34 подписчика

Физика, ответы на билеты по экзамену.

16 ноября 201916 ноя 2019

58 мин

БИЛЕТ №1

Механическое движение. Относительность движения. Система отсчёта. Материальная точка. Траектория. Путь и перемещение. Мгновенная скорость. Ускорение. Равномерное и равноускоренное движение.

Механическим движением тела называется изменение его положения в пространстве относительно других тел с течением времени.

Траектория движения тела, пройденный путь и перемещение зависят от выбора системы отсчёта. Другими словами, механическое движение относительно. Система координат, тело отсчёта, с которым она связана, и указание начала отсчёта времени образуют систему отсчёта.

Тело, размерами которого в данных условиях движения можно пренебречь, называют материальной точкой.

Линия, по которой движется точка тела, называется траекторией движения. Длина траектории называется пройденным путём.

Вектор, соединяющий начальную и конечную точки траектории, называют перемещением.

Мгновенной скоростью поступательного движения тела в момент времени t называется отношение очень малого перемещения S к малому промежутку времени, за который произошло это перемещение:

υ=S/t υ =1 м/1 с=1 м/с

Движение с постоянной по модулю и направлению скоростью называется равномерным прямолинейным движением.

При изменении скорости тела вводится понятие ускорения тела.

Ускорением называется векторная величина, равная отношению очень малого изменения вектора скорости к малому промежутку времени, за которое произошло это изменение:

a= υ /t a=1 м/с2

Равноускоренным называется движение с ускорением, постоянным по модулю и направлению:

a= υ /t=const

2 вопрос.

С какой силой действует магнитное поле с B=1,5 T на проводник длиною l=0,03 м, расположенного перпендикулярно магнитному полю. Сила тока I=2 A

B=1,5 T

F=I*B*l*Sinα

L=3*10-2 м

α=900 Sin900=1

I=2 a

F=I*B*l

F=?

F=2*1,5*3*10-2=9*10-2 H

БИЛЕТ №2

Взаимодействие тел. Сила. Второй закон Ньютона.

Причиной изменения скорости движения тела всегда является его взаимодействие с другими телами. После выключения двигателя, автомобиль постепенно замедляет движение и останавливается. Основная причина изменения скорости движения автомобиля – взаимодействие его колёс с дорожным покрытием. В физике для количественного выражения действия одного тела на другое вводится понятие «сила». Примеры сил:
силы упругости, тяжести, тяготения и т.д.

Сила - векторная величина, её обозначают символом F. За направление вектора силы принимается направление вектора ускорения тела, на которое действует сила. В системе СИ:

F=1 H=1 кг*м/с2

2 закон Ньютона:

Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение:

F=m*a

Смысл закона в том, что действующая на тело сила определяет изменение скорости тела, а не скорость движения тела.

2 вопрос.

Лабораторная работа «Измерение показателя преломления стекла»

БИЛЕТ №3

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

Существует физическая величина, одинаково изменяющаяся у всех тел под действием одинаковых сил, если время действия силы одинаково.

Величина, равная произведению массы тела на скорость его движения, называется импульсом тела или количеством движения.

Изменение импульса тела равно импульсу силы, вызывающей это изменение.

Физическая величина, равная произведению силы F на время t её действия, называется импульсом силы.

Ft=m υ -m υ 0

Импульс тела является количественной характеристикой поступательного движения тел. Единицей измерения импульса тела является величина: кг*м/с.

Закон сохранения импульса:

В замкнутой системе геометрическая сумма импульсов тел остаётся постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой:

m1 υ 1+m2 υ 2=m1 υ 1I + m2 υ 2I

где υ 12, υ 12I - скорости первого и второго тела до и после взаимодействия.

Система тел, не взаимодействующих с другими телами, не входящими в эту систему, называется замкнутой системой.

Закон сохранения импульса проявляется в инерциальных системах отсчёта (т.е. в тех, в которых тело при отсутствии внешних воздействий двигается прямолинейно и равномерно). Этот закон используется в технике: реактивный двигатель. При сгорании топлива газы, нагретые до высокой температуры, выбрасываются из сопла ракеты со скоростью. Ракета начинает двигаться в результате этого взаимодействия и в соответствии с данным законом.

M – масса ракеты

υ – скорость ракеты

m – масса топлива

U – скорость сгоревшего и выбрасываемого топлива.

2 вопрос.

Аккумулятор с ЭДС 6 в и внутренним сопротивлением r=0,1 Ом питает внешнюю цепь с R=11,9 Ом.. какое количество теплоты выделится за 10 мин во всей цепи?

r=0,1 oм

Q=I2*Z*t, где Z – полное сопротивление

ε=6 B

Z=R+r

R=11,9 oм

I=ε /R+r

t=600 c

Q=I2*(R+r)*t

Q-?

Q=ε2*(R+r)*t / (R+r)2

Q=ε2*t / (R+r)

Q=36*600 / 12=1800 Дж

БИЛЕТ №4

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

Ньютон доказал, что движение и взаимодействие планет Солнечной системы происходит под действием силы притяжения, направленной к Солнцу и убывающей обратно пропорционально квадрату расстояния от него. Все тела во Вселенной взаимно притягивают друг друга.

Силу взаимного притяжения между телами во Вселенной, Ньютон назвал силой всемирного тяготения. В 1682 году Ньютон открыл закон всемирного тяготения:

Все тела притягиваются друг к другу. Сила всемирного тяготения прямо пропорциональна произведению масс тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

F=G*m1*m2 / R2

G- гравитационная постоянная.

Сила притяжения, действующая со стороны Земли на все тела, называется силой тяжести:

FТ = m*g

Эта сила убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от центра Земли.

В технике и быту широко используется понятие веса тела – P

Весом тела называют силу, с которой тело вследствии его притяжения к Земле действует на горизонтальную опору или подвес.

Вес тела на неподвижной или равномерно движущейся горизонтальной опоре равен силе тяжести, но приложены они к разным телам.

P=FТ

При ускоренном движении вес тела, направление ускорения которого совпадает с направлением ускорения свободного падения, меньше веса покоящегося тела.

Если тело вместе с опорой свободно падает и ускорение тела равно ускорению свободного падения, а их направления совпадает, то вес тела исчезает. Это явление получило назание невесомости:

a=g P=0 невесомость

2 вопрос.

При какой температуре внутренняя энергия 20 кг. Аргона составит 1,25*106 Дж?

U=1,25*106 Дж

U=3mR∆T / 2M ∆T=T

m=20 кг

T=2UM / 3mR

M=4*10-2 кг/моль

T=2*1,25*106*4*10-2 / 3*20*8,31=10*104 / 498,6=

R=8,31 Дж / моль*К

=0,020056*104=201 К

Т=?

БИЛЕТ №5

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

В природе и технике встречается вид механического движения-колебание.

Механическим колебанием называют движение тела, повторяющееся точно или приблизительно через одинаковые промежутки времени.

Силы, действующие между телами внутри системы, называются внутренними. Силы, действующие извне системы, на тела данной системы называются внешними.

Свободными колебаниями называют колебания, возникающие под действием внутренних сил. Колебания под действием внешних периодически изменяющихся сил, называют вынужденными.

При отклонении маятника от положения равновесия его потенциальная энергия увеличивается, т.к. увеличивается расстояние от поверхности Земли. При движении к положению равновесия скорость маятника возрастает, его кинетическая энергия увеличивается за счёт уменьшения запаса потенциальной, в результате уменьшения расстояния от поверхности Земли. В положении равновесия кинетическая энергия имеет максимальное значение, а потенциальная минимальна. После прохождения положения равновесия происходит превращение кинетической энергии в потенциальную, скорость маятника уменьшается и при максимальном отклонении становится равной нулю. Таким образом происходит периодическое превращение энергии. Но т.к. при движении, тела взаимодействуют с другими телами, поэтому часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию теплового движения атомов и молекул. Амплитуда колебаний будет уменьшаться и через некоторое время маятник остановится. Свободные колебания всегда являются затухающими.

В системе, при возбуждении колебаний под действием периодически изменяющейся внешней силы амплитуда, сначала, постепенно увеличивается. Через некоторое время устанавливается колебания с постоянной амплитудой и с периодом, равным периоду внешней силы.

Амплитуда тоже зависит от частоты изменения силы. При условии, когда частота внешней силы ν совпадает с собственной частотой системы ν0, амплитуда имеет максимальное значение.

Резонансом называется резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний при приближении частоты изменения внешней силы, действующей на систему, к частоте свободных колебаний. Чем меньше трение в системе, тем отчётливее резонанс (на рис. Кривая №1).

ν0

2 вопрос.

Лабораторная работа «Определение фокусного расстояния собирающей линзы».

БИЛЕТ №6

Опытное обоснование основных положений молекулярно-кинетической теории строения вещества. Масса и размер молекул. Постоянная Авогадро.

В начале 19 века английский учёный Д.Дальтон показал, что многие явления природы можно объяснить, используя молекулярное строение вещества. К началу 20 столетия была окончательно создана и подтверждена опытами молекулярно-кинетическая теория вещества. Основные положения МКТ:

вещества состоят из молекул, между которыми имеются межмолекулярные интервалы.
Молекулы непрерывно и хаотически двигаются.
На небольших расстояниях между молекулами и атомами действут как силы притяжения, так и силы отталкивания. Природа этих сил электромагнитная.

Хаотическое движение называют ещё и тепловым, т.к. оно зависит от температуры.

Опытное обоснование:

То, что вещества состоят из молекул, было доказано снимками, сделанными с помощью электронного микроскопа. На фотографиях видно расположение молекул.
То, что молекулы непрерывно двигаются, доказано опытом Броуна. Он наблюдал в 1827 г. как двигаются крупинки глины в воде. Объяснить не смог. Броуновское движение – движение крупинок глины, обусловленное ударами хаотически движущихся молекул воды. И ещё одно явление природы – диффузия, доказывает непрерывное движение молекул. Диффузия – явление проникновения молекул одного вещества в молекулы другого вещества. Даже в твёрдых телах, где медлее всего происходит данный поцесс проникновения, все равно наблюдается диффузия. Например: золотая пластина лежит на свинцовой. Находятся под грузом. Через некоторое время обнаружат молекула каждого вещества в соседнем соприкасающемся теле.

3. То, что молекулы притягиваются к друг другу доказывает опыт со свинцовыми цилиндрами. Они выдерживают вес до 5 кг. Диффузия, также доказывает, что в твёрдых телах осуществляется взаимодействие молекул.

Между молекулами одновременно действуют как силы отталкивания так и взаимодействия. По природе они имеют магнитный характер. При деформациях в твёрдых телах силы проявляют себя в виде сил упругости и обуславливают прочность тел. Данные силы действуют на очень малых расстояниях – в пределах размера молекул. Но будет наблюдать эффект, если молекулы приблизить на расстояние больше их устойчивого равновесия (когда два вида сил равны по значению), то силы отталкивания увеличатся, а притяжения уменьшатся.

Экспериментальные исследования показали, что молекулы очень малы. Например: масса молекулы оливкого масла m0=2,5*10-26 кг., а размер молекулы d=3*10-10 м.

Число Авогадро – число атомов, содержащихся в 0, 012 кг изотопа углерода 12С. Названо в честь итальянского ученого 19 века.

NA=6,02*1023 моль-1

2 вопрос.

При электролизе раствора сульфата меди была совершена работа

А=1,4*107 Дж. Определите количество выделившейся меди, если напряжение между электродами ванны равно U=6 B.

K=3,29*10-7Дж

m=k*q

A=1,4*107 L;

A=q*U

U=6 B

q=A / U

m-?

m=k*A / U m=3,29*10-7*1,4*107 / 6=4,6 / 6=0,76 кг

БИЛЕТ №7

Идеальный газ. Основное урвнение МКТ идеального газа. Температура и её измерение. Абсолютная температура.

В реальной жизни, изучая явления в природе и технике, невозможно учесть все факторы, влияющие на него. По этой причине можно учитывать важнейший фактор, например движение молекул, а другие (взаимодействие) не учитывать. На этой основе вводится модель явления.

Идеальный газ- модель реального газа. Это газ, размеры молекул которого малы по сравнению с объёмом сосуда и они практически не взаимодействуют.

Молекулы газа, ударяясь о поверхность тела или стенку сосуда, оказывают на неё давление –Р. Давление зависит от следующих факторов:

от кинетической энергии движения молекул. Чем она больше, тем больше давление;
количества молекул в единице объёма. Чем их больше, тем больше давление.

Основное уравнение идеального газа можно записать в виде формулы:

P=n*m0*υ2/3 или P=2*n*E/3

Где n – концентрация молекул в единице объёма (n=N/V), m0 – масса одной молекулы, E- среднее значение кинетической энергии движения молекул, υ2 – среднее значение квадрата скорости кинетического движения молекул.

Давление идеального газа прямо попорционально средней кинетической энергии поступательного движения его молекул и числу молекул в единице объёма. Давление измеряется в Паскалях Р=Па. Условия, близкие к идеальному газу создают в электровакуумных лампах и приборах. Там создаётся вакуум, т.к. молекулы газа являются помехой – нить лампы окислится и перегорит мгновенно.

Температура-величина, характеризующая степень нагретости тела. Для того, чтобы измерять температуру тела, был создан прибор – термометр. Эталонным был выбран водородный термометр, в котором в качестве вещества использовался разряженный водород. Он расширяется при нагревании одинаково, как кислород, азот и др. Закрытый сосуд с разряженным водородом соединили с манометром (прибор для измерения давления) и увеличивая температуру, газ расширялся, тем самым менялось и его давление. Давление и температура связаны между собой линейно, то по показанию манометра можно было определять температуру. Шкала температур, установленная по водородному термометру, называется шкалой Цельсия. За 00 С принята температура таяния льда при нормальном атмосферном давлении, а за 1000 С- температура кипения воды, также при нормальном давлении. Возможно и иное построение температурной шкалы. Для более глубокого понимания физического смысла явлений, Кельвин предложил другую шкалу – термодинамическую. Сейчас её называют шкалой Кельвина. В ней за начало принято –2730С. Это значение называют абсолютным нулём - температура, при которой прекращается поступательное движение молекул. Ниже температуры в природе не встречается. Температура по данной шкале называется абсолютной температурой и измеряется в Кельвинах – Т К.

Т = t+2730C

Скорость движения молекул зависит от температуры, поэтому говорят, что температура является мерой кинетической энергии движения молекул. С увеличением температуры, увеличивается и средняя скорость поступательного движения молекул.

E=3*k*T/2 P=nkT Где k- постоянная Больцмана =1,38*10-23 Дж/К

2 вопрос.

Дана электрическая схема. Определить сопротивление четырёх проводников с одинаковым сопротивлением R1-4=4 Ом, соединённых между собой по схеме:

Проводники 1,4-соединены последовательно, а 2,3- параллельно.

Найдём общее сопротивление проводников 2,3:

R23=R / n R23= 4 / 2=2 Ом.

Находим полное сопротивление всей цепи:

R=R1+R23+R4 R=4+2+4=10 Ом.

БИЛЕТ №8

Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона). Изопроцессы.

Физические величины, значение которых определяется совместным действием огромного числа молекул, называются термодинамическими параметрами: P, V, T.

Идеальный газ описывается такими параметрами, которые входят в уравнение Менделеева- Клапейрона: PV = m*R*T/ M

где М –молярная масса вещества, R- универсальная газовая постоянная, не зависит от природы газа=8,31 Н*м/Кмоль*К, m-масса газа.

Изопроцесс – это процесс, при котором масса газа и один из его параметров остаются постоянными.

Далее рассмотри связь меджу параметрами состояния газа в изопроцесах с планшета в кабинете.

2 вопрос.

Определите красную границу фотоэффекта для металла с работой выхода А=3,2*10-19 Дж.

A=3,2*10-19 Дж

Для красной границы фотоэффекта: Ек=0

h=6,63*10-34 Дж*с

h*νm = A νm = c / λ ; h*c / λ = A

λ –?

λ= h*c / A λ = 6,63*10-34 3*108 / 3,2*10-19 =

19,89*10-26 / 3,2*10-19 = 6,2*10-7 м

БИЛЕТ №9

Испарение и конденсация. Насыщенные и ненасыщенные пары. Влажность воздуха. Измерение влажности воздуха.

Вещества переходят из одного состояния в другие. При хаотическом движении некоторые молекулы воды, имеющие больщую кинетическую энергию, покидают её. При этом они преодалевают силы притяжения со стороны остальных молекул. Такой процесс называется испарением. (см. плакат). Но может наблюдаться и другой процесс, когда молекулы пара возвращаются в жидкость, такой процесс называют конденсацией. Если над сосудом есть поток воздуха, то он уносит молекулы пара и процесс испарения происходит быстрее. Убыстряется процесс испарения и при повышении температуры жидкости.

Если сосуд накрыть крышкой, то через некоторое время установится динамическое равновесие – число молекул, покинувших жидкость=числу молекул, возвратившихся в жидкость.

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным. Даже если мы начнём сжимать насыщенный пар при постоянной температуре, первоначально равновесие нарушится, но затем, концентрация молекул пара опять выравняется, как при динамическом равновесии.

Давление насыщенного пара Р0 не зависит от объёма при постоянной температуре.

На Земле идёт непрерывное образовыание водяных паров: испарение с водоёмов, растительных покровов, пары выдыхаемые животными. Но данный водяной пар не является насыщенным, т.к. происходит перемещение воздушных масс в атмосфере.

Влажность – это количество водяных паров в атмосфере Земли.

Водяной пар – влажность- характеризуется параметрами. (далее см. плакаты кабинета и по ним рассказывай).

Относительную влажность можно измерить несколькими приборами, но рассмотрим один-психрометр. (Далее о устройстве и способе измерения рассказывай по плакатам).

2 вопрос.

Лабораторная работа «Измерение длины световой волны с использованием дифракционной решётки».

БИЛЕТ №10

Кристаллические аи аморфные тела. Упругие и пластичные деформации твёрдых тел.

Кристаллы окружают нас повсюду. Твердые тела все относятся к кристаллам. Но т.к. в природе не встречаются одиночные – монокристаллы, то мы их не видим. Чаще всего вещества состоят из множества сцепившихся кристаллических зернышек – поликристаллов. У кристаллических тел атомы распологаются в строгом порядке и образуют пространственную кристаллическую решётку. Вследствие этого у них правильная внешняя форма. Примеры кристаллических тел: поваренная соль, снежинка, слюда, графит и т.д. У данных тел наблюдаются определённые свойства – графит хорошо пишет слоями, соль ломается плоскими гранями, слюда расслаивается в долевом направлении. Т. об. у них совпадают физические свойства в одном направлении – называется анизотропностью. В действительности, чаще всего анизотропность не наблюдается, т.к. тело состоит из большого числа хаотически сросшихся кристаллов, суммарное действие анизотропии приводит к снятию данного явления. Но есть и другие тела, которые не состоят из кристаллов, т.е. у них нет кристаллической решётки, они называются аморфными. Они обладают свойствами упругих и жидких тел. При ударе они колются, при высоких температурах они текут. Примеры аморфных тел: стекло, пластмассы, смола, канифоль, сахарный леденец. У них наблюдаются одинаковые физические свойства по всем направлениям – наз. изотропностью.

Внешнее механическое воздействие на тело вызывает смещение атомов из равновесных положений и приводит к изменению формы и объёма тела, т.е. к его деформации. Самые простые виды деформации- это растяжение и сжатие. Растяжение испытывают тросы подъёмных кранов, канатных дорого, буксирные тросы, струны музыкальных инструментов. Сжатию подвергаются стены и фундаменты зданий. Деформацию можно характеризовать абсолютным удлинением ∆l = l2-l1, где l1 -до растяжения, l2 - после него. А отношение абсолютного удлинения к длине образца называют относительным удлинением: ε=∆l / l1. При деформации тела возникают силы упругости. Физическая величина, равная отношению модуля силы упругости к площади сечения тела, называется напряжением σ=F/S. При малых деформациях выполняется закон Гука, когда деформация увеличивается пропорционально с увеличением действия силы на тело. Но только до определённого предела прочности. Если увеличено напряжение и после его снятия размеры тела ещё восстанавливаются польностью, то такая деформация называется упругой, в противном случае она называется остаточной или пластической.

2 вопрос.

Определите массу m воздуха в цилиндре, если он имеет вместимость
V = 15*10-3 м3 при температуре t = 270 и давлении P = 2*105 Па.

V=15*10-3 м3

PV=mRT / M MPV=mRT

T=270=300 K

M=MPV / RT

P=2*105 Па

m=29*10-3 * 2*105 * 15*10-3 / 8,31 * 300=

M=29*10-3 кг / моль

=870*10-1 / 2493=0,035 кг.

R=8,31 Дж / К*моль

m-?

БИЛЕТ №11

Работа в термодинамике. Внутренняя энергия. 1 закон термодинамики. Применение его к изопроцессам. Адиабатный процесс.

Наука, которая описывает происходящие явления, исходя их внешних параметров –P, V, T, называют термодинамикой.

Наряду с механической энергией макроскопические тела обладают и внутренней энергией, заключенной внутри самих тел. Рассмотри по плакату примеры превращений – механической энергии во внутреннюю и наоборот. С точки зрения МКТ внутренняя энергия макроскопических тел равна сумме кинетической энергии хаотического движения всех молекул и потенциальной энергии взаимодействия всех молекул друг с другом. Внутренняя энергия обозначается U. Т.к. её трудно вычислить, учитывая движения всех молекул, то рассматривается одноатомный (состоит из отдельных атомов) газ. У идеального газа потенциальная энергия =0, следовательно, U= кинетической энергии:

U=3mRT/2M Кроме того, U=U(T,V)

Внутренняя энергия тела определяется только его состоянием и не зависит от того, каким путём тело оказалось в данном состоянии.

Систему тел, U которой остаётся неизменной, называют замкнутой.

Рассмотрим систему: газ, находится в металлическом сосуде и на него действут поршень. Подсчитаем чему равна работа газа, совершаемая над поршнем:

F′

•

А=-А′=-P∆V A′=P∆V

A′-работа газа над поршнем;

А- работа поршня над газом;

∆V- изменение объёма;

P- давление газа

Изменение U тела связанно с его взаимодействием с другими телами и окружающей средой. Изменить её можно 2-мя способами:

Путём совершения работы (А, Дж)
Путем теплопередачи (обмен внутренней энергией между телами и окружающей средой без совершения работы) (Q, Дж или Ккал)

1 закон термодинамики:

∆U=A+Q В неизолированной системе изменение внутренней энергии равно сумме количества теплоты, переданного системе и работе внешних сил. Но чаще используют А′, тогда ∆U= Q - А′

Применение 1 закона термодинамики:

1. Изохорный, V=const

Объём не изменяется, работа не совершается, Q=∆U

2. Изобарный, P=const

Подведённое Q тратится на увеличение U и на совершение газом работы. Q=∆U+ А′

3. Изотермический, T=const

Без изменения температуры U=0, Q= А′

4. Адиабатный процесс, т.е. процесс без обмена количества теплоты с окружающей средой. Q=0

A==∆U, А′= -∆U

2 вопрос.

Изображение предмета, поставленного на расстоянии d=40 см от двояковыпуклой линзы, получилось действительным и увеличенным в 1,5 раза. Каково фокусное расстояние линзы.

H-действительное

1 / F=1 / f+1 / d F=d*f / f=d

Г=1,5

Г=f / d f=Г*d F=d*Г / Г+1

d=40 см

F=40*1,5 / 1,5+1

F-?

F=60 / 2,5=24 см.

БИЛЕТ №12

Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона. Закон сохранения электрического заряда.

Существует два вида электрических зарядов: отрицательный и положительный. Одноименные заряды отталкиваются, а разноимённые притягиваются. Если тело заряжено отрицательно это означает, что у него избыток отрицательного заряда и недостаток положительного. И наоборот. Простейшие опыты по взаимодействию заряженных тел показали, что заряды перераспределяются между собой, не пропадают никуда. Закон сохранения электрического заряда: Электрические заряды не возникают и не исчезают, а только перераспределяются между всеми телами в замкнутой системе (т.е. заряды не входят и не выходят) и их алгебраическая сумма остаётся неизменной: q1+q2+…+qn=const

Французский учёный Ш. Кулон установил закон взаимодействия неподвижных электрических зарядов. В своём опыте он использовал крутильные весы. В них находилось два заряженных шарика и по углу закручивания нити он определял силу их взаимодействия в вакууме в зависимости от зарядов, расстояния между ними. Формулировка: Сила взаимодействия 2-х точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

F=k*|q1|*|q2| / r2 Заряд измеряется в кулонах.

2 вопрос.

При изменении тока в катушке индуктивности на величину 1 А за время t=0,6 с. в ней индуктируется ЭДС ε=2*10-4 в Какую длину будет иметь радиоволна, излучаемая генератором, колебательный контур которого состоит изэтой катушки и конденсатора С=14,1*10-9 Ф.

I=1 A

λ=c / ν ν=1 / T T=1 / ν λ=c*T

t=0,6 c

T=2π√L*C ε=L*I / t L=ε*t / T

ε=2*10-4 в

T=2π√ε*t*C / I λ=2πc√ε*C*t / I

C=14,1*10-9 Ф

λ=2*3,14*3*108√2*10-4 * 14,1*10-9 * 0,6 / 1=

c=3*108 м / с2

=18,84*108√16,92*10-13 = 18,84*108√1,692 *10-12 =

λ-?

=18,84*108√1,692*(10-6)2 = 18,84*108 * 4*10-6= 7536 м

БИЛЕТ №13

Конденсаторы. Электроёмкость конденсатора. Применение конденсаторов.

Электроёмкость – величина, характеризующая способность 2-х проводников накапливать электрический заряд. C= q/ U – отношение заряда одного из проводника к разности потенциалов между этим проводником и соседним. Тем меньше напряжение, тем больше электроёмкость. Измеряется в фарадах – Ф. Электроёмкость меняется в зависимости от изменения внешних условий, размеров и формы проводника.

Во многих радиоприёмниках, телевизорах, магнитофонах и др. применяют конденсаторы – устройства, служащие для накопления зарядов и электрической энергии; у них электроёмкость не зависит от внешних условий, т.е. имеет определённое значение. Для выполнения данных условий берут два проводника, например в виде пластин, располагают как можно ближе. Пространство между ними заполняют веществом – диэлектриком, который увеличивает электроёмкость и не даёт заряду нейтрализоваться (перескочить заряду с одной пластины на другую). Толщина слоя между проводниками мала, по сравнению с площадью проводников – называют обкладками конденсатора. Чтобы зарядить конденсатор его обкладки присоединяют к источнику питания – батареи. Всё электрическое поле сосредоточено внутри обкладок, а они заражаются разноимённо. Вся конструкция помещается в корпус для предохранения от механических ударов. Простейший конденсатор – плоский:

+ + + +

диэлектрик . . . ……….. В схемах обозначаются:

- - - С

- - - - -

Процесс накопления заряда на обкладках называется зарядкой конденсатора, а отдача – разрядкой. Электроёмкость плоского конденсатора находят по формуле: C=ε0*ε*S/d , где ε0 – электрическая постоянная, ε диэлектрическая проницаемость (характеризует электрические свойства вещества), S – площадь обкладок, d – расстояние между обкладками. Заряженный конденсатор обладает энергией электрического поля, которую можно найти:

W=q*U/2 W=CU2/2 W= ε0*ε*E2/2 W=q2/2*C

Конденсаторы применяются как накопители электрической энергии используются в электротехнических устройствах; в выпрямителях переменноготока для сглаживания пульсаций; в радиопередатчиках и приёмниках в колебательном контуре; в лазерной технике и в установках управления термоядерного синтеза.

2 вопрос.

Найдите напряжённость электрического поля точечного заряда
q=5*10-6 Кл на который действует поле с силой F=5*10-2 Н.

q=5*10-6 Кл

E=F / q

F=5*10-2 Н

E=5*10-2 / 5*10-6 =1*104 Н / Кл

Е-?

БИЛЕТ №14

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

Работу сил электрического поля, создающего электрический ток, называют работой тока А. Работа сил электрического поля или работа электрического тока на участке цепи с электрическим сопротивлением R за время t равна: A=Δq*U=I*U*Δt=I2*R*Δt

Мощность электрического тока равна отношению работы тока ко времени, за которое эта работа совершена: P=A/Δt=I*U=I2*R=U2/R

Работа выражается в Джоулях, а мощность в ваттах. Если на участке цепи под действием электрического поля не совершается механическая работа и не происходят хим. превращения вещества, то работа эл.поля приводит только к нагреванию проводника.

Работа электрического тока в замкнутой электрической цепи оказывается совершённой за счёт действия сторонних сил, вызывающих разделение зарядов внутри источника и поддерживающих постоянное напряжение на выходе источника тока. Отношение работы сторонних сил по перемещению зарядf вдоль цепи, к значению этого заряда называется электродвижущей силой источника – ЭДС - ε

ε=А/Δq Выражается в Вольтах – В

Полной цепью (или замкнутой) называют цепь, состоящую из:

– внутреннего участка цепи (входит источник питания; обладает внутренним сопротивлением – r) и
– внешнего (состоит из амперметра, вольтметра, сопротивления, ключ замыкания\размыкания цепи; обладает внешним сопротивлением R)

A 2

Закон Ома для полной цепи:

I= ε/R+r, где R+r- полное сопротивление замкнутой цепи.

2 вопрос.

Лабораторная работа: «Определение ускорения совбодного падения при помощи маятника»

БИЛЕТ №15

Магнитное поле. Условия его существования. Действие магнитного поля на электрический заряд и опыты, подтверждающее это действие. Магнитная индукция.

Магнитное поле создаётся движущими электрическими зарядами и переменным электрическим полем. Это реальный вид материи, существующей независимо от наших знаний о нём. Впервые магнитное поле обнаружил датский физик Г.Эрстед в 1820 г. Проводники, расположенные рядом и по которым проходил ток по различным направлениям, взаимодействовали между собой (притягивались и отталкивались).

Любой электрон, движущийся вокруг ядра, создаёт микро ток, подобный току в замкнутом контуре. Следовательно, возле любой молекулы или атома, существует магнитное поле и любое вещество имеет магнитные свойства, но если молекулы расположены упорядоченно, то поля усиливаются и вещество обладает магнитными свойствами, если хаотически – то нет. Магнитное поле создаётся и природными постоянными магнитами. Условно считается, что магнитное поле магнита направленно в сторону северного полюса. Для наглядного изображения магнитного поля вводят линии – наз. линиями индукции магнитного поля. Это линии, по касательной к которым в каждой точке располагаются магнитные стрелки. Линии замкнуты, не имеют ни начала, ни конца, т.к. магнитное поле не имеет заряда, подобного электрическому. Поле с такими линиями называют вихревым. Электрический ток и магнитное поле существуют всегда вместе.

Если на проводник, по которому течет ток, подействовать магнитным полем, то он будет совершать механическое движение. Происходит превращение электрической энергии в механическую, что лежит в основе принципа действия электродвигателей. Также это объясняется действием с определённой силой магнитного поля на проводник и заряд – это силы Ампера и Лоренца (см. формулы на планшете). Их нужно учитывать во всех электро измерительных приборах-сила Ампера; а сила Лоренца наблюдается в ускорителях элементарных частиц и МГД-генераторах (создают плазму, в которой движутся заряженные частицы).

Для характеристики магнитного поля вводят силовую характеристику – индукцию магнитного поля В, измеряется в Теслах – Т. для прямолинейного профодника она находится по формуле: B=FA/ I*l, для контура с током:

B=M/I*S, где M- вращающий момент, действующий со стороны магнитного поля, S- площадь контура, l- длина проводника, FA- сила Ампера.

2 вопрос.

Лабораторная работа «Измерение влажности воздуха».

БИЛЕТ №16

Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Полупроводниковые приборы.

Многие вещества в кристаллическом сотоянии не являются хорошими проводниками тока, как проводники, но и к диэлектрикам не относятся, т.к. не являются хорошими изоляторами. Такие вещества долго не привлекали внимание учёных и инженеров. Одним из первых их свойства стал изучать советский физик А.Ф. Иоффе. Такие вещества стали называть полупроводниками. В отличии от металлов, полупроводники обладали такими свойствами:

с увеличением нагревания и освещения у полупроводников уменьшается удельное сопротивление, а сила тока возрастает;
при контакте двух полупроводников различного типа у них наблюдалась односторонняя проводимость. Это используется для радиоэлектронники, автоматики и вычислительной техники.

Типичными полупроводниками (п\п) являются кристаллы германия Ge и кремния, селена. В них атомы соеденены ковалентной связью- в кристаллической решётке два ближайших атома объединяются по одному электрону от каждого, всего два электрона. При повышении температуры, электроны получают избыточную энергию, отрываются от атома и становятся свободными. Атом превращается в положительный ион, т.е. имеется положительный заряд, который стали называть дыркой. Т.об. в п/п отрицательные заряды переносят свободные электроны, а положительные –дырки. В зависимости от вида носителя заряда проводимость называется либо электронной либо дырочной. При воздействии электрического поля эти заряды начинают двигаться упорядочено, т.е. обрзуется ток. В чистом п/п дырки и электроны всегда образуются парами и такая проводимость будет называться собственной. Движение дырок рассматривается чисто условно, действительно двигаются ковалентные вободные электроны от одного атома к другому. Но можно получить проводимость с преимуществом одного из зарядов, если добавить в Ge другое вещество. Такая проводимость называется примесной. Рассмотрим примеры получения такой проводимости:

Примесная проводимость с преобладанием электронов. В германий Ge (четырёх валентный) добавляем мышьяк As (пяти валентный). Четыре электрона Ge образуют ковалентную связь с четырьмя электрона As, а пятый отрывается и становится свободным. Т.об. получается избыток свободных электронов. Примесь, которая отдаёт электроны, называется донорной. Проводимость примесного п/п, с преобладанием электронов, называется n-типа.
Примесная проводимость с преобладанием дырок. В Ge добавляем индий In (трёх валентный). Теперь примеси не хватает электрона и она забирает его у соседнего атома Ge. Индий превращается в отрицательный ион, а атом германия в положительный ион – дырку. Именно дырки и переносят заряд в данном случае. Примесь, которая забирает электроны, называется акцепторной. А проводимость примесного п/п с преобладанием дырок, называется проводимостью p-типа.

Примесная проводимость играет главную роль при невысоких температурах, т.к. при высоких температурах резко возрастает число основных носителей тока, т.е. существенна роль собственной проводимости п/п.

Применение:

Во всех радиоэлектронных приборах в качестве п/п приборов:
- термистор (меняет ток в цепи, в зависимости от температуры окружающей среды. Используется в сигнальных схемах);
- диод (пропускает ток в одном направлении, выпрямляет его, используется в усилителях электрических сигналов);
- триод (исиливает изменения напряжения и тока, используется в усилителях, используется в телевизорах 3-го поколениях, самолётах, ракетах в качестве бортовой аппаратуры);
- в фотоэлементах

2 вопрос.

По данному графику опишите и представьте процессы в осях (PV)

(1-2) – изотермическое расширение

(2-3) – изохорное нагревание

(3-4) – изотермическое сжатие

(4-1) – изохорное охлаждение

БИЛЕТ №17

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

В 1831 г. Майкл Фарадей наблюдал явление возникновения тока в замкнутом контуре, при действии на него переменного магнитного поля.

магнит

катушка

индуктивности

гальванометр

Показать на приборах.

Явление электромагнитной индукции –явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного поля. Электрический ток, который вырабатывается в катушке индутивности за счёт действий магнитного поля, называется индукционным, а порождающая этот ток ЭДС – ЭДС индукции, обозначается εi. ЭДС индукции свидетельствует о наличии сторонних сил в контуре. Условием возникновения ЭДС индукции в контуре является изменение числа линий магнитной индукции, пронизывающих контур. Говоря проще, необходимо, чтобы магнит всегда двигался, что и даёт изменение числа линий магнитного поля.

Рассмотрим плоский контур, который пронизывает однородное магнитное поле: Магнитным потоком Ф через поверхность площадью S, называют величину, равную Ф=B*S*cosα

В-модуль вектора магнитной индукции. Направление индукционного тока в контуре определяют по правилу Ленца:

Индукционный ток будет направлен так, что его магнитное поле (поток) противодействует причине, вызвавшей его появление. Рассмотрим пример, подтверждающий это правило:

Аллюминевое кольцо. Вносим в него магнит – кольцо отталкивается; удаляем- кольцо притягивается. Вывод: при вдвигании индукционный ток, который создаётся магнитом в кольце, создаёт своё магнитное поле, которое направлено противоположно магнитному полю постоянного магнита, поэтому кольцо отталкивается.

При выдвигании магнита, индукционный ток в аллюминевом кольце уменьшается, и он порождает такое магнитное поле, которое имеет противоположное направление от предыдущего и кольцо начинает притягиваться.

Эксперименты привели к установлению закона электромагнитной индукции: | εi | = | ΔФ / Δt | ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность. С учётом правила Ленца, закон примет вид: εi = - ΔФ / Δt . магнитный поток измеряется в веберах – Вб.

2 вопрос.

Определите удельное сопротивление проводника, если известно, что:

r=2*10-4 м

R=ρ*l*S ρ=S*R / l S=π*r2

l=1*103 м

I=U / R R=U / I ρ=π*r2*U / I*l

U=220 B

ρ=3,14*(2*10-4)2*220 / 2*1*103=691*4*10-8 / 2*103=

I=2 A

=1382*10-11 Ом

ρ-?

БИЛЕТ №18

Явление самоиндукции. Индуктивность. Электромагнитное поле катушки.

Электрический ток, проходящий по проводнику, создаёт вокруг него магнитное поле. Магнитый поток через контур из этого проводника пропорционален модули индукции В магнитного поля внутри контура, которая в свою очередь пропорциональна силе тока в контуре: Ф=L*I, где L- индуктивность, она зависит от размеров и формы проводника, от магнитных свойств среды, в которой находится проводник. Измеряется в Генри – Гн. При изменении силы тока в катушке происходит изменение магнитного потока, создаваемого этим током. Изменение магнитного потока, пронизывающего катушку, должно вызывать появление ЭДС индукции в катушке. Явление возникновения ЭДС индукции в электрической цепи в результате изменения силы тока в этой цепи называется самоиндукцией. В соответствии с правилом Ленца ЭДС самоиндукции препятствует нарастанию силы тока при включении и убыванию силы тока при выключении цепи. Явление самоиндукции можно наблюдать, если собрать электрическую цепь из катушки с большой индуктивностью, резистора, двух одинаковых ламп накаливания и источника тока. Опыт показывает, что при замыкании цепи электрическая лампа, включенная последовательно с катушкой, загорается несколько позже, чем лампа, включённая последовательно с резистором.

Нарастанию тока в цепи катушки при замыкании препятствует ЭДС самоиндукции, возникающая при возрастании магнитного потока в катушке. При отключении источника тока вспыхивают обе лампы. В этом случае ток в цепи поддерживается ЭДС самоиндукции, возникающей при убывании магнитного потока в катушке.

ЭДС самоиндукции εis , возникающая в катушке с индуктивностью L, по закону электромагнитной индукции равна εis = - ΔФ/Δt= - L*ΔI/ Δt. ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна индуктивности катушки и скорости изменения силы тока в катушке. При отключении катушки индуктивности от источника тока лампа накаливания, включённая параллельно катушке, даёт кратковременную вспышку. Ток в цепи возникает под действием ЭДС самоиндукции. Источником энергии, выделяющейся при этом в электрической цепи, является магнитное поле катушки. Энергия магнитного поля катушки индуктивности находится по формуле: W= L*I2 / 2

2 вопрос

Термодинамической системе передано количество темлоты Q=200 Дж. Как измениться внутренняя энергия системы U, если при этом она совершит работу A=900 Дж?

Q=200 Дж

ΔU= Q+ A A= -A′

A=900 Дж

ΔU= Q A′

ΔU-?

ΔU=200 Дж 900 Дж= - 400 Дж

Энергия уменьшилась

БИЛЕТ №19

Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур и превращение энергии при электромагнитных колебаниях. Частота и период колебаний.

Для того, чтобы ввести данные характеристики ЭМК, которые используются в электрических лампах, холодильниках, магнитофонах, электромоторах, рассмотрим систему, состоящую из конденсатора С и катушки L, соединённых в цепь- колебательный контур:

L C

При подключении обкладок заряженного конденсатора к концам катушки в последней возникает электрический ток и энергия электрического поля заряженного конденсатора превращается в энергию магнитного поля.

С течением некоторого времени конденсатор постепенно разряжается и уменьшается его энергия электрического поля. Сила тока в контуре не возрастает мгновенно, т.к. этому препятствует ЭДС самоиндукции в катушке. Постепенное увеличение силы тока сопровождается постепенным увеличением энергии магнитного поля катушки. Когда конденсатор разрядился, его энергия = 0, то энергия магнитного поля катушки максимальна. Далее сила тока в катушке начинает убывать, но его мгновенному исчезновению опять мешает ЭДС самоиндукции катушки, создающая ток того же направления. И именно этот ток начинает опять заряжать конденсатор до первоначального значения напряжения. При этом знак заряда на обкладках оказывается противоположным первоначальному. Т.об., превращается энергия магнитного поля катушки в электрическую энергию конденсатора. Когда энергия магнитного поля катушки будет =0, энергия электрического поля конденсатора – максимальна. Процесс повторяется.

Периодически повторяющиеся изменения силы тока в катушке и напряжения между обкладками конденсатора без потребления энергии от внешних источников называют свободными электромагнитными колебаниями. Они с течением времени прекратятся из-за потерь энергии на нагревание проводок и излучение ЭМВ, поэтому они являются и затухающими колебаниями.

В идеальном колебательном контуре ЭМК будут проходит с определенной собственной частотой ω и периодом Τ.

Т= 2*π*√ L*C это формула Томсона, которая показывает, что период свободных ЭМК в электрическом контуре прямо пропорционален корню квадратному из значений индуктивности катушки и электроёмкости конденсатора. ω= √ 1/ L*C

В промышленности и быту практическое значение имеют незатухающие вынужденные ЭМК. Чтобы их получить, необходимо, чтобы конденсатор всё время получал энергию от источника питания. Для этого были созданы генераторы переменного тока, которые работают на электростанциях. Именно они создают такие вынужденные незатухающие ЭМК – переменный ток.

Вынужденные ЭМК- периодические изменения силы тока и напряжения, происходящие под действием переменной ЭДС от внешнего источника.

2 вопрос.

При равномерном изменении силы тока от 1 до 6 А за 0,1 с в катушке возникает ЭДС самоиндукции 50 В. Какова индуктивность катушки?

I1=1 a

Εis=L*ΔI / t L=εis*t / I

I2=6 a

L=50*0,1 / 5=1 Гн

t=0,1 c

Εis=50 B L-?

БИЛЕТ №20

Электромагнитные волны и их свойства. Принципы радиосвязи и примеры практического использования.

Различные виды механических волн могут распространяться только в непрерывной среде – твёрдых телах, жидкостях и газах. Английский физик Максвелл, на основе изучения работ Фарадея по электричеству и магнетизму в 1864 г. высказал гипотезу о существовании в природе особых волн, способных распространятся в вакууме – электромагнитные волны (ЭМВ). Процесс распространения переменных магнитного и электрического полей в среде и есть ЭМВ. Эти волны возникают при условии ускоренного движения электрических зарядов (меняется скорость движения зарядов в проводнике). По расчётам Максвелла скорость ЭМВ в вакууме = скорости света 300 000 км/с. В 1887 г. немецкий физик Герц впервые экспериментально обнаружил ЭМВ. Многие свойства ЭМВ схожи со свойствами механических волн: отражение (угол отражения=углу падения); преломление (в зависимости от среды ЭМВ меняет направление распространения); интерференция (наложение волн); дифракция (огибание препятствий, если его размеры сравнимы с длиной волны); поляризация (колебания происходят строго в одной плоскости, ЭМВ является поперечной). Мгновенная фотография ЭМВ в пространстве:

Принципы радиосвязи: основаны на том, что передающая антенна, по которой проходит переменный электрический ток высокой частоты, излучает в пространство ЭМВ. Которая в свою очередь распространяется в пространстве, доходит до приёмной антены, вызывает в ней ток той же частоты (настроена в резонанс). Так передавались телеграфные сигналы, которые состояли из коротких и продолжительных импульсов ЭМВ. С изобретением электронных усилительных ламп и созданием генераторов высокой частоты (ВЧ), стала возможна радиотелефонная связь – передача музыки, слов на большие расстояния. Были преодалены недостатки – речь является колебаниями низкой частоты (НЧ) - , которую преобразует микрофон в электрические низкочастотные колебания - . Они почти не излучаются в пространство, т.к. являются медленными колебаниями. Для передачи зашифрованной электрической НЧ информации необходимы ВЧ колебания, которые и стал вырабатывать ламповый генератор ВЧ –

. Специальное устройство – модулятор, накладывает на ВЧ электрические колебания НЧ электрические. Получаются модулированные ВЧЭК - .

Затем они поступают в усилитель высокой частоты и на передающую антенну, которая начинает излучать ЭМВ в пространство. Это принципиальная блок-схема передатчика:

микрофон

Приёмная антенна, настроенная в резонанс, улавливает ЭМВ. Она поступает в усилитель ВЧ, затем в устройство – детектор, которое снимает НЧЭК с ВЧЭК. Затем НЧЭК поступают в усилитель и динамик (громкоговоритель), который преобразует их в НЧ звуковые колебания. Таким образом мы можем слушать радио и др. информацию на расстоянии. Блок-схема приёмника:

громкоговоритель

2 вопрос.

Лабораторная работа «Измерение мощности лампочки накаливания»

БИЛЕТ №21

1 вопрос.

Волновые свойства света. Электромагнитная природа света.

Первые научные гипотезы о природе света были высказаны в 17 веке. К этому времени были обнаружены свойства света: прямолинейность распространения в однородной среде и не зависимость распространения световых пучков. И. Ньютон в 1672 г. высказал предположение о корпускулярной природе света: свет- это поток частиц (корпускул), которые «вытекают» из светящегося тела. Против этой идеи выступали современники Ньютона- Р.Гук и Х.Гюйгенс, которые предлагали волновую теорию: свет- это волна, распространяющаяся с большой скоростью от источника.

Простота корпускулярной теории и возможность объяснить с её помощью многие световые явления, привели к тому, что к концу 17 в. многие приняли эту теорию. Ломоносов и математик Эйлер объявили себя сторонниками волновой теории. В начале 19 в. Юнг и Френель открывают интерференцию, дифракцию, поляризацию и тем самым доказывают волновую теорию света. Данная теория получила наконец –то и своё признание. Таким образом, на протяжении двух столетий ученые склонялись то к одной, то к другой теории. Дальнейшее развитие волновая теория получила в созданной Максвеллом (вторая половина 19 в.) электромагнитной теории света. Свет – это электромагнитные волны, распространяющиеся с большой, но конечной скоростью. Дальнейшее признание ЭМ теория получила после опытов П. Лебедева, когда он открыл световое давление на поверхность твёрдых тел, равное давлению, расчитанному по ЭМ теории.

Однако были открыты явления – фотоэффект, спектры свечения, которые никак не удавалось объяснить на основе ЭМ теории. Немецкий физик М.Планк при объяснении спектра излучения выдвинул гипотезу о дискретном, прерывистом характере излучения и поглащения ЭМ энергии (а не непрерывной, как ранее). Свет излучается и поглащается определёнными порциями – квантами (начало 20 века). При создании теории фотоэффекта А.Эйнштейн развил учение Планка и предложил рассматривать кванты света не просто как порции ЭМ энергии, а как некоторые световые частицы – фотоны. Они обладают свойствами частиц, но двигаются со скоростью света в вакууме. Таким образом возникла квантовая теория света. ЭМ и квантовая теории света дополняют друг друга. Их существование объясняет факт двойственного – дуализм, характера света. Обладая одновременно как волновыми (при распространении) так и корпускулярными (при взаимодействии) свойствами.

2 вопрос.

С какой силой притягивается электрон к ядру в атоме водорода, если расстояние между ними r=0,5*10-9 м.

q1=q2=e=1,6*10-19 Кл

F=k*q1*q2 / r2 F=k*q12 / r2 F=k*e2 / r2

r=0,5*10-9 м

F=9*109*(1,6*10-19)2 / (0,5*10-9)2=

K=9*109 Н*м2 / Кл2

=23*10-28 / 0,25*10-18=92*10-10 H

F-?

БИЛЕТ №22

Опыты Резерфорда по рассеиванию альфа частиц. Ядерная модель атома. Квантовые постулаты Бора.

Для того, чтобы экспериментальным путём проверить ядерную модель атома анг. учёного Томсона (учитель Резерфорда) (рассказать по плакату что она собой представляет), Резерфорд решил исследуемое вещество – золотую фольгу, бомбардировать альфа частицами и по их рассеиванию определить внутреннее строение атома. Далее рассказать по плакату.

Не смотря на правильность опытов Резерфорда, у его модели-планетарной, возник кризис. Суть которого заключалась в следующем: по законам классической физики, электрон, постоянно вращающий по своей орбите должен терять энергию и через время

10-8 сек. должен упасть на ядро и атом должен прекратить своё существование. На самом деле такого не происходит. Так возник кризис второй модели. Выход из данного положения нашёл датский физик М. Бор. Он предложил ввести ограничения на некоторые законы классической физики, считать, что в данном случае электрон, вращаясь на орбите, энергию не излучает. Излучает только при переходе с одной орбиты на другую. В дальнейшем его идеи-постулаты были доказаны. Постулаты Бора:

Атомная система может находиться в особых квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определённая энергия Еn, в стационарногм состоянии атом не излучает.
При переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглащается квант электромагнитного излучения. Энергия фотона равна разности энергий атома в двух стационарных состояниях: h* ν=Ek-En

2 вопрос

Лабораторная работа «Пронаблюдайте действие магнитного поля на проводник с током»

БИЛЕТ №23

Испускание и поглащение света атомами. Спектральный анализ.

В 1833 г. М.Фарадей при изучении законов электролиза, делает вывод о наличии внутри атомов электрических зарядов. В 1897 г. Дж.Томсон в опытах установил, что из атомов вырываются отрицательные частицы (фотоэффект, термоэлектронная эмиссия, электрический разряд) – электроны. В 1909 г. Р.Миллекен измерил заряд электрона. Масса электрона приблизительно в 2000 раз меньше массы атома водорода. Это доказывало сложную структуру атома. Когда открыли линейчатые спектры, это тоже явилось важным фактором, свидетельствующим о сложной внутренней структуре атомов. При нагревании до высокой температуры, пары химического элемента испускают узкий световой пучок, который проходя через призму разлагается на несколько узких пучков разного цвета. Спектры, полученные от нагретых, самосветящихся тел, называются спектрами испускания. Они бывают: линейчатые, сплошные, полосатые. Сплошные спектры излучают твёрдые и жидкие тела, представляют собой совокупность цветов, плавно переходящих в друг друга. Линейчатые спектры излучают атомарные газы, пары (из отдельных атомов, не связанных в молекулы). Совокупность разноцветных линий, разделённых темными интервалами, называется линейчатым спектром испускания. У каждого хим.элемента свой, не совпадающий ни с кем, спектр. Каждая отдельная линия характеризует отдельную длину или частоту ЭМ излучения. При пропускании белого света со сплошным спектром через пары вещества наблюдается возникновение темных линий на фоне сплошного спектра. При чём, темные линии расположены в тех же местах, где и цветные линии спектра испускания. Такой спектр называется линейчатым спектром поглащения. Полосатые спектры создаются излучением молекул паров, представляют собой ряд цветных полос, разделённых малыми темными интревалами. Линейчатые спектры испускания различных веществ отличаются цветом, положением линий, числом линий. Поэтому по ним определяют химический состав вещества. Этот метод называется спектральный анализ- метод качественного (т.е. определить состав хим.элементов) и количественного (т.е. по интенсивности, яркости, насыщенности свечения линий определитьпроцентное содержание хим.элемента в веществе) определения состава вещества по его спектру. У него высокая чувствительность (10-8 гр. Достаточно), простота и быстрота. Применяется: 1. Для определения состава исследуемого образца в химии, геологии, металлургии, машиностроении. 2. Астрономии для определения состава Солнца, звёзд.

3. открытия новых хим.элементов – рубидий, цезий, индий, таллий, гелий

2 вопрос

Лабораторная работа «Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока»

БИЛЕТ №24

Фотоэффект и его законы. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта и постоянная Планка. Применение фотоэффекта в технике.

Стремясь преодолеть затруднения классической теории при объяснении излучения нагретого твёрдого тела, немецкий физик М.Планк в 1900 г. высказал гипотезу, которая положила начало подлинной революции в теоретической физике. Система, излучающая или поглощающая энергию ЭМВ, должна быть равной целому кратному количеству энергии. Минимальное количество энергии называется квантом энергии, которая пропорциональна частоте колебания: h* ν=E. Коэффициент пропорциональности h носит название постоянной Планка и равна 6,626*10-31 дж*с. Гипотеза Планка о квантах послужила основой при объяснении фотоэффекта, открытого в 1887 г. немецким физиком Г.Герцем. объяснить он его не смог. Русский физик А.Г. Столетов более подробно исследовал это явление. Рассмотреть схему опыта Столетова по плакату, рассказать о сути процесса. При освещении цинковой пластины ультрафиолетом от электрической дуги, с её поверхности вырывались электроны, попадая в поле между двумя обкладками конденсатора (выполненные в виде медной сетки и цинковой пластины), устремлялись к сетке, оседали на ней, цепь замыкалась, возникал ток. Этот опыт доказал, что при действии света с поверхности металла вырываются отрицательные электрические заряды. Измерение их массы и заряда показало, что это электроны. Фотоэффект – явление вырывания электронов под действием ЭМ излучения. Усовершенствовав установку, были установлены количественные законы фотоэффекта. В новой установке электроды были выполнены из химически чистых веществ, весь процесс проходил в вакууме, в лампу мог проходить только ультрафиолет, проходя через специальное стекло. Законы:

Сила тока насыщения прямопропорциональна мощности светового излучения, падающего на поверхность тела.
Максимальная кинетическая энергия (в том числе и их начальная скорость) фотоэлектронов прямопропорциональна частоте света и не зависит от мощности излучения.
Для каждого вещества существует своя минимальная частота излучения - красная граница фотоэффекта, при которой ещё возможен фотоэффект.

Объясняя фотоэффект на основе квантовых представлений Планка, Эйнштейн дополнил предположение о дискретности, локализации этих квантов в пространстве. На основе представлений, что фотон может излучаться и поглащаться как целое электроном, следует, что он увеличивает свою энергию на значение энергии фотона. При условии

h* ν>A электрон может покинуть фотокатод. Если на пути к поверхности фотокатода этот электрон не растратит часть энергии во взаимодействиях с электронами других атомов, то он выйдет с фотокатода с кинетической энергией Ел= h* ν-A. Это уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. При красной границе фотоэффекта кинетическая энергия фотоэлектронов=0, тогда h* νmin=A, откуда νmin=А/ h

Применение:

Вакуумный и полупроводниковый фотоэлемент. Преобразует световую энергию в электрическую. Используются в кинодля воспроизведения звука, на искуственных спктниках Земли, межпланетных станциях как энергетические установки, в быту –часах, микрокалькуляторах и др.

2 вопрос. Для определения влажности муки, которая хранилась на складе, была взята лабораторная проба. Первоначальный вес муки составил Р1 =0,328 гр. После того, как проба прошла акклиматизацию в цехе, вес стал равен Р2 = 0,374 гр. Определите влажность акклиматизированной пробы муки. Сделайте вывод.

P1=0,328 гр

W=(P2 – P1)*100% / P2

P2=0,374 гр

W=(0,374 – 0,328)*100% / 0,374=12,3%

Влажность недостаточная, т.к. по Госту она должна быть при φ = 65% W = 14,5%

W-?

БИЛЕТ №25

Состав ядра атома. Изотопы. Энергия связи ядра атома. Цепная реакция. Условия её существования. Термоядерная реакция.

Из опытов Резерфорда были сделаны выводы, что ядро является прочной частицей атома, установили его размеры 10-14 м. В 1919 г. при бомбардировке атома натрия альфа частицами выбили ядро водорода, которое назвали протоном. Т.об. сделали вывод, что ядро в свою очередь тоже имеет сложную структуру. В 1920 г. Резерфорд предполагает, что в ядре существует частица, масса которой равна массе протона, но её заряд равен нулю. Спустя десять лет к открытию этой частицы были близки нем.учёные В.Боте и

Г. Беккерель, французкая супружеская пара Кюри и только в 1932 г. английский учёный Д.Чедвик теоретически доказал по результатам многих экспериментов учёных, что существует такая частица и назвал её нейтроном. Живёт она 1000 с., после чего распадается на протон, электрон и нейтрино (частица с очень малой массой). В том же году, советский физик Д.Иваненко, позже немецкий физик В. Гейзенберг высказали предположение, что ядро состоит из протонов и нейтронов, которые получили общее название нуклонов. Число протонов равно числу электронов в атоме, которое равно в свою очередь порядковому номеру химического элемента в таблице Менделеева: число р=Z. Число нейтронов в ядре обозначили N. Общее число протонов и нейтронов в ядре назвали массовым числом А=Z+N. Ещё с 1906 г. было известно, что не все атомы одного и того же хим.элемента имеют одинаковую массу. Например: хлор имеет атомы с массой 35 и 37; радон с массой 219, 220, 222; у олова их десять!

Такие вещества стали называть изотопами – ядра атомов, у которых одинаковое число протонов, но различное число нейтронов. Это разные сорта одного атома. Выражается различие масс в различие физических свойств, например по радиоактивности. В таблице Менделеева пишется среднее значение массы. Изотопы обозначаются так: 42Не, где А=4, Z=2, тогда N=A-Z=2. Между протонами и нейтронами существуют силы притяжения, превосходящие силы отталкивания. Эти силы назвали ядерными силами или сильными взаимодействиями. Эти силы являются короткодействующими, т.е. действуют на расстоянии не больших 10-15 м, размеры ядра. Но они превосходят электромагнитные и гравитационные по значению. С помощью специального устройства – масс-спектрографа были измерены массы атома и и атомных ядер. Оказалось, что масса любого ядра меньше суммы масс свободных протонов и нейтронов:

Mя< Z*mp+N*mn таким образом возникает так называемых дефект масс:

∆M=Z*mp+N*mn-Mя . например: масса ядра гелия на 0,7% меньше суммы масс протонов и нейтронов, дефект масс составляет 0,024 г.

Уменьшение массы при образовании ядер из свободных частиц происходит за счёт уменьшения энергии системы на величину энергии связи

∆Есв=∆М*С2=( Z*mp+N*mn-Mя)* С2 Энергия связи расходуется на выделение при образовании или разделения ядра. Энергию, необходимую для полного разделения ядра на отдельные протоны и нейтроны. Называют энергией связи ядра. Это используется в атомной энергетике. При образовании 4г. гелия выделяется энергия, равная энергии сгорания 5-6 вагонов каменного угля. Первая ядерная реакция была получена Резерфордом в 1919 г. Ядерная реакция- это взаимодействие частицы с атомным ядром, приводящее к первращению этого ядра в новое ядро с выделением вторичных частиц. Эти реакции могут сопровождаться выделением или поглощением энергии. Особо важное значение в жизни современного человеческого общества имеют цепные реакции деления некоторых тяжёлых ядер. В результате экспериментальных и теоретических исследований многих физиков (Ферми, Кюри, Ганом, Штрассман, Мейтнер, Фриш) в 1939 г. была осуществлена реакция деления ядер урана при их бомбардировке нейтронами. Ядро делится на 2-3 части (осколки деления), высвобождается громадная энергия и при этом образуются вторичные нейтроны (2-3). При благоприятных условиях эти нейтроны могут попасть в другие ядра урана и вызвать их деление. Т.об. возникает цепная реакция. См плакат. Практическое осуществление цепных реакций не простая задача, т.к. требуется изотоп урана с массовым числом 235 ( для разрушения изотопа 238 урана энергии освобождающихся нейтронов недостаточно). В природном уране такие изотопы составляют всего 0,7%. Минимальная масса такого изотопа должна быть несколько десятков килограмм. Изготавливают два куска металлического урана, массой каждый несколько меньше минимальной. При их быстром соединении развивается цепная реакция и выделяется колоссальная энергия. Температура достигает миллионы градусов, сам уран и вещества, находящиеся поблизости превращаются в пар. Раскалённый газообразный шар быстро расширяется, сжигает и уничтожает всё на своём пути. Происходит ядерный взрыв. Такая не управляемая цепная реакция осуществляется в атомной бомбе. Управляемая реакция осуществляется в ядерных реакторах. В них регулируется число вторичных нейтронов специальными веществами – замедлителями (вода или графит). Управление реактором осуществляется с помощью стержней, вводимых в активную зону, где находится уран. Управляющие стержни изготавливают из соединений бора или кадмия. Они очень эффективно поглащают быстро образующие нейтроны и тем самым делают невозможной цепную реакцию. Перед началом работы их полностью вводят в реактор. Затем их постепенно выводят, пока выделение энергии не достигнет заданного уровня. При увеличении мощности включаюся автоматы, погружающие стержни в глубь топлива. Ядерная энергия выделяется и при соединении легких атомных ядер при высоких температурах. Такая реакция называется термоядерной. На Земле осуществляется только в виде неуправляемой – водородной бомбе. В природе осуществляется в глубине Солнца, где температура достигает миллионов градусов и на звёздах.

2 вопрос

Определите относительную влажность в производственном цехе кондитерской фабрики, если известно, что при температуре t=200 и давлении насышенного пара P0=2333 Па в помещении объёмом V=1*102 м2, испарилась масса воды m=0,5 кг. Сделайте вывод.

M=18*10-3 кг/моль

P=P0*φ / 100% φ=P*100% / P0

V=1*102 м2

P*V=m*R*T / M P=m*R*T / M*V

t=200C=293 K

φ=m*R*T*100% / M*V*P0

P0=2333 Па

φ=0,5*8,31*293*100% / 18*10-3*1*102*2333=

m=0,5 кг

φ=121742 / 41994*10-1=28,9=29%

R=8,31 Дж / К*моль

Влажность очень маленькая, оптимальное значение должно быть 60%.

φ-?

БИЛЕТ №26

Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений и методы их регистрации. Биологическое действие ионизирующих излучений.

Не всякое атомное ядро, состоящее из протонов и нейтронов, удерживаемых ядерными силами притяжения, может существовать долго. Многие атомные ядра оказываются способными к самопроизвольному превращению в другие атомные ядра. Английские, немецкие ученые открыли свойства ряда химических элементов: урана, тория, радия, полония (тяжёлые, находятся в конце табл. Менделеева) – они превращались в другие хим.элементы. Излучали при этом энергию, которая не изменялась под действием температуры, давления. Явление радиоактивности было открыто А. Беккерелем в 1896 г. в семейной лаборатории изобретателей, учёных и академиков (дед, отец). Открыв новое явление, не знал ещё с чем оно связано. Он лишь сказал о нём как о «новом порядке явления». В его опытах соли урана самопроизвольно, без влияния внешних факторов, создавали какое –то излучение.

В 1898 г. супруги Кюри в Париже обнаружили излучение тория. Они систематически изучали руды, выделили новый химический элемент –полоний, открыли новый элемент –радий. Именно Мария Склодовская-Кюри ввела понятие радиоактивности. Знаменитый В. Резерфорд так же изучал это явление. Чтобы понять природу радиоактивности, в его лаборатории была создана установка, которая помещалась в вакуум. На дне узкого канала свинцового сосуда помещалась урановая руда. Против канала-фотопластина. На выходящее излучение действовали сильным магнитным полем, направленным перпендикулярно к лучу. В магнитном поле пучок распадался на 3 компоненты. Две сильно отклонялись в противоположные стороны, следовательно у них противоположные заряды: отрицательная компонента отклонялясь больше и к южному магнитному полюсу, условно назвал β-лучи; положительная компонента отклонялась меньше, к северному магнитному полюсу, назвал α-лучи. Третья компонента не отклонялась, следовательно она нейтральна, назвал ν-лучи. (См. плакат-шкала ЭМВ). Далее, благодаря усилиям многих ученых, можно теперь сказать о природе этих компонент:

α-лучи (+). Обладают наименьшей проникающей способностью. Бумага толщиной 0,1 мм. становится неропзрачной для них, т.е. поглащает. Представляет собой ядро атома гелия.
β-лучи (-). Обладают малой проникающей способностью. Задерживает аллюминивая пластина толщиною 1 см. Представляет собой поток быстрых электронов.
ν-лучи (0). Наибольшая проникающая способность. Задержит свинцовая пластина толщиной 20 см. Представляет собой жёсткую ЭМВ.

Существуют приборы, с помощью которых можно регистрировать различные виды излучения. Счётчики, применяемые для регистрации и подсчета ядерных излучений. Газоразрядный счётчик был изобретён нем.физиком Г.Гейгером, затем усовершенствован совместно с В.Мюллером. Цилиндрическая трубка служит корпусом счётчика (катод), по оси её натянута тонкая металлическая нить (анод). Они разделены изоляторами. Объём заполняется смесью аргона с парами метилового спирта, при давлении 0,1 ат. Действие основано на том, что пролетая через газ, заряженная частица ионизирует на своём пути атомы. Возникает коронный разряд, который и регистрирует счётчик. Затем разряд гасится за счёт падения напряжения между катодом и анодом и всё сначала.

Камера Вильсона. Позволяет сфотографировать и увидеть траекторию частицы. По виду траектории можно судить о природе и величине энергии частицы. Суть процесса: сосуд заполняется парами воды или спирта. Поршень резко опускают, уменьшают давление. Пар испытывает адиабатическое расширение (без доступа тепла). Пар становится пересыщенным. Частица, проникающая в камеру, образуют ионы пара, на которых возникают капельки воды. Т.об. образуется след пролетевшей частицы-трек. Затем иноны удаляются электрическим полем и камера возвращается в прежнее состояние.

Пузырьковая камера. Используется для того же, но для частиц с большей энергией. Камера заполняется жидким водородом, который перегрет. На инонах теперь образуются пузырьки, которые и дают видимый трек.

Под действием ионизирующей радиации, атомы и ионы которой обладают высокой химической активностью, разрушаются молекулы и элементы клеточных структур, появляются новые хим.соединения, чуждые здоровому организму. Лучевое поражение, нанесённое при небольшой дозе, живой организм переносит легко. Кратковременная 20-50 Рентген вызывает изменение в крови. Доза в 100-200 Р приводит к лучевой болезни. Доза в 600-800 Р вызывает смерть. Предельно допустимая доза общего облучения человеческого организма, не причиняющая вреда является доза 5 Р в год. Примеры использования радиоактивности:

Для снятия статического электричества в текстильной промышленности;

в медицине для разрушения злокачественных опухолей, стерилизации инструментов, с помощью радиоактивной метки можно следить за движением крови, усвояемости питательных веществ и лекарств, исследовать деятельность внутренних органов;

для предохранения овощей и фруктов от порчи;

в археологии. По содержанию не распавшегося радиоуглерода в черепе древнего человека определяется возраст;

для обогрева Лунохода-1, во время ночей (поглощая излучение, идет выделение тепла)

2 вопрос

T1=288 K

P1 / P2=T1 / T2 T2=P2*T1 / P1

P1=1,8*106 Па

T2=1,55*106*288 / 1,8*106=

P2=1,55*106 Па

=446,4*106 / 1,8*106=248 K

V-const

T2-?