Билет №1
1) Относительность механического движения. Система отсчёта. Сложение
скоростей в классической и релятевиствской механике.
Относительность движения – это перемещение и скорость тела относительно
разных систем отсчета различны (например, человек и поезд). Скорость
тела относительно неподвижной системы координат равна геометрической
сумме скоростей тела относительно подвижной системы и скорости подвижной
системы координат относительно неподвижной. (V1 – скорость человека в
поезде, V0- скорость поезда, то V=V1+V0).
Релятивистский закон сложения скоростей: v2=(v1+v)/(1+v1*v/c^2)
Система отсчёта. Механическое движение, как это следует из его
определения, является относительным. Поэтому о движении тел можно
говоритъ лишь в том случае, когда указана система отсчёта. Система
отсчёта включает в себя: 1) Тело отсчёта, т.е. тело, которое принимается
за неподвижное и относительно которого рассматривается движение других
тел. С телом отсчёта связывают систему координат. Чаще всего используют
декартовую (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 из жидкого
состояния в газообразное состояние называется парообразованием, обратный
процесс превращения вещества из газообразного состояния в жидкое
называют конденсацией. Существуют два вида парообразования – испарение и
кипение. Рассмотрим сначала испарение жидкости. Испарением называют
процесс парообразования, происходящий с открытой поверхности жидкости
при любой температуре. С точки зрения молекулярно-кинетической теории
эти процессы объясняются следующим образом. Молекулы жидкости, участвуя
в тепловом движении, непрерывно сталкиваются между собой. Это приводит к
тому, что некоторые из них приобретают кинетическую энергию, достаточную
для преодоления молекулярного притяжения. Такие молекулы, находясь у
поверхности жидкости, вылетают из неё, образуя над жидкостью пар (газ).
Молекулы пар~ двигаясь хаотически, ударяются о поверхность жидкости. При
этом часть из них может перейти в жидкость. Эти два процесса вылета
молекул жидкости и ах обратное возвращение в жидкость происходят
одновременно. Если число вылетающих молекул больше числа возвращающихся,
то происходит уменьшение массы жидкости, т.е. жидкость испаряется, 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,
покидающих жидкость, равно числу молекул, возвращающихся в неё. Такое
состояние называется динамическим равновесием, а пар, находящийся в
динамическом равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным. Если же
между паром и жидкостью нет динамического равновесия, то он называется
ненасыщенным. Очевидно, что насыщенный пар при данной температуре имеет
определённую плотность, называемую равновесной.
Это обусловливает неизменность равновесной плотности, а следовательно, и
давления насыщенного пара от его объёма при неизменной температуре,
поскольку уменьшение или увеличение объёма этого пара приводит к
конденсации пара или к испарению жидкости соответственно. Изотерма
насыщенного пара при некоторой температуре в координатной плоскости Р, V
представляет собой прямую, параллельную оси V. С повышением температуры
термодинамической системы жидкость – насыщенный пар число молекул,
покидающих жидкость за некоторое время, превышает количество молекул,
возвращающихся из пара в жидкость. Это продолжается до тех пор, пока
возрастание плотности пара не приводит к установлению динамического
равновесия при более высокой температуре. При этом увеличивается и
давление насыщенных паров. Таким образом, давление насыщенных паров
зависит только от температуры. Столь быстрое возрастание давления
насыщенного пара обусловлено тем, что с повышением температуры
происходит рост не только кинетической энергии поступательного движения
молекул, но и их концентрации, т.е. числа молекул в единице объема
При испарении жидкость покидают наиболее быстрые молекулы, вследствие
чего средняя кинетическая энергия поступательного движения оставшихся
молекул уменьшается, а следовательно, и температура жидкости понижается
(см. §24). Поэтому, чтобы температура испаряющейся жидкости оставалась
постоянной, к ней надо непрерывно подводить определённое количество
теплоты.
Количество теплоты, которое необходимо сообщить единице массы жидкости,
для превращения её в пар при неизменной температуре называется удельной
теплотой парообразования. Удельная теплота парообразования зависит от
температуры жидкости, уменьшаясь с её повышением. При конденсации
количество теплоты, затраченное на испарение жидкости, выделяется.
Конденсация – процесс превращения из газообразного состояния в жидкое.
2. Влажность воздуха. В атмосфере всегда содержится некоторое количество
водяных паров. Степень влажности является одной из существенных
характеристик погоды и климата и имеет во многих случаях практическое
значение. Так, хранение различных материалов (в том числе цемента, гипса
и других строительных материалов), сырья, продуктов, оборудования и т.п.
должно происходить при определенной влажности. К помещениям, в
зависимости от их назначения, также предъявляются соответствующие
требования по влажности.
, так как р = m/V— плотность водяного пара.
В определённом объёме воздуха при данных условиях количество водяного
пара не может увеличиваться беспредельно, поскольку существует какое-то
предельное количество паров, после чего начинается конденсация пара.
Отсюда появляется понятие максимальной влажности. Максимальной
влажностью Pm называют наибольшее количество водяного пара в граммах,
которое может содержаться в 1 м3 воздуха при данной температуре (по
смыслу это есть частный случай абсолютной влажности). Понижая
температуру воздуха, можно достичь такой температуры, начиная с которой
пар начнёт превращаться в воду — конденсироваться. Такая темпepaтypa
носит название точки росы. Степень насыщенности воздуха водяными парами
характеризуется относительной влажностью. Относительной влажностью b
называют отношение абсолютной влажности р к максимальной Pm т.е. b=P/Pm.
Часто относительную влажность выражают в процентах.
Существуют различные методы определения влажности.
1. Наиболее точным является весовой метод. Для определения влажности
воздуха его пропускают через ампулы, содержащие вещества, хорошо
поглощающие влагу. Зная увеличение массы ампул и объём пропущенного
воздуха, определяют абсолютную влажность.
2. Гигрометрические методы. Установлено, что некоторые волокна, в том
числе человеческий волос, изменяют свою длину в зависимости от
относительной влажности воздуха. На этом свойстве основан прибор,
называемый гигрометр ом. Имеются и другие типы гигрометров, в том числе
и электрические.
З. Психрометрический метод — это наиболее распространенный метод
измерения. Суть его состоит в следующем. Пусть два одинаковые термометра
находятся в одинаковых условиях и имеют одинаковые показания. Если же
баллончик одного из термометров будет смочен, например, обернут мокрой
тканью, то показания окажутся различными. Вследствие испарения воды с
ткани так называемый влажный термометр показывает более низкую
температуру, чем сухой. Чем меньше относительная влажность окружающего
воздуха, тем интенсивнее будет испарение и тем ниже показание влажного
термометра. Из показаний термометров определяют разность температур и по
специальной таблице, называемой психрометрической, определяют
относительную влажность воздуха.
Билет №2
1) Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчёта. Принцип
относительности в классической механике и теории относительности.
Явление сохранения скорости тела при отсутствии внешних воздействий
называется инерцией. Первый закон Ньютона, он же закон инерции, гласит:
“существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно
движущиеся тела сохраняют свою скорость постоянной, если на них не
действуют другие тела”. Системы отсчета, относительно которых тела при
отсутствии внешних воздействий движутся прямолинейно и равномерно,
называются инерциальными системами отсчета. Системы отсчета, связанные с
землей считают инерциальными, при условии пренебрежения вращением земли.
Причиной изменения скорости тела всегда является его взаимодействие с
другими телами. При взаимодействии двух тел всегда изменяются скорости,
т.е. приобретаются ускорения. Отношение ускорений двух тел одинаково при
любых взаимодействиях. Свойство тела, от которого зависит его ускорение
при взаимодействии с другими телами, называется инертностью.
Количественной мерой инертности является масса тела. Принцип
отноительности – главный постулат теории Эйнштейна. Все процессы природы
протекают одинакого во всех инерциальных системах отсчёта. Это означает,
что во всех инерциальных системах отсчёта физические законы имеют
одинаковую форму. Таким образом, принцип относительности классической
механики обобщается на все процессы в природе, в том числе и на
электромагнитные. Имеется ещё второй постулат: скорость света в вакууме
одинакова для всех инерциональных систем отсчёта. Она не зависит ни от
скорости источника, ни от скорости приёмника светового сигнала.
2) Принцип радиотелефонной связи. Модуляция и детектирование. Простейший
радиоприёмник. Изобретение радио А. С. Поповым
Принцип радиосвязи: переменный электрический ток высокой частоты,
созданный в передающей антенне, вызывает в окружающем пространстве
быстро меняющееся электромагнитное поле, которое распространяется в виде
электромагнитной волны. Достигая приёмной антенны, электромагнитная
волна вызывает в ней переменный ток той же частоты, на которой работает
передатчик. Важнейшим этапом в развитии радиосвязи было создание в 1913
г. генератора незатухающих электромагнитных колебаний.
Модуляция. Для осуществления радиотелефонной связи необходимо
использовать высокочастотные колебания, интенсивно излучаемые антенной.
Незатухающие гармонические колебания высокой частоты вырабатывает
генератор высокой частоты, например генератор на транзисторе. Для
пережачи звука эти высокочастотные колебания изменяют (модулируют), с
помощью электрических колебаний низкой (звуковой) частоты. Можно,
например, изменять со звуковой частотой амплитуду высокочастотных
колебаний. Этот способ называют амплитудной модуляцией. Модуляция –
медленный процесс. Это такие изменения в высокочастотной колебательной
системе, при которых она успевает совершить очень много высокочастотных
колебаний, прежде чем их амплитуда изменится заметным образом.
Детектирование. В приёмнике из модулированных колебаний высокой частоты
выделяются низкочастотные колебания. Такой процесс называют
детектированием. Полученный в результате детектирования сигнал
соответствует тому звуковому сигналу, который действовал на 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 на конденсаторе становится максимальной. Это
позволяет выделить нужную частоту из всех принимаемых. С контура
модулированные колебания высокой частоты поступают на детектор. После
прохождения детектора ток каждые полпериода заряжает конденсатор, а
следующие полпериода, когда ток не проходит через диод, конденсатор
разряжается через резистор. (я правильно понял???).
Изобретение радио А. С. Поповым. В качаестве детали, непосредственно
«чувствующей» эл.маг. волн. П. Применил когерер – стеклян. Трубка с 2
электродами, наполненной мелкими металлическими опилками. В обычномм
сост. Когерер обладает большим сопротивлением, так как опилки имеют
плохой контакт друг с другом. Пришедшая эл-магн-ая волна создат в
когерере переменный ток высокой частоты. Между опилками проскакивают
мельчайшие искорки, спекающие опилки. В результате сопр. Когерера падает
со 100000 до 1000-500 Ом. Снова вернуть прибору бльшое опротивление
можно, если встряхнуть его. Чтобы обеспечить автоматичность приёма,
необходимую для осуществлеия беспроволочойсвязи, он использовал
звонковое утройство для встряхивания когерера после приёма сигнала. Цепь
эл-ого звонка замыкалась с помощью чувствительного реле в момент прихода
электромагнитной волны. С окончанием прихода волны работа звонка сраз
прекращалась, так ка кмолоточек звонка ударял не только по звонку, но и
по когереру. Чтобы повысить чувствитель7сть приёмника, П. Один из
выводов когерера заземлил, а другой присоеденил к высоку подняторму
куску проволки, слоздав первую приёмную антенну для беспроволочной
связи.7 мая 1895 г. на заседании Русского физико-хим-ого общества в
Петербурге он продемонстрировал действие своего прибора. Этот день стал
днём рождения радио. Вначале радиосвыязть была установлена 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 закон Ньютона
Свойство тела , от которого зависит его ускорение при взаимодействии с
дургими телами, называется инертностью. Количественной мерой инертности
теля является масса тела. Чем большей массой обладает тело, тем меньше
ускорение оно получает при взаимодействии. Поэтому в физике принятно,
что отношение масс взаимодействующих тел равно обратному отношению
модулей ускорений m1/m2=a2/a1. За единицу массы в международной системе
принята масса специального эталона, изготовленного из сплава платины и
иридия. Масса этого эталона называется килограммом (кг.) Масса тела –
это величина, выражающая его инертность.
При взвешивании определения масс используется способность всех тел
взаимодействовать с землёй. Опыты показали, что тела, обладающие
одинаковой массой, одинаково притягиваются к земле. Одинаковость
притяжения тел к Земле можно, например, установить по одинаковому
растяжению пружины при поочерёдном подвешивании к ней тел с одинаковыми
массами.
, т.е. скорость изменения импульса материальной точки равна действующей
на него силе. При одновременном действии на одно тело нескольких сил
тело движется с ускорением, являющимся векторной суммой ускорений,
которые возникли бы при воздействии каждой из этих сил в отдельности.
2)Электрический ток в растворах и расплавах электролитов. Закон
электролиза в технике.
Электролиты – водные растворы солей, кислот и щелочей. При растворении
электролитов под влиянием электрического поля полярных молекул воды
происходит распад молекул электролитов на ионы. Этот процесс называется
электролитической диссоциацией. Степень диссоциации, т.е. доля молекул в
растворенном веществе, распавшихся на ионы, зависит от температуры,
концентрации раствора и диэлектрической проницаемости ? растворителя. С
увеличением температуры степень диссоциации возрастает и, следовательно,
увеличивается концентрация положительно и отрицательно заряженных ионов.
Ионы разных знаков при встрече могут снова объединится в нейтральные
молекулы – рекомбинировать. Носителями заряда в водных растворах или
расплавах электролитов являются положительно или отрицательно заряженные
ионы. Поскольку перенос заряда в водных растворах или расплавах
электролитов осуществляется ионами, такую проводимость называют ионной.
Электролизом называют процесс выделения на электроде чистого вещества,
связанный с окислительно-восстановительными реакциями.(или такая
формулировка: Электролиз – это выделение веществ из электролита с
последующим осаждением на электродах; или такая: Электролиз – это
процесс выделения током химических составляющих проводника).
Фарадей сформулировал два закона электролиза:
Масса вещества, выделяющегося из электролита на электродах, оказывается
тем большей, чем больший заряд прошел через электролит: m~q, или m~It,
где I – сила тока, t – время его прохождения через электролит.
Коэффициент k, превращающий эту пропорциональность в равенство m=kIt,
называется электрохимическим эквивалентом вещества.
Электрохимический эквивалент тем больший, 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 и заряда
электрона: F=6,02 10?? моль?? •1,6•10 в степени -19Кл?9,6•10 в степени
4 Кл/моль. Итак: k=1/F•M/n.
Подставив (2) в (1): m=MIt/Fn. Это объединенный закон Фарадея для
электролиза.
Электролиз применяется:
Гальванопластика, т.е. копирование рельефных предметов.
Гальваностегия, т.е. нанесение на металлические изделия тонкого слоя
другого металла (хром, никель, золото).
Очистка металлов от примесей (рафинирование металлов).
Электрополировка металлических изделий. При этом изделие играет роль
анода в специально подобранном электролите. На микронеровностях
(выступах) на поверхности изделия повышается электрический потенциал,
что способствует их первоочередному растворению в электролите.
Получение некоторых газов (водород, хлор).
Получение металлов из расплавов руд. Именно так добывают аллюминий.
Билет №4
1) Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Свободное падение тел. Вес
тела. Невесомость.
Исаак Ньютон выдвинул предположение, что между любыми телами в природе
существуют силы взаимного притяжения. Эти силы называют силами
гравитации, или силами всемирного тяготения. Сила всемирного тяготения
проявляется в Космосе, Солнечной системе и на Земле. Ньютон обобщил
законы движения небесных тел и выяснил, что F = G(m1*m2)/R2, где G —
коэффициент пропорциональности, называется гравитационной постоянной.
Численное значение гравитационной постоянной опытным путем определил
Кавендиш, измеряя силу взаимодействия между свинцовыми шарами. В
результате закон всемирного тяготения звучит так: между любыми
материальными точками существует сила взаимного притяжения, прямо
пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная
квадрату расстояния между ними, действующая по линии, соединяющей эти
точки.
Физический смысл гравитационной постоянной вытекает из закона всемирного
тяготения. Если m1 = m2 = 1 кг, R = 1 м, то G = F, т. е. гравитационная
постоянная равна силе, с которой притягиваются два тела по 1 кг на
расстоянии 1 м. Численное значение: G = 6,67 • 10-11 Н • м2/кг2. Силы
всемирного тяготения действуют между любыми телами в природе, но
ощутимыми они становятся при больших массах (или хотя бы масса одного из
тел велика). Закон же всемирного тяготения выполняется только для
материальных точек и шаров (в этом случае за расстояние принимается
расстояние между центрами шаров).
Частным видом силы всемирного тяготения является сила притяжения тел к
Земле (или к другой планете). Эту силу называют силой тяжести. Под
действием этой силы все тела приобретают ускорение свободного падения. В
соответствии со вторым законом Ньютона g = fт/m, следовательно, fт = mg.
Сила тяжести всегда направлена к центру Земли. В зависимости от высоты h
над поверхностью Земли и географической широты положения тела ускорение
свободного падения приобретает различные значения. На поверхности Земли
и в средних широтах ускорение свободного падения равно 9,831 м/с2.
В технике и быту широко используется понятие веса тела. Весом тела
называют силу, с которой тело давит на опору или подвес в результате
гравитационного притяжения к планете (рис. 5). Вес тела обозначается Р.
Единица измерения веса — 1 Н. Так как вес равен силе, с которой тело
действует на опору, то в соответствии с третьим законом Ньютона по
величине вес тела равен силе реакции опоры. Поэтому, чтобы найти вес
тела, необходимо найти, чему равна сила реакции опоры.
Рассмотрим случай, когда тело вместе с опорой не движется. В этом случае
сила реакции опоры, а следовательно, и вес тела равен силе тяжести (рис.
6):р = N = mg.
В случае движения тела вертикально вверх вместе с опорой 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
находится по формуле Р = m(g + а).
Увеличение веса тела, вызванное ускоренным движением опоры или подвеса,
называют перегрузкой. Действие перегрузки испытывают на себе космонавты
как при взлете космической ракеты, так и при торможении корабля при
входе в плотные слои атмосферы. Испытывают перегрузки и летчики при
выполнении фигур высшего пилотажа, и водители автомобилей при резком
торможении.
Если тело движется Вниз по вертикали, то с помощью аналогичных
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, называют невесомостью.
Состояние невесомости наблюдается в самолете или космическом корабле при
движении с ускорением свободного падения независимо от направления и
значения скорости их движения. За пределами земной атмосферы при
выключении реактивных двигателей на космический корабль действует только
сила всемирного тяготения. Под действием этой силы космический корабль и
все тела, находящиеся в нем, движутся с одинаковым ускорением, поэтому в
корабле наблюдается состояние невесомости.
2) Линзы. Построение изображения в тонких линзах. Оптическая сила линзы.
.
Билет №5
1) Третий закон Ньютона. Импульс тела. Закон сохранения импульса.
Реактивное движение. К.Э. Циолковский в освоении космического
пространства.
. Третий закон Ньютона связывает между собой силы, с которыми тела
действуют друг на друга. Если два тела взаимодействуют друг с другом, то
силы, возникающие между ними приложены к разным телам, равны по
величине, противоположны по направлению, действуют вдоль одной прямой,
имеют одну и ту же природу.
.
2) Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля тока (без
вывода)
. Эта работа совершается за свет энергии Wм магнитного поля катушки.
Билет № 6
1) Кинетическая и потенциальная энергия. Потенциальная энергия упруго
деформированного тела. Закон сохранения энергии в механических
процессах. Определить потенциальную энергию тела в поле силы тяжести в
заданной системе отсчёта.
. Физическая величина, равная половине произведения жесткости тела на
квадрат деформации называется потенциальной энергией деформированного
тела. Важной характеристикой потенциальной энергии является то, что тело
не может обладать ею, не взаимодействуя с другими телами.
Потенциальная энергия характеризует взаимодействующие тела, кинетическая
– движущиеся. И та, и другая возникают в результате взаимодействия тел.
Если несколько тел взаимодействую между собой только силами тяготения и
силами упругости, и никакие внешние силы на них не действуют (или же их
равнодействующая равна нулю), то при любых взаимодействиях тел работа
сил упругости или сил тяготения равна изменению потенциальной энергии,
взятой с противоположным знаком. В то же время, по теореме о
кинетической энергии (изменение кинетической энергии тела равно работе
внешних сил) работа тех же сил равна изменению кинетической энергии.
.
Из этого равенства следует, что сумма кинетической и потенциальной
энергий тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между
собой силами тяготения и упругости, остается постоянной. Сумма
кинетической и потенциальной энергий тел называется полной механической
энергией. Полная механическая энергия замкнутой системы тел,
взаимодействующих между собой силами тяготения и упругости, остается
неизменной. Работа сил тяготения и упругости равна, с одной стороны,
увеличению кинетической энергии, а с другой – уменьшению потенциальной,
то есть работа равна энергии, превратившейся из одного вида в другой
2) Непрерывный и линейчатый спектры. 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, линейчатые и полосатые.
Сплошные спектры излучают все вещества, находящиеся в твердом или жидком
состоянии. Сплошной спектр содержит волны всех частот видимого света и
поэтому выглядит как цветная полоса с плавным переходом от одного цвета
к другому в таком порядке: Красный, Оранжевый, Желтый, Зеленый, Синий и
Фиолетовый (Каждый Охотник Желает Знать, где Сидит Фазан).
Линейчатые спектры излучают все вещества в атомарном состоянии. Атомы
всех веществ излучают свойственные только им наборы волн вполне
определенных частот. Как у каждого человека свои личные отпечатки
пальцев, так и у атома данного вещества свой, характерный только ему
спектр. Линейчатые спектры излучения выглядят как цветные линии,
разделенные промежутками. Природа линейчатых спектров объясняется тем,
что у атомов конкретного вещества существуют только ему свойственные
стационарные состояния со своей характерной энергией, а следовательно, и
свой набор пар энергетических уровней, которые может менять атом, т. е.
электрон в атоме может переходить только с одних определенных орбит на
другие, вполне определенные орбиты для данного химического вещества.
Полосатые спектры излучаются молекулами. Выглядят полосатые спектры
подобно линейчатым, только вместо отдельных линий наблюдаются отдельные
серии линий, воспринимаемые как отдельные полосы.
Характерным является то, что какой спектр излучается данными атомами,
такой же и поглощается, т. е. спектры излучения по набору излучаемых
частот совпадают со спектрами поглощения. Поскольку атомам разных
веществ соответствуют свойственные только им спектры, то существует
способ определения химического состава вещества методом изучения его
спектров. Этот способ называется спектральным анализом. Спектральный
анализ применяется для определения химического состава ископаемых руд
при добыче полезных ископаемых, для определения химического состава
звезд, атмосфер, планет; является основным методом контроля состава
вещества в металлургии и машиностроении.
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 на представлениях о
существовании молекул и атомов, как мельчайших частиц вещества. В основе
МКТ лежат три основных положения:1. Все вещества состоят из мельчайших
частиц: молекул, атомов или ионов. 2. Эти частицы находятся в
непрерывном хаотическом движении, скорость которого определяет
температуру вещества.3. Между частицами существуют силы притяжения и
отталкивания, характер которых зависит от расстояния между ними.
Основные положения МКТ подтверждаются многими опытными фактами.
Существование молекул, атомов и ионов доказано экспериментально,
молекулы достаточно изучены и даже сфотографированы с помощью
электронных микроскопов. Способность газов неограниченно расширяться и
занимать весь предоставленный им объем объясняется непрерывным
хаотическим движением молекул. Упругость газов, твердых и жидких тел,
способность жидкостей
смачивать некоторые твердые тела, процессы окрашивания, склеивания,
сохранения формы твердыми телами и многое другое говорят о существовании
сил притяжения и отталкивания между молекулами. Явление диффузии —
способность молекул одного вещества проникать в промежутки между
молекулами другого — тоже подтверждает основные положения МКТ. Явлением
диффузии объясняется, например, распространение запахов, смешивание
разнородных жидкостей, процесс растворения твердых тел в жидкостях,
сварка металлов путем их расплавле-ния или путем давления.
Подтверждением непрерывного хаотического движения молекул является также
и броуновское движение — непрерывное хаотическое движение
микроскопических частиц, нерастворимых в жидкости.
Движение броуновских частиц объясняется хаотическим движением частиц
жидкости, которые сталкиваются с микроскопическими частицами и приводят
их в движение. Опытным путем было доказано, что скорость броуновских
частиц зависит от температуры жидкости. Теорию броуновского движения
разработал А. Эйнштейн. Законы движения частиц носят статистический,
вероятностный характер. Известен только один способ уменьшения
интенсивности броуновского движения — уменьшение температуры.
Существование броуновского движения убедительно подтверждает движение
молекул.
Любое вещество состоит из частиц, поэтому количество вещества принято
считать пропорциональным числу частиц, т. е. структурных элементов,
содержащихся в теле, v.
Единицей количества вещества является моль. Моль — это количество
вещества, содержащее столько же структурных элементов любого вещества,
сколько содержится атомов в 12 г углерода С12. Отношение числа молекул
вещества к количеству вещества называют постоянной Авогадро:
na = N/v. na = 6,02 • 1023 моль-1.
Постоянная Авогадро показывает, сколько атомов и молекул содержится в
одном моле вещества. Молярной массой называют величину, равную отношению
массы вещества к количеству вещества:
М = m/v.
Молярная масса выражается в кг/моль. Зная молярную массу, можно
вычислить массу одной молекулы:
m0 = m/N = m/vNA = М/NA
Средняя масса молекул обычно определяется химическими методами,
постоянная Авогадро с высокой точностью определена несколькими
физическими методами. Массы молекул и атомов со значительной степенью
точности определяются с помощью масс-спектрографа.Массы молекул очень
малы. Например, масса молекулы воды: т = 29,9 •10 -27 кг.
Молярная масса связана с относительной молекулярной массой Mr.
Относительная молярная масса — это величина, равная отношению массы
молекулы данного вещества к 1/12 массы атома углерода С12. Если известна
химическая формула вещества, то с помощью таблицы Менделеева может быть
определена его относительная масса, которая, будучи выражена в
килограммах, показывает величину молярной массы этого вещества.
Диаметром молекулы принято считать минимальное расстояние, на которое им
позволяют сблизиться силы отталкивания. Однако понятие размера молекулы
является условным. Средний размер молекул порядка 10-10 м.
2) Колебательное движение молекул в природе и технике. Гармонические
колебания. Амплитуда, период, частота и фаза колебаний. Опредеолить
опытным путём частоту предложенной колебательной системы.
.
Билет №8
1) Внутренняя энергия и способы её изменения. Первый закон
термодинамики.
Каждое тело имеет вполне определенную структуру, оно состоит из частиц,
которые хаотически движутся и взаимодействуют друг с другом, поэтому
любое тело обладает внутренней энергией. Внутренняя энергия — это
величина, характеризующая собственное состояние тела, т. е. энергия
хаотического (теплового) движения микрочастиц системы (молекул, атомов,
электронов, ядер и т. д.) и энергия взаимодействия этих частиц.
Внутренняя энергия одноатомного идеального газа определяется по формуле
U=3/2• т/М • RT.
Внутренняя энергия тела может изменяться только в результате его
взаимодействия с другими телами. Существуют два способа изменения
внутренней энергии: теплопередача и совершение механической работы
(например, нагревание при трении или при сжатии, охлаждение при
расширении).
Теплопередача — это изменение внутренней энергии без совершения работы:
энергия передается от более нагретых тел к менее нагретым. Теплопередача
бывает трех видов: теплопроводность (непосредственный обмен энергией
между хаотически движущимися частицами взаимодействующих тел или частей
одного и того же тела); конвекция (перенос энергии потоками жидкости или
газа) и излучение (перенос энергии электромагнитными волнами). Мерой
переданной энергии при теплопередаче является количество теплоты (Q).
Эти способы количественно объединены в закон сохранения энергии, который
для тепловых процессов читается так. Изменение внутренней энергии
замкнутой системы равно сумме количества теплоты, переданной системе, и
работы, внешних сил, совершенной над системой. ? U= Q + А, где ? U—
изменение внутренней энергии, Q — количество теплоты, переданной
системе, А — работа внешних сил. Если система сама совершает работу, то
ее условно обозначают А’. Тогда закон сохранения энергии для тепловых
процессов, который называется первым законом термодинамики, можно
записать так: Q = ?’ + ? U, т. е. количество теплоты, переданное
системе, идет на совершение системой работы и изменение ее внутренней
энергии.
2) Генератор переменного тока. Трансформатор. Успехи и перспективы
электрификаци СССР.
.
Преоьразование переменного тока, при котором напряжение увеличивается
или уменьшается в несколько раз практически без потери мощности,
осуществляется с помощью трансформаторов. Трансформатор состоит из
замкнутого стального сердечника, собранного из пластин, на который
надеты две (иногда более) катушки с проволочными обмотками. Одна из
обмноток называется первичной, подключается к источнику переменного
напряжения. Вторая обмотка, к которой присоединяют «нагрузку», т.е
приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называется вторичной.
Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной инддукции.
При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике
появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в
каждой обмотке. Сердечник из трансформаторной стали концентрирует
магнитное поле, так что магнитный поток существует практически только
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 можно пренебречь. U1/u2=e1/e2=n1/n2=k k=коэффициент трансформации.
При K>1 трансформатор понижающий, при K>r). При этом напряжение на зажимах
источника приблизительно равно ЭДС:
U=IR??.
При коротком замыкании, когда R?0, сила тока в цепи определяется именно
внутренним сопротивлением источника и при электродвижущей силе в
несколько вольт может оказаться очень большой, если r мало (например, у
аккумулятора r?0,1—0,001 Ом). Провода могут расплавиться, а сам источник
выйти из строя.
Если цепь содержит несколько
последовательно соединенных элементов с ЭДС ?1 , ?2, ?3 и т.д., то
полная ЭДС цепи равна алгебраической сумме ЭДС отдельных элементов.
Если при обходе цепи переходят от отрицательного полюса источника к
положительному, то ЭДС >0.
2) Свободные колебания в механических и электрических колебательных
системах. Частота свободных колебаний. Затухание колебаний.
Билет №16
1) Взаимодействие токов. Магнитное поле тока. Магнитная индукция. Сила
Ампера. Сила Лоренца.
Взаимодействия между проводниками с током, т. е. взаимодействия между
движущимися электрическими зарядами, называют магнитными. Силы, с
которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными
силами.
Магнитное поле. Согласно теории близкодействия ток в одном из
проводников не может непосредственно действовать на ток в другом
проводнике.
В пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает
электрическое поле, в пространстве, окружающем токи, возникает поле,
называемое магнитным.
Электрический ток в одном из проводников создает вокруг себя магнитное
поле, которое действует на ток во втором проводнике. А поле, созданное
электрическим током второго проводника, действует на первый.
Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством
которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически
заряженными частицами.
Свойства магнитного поля:
1. Магнитное поле порождается электрическим током (движущимися
зарядами).
2. Магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток
(движущиеся заряды).
Подобно электрическому полю, магнитное поле существует реально,
независимо от нас, от наших знаний о нем.
Магнитная индукция – способность магнитного поля оказывать силовое
действие на проводник с током (векторная величина). Измеряется вТл.
За направление вектора магнитной индукции принимается направление от
южного полюса S к северному N магнитной стрелки, свободно
устанавливающейся в магнитном поле. Это направление совпадает с
направлением положительной нормали к замкнутому контуру с током.
Направление вектора магнитной индукции устанавливают с помощью правила
буравчика:
если направление поступательного движения буравчика совпадает с
направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика
совпадает с направлением вектора магнитной индукции.
Линии магнитной индукции.
Линия, в любой точке которой вектор магнитной индукции направлен по
касательной – линии магнитной индукции. Однородное поле – параллельные
линии, неоднородное поле – кривыми линиями. Чем больше линий, тем больше
сила этого поля. Поля с замкнутыми силовыми линиями называют вихревыми.
Магнитное поле – вихревое поле.
Магнитный поток –величина равная произведению модуля вектора магнитной
индукции на площадь и на косинус угла между вектором и нормалью к
поверхности.
Сила Ампера равна произведению вектора магнитной индукции на силу тока,
длину участка проводника и на синус угла между магнитной индукцией и
участком проводника.
где l – длина проводника, B – вектор магнитной индукции.
Силу Ампера применяют в громкоговарителях, динамиках.
Принцип работы: По катушке протекает переменный электрический ток с
частотой, равной звуковой частоте от микрофона или с выхода
радиоприемника. Под действием силы Ампера катушка колеблется вдоль оси
громкоговорителя в такт с колебаниями тока. Эти колебания передаются
диафрагме, и поверхность диафрагмы излучает звуковые волны.
Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного
поля, называю силой Лоренца.
Сила Лоренца. Поскольку ток представляет собой упорядоченное движение
электрических зарядов, то естественно предположить, что сила Ампера
является равнодействующей сил, действующих на отдельные заряды,
движущиеся в проводнике. Опытным путём установлено, что на заряд,
движущийся в магнитном поле, действительно действует сила. Эту силу
называют силой Лоренца. Модуль FL силы находится по формуле
где В — модуль индукции магнитного поля, в котором движется заряд, q и v
— абсолютная величина заряда и его скорость, ( – угол между векторами v
и В. Эта сила перпендикулярна к векторам v и В, её направление находится
по правилу левой руки: если руку расположить так, чтобы четыре вытянутых
пальца совпадали с направлением движения положительного заряда, линии
индукции магнитного поля входили в ладонь, то отставленный на 900
большой палец показывает направление силы. В случае отрицательной
частицы направление силы противоположное.
Так как сила Лоренца перпендикулярна скорости частицы, то. она не
совершает работу.
Силу Лоренца применяют в телевизорах, масс-спектограф.
Принцип работы: Вакуумная камера прибора помещена в магнитное поле.
Ускоренные электрическим полем заряженные частицы (электроны или ионы),
описав дугу, попадают на фотопластинку, где оставляют след, позволяющий
с большой точностью измерить радиус траектории. По этому радиусу
определяется удельный заряд иона. Зная же заряд иона, легко определить
его массу.
2) Термоядерная реакция. Энергия солнца и звёзд. Успехи и перспективы
развития энергетики в СССР. Борьба СССР за устранения ядерной войны.
При слимянии легких ядер масса покоя уменьшается и, следовательно,
должна выделяться значительная энергия. Подобного рода реакции слияния
легких ядер могут протекать только при очень высоких температурах.
Поэтому они называются термоядерными. Термоядерные реакции – это реакции
слияния лёгких ядер при очень высокой температуре. Энергия, корьорая
выделяется при термоядерных реакциях в расчёте на один кулон, превышает
удельную энергию, выделяющуюся при цепных реакциях деления ядер.
Билет № 17
1) Явление электромагнитной индукции. Доказать сществование этого
явления на экспериментальной установке. Закон электромагнитной индукции.
Правило Ленца.
Если контур замкнут, то под действием этой э.д.с. появляется
электрический ток, названный индукционньм. Фарадей установил, что э.д.с.
индукции не зависит от способа изменения магнитного потока и
определяется только быстротой его изменения, т.е.
Соотношение называется законом электромагнитной индукции: ЭДС индукции в
проводнике равна быстроте изменения магнитного потока, пронизывающего
площадь, охватываемую проводником. Знак минус 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
, под действием которой появляется индукционный ток, создающий
собственное магнитное поле, направленное навстречу внешнему полю, т.е.
магнитный поток индукционного тока отрицателен.
, т.е. направление магнитного поля индукционного тока совпадает с
направлением внешнего поля.
Рассмотрим один из опытов, проведённых Фарадеем, по обнаружению
индукционного тока, а следовательно, и э.д.с. индукции. Если в соленоид,
замкнутый на очень чувствительный электроизмерительный
прибор(гальванометр), вдвигать или выдвигать магнит, то при движении
магнита наблюдается отклонение стрелки гальванометра, свидетельствующее
о возникновении индукционного тока. То же самое наблюдается при движении
соленоида относительно магнита. Если же магнит и соленоид неподвижны
относительно друг друга, то и индукционный ток не возникает. Из
приведённого опыта следует вывод, что при взаимном движении указанных
тел происходит изменение магнитного потока через нитки соленоида, что и
приводит к появлению индукционного тока, вызванного возникающей э.д.с.
индукции.
2. Направление индукционного тока определяется правилом Ленца:
индукционный ток всегда имеет такое направление. что создаваемое им
магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, которое
вызывает этот ток. Из этого правила следует, что при возрастании
магнитного потока возникающий индукционный ток имеет такое направление,
чтобы порождаемое им магнитное поле было направлено против внешнего
поля, противодействуя увеличению магнитного потока. Уменьшение
магнитного 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. Это приводит к увеличению магнитного потока
через площадь рамки. Согласно правилу Ленца, магнитное поле,
возникающего индукционного тока, будет направлено против внешнего поля,
т.е. вектор В2 этого поля противоположен вектору Ё. Применяя правило
правого винта (см. § 65, п. З), находим направление индукционного тока
Ii.
З. Явление электромагнитной индукции получило широкое применение в
технике: промышленности получение электроэнергии на электростанциях,
разогрев и плавление проводящих материалов (металлов) в индукционных
электропечах и т.д.
2) Принцип действия тепловых двигателей. КПД тепловых двигателей и пути
его повышения. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды.
. Для повышения КПД тепловых машин существует 2 пути: повышение
температуры T1 нагревателя и понижение температуры T2 холодильника (КПД
max=(T2-T1)/T1 КПД тепловой машины мог бы стать равным 1, если бы
имелась возможность использовать холодильник с температурой равной
абсолютному нулю. Однако этот путь не может быть достигнут. Наиболее
приемлимыми холодлильниками для реальных тепловых машин являются
атмосферный воздух или вода при T около 300K Следовательно основной путь
повышения КПД – это повышение температуры нагревателя.
Один из путей уменьшения загрязнения окружающей среды – переход от
использования в автомобилях карбюраторных бензиновых двигателей к
использованию дизельных двигателей, в топливо которых не доюавля.т
свинца (fixed) Перспективными являются разработку и испытания
автомобилей, в которых вместо бензина двигателей используется
электродвигатель, питающийся от аккумулятора, или двигаетль,
использующий в качестве топлива водород. В последнем типае двигателей
при сгорании водорода образуется вода.
Билет № 18
1) Электромагнитное поле и его материальность. Электромагнитные волны и
их свойства. Радиолокация и её применение.
С современной точки зрения в природе существует совокупность двух полей
— электрического и магнитного — это электромагнитное поле, оно
представляет собой особый вид материи, т. е. существует объективно,
независимо от нашего сознания. Магнитное поле всегда порождается
переменным электрическим, и, наоборот, переменное электрическое поле
всегда порождает переменное магнитное поле. Электрическое поле, вообще
говоря, можно
рассматривать отдельно от магнитного, так как носителями его являются
частицы — электроны и протоны. Магнитное поле без электрического не
существует, так как носителей магнитного поля нет. Вокруг проводника с
током существует магнитное поле, и оно порождается переменным
электрическим полем движущихся заряженных частиц в проводнике
Английский ученый Джеймс Максвелл на основании изучения
экспериментальных работ Фарадея по электричеству высказал гипотезу о
существовании в природе особых волн, способных распространяться в
вакууме.
Эти волны Максвелл назвал электромагнитными волнами. По представлениям
Максвелла: при любом изменении электрического поля возникает вихревое
магнитное поле и, наоборот, при любом изменении магнитного поля
возникает вихревое электрическое поле. Однажды начавшийся процесс
взаимного порождения магнитного и электрического полей должен непрерывно
продолжаться и захватывать все новые и новые области в окружающем
пространстве (рис. 31). Процесс взаимопорождения электрических и
магнитных полей происходит во взаимно перпендикулярных плоскостях.
Переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле,
переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле.
Электрические и магнитные поля могут существовать не только в веществе,
но и в вакууме. Поэтому должно быть возможным распространение
электромагнитных волн в вакууме.
Впервые опытным путем получил электромагнитные волны физик Генрих Герц,
использовав приэтом высокочастотный искровой разрядник (вибратор Герца).
Герц опытным путем определил также скорость электромагнитных волн. Она
совпала с теоретическим определением скорости волн Максвеллом.
Простейшие электромагнитные волны — это волны, в которых электрическое и
магнитное поля совершают синхронные гармонические колебания.
Конечно, электромагнитные волны обладают всеми основными свойствами
волн.
Они подчиняются закону отражения волн:
угол падения равен углу отражения. При переходе из одной среды в другую
преломляются и подчиняются закону преломления волн: отношение синуса
угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух
данных сред и равная отношению скорости электромагнитных волн в первой
среде к скорости электромагнитных волн во второй среде и называется
показателем преломления второй среды относительно первой.
Явление дифракции электромагнитных волн, т. е. отклонение направления их
распространения от прямолинейного, наблюдается у края преграды или при
прохождении через отверстие. Электромагнитные волны способны к
интерференции. Интерференция — это способность когерентных волн к
наложению, в результате чего волны в одних местах друг друга усиливают,
а в других местах — гасят. (Когерентные волны — это волны, одинаковые по
частоте и фазе колебания.) Электромагнитные волны обладают дисперсией,
т. е. когда показатель преломления среды для электромагнитных волн
зависит от их частоты. Опыты с пропусканием электромагнитных волн через
систему из двух решеток показывают, что эти волны являются поперечными.
При распространении электромагнитной волны векторы напряженности Е и
магнитной индукции В перпендикулярны направлению распространения волны и
взаимно перпендикулярны между собой (рис. 32).
С помощью радиоволн осуществляется передача 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. (От
поверхности диэлектрика электромагнитные волны отражаются слабо, а от
поверхности металлов почти полностью.)
2) Архимедова сила, объяснение причины её возникновения. Условия
плавания тел. Плавание судов. Измерить выталкивающую силу с помощью
динамометра.
т.е. силы, выталкивающая погруженное в жидкость (газ) тело, равна весу
жидкости (газа), вытесненной телом. Архимедова сила направлена
противоположно силе тяжести, поэтому при взвешивании в жидкости вес тела
меньше, чем в вакууме. На тело, находящееся в жидкости, действует сила
тяжести и архимедова сила. Если сила тяжести по модулю больше – тело
тонет, меньше – всплывает, равны – может находиться в равновесии на
любой глубине. Эти отношения сил равны отношениям плотностей тела и
жидкости (газа). 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 корпус судна, а большая часть его объёма занята
воздухом. Среденее значение плотности судна при этом оказывается
значительно меньше плотности воды, поэтому оно не только не тонет, но и
может перевозить болшое количество грузоав.
Билет №19
1) Спектр электромагнитных излучений от их частоты. Применение
электромагнитных излучений на практике.
Узкий параллельный пучок белого света при прохождении сквозь призму
разлагается на пучки света разного цвета. Цветная полоса, видимая при
этом, называется сплошным спектром. Явление зависимости скорости света
от длины волны (частоты) называют дисперсией света. Этот эффект
объясняется тем, что белый свет состоит из ЭМ-волн разных длин волны, от
которых и зависит показатель преломления. Наибольшее значение он имеет
для самой короткой волны – фиолетовой, наименьшее – для красно. В
вакууме скорость света независимо от его частоты одинакова. Если
источником спектра является разреженный газ, то спектр имеет вид узких
линий на черном фоне. Сжатые газы, жидкости и твердые тела испускают
сплошной спектр, где цвета плавно переходят друг в друга. Природа
возникновения спектра объясняется тем, что каждому элементу присущ свой
специфический набор излучаемого спектра. Это свойство позволяет
применять спектральный анализ для выявления химического состава
вещества. Спектроскопом называется прибор, с помощью которого
исследуется спектральный состав света, испускаемого некоторым
источником. Разложение производится с помощью дифракционной
решетки(лучше) или призмы, для исследования ультрафиолетовой области
применяется кварцевая оптика.
2) Дисперсия света. Спектроскоп.
Узкий параллельный пучок белого света при прохождении через стеклянную
призму разлагается на пучки света разного цвета, при этом наибольшее
отклонение к основанию призмы имеют лучи фиолетового цвета. Объясняется
разложение белого света тем, что белый свет состоит из электромагнитных
волн с разной длиной волны, а показатель преломления света зависит от
длины его волны. Показатель преломления связан со скоростью света в
среде, следовательно, скорость света в среде зависит от длины волны. Это
явление и называют дисперсией света.
Прибор для разложения сложного света и наблюдения спектров называется
спектроскопом. Спектроскоп состоит из 2 труб: коллиматорной и
зрительной, укрепл1нной на подставке и стеклыной призмы под крышкой.
Спектр можно наблюдать через окуляр, использукемый в качестве лупы.
Билет №20
1) Закон отражения и преломления света. Полное отражение, его
применение.
. Угол падения (0 называется предельным углом полного отражения. При
углах, больших (0, происходит полное отражение.
2) Электрический ток в металлах. Сопротивление металлического
проводника. Удельное сопротивление.
При движении заряженных частиц в проводнике 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 не происходит.
Электрический заряд перемещается через поперечное сечение проводника
лишь в том случае, если наряду с беспорядочным движением электроны
участвуют в упорядоченном движении.
Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение
заряженных частиц.
Электрический ток возникает при упорядоченном перемещении свободных
электронов или ионов. Если перемещать нейтральное в целом тело, то,
несмотря на упорядоченное движение огромного числа электронов и атомных
ядер, электрический ток не возникнет. Полный заряд, переносимый через
любое сечение проводника, будет при этом равным нулю, так как заряды
разных знаков перемещаются с одинаковой средней скоростью.
Электрический ток имеет определенное направление. За направление тока
принимают направление движения положительно заряженных частиц. Если ток
образован движением отрицательно заряженных частиц, то направление тока
считают противоположным направлению движения частиц.
, где (0 – удельное сопротивление при 0 0С, ( – температурный
коэффициент сопротивления, особый для каждого металла. При близких к
абсолютному нулю температурах сопротивление веществ резко падает до
нуля. Это явление называется сверхпроводимостью. Прохождение тока в
сверхпроводящих материалах происходит без потерь на нагревание
проводника.
Билет №21
1) Волновые свойства света. Интерференция света 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 в интервале
380 – 770 нм.
Свету присущи все свойства электромагнитных волн: отражение,
преломление, интерференция, дифракция, поляризация. Свет может оказывать
давление на вещество, поглощаться средой, вызывать явление фотоэффекта.
Имеет конечную скорость распространения в вакууме 300 000 км/с, а в
среде скорость убывает.
Наиболее наглядно волновые свойства света обнаруживаются в явлениях
интерференции и дифракции. Интерференцией света называют
пространственное перераспределение светового потока при наложении двух
(или нескольких) когерентных световых волн, в результате чего в одних
местах возникают максимумы, а в других минимумы интенсивности
(интерференционная картина). Интерференцией света объясняется окраска
мыльных пузырей и тонких масляных пленок на воде, хотя мыльный раствор и
масло бесцветны. Световые волны частично отражаются от поверхности
тонкой пленки, частично проходят в нее. На второй границе пленки вновь
происходит частичное отражение волны (рис. 34). Световые волны,
отраженные двумя поверхностями тонкой пленки, распространяются в одном
направлении, но проходят разные пути. При разности хода I, кратной
целому числу длин волн l = 2k ?/2.
При разности хода, кратной нечетному числу полуволн l = (2k + 1) ?/2,
наблюдается интерференционный минимум. Когда выполняется условие
максимума для одной длины световой волны, то оно не выполняется для
других волн. Поэтому освещенная белым светом тонкая цветная прозрачная
пленка кажется окрашенной. Явление интерференции в тонких пленках
применяется для контроля качества обработки поверхностей просветления
оптики. При прохождении света через малое круглое отверстие на экране
вокруг центрального светлого пятна наблюдаются чередующиеся темные и
светлые кольца; если свет проходит через узкую щель, то получается
картина из чередующихся светлых и темных полос.
Явление отклонения света от прямолинейного направления распространения
при прохождении у края преграды называют дифракцией света. Дифракция
объясняется тем, что световые волны, приходящие в результате отклонения
из разных точек отверстия в одну точку на экране, интерферируют между
собой. Дифракция света используется в спектральных приборах, основным
элементом в которых является дифракционная решетка. Дифракционная
решетка представляет собой прозрачную пластинку с нанесенной на ней
системой параллельных непрозрачных полос, расположенных на одинаковых
расстояниях друг от друга.
Пусть на решетку (рис. 35) падает монохроматический (определенной длины
волны) свет. В результате дифракции на каждой щели свет распространяется
не только в первоначальном направлении,
но и по всем другим направлениям. Если за решеткой поставить собирающую
линзу, то на экране в фокальной плоскости все лучи будут собираться в
одну полоску.
Параллельные лучи, идущие от краев соседних щелей, имеют разность хода
l= d sin ?, где d — постоянная решетки — расстояние между
соответствующими краями соседних щелей, называемое периодом решетки, (?
— угол отклонения световых лучей от перпендикуляра к плоскости решетки.
При разности хода, равной целому числу длин волн d sin ? = k?,
наблюдается интерференционный максимум для данной длины волны. Условие
интерференционного максимума выполняется для каждой длины волны при
своем значении дифракционного угла ?. В результате при прохождении через
дифракционную решетку пучок белого света разлагается в спектр. Угол
дифракции имеет наибольшее значение для красного света, так как длина
волны красного света больше всех остальных в области видимого света.
Наименьшее значение угла дифракции для фиолетового света.
Опыт показывает, что интенсивность светового пучка, проходящего через
некоторые кристаллы, например, исландского шпата, зависит от взаимной
ориентации двух кристаллов. При одинаковой ориентации кристаллов свет
проходит через второй кристалл без ослабления.
2) Вынужденные колебания. Резонанс. Графи зависимости амплитуды от
частоты вынужденной силы.
Если колебания происходят под действием периодически действующей внешней
силы, то такие колебания называют вынужденными. Например, родители
раскачивают ребенка на качелях, поршень движется в цилиндре двигателя
автомобиля, колеблются нож электробритвы и игла швейной машины. Характер
вынужденных колебаний зависит от характера действия внешней силы, от ее
величины, направления, частоты действия и не зависит от размеров и
свойств колеблющегося тела. Например, фундамент мотора, на котором он
закреплен, совершает вынужденные колебания с частотой, определяемой
только числом оборотов мотора, и не зависит от размеров фундамента.
При совпадении частоты внешней силы и частоты собственных колебаний тела
амплитуда вынужденных колебаний резко возрастает. Такое явление называют
механическим резонансом. Графически зависимость вынужденных колебаний от
частоты действия внешней силы показана на рисунке 10.
Явление резонанса может быть причиной разрушения машин, зданий, мостов,
если собственные их частоты совпадают с частотой периодически
действующей силы. Поэтому, например, двигатели в автомобилях
устанавливают на специальных амортизаторах, а воинским подразделениям
при движении по мосту запрещается идти «в ногу».
При отсутствии трения амплитуда вынужденных колебаний при резонансе
должна возрастать со временем неограниченно. В реальных системах
амплитуда в установившемся режиме резонанса определяется условием потерь
энергии в течение периода и работы внешней силы за то же время. Чем
меньше трение, тем больше амплитуда при резонансе.
Билет №22
1) Фотоэлектрический эффект и его законы. Уравнение Эйнштейна для
фотоэффекта. Кванты света (фотоны). Применение фотоэфекта в технике.
, где А0 – работа выхода, параметр вещества. Количество фотоэлектронов,
покидающих поверхность металла пропорциональна количеству электронов,
которое, в свою очередь, зависит от освещенности (интенсивности света).
Фотоэффект используется в оразличных приборах для преобразования энергии
светав энергию электрического тока или для управления электрическим
током. Простейшим прибором, работающим на основе фотоэввекта является
вакуумный фотоэлемент. Фотоэлементы используются для воспроизведения
звукового сопровождения, записанного на киноленту в виде звуковой
дорожки.
2) Электроёмкость. Конденсатор и его устройство. Энергия заряженного
конденсатора (без вывода). Применение конденсаторов в технике.
, т.е. электроемкость прямо пропорциональна площади обкладок и обратно
пропорциональна расстоянию между ними. При введении между пластинами
диэлектрика, его электроемкость повышается в ( раз, где ( –
диэлектрическая проницаемость вводимого материала. Конденсаторы
используются в различных радиоэлектронных устройствах. Они используются
для сглаживания пульсаций в выпрямителях переменного тока, для
разделения постоянной и переменной составляющей тока, в электрических
колебательных контурах радиопередатчиков и радиоприёмников, для
накопления больших запасов электрической энергии при проведениии
физических экспериментов в области лазерной техники и управляемого
термояжерного синтеза.
Билет №23
1) Модель атома Резерфорда – Бора. Квантовые постулаты Бора.
. Все состояния, кроме одного, являются стационарными условно, и только
в одном – основном, в котором электрон обладает минимальным запасом
энергии – атом может находиться сколь угодно долго, а остальные
состояния называются возбужденными.
2) Электронно-дырочный переход и его свойства. Полупроводниковый диод и
его применение.
Полупроводниковый диод состоит из p-n перехода, т.е. из двух соединенных
полупроводников разного типа проводимости. При соединении происходит
диффузия электронов в р-полупроводник. Это приводит к появлению в
электронном полупроводнике нескомпенсированных положительных ионов
донорной примеси, а в дырочном – отрицательных ионов акцепторной
примеси, захвативших продиффундировавшие электроны. Между двумя слоями
возникает электрическое поле. Если на область с электронной
проводимостью подать положительный заряд, а на область с дырочной –
отрицательный, то запирающее поле усилится, сила тока резко понизится и
почти не зависит от напряжения. Такой способ включения называется
запирающим, а ток, текущий в диоде – обратным. Если на область с
дырочной проводимостью подать положительный заряд, а на область с
электронной – отрицательный, то запирающее поле ослабится, сила тока
через диод в этом случае зависит только от сопротивления внешней цепи.
Такой способ включения называется пропускным, а ток, текущий в диоде –
прямым
Билет № 24
1) Состав ядра атома. Изотопы. Энергия связи.
называют дефектом массы. Минимальную энергию, которую необходимо
затратить на разделение ядра на составляющие его нуклоны, называется
энергией связи ядра, расходуемой на совершение работы против ядерных сил
притяжения. Отношение энергии связи к массовому числу называется
удельной энергией связи. Ядерной реакцией называется превращение
исходного атомного ядра при взаимодействии с какой-либо частицей в
другое, отличное от исходного. В результате ядерной реакции могут
испускаться частицы или гамма-кванты. Ядерные реакции бывают двух видов
– для осуществления одних надо затратить энергию, при других происходит
выделение энергии. Освобождающаяся энергия называется выходом ядерной
реакции. При ядерных реакциях выполняются все законы сохранения. Закон
сохранения момента импульса принимает форму закона сохранения спина.
2) Электрический ток в полупроводниках. Собственная и примесная
проводимость полупроводников. Термо- и фоторезисторы.
Многие вещества не проводят ток так хорошо, как металлы, но в то же
время не являются диэлектриками. Одним из отличий полупроводников – то,
что при нагревании или освещении их удельное сопротивление не
увеличивается, а уменьшается. Но главным их практически применимым
свойством оказалась односторонняя проводимость. Вследствие
неравномерного распределения энергии теплового движения в кристалле
полупроводника некоторые атомы ионизируются. Освободившиеся электроны не
могут быть захвачены окружающими атомами, т.к. их валентные связи
насыщены. Эти свободные электроны могут перемещаться в металле, создавая
электронный ток проводимости. В то же время, атом, с оболочки которого
вырвался электрон, становится ионом. Этот ион нейтрализуется за счет
захвата атома соседа. В результате такого хаотического перемещения
возникает перемещение места с недостающим ионом, что внешне видно как
перемещение положительного заряда. Это называется дырочным током
проводимости. В идеальном полупроводниковом кристалле ток создается
перемещением равного количества свободных электронов и дырок. Такой тип
проводимости называется собственной проводимостью. При понижении
температуры количество свободных электронов, пропорциональное средней
энергии атомов, падает и полупроводник становится похож на диэлектрик. В
полупроводник для улучшения проводимости иногда добавляются примеси,
которые бывают донорные (увеличивают число электронов без увеличения
числа дырок) и акцепторные (увеличивают число дырок без увеличения числа
электронов). Полупроводники, где количество электронов превышает
количество дырок, называются электронными полупроводниками, или
полупроводниками n-типа. Полупроводники, где количество дырок превышает
количество электронов, называются дырочными полупроводниками, или
полупроводниками р-типа.
Билет № 25
1) Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений и их свойства.
Биологическое действие ионизирующих излучений. Защита от радиации.
. Как и альфа-распад, бета-распад также может сопровождаться
гамма-излучением.
Мерой воздействия любого вила излучения на вещество является поглощенная
доза излучения. Единицей дозы является грэй, равный дозе, которой
облученному веществу массой 1 кг передается энергия в 1 джоуль. Т.к.
физическое воздействие любого излучения на вещество связано не столько с
нагреванием, сколько с ионизацией, то введена единица экспозиционной
дозы, характеризующей ионизационное действие излучения на воздух.
Внесистемной единицей экспозиционной дозы является рентген, равный
2.58(10-4Кл/кг. При экспозиционной дозе в 1 рентген в 1 см3 воздуха
содержится 2 миллиарда пар ионов. При одинаковой поглощенной дозе
действие различных видов облучения неодинаково. Чем тяжелее частица –
тем сильнее ее действие (впрочем, более тяжелую и задержать легче).
Различие биологического действия излучения характеризуется коэффициентом
биологической эффективности, равном единице для гамма-лучей, 3 для
тепловых нейтронов, 10 для нейтронов с энергией 0.5 МэВ. Доза,
умноженная на коэффициент, характеризует биологическое действие дозы и
называется эквивалентной дозой, измеряется в зивертах. Основным
механизмом действия на организм является ионизация. Ионы вступают в
химическую реакцию с клеткой и нарушают ее деятельность, что приводит к
гибели или мутации клетки. Естественный фон облучения составляет в
среднем 2 мЗв в год, для городов дополнительно +1 мЗв в год.
2) Сила трения. Коэффициент трения-скольжения. Учёт и использование
трения в быту и технике. Измерить силу трения скольжения.
При равномерном движении одного тела по поверхности другого под
воздействием внешней силы на тело действует сила, равная по модулю
движущей силе и противоположная по направлению. Эта сила называется
силой трения скольжения. Вектор силы трения скольжения направлен против
вектора скорости, поэтому эта сила всегда приводит к уменьшению
относительной скорости тела. Силы трения также, как и сила упругости,
имеют электромагнитную природу, и возникают за счет взаимодействия между
электрическими зарядами атомов соприкасающихся тел. Экспериментально
установлено, что максимальное значение модуля силы трения покоя
пропорционально силе давления. Также примерно равны максимальное
значение силы трения покоя и сила трения скольжения, как примерно равны
и коэффициенты пропорциональности между силами трения и давлением тела
на поверхность. Для уменьшения сил трения в технике применяются корлёса,
шариковые и роликовые подшипники.
Билет №26
1) Цепная реакция деление ядер урана. Ядерный реактор.
. Плутоний-239 по своим свойствам схож с ураном-235.
Ядерные реакторы бывают двух видов – на медленных и быстрых нейтронах.
Большинство выделяющихся при делении нейтронов имеют энергию порядка 1-2
МэВ, и скорости около 107м/с. Такие нейтроны называются быстрыми, и
одинаково эффективно поглощаются как ураном-235, так и ураном-238, а
т.к. тяжелого изотопа больше, а он не делится, то цепная реакция не
развивается. Нейтроны, движущиеся со скоростям около 2(103м/с, называют
тепловыми. Такие нейтроны активнее, чем быстрые, поглощаются ураном-235.
Таким образом, для осуществления управляемой ядерной реакции, необходимо
замедлить нейтроны до тепловых скоростей. Наиболее распространенными
замедлителями в реакторах являются графит, обычная и тяжелая вода. Для
того, чтобы коэффициент деления поддерживался на уровне единицы,
используются поглотители и отражатели. Поглотителями являются стержни из
кадмия и бора, захватывающие тепловые нейтроны, отражателем – бериллий.
. Таким образом, реактор на быстрых нейтронах является не только
энергетической установкой, но и размножителем горючего для реактора.
Недостаток – необходимость обогащения урана легким изотопом.
. При синтезе 1 грамма гелия выделяется энергия, эквивалентная сжиганию
10 тонн дизельного топлива. Управляемая термоядерная реакция возможна
при нагревании ее до соответствующей температуры путем пропускания через
нее электрического тока или с помощью лазера.
2) Механическая работа и мощность. Определить КПД при подъёме тела по
наклонной плоскости.
. Единима мощности называется ваттом, 1 ватт равен мощности, при
которой работа в 1 джоуль совершается за 1 секунду. A=Ep2-Ep1=mg(h2-h1)
3) Задача на тепловое действие тока. Q=cm?T=nPt (n=КПД) P=IU
Рис. 5
Хт— амплитуда
w — частота внешней силы
w0 — частота собственных колебаний
?
sin
l
B
F
?
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
