряд тела всегда представляетсячислом, кратным величине элементарного заряда:q=e(Np-Ne) где Np — количество электронов, Ne —количество протонов.

Полный заряд замкнутой системы(вкоторую не входят заряды извне), т. е. алгебраическая сумма зарядов всех телостается постоянной: q1+ q2+ ...+qn<sub/>= const. Электрический заряд не создается и не исчезает, атолько переходит от одного тела к друго­му. Этот экспериментально установленныйфакт на­зываетсязаконом сохранения электрического заря­да. Никогда инигде в природе не возникает и не ис­чезает электрический заряд одного знака.Появление и исчезновение электрических зарядов на телах в большинстве случаевобъясняется переходами эле­ментарных заряженных частиц — электронов — от однихтел к другим.

Электризация — это сообщениетелу электри­ческого заряда. Электризация может происходить, например, присоприкосновении (трении) разно­родных веществ и при облучении. При электризациив теле возникает избыток или недостаток электронов.

В случае избытка электронов тело приобретаетотрицательный заряд, в случае недостатка — поло­жительный.

Законы взаимодействия неподвижных элек­трическихзарядов изучает электростатика.

Основной закон электростатики был экспери­ментальноустановлен французским физиком Шар­лем Кулоном и читается так. Модуль силывзаимо­действия двух точечных неподвижных электриче­ских зарядов в вакуумепрямо пропорционален про­изведению величин этих зарядов и обратно пропор­ционаленквадрату расстояния между ними.

F = kq1q2/r2, где q1 и q2— модули зарядов, r — расстояниемежду ними, k — коэффициент пропор­циональности, зависящий от выборасистемы еди­ниц, в СИ k = 9 • 109 Н • м2/Кл2. Величина,показывающая во сколько раз сила взаимодействия зарядов в вакууме больше, чем всреде, называетсядиэлектрической проницаемостью среды ε.Для среды с диэлектрической проницае­мостью ε  закон Кулоназаписывается следующим об­разом: F= kq1q2/(ε•r2)

Вместо коэффициента kчасто используется коэффициент, называемый электрической постоян­ной  ε0.Электрическая постоянная связана с коэффи­циентом k следующим образом k= 1/4πε0 и численно равна ε0=8,85 • 10-12 Кл/Н• м2.

С использованием электрической постояннойзакон Кулона имеет вид:F=(1/4πε0 )• (q1q2 /r2)

Взаимодействие неподвижных электрическихзарядов называютэлектростатическим, иликулоновским,взаимодействием. Кулоновские силы мож­но изобразить графически (рис. 14,15).

/>/>

Кулоновская сила направленавдоль прямой, соединяющей заряженные тела. Она является силой притяжения приразных знаках зарядов и силой от­талкивания при одинаковых знаках.

2) Волны. Поперечные и продольные волны. Длина волны,её связь со скоростью распространения и частотой.

Возбуждение колебаний в одном месте среды вызываетвынужденные колебания соседних частиц. Процесс распространении колебаний впространстве называется волной. Волны, в которых колебания происходятперпендикулярно направлению распространения, называются поперечными волнами.Волны, в которых колебания происходят вдоль направления распространения волны,называются продольными волнами. Продольные волны могут возникать во всехсредах, поперечные – в твердых телах под действием сил упругости при деформацииили сил поверхностного натяжения и сил тяжести. Скорость распространенияколебаний v в пространстве называется скоростью волны. Расстояние lмежду ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах,называется длиной волны. Зависимость длины волны от скорости и периодавыражается как />, или же />. При возникновении волн их частотаопределяется частотой колебаний источника, а скорость – средой, где онираспространяются, поэтому волны одной частоты могут иметь в разных средахразличную длину. Процессы сжатия и разрежения в воздуха распространяются во всестороны и называются звуковыми волнами.


Билет №13

1) Электрическое поле. Напряженность электрическогополя.

Вокруг каждого заряда на основании теорииблизкодействия существует электрическое поле. Электрическое поле – материальныйобъект, постоянно существует в пространстве и  способно действовать на другиезаряды. Электрическое поле распространяется в пространстве со скоростью света.Физическая величина, равная отношению силы, с которой электрическое поледействует на пробный заряд (точечный положительный малый заряд, не влияющий наконфигурацию поля), к значению этого заряда, называется напряженностьюэлектрического поля/>. Используя закон Кулонавозможно получить формулу для напряженности поля, создаваемого зарядом qна расстоянии r от заряда />.Напряженность поля не зависит от заряда, на который оно действует. Если назаряд q действуют одновременно электрические поля несколькихзарядов, то результирующая сила оказывается равной геометрической сумме сил,действующих со стороны каждого поля в отдельности. Это называется принципомсуперпозиции электрических полей />. Линиейнапряженности электрического поля называется линия, касательная к которой вкаждой точке совпадает с вектором напряженности. Линии напряженности начинаютсяна положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных, или же уходят вбесконечность. Электрическое поле, напряженность которого одинакова по всем влюбой точке пространства, называется однородным электрическим полем. Приблизительнооднородным можно считать поле между двумя параллельными разноименно заряженнымиметаллическими пластинками. При равномерном распределении заряда qпо поверхности площади S поверхностная плотность заряда равна />. Для бесконечной плоскостис поверхностной плотностью заряда s напряженность поляодинакова во всех точках пространства и равная />.

2) Ускорение, скорость и перемещение приравноускоренном прямолинейном движении.Примеры такого движения в природе итехнике.

Движение, при котором тело за равные промежутки временисовершает неодинаковые перемещения, называют неравномерным движением. Скоростьматериальной точки может изменяться со вре­менем. Быстроту такого измененияхарактеризуют ускорением. Пусть в течение малого промежутка времени Atбыстрота изменения скорости практически неизменна, а изменение скорости равно DV. Тогда ускорение находим поформуле: a=DV/Dt

Таким образом, ускорение — этоизменение скорости, отнесённое к еди­нице времени, т.е. изменение скорости заединицу времени при условии его постоянства за это время. В системе единиц СИускорение измеряется в м/с2.

Если ускорение a направлено в ту же сторону, что иначальная скорость, то скорость будет увеличиваться и движение называют равноускоренным.

 При неравномерном поступательном движении скоростьтела 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. />.Равноускореннымназывается движение с ускорением, постоянным по модулю и направлению.Скорость при равноускоренном движении вычисляется как />.

Отсюдаформула для пути при равноускоренном движении выводится как:

/>

Также справедливы формулы />, выводимая из уравненийскорости и пути при равноускоренном движении.


Билет №14

1) Работа при меремещении заряда в электрическом поле.Разность потенциалов. Напряжение.

/>Работа при перемещении заряда в однородномэлектростатическом поле. Однородное поле создают, на­пример,   большие   металлические пластины,имеющие заряды проти­воположного знака. Это поле дей­ствует на заряд  спостоянной силой F=qE.

Пусть пластины расположенывертикально левая пластина В заряжена отрицательно,  а пра­вая  D положительно. Вычислим работу,совершаемую полем  при  пе­ремещении положительного заряда qиз точки 1,  находящейся нарасстоя­нии d1   от пластины В, в точку 2,расположенную   на   расстоянии d2<d1<sub/>от той же пластины.

Точки 1 и 2 лежатна одной силовой линии. На участке пути d=d1d2электрическое поле совершит поло­жительную работу: A=qE(d1d2). Эта работа не зависит от формы  траектории.

 Потенциалом электростатическо­гополя называют отношение

/>потен­циальной энергии заряда в поле к этомузаряду.

Согласно данному определениюпотенциал равен:


(Разность потенциалов. Подобно потенциальной энергии,значение по­тенциала в данной  точке зависит от выбора нулевого уровня дляотсчета потенциала. Практическое значение

 имеет не сам потенциал в точке,а изменение потенциала, которое не за­висит от выбора нулевого уровняотсчета потенциала.Так как потенциальная энергия

/>Wp= то работа равна:

/>Разность потенциалов равен:

Разностьпотенциалов (напряжение) между двумя точками равна отношению работы поля при пе­ремещениизаряда из начальной точки в конечную к этому за­ряду.  Pазность потенциалов между двумяточками равна единице, если при перемещении заряда в 1 Кл из одной точки в другуюэлектрическое поле совершает работу в 1 Дж. Эту еди­ницу называют вольтом(В).

2) Деформация растяжения и сжатия. Сила упругости.Закон Гука.

Сила, возникающая в результате деформации тела инаправленная в сторону, противоположную перемещениям частиц тела при этойдеформации, называется силой упругости. Опыты со стержнем показали, чтопри малых по сравнению с размерами тела деформациях модуль силы упругости прямопропорционален модулю вектора перемещения свободного конца стержня, что впроекции выглядит как />. Эту связьустановил Р.Гук, его закон формулируется так: сила упругости,возникающая при деформации тела, пропорциональна удлинению тела в сторону,противоположную направлению перемещения частиц тела при деформации. Коэффициентk называется жесткостью тела, и зависит от формы и материала тела.Выражается в ньютонах на метр. Силы упругости обусловлены электромагнитнымивзаимодействиями.

Сила, возникающая награнице взаимодействия тел при отсутствии относительного движения тел,называется силой трения покоя. Сила трения покоя равна по модулю внешнейсиле, направленной по касательной к поверхности соприкосновения тел ипротивоположна ей по направлению. При равномерном движении одного тела поповерхности другого под воздействием внешней силы на тело действует сила,равная по модулю движущей силе и противоположная по направлению. Эта силаназывается силой трения скольжения. Вектор силы трения скольжениянаправлен против вектора скорости, поэтому эта сила всегда приводит куменьшению относительной скорости тела. Силы трения также, как и силаупругости, имеют электромагнитную природу, и возникают за счет взаимодействия междуэлектрическими зарядами атомов соприкасающихся тел. Экспериментальноустановлено, что максимальное значение модуля силы трения покоя пропорциональносиле давления. Также примерно равны максимальное значение силы трения покоя исила трения скольжения, как примерно равны и коэффициенты пропорциональностимежду силами трения и давлением тела на поверхность.


Билет №15

1) Электродвижущая сила. Закон Ома для участка цепи.Измерить силу тока в электрической цепи и напряжение на одном из её участков.

Закон Ома. Наиболее простой вид имеетвольт-амперная характеристика металлических проводников и растворовэлектролитов. Впервые (для металлов) ее установил немецкий ученый Георг Ом,поэтому зависимость силы тока от напряжения носит название закона Ома.

/>Закон Ома для участка цепи: сила тока прямопропорциональна 

напряжению  и обратнопропорциональна сопротивлению:                                                                         

Доказать экспериментально справедливость закона Ома  трудно.

 Электродви­жущая сила взамкнутом контуре представляет собой отношение рабо­ты сторонних сил приперемещении заряда вдоль контура к заряду:

/>Электродвижущую силу выража­ют в вольтах.

Электро­движущая силагальванического эле­мента есть работа сторонних

сил при перемещении единичногоположи­тельного заряда внутри элемента от одного полюса к другому.

Сопротивление источника часто на­зываютвнутренним сопротивлением в отличие от внешнего сопротивле­ния Rцепи. В генераторе r это сопротивление обмоток, а вгальва­ническом элементе — сопротивление раствора электролита и электродов. ЗаконОма для замкнутой цепи связывает силу тока в цепи, ЭДС и полноесопротивление R+rцепи.

 Произведение силы тока и сопро­тивленияучастка цепи часто назы­вают падением напряжения на этом участке. Такимобразом, ЭДС равна сумме падений напряжений на внут­реннем и внешнем участкахзамкну­той цепи. Обычно закон Ома для замкну­той цепи записывают в форме:

где R– сопротивление нагрузки, ε–эдс , r— внутреннее сопротивление.

Сила тока в полной цепи равнаотношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению.

/>Сила тока зависит от трех вели­чин: ЭДС ε,сопротивлений R и r внешнего и внутреннего участков цепи. Внутреннее сопротивление ис­точникатока не оказывает заметного влияния на силу тока, если оно мало по сравнению ссопротивлением внешней части цепи (R>>r). При этомнапряжение на зажимах источ­ника приблизительно равно ЭДС:

U=IR≈ε.

При коротком замыкании, когда R→0, сила тока в цепи определяет­сяименно внутренним сопротивле­нием источника и при электродви­жущей силе внесколько вольт мо­жет оказаться очень большой, если r мало (например, у аккумулятора r0,1—0,001 Ом). Провода могутрасплавиться, а сам источник выйти из строя.

Если цепь содержит несколько

последовательно соединенных эле­ментовс ЭДС ε1<sub/>, ε2, ε3 и т.д., то полная ЭДС цепиравна алгебраи­ческой сумме ЭДС отдельных элементов.

Если при обходе цепи переходят ототрицательного полюса источника к положительному, то ЭДС >0.

2) Свободные колебания в механических и электрическихколебательных системах. Частота свободных колебаний. Затухание колебаний.

Механическими колебаниями называют движения тел,повторяющиеся точно или приблизительно одинаково через одинаковые промежуткивремени. Силы, действующие между телами внутри рассматриваемой системы тел,называют внутренними силами. Силы, действующие на тела системы со стороныдругих тел, называют внешними силами. Свободными колебаниями называютколебания, возникшие под воздействием внутренних сил, например – маятник нанитке. Колебания под действиями внешних сил – вынужденные колебания, например –поршень в двигателе. Общим признаков всех видов колебаний являетсяповторяемость процесса движения через определенный интервал времени. Гармоническиминазываются 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 периодомколебаний Т. Физическая величина, обратная периоду колебаний ихарактеризующая количество колебаний в единицу времени, называется частотой />. Частота измеряется вгерцах, 1 Гц = 1 с-1. Используется также понятие циклическойчастоты, определяющей число колебаний за 2p секунд />. Модуль максимальногосмещения от положения равновесия называется амплитудой. Величина, стоящая подзнаком косинуса – фаза колебаний, j0– начальная фаза колебаний. Производные такжегармонически изменяются, причем />, аполная механическая энергия при произвольном отклонении х (угол,координата, и т.д.) равна />, где Аи В – константы, определяемые параметрами системы. Продифференцировавэто выражение и приняв во внимание отсутствие внешних сил, возможно записать,что />, откуда. />


Билет №16

1) Взаимодействие токов. Магнитное поле тока. Магнитнаяиндукция. Сила Ампера. Сила Лоренца.

Взаимодействиямежду проводниками с током, т. е. взаимодействия между движущимисяэлектрическими зарядами, называют  магнитными. Силы, с которыми проводники с токомдействуют друг на друга, называют магнитными силами.

Магнитное поле. Согласно теории близкодействияток в одном из проводников не может непосредственно действовать на ток вдругом проводнике.

В пространстве, окружающемнеподвижные электрические заряды, возникает электрическое поле, впространстве, окружающем токи, возникает поле, называемое магнитным.

Электрический ток в одном изпроводников создает вокруг себя магнитное поле, которое действует на ток вовтором проводнике. А поле, созданное электрическим током второго проводника,действует на первый.

Магнитное поле представляет собойособую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие междудвижущимися электрически заряженными части­цами.

Свойства магнитного поля:

1. Магнитное поле порождаетсяэлектрическим током (движущимися зарядами).

2. Магнитное поле обнаружива­етсяпо действию на электрический ток (движущиеся заряды).

Подобно электрическому полю,магнитное поле существует реально, независимо от нас, от наших знаний о нем.

Магнитная индукция – способностьмагнитного поля оказывать силовое действие на проводник с током (векторнаявеличина). ИзмеряетсявТл.

Занаправление вектора магнит­ной индукции принимается направ­ление от южногополюса S к север­ному N магнитной стрелки, свободноустанавливающейся в магнитном поле. Это направление совпадает с направлениемположительной нормали к замкнутому контуру с током.

Направление вектора магнитнойиндукции устанавливают с помощью правила буравчика:

если направление поступательного движения буравчикасовпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручкибуравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции.

 Линии магнитной индукции.

Линия, в любой точке которойвектор магнитной индукции направлен по касательной – линии магнитной индукции. Однородное поле – параллельныелинии, неоднородное поле – кривыми линиями. Чем больше линий, тем больше силаэтого поля. Поля с замкнутыми силовыми линиями называютвихревыми. Магнитное поле — вихревое поле.

Магнитный поток –величина равная произведениюмодуля вектора магнитной индукции на площадь и на косинус угла между вектором инормалью к поверхности.

Сила Ампера равна произведению вектора магнитнойиндукции на силу тока, длину участка проводника и на синус угла между магнитнойиндукцией и участком проводника.

/> /> /> /> /> /> <td/> />  

где l– длина проводника, B– вектор магнитной индукции.

СилуАмпера применяют в громкоговарителях, динамиках.

Принцип работы: По катушкепротекает переменный электрический ток с частотой, равной звуковой частоте отмикрофона или с выхода радиоприемника. Под действием силы Ампера катушкаколеблется вдоль оси громкоговорителя в такт с колебаниями тока. Эти колебанияпередаются диафрагме, и поверхность диафрагмы излучает звуковые волны.

Силу, действующую на движущуюсязаряженную частицу со стороны магнитного поля, называю силой Лоренца.

 Сила Лоренца. Посколькуток представляет собой упорядоченное движение электрических зарядов, тоестественно предположить, что сила Ампера является равнодействующей сил,действующих на отдельные за­ряды, движущиеся в проводнике. Опытным путёмустановлено, что на за­ряд, движущийся в магнитном поле, действительнодействует сила. Эту силу называют силой Лоренца. Модуль FL силынаходится по формуле

/>

где В — модуль индукциимагнитного поля, в котором движется заряд, q и v — абсолютная величина заряда иего скорость, a — угол между векторами v и В. Эта сила перпендикулярна к векторам v и В, её направление находится по правилу левойруки: если руку расположить так, чтобы четыре вытянутых пальца совпадали снаправлением движения положительного заряда, линии индукции магнитного полявходили в ладонь, то отставленный на 900большой палец показываетнаправление силы. В случае отрицательной частицы направление силыпротивоположное.

Так как сила Лоренцаперпендикулярна скорости частицы, то. она не совершает работу.

Силу Лоренца применяют втелевизорах, масс-спектограф.

Принцип работы: Вакуумная камераприбора помещена в магнитное поле. Ускоренные электрическим полем заряженныечастицы  (электроны или ионы), описав дугу, попадают на фотопластинку, гдеоставляют след, позволяющий с большой точностью измерить радиус траектории.По этому радиусу определяется удельный заряд иона. Зная же заряд иона, легкоопределить его массу.

2) Термоядерная реакция. Энергия солнца и звёзд. Успехии перспективы развития энергетики в СССР. Борьба СССР за устранения ядернойвойны.

При слимянии легких ядер масса покоя уменьшается и,следовательно, должна выделяться значительная энергия. Подобного рода реакциислияния легких ядер могут протекать только при очень высоких температурах.Поэтому они называются термоядерными. Термоядерные реакции – это реакции слияниялёгких ядер при очень высокой температуре. Энергия, корьорая выделяется притермоядерных реакциях в расчёте на один кулон, превышает удельную энергию,выделяющуюся при цепных реакциях деления ядер.


Билет № 17

1) Явление электромагнитной индукции. Доказатьсществование этого явления на экспериментальной установке. Законэлектромагнитной индукции. Правило Ленца.

Если контур замкнут, то поддействием этой э.д.с. появляется электрический ток, названный индукционньм.Фарадей установил, что э.д.с. индукции не зависит от способа изменениямагнитного потока и определяется только быстротой его изменения, т.е.

/>

Соотношение называется закономэлектромагнитной индукции: ЭДС индукции в проводнике равна быстроте изменениямагнитного потока, пронизывающего площадь, охватываемую проводником. Знакминус в формуле, является математическим выражением правила Ленца. Известно,что магнитный поток является алгебраической величиной. Примем магнитный поток,пронизывающий площадь контура, положительным. При увеличении этого потока

 /> возникаетз.д.с. индукции />, под действиемкоторой появляется индукционный ток, создающий собственное магнитное поле,направленное навстречу внешнему полю, т.е. магнитный поток индукционного токаотрицателен.

Если же поток, пронизывающийплощадь контура, уменьшается /> , то /> , т.е. направлениемагнитного поля индукционного тока совпадает с направлением внешнего поля.

Рассмотрим один из опытов,проведённых Фарадеем, по обнаружению индукционного тока, а следовательно, иэ.д.с. индукции. Если в соленоид, замкнутый на очень чувствительныйэлектроизмерительный прибор(гальванометр), вдвигать или выдвигать магнит, топри движе­нии магнита наблюдается отклонение стрелки гальванометра, свидетель­ствующеео возникновении индукционного тока. То же самое наблюдается при движениисоленоида относительно магнита. Если же магнит и солено­ид неподвижныотносительно друг друга, то и индукционный ток не воз­никает. Из приведённогоопыта следует вывод, что при взаимном движе­нии указанных тел происходитизменение магнитного потока через нитки соленоида, что и приводит к появлениюиндукционного тока, вызванного возникающей э.д.с. индукции.

2. Направление индукционного токаопределяет­ся правилом Ленца: индукционный ток всегда име­ет такоенаправление. что создаваемое им магнит­ное поле препятствует изменениюмагнитного по­тока, которое вызывает этот ток. Из этого правиласледует, что при возрастании магнитного потока возникающий индукционный токимеет такое направ­ление, чтобы порождаемое им магнитное поле было направленопротив внешнего поля, противодействуя увеличению магнитного потока. Уменьшениемаг­нитного потока, наоборот, приводит к появлению индукционного тока,создающего магнитное поле, совпадающее по направлению с внешним полем. Пусть,например, в однородном магнитном поле на­ходится проволочная квадратная рамка,пронизы­ваемая магнитным полем Предположим, что магнитное поле возрастает. Этоприводит к увеличению магнитного потока через площадь рамки. Согласно правилуЛенца, магнитное поле, возникающего индукционного тока, будет на­правлено противвнешнего поля, т.е. вектор В2 этого поля противоположен вектору Ё.Применяя правило правого винта (см. § 65, п. З), находим направлениеиндукционного тока Ii.

З. Явление электромагнитной индукцииполу­чило широкое применение в технике: промышленности получение электроэнергиина электростанциях,  разогрев и плавление проводящих материалов (металлов) виндукционных электропечах и т.д.

 2) Принцип действия тепловых двигателей. КПД тепловыхдвигателей и пути его повышения. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды.

Обычно в тепловых машинах работа совершаетсярасширяющимся газом. Газ, совершающий работу при расширении, называется рабочимтелом. Расширение газа происходит в результате повышения его температуры идавления при нагревании. Устройство, от которого рабочее тело получаетколичество теплотыQ  называется нагревателем. Устройство, которому машинаотдает тепло после совершения рабочего хода, называется холодильником. Сначалаизохорически растет давление, изобарически расширяется,  изохорически охлаждается,изобарически сжимается. <рисунок с подъемником>. В результате совершениярабочего цикла газ возвращается в начальное состояние, его внутренняя энергияпринимает исходное значение. Это значит, что />.Согласно первому закону термодинамики, />.Работа, совершаемая телом за цикл, равна Q. Количество теплоты, полученное телом за цикл, равноразности полученного от нагревателя и отданного холодильнику/>. Следовательно, />. Коэффициентом полезногодействия машины называется отношение полезно использованной к затраченнойэнергии />. Для повышения КПД тепловыхмашин существует 2 пути: повышение температуры T1 нагревателя ипонижение температуры T2 холодильника (КПД max=(T2-T1)/T1 КПДтепловой машины мог бы стать равным 1, если бы имелась возможность использоватьхолодильник с температурой равной абсолютному нулю. Однако этот путь не можетбыть достигнут. Наиболее приемлимыми холодлильниками для реальных тепловыхмашин являются атмосферный воздух или вода при T около 300KСледовательно основной путь повышения КПД – это повышение температуры нагревателя.

Один из путей уменьшения загрязнения окружающей среды –переход от использования в автомобиляхкарбюраторных бензиновых двигателей к использованию дизельных двигателей, втопливо которых не доюавля.т свинца (fixed) Перспективными являютсяразработку и испытания автомобилей, в которых вместо бензина двигателейиспользуется электродвигатель, питающийся от аккумулятора, или двигаетль,использующий в качестве топлива водород. В последнем типае двигателей присгорании водорода образуется вода.


Билет № 18

1) Электромагнитное поле и егоматериальность. Электромагнитные волны и их свойства. Радиолокация и еёприменение.

С современной точки зрения в природе су­ществуетсовокупность двух полей — электрического и магнитного — это электромагнитноеполе,оно представляет собой особый вид материи, т. е. су­ществуетобъективно, независимо от нашего созна­ния. Магнитное поле всегда порождаетсяперемен­ным электрическим, и, наоборот, переменное элек­трическое поле всегдапорождает переменное магнит­ное поле. Электрическое поле, вообще говоря, можно

рассматривать отдельно от магнитного,так как носи­телями его являются частицы — электроны и прото­ны. Магнитное полебез электрического не существу­ет, так как носителей магнитного поля нет.Вокруг проводника с током существует магнитное поле, и оно порождаетсяпеременным электрическим полем движущихся заряженных частиц в проводнике

Английский ученый Джеймс Максвелл на основании изученияэкспериментальных работ Фарадея по электричеству высказал гипотезу о существо­ваниив природе особых волн, способных распростра­няться в вакууме.

Эти волны Максвелл назвалэлектромагнитными волнами. По представлениям Макс­велла: при любомизменении электрического поля возникает вихревое магнитное поле и, наоборот,при любом изменении магнитного поля возникает вихревое электрическое поле.Однажды начавшийся процесс взаимного порождения магнитного и элек­трическогополей должен непрерывно продолжаться и захватывать все новые и новые области вокру­жающем пространстве (рис. 31). Процесс взаимопо­рождения электрических имагнитных полей проис­ходит во взаимно перпендикулярных плоскостях. Переменноеэлектрическое поле порождает вихревое магнитное поле, переменное магнитное полепорож­дает вихревое электрическое поле.

/>Электрические и магнитныеполя могут суще­ствовать не только в веществе, но и в вакууме. По­этому должнобыть возможным распространение электромагнитных волн в вакууме.

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

Конечно, электромагнитные волны обладаютвсеми основными свойствами волн.

Они подчиняютсязакону отраженияволн:

угол падения равен углу отражения. При переходе из одной среды в другую преломляются иподчиня­ютсязакону преломления волн: отношение синуса угла падения ксинусу угла преломления есть вели­чина постоянная для двух данных сред и равнаяотношению скорости электромагнитных волн в первой среде к скоростиэлектромагнитных волн во второй среде и называетсяпоказателем преломле­ниявторой среды относительно первой.

/>Явление дифракцииэлектромагнитных волн, т. е. отклонение направления их распространения отпрямолинейного, наблюдается у края преграды или при прохождении черезотверстие. Электромагнит­ные волны способны кинтерференции. Интерферен­ция— это способность когерентных волн к наложе­нию, в результате чего волны водних местах друг друга усиливают, а в других местах — гасят. (Когерентныеволны — это волны, одинаковые по частоте и фазе колебания.) Электромагнитныеволны обладаютдисперсией, т. е. когда показатель прелом­ления среды дляэлектромагнитных волн зависит от их частоты. Опыты с пропусканием электромагнит­ныхволн через систему из двух решеток показы­вают, что эти волны являютсяпоперечными.

При распространении электромагнитной вол­нывекторы напряженности Е и магнитной индук­ции В перпендикулярнынаправлению распростра­нения волны и взаимно перпендикулярны между со­бой (рис.32).

С помощью радиоволн осуществляетсяпереда­ча на расстояние не только звуковых сигналов, но и изображения предмета.Большую роль в современном морском флоте, авиации и космонавтике играет ра­диолокация.В основе радиолокации лежит свойство отражения волн от проводящих тел. (Отповерхности диэлектрика электромагнитные волны отражаются слабо, а отповерхности металлов почти полностью.)

2) Архимедова сила, объяснениепричины её возникновения. Условия плавания тел. Плавание судов. Измеритьвыталкивающую силу с помощью динамометра.

Зависимостьдавления в жидкости и газе от глубины приводит к возникновению выталкивающейсилы, действующей на любое тело, погруженное в жидкость или газ. Эту силуназывают архимедовой силой. Если вжидкость погрузить тело, то давления на боковые стенки сосуда уравновешиваютсядруг другом, а равнодействующая давлений снизу и сверху является архимедовой силой. /> 

т.е. силы, выталкивающаяпогруженное в жидкость (газ) тело, равна весу жидкости (газа), вытесненнойтелом. Архимедова сила направлена противоположно силе тяжести, поэтому привзвешивании в жидкости вес тела меньше, чем в вакууме. На тело, находящееся вжидкости, действует сила тяжести и архимедова сила. Если сила тяжести по модулю больше –тело тонет, меньше – всплывает, равны – может находиться в равновесии на любойглубине. Эти отношения сил равны отношениямплотностей тела и жидкости (газа). На воде держатся громадные речные и морские суда,изготовленные из сьтали, плотность которой почти в 8 раз больше плотности воды.Объясняется это тем, что из сьтали делают лишь сравнитльтно тонкий корпуссудна, а большая часть его объёма занята воздухом. Среденее значение плотностисудна при этом оказывается значительно меньше плотности воды, поэтому оно нетолько не тонет, но и может перевозить болшое количество грузоав.


Билет №19

1) Спектр электромагнитных излученийот их частоты. Применение электромагнитных излучений на практике.

Узкий параллельный пучок белого света при прохождениисквозь призму разлагается на пучки света разного цвета. Цветная полоса, видимаяпри этом, называется сплошным спектром. Явление зависимости скорости света отдлины волны (частоты) называют дисперсией света. Этот эффект объясняется тем,что белый свет состоит из ЭМ-волн разных длин волны, от которых и зависитпоказатель преломления. Наибольшее значение он имеет для самой короткой волны –фиолетовой, наименьшее – для красно. В вакууме скорость света независимо от егочастоты одинакова. Если источником спектра является разреженный газ, то спектримеет вид узких линий на черном фоне. Сжатые газы, жидкости и твердые телаиспускают сплошной спектр, где цвета плавно переходят друг в друга. Природавозникновения спектра объясняется тем, что каждому элементу присущ свойспецифический набор излучаемого спектра. Это свойство позволяет применятьспектральный анализ для выявления химического состава вещества. Спектроскопомназывается прибор, с помощью которого исследуется спектральный состав света,испускаемого некоторым источником. Разложение производится с помощьюдифракционной решетки(лучше) или призмы, для исследования ультрафиолетовойобласти применяется кварцевая оптика.

2) Дисперсия света. Спектроскоп.

Узкий параллельный пучок белого света при прохождении через стекляннуюпризму разлагается на пучки света разного цвета, при этом наибольшее отклонениек основанию призмы имеют лучи фиоле­тового цвета. Объясняется разложение белогосвета тем, что белый свет состоит из электромагнитных волн с разной длинойволны, а показатель преломле­ния света зависит от длины его волны. Показательпреломления связан со скоростью света в среде, сле­довательно, скорость света всреде зависит от длины волны. Это явление и называютдисперсией света.

Прибор для разложения сложного света и наблюдения спектров называетсяспектроскопом. Спектроскоп состоит из 2 труб: коллиматорной и зрительной,укрепл1нной на подставке и стеклыной призмы под крышкой. Спектр можно наблюдатьчерез окуляр, использукемый в качестве лупы.


Билет №20

1) Закон отражения и преломлениясвета. Полное отражение, его применение.

Прямая, указывающаянаправление распространения света, называется световым лучом. На границе двухсред свет может частично отразиться и распространяться в первой среде по новомунаправлению, а также частично пройти через границу и распространиться во второйсреде. Луч падающий, отраженный и перпендикуляр к границе двух сред, восстановленныйв точке падения, лежат в одной плоскости. Угол отражения равен углу падения.Этот закон совпадает с законом отражения волн любой природы и доказываетсяпринципом Гюйгенса. При прохождении светом границы раздела двух сред отношениесинуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двухданных сред />. <рисунок>. Величина nназывается показателем преломления. Показатель преломления среды относительновакуума называется абсолютным показателем преломления этой среды />. При наблюдении эффектапреломления можно заметить, что в случае перехода среды из оптически болееплотной среды в менее плотную, при постепенном увеличении угла падения можнодостигнуть такой его величины, что угол преломления станет равен />. При этом выполняетсяравенство />. Угол падения a0называется предельным угломполного отражения. При углах, больших a0, происходит полное отражение.

2) Электрический ток в металлах.Сопротивление металлического проводника. Удельное сопротивление.

При движении заряженных частиц впроводнике происходит перенос электрического заряда с одного места в другое.Однако если заря­женные частицы совершают беспорядочное тепловое движение, как,например, свободные электроны в металле, то переноса заряда непроисходит. Электрический заряд перемещается через поперечное сечениепроводника лишь в том случае, если наряду с беспорядочным движением электроныучаствуют в упорядоченном движении.

Электрическим током называютупорядоченное (направленное)   движение   заряженных частиц.

Электрический ток возникает при упорядоченномперемещении свободных электронов или ионов. Если перемещать нейтральное в целомтело, то, несмотря на упорядоченное движение огромного числа электронов иатомных ядер, электрический ток не возникнет. Полный заряд, переносимый черезлюбое сечение проводника, будет при этом равным нулю, так как заряды разныхзнаков перемещаются с одинаковой средней скоростью.

Электрический ток имеетопределенное направление. За направление тока принимают направление движенияположительно заряженных частиц. Если ток образован движением отрицательнозаряженных частиц, то направление тока считают противоположным направлениюдвижения частиц.

Единица сопротивления 0 ом,сопротивлением в 1 ом обладает такой участок цепи, в котором при силе тока 1ампер напряжение равно 1 вольту. Сопротивление прямо пропорционально длине иобратно пропорционально площади поперечного сечения />,где r – удельное электрическоесопротивление, величина постоянная для данного вещества при данных условиях.При нагревании удельное сопротивление металлов увеличивается по линейномузакону />, где r0– удельное сопротивление при 0 0С, a – температурный коэффициентсопротивления, особый для каждого металла. При близких к абсолютному нулютемпературах сопротивление веществ резко падает до нуля. Это явление называетсясверхпроводимостью. Прохождение тока в сверхпроводящих материалах происходитбез потерь на нагревание проводника.

/>
Билет №21

1) Волновые свойства света. Интерференциясвета и её применение в технике. Дифракция света. Дифракционная решётка.

Свет — это электромагнитные волны в интер­вале частот 63 • 1014 — 8 • 1014 Гц, воспринимаемых человеческим глазом, т. е. длин волн винтервале 380 — 770 нм.

Свету присущи все свойстваэлектромагнитных волн: отражение, преломление, интерференция, дифракция,поляризация. Свет может оказывать дав­ление на вещество, поглощатьсясредой, вызывать явление фотоэффекта. Имеет конечную скорость рас­пространенияв вакууме 300 000 км/с, а в среде ско­рость убывает.

Наиболее наглядно волновыесвойства света обнаруживаются в явлениях интерференции и диф­ракции.Интерференцией света называют пространственное перераспределение световогопотока при на­ложении двух (или нескольких) когерентных свето­вых волн, врезультате чего в одних местах возника­ют максимумы, а в других минимумыинтенсивности (интерференционная картина). Интерференцией света объясняетсяокраска мыльных пузырей и тонких масляных пленок на воде, хотя мыльный раствори масло бесцветны. Световые волны частично отража­ются от поверхности тонкойпленки, частично прохо­дят в нее. На второй границе пленки вновь происхо­дитчастичное отражение волны (рис. 34). Световые волны, отраженные двумяповерхностями тонкой пленки, распространяются в одном направлении, но проходятразные пути. При разности хода I, кратной целому числу длин волн l= 2k λ/2.

/>/>

При разности хода, кратнойнечетному числу полуволн l= (2k + 1) λ/2, наблюдается интерферен­ционныйминимум. Когда выполняется условие мак­симума для одной длины световой волны,то оно не выполняется для других волн. Поэтому освещенная белым светом тонкаяцветная прозрачная пленка кажется окрашенной. Явление интерференции в тон­кихпленках применяется для контроля качества об­работки поверхностей просветленияоптики. При прохождении света через малое круглое отверстие на экране вокругцентрального светлого пятна наблюдаются чередующиеся темные и светлые кольца;если свет проходит через узкую щель, то по­лучается картина из чередующихсясветлых и тем­ных полос.

Явление отклонения светаот прямолинейного направления распространения при прохождении у края преградыназываютдифракцией света. Диф­ракция объясняется тем, что световые волны,прихо­дящие в результате отклонения из разных точек от­верстия в одну точку наэкране, интерферируют между собой. Дифракция света используется в спек­тральныхприборах, основным элементом в которых является дифракционная решетка.Дифракционная решетка представляет собой прозрачную пластинку с нанесеннойна ней системой параллельных непро­зрачных полос, расположенных на одинаковыхрас­стояниях друг от друга.

Пусть на решетку (рис. 35)падает монохрома­тический (определенной длины волны) свет. В ре­зультатедифракции на каждой щели свет распро­страняется не только в первоначальномнаправлении,

но и по всем другим направлениям. Еслиза решет­кой поставить собирающую линзу, то на экране в фокальной плоскости вселучи будут собираться в одну полоску.

Параллельные лучи, идущиеот краев соседних щелей, имеют разность хода         l= d sin φ,где d по­стоянная решетки — расстояние между соответ­ствующимикраями соседних щелей, называемоепе­риодом решетки, (φ — уголотклонения световых лу­чей от перпендикуляра к плоскости решетки. При разностихода, равной целому числу длин волн d sin φ= kλ,наблюдается интерференционный мак­симум для данной длины волны. Условие интерфе­ренционногомаксимума выполняется для каждой длины волны при своем значении дифракционногоугла φ. В результате при прохождении через диф­ракционную решетку пучокбелого света разлагается в спектр. Угол дифракции имеет наибольшее значе­ниедля красного света, так как длина волны красно­го света больше всех остальных вобласти видимого света. Наименьшее значение угла дифракции для фиолетовогосвета.

Опыт показывает, чтоинтенсивность светового пучка, проходящего через некоторые кристаллы, на­пример,исландского шпата, зависит от взаимной ориентации двух кристаллов. Приодинаковой ориен­тации кристаллов свет проходит через второй кри­сталл безослабления.

2) Вынужденные колебания. Резонанс.Графи зависимости амплитуды от частоты вынужденной силы.

 

Есликолебания происходят под действием периодически действующей внешней си­лы, тотакие колебания называютвынужденными. Например, родители раскачиваютребенка на каче­лях, поршень движется в цилиндре двигателя авто­мобиля,колеблются нож электробритвы и игла швейной машины. Характер вынужденных колеба­нийзависит 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 вынужденныеколебания с частотой, определяемой только числом оборотов мотора, и не зависитот размеров фундамента.

Присовпадении частоты внешней силы и час­тоты собственных колебаний тела амплитудавынуж­денных колебаний резко возрастает. Такое явление называют механическимрезонансом. Графически за­висимость вынужденных колебаний от частоты дей­ствиявнешней силы показана на рисунке 10.

 Явление резонанса может быть причинойраз­рушения машин, зданий, мостов, если собственные их частоты совпадают счастотой периодически дей­ствующей силы. Поэтому, например, двигатели в ав­томобиляхустанавливают на специальных амортиза­торах, а воинским подразделениям придвижении по мосту запрещается идти «в ногу».

Приотсутствии трения амплитуда вынужден­ных колебаний при резонансе должнавозрастать со временем неограниченно. В реальных системах ам­плитуда в установившемсярежиме резонанса опре­деляется условием потерь энергии в течение периода иработы внешней силы за то же время. Чем меньше трение, тем больше амплитуда прирезонансе.

Билет №22

1) Фотоэлектрический эффект и егозаконы. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Кванты света (фотоны). Применениефотоэфекта в технике.

Явление вырывания электроновиз твердых и жидких тел под воздействием света называется внешнимфотоэлектрическим эффектом, а вырванные таким образом электроны –фотоэлектронами. Опытным путем установлены законы фотоэффекта – максимальнаяскорость фотоэлектронов определяется частотой света и не зависит от егоинтенсивности, для каждого вещества существует своя красная границафотоэффекта, т.е. такая частота />nmin, при которой еще возможенфотоэффект, число фотоэлектронов, вырванных за секунду, прямо пропорциональноинтенсивности света. Также установлена безынерционность фотоэффекта – онвозникает мгновенно после начала освещения при условии превышения краснойграницы. Объяснение фотоэффекта возможно с помощью квантовой теории,утверждающей дискретность энергии. Электромагнитная волна, по этой теории,состоит из отдельных порций – квантов(фотонов). При поглощении кванта энергиифотоэлектрон приобретает кинетическую энергию, которую можно найти из уравненияЭйнштейна для фотоэффекта />, где А0– работа выхода, параметр вещества. Количество фотоэлектронов, покидающихповерхность металла пропорциональна количеству электронов, которое, в своюочередь, зависит от освещенности (интенсивности света).  Фотоэффектиспользуется в оразличных приборах для преобразования энергии светав энергиюэлектрического тока или для управления электрическим током. Простейшимприбором, работающим на основе фотоэввекта является вакуумный фотоэлемент.Фотоэлементы используются для воспроизведения звукового сопровождения,записанного на киноленту в виде звуковой дорожки.

2) Электроёмкость. Конденсатор и егоустройство. Энергия заряженного конденсатора (без вывода). Применениеконденсаторов в технике.

Конденсатор – система из двухпроводников, разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнениюс размерами проводников. Между пластинами напряженность поля равна удвоеннойнапряженности каждой из пластин, вне пластин она равна нулю. Физическаявеличина, равная отношению заряда одной из пластин к напряжению междуобкладками называется электроемкостью конденсатора />.Единица электроемкости – фарад, емкостью 1 фарад обладает конденсатор, междуобкладками которого напряжение равно 1 вольту при сообщении обкладкам заряда по1 кулону. Напряженность поля между пластинами твердого конденсатора равна сумменапряженность ей пластин. />, а т.к.для однородного поля выполняется />, то />, т.е. электроемкость прямопропорциональна площади обкладок и обратно пропорциональна расстоянию междуними. При введении между пластинами диэлектрика, его электроемкость повышаетсяв e раз, где e – диэлектрическаяпроницаемость вводимого материала.  Конденсаторы используются в различныхрадиоэлектронных устройствах. Они используются для сглаживания пульсаций ввыпрямителях переменного тока, для разделения постоянной и переменнойсоставляющей тока, в электрических колебательных контурах радиопередатчиков ирадиоприёмников, для накопления больших запасов электрической энергии припроведениии физических экспериментов в области лазерной техники и управляемоготермояжерного синтеза.


Билет №23

1) Модель атома Резерфорда – Бора.Квантовые постулаты Бора.

Первая модель строения атомапринадлежит Томсону. Он предположил, что атом это положительно заряженный шар,внутри которого расположены вкрапления отрицательно заряженных электронов.Резерфорд провел опыт по облечению быстрыми альфа-частицами металлическойпластинки. При этом наблюдалось, что часть из них немного отклоняются отпрямолинейного распространения, а некоторая доля – на углы более 20.Это было объяснено тем, что положительный заряд в атоме содержится неравномерно, а в некотором объеме, значительно меньшем размера атома. Этацентральную часть была названа ядром атома, где сосредоточен положительныйзаряд и почти вся масса. Радиус атомного ядра имеет размеры порядка 10-15м. Также Резерфорд предложил т.н. планетарную модель атома, по которойэлектроны вращаются вокруг атома как планеты вокруг Солнца. Радиус самойдальней орбиты = радиусу атома. Но эта модель противоречила электродинамике,т.к. ускоренное движение (в т.ч. электронов по окружности) сопровождаетсяизлучением ЭМ-волн. Следовательно, электрон постепенно теряет свою энергию идолжен упасть на ядро. В действительности ни излучения, ни падения электрона непроисходит. Объяснение этому дал Н.Бор, выдвинув два постулата – атомнаясистема может находится только в некоторых  определенных состояниях, в которыхне происходит излучения света, хотя движение происходит ускоренное, и припереходе из одного состояния в другое происходит или поглощение, или испусканиекванта по закону />, где постояннаяПланка />. Различные возможныестационарные состояния определяются из соотношения />,где n – целое число. Для движения электрона по окружности в атомеводорода справедливо выражение />,кулоновская сила взаимодействия с ядром />.Отсюда />. Т.е. ввиду постулата Борао квантовании энергии, движение возможно только по стационарным круговыморбитам, радиусы которых определяются как />.Все состояния, кроме одного, являются стационарными условно, и только в одном –основном, в котором электрон обладает минимальным запасом энергии – атом можетнаходиться сколь угодно долго, а остальные состояния называются возбужденными.

2) Электронно-дырочный переход и егосвойства. Полупроводниковый диод и его применение.

Полупроводниковый диод состоит из p-n перехода, т.е. из двух соединенных полупроводников разноготипа проводимости. При соединении происходит диффузия электронов в р-полупроводник.Это приводит к появлению в электронном полупроводнике нескомпенсированныхположительных ионов донорной примеси, а в дырочном – отрицательных ионовакцепторной примеси, захвативших продиффундировавшие электроны. Между двумяслоями возникает электрическое поле. Если на область с электроннойпроводимостью подать положительный заряд, а на область с дырочной – отрицательный,то запирающее поле усилится, сила тока резко понизится и почти не зависит отнапряжения. Такой способ включения называется запирающим, а ток, текущий вдиоде – обратным. Если на область с дырочной проводимостью подать положительныйзаряд, а на область с электронной – отрицательный, то запирающее полеослабится, сила тока через диод в этом случае зависит только от сопротивлениявнешней цепи. Такой способ включения называется пропускным, а ток, текущий вдиоде – прямым


Билет № 24

1) Состав ядра атома. Изотопы.Энергия связи.

Электрический заряд атома ядра q равенпроизведению элементарного электрического заряда e на порядковый номер Zхимического элемента в таблице Менделеева />.Атомы, имеющие одинаковое строение, имеют одинаковую электронную оболочку ихимически неразличимы. В ядерной физике применяются свои единицы измерения. 1ферми – 1 фемтометр, />. 1 атомнаяединица массы – 1/12 массы атома углерода />./>. Атомы с одинаковым зарядомядра, но различными массами, называются изотопами. Изотопы различаются своимиспектрами. Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Число протонов в ядреравно зарядовому числу Z, число нейтронов – массе минус число протонов A–Z=N.Положительный заряд протона численно равен заряду электрона, масса протона –1.007 а.е.м. Нейтрон не имеет заряда и имеет массу 1.009 а.е.м. (нейтронтяжелее протона более чем на две электронные массы). Нейтроны стабильны тольков составе атомных ядер, в свободном виде они живут ~15 минут и распадаются напротон, электрон и антинейтрино. Сила гравитационного притяжения междунуклонами в ядре превышает электростатическую силу отталкивания в 1036 раз.Стабильность ядер объясняется наличием особых ядерных сил. На расстоянии 1 фмот протона ядерные силы в 35 раз превышают кулоновские, но очень быстроубывают, и при расстояния около 1.5 фм ими можно пренебречь. Ядерные силы независят от того, имеется ли у частицы заряд. Точные измерения масс атомных ядерпоказали наличие различия между массой ядра и алгебраической суммой масссоставляющих его нуклонов. Для разделения атомного ядра на составляющиенеобходимо затратить энергию />.Величину /> называют дефектом массы.Минимальную энергию, которую необходимо затратить на разделение ядра на составляющиеего нуклоны, называется энергией связи ядра, расходуемой на совершение работыпротив ядерных сил притяжения. Отношение энергии связи к массовому числуназывается удельной энергией связи. Ядерной реакцией называется превращениеисходного атомного ядра при взаимодействии с какой-либо частицей в другое,отличное от исходного. В результате ядерной реакции могут испускаться частицыили гамма-кванты. Ядерные реакции бывают двух видов – для осуществления однихнадо затратить энергию, при других происходит выделение энергии.Освобождающаяся энергия называется выходом ядерной реакции. При ядерныхреакциях выполняются все законы сохранения. Закон сохранения момента импульсапринимает форму закона сохранения спина.

2) Электрический ток вполупроводниках. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Термо- ифоторезисторы.

Многие вещества не проводят ток так хорошо, какметаллы, но в то же время не являются диэлектриками. Одним из отличийполупроводников – то, что при нагревании или освещении их удельноесопротивление не увеличивается, а уменьшается. Но главным их практическиприменимым свойством оказалась односторонняя проводимость. Вследствиенеравномерного распределения энергии теплового движения в кристаллеполупроводника некоторые атомы ионизируются. Освободившиеся электроны не могутбыть захвачены окружающими атомами, т.к. их валентные связи насыщены. Этисвободные электроны могут перемещаться в металле, создавая электронный токпроводимости. В то же время, атом, с оболочки которого вырвался электрон,становится ионом. Этот ион нейтрализуется за счет захвата атома соседа. Врезультате такого хаотического перемещения возникает перемещение места снедостающим ионом, что внешне видно как перемещение положительного заряда. Этоназывается дырочным током проводимости. В идеальном полупроводниковом кристаллеток создается перемещением равного количества свободных электронов и дырок.Такой тип проводимости называется собственной проводимостью. При понижениитемпературы количество свободных электронов, пропорциональное средней энергииатомов, падает и полупроводник становится похож на диэлектрик. В полупроводникдля улучшения проводимости иногда добавляются примеси, которые бывают донорные(увеличивают число электронов без увеличения числа дырок) и акцепторные (увеличиваютчисло дырок без увеличения числа электронов). Полупроводники, где количествоэлектронов превышает количество дырок, называются электроннымиполупроводниками, или полупроводниками n-типа.Полупроводники, где количество дырок превышает количество электронов,называются дырочными полупроводниками, или полупроводниками р-типа.


Билет № 25

1) Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений и ихсвойства. Биологическое действие ионизирующих излучений. Защита от радиации.

Ядра обладают способностью самопроизвольно распадаться.При этом устойчивыми являются только те ядра, которые обладают минимальнойэнергией по сравнению с теми, в которые ядро может самопроизвольнопревратиться. Ядра, в которых протонов больше, чем нейтронов, нестабильны, т.к.увеличивается кулоновская сила отталкивания. Ядра, в которых больше нейтронов,тоже нестабильны, т.к. масса нейтрона больше массы протона, а увеличение массыприводит к увеличению энергии. Ядра могут освобождаться от избыточной энергиилибо делением на более устойчивые части (альфа-распад и деление), либоизменением заряда (бета-распад). Альфа-распадом называется самопроизвольноеделение атомного ядра на альфа частицу /> иядро-продукт. Альфа-распаду подвержены все элементы тяжелее урана. Способностьальфа-частицы преодолеть притяжение ядра определяется туннельным эффектом(уравнением Шредингера). При альфа-распаде не вся энергия ядра превращается вкинетическую энергию движения ядра-продукта и альфа-частицы. Часть энергииможет пойти на возбуждения атома ядра-продукта. Таким образом, через некотороевремя после распада ядро продукта испускает несколько гамма-квантов и приходитв нормальное состояние. Существует также еще один вид распада – спонтанноеделение ядер. Самым легким элементом, способным к такому распаду, являетсяуран. Распад происходит по закону />, где Т– период полураспада, константа для данного изотопа. Бета-распад представляетсобой самопроизвольное превращение атомного ядра, в результате которого егозаряд увеличивается на единицу за счет испускания электрона. Но масса нейтронапревышает сумму масс протона и электрона. Этот объясняется выделением еще однойчастицы – электронного антинейтрино />. Нетолько нейтрон способен распадаться. Свободный протон стабилен, но при воздействиичастиц он может распасться на нейтрон, позитрон и нейтрино. Если энергия новогоядра меньше, то происходит позитронный бета-распад />.Как и альфа-распад, бета-распад также может сопровождаться гамма-излучением.

Мерой воздействия любого вилаизлучения на вещество является поглощенная доза излучения. Единицей дозыявляется грэй, равный дозе, которой облученному веществу массой 1 кг передаетсяэнергия в 1 джоуль. Т.к. физическое воздействие любого излучения на веществосвязано не столько с нагреванием, сколько с ионизацией, то введена единицаэкспозиционной дозы, характеризующей ионизационное действие излучения навоздух. Внесистемной единицей экспозиционной дозы является рентген, равный 2.58×10-4Кл/кг. При экспозиционной дозе в 1рентген в 1 см3 воздуха содержится 2 миллиарда пар ионов. Приодинаковой поглощенной дозе действие различных видов облучения неодинаково. Чемтяжелее частица – тем сильнее ее действие (впрочем, более тяжелую и задержатьлегче). Различие биологического действия излучения характеризуетсякоэффициентом биологической эффективности, равном единице для гамма-лучей, 3для тепловых нейтронов, 10 для нейтронов с энергией 0.5 МэВ. Доза, умноженнаяна коэффициент, характеризует биологическое действие дозы и называетсяэквивалентной дозой, измеряется в зивертах. Основным механизмом действия наорганизм является ионизация. Ионы вступают в химическую реакцию с клеткой инарушают ее деятельность, что приводит к гибели или мутации клетки.Естественный фон облучения составляет в среднем 2 мЗв в год, для городовдополнительно +1 мЗв в год.

 

2) Сила трения. Коэффициенттрения-скольжения. Учёт и использование трения в быту и технике. Измерить силутрения скольжения.

Приравномерном движении одного тела по поверхности другого под воздействиемвнешней силы на тело действует сила, равная по модулю движущей силе ипротивоположная по направлению. Эта сила называется силой трения скольжения.Вектор силы трения скольжения направлен против вектора скорости, поэтому этасила всегда приводит к уменьшению относительной скорости тела. Силы трениятакже, как и сила упругости, имеют электромагнитную природу, и возникают засчет взаимодействия между электрическими зарядами атомов соприкасающихся тел.Экспериментально установлено, что максимальное значение модуля силы тренияпокоя пропорционально силе давления. Также примерно равны максимальное значениесилы трения покоя и сила трения скольжения, как примерно равны и коэффициентыпропорциональности между силами трения и давлением тела на поверхность. Дляуменьшения сил трения в технике применяются корлёса, шариковые и роликовыеподшипники.


Билет №26

1) Цепная реакция деление ядер урана.Ядерный реактор.

В 30ых годах опытно было установлено, что при облученииурана нейтронами образуются ядра лантана, который не мог образоваться врезультате альфа- или бета-распада. Ядро урана-238 состоит из 82 протонов и 146нейтронов. При делении ровно пополам должен был бы образовываться празеодим />, но в стабильном ядрепразеодима нейтронов на 9 меньше. Поэтому при делении урана образуются другиеядра и избыток свободных нейтронов. В 1939 году было произведено первоеискусственное деления ядра урана. При этом выделялось 2-3 свободных нейтрона и200 МэВ энергии, причем около 165 МэВ выделялось в виде кинетической энергииядер-осколков /> или /> или />. При благоприятных условияхосвободившиеся нейтроны могут вызвать деления других ядер урана. Коэффициентразмножения нейтронов характеризует то, как будет протекать реакция. Если онболее единицы. то с каждым делением количество нейтронов возрастает, ураннагревается до температуры в несколько миллионов градусов, и происходит ядерныйвзрыв. При коэффициенте деления меньшем единицы реакция затухает, а при равноединице – поддерживается на постоянном уровне, что используется в ядерных реакторах.Из природных изотопов урана только ядро /> способнок делению, а наиболее распространенный изотоп /> поглощаетнейтрон и превращается в плутоний по схеме />.Плутоний-239 по своим свойствам схож с ураном-235.

Ядерные реакторы бывают двух видов – на медленных ибыстрых нейтронах. Большинство выделяющихся при делении нейтронов имеют энергиюпорядка 1-2 МэВ, и скорости около 107м/с. Такие нейтроны называютсябыстрыми, и одинаково эффективно поглощаются как ураном-235, так и ураном-238,а т.к. тяжелого изотопа больше, а он не делится, то цепная реакция неразвивается. Нейтроны, движущиеся со скоростям около 2×103м/с, называют тепловыми. Такие нейтроныактивнее, чем быстрые, поглощаются ураном-235. Таким образом, для осуществленияуправляемой ядерной реакции, необходимо замедлить нейтроны до тепловыхскоростей. Наиболее распространенными замедлителями в реакторах являютсяграфит, обычная и тяжелая вода. Для того, чтобы коэффициент деления поддерживалсяна уровне единицы, используются поглотители и отражатели. Поглотителямиявляются стержни из кадмия и бора, захватывающие тепловые нейтроны, отражателем– бериллий.

Если в качестве горючего использовать уран, обогащенныйизотопом с массой 235, то реактор может работать и без замедлителя на быстрыхнейтронах. В таком реакторе большинство нейтронов поглощаются ураном-238,который в результате двух бета-распадов становится плутонием-239, такжеявляющимся ядерным топливом и исходным материалом для ядерного оружия />. Таким образом, реактор набыстрых нейтронах является не только энергетической установкой, но иразмножителем горючего для реактора. Недостаток – необходимость обогащенияурана легким изотопом.

Энергия в ядерных реакциях выделяется не только за счетделения тяжелых ядер, но и за счет соединения легких. Для соединения ядернеобходимо преодолеть кулоновскую силу отталкивания, что возможно притемпературе плазмы около 107–108 К. Примером термоядернойреакции служит синтез гелия из дейтерия и трития /> или/>. При синтезе 1 грамма гелиявыделяется энергия, эквивалентная сжиганию 10 тонн дизельного топлива.Управляемая термоядерная реакция возможна при нагревании ее до соответствующейтемпературы путем пропускания через нее электрического тока или с помощьюлазера.

2) Механическая работа и мощность.Определить КПД при подъёме тела по наклонной плоскости.

Работой Апостоянной силы /> называетсяфизическая величина, равная произведению модулей силы и перемещения,умноженному на косинус угла между векторами /> и/>. /> . Работа является скалярнойвеличиной и может иметь отрицательное значение, если угол между векторамиперемещения и силы более />. Единицаработы называется джоулем, 1 джоуль равен работе, совершаемой силой в 1 ньютонпри перемещении точки ее приложения на 1 метр. Мощность – физическая величина,равная отношению работы к промежутку времени, в течение которого эта работасовершалась. />. Единима мощностиназывается ваттом, 1 ватт равен мощности, при которой работа в 1 джоульсовершается за 1 секунду. A=Ep2-Ep1=mg(h2-h1)

3) Задача на тепловоедействие тока. Q=cm∆T=nPt (n=КПД)P=IU

еще рефераты
Еще работы по физике