Билеты по физике

Билет 1
1. 1. Механическое движение. Относительность движения. Система отсчета. Материальная точка. Траектория. Путь и перемещение. Равномерное движение. Сложение скоростей.
2. 2. Испарение жидкостей. Насыщенные и ненасыщенные пары. Влажность воздуха. Измерьте относительную влажность воздуха в классе.
3. 3. «ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ»
1. 1. Механическое движение – это изменение положения тела в пространстве с течением времени относительно других тел.
Из всех многообразных форм движения материи этот вид движения является самым простым.
Например: перемещение стрелки часов по циферблату, идут люди, колышутся ветки деревьев, порхают бабочки, летит самолет и т.д.
Определение положения тела в любой момент времени является основной задачей механики.
Движение тела, при котором все точки движутся одинаково, называется поступательным.
* * Материальная точка – это физическое тело, размерами которого в данных условиях движения можно пренебречь, считая, что вся его масса сосредоточенны в одной точке.
* * Траектория – это линия которую описывает материальная точка при своем движении.
* * Путь – это длина траектории движения материальной точки.
* * Перемещение – это направленный отрезок прямой (вектор), соединяющий начальное положение тела с его последующим положением.
Главное отличие пути то перемещения
Путь – величина скалярная (на рис. – это расстояние [ММ1], а перемещение – величина векторная (на рис. – это r )
Путь и перемещение могут совпадать только тогда, когда тело движется равномерно, прямолинейно.

* * Система отсчета – это: тело отсчета, связанная с ним система координат, а также прибор для отсчета времени.
Важная особенность мех. Движения – его относительность.
* * Относительность движения – это зависимость траектории, пути, перемещения и скорости одной и той же материальной точки от выбора системы отсчета.
Например: вы сидите в неподвижном вагоне, а рядом начинает движение другой поезд. Так вот, вам кажется, что движется именно ваш вагон, а не те, что проезжают мимо, но потом мы обнаруживаем, что наш состав стоит на месте.
По своему характеру движение может быть равномерным, когда движущаяся точка в любые равные промежутки времени проходит равные расстояния, и его противоположностью – неравномерным (или переменным).
* * Равномерное прямолинейное движение называют такое происходящее по прямолинейной траектории движения при котором материальная точка за любые равные промежутки времени совершает единичные перемещения.
Т.к. скорость постоянная, то график скорости представляет собой линию, параллельную оси времени.

2. Испарение жидкостей. Насыщенные и ненасыщенные пары. Влажность воздуха. Измерьте относительную влажность воздуха в классе.
Существуют два способа перехода жидкости в газообразное состояние: испарение и кипение.
Испарение происходит с открытой, свободной поверхности, отделяющей жидкость от газа, например с поверхности открытого сосуда, с поверхности водоема и т.д. Испарение происходит при любой температуре, но для всякой жидкости повышением температуры скорость его увеличивается. Объем, занимаемый данной массой вещества, при испарении возрастает скачком. Следует различать два основных случая. Первый, когда испарение происходит в закрытом сосуде и температура во всех точках одинакова. Так, например, испаряется вода внутри парового котла или чайнике, закрытом крышкой, если температура воды и пара ниже температуры кипения. В этом случае объем образующегося газа ограничен пространством сосуда. Давление пара достигает некоторого предельного значения, при котором он находится в тепловом равновесии с жидкостью; такой пар называется насыщенным, а его давление – упругостью пара. Второй случай, когда пространство над жидкостью незамкнутое; так испаряется вода с поверхности пруда. Здесь равновесие не достигается практически никогда и пар является ненасыщенным, а скорость испарения зависит от многих факторов. Мерой скорости испарения является количество вещества, улетающего в единицу времени с единицы свободной поверхности жидкости. Если жидкость и пар находятся в равновесии, то скорость испарения равна нулю. Точнее, оно все же происходит, но с той же скоростью идет в обратном процесс – конденсация (переход вещества из газообразного состояния в жидкое).
Теплота испарения – количества тепла, необходимое сообщить жидкости, находящегося при данной температуре и фиксированном давлении, чтобы перевести ее в пар при этих же температуре и давления.
Иногда испарение называют также сублимацию, или возгонку, т.е. переход твердого вещества в газообразное состояние, минуя жидкую стадию. Теплота сублимации больше теплоты испарения приблизительно на теплоту плавления.
Перегонка – это процесс разделения многокомпонентных жидких смесей путем частичного испарения и последующей конденсации паров.
Вследствие всевозможных испарении содержится огромное количество водяных паров. Величину, измеряемую количеством водяного пара (в граммах), содержащегося в 1 м3 воздуха. Называют абсолютной влажностью воздуха. (парциальное давление измеряется в мм рт. ст.). Абсолютной влажностью воздуха принято называть парциальное давление водяного пар, содержащегося в нем при температуре, измеренной в мм рт. ст. Для суждения о степени влажности воздуха важно знать, близок или далек водяной пар, находящийся в нем, от состояния насыщенности.. С этой целью вводят понятие относительной влажности. О.в. – величина, измеряемая отношением абс. Влажности к количеству пара, необходимого для насыщения 1 м3 воздуха при той же температуре.
Билет 10
1. 1. Идеальный газ. Основное уравнение МКТ газа. Использование свойств газов в технике.
2. 2. Магнитные свойства вещества. Ферромагнетики и их применение.
3. 3. (задача на применение формул механической работы)
1. 1. Основные положения Молекулярно кинетической теории позволяют объяснить целый ряд физических явлений и свойств тел тем точнее и подробнее, чем ближе построенная модель действительному корпускулярного строению тел. Максимальное совпадение получается в случае использования простейших системы – разряженных газов. Хорошей моделью разряженного газа является идеальный газ, который наделяют следующими свойствами:
1. 1. Размеры молекул малы по сравнению с расстояниями между ними.
2. 2. Молекулы взаимодействуют друг с другом и со стенками сосуда только в момент соударения.
3. 3. Все соударения абсолютно упруги.
4. 4. Рассматриваются любые газы, в которых число молекул очень велико.
5. 5. Молекулы распределены по всему объему равномерно.
6. 6. Молекулы движутся хаотично.
7. 7. Скорости молекул могут принимать любые значения.
8. 8. К движению отдельной молекулы применимы законы классической механики.
Положение 1 и 2 следуют из сведений о размерах и взаимодействиях молекул.
Положение 3 опирается на свойства броуновского движения, самой удивительной чертой которого является его постоянство, свидетельствующее об абсолютно упругом соударении молекул.
Положение 4 можно пояснить примером: в миллионной доле 1 мм^3 комнатного воздуха содержится 2,7 * 10^10 молекул.
Положения 5 и 6 имеют свое опытное обоснование в одинаковом давлении газа в разных местах сосуда, в котором он находится, закон Паскаля и броуновском движении. А вот справедливость постулатов 7и 8, а также границы их применения может подтвердить только контрольный эксперимент. С точки зрения современной физики скорости тел не могут быть сколь угодно большими (предельной скоростью является скорость света в вакууме 3*10^8 м/с). Однако модно предположить, что молекул с очень большими и очень маленькими скоростями в газе относительно немного.
Внутренняя энергия идеального газа. Если потенциальная энергия взаимодействия молекул равна 0, внутренняя энергия идеального газа равна сумме кинетических энергий хаотического теплового движения вех молекул: U=N*E=v*Na*3/2 kT=3m/2M RT.
Внутренняя энергия идеального газа прямопропорционально его абсолютной температуре. Следовательно, при изменении температура идеального газа изменяется его внутренняя энергия; если температура остается постоянной, то внутренняя энергия идеального газа не изменяется. Используя уравнение состояния идеального газа можно получить одно выражение для вычисления внутренней энергии идеального одноатомного газа: p V = m/MRT => U=3/2 pV. Таким образом, внутренняя энергия идеального прямо пропорциональна произведению давления р на объем V, занимаемый газом.
Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева – Клайперона). Состояние идеально газа характеризует три макроскопические величины: р- давление, V – объем, Т – температура.
Р=n k T n =N/V N =v* N a тогда p=nkT=v*Na/V * kT, R=8,31
PV= m /MRT.
2. 2. Магнитные свойства вещества. Ферромагнетики и их применение.
Во всех телах, помещенных в магнитное поле, возникает магнитный момент. Это явление называется намагничиванием. Количественной характеристикой магнитных свойств вещества является магнитной проницаемостью, которая численно равна отношению вектора магнитной индукции в данной определенной среде к вектору магнитной индукции в той же точке пространства в вакууму: m= вектор B/векторB0. В зависимости от значения магнитной проницаемости, вещества можно разделить на ферромагнетики m>>1 – железо, кобальт, никель.
Парамагнетики – чуть больше 1, платина, жидкий кислород.
Диамагнетики M чуть меньше 1, висмут.
Ферромагнетизм объясняется магнитными свойствами электронов. Электрон эквивалентен круговому току или вращающемуся заряженному телу и поэтому обладает собственным магнитным полем. С увеличением магнитной индукции внешнего поля возрастает степень упорядоченности ориентации отдельных доменов - магнитная индукция возрастает. При некотором значении индукции внешнего поля наступает полное упорядочение ориентации доменов, и возрастание магнитной индукции прекращается. Это явление называется магнитным насыщением. При вынесении ферромагнитного образца из внешнего магнитного поля значительная часть доменов сохраняет упорядоченную ориентацию – образец становится постоянным магнитом. Ферромагнитные материалы, способные усиливать магнитные поля в десятки раз, широко применяются в современной технике. Стальной сердечник является одной из основных деталей в современной технике. Стальной сердечник является одной из основных деталей электрогенератора и электродвигателя, электромагнита и трансформатора. Тонкий слой ферромагнитного порошка на гибкой пленке используется для магнитной записи и воспроизведения звука.
Билет 11
1. 1. Агрегатные состояния вещества. Их объяснение на основе МКТ. Фазовые переходы вещества.
2. 2. Звуковые волны. Скорость звука. Громкость и высота звука. Эхо. Ультразвук и его использование.
3. 3. (Задача на соединение проводников)
Звук – часть упругих волн, воспринимаемых нашими ушами. Высота является частотой звука. В зависимости от условий одно и тоже вещество может находиться в различных состояниях: в твердом, жидком или газообразном. Эти состояния называются агрегатными. Молекулы одного и того же вещества в твердом, жидком или газообразном состоянии одни и тоже, ничем не отличаются друг от друга, меняется только их взаимное расположение. Изменение внутренней энергии может приводить к изменению агрегатного состояния. Переход вещества при определенной температуре из твердого состояния в жидкое называется плавлением. Из жидкого в твердое – отвердевание или кристаллизация. Из жидкого в газообразное – испарение. Обратно – конденсация.
2. 2. Звуковые волны. Скорость звука. Громкость и высота звука. Эхо. Ультразвук и его использование.
Мир наполнен самыми разнообразными звуками: тиканьем часов и гулом моторов, шелестом листов и завыванием ветра, пением птиц и голосами людей. О том, как рождаются звуки и что они собой представляют, люди начали догадываться очень давно. Достигая уха, звук воздействует на барабанные перепонки и вызывает ощущение звука. На слух человек воспринимает упругие волны, имеющие частоту в переделах от 16 Гц до 20 кГц (1 Гц – одно колебание в секунду). Вот почему упругие волны в любой среде, частоты которых лежат в указанных пределах, называют звуковыми волнами или просто звуком. В воздухе при температуре 0 и нормальном атмосферном давлении звук распространяется со скоростью 330 м/с, а в морской воде – около 1500 м/с, а в некоторых металлах его скорость достигает 700 м/с. Упругие волны с частотой меньше 16 Гц называют инфразвуком, а с частотой превышающей 20 кГц – ультразвуком. Звук может распространяться в виде продольных и поперечных волн. В газообразном состоянии возникают только продольные волны, когда колебательное движение частиц происходит лишь в том направлении, в котором распространяется волна. В твердых тела помимо продольных возникает и поперечные, когда частицы среды колеблются в направлении, перпендикулярных направлению волны. Звуковые волны несут с собой энергию, которую сообщают им источник звука. Величину кинетической энергии, протекающей за оду секунду через квадратный сантиметр поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны, вычислил Николай Алексеевич Наумов. Эту величину назвали потоком энергии. Она выражает меру интенсивности, или, как еще говорят, силы звука. Всякий реальный звук – это непросто гармоническое колебание, а своеобразная смесь многих гармонических колебаний с определенным набором частот.
Музыкальный звук характеризуется тремя качествами: высотой (определяюще2йся чистом колебаний в секунду – частотой), громкостью (зависящей от интенсивности колебаний) и тембром – окраской звука (зависящей от формы колебаний).
Из –за конечной скорости звука появляется эхо. Чтобы его услышать, можно произнести громкий звук перед крупным зданием, отстоящим от вас на 20 –30 метров. Распространяющаяся звуковая волна, встретив на своем пути большую преграду – стену здания, отражается от нее. Когда отраженная волна достигает нашего уха, мы слышим отголосок или эхо. Эхо – это звуковая волна, отраженная какой – либо преградой и возвратившаяся в то место, откуда она начала распространяться. Легко понять, что мы слышим эхо через такой промежуток времени. В течении которого звуковая волна проходит путь до преграды и обратно, те проходит двойное расстояние между источником звука и преградой. S=V*t/2. Излучая короткие импульсы волн и улавливая их эхо, измеряют время движения волны от преграды и обратно, а потом определит расстояние до преграды. В этом суть эхолокации.
Билет 12
1. 1. Электризация тел. Электрический заряд, его дискретность. Закон сохранения электрического заряда. Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона.
2. 2. Волны. Поперечные и продольные волны. Длина волны, ее связь со скоростью распространения и частотой (периодом) колебаний.
3. 3. (Задача на постулаты Бора)
Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая электромагнитное взаимодействие. Тело заряжено отрицательно, если на нем избыток электронов, положительно – дефицит. Закон сохранения зарядов – в замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов не изменяется.
Закон Кулона: два заряда взаимодействуют друг с другом с силой прямопропорционально произведению величин этих зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними F=kq1*q2/r^2,где k=9*10^9 Нм2/Кл^2. Сила направлена вдоль прямой, соединяющей заряженные тела. Она является силой отталкивания при одинаковых знаков зарядов, или притяжение при разных знаков. Взаимодействие неподвижных электрических зарядов – электростатическое или кулоновское. Соответственно поле – электростатическим. K=9*10^9 или k=1/4ПЕ0 =>Е0=1/4Пк = 8,85 *10^-12. Один кулон это заряд проходящий через поперечное сечение проводника за 1 с при силе тока в 1А. Электризация – это процесс индуцирования зарядов в теле (разделение зарядов на полож. и отрицательные). Электрический заряд может делится и наименьшая порция отрицательного заряда – электрон Еще меньшей отрицательной частицей являются кварки, составляющие 1/3, 2/3 от заряда электрона.. Заряд электрона обозначается буквой е. Он отрицателен и равен –1,6*10^-19. Заряд без частицы не существует, а частица без заряда может существовать. Перенос зарядов – это переход электронов с одного тела на другое.
2. 2. Волны. Поперечные и продольные волны. Длина волны, ее связь со скоростью распространения и частотой (периодом) колебаний.
Волна – это процесс распространения колебаний (вынужденных) в пространстве с течением времени. Условие существования волны: источник колебаний, взаимодействие между частицами среды. Особенности волнового движения – перенос энергии без переноса вещества. Параметры – скорость волны – скорость перемещения энергии; длина волны – минимальное расстояние между точками, колеблющимися в одинаковых фазах. Период – время повторения внешнего вида (период волны=период колебаний). V=Y/T V=Yv. виды волны: поперечная – волна в которой колебание частиц происходит поперечно направлению распространению волны (перпендикулярно скорости). Продольная – вдоль. Волновой фронт – волновая поверхность – это множество точек, колеблющихся в одинаковых фазах (линейный, плоский, круговой, сферический). Луч и волновой фронт всегда перпендикулярны.
Билет 13
1. 1. Электрическое поле. Напряженность электрического поля.
2. 2. Ускорение, скорость и перемещение при равноускоренном прямолинейном движении.
3. 3. «ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ»
1. 1. Взаимодействие зарядов по закону Кулона является установленным фактом. Однако математическое выражение закона взаимодействия зарядов раскрывает физической картиной самого процесса взаимодействия, не отвечает на вопрос: каким путем осуществляется действие зарядов q1 на заряд q2? Возможный ответ на этот вопрос давала теория дальнодействия, которая утверждал, что электрические заряды обладают способностью мгновенно действовать друг на друга на расстоянии. Теория близкодействия, созданная на основе работ Фарадея, объясняет взаимодействие электрических зарядов тем, что вокруг каждого электрического заряда существуют некая среда, через которую передаются электрические притяжения или отталкивания, те электрическое поле. Электрическое поле заряда – материальный объект, оно непрерывно вы пространстве и способна действовать на другие электрические заряды. Если к электроскопу, не касаясь его оси, поднести на некотором расстоянии заряженную палочку, то стрелка все равно будет откланяться. Это и есть действие электрического поля. При удалении палочки от оси электроскопа его действие будет проявляться слабее. Согласно теории близкодействия, взаимодействие электрических зарядов q1 и q2 есть результат действия поля заряда q1 на заряд q2 и наоборот. Любое электрическое поле обладает напряженностью. Напряженность электрического поля – это физическая величина, равная отношению силы, с которой поле действует на точечный электрический заряд, к значению этого заряда. Вектор E=векторуF/q1. Используя закон Кулона и определение понятия напряженности поля, получим выражение для модуля напряженности электрического поля в некоторой точке А на расстоянии r от точечного заряда. Если в точку А поместить точечный заряд, то на него будет действовать сила F=kq1q2/r^2 От куда следует E=kq/r^2. векторF= q* вектор E.
2. 2. Ускорение, скорость и перемещение при равноускоренном прямолинейном движении.
Равноускоренное прямолинейное, равнозамедленное
При равномерном прямолинейном движении с постоянной скоростью U вектор скорости в каждой точке направлен вдоль траектории.
Средняя скорость и численное значение мгновенной – равны, при таком движении ускорение а остается величиной постоянной, причем нормальная составляющая равна 0.
Если направление ускорения совпадает с направлением скорости, то движение называется - равноускоренным, а если не совпадает – то, равнозамедленным.
* * Прямолинейное движение, при котором скорость тела за любые равные промежутки времени изменяется на одинаковую величину, называется равноускоренным прямолинейным движением.
Онологично для равнозамедленного движения с ускорением а<0, знак учитывается в формуле (x ).
Билет 14
1. 1. Работа при перемещении заряда в электрическом поле. Разность потенциалов. Напряжение.
2. 2. Деформация, растяжение и сжатие. Сила упругости. Закон Гука.
3. 3. (Задача на расчет импульса и энергии фотона)
Пусть в электрическом однородном поле с напряженностью вектор Е происходит перемещение заряда по линии напряженности на расстояние дельта d=d1-d2, тогда работа равна A=F(d1-d2)=qE(d1-d2). Из механики известно, что при перемещении между двумя точками в гравитационном поле работа силы тяжести не зависит от траектории движения тела. Силы гравитационного и электростатического взаимодействий имеют одинаковую зависимость от расстояния. Векторы силы направлены по прямой, соединяющей точечные тела. Отсюда следует, что и при перемещении заряда в электрическом поле из одной точки в другую работа сил электрического поля не зависит от траектории движения. Работы сил электростатического поля по замкнутой траектории равна нулю. Поле, работа сил которого по замкнутой траектории равна нулю, называется потенциальным. И гравитационное поле, и поле электростатическое являются потенциальными полями.
При перемещении электрического заряда в электростатическом поле работа сил равна произведению заряда на разность потенциалов начальной и конечной точек траектории движения заряда.. Так как работа сил электростатического поля при перемещении заряда из одной точки пространства в другую не зависит от траектории движения заряда межу этими точками, то разность потенциалов является величиной, не зависящей от траектории движения заряда. Следовательно, разность потенциалов может служить энергетической характеристикой электростатического поля. Единица разности потенциалов называется вольтом. Если потенциал электростатического поля на бесконечно большом расстоянии от точечного электрического заряда в вакууме принимается равным нулю, то на расстоянии r от заряда он определяется по формуле фи=k/q/r. Отношение работы А, совершаемый любым электрическим полем при перемещении заряда из одной точки поля в другую, к значению этого заряда называется напряжение между этими точками U=A/q. Отсюда работа сил электрического поля при перемещении заряда равна произведению напряжения U между точками на заряд q А=q*U. В электростатическом поле напряжение между двумя любыми точками равно разности потенциалов этих точек. U12=фи1-фи2. Напряжение характеризует электрическое поле, которое создает ток. Напряжение показывает, какую работу совершит электрическое поле при перемещении межу точками поля заряда в 1 Кл. N=A/t A=N*t U=N*t/q = N/I. Связь напряжения с напряженностью поля. При перемещении положительного заряда по линии напряженности однородного поля на расстояние д кулоновская сила совершает работу A-F*d=qEd A=U*q qEd=Uq U=Ed E=U/d.
2. 2. Деформация, растяжение и сжатие. Сила упругости. Закон Гука.
Деформация это процесс изменения формы и размеров тела. Деформация Е – это безразмерная величина, равная отношению размера изделия дельта эль к исходному размеру эль нулевое. Механическое напряжение – величина, характеризующая упругие силы на единицу площади, численно раная отношению силы упругости к площади поперечного сечения образца.
Закон Гука. Ряд растяжения или сжатия, характеризующегося вектором деформации (удлинения или сжатия) дельта l: сила упругости пропорциональна вектору деформации и противоположна ему по направлению. Механическое напряжение возникающая в образце пропорциональна относительному удлинению сигма=EE.
Сигма=F/S, F/S=E*дельтаl/l0 F=(ES/l0)*дельта l. F=k*дельта l.
Жесткость K=ES/l0. Упругая деф. – деф, при котором при снятии нагрузки образец восстанавливает свою форму. Пластичная наоборот. Пластичная деформация происходит путем взаимных сдвигов соседних слоев материала, причем эти сдвиги имеют необратимый характер. Запас прочности величина, показывающая во сколько раз предел прочности больше допустимой нагрузки. Деформация: растяжение, сжатие, сдвиг, изгиб, кручение.
Билет 15
1. 1. ЭДС. Закон Ома для полной цепи. Определение сопротивления проводников.
2. 2. Свободные колебания в механических и электрических колебательных системах. Частота свободных колебаний. Затухание свободных колебаний.
3. 3. (Задача на использование графиков изопроцессов в газах)
1. 1. Полная работа сил электростатического поля при движении зарядов по замкнутой цепи постоянного тока равна нулю. Следовательно, вся работа электрического тока в замкнутой электрической цепи совершается за сет сторонних сил, вызывающих разделение зарядов внутри источника тока и поддерживающих на его выходе постоянное напряжение. ЭДС – величина, характеризующая способность источника тока совершать работу по разделению заряда, ч.р. отношению работы сторонних сил, совершаемой сторонними силами по перемещению заряда q вдоль цепи, к значению этого заряда. E=A/дельтаq. Выражается в тех же единицах, что и напряжение.
Если в резщультате прохождения тока в замкнутой электрической цепи происходит только нагревание проводнико, то по закону сохранения энергии полная работа электрического тока в замкнутой цепи, равная работе сторонних сил источника тока, равна количеству теплоты, выделившейся на внешнем и внутреннем участках цепи: А=Аст=Аполн. Так как Аст=дельтаq*(ЭДС), а полная Qполн=I^2(R+r)*дельтаt, то дельтаq*e=I^2*(R+r)*дельта t; дельтаq=I*дельта t. ЗНАЧИТ E=I(R+r) I=E/R+r. Сила тока в электрической цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника тока и обратно полному сопротивлению цепи.
R=роl/s, где ро – удельное сопротивление проводника.
2. 2. Свободные колебания в механических и электрических колебательных системах. Частота свободных колебаний. Затухание свободных колебаний.
Простейшая электрическая цепь, в которой могут возникать свободные электромагнитные колебания за счет первоначального сообщения й энергии, состоит из конденсатора и катушки индуктивности. Такую систему называют колебательным контуром. При присоединении к конденсатору катушки индуктивности он начиает разряжаться, в цепи появляется электрический ток. Сила тока возрастает постепенно, это обусловлено явлением самоиндкции. При появлении тока возникает переменное магнитное поле. Оно пораждает в проводнике вихревое электрическое поле. Оно при нарастании магнитного поля направлено против тока и и препятствует его мгновенному увеличению. По мере разрядки конденсатора энергия электрического поля уменьшается, но одновременно возрастает энергия магнитного поля тока. Конденсатор полностью разрядился, вся энергия в катушке. Но не смотря на то, что напряжение равно нулю, электрический ток не прекращается, препятставует явление самоиндукции. Как только сила тока и созданное им магнитное поле начнут уменьшаться, возникнет вихревое электрическое, которое будучи направленное по току, начнет его поддерживать. В результате конденсатор перезаряжается до тех пор, пока ток, постепенно уменьшаясь, не станет равным нулю. Примером может служить переменный ток в осветительной эектросетях. Механические колебания – это поочередные периоические вижения тоела в двух противоположны положениях. Чатотой колебаий называют число колебаний, совершаемых телом за одну секунду - cобственная частота. Ню=1/T. Т=2п*корень из LC.
Все свободные колебания – затухающие.
Билет 16
1. 1. Магнитное поле тока. Магнитная индукция. Сила Лоренца. Сила Ампера.
2. 2. Термоядерная реакция. Перспективы и проблемы развития ядерной энергетики.
3. 3. (Задача на использование зависимостей кинематических величин)
Подобно тому, как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает электрическое поле, в пространстве, окружающем проводники с током, возникает магнитное поле. Магнитное поле представляет собой особый вид материи, посредством которого осуществляется взаимодействие между движущимися электрическими заряженными частицами. Основные свойства магнитного поля: магнитное поле порождается электрическим полем. Магнитное поле обнаруживается по действию на ток. Магнитное поле материально, оно действует на тела, а следовательно, обладает энергией. Экспериментальным доказательством реальности магнитного поля является факт существования электромагнитных волн. Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, называется силой Ампера. Для характеристики способности магнитного поля оказывать силовое воздействие на проводник с током вводится векторная величина – магнитная индукция вектор В [Тл]. F=BILsin(альфа). Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называют – силой Лоренца. F=B*q*V*sin(альфа).
2. Термоядерная реакция. Перспективы и проблемы развития ядерной энергетики.
Ядерную энергию можно получить двумя способами: делением тяжелых ядер и синтезом легких ядер. Ядерный синтез, происходящий в разогретом веществе, называют термоядерной реакцией. Прежде всего нужно нагреть термоядерное горючие до температуры, когда реакции синтеза могут происходить с заметной вероятностью. Необходимо, чтобы при синтезе выделялось больше энергии, чем затрачивается ее на нагрев вещества, или чтобы рождающиеся при синтезе быстрые частицы сами поддерживали требуемую температуру горючего. Для этого нужно, чтобы вступающее в синтез вещество было надежно теплоизолированно от окружающей холодной среды, те чтобы время остывания было достаточно велико. Легче всего осуществлять синтез между тяжелыми изотопами водорода – дейтерием 2/1Н и тритием 3/1Н. При этом получается ядро гелия и нейтрон 4/2Н + 1/0n. Так как тепловая скорость ионов водорода составляет 10^8 см/с, за 1 с ионы пролетают 1000 км, те нужны специальные устройства, предотвращающие попадание плазмы на стенки. Плазма – газ, состоящий из смеси электронов и ионов. На заряженные частицы, движущиеся поперек магнитного поля, действует сила, искривляющая их траекторию. Те магнитное поле может предотвратить уход заряженных частиц, но этого мало. Можно сделать «магнитные пробки» - области с более сильным магнитным полем, отражающие часть частиц. Но лучше всего «свернуть» силовые линии в кольцо, использовать тороидальное магнитное поле. Оно неоднородно в пространстве – его напряженность спадает по радиусу, а в неоднородном поле возникает медленное движение заряженных частиц – так называемый дрейф. Его можно ликвидировать, пропустив через плазму ток вдоль обхода тора. Тогда поле получится винтовым. Двигаясь по спирали вдоль силовых линий, заряженные частицы будут переходить из верхней полуплоскости тора в нижнюю и обратно. Именно так устроена магнитная система установок Токамак. Кроме термоизоляции плазмы необходимо обеспечить ее нагрев. В Токамаке для этой цели используется ток, протекающий по плазменному шнуру.
Билет 17
1. 1. Явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.
2. 2. Принцип действия тепловых двигателей. КПД теплового двигателя. Роль тепловых машин.
3. 3. (Задача на выход ядерной реакции)
1. 1. Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в замкнутом электропроводящем контуре при изменении магнитного потока через площадь этого контура. По правилу Ленца, возникающий в замкнутом контуре индукционный ток направлен так, что создаваемый им магнитный поток через площадь, ограниченную контуром, стремиться препятствовать тому изменению потока, которое вызывает данный ток. Явление ЭИ находит широкое применение в технике. Оно используется в индукционных генераторах тока, индукционных плавильных печах, трансформаторах, в счетчиках электроэнергии и др.
Закон ЭИ формулируется именно для ЭДС индукции, а не для силы индукционного тока: ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром: Ei=модуль(дельта Ф/дельта t). С учетом правила Ленца: Ei=-дельта Ф/дельта t. При изменении магнитного потока в катушке, имеющей n одинаковых витков провода, общая ЭДС индукции в n раз больше ЭДС одного витка.
2. Принцип действия тепловых двигателей. КПД теплового двигателя. Роль тепловых машин.
Тепловым двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию. Сегодня один из самых распространенных тепловых двигателей является ДВС. Принцип действия заключается в том, что энергия топлива переходит во внутреннюю энергию пара, а пар, расширяясь, совершает работу. Так внутренняя энергия пара превращается в кинетическую энергию поршня.
Только в идеальных условиях поная работа равна работе полезной. Отношение полезной работы к полной называется КПД. КПД любого мханизма всегда меньше 100%.
Билет 18
1. 1. Электромагнитное поле и его материальность. Электромагнитные волны, их свойства. Радиолокация и ее применение.
2. 2. Архимедова сила. Условие плавания тел. Плавание судов. Воздухоплавание. Измерьте выталкивающую силу используя динамометр.
3. 3. Задача на уравнение состояния.
Два положения: 1. Изменение электрического поля всегда сопровождается магнитным полем. 2. Изменяющееся магнитное поле всегда сопровождается электрическим полем. Замкнутость магнитных и электрических силовых линий электромагнитного поля – весьма важное положение теории Максвелла. Электромагнитное поле материально. Физики знают две формы материи – вещество и поле (электромагнитное, гравитационное, внутриядерное). Скорость распространения электромагнитного поля равна скорости распространения света. Отсюда возникла идея, что и свет представляет собой электромагнитное поле. Электромагнитное поле – это та часть пространства, которая содержит в себе и окружает тела, находящиеся в электрическом или магнитном состоянии. Материальность электромагнитного поля подтверждается тем, что в нем наблюдается действие сил, что оно является носителем и передатчиком энергии.
Все пространство пронизано электромагнитным излучением. Электромагнитные волны – это процесс распространения электромагнитных колебаний в пространстве с конечной скоростью. Представьте себе, что электрический заряд приведен в быстрые колебания вдоль некоторой прямой. Тогда начнет периодически изменяться и электрическое поле вокруг заряда. Причем период изменений будет равен периоду колебаний заряда. Переменное электрическое поле будет порождать периодически меняющееся магнитное поле, а последнее вызовет появление электрического поля уже на большем расстоянии от заряда. Их свойства: поглощение, отражение, преломление. Характерно явление интерференции (сложение волн) и дифракции (огибание препятствий).
Радиолокация – область науки и техники, занимающаяся наблюдением различных объектов воздухе, на воде, не земле и определением их местоположения, а также расстояния до них при помощи радио. Всем хорошо известно эхо: звук, отраженный от препятствия. В радиолокации происходит все также. Радиолокатор посылает импульс радиоволн в сторону объекта и обратно. Поскольку скорость распространения радиоволн известна, равна скорости света, то по интервалу между всплесками электронного луча на экране трубки можно определить расстояние до объекта. R=ct/2. С=3*10^8 м/с.
2. Архимедова сила. Условие плавания тел. Плавание судов. Воздухоплавание. Измерьте выталкивающую силу используя динамометр.
Архимедова сила – сила, выталкивающая погруженное в жидкость тело. Fвыт.=Ржид=g*mж. Закон Архимеда : На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной этим телом жидкости. Fа=Рж=gm=gVро.
Положение тела в жидкости зависит от соотношения двух сил – тяжести и Архимедовой, при этом возможны три случая. Сила тяжести>архимедовой – тонет. Равны – плавает. Меньше – всплывает. Когда при всплывании тела сила тяжести сравнивается с Архимедовой, тело остановится и будет плавать на поверхности жидкости. Опытным путем доказано, что если тело плавает в жидкости, то вес вытесненной им жидкости равен весу этого тела в воздухе. Глубину, на которую суд6но погружается в воду, называется осадкой. Ватерлиния. Размеры судна характеризуются в прежде всего его водоизмещением – весом вытесняемой судном воды при погружении до ватерлинии, равным силе тяжести, действующее на судно с грузом. Если из водоизмещения вычесть вес самого судна, то получится его грузоподъемность.
Билет 19
1. 1. Спектр электромагнитных излучений. Зависимость свойств электромагнитных излучений от частоты. Применение электромагнитных излучений.
2. 2. Дисперсия света. Спектр. Спектроскоп.
3. «ПРОВЕРКА УСЛОВИЯ РАВНОВЕСИЯ РЫЧАГА»
1. 1. Видимое излучение (свет) составляет ничтожную часть широкого спектра электромагнитных волн или шкалы электромагнитных излучений. Принято выделять низкочастотное излучение, радиоизлучение, инфракрасные лучи, видимый свет (оптический диапазон), ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и гамма – излучение. Наиболее коротковолновое гамма- излучение испускается атомами ядрами. Все они представляют собой электромагнитные волны, порождаемые движущимися заряженными частицами. По мере уменьшения длины волны проявляются и существенные качественные различия электромагнитных волн. Излучения различных длин волн отличаются друг от друга по способу их получения (излучение антенны, тепловое излучение, излучение при торможении быстрых электронов) и методом регистрации, те по характеру взаимодействия с веществом. Применение: медицина, диагностика, лечение заболеваний, в других науках, криминалистика, искусствоведение.
2. 2. Дисперсия света. Спектр. Спектроскоп.
Дисперсия- это зависимость показателя преломления света от частоты колебаний или длины волны. Спектр – это цветные полосы, получающиеся в результате разложения света призмой по длинам волн. Бывают: непрерывные, линейчатые и спектры поглощения.
Непрерывные спектры. Солнечный спектр, спектр электрической лампы являются непрерывными. В спектре нет разрывов, и на экране можно видеть сплошную цветную полоску. Такие спектры дают тела, находящиеся в твердом или жидком состоянии. Для получения видимого непрерывного спектра нужно нагреть тело до высокой температуры. Характер непрерывного спектра в сильной степени зависит от взаимодействия атомов друг с другом.
Линейчатые спектры. Их дают все вещества, находящиеся в газообразном атомарном (но не молекулярном) состоянии. В этом случае свет излучают атомы, которые практически не взаимодействуют друг с другом. Это самый фундаментальный тип спектров. Обычно для наблюдения линейчатых спектров используют свечение паров вещества в пламени или свечение газового разряда в трубке, наполненной исследуемым газом.
Спектры поглощения. Если пропускать белый свет сквозь холодный неизлучающий газ, то на фоне непрерывного спектра источника появляются темные линии. Газ поглощает наиболее свет как раз тех длин волн, которые он испускает в сильно нагретом состоянии. Темные линии на фоне непрерывного спектра – это линии поглощения, образующие в совокупности спектр поглощения.
Опытным путем оказалось, что светящиеся пары любого химического элемента излучают только одному ему свойственный спектр – набор монохроматических излучении, каждому из которых в спектре принадлежит своя линия.
Спектроскоп – это прибор позволяющий получить информацию о составе и свойствах вещества, при помощи их спектра (прибор, выявляющий спектр вещества).
Билет 2
1. 1. Первый з-н Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности в классической и релятивистской механике.
2. 2. Основные принципы радиосвязи. Модуляция и детектирование. Простейший радиоприемник. Изобретение радио А.С. Поповым. Развитие средств связи.
3. 3. (К=1/3 n mv2)
I закон Ньютона
* * Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор пока внешнее воздействие не заставит его изменить это состояние.
* * Инерция – стремление тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.
* * Инерциальные системы отсчета – системы по отношению к которым выполняется I закон Ньютона.
I закон Ньютона утверждает существование и с.о.
! М.т. сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока внешнее воздействие не выведет его из этого состояния.
Инерциальной системой отсчета можно считать гемеоцентрическую с.о.
Всякое изменение состояния, любое ускорение, есть результат действия на движущееся тело со стороны других тел.
* * Сила – это векторная физическая величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел или полей, в результате которого тело приобретает ускорение или изменяет свою форму и размеры.
* * Масса тела – физическая величина, являющаяся одной из основных характеристик матери, определяющая ее инерциальные и гравитационные свойства.
4 вида воздействия.
1. 1. Гравитационное (обусловленное всемирным тяготением)
2. 2. Электромагнитное (осуществляется через магнитное или электрическое поле)
3. 3. Сильное или ядерное (обеспечивающее связь части в атомном ядре)
4. 4. Слабое взаимодействие (ответственные за многие процессы распада элемент. частиц).
* * Физическое поле – особая форма материи, связывающая частицы вещества в единые системы и передающиеся с конечной скоростью действия одних частиц на другие.
Сила F полностью задана, если указаны ее модуль, направление в пространстве и точки приложения. Прямая вдоль которой направлена сила, называется линией действия силы.
* * Поле, действующее на мт с силой F, называется стационарным полем, если оно не изменяется с течением времени.
Для стационарного поля необходимо, чтобы создающие его тела покоились относительно инерциальной системы отсчета, использованной в данной задаче.
2. 2. Основные принципы радиосвязи. Модуляция и детектирование. Простейший радиоприемник. Изобретение радио А.С. Поповым. Развитие средств связи.
Важнейшим этапом в развитии радиосвязи было создание в 1913 году генератора незатухающих электромагнитных колебаний). Кроме передачи телеграфных сигналов, состоящих из коротких и более продолжительных импульсов электромагнитных волн, стала возможна надежная и высококачественная радиотелефонная связь – передача речи или музыки с помощью электромагнитных волн. Принцип радиосвязи заключается в следующем. Переменный электрический ток высокой частоты, созданный в передающей антенне, вызывает в окружающем пространстве быстро меняющееся электрическое поле, которое распространяется в виде электромагнитной волны. Достигая приемной антенны, электромагнитная волна вызывает в ней переменный ток той же частоты, на которой работает передатчик.
При радиотелефонной связи колебания давления воздуха в звуковой волне с помощью микрофона превращаются в электрические колебания той же формы. Колебания звуковой частоты представляют собой сравнительно медленные колебания, а электромагнитные волны низкой (звуковой) частоты почти совсем не излучаются.
Обнаружить радиоволны и извлечь из них передаваемую информацию можно с помощью радиоприемника.
Достигая антенны приемника, радиоволны пересекают ее провод и возбуждают (индуцируют) в ней очень слабые радиочастоты. В приемной антенне одновременно находятся высокочастотные колебания от многих радиопередатчиков. Поэтому один из важнейших элементов радиоприемника – селективное (избирательное) устройство, которое из всех принятых сигналов может отобрать нужные. Таким устройством является колебательный контур, позволяющий настраивать приемник на радиоволны определенной длины.
Колебания тока в контуре будут наиболее сильными, если частота колебаний подведенного сигнала совпадает с частотой колебаний контура. Назначение других элементов радиоприемника заключается в том, что бы усилить принятые или отраженные колебательным контуром высокочастотные модулированные колебания, выделить из них колебания звуковой частоты, уменьшить их и преобразовать в сигналы информации. Первую из этих функций выполняет усилитель колебаний радиочастоты, вторую – детектор, третью – усилитель колебаний звуковой частоты, четвертую – динамическая головка громкоговорителя или приемный телеграфный аппарат.
Билет 20
1. 1. Законы отражения и преломления света. Полное отражение и его применение.
2. 2. Электрический ток в металлах. Сопротивление. Удельное сопротивление. Зависимость сопротивления от температуры. Сверхпроводимость.
«ИЗМЕРЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ»
1. 1. Луч света в однородной среде прямолинеен. На границе двух сред он меняет свое направление: часть света или весь возвращается в первую среду. Это явление называется отражением света. Закон отражения: падающий луч, отраженный и перпендикуляр на границе двух сред, лежат в одной плоскости. Угол падения равен углу отражения.
Закон преломления: падающий луч, преломленный и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения к синуса угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред. sinальфа/sinбетта=n. Постоянную величину n называют относительным показателем преломления, или показателем преломления второй среды относительно первой. Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления этой среды. Он равен отношению синуса угла падения к синусу угла преломления при переходе вещества из вакуума в данную среду. Среду с меньшим абсолютным показателем преломления принято называть оптически менее плотной.
Полное отражение – явление, когда свет идет из более оптически плотной среды м в менее. Угол падения альфа нулевое, соответствующий углу преломления 90 градусов, называют предельным углом отражения. Явление полного отражения лежит в основе работы стеклянных волоконных световодов. Оно используется в призматических биноклях и перископах, этим явлением объясняются миражи в природе.
2. 2. Электрический ток в металлах. Сопротивление. Удельное сопротивление. Зависимость сопротивления от температуры. Сверхпроводимость.
Все металлы в твердом и жидком состоянии являются проводниками электрического тока. При прохождении электрического тока по проводнику его масса не меняется. Ионы металла не принимают участия в переносе электрического заряда. В создании электрического тока участвуют только электроны. Было обнаружено, что при резкой остановке быстро вращающейся катушки в ее проводе возникает электрический ток, создаваемый электронами. В отсутствии электрического поля свободные электроны перемещаются в кристалле металла хаотически. Под действием электрического поля свободные электроны обретают упорядоченное движение в одном направлении, и в проводниках возникает электрический ток. Свободные электроны сталкиваются с ионами кристаллической решетки и отдают им часть кинетической энергии, проводник нагревается. При нагревании удельное электричес4кое сопротивление проводника увеличивается ро=ро нулевое*(1-альфаt), где ро – удельное электрическое сопротивление при температуре t, ро нулевое при температуре 0, альфа – температурный коэффициент сопротивления. С приближением температуры к абсолютному нулю удельное сопротивление монокристаллов становится очень маленьким.
R=роl/s, где ро – удельное сопративлени5е проводника (Ом*м).
Явление уменьшения удельного сопротивления до нуля при температуре, отличной от нуля, называется сверхпроводимостью. Прохождение тока в сверхпроводнике происходит без потерь энергии, поэтому однажды возбужденный в сверхпроводящем кольце электрический ток может существовать неограниченно долго без изменений.
Билет 21
1. 1. Волновые свойства света.
2. 2. Вынужденные колебания. Резонанс. Зависимость амплитуды колебаний от частоты вынуждающей силы.
3. 3. «ИЗМЕРЕНИЕ ЭДС И СОПРАТИВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ТОКА»
1. 1. Основными волновыми свойствами света является интерференция, суперпозиция и дифракция. Проникновение волны в область геометрической тени называется дифракцией. Дифракция проявляется, когда длина волны сравнима с размером препятствия. Дифракция доказана опытным путем. Интерференция света – сложение двух когерентных волн, вследствие которого наблюдается устойчивая во времени картина усиления или ослабления результирующих световых колебаний в различных точках пространства. (это явление возникновения устойчивой картины перераспределения энергии при сложении двух или более когерентных волн). Результат интерференции 1. Условие максимума дельта d=2к*x/2. 2. Минимума дельта d=(2к+1)x/2. Когерентные волны: 1 одинаковой частоты 2. Постоянная разность фаз. Суперпозиция – явление прохождения волной через одно пространство без искажения.
2. 2. Вынужденные колебания. Резонанс. Зависимость амплитуды колебаний от частоты вынуждающей силы.
Это колебания вызванные воздействием на тело периодической внешней силы. Резонанс – явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний тела при совпадении частоты вынуждающей периодической силы с собственной частотой колебаний тела. При резонансе вынуждающая сила в течении всего периода колебания направлена в туже сторону, что и вектор скорости колеблющегося тела. При отсутствии трения и сопротивления воздуха амплитуда колебаний могли бы возрастать неограниченно. Амплитуда – это модуль максимального значения изменяющейся частоты.
Билет 22
1. 1. Фотоэффект и его законы. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Кванты света. Применение фотоэффекта.
2. 2. Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора. Соединение конденсаторов.
3. 3. (Задача на закон сохранения мех. Энергии)
1. 1. При распространении света проявляются его волновые свойства, а при взаимодействии с веществом обнаруживается его прерывистая структура, проявляемая, например, при фотоэффекте. Фотоэффектом называется вырывание электрона вещества под действием света. Различают два вида: внешний заключается в испускании электронов с поверхности вещества, внутренний связан с перераспределением электронов атомов по их состоянию в твердом теле, при поглощении им электромагнитного излучения. Установлен закон: максимальная скорость вылетающих электронов зависит от частоты колебаний электромагнитной волны и растет с увеличением частоты. Hv=Aвых + mV^2/2, где h постоянная Планка.
При испускании свет ведет себя подобно потоку частиц с энергией E=hv, зависящей от частоты испускания. Сама световая частица получила название фотон, или световой квант. Энергия фотона часто выражается через циклическую частоту w=2Пv h-=h/2п=1.05*10^-34 Дж*с Тогда E = hv=h-w E=mc^2 Тогда m=hv/c^2/ Фотон не имеет массы. Таким образом p=mc=hv/c=h/лямда.
На основе внешнего фотоэффекта работают фотоэлементы (турникет в метро)Фотодиоды для измерения распределение температуры слабо нагретых тел. Солнечные батареи в космических аппаратах.
2. 2. Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора. Соединение конденсаторов.
Электроемкостью называется физическая величина, определяемая отношением заряда q одной из пластин конденсатора к напряжению между обкладками конденсатора U: С=q/U. (Ф). Электроемкость – это способность проводника накапливать электрический заряд. Для накопления значительных количеств разноименных электрических зарядов применяются конденсаторы. Конденсатор – это система проводников электроемкость которых не меняется от внешнего воздействия. Напряжение между обкладками заряженного конденсатора U=q/C. В процессе разрядки напряжение падает до нуля. Среднее значение напряжения в процессе разрядки Uср=U/2 = q/2C. Для работы А, совершаемой электрическим полем при разрядке конденсатора A=q*Uср=qU/2 = CU^2/2. Значит потенциальная энергия W=A=CU^2/2=q^2/2C=qU/2. Энергия конденсатора обусловлена тем, что электрическое поле между его обкладками обладает энергией.
При последовательном соединении: 1/C0=1/C1+1/C2. При параллельном C0=C1+C2.
Билет 23
1. 1. Модель атома Резерфорда – Бора. Квантовые постулаты Бора.
2. 2. Полупроводниковые приборы.
3. 3. Задача на движение тела по окружности
1. 1. Эксперименты Резерфорда послужили основой для создания протонно – нейтронной модели атома. В центре атома находится атомное ядро. Весь остальной объем это электроны. Внутри ядра электронов нет. Ядро состоит из протонов и нейтронов. Число электронов равно числу протонов в ядре. Масса электрона примерно в 2000 раз меньше массы протона или нейтрона, поэтому почти вся масса находится в ядре. Электроны летают вокруг атома по орбитам. Но так как атом движется по орбитам с ускорением, то он должен испускать энергию, а значит в конце упасть на ядро, превратившись в нейтрино. Были введены постулаты Бора: 1. Атомная система может находится только в особых стационары, или квантовых, состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия. В стационарном состоянии атом не излучает. Этот постулат противоречит классической механике, согласно которой энергия движущегося электрона может быть любой. Противоречит и электродинамике, так как допускает ускоренного движения без испускания энергии. 2. При переходе атома из стационарного состояния в другое испускается или поглощается квант электромагнитной энергии. Этот постулат тоже противоречит электродинамике Максвелла, согласно которой частота излученного света равна частоте обращения электрона по орбите. По теории Бора частота только связана с изменением энергии атома.
2. 2. Полупроводниковые приборы.
Билет 24
1. 1. Состав ядра атома. Изотопы. Энергия связи.
2. 2. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Термо- и фоторезисторы.
3. 3. (Задача на второй закон Ньютона)
1. Согласно протонно – нейтронной модели атомные ядра состоят из элементарных частиц двух видов: протонов и нейтронов. Известно, что заряд электрона примерно равен заряду протона = 1,6*10^-19 Кл, а масса протона =1,6726 * 10^-27 кг или 1,00728 а.е.м. Нейтрон не имеет электрического заряда, его масса равна 1,00867 а.е.м..1 а.е.м.=1,6605*10^-27 кг и соответствует энергии 931,5 МэВ. Число протонов в ядре называют зарядом ядра. Массовым числом ядра А называют сумму числа протонов Z и числа нейтронов N А=Z+N.
Изотопы – ядра с одинаковой массой.
Минимальную энергию, которую нужно затратить для разделения атомного ядра на составляющие его нуклоны, называют энергией связи. Эта энергия расходуется на совершение работы против действия ядерных сил притяжения между нуклонами. На основе закона сохранения энергии можно утверждать, что при образовании ядра из отдельных нуклонов выделяется энергия, равная энергия связи. E=mc^2. Всякое изменение энергии системы на дельта Е сопровождается изменением ее массы дельта m на величину дельтаЕ/c^2. Точнейшие измерения массы ядер показывают, что сумма масс покоя протонов и нейтронов, составляющих данное ядро больше массы покоя этого ядра. Разность масс дельта M=Zm+Nm – Mя.
2. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Термо- и фоторезисторы.
Полупроводник – это класс веществ, занимающих промежуточное положение между веществами, хорошо проводящими электрический ток, и веществами, практически не проводящим электрического тока. Для них характерна сильная зависимость их свойств и характеристик от микроскопических количеств содержащихся в них примесей. Важное свойство полупроводников состоит в том, что электрический ток переносится в них не только отрицательными зарядами – электронами, но и равными им по величие положительными зарядами – дырками. Атомы в кристалле полупроводника связаны между собой с помощью электронов внешней электронной оболочки. При тепловых колебаниях атомов тепловая энергия неравномерно распределяется между электронами, образующими связи. Отдельные электроны могут получать количество тепловой энергии, достаточное для того, чтобы «оторваться» от своего атома и получить возможность свободно перемещаться в кристалле, те стать потенциальными носителями тока. Такой уход электрона нарушает электрическую нейтральность атома, у которого возникает положительный заряд, равный по величине заряду ушедшего электрона. Это вакантное место называется дыркой. Так как вакантное место может быть занято электроном соседней связи, дырка также может перемещаться внутри кристалла и являться уже положительным носителем тока. Естественно, что электроны и дырки при этих условиях возникают в равных количествах, и электропроводность такого идеального кристалла будет в равной степени определяться как положительными, так и отрицательными зарядами. Если на место атома основного полупроводника поместить атом примеси, во внешней электронной оболочке которого содержится на один электрон больше, чем у атома основного полупроводника, то такой электрон окажется как бы лишним. Достаточно в десятки раз меньше энергии, чтобы оторвать его от своего атома и превратить в свободный электрон. Такие примеси называются донорными, те отдающими лишний электрон. Введение в полупроводник примесей, внешняя электронная оболочка которого содержит меньшее количество электронов, приводит к появлению незаполненных связей, и дырка получает возможность свободно перемещаться по кристаллу. Иными словами, движение дырки – это последовательный переход электронов из одной соседней связи в другую. Такие примеси, принимающие электрон, называются акцепторными. С увеличением количества примесей того или иного типа электропроводность кристалла начинает приобретать все более выраженный электронный или дырочный характер. Электропроводимость бывает n-типа и p-типа.
Билет 25
1. 1. Радиоактивность. Вида радиоактивных излучений и их свойства. Биологическое действие ионизирующих излучений.
2. 2. Сила трения в быту и технике. Измерьте силу трения.
3. 3. (Задача на использование законов электролиза)
1. 1. Радиоактивность представляет собой самопроизвольный процесс, происходящий в атомах радиоактивных элементов. Это явление определяется как самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа одного химического элемента в изотоп другого; при этом происходит испускание электронов, протонов, нейтронов или ядер гелия. Виды: гамма- лучи – это очень короткие электромагнитные волны. Их длина от 10^-10 до 10^-13 м. Скорость их распространения около скорости света. Бета – лучи. Природа бета лучей была установлена раньше всех – в 1899 году. По их отклонению в электрическом и магнитных полях был измерен удельный заряд. Оказалось, что он такой же как у электрона. Значит бета лучи -–это электроны, движущиеся с огромными скоростями, очень близкими к скорости света. Альфа – частицы. Знак заряда у них положительный. Это ядро атомов гелия. Значит ее заряд 2е, а масса 4 а.е.м. Вылетающие из радиоактивных ядер альфа частицы имеют большие скорости, достигающие десятых долей скорости света, значит обладают большой энергией. Их свойства – это проникающая и ионизирующая.
Излучение вызывает ионизацию атомов и молекул и это приводит к изменению их химической активности. Для харак4теристики воздействия излучения вводится понятие поглощенная доза излучения. D=E/m. (грей). Самой первой единицей дозы излучения был рентген, он определяется по ионизации, производимой излучением. 1 рентген определяются как дозу рентгеновского или гамма – излучения при которой 1 кг воздуха поглощает энергию 0,878 * 10^-2. 1Р=0,01 Гр.
2. 2. Сила трения в быту и технике. Измерьте силу трения.
Без этой силы гвозди и винты бы выскакивали из стен, ни одной вещи нельзя было бы держать в руках, никогда бы не прекращался вихрь. Звук не умолкал бы, а звучал эхом. Применяют: санки, вывозка леса по ледяной дороге( дороги с ледяными рельсами для саней: две лошади могли тащить 70 тон бревен)
Билет 26
1. 1. Цепная реакция деления ядер урана. Ядерный реактор.
2. 2. Механическая работа и мощность. Измерьте КПД при подъеме по наклонной плоскости.
3. 3. (Задача на тепловое действие тока)
1. Реакция происходит под действием медленных нейтронов. У нее две важных особенности: 1. При делении каждого ядра выделяется значительная энергия. 2. Каждый акт деления сопровождается вылетом 2- 3 вторичных нейтронов, те сделать реакцию цепной – самоподдерживающейся. Управляемые цепные ядерные реакции осуществляются в ядерных реакторах. В них используются не чистые изотопы, а их смеси, например природный уран, обогащенный изотопами урана 235. С помощью специальных поглотителей нейтронов число делений в единицу объема в единицу времени поддерживается на заданном уровне. Для реакции пригодны только ядра изотопов урана с массовым числом 235. Ядра делятся под действием как быстрых, так и медленных нейтронов. Для ее осуществления необходимо, чтобы среднее число высвободившихся в данной массе нейтронов не уменьшалось с течением времени. Важное значение имеет не вызывающий деления захват нейтронов ядрами изотопа 238. После захвата образуется радиоактивный изотоп 239/92 с периодом полураспада 23 минуты. Распад происходит с испусканием электрона и образованием первого зауранового элемента – нептуния: 239/92U-239/93Np + 0/-1 e
Нептуний в свою очередь бета – радиоактивен с периодом полураспада около двух дней. Образуется плутоний. 239/93Ne-239/94Pu + 0/-1 e. Плутоний относительно стабилен, так как его период полураспада около 24000 лет.
2. Механическая работа и мощность. Измерьте КПД при подъеме по наклонной плоскости.
Элементарной работой силы на элементарном перемещении материальной точки называется скалярная физическая величина. Значение элементарной работы силы зависит от выбора системы отсчета. Единица работы – Дж. Потенциальными называются силы, работа которых зависит от начального и конечного положения движущейся материальной точки или тела и не зависит от формы траектории. При замкнутой траектории работа потенциальной силы всегда равна 0. К потенциальным силам относятся силы тяготения, силы упругости и электрические силы. Быстроту выполнения работы в технике характеризуют мощностью. Она показыввает, какая работа совершается телом в еденицу времени. Это скорость совершения работы N=A/t. Измеряется в ваттах (за 1 с выполняется работы в 1 Дж).
Билет 27
1. 1. Поверхностное натяжение. Смачивание и капиллярность. Поверхностное натяжение в природе и технике.
2. 2. Активное и реактивное сопротивление. Закон Ома для цепи переменного тока.
3. 3. «ИЗМЕРТЕ УДЕЛЬНОЕ СОПРАТИВЛЕНИЕ ПРОВОДНИКА»
1. 1. Поверхностная энергия – это дополнительная энергия, которой обладают молекулы поверхности, в отличии от молекул внутри жидкости. П=сигма*s. Сигма – это коэффициент поверхностного натяжения. Fтн=сигма l (A=F*дельта h A=дельтаП=сигма l дельта h). Условие смачивания: сила взаимодействия молекул твердых тел гораздо больше силы взаимодействия жидкости. Капилляры – это тонкие трубочки, сосуды. h=2сигма/ро g r. (F=mg, сигма l =ро V g, сигма 2 П r = ро (П r^2 h)g. Березовый сок, полотенце, мытье пола, боронить, гидрозащита,.. с гуся, вода в сите. Коэффициент зависит от рода жидкости, при нагревании – уменьшается.
2. 2. Активное и реактивное сопротивление. Закон Ома для цепи переменного тока.
Устройства, полностью преобразующие электрическую энергию в другие виды энергии, называют активной нагрузкой, а их сопротивление – активным сопротивлением. Предположим, что напряжение на концах цепи меняется по гармоническому закону u=Umcos wt. Как и в случае постоянного тока, мгновенное значение силы тока пропорционально мгновенному значению напряжения. Поэтому применяется закон Ома для участка цепи: i=U/R=Umcos wt/R = Im cos wt. На активном сопротивлении колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения.
Билет 3
1. 1. Масса и ее измерение. Сила. Сложение сил. Второй з-н Ньютона.
2. 2. Электрический ток в растворах и расплавов электролитов. Закон электролиза. Применение электролиза в технике.
3. 3. «ИЗМЕРЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА»
1. 1. Масса – физическая скалярная величина, пропорциональная отношению величины действующей на тело силы к сообщаемому ею ускорению:
m=F/a
Масса мера инертности тела. Чем больше масса, тем тело более инертно. Обозначается m, а измеряется в килограммах (кг).
Сила – физическая векторная величина,характеризующая взаимодействие тел. В системе СИ за единицу силы принимают силу, которая телу массой 1 кг сообщает ускорение 1 м/с^2. Эту единицу называют ньютоном (Н).
Второй з-н Ньютона
Ускорение приобретаемое телом под действием на него силы прямопропорционально этой силе и обратно его массе.
Второй з-н имеет ряд особенностей:
1. Он справедлив для любых сил;
2. 2. Сила является причиной, вызывающей ускорение;
3. 3. Вектор ускорения соноправлен с вектором силы;
4. 4. Если на тело действует не одна сила, то берется равнодействующая этих сил;
5. 5. Если все действия скомпенсированы, то равнодействующая равна 0, следовательно ускорение равно 0, т.е. тело движется равномерно прямолинейно или покоится.
1 Н – это такая сила, которая сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с^2.
Правило сложения сил:
1. 1. Если слагаемые силы направлены по одной прямой, то модуль результирующей силы равен сумме модулей сил, если силы направлены в одну сторону и разности модулей сил, если силы направлены в разные стороны. Во втором случае результирующая направлена в сторону большей силы.
2. 2. Если силы направлены под углом, то модуль результирующей силы численно равен длине диагонали параллелограмма, построенного на этих силах как на составляющих. Результирующая выходит из точки приложения слагаемых сил.
Складывать силы по правилу треугольника нельзя, тк теряется точка приложения сил.
2. 2. Электрический ток в растворах и расплавов электролитов. Закон электролиза. Применение электролиза в технике.
Вещества, которые проводят электрический ток называются электролитами. Изменение химического состава раствора или расплава при прохождении через него электрического тока. Обусловленное потерей или присоединении электронов ионами, называют электролизом.
Майкл Фарадей установил, что при прохождении эл. Тока через электролит масса вещества m, выделившегося на электроде, пропорциональна заряду q, прошедшего через электролит:
m=k*q или m=k*I*t.
Зависимость, полученную Фарадеем, называют законом электролиза. Коэффициент пропорциональности k называется электрохимическим эквивалентом.
k=1/e*Na * M/n ==> m=1/e*Na * M/n *I *t.
Коэффициент k численно равен массе выделившегося на электродах вещества при переносе ионами заряда в 1 Кл:
k=m/q; [k]=кг/Кл.
Произведение заряда электрона на число Авогадро называется числом Фарадея: 96500 Кл/моль.
Число Фарадея это электрический заряд, переносимый веществом в количестве 1 моль при электролизе.
В электрическом поле ионы электролита приходят в движение: положительные ионы движутся к катоду, а отрицательные к аноду. Так возникает электрический ток в электролите. При встречи положительного и отрицательного ионов, происходит их соединение – рекомбинация.
С помощью электролиза из солей и оксидов получают многие металлы. Электролитический способ дает возможность получать вещества с малым количеством примесей. Путем электролиза можно наносить тонкие слои металлов, эти слои могут служить защитой изделия от окисления. Такой способ называется – гальваностегией.
При длительном пропускании тока, получается толстый слой металла, который может быть отделен с сохранением формы – гальванопластика. Явление электролиза лежит в основе принципа действия кислотных и щелочных аккумуляторов, где используют обратимость процесса электролиза.
Билет 4
1. 1. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Свободное падение тел. Вес тела. Невесомость.
2. 2. Линзы. Построение изображения в тонких линзах. Оптическая сила линзы. Формула тонкой линзы.
3. 3. Задача на движение заряженной частицы в магнитном поле.
1. 1. Закон всемирного тяготения:
Все тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно проп. Квадрату расстояния между ними. Эту силу называют силой тяготения.
F=G*m1*m2/r^2, где G- коэффициент пропорциональности- гравитационная постоянная. [G]=6.67 * 10^-11 Н*м^2/кг^2.
Границы применимости:
1. 1. только для м.т.
2. 2. тел, имеющих форму шара
3. 3. шара большого радиуса, взаимодействующего с телами, размеры которых много меньше размеров шара.
Закон неприменим, например, для взаимодействия бесконечного стержня и шара.
Сила тяжести – это сила с которой Земля притягивает к себе тело. Пропорциональна массе тела и сообщает ему ускорение свободного падения.
g=G*M/r^2, те g не зависит от массы, но зависит от высоты тела над Землей, от широты места (Земля не инерциальная система отсчета, от породы земной коры, от формы Земли.
Сила тяготения и сила тяжести носят гравитационный характер.
Свободное падение тела является частным случаем равноускоренного движения, при условии, что ускорение а<=g, где g –ускорени свободного падения.
* * Свободным паденим называется такое движение тела, при котором м.т. (тело) движется под действующей только силы тяжести, при этом сопротивление воздуха не учитывается.

При движении тела вверх применимы все формулы для равнозамедленного движения; всегда есть начальная скорость, а конечная при таком движении обращается в О.
Вес тела – это сила. С которой тело действует на опору или подвес, вследствие притяжения его к Земле.
На покоящееся тело действует сила тяжести и сила реакции опоры, эта сила упругости и есть вес тела (по третьему з-н Ньютона).
Когда тело совершает свободное падение (a=g), то взаимодействие между телом и опорой отсутствует и вес тела равен 0. Это случай полной невесомости.
Может наблюдаться в следующих случаях:
1. при движении когда совпадают направления начальной скорости и ускорения
2. 2. при движении, когда начальная скорость и ускорение противоположны
3. движение спутника по орбите
4. 4. когда тело находится между Землей и Луной
5. лженевесомость наблюдается в воде.
2. 2. Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями.
Тонкой, если ее толщина мала по сравнению с радиусами кривизны ее поверхностей, в противном случае – толстой.
Оптическая сила – это величина, обратная фокусному расстоянию
D=1/F
Измеряется в диоптриях. 1 диоптрий – это оптическая сила такой линзы, фокусное расстояние которой 1 м.

Билет 5
1. 1. Третий з-н Ньютона. Импульс тела, з-н сохранения импульса. Реактивное движение в природе и технике.
2. 2. Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля катушки с током.
3. 3. (Первый з-н термодинамики)
Третий закон Ньютона. В инерциальной системе отсчета силы взаимодействия двух тел равны по модулю и направлены в противоположные стороны. Третий закон отражает факт равноправия взаимодействующих тел.
Свойство тела сохранять свою скорость при отсутствии взаимодействий с другими телами называется инертностью. Физическая величина, являющаяся мерой инертности тела в поступательном движении, называется инертной массой. В механике Ньютона считается, что: а) масса тела равна сумме масс всех частиц (или материальных точек), из которых оно состоит; б) для данной совокупности тел выполняется закон сохранения массы: при любых процессах, происходящих в системе тел, ее масса остается неизменной.
Силой называется векторная физическая векторная величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел или полей.
Законы сохранения в механике. Импульсом вектора р1 материальной точки называется векторная величина, равная произведению массы точки на скорость вектора v ее движения. Знание закона сохранения импульса дает возможность выполнить расчеты результата взаимодействия тел, когда значения действующих сил неизвестны.
Импульс может сохраняться только в изолированной системе. Замкнутая система тел – это совокупность тел, взаимодействующих между собой, но не взаимодействующих с другими телами. Закон сохранения импульса в механике является следствием второго и третьего законов Ньютона.
Геометрическая сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остается постоянной при любых движениях и взаимодействующих тел этой системы.
………………..
2. 2. Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля катушки с током.
Если по катушке идет переменный ток, то магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется. Поэтому в проводнике, по которому идет переменный электрический ток, возникает ЭДС индукции. При самоиндукции проводящий контур имеет двоякую роль: по нему протекает ток, вызывающий индукцию, и в нем же появляется ЭДС индукции. Изменяющееся магнитное поле индуцирует ЭДС в том проводнике, по которому течет ток, создающий это поле. По правилу Ленца в момент нарастания тока напряженность вихревого электрического поля направлена против тока. Следовательно. В этот момент вихревое поле препятствует нарастанию тока. И наоборот, в момент уменьшения тока его поддерживает вихревое поле. Это приводит к тому, что при замыкании цепи, содержащей постоянную ЭДС, определенное значение силы тока устанавливается не сразу, а постепенно, с течением времени. С другой стороны, при отключении источника тока в замкнутых контурах прекращается не мгновенно. Возникающая ЭДС самоиндукции может превышать ЭДС источника, так как изменение тока и его магнитного поля при отключении источника происходит очень быстро.
Явление самоиндукции – это частный случай явления электромагнитной индукции, поэтому ЭДС самоиндукции можно выразить по формуле: E= - Ф/t. Но изменение магнитного потока Ф пропорционально изменению силы тока в контуре: Ф~I, или Ф=L*I, где L-индуктивность. Следовательно, формула для ЭДС самоиндукции будет иметь вид: E= -L *I/t, где I/t – величина, характеризующая скорость изменения силы тока в цепи. Иначе говоря, ЭДС самоиндукции пропорциональна скорости изменения силы тока в цепи.
Индуктивность равна отношению ЭДС самоиндукции к скорости изменения тока в цепи.
L=E/ I/t. В СИ за единицу индуктивности принимают индуктивность такого проводника, в котором при изменении силы тока со скоростью 1 А/с возникает ЭДС самоиндукции в 1 В. Эта единица индуктивности называется 1 генри (Гн): 1 Гн= В/ А/с= В*с/А
Опытным путем установлено, что индуктивность зависит от длины и формы проводника, а также от магнитных свойств лкружающей проводник среды.
По закону сохранения энергии, энергия тока равна той энергии, которую должен затратить источник тока на создание тока. При замыкании электрической цепи. Содержащей постоянную электродвижущуюся силу (ЭДС), энергия источника тока первоначально расходуется на создание тока,тое сть на приведение электронов в упорядочное движение и образование связанного с током магнитного поля, а также частично на увеличение внутренней энергии проводника. После установления постоянного значения силы тока энергия источника расходуется исключительно на выделение теплоты. Энергия тока при этом уже не изменяется. Для создания тока необходимо затрачивать энергию, т.е. совершать работу, так как при замыкании электрической цепи, когда сила тока начинает нарастать, в проводнике появляется вихревое электрическое поле, направленное против того электрического поле, которое создается в проводнике благодаря источнику тока. Чтобы сила тока равной определенному значению, источник тока должен совершить работу против сил вихревого поля. Эта работа и идет на увеличение энергии магнитного поля тока. При размыкании электрической цепи ток исчезает, и вихревое поле совершает положительную работу. Выделяется запасенная током энергия. Это обнаруживаетя по мощьной искре, возникающей при размыкании цепи с большой индуктивностью. По онологии с кинетической энергией, энергия магнитного поля тока равна: W=LI^2/2.
Билет 6
1. 1. Кинетическая и потенциальная энергия. Закон сохранения энергии в механике. Вычислите потенциальную энергию тела в поле силы тяжести в заданной системе отсчета.
2. 2. Непрерывный и линейчатый спектры. Спектры испускания и поглощения. Спектральный анализ и его применение.
3. 3. (задача на работу и мощность тока)
1. Энергией – называется скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой единой мерой различных форм движения материи и мерой перехода движения материи из одних форм в другие.
Кинетическая энергия материальной точки или тела является мерой их механического движения, зависящей от скоростей, зависящей от скоростей их движения в данной инерциальной системе отсчета. Кинетическая энергия – это энергия движения, зависящая от массы тела и скорости его движения. Любое движущееся тело обладает кинетической энергией. Экспериментально установлено, что по совершенной работе можно судить об изменении кинетической энергии. На основании этого утверждения можно получить точную математическую формулу кинетической энергии. Будем считать, что единственным результатом работы силы на пути будет сообщение телу кинетической энергии: Е=А, но А=F*S, а F= ma. Из кинематики известно, что путь при равноускоренном движении при начальной скорости равной 0 рассчитывается по формуле S=V^2/2a,
От сюда получаем E=FS=maV^2/2a=mV^2/2. Кинетическая энергия равна работе, поэтому измеряется в Дж.
Теорема о кинетической энергии: изменение кинетической энергии тела при его переходе из одного состояния в другое равно работе всех сил, действующих на это тело. Работа любых сил является мерой измерения кинетической энергии тела. Действие сил, работа которых на данном участке траектории положительна, приводит к увеличению кинетической энергии тела (и наоборот). Потенциальной энергией называется энергия, которая определяется взаимным расположением тел или частей одного тела.
Потенциальная энергия тела, поднятого над Землей, - это энергия взаимодействия тела и Земли с помощью гравитационных сил. Потенциальная энергия – это величина, равная произведению массы тела на модуль ускорения свободного падения и на высоту тела над поверхностью Земли.
Потенциальной энергией называется часть механической энергии, зависящая от взаимного расположения ее частей и их положения во внешнем силовом поле.
Закон сохранения механической энергии: механическая энергия системы, в которой действуют потенциальные силы, сохраняется постоянной в процессе движения системы.
2. Непрерывный и линейчатый спектры. Спектры испускания и поглощения. Спектральный анализ и его применение.
Спектр – это цветные полосы, получающиеся в результате разложения света призмой )или другим предметом) по длинам волн. Различные вещества при поглощении энергии сами становятся источниками света и могут создавать излучения разнообразных составов, спектры которых исследуют с помощью специальных приборов – спектроскопов. Все спектры можно разделить на три типа: непрерывные, линейчатые и спектры поглощения.
Непрерывные спектры. Солнечный спектр, спектр электрической лампы являются непрерывными. В спектре нет разрывов, и на экране можно видеть сплошную цветную полоску. Такие спектры дают тела, находящиеся в твердом или жидком состоянии. Для получения видимого непрерывного спектра нужно нагреть тело до высокой температуры. Характер непрерывного спектра в сильной степени зависит от взаимодействия атомов друг с другом.
Линейчатые спектры. Их дают все вещества, находящиеся в газообразном атомарном (но не молекулярном) состоянии. В этом случае свет излучают атомы, которые практически не взаимодействуют друг с другом. Это самый фундаментальный тип спектров. Обычно для наблюдения линейчатых спектров используют свечение паров вещества в пламени или свечение газового разряда в трубке, наполненной исследуемым газом.
Спектры поглощения. Если пропускать белый свет сквозь холодный неизлучающий газ, то на фоне непрерывного спектра источника появляются темные линии. Газ поглощает наиболее свет как раз тех длин волн, которые он испускает в сильно нагретом состоянии. Темные линии на фоне непрерывного спектра – это линии поглощения, образующие в совокупности спектр поглощения.
Опытным путем оказалось, что светящиеся пары любого химического элемента излучают только одному ему свойственный спектр – набор монохроматических излучении, каждому из которых в спектре принадлежит своя линия. Анализ спектров дает возможность обнаружить и магнитные поля. При воздействии магнитного поля на излучающие атомы появляются линии- спутники. По спектрам ученые определяют энергетические уровни атомов и молекул. С появлением лазера появился новый раздел спектроскопии – лазерная спектроскопия. Лазеры с перестраиваемой частотой позволяют подобрать такую частоту излучения, при которой будет возбужден вполне определенный уровень изучаемого атома или молекулы. Лазеры с перестраиваемой частотой дают возможность достигнуть предельной чувствительности спектрального анализа – обнаруживать атомы элемента с концентрацией, скажем, в 100 атомов на 1 см^3 объем газа.
Спектральный анализ – это метод определения химического состава вещества по его спектру.
Билет 7
1. 1. Основные положения МКТ и их опытное обоснование. Масса и размеры молекул. Постоянная Авогадро.
2. 2. Колебательные движения. Гармонические колебания. Амплитуда, период, частота и фаза колебаний. Измерьте собственную частоту предложенной колебательной системы.
3. 3. «ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДИКОВ»
1. Можно выделить три основных положения молекулярно-кинетической теории, которая объясняет свойства тел, состоящих из огромного числа молекул, а также особенности тепловых процессов, в них протекающих:
1. 1. вещество состоит из отдельных мельчайших частиц, называемых молекулами; молекула – это наименьшая электрически нейтральная частица вещества, обладающая всеми его химическими свойствами и могущая существовать самостоятельно;
2. 2. молекулы находятся в беспристрастном, хаотическом движении;
3. 3. молекулы взаимодействуют друг с другом.
Реальное существование молекул подтверждает огромное количество экспериментальных фактов. Так, всем известно, что твердое вещество можно раздробить либо растворить в воде или других растворителях. Мы знаем что газы могут расширятся или сжиматься. Броуновское движение или диффузия свидетельствуют о том. Что между молекулами одного и того же вещества есть промежутки.
Молекулы в веществе взаимодействуют друг с другом: наличие сил притяжения подтверждает тот факт, что тела сами по себе не распадаются на молекулы, а для разрыва, например, твердого тела требуется усилие. О наличии сил притяжения можно судить по тому, что две близко расположенные капли жидкости слипаются.
Твердые тела и жидкости практически несжимаемы. Само же существование твердых те и жидкостей свидетельствует о том, что силы отталкивания убывают с увеличением расстояния быстрее, чем силы притяжения. Если бы последние убывали быстрее сил отталкивания, то в природе просто не было бы больших устойчивых совокупностей молекул, так как молекулы разлетелись бы под действием под действием сил отталкивания.
Молекула – это наименьшая частица вещества, обладающая всеми его химическими свойствами. Молекула способна с самостоятельному существованию. Она может состоять из одинаковых атомов и различных. Сущность молекулы можно описать и с другой точки зрения: молекула -–это устойчивая система, состоящая из атомных ядер и окружающих электронов, причем химические свойства молекул определяются электронами внешних оболочек в атомах. Атомы объединяются в молекулы в большинстве случаев химическими связями. Обычно такая связь создается одной, двумя или тремя парами электронов, которыми владеют сообща два атома. Молекулы характеризуются определенным размером и формой. Если известны молекулярный вес и плотность данного вещества. То вычислить размер его молекул несложно. Для этого надо объем, занимаемый грамм – молекулой вещества, разделить на число Авогадро (6,02*10^23 1/моль). Зная диаметр молекулы и плотность вещества можно определить массу молекулы m=p*V
Из законов Авогадро:
-В равных объемах любого газа при одинаковых условиях содержится одинаковое количество молекул
-Моль любого вещества содержит одно и тоже число молекул.
Это число получило название число Авогадро. Число Авогадро определяется различными методами, некоторые из них основаны на изучении броуновского движения.
2. 2. Колебательные движения. Гармонические колебания. Амплитуда, период, частота и фаза колебаний. Измерьте собственную частоту предложенной колебательной системы.
Колебание – это процесс, который точно или приблизительно повторяется во времени. Механические колебания – это механические движения, который точно или приблизительно повторяется во времени. Колебания, происходящие по закону синуса или косинуса – гармонические. Основные характеристики колебаний – это период, частота, амплитуда, т.е. физические величины, которые относятся к колебаниям в целом и не меняются на протяжении всего колебания. Амплитуда – это наибольшее смещение колеблющегося тела от положения равновесия (среднего положения). Еден. Измерения – м. Период – время одного колебания (измеряется в с). Частота – количество колебаний за 1 с (Гц, Т=1/v, Гц=1/с). Циклическая частота - … за 2П секунды (рад/с, w=2Пv, w=2п/v). Фаза – это выражение, стоящие под знаком синуса или косинуса (именно она определяет состояние системы (wt + фи0). Начальная фаза – это значение фазы в начальный момент времени. (измеряется в радианах). Свободные колебания – совершающиеся под действием внутренних сил (условие: внутренняя сила направлена к положению равновесия, очень небольшая сила трения).
Билет 8
1. 1. Работа в термодинамике. Внутренняя энергия и способы ее измерения. Первый з-н термодинамики.
2. 2. Генератор переменного тока. Трансформатор. Производство, передача и использование электрической энергии.
3. 3. (Закон на применение закона сохранения импульса)
Работа в термодинамике или работа при изменении объема газа: Работа при изобарном расширении газа. А=F * l = p* S* l = p* V, где р – давление газа, V – изменение его объема.
Изохорический: V=0 => A=0, U =Q.
Изотермический Т=0 => U=0 Q=A
Изобарический Q= U+A
Адиабатический Q=0 (быстро) - U=A (работая остываю).
Первый закон термодинамики утверждает. Что всякое тело обладает внутренней энергией U, причем внутренняя энергия может уменьшаться, если тело совершает работу А, и увеличиваться, если ему сообщают теплоту Q. U = Q-A, где А – это работа совершаемая самой термодинамической системой над внешними телами.
В неизолированной термодинамической системе изменение внутренней энергии дельта U равно разности между полученным количеством теплоты Q и работой А, совершаемой самой системой
Или
В неизолированной термодинамической системе изменение внутренней энергии дельта U равно сумме количества теплоты Q,переданной системе, и работы А внешних сил: дельта U=Q+A1; А1=-А.
Первый закон термодинамики – это всеобщий закон сохранения и превращения энергии. Из него следует, что если внутренняя энергия постоянна и тело не поучает и не отдает тепла, то оно не может совершить работу равную 0. Таким образом, нельзя получить работу из ничего или превратить ее ни во что.
С позиции молекулярно – кинетической теории внутренняя энергия- это сумма потенциальной энергии взаимодействия частиц, составляющих тело, и кинетической энергии их беспорядочного теплового движения. Внутренняя энергия – это еще один вид энергии, причем эта энергия существует всегда, она не зависит от механического движения тела, ни от положения этого тела относительно других тел. Она зависит от температуры, давления и объема. Молекулы – это сложные частицы, состоящие из взаимодействующих и колеблющихся атомом, которые тоже обладают энергией. Эйнштейн доказал, что полную энергию тела можно вычислить по формуле Е=m*с^2, где с=300000 км/с. Изменить ее можно совершением механической работы или теплопередачей. Внутренняя энергия идеального газа: если потенциальная энергия взаимодействия молекул равна 0, внутренняя энергия идеального газа равна сумме кинетических энергий хаотического теплового движения всех молекул U=N*E=v*Na=3/2m/M RT, где v – количество вещества в молях, к – постоянная Больцмана, Т – абсолютная температура, m – масса газа, М – молярная масса газа, R – универсальная газовая постоянная. P*V=m/M RT => U =3/2Pv.
2. 2. Генератор переменного тока. Трансформатор. Производство, передача и использование электрической энергии.
Современная техника немыслима без индукционных генераторов переменного тока. В этих генераторах механическая энергия превращается в электрическую, а их действие основано на электромагнитной индукции. Поток магнитной индукции Ф, пронизывающий проволочную рамку площадью S, пропорционален магнитной индукции В, площади рамки и косинуса угла альфа между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции В:
Ф=В*S*cos(альфа). При вращении рамки с постоянной угловой скоростью, угол альфа увеличивается прямопропорционально времени альфа=wt. По закону электромагнитной индукции ЭДС индукции в рамке равна скорости изменения потока магнитной индукции, взятой со знаком минус, т.е. производной потока магнитной индукции по времени: е=-dФ/dt = -BwSsinwt=e1sinwt, где е1=BSw – амплитуда ЭДС индукции. Так как угловая скорость w=2Пv=2П/Т? то получаем е=е1*sin(2П/Т)*t. Чтобы получить большой магнитный поток, в генераторах применяют почти замкнутую магнитную систему, состоящую из двух сердечников, сделанных из специальной электротехнической стали. Обмотки, создающие магнитное поле, расположены в пазах одного из сердечников, а обмотки, в которых индуцируется ЭДС, - в пазах другого. Один из сердечников вместе со своей обмоткой вращается вокруг горизонтальной или вертикальной оси. Поэтому его называют ротором, другой статором. Ток к ротору подводят с помощью скользящих контактов. Для этого его снабжают контактными кольцами, присоединенными к концам обмотки. Неподвижные пластины – щетки – прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью. Сила тока в обмотках электромагнита, создающего магнитное поле, значительно меньше силы тока, отдаваемого генератором во внешнюю цепь. Поэтому генерируемый ток удобнее снимать с неподвижных обмоток, а через скользящие ко7такты подводить сравнительно слабый ток к вращающемуся электромагниту. Этот ток вырабатывается отдельным генератором постоянного тока (возбудителем), расположенным на том же валу. Если генератор приводится в действие паровой или газовой турбиной, то он называется турбогенератором. Если ротор вращается от ДВС, то дизель – генератор.
Выгодное отличие переменного тока от постоянного, в том, что можно сравнительно легко изменять его силу. Аппараты, преобразующие переменный ток одного напряжения в другое – называются электрическими трансформаторами. Состоит из нескольких катушек изолированного провода, размещенных на магнитопроводе из тонких пластин специально электротехнической стали. Переменный ток, текущий по одной из обмоток (первичной). Создает вокруг нее и в магнитопроводе переменной магнитное поле, пересекающее витки другой (вторичной), возбуждает в ней переменную электродвижущую силу. Если обе обмотки имеют равное количество витков, то в ней наведется такое же напряжение, какое в первичной. Если не равное количество, то трансформатор может быть повышающим (во вторичной обмотке больше витков), понижающим – наоборот. Действие основано на явлении электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Сердечник из трансформаторной стали концентрирует магнитное поле, так что магнитный поток практически существует только внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях.
U1/U2 = I2/I1, U1/U2 = E1/E2 = n1/n2 = К, где К – коэффициент трансформации, при к>0 –понижающий…. Пир разомкнутой вторичной обмотки трансформатор с малым активным сопротивлением первичной обмотки почти не потребляет энергию из сети, так как велико индуктивное сопротивление ненагруженной обмотки трансформатора. Если к концам вторичной обмотки присоединить цепь, то сила тока во вторичной обмотке уже не будет равна 0. Появившийся ток создает в сердечнике свой переменный магнитный поток, который по правилу Ленца должен уменьшить изменения магнитного потока в сердечнике. Но уменьшение амплитуды потока должно уменьшить ЭДС. Однако это невозможно, так как модули U1=e1. Поэтому при замыкании цепи вторичной обмотки автоматически увеличивается сила тока в первичной. Увеличение силы тока в первичной цепи (по закону сохранения энергии) увеличит силу тока во вторичной.
Трансформаторы находят широкое применение в промышленности и быту. Силовые электрические трансформаторы дают возможность передавать переменный током линиям электропередачи на большие расстояния с малыми потерями энергии. Для этого напряжение переменного тока, вырабатываемого генераторами электростанции, с помощью трансформаторов повышают до нескольких сотен тысяч вольт и посылают по ЛЭП. В месте потребления напряжение понижают трансформаторами.
Билет 9
1. 1. Температура и ее физический смысл. Измерение температуры. Измерьте температуру в классе.
2. 2. Термоэлектронная эмиссия, ее использование в электровакуумных приборах. Электронно – лучевая трубка.
3. 3. «ИЗМЕРЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА»
Термометр – это тело. Которое находится в тепловом равновесии с телом, температуру которого измеряют. Физический параметр, одинаковый во всех частях системы тел, находящихся в состоянии теплового равновесия, называют температурой тела. В повседневной практике широко распространен способ измерения температуры с помощью жидкого термометра. В его устройстве используется свойство расширения жидкости при нагревании. В качестве рабочего тела обычно применяют ртуть, спирт, глицерин. Чтобы измерить температуру тела, термометр приводят в контакт с этим телом; между термометром и телом будет осуществляться теплопередача до установления теплового равновесия. Масса термометра должна быть много меньше массы тела, так как в противном случае процесс измерения может существенно изменить температуру тела.
2. 2. Термоэлектронная эмиссия, ее использование в электровакуумных приборах. Электронно – лучевая трубка.
Явление выхода электронов из металла при его нагревании называется термоэлектронной эмиссией. Это явление используется в различных электронных приборах. Простейший – электровакуумный диод. Этот прибор состоит из стеклянного болона, в котором находятся два электрода: катод и анод. Анод изготовлен из металлической пластины, катод – из тонкой металлической проволоки, свернутой в спираль. Концы спирали укреплены на металлических стержнях, имеющих два вывода для подключения в электрическую цепь. Соединив выводы катода с источником тока, можно вызвать нагревание проволочной спирали катода проходящим током до высокой температуры. Проволочную спираль нагреваемую электрическим током, называют нитью накала лампы.
Если в аноде электронной лампы сделать отверстие, то часть электронов, ускоренных электрическим полем, пролетит в это отверстие, образуя за анодом электронный пучок. Электронный пучок, попадая на тело, вызывает их нагревание. При торможении быстрых электронов, разогнанных до больших скоростей электрическим полем и попадающих на вещество. Возникает рентгеновское излучение. Некоторые вещества, бомбардируемые электронами светятся (люминофоры). Электронные пучки откланяются электрическими и магнитными полями. Электронно – лучевая трубка – это вакуумный электронный прибор, позволяющий преобразовывать электрические сигналы в видимое изображение. В длинном баллоне трубки создан высокий вакуум. Внутри баллона имеется система электродов. Позволяющая получать очень тонки и очень длинный пучок электронов. Эту совокупность электродов называют электронной пушкой (прожектором). Она состоит из подогреваемого катода, управляющего электрода, первого и второго анодов. Катод представляет собой узкий цилиндр, внутри которого находится нагреватель. Снаружи катод покрыт специальным веществом с малой работой выхода электронов. Управляющий электродом предназначен для регулировки интенсивности электронного пучка. Он имеет цилиндрическую форму и окружает катод. Через отверстие в основании этого цилиндра пролетают электроны. Испускаемые катодом. На управляющий электрод попадает небольшой отрицательный потенциал. Изменяя потенциал управляющего электрода и, следовательно, изменяя яркость пятна на экране. Также имеются вертикальные и горизонтальные отклоняющие пластины.