Департамент образования Владимирской области

Профессиональное училище № 51

Практическая часть

К экзаменам по физике

Преподаватель физики:

Караваева А.В.

Билет № 1

Задача на применение закона сохранения массового числа и электрического заряда.

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

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

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

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

Ответ: Е = - 3,3 МэВ

Билет № 2

Лабораторная работа

Измерение показателя преломления стекла.

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

Выполнение работы.

α-угол падения

β-угол преломления

α=60 0 , sin α=0,86

β=35 0 , sin β=0,58

n – относительный показатель преломления

;

Вывод: Определили относительный показатель преломления стекла.

Билет № 3

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

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

α=2х3,14х3х10 8 х

Ответ: α = 3,8 х 10 4 м.

Билет № 4

Задача на применении 1-го закона термодинамики.

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

А / = 1000 Дж	Q = 2500+1000=3500 Дж Ответ: 3500 Дж.

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

Ответ: Δ U = 0, Q = 50 Дж.

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

Билет № 5

Лабораторная работа

Расчет и измерение сопротивления 2-х параллельно включенных резисторов.

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

Выполнение работы:

R 1 =40 м; R 2 =20 м

R=Ом

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

Билет № 6

Задача на движение или равновесие заряженной частицы в электрическом поле.

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

Билет № 8

Задача на применение уравнения Эйнштейна для фотоэффекта.

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

	2,26 эВ = 2,26 х 1,6х10 -19 Дж = 3,6х10 -19 Дж Дж≈ 4,97х10 -19 – 3,6х10 -19 ≈ 1,4х10 -19 Дж.
	Ответ: 1,4х10 -19 Дж.

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

Билет № 9

Лабораторная работа

Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки.

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

Выполнение работы

λ – длина волны

d- постоянная решетки

d=0,01 мм = 10 -2 мм = 10 -5 м

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

к – порядок спектра

а – расстояние от решетки до шкалы

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

Билет № 10

Задача на определение показателя преломления прозрачной среды.

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

	Ответ: 1,4.

(рисунок)

Билет № 11

Задача на применение закона электромагнитной индукции.

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

Δt - ?		Ответ: 2,5х10 -3 .

Ответ: ε= 400 В.

Билет № 12

Лабораторная работа

«Определение ускорения свободного падения при помощи математического маятника»

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

Выполнение работы

g-ускорение свободного падения

l – длина нити

N=50 – число колебаний

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

Билет № 13

Задача на применение уравнения идеального газа.

Билет № 14

Лабораторная работа

«Определение фокусного расстояния собирающей линзы»

Выполнение работы

F- фокусное расстояние

d- расстояние от предмета до линзы

f-расстояние от изображения до линзы

Д – оптическая сила линзы

м

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

Билет № 15

Лабораторная работа

«Измерение влажности воздуха»

Выполнение работы

Психрометр

1. Сухой термометр

2. Влажный термометр

3. Психрометрическая таблица

tc = 20 0 С tвп = 16 0 С

Δt = 20 0 C- 16 0 C=4 0 C

φ=98% - относительная влажность воздуха

Вывод: Научились определять влажность воздуха.

Билет № 16

Задача на применение графиков изопроцессов.

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

Р 1 >P 2 T 1 >T 2

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

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

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

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

Билет № 1

1.Равноускоренное движение. Скорость перемещения.

2.Электрический ток в вакууме и в газах.

3.Задача на фотоэффект.

1. Движение, при котором скорость тела за любые равные промежутки времени изменяются на одну и ту же величину, называется равноускоренным.

Для характеристики этого движения нужно знать скорость тела в данный момент времени или в данной точке траектории, т.е. мгновенную скорость, а также ускорение.

Ускорение - величина равная отношению изменения скорости к промежутку времени, в течение которого это изменение произошло. Иначе, ускорение-это быстрота изменения скорости:

Отсюда формула мгновенной скорости:

Перемещение при этом движении определяют по формуле:

Скорость -

2.Электрический ток в газах представляет собой направленное движение свободных электронов и ионов. При нормальном давлении и невысоких температурах газы содержат недостаточное для электропроводимости количество ионов и электронов и являются изоляторами. Чтобы сделать газ проводником, его надо ионизировать.

Ток в вакууме. Вакуум-это такое разряжение газа в сосуде, при котором длина свободного пробега заряженных частиц превышает размеры сосуда. Вакуум является изолятором. При нагревании металлического электрода с поверхности металла начинают «испарятся» электроны.

Явление испускания электронов с поверхности нагретых тел называются термоэлектронной эмиссией.

Ток в вакууме представляет собой направленное движение электронов, получаемых за счёт термоэлектронной эмиссии. Термоэлектронная эмиссия лежит в основе работы многих вакуумных приборов.

Билет № 2

Равномерное движение тела по окружности и его параметры.

Магнитное поле Вектор магнитной индукции напряжённость магнитного поля.

Задача по ядерной реакции.

1. ДВИЖЕНИЕ ТЕЛА ПО ОКРУЖНОСТИ

При движении по криволинейной траектории, в том числе по окружности, скорость тела может изменяться как по модулю, так и по направлению. Возможно движение, при котором изменяется только направление скорости, а ее модуль сохраняется постоянным. Такое движение называется равномерным движением по окружности. Радиус, проведенный из центра окружности к телу , описал за время t2 - t1 угол Ф, который называют угловым перемещением

Угловое перемещение измеряют в радианах (рад). Радиан равен углу между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу.

Движение точки по окружности повторяется через определенные промежутки времени, равные периоду обращения.

Периодом обращения называют время, в течение которого тело совершает один полный оборот.

Период обозначают буквой Т и измеряют в секундах.

Если за время t тело совершило N оборотов, то период обращения Т равен:

Частотой обращения называют число оборотов тела за одну секунду.

За единицу частоты принят 1 оборот в секунду, сокращенно - 1с. Эта единица называется герцем (Гц).

Частота и период обращения связаны следующим образом:

Движение тела по окружности характеризуется угловой скоростью.

Угловая скорость - физическая величина, равная отношению углового перемещения к промежутку времени, за которое это перемещение произошло.

Угловая скорость обозначается буквой (омега).

За единицу угловой скорости принимают радиан в секунду (рад/с).

В случае движения тела по окружности эту скорость называют линейной.

Линейная скорость тела, равномерно движущегося по окружности, оставаясь постоянной по модулю, непрерывно изменяется по направлению и в любой точке направлена по касательной к траектории

Линейная скорость обозначается буквой v.

2. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Магнитное поле - особый вид материи, который возникает в пространстве вокруг любого переменного электрического поля. С современной точки зрения в природе существует совокупность двух полей - электрического и магнитного - это электромагнитное поле. Оно существует объективно, независимо от нашего сознания. Магнитное поле всегда порождает переменное электрическое, и, наоборот, переменное электрическое поле всегда порождает переменное магнитное поле. Носителями электрического поля являются частицы - электроны и протоны. Магнитное поле без электрического не существует, поскольку носителей магнитного поля нет. Вокруг проводника с током существует магнитное поле, и оно порождается переменным электрическим полем движущихся

Магнитная индукция - это ток, полученный в замкнутом проводнике, помещенном в переменное магнитное поле. заряженных частиц в проводнике.

МАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

Единичный элемент тока - это проводник длиной 1 м и силой тока в нем 1 А. Единицей измерения магнитной индукции является тесла (Тл).

1 Тл = 1 Н/А м.

Для определения направления вектора магнитной индукции используют действие магнитного поля на магнитную стрелку.

В замкнутом контуре направление вектора магнитной индукции определяется с помощью правила первого винта: вектор индукции В направлен в ту сторону, куда перемещался бы буравчик при вращении по направлению тока в контуре.

Магнитное поле является вихревым полем

Билет №3

Законы Ньютона. Масса. Сила.

Закон Ампера. Сила Ампера.

Задача на закон радиоактивного расхода.

Первый закон Ньютона.

Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела (или действия других тел компенсируются). Этот закон часто называется законом инерции, поскольку движение с постоянной скоростью при компенсации внешних воздействий на тело называется инерцией.

Второй закон Ньютона. Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение

F= т а. а = F/т - ускорение прямо пропорционально действующей (или равнодействующей) силе и обратно пропорционально массе тела.

Третий закон Ньютона. Из опытов по взаимодействию тел следует

т а = - т а, из второго закона Ньютона F = m a и F = т а, поэтому F = F Силы взаимодействия между телами направлены по одной прямой, равны по величине, противоположны по направлению, приложены к разным телам (поэтому не могут уравновешиватъ друг друга), всегда действуют парами и имеют одну и ту же природу.

Законы Ньютона позволяют объяснить закономерности движения планет, их естественных и искусственных спутников. Иначе, позволяют предсказывать траектории движения планет, рассчитывать траектории космических кораблей и их координаты в любые заданные моменты времени. В земных условиях они позволяют объяснить течение воды, движение многочисленных и разнообразных транспортных средств (движение автомобилей, кораблей, самолетов, ракет). Для всех этих движений, тел и сил справедливы законы Ньютона.

2. СИЛА АМПЕРАКак установил Ампер, на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила, равная произведению вектора магнитной индукции В на силу тока I, длину участка проводника l и на синус угла между магнитной индукцией и участком проводника: F = BI l sin .

Это и есть формулировка закона Ампера.

Направление силы Ампера определяют по правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы, четыре пальца показывали направление тока, а перпендикулярная составляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы Ампера.

Билет № 4

Закон всемирного тяготения. Свободное падение тел.

Сила Лоренца.

Задача на определение длины волны де Бройле.

1. СИЛА ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ

Земля действует на все тела силой притяжения, направленной вниз. Хорошо известно также, что силы действуют парами, т. е. если Земля притягивает тело, то и тело притягивает Землю.

Ньютон установил, что все тела притягиваются друг к другу. Силы, с которыми тела притягиваются друг к другу, называют силами всемирного тяготения.

Сила всемирного тяготения прямо пропорциональна произведению масс взаимодействующих тел.

Сила всемирного тяготения зависит от расстояния между телами. Она обратно пропорциональна этому расстоянию. Если бы сила притяжения не зависела от расстояния, то Луна двигалась бы вокруг Земли с центростремительным ускорением 9,8 м/с. Она же движется с центростремительным ускорением 0,0027 м/с, что в 3600 раз меньше, чем ускорение свободного падения тел на поверхности Земли. Расстояние от Земли до Луны в 60 раз больше, чем радиус Земли, т. е. при увеличении расстояния между Землей и телом в 60 раз сила притяжения увеличивается в 3600 раз.

тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой прямо пропорционален произведению их масс и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними.

Эта формула выражает закон всемирного тяготения, где т1 и т2 - массы тел, R - расстояние между телами, G - постоянная всемирного тяготения или гравитационная постоянная.

Закон всемирного тяготения справедлив для тел, размерами которых можно пренебречь по сравнению с расстоянием между ними (для материальных точек). Закон применим также к шарам, в этом случае расстоянием между телами является расстояние между центрами шаров.

Гравитационная постоянная численно равна силе притяжения между двумя телами массой 1 кг каждое при расстоянии между ними 1 м. И

G = 6,67 10 Н м /кг.

2. СИЛА ЛОРЕНЦА

Действие магнитного поля на проводник с током означает, что магнитное поле действует на движущиеся электрические заряды с какой-то силой. Эту силу называют силой Лоренца, которую можно найти, если в формулу

где F , - сила Лоренца, q - величина заряда, v - скорость частицы. B = В sin - перпендикулярная составляющая вектора магнитной индукции

Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки (как и для силы Ампера), только четыре пальца располагают по направлению движения положительного заряда. Если же движется отрицательный заряд, то четыре пальца располагают в направлении, противоположном направлению движения отрицательного заряда.

Билет №5

Вес тела. Невесомость. Перегрузка.

Магнитное свойство вещества.

Задача на расчёт электроэнергии.

1.. Весом тела называют силу, с которой тело давит на опору или подвес в результате гравитационного притяжения к планете Вес тела обозначается Р. Единица веса - ньютон (Н). Так как вес равен силе, с которой тело действует на опору, то в по величине вес тела равен силе реакции опоры. Поэтому, чтобы найти вес тела, необходимо определить, чему равна сила реакции опоры.

Рассмотрим случай, когда тело вместе с опорой не движется. В этом случае сила реакции опоры, а следовательно, и вес тела равен силе тяжести (рис. 6):

В случае движения тела вертикально вверх вместе с опорой с ускорением по второму закону Ньютона можно записать mg + N = та (рис. 7, а). В проекции на ось OX: mg - N = -та, отсюда N = m(g + a).

Следовательно, при движении вертикально вверх с ускорением вес тела увеличивается и находится по формуле Р = rn(g + a).

Увеличение веса тела, вызванное ускоренным движением опоры или подвеса, называют перегрузкой. Действие перегрузки испытывают на себе космонавты, как при взлете космической ракеты, так и при торможении корабля при входе в плотные слои атмосферы. Испытывают перегрузки и летчики при выполнении фигур высшего пилотажа, и водители автомобилей при резком торможении.

Если тело движется вниз по вертикали, то с помощью аналогичных рассуждений получаем mg + N = та; mg - N = та; N = m(g - а); Р = m(g - а), т. е. вес при движении по вертикали с ускорением будет меньше силы тяжести (рис. 7,6).

Если тело свободно падает, то в этом случае P=(g-g)m = O.

Состояние тела, в котором его вес равен нулю, называют невесомостью. Состояние невесомости наблюдается в самолете или космическом корабле при движении с ускорением свободного падения независимо от направления и значения скорости их движения. За пределами земной атмосферы при выключении реактивных двигателей на космический корабль действует только сила всемирного тяготения. Под действием этой силы космический корабль и все тела, находящиеся в нем, движутся с одинаковым ускорением, поэтому в корабле наблюдается состояние невесомости.

2. ПОСТОЯННЫЕ МАГНИТЫ

Постоянными магнитами называют тела, длительное время сохраняющие магнитные свойства, или намагниченность. Причиной этого является то, что в каждом атоме имеются электроны, которые при своем движений вокруг ядра атома создают магнитные поля. Если магнитные поля атомов сориентированы одинаково, это вызывает значительную намагниченность некоторых сплавов, например железа или стали.

Магниты имеют разную форму: существуют полосовые, подковообразные магниты, магниты в виде дисков. Те места, которые производят наиболее сильное магнитное действие, называются полюсами магнита. Всякий магнит имеет два полюса: северный N и южный S. Если на магнит положить кусок картона и на него насыпать железные опилки, то можно получить картину магнитного поля. Магнитные линии постоянных магнитов замкнуты, все они выходят из северного полюса и входят в южный замыкаясь внутри магнита.

Магнитные стрелки, магниты взаимодействуют между собой. Установлено, что разноименные магнитные полюсы притягиваются, а одноименные отталкиваются. Взаимодействие магнитов объясняется тем, что магнитное поле, существующее вокруг одного магнита, действует на другой магнит и, наоборот, магнитное поле второго магнита действует на первый.

Вам хорошо известно, что существуют вещества, которые не притягиваются к магниту, их довольно много: это дерево, пластмасса и др. Некоторые вещества: железо, сталь, никель, кобальт в присутствии постоянных магнитов приобретают магнитные свойства.

Билет №6

Сила упругости. Сила трения.

Электромагнитная индукция. Опыты Фарадея.

Задача на определение параметров гармонического колебания.

1. УПРУГОСТЬ.

Нам уже известно, что при попытке сжать или растянуть тело, оно «сопротивляется» - проявляет упругость. Это происходит вследствие взаимодействия частиц вещества (см. раздел «Взаимодействие частиц»). Тело проявляет упругость и в тех случаях, когда изменяют его форму (деформируют) как-нибудь иначе (закручивают, изгибают).

Силу, которая возникает внутри тела при его деформации и препятствует изменению формы, называют силой упругости.

Под действием силы упругости со стороны растянутой пружины закрывается раскрытая дверь. Сила упругости возникает в тросе при буксировке, в канате, когда на него взбирается ученик. Прогибаясь, доски пола удерживают нас с вами, не давая падать вниз, - это тоже пример действия силы упругости.

Сила упругости тем больше, чем сильнее изменяют форму тела.

ТРЕНИЕ СКОЛЬЖЕНИЯ

Как бы быстро ни катился мяч, он, в конце концов останавливается. Разогнавшись на коньках, можно некоторое время скользить, но и это движение вскоре прекратится. В этих и многих других подобных случаях движение прекращается из-за трения.

Сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого, направленная против движения, называется силой трения.

Если тело скользит по какой-либо поверхности, его движению препятствует сила трения скольжения. Причина возникновения трения в том, что на поверхности любого тела есть неровности (порой даже незаметные на глаз). Если же трущиеся поверхности хорошо отполированы, и зазор между ними очень мал, то движению мешают силы притяжения между частицами вещества этих поверхностей. Это вторая причина трения.

На рисунке 9 показано, что брусок движется вправо. Значит, действующая на него сила трения направлена влево, и брусок, постепенно замедлив скорость, остановится. Из рисунка также понятно, что на брусок действуют еще две силы: сила тяжести и сила реакции опоры (силаупругости). Эти две силы направлены в противоположные стороны и численно равны друг другу. Поэтому в случае, когда тело находится на горизонтальной поверхности, силу реакции опоры можно вычислить точно так же, как и силу тяжести:

Опыты показывают, что сила трения прямопропорциональна силе реакции опоры. Обозначая силу трения FTp, получим такую формулу для ее вычисления:

где N - сила реакции опоры, а - коэффициент трения скольжения. Коэффициент | не зависит от веса тела, а определяется только характером трущихся поверхностей (например, коэффициент трения дерева о дерево один, коэффициент трения дерева о металл другой и т. д.).

2. Электромагнитная индукция.

Представим себе замкнутый проводящий контур, помещенный в магнитное поле. Такой контур будет пронизывать некоторое число линий магнитной индукции или, как говорят, поток магнитной индукции. Потоком магнитной индукции Ф через площадь S, ограниченную проводящим контуром, называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции В на площадь поперечного сечения S и косинус угла

между нормалью (перпендикуляром) п к плоскости проводника и вектором В. (рис. 1):

Поток магнитной индукции (число линий, пронизывающих контур) может изменяться, например, при повороте контура в магнитном поле, при сближении и удалении контура и магнита, при внесении контура в магнитное поле и при выносе его оттуда. Опытным путем М. Фарадей установил, что в случае изменения магнитного потока через контур в нем возникает

электрический ток. Это явление получило название электромагнитной индукции, а ток называют индукционным.

Направление индукционного тока в контуре определяется правилом Ленца. Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток имеет такое направление, что созданный им поток магнитной индукции через площадь, ограниченную контуром, стремится компенсировать изменение внешнего потока магнитной индукции, индуцирующего данный ток.

Возникновение индукционного тока свидетельствует о появлении электрического поля. В случае электромагнитной индукции электрическое поле порождается изменяющимся магнитным. Такое электрическое поле не связано с зарядами, его силовые линии замкнуты: оно является вихревым. Поскольку это электрическое поле имеет неэлектростатическую природу, оно является сторонним, и его работа по замкнутой траектории отлична от нуля. Как и всякое стороннее поле, вихревое электрическое характеризуется электродвижущей силой, называемой в данном случае ЭДС индукции.

Как показали опыты, индукционный ток, а значит - по закону Ома - и

ЭДС индукции, пропорциональны скорости изменения магнитного потока.

Поэтому закон электромагнитной индукции Фарадея формулируется для ЭДС и гласит, что ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения пронизывающего его магнитного потока Ф, взятой с обратным знаком:

Таким образом закон электромагнитной индукции устанавливает связь между переменным магнитным и вихревым электрическим полем. Теоретическое объяснение этого закона с позиций классической электродинамики было дано Дж. Максвеллом

Билет № 7

Импульс силы. Импульс тела. Закон сохранения импульса.

Самоиндукция. Индуктивность магнитного поля.

Задача на расчёт параметров

1. Импульс тела это произведение массы тела на его скорость (р = тv). Импульс тела - величина векторная.

На тела при их взаимодействии действовали соответственно силы F и F , и после взаимодействия они стали двигаться со скоростями v и v . Тогда F =(m v" - m v)/t, F = (m v" - m v)/t, где t - время взаимодействия. Согласно третьему закону Ньютона F = -F , следовательно, (m v – m v)/t =

-(m v" – m v)/t, rn v"- m v = - т v + m v или m v + m v = rn v + m v" . В левой части равенства - сумма импульсов обоих тел (тележек) до взаимодействия, в правой - сумма импульсов тех же тел после взаимодействия. Импульс каждой тележки изменился, сумма же осталась неизменной. Это справедливо для замкнутых систем, к которым относят группы тел, не взаимодействующих с телами, не входящими в эту группу. Отсюда вывод, т. е. закон сохранения импульса: геометрическая сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой.

Примером проявления закона сохранения импульса является реактивное движение. Оно наблюдается в природе (движение осьминога) и очень широко применяется в технике (водометный катер, огнестрельное оружие, движение ракет и маневрирование космических кораблей).

2. Явление самоиндукции. Индуктивность. Электромагнитное поле

Энергия магнитного поля.

Явление самоиндукции заключается в появлении ЭДС индукции в самом проводнике при изменении тока в нем, частный случай электромагнитной индукции. Примером явления самоиндукции является опыт с двумя лампочками, подключенными параллельно через ключ к источнику тока, одна из которых подключается через катушку (рис. 27). При замыкании ключа лампочка 2, включенная через катушку,

загорается позже лампочки 1. Это происходит потому, что после замыкания ключа ток достигает максимального значения не сразу, магнитное поле нарастающего тока породит в катушке индукционную ЭДС, которая в соответствии с правилом Ленца будет мешать нарастанию тока.

Используя закон электромагнитной индукции, можно получить такое следствие: ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения тока в проводнике.

Коэффициент пропорциональности L называют индуктивностью.

Индуктивность - это величина, равная ЭДС самоиндукции при изменении силы тока в проводнике на 1 А за 1 с.

Единица индуктивности - генри (Гн). 1 Гн = 1 В с/А. 1 генри - это индуктивность такого проводника, в котором возникает ЭДС самоиндукции 1 вольт при скорости изменения силы тока 1 А/с. Индуктивность характеризует магнитные свойства электрической цепи (проводника), зависит от магнитной проницаемости среды сердечника, размеров и формы катушки и числа витков в ней.

При отключении катушки индуктивности от источника тока лампа, включенная параллельно катушке, дает кратковременную вспышку (рис. 28). Ток в цепи возникает под действием ЭДС самоиндукции. Источником энергии, выделяющейся при этом в электрической цепи, является магнитное поле катушки. Энергия магнитного поля находится по формуле Wм=LI2/2.

Энергия магнитного поля зависит от индуктивности проводника и силы тока в нем. Эта энергия может переходить в энергию электрического поля. Вихревое электрическое поле порождается переменным магнитным полем, а переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле, т. е. переменные электрическое и магнитное поля не могут существовать друг без друга. Их взаимосвязь позволяет сделать вывод о существовании единого электромагнитного поля.

Электромагнитное поле - это поле, посредством которого осуществляется взаимодействие электрически заряженных частиц. Электромагнитное поле характеризуется напряженностью электрического поля и магнитной индукцией. Связь между этими величинами и распределением в пространстве электрических зарядов и токов была установлена в 60-х гг. XIX в. Дж. Максвеллом. Эта связь носит название основных уравнений электродинамики, которые описывают электромагнитные явления в различных средах и в вакууме. Получены эти уравнения как обобщение установленных на опыте законов электрических и магнитных явлений

Билет № 8

Работа и мощность. Кинетическая и потенциальная энергия. Закон

сохранения энергии.

Гармонические колебания. Параметры колебательного движения

математического маятника.

3. Задача на расчёт электроёмкости конденсатора.

1. РАБОТА И КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ

При действии на тело постоянной силы оно приобретает ускорение. Поскольку тело под действием этой силы перемещается, то сила совершает работу. Рассмотрим движение тела с ускорением. Будем считать, что векторы силы и перемещения направлены в одну сторону вдоль одной прямой. Если координатная ось направлена в ту же сторону, то проекции всех векторов, характеризующих движение, равны их модулям.

Ускорение, с которым движется тело, равно:

Это ускорение телу сообщает сила F, которая по второму закону Ньютона равна: F = та, откуда: a= . Подставив в формулу выражение

для ускорения, получим:

преобразуем формулу:

В левой части равенства стоит работа силы А. в правой части равенства - изменение величины

Эта величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости, называется кинетической энергией - Е. Можно сказать, что работа силы равна изменению кинетической энергии тела. Это утверждение называют теорией о кинетической энергии.

Если сила совершает положительную работу, то кинетическая энергия тела увеличивается; если сила совершает отрицательную работу, то кинетическая энергия тела уменьшается. Это происходит, например, при уменьшении скорости тела под действием силы трения.

Кинетическая энергия измеряется так же, как и работа, в джоулях.

Кинетическая энергия - это энергия, которой обладает движущееся тело.

Она характеризует его состояние в тот или иной момент времени.

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ ТЕЛА.

Потенциальной энергией называют энергию взаимодействия тел или частей тела, зависящую от их взаимного положения.

Найдем связь между работой силы тяжести и изменением потенциальной энергии тела. Пусть тело массой т падает с высоты h до высоты h (рис. 75).

Работа силы тяжести на участке

ПРИМЕРНЫЕ ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ БИЛЕТЫ

ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ В ТРАДИЦИОННОЙ ФОРМЕ УСТНОЙ

ИТОГОВОЙ АТТЕСТАЦИИ ВЫПУСКНИКОВ XI(XII) КЛАССОВ

ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ

В 2004/05 УЧЕБНОМ ГОДУ

Объяснительная записка

Согласно Закону Российской Федерации «Об образовании» в редакции, введенной в действие с 15 января 1996 года Федеральным законом от 13 января 1996 года № 12ФЗ с изменениями на 22 августа 2004 года, освоение программ среднего (полного) общего образования завершается обязательной итоговой аттестацией. Итоговая аттестация выпускников XI(XII) классов общеобразовательных учреждений проводится в форме устных и письменных экзаменов.

Форма проведения устной аттестации по всем предметам может быть различной: по билетам, собеседование, защита реферата, комплексный анализ текста (по русскому языку).

В первом случае выпускник отвечает на вопросы, сформулированные в билетах, выполняет предложенные практические задания (решение задачи, лабораторная работа, демонстрация опыта и др.).

Выпускник, избравший собеседование как одну из форм устного экзамена, по предложению аттестационной комиссии дает без подготовки развернутый ответ по одной из ключевых тем курса или отвечает на вопросы обобщающего характера по темам, изученным в соответствии с учебной программой. Собеседование целесообразно проводить с выпускниками, имеющими отличные знания по предмету, проявившими интерес к научным исследованиям в избранной области знаний.

Защита реферата предполагает предварительный выбор выпускником интересующей его темы работы с учетом рекомендаций учителя-предметника, последующее глубокое изучение избранной для реферата проблемы, изложение выводов по теме реферата. Не позднее чем за неделю до экзамена реферат представляется выпускником на рецензию учителю-предметнику. Аттестационная комиссия на экзамене знакомится с рецензией на представленную работу и выставляет оценку выпускнику после защиты реферата.

Выпускник, избравший комплексный анализ текста как одну из форм устного экзамена по русскому языку, характеризует тип, стиль подобранного учителем текста, определяет его тему, главную мысль, комментирует имеющиеся в нем орфограммы и пунктограммы.

Выпускник XI (XII) класса для итоговой устной аттестации может выбрать любые предметы, изучавшиеся на ступени среднего (полного) общего образования.

На итоговой аттестации по всем учебным предметам проверяются соответствие знаний выпускников требованиям государственных образовательных программ, глубина и прочность полученных знаний, их практическое применение.

Общеобразовательное учреждение имеет право в предложенный материал внести изменения, дополнения, содержащие региональный компонент, учитывающие профиль школы, а также разработать собственные экзаменационные билеты. При корректировке примерных билетов по истории России и обществознанию желательно внести вопросы, связанные с российской государственной символикой (герб, флаг, гимн).

Порядок экспертизы, утверждения и хранения аттестационного материала устанавливается уполномоченным органом местного самоуправления.

При подготовке к устной итоговой аттестации выпускников рекомендуется учесть особенности изучения различных учебных предметов.

Начальник Управления государственного надзора

по соблюдению законодательства Российской Федерации

в сфере образования В.И. ГРИБАНОВ

Примечание: В этот список входят билеты по следующим 20-ти предметам:

ФИЗИКА – XI класс

Ниже приводятся два варианта билетов для общеобразовательных школ, составленных на основе одних и тех же вопросов: первый вариант 26 билетов, второй – 16 билетов.

На подготовку к ответу учащимся отводится обычно до 30 минут. За это время нужно успеть подготовить необходимые выкладки, схемы и графики и воспроизвести их на доске. Эти записи помогут построить связный, логичный и полный ответ. Для решения задачи или выполнения лабораторной работы в некоторых случаях может быть выделено дополнительное время. Задача или лабораторная работа обычно выполняется на отдельном листе и члены экзаменационной комиссии могут проверить правильность решения по этим записям.

Структура билетов 1-го варианта такова:

– первые вопросы билетов охватывают основной материал физических теорий, изучаемых в школьном курсе;

– вторые вопросы предполагают решение задачи или выполнение лабораторной работы из числа обязательных, предусмотренных примерной программой среднего (полного) общего образования.

Структура билетов 2-го варианта иная:

– первые вопросы билетов, как и в первом варианте, охватывают основной материал физических теорий, изучаемых в школьном курсе физики;

– вторые вопросы предполагают рассмотрение практических приложений физических теорий и требуют не столько изложение теоретического материала, сколько демонстрацию опытов, иллюстрирующих описываемое явление, выявляющих основные закономерности явления и пр., или выполнение лабораторной работы, или простейших измерений, предусмотренных требованиями к уровню подготовки выпускников;

– третьи вопросы проверяют умение решать задачи.

ВАРИАНТ I

Билет № 1

2. Задача на применение законов сохранения массового числа и электрического заряда.

Билет № 2

2. Лабораторная работа «Измерение показателя преломления стекла».

Билет № 3

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

Билет № 4

2. Задача на применение первого закона термодинамики.

Билет № 5

2. Лабораторная работа «Расчет и измерение сопротивления двух параллельно соединенных резисторов».

Билет № 6

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

Билет № 7

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

Билет № 8

2. Задача на применение уравнения Эйнштейна для фотоэффекта.

Билет № 9

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

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

Билет № 10

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

2. Задача на определение показателя преломления прозрачной среды.

Билет № 11

2. Задача на применение закона электромагнитной индукции.

Билет № 12

2. Задача на применение закона сохранения энергии.

Билет № 13

1. Конденсаторы. Электроемкость конденсатора. Применение конденсаторов.

2. Задача на применение уравнения состояния идеального газа.

Билет № 14

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

2. Лабораторная работа «Измерение массы тела».

Билет № 15

1. Магнитное поле. Действие магнитного поля на электрический заряд и опыты, подтверждающие это действие.

2. Лабораторная работа «Измерение влажности воздуха».

Билет № 16

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

2. Задача на применение графиков изопроцессов.

Билет № 17

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

Билет № 18

1. Явление самоиндукции. Индуктивность. Электромагнитное поле.

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

Билет № 19

2. Задача на применение закона Джоуля–Ленца.

Билет № 20

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

2. Лабораторная работа «Измерение мощности лампочки накаливания».

Билет № 21

1. Волновые свойства света. Электромагнитная природа света.

2. Задача на применение закона Кулона.

Билет № 22

2. Лабораторная работа «Измерение удельного сопротивления материала, из которого сделан проводник».

Билет № 23

1. Испускание и поглощение света атомами. Спектральный анализ.

2. Лабораторная работа «Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока с использованием амперметра и вольтметра».

Билет № 24

2. Задача на применение закона сохранения импульса.

Билет № 25

2. Лабораторная работа «Расчет общего сопротивления двух последовательно соединенных резисторов».

Билет № 26

ВАРИАНТ II

Билет № 1

1. Механическое движение. Относительность движения. Равномерное и равноускоренное прямолинейное движение.

2. Лабораторная работа «Оценка массы воздуха в классной комнате при помощи необходимых измерений и расчетов».

Билет № 2

1. Взаимодействие тел. Сила. Законы динамики Ньютона.

2. Кристаллические и аморфные тела. Упругие и пластические деформации твердых тел. Лабораторная работа «Измерение жесткости пружины».

Билет № 3

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

2. Параллельное соединение проводников. Лабораторная работа «Расчет и измерение сопротивления двух параллельно соединенных резисторов».

Билет № 4

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

2. Работа и мощность в цепи постоянного тока. Лабораторная работа «Измерение мощности лампочки накаливания».

Билет № 5

1. Превращения энергии при механических колебаниях. Свободные и вынужденные колебания. Резонанс.

2. Постоянный электрический ток. Сопротивление. Лабораторная работа «Измерение удельного сопротивления материала, из которого сделан проводник».

3. Задача на применение закона сохранения массового числа и электрического заряда.

Билет № 6

1. Опытное обоснование основных положений молекулярно-кинетической теории строения вещества. Масса и размеры молекул.

2. Масса. Плотность вещества. Лабораторная работа «Измерение массы тела».

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

Билет № 7

1. Идеальный газ. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. Температура и ее измерение. Абсолютная температура.

2. Последовательное соединение проводников. Лабораторная работа «Расчет общего сопротивления двух последовательно соединенных резисторов».

Билет № 8

1. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева–Клапейрона). Изопроцессы.

2. Электромагнитные волны и их свойства. Лабораторная работа «Сборка простейшего детекторного радиоприемника».

3. Задача на применение закона сохранения энергии.

Билет № 9

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

2. Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи. Лабораторная работа «Измерение ЭДС источника тока».

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

Билет № 10

1. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к изопроцессам. Адиабатный процесс.

2. Явление преломления света. Лабораторная работа «Измерение показателя преломления стекла».

3. Задача на определение индукции магнитного поля (по закону Ампера или по формуле для расчета силы Лоренца).

Билет № 11

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

2. Испарение и конденсация. Влажность воздуха. Лабораторная работа «Измерение влажности воздуха».

3. Задача на определение показателя преломления прозрачной среды.

Билет № 12

1. Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур и превращение энергии при электромагнитных колебаниях.

2. Волновые свойства света. Лабораторная работа «Измерение длины световой волны с использованием дифракционной решетки».

Билет № 13

1. Опыты Резерфорда по рассеянию α-частиц. Ядерная модель атома. Квантовые постулаты Бора.

2. Магнитное поле. Действие магнитного поля на электрический заряд (продемонстрировать опыты, подтверждающие это действие).

3. Задача на применение графиков изопроцессов.

Билет № 14

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

2. Конденсаторы. Электроемкость конденсатора. Применение конденсаторов.

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

Билет № 15

1. Состав ядра атома. Изотопы. Энергия связи ядра атома. Цепная ядерная реакция. Условия ее протекания. Термоядерные реакции.

2. Явление самоиндукции. Индуктивность. Электромагнитное поле. Их использование в электрических машинах постоянного тока.

3. Задача на движение или равновесие заряженной частицы в электрическом поле.

Билет № 16

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

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

Классы с углубленным изучением предмета

Экзаменационные билеты для классов с углубленным изучением физики состоят из трех вопросов. Первые два вопроса имеют теоретическую направленность, третий – практическую (выполнение лабораторной работы или решение задачи).

При отсутствии необходимого лабораторного оборудования работы могут быть заменены на равнозначные.

Билет № 1

1. Механическое движение. Относительность механического движения. Закон сложения скоростей в классической механике. Кинематика прямолинейного движения материальной точки.

2. Магнитное поле в веществе. Магнитная проницаемость. Природа ферромагнетизма. Температура Кюри.

3. Лабораторная работа «Измерение коэффициента поверхностного натяжения жидкости».

Билет № 2

1. Равноускоренное прямолинейное движение. Аналитическое и графическое описание равноускоренного прямолинейного движения.

2. Явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Самоиндукция. ЭДС самоиндукции. Энергия магнитного поля катушки с током.

3. Лабораторная работа «Измерение влажности воздуха».

Билет № 3

1. Движение материальной точки по окружности. Центростремительное ускорение. Угловая скорость. Связь угловой и линейной скоростей.

2. Электрический ток в металлах. Природа электрического тока в металлах. Закон Ома для участка цепи. Зависимость сопротивления металлов от температуры. Сверхпроводимость.

3. Задача на применение закона электромагнитной индукции.

Билет № 4

1. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности в классической механике и в специальной теории относительности.

2. Электрический ток в растворах и расплавах электролитов. Законы электролиза. Определение заряда электрона.

3. Задача на применение основного уравнения МКТ.

Билет № 5

1. Второй закон Ньютона и границы его применимости. Использование второго закона Ньютона в неинерциальных системах отсчета. Силы инерции.

2. Электрический ток в газах. Самостоятельный и несамостоятельный электрический разряд.

3. Лабораторная работа «Измерение показателя преломления стекла».

Билет № 6

1. Третий закон Ньютона. Свойства сил действия и противодействия. Границы применимости третьего закона Ньютона.

2. Электрический ток в вакууме. Электровакуумные приборы и их применение.

3. Лабораторная работа «Измерение фокусного расстояния собирающей линзы».

Билет № 7

1. Импульс. Закон сохранения импульса. Реактивное движение. Уравнение Мещерского. Формула Циолковского.

2. Электрический ток в полупроводниках. Собственная и примесная проводимость полупроводников, р–n-переход. Полупроводниковый диод. Транзистор.

3. Задача на применение уравнения состояния идеального газа.

Билет № 8

1. Закон всемирного тяготения. Гравитационная постоянная и ее измерение. Сила тяжести. Вес тела. Невесомость. Движение тел под действием силы тяжести.

2. Свободные электрические колебания. Колебательный контур. Превращение энергии в колебательном контуре. Затухание колебаний. Формула Томсона.

3. Задача на применение первого закона термодинамики.

Билет № 9

1. Сила упругости. Виды упругих деформаций. Закон Гука. Модуль Юнга. Диаграмма растяжения.

2. Автоколебания. Автоколебательная система. Генератор незатухающих электромагнитных колебаний.

3. Лабораторная работа «Измерение электрического сопротивления при помощи амперметра и вольтметра».

Билет № 10

1. Силы трения. Коэффициент трения скольжения. Учет и использование трения в быту и технике. Трение в жидкостях и газах.

2. Переменный ток как вынужденные электромагнитные колебания. Действующие значения силы переменного тока и напряжения. Активное и реактивное сопротивление. Закон Ома для электрической цепи переменного тока.

3. Задача на применение уравнения Эйнштейна для фотоэффекта.

Билет № 11

1. Равновесие твердого тела. Момент силы. Условия равновесия твердого тела. Виды равновесия. Принцип минимума потенциальной энергии.

2. Трансформатор. Устройство и принцип действия трансформатора. Передача электроэнергии.

3. Задача на применение закона радиоактивного распада.

Билет № 12

1. Механическая работа и мощность. Энергия. Закон сохранения энергии в механических процессах.

2. Электромагнитные волны и их свойства. Скорость распространения электромагнитных волн. Опыты Герца.

3. Лабораторная работа «Определение электроемкости конденсатора методом баллистического гальванометра».

Билет № 13

1. Гидро- и аэростатика. Общие свойства жидких и газообразных тел. Закон Паскаля. Сила Архимеда. Условия плавания тел.

2. Принципы радиосвязи. Изобретение радио. Радиолокация. Телевидение. Развитие средств связи.

3. Задача на расчет явлений интерференции и дифракции света.

Билет № 14

1. Гидро- и аэродинамика. Уравнение Бернулли. Движение тел в жидкостях и газах. Подъемная сила крыла самолета. Значение работ Н.Е. Жуковского в развитии авиации.

2. Электромагнитная природа света. Методы измерения скорости света. Шкала электромагнитных волн. Уравнение волны.

3. Задача на применение закона Ома для полной цепи.

Билет № 15

1. Механические колебания. Уравнение гармонических колебаний. Свободные и вынужденные колебания. Период колебаний груза на пружине и математического маятника. Превращение энергии при колебательном движении.

2. Интерференция света. Опыт Юнга. Когерентные волны. Цвета тонких пленок и применение интерференции.

3. Лабораторная работа «Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока».

Билет № 16

1. Механические волны и их свойства. Распространение колебаний в упругих средах. Длина волны. Звуковые волны и их свойства. Эхо. Акустический резонанс.

2. Явление дифракции света. Зоны Френеля. Дифракционная решетка как спектральный прибор.

3. Лабораторная работа «Измерение электроемкости конденсатора в цепи переменного тока».

Билет № 17

1. Основные положения молекулярнокинетической теории и их опытные обоснования. Размеры и масса молекул.

2. Дисперсия и поглощение света. Классическая электронная теория дисперсии. Аномальная дисперсия. Поглощение света и электронная теория. Спектроскоп и спектрограф.

3. Лабораторная работа «Измерение индуктивности катушки в цепи переменного тока».

Билет № 18

1. Идеальный газ. Вывод основного уравнения молекулярно-кинетической теории идеального газа. Температура как мера средней кинетической энергии молекул. Длина свободного пробега.

2. Поляризация света. Естественный свет. Поляризатор. Двойное лучепреломление.

3. Задача на применение основных формул кинематики.

Билет № 19

1. Насыщенный и ненасыщенный пар. Зависимость давления насыщенного пара от температуры. Кипение. Зависимость температуры кипения от давления. Критическая температура. Относительная влажность воздуха и ее измерение.

2. Закон прямолинейного распространения света. Законы отражения и преломления света. Полное отражение. Линзы. Формула тонкой линзы.

3. Задача на применение закона всемирного тяготения.

Билет № 20

1. Свойства поверхности жидкостей. Поверхностное натяжение. Смачивание и несмачивание. Капиллярные явления.

2. Элементы фотометрии: энергетические и фотометрические величины. Законы освещенности.

3. Задача на применение закона сохранения импульса.

Билет № 21

1. Кристаллические тела и их свойства. Монокристаллы и поликристаллы. Аморфные тела. Экспериментальные методы изучения внутреннего состояния кристаллов. Дефекты в кристаллах. Способы повышения прочности твердых тел.

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

3. Лабораторная работа «Измерение коэффициента трения скольжения».

Билет № 22

1. Внутренняя энергия и способы ее изменения. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия идеального газа. Применение первого закона термодинамики к изопроцессам и адиабатному процессу.

2. Элементы специальной теории относительности. Постулаты СТО. Конечность и предельность скорости света. Релятивистский закон преобразования скоростей. Пространство-время в СТО. Релятивистская динамика.

3. Задача на применение закона сохранения механической энергии.

Билет № 23

1. Тепловые машины, их устройство и принцип действия. Необратимость тепловых процессов. Второй закон термодинамики и его статистический смысл. Тепловые машины и проблемы экологии.

2. Квантовая гипотеза Планка. Фотоэффект. Законы фотоэффекта. Квантовая теория фотоэффекта. Фотоэлементы и их применение.

3. Задача на применение закона Кулона.

Билет № 24

1. Электрическое взаимодействие и электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона.

2. Строение атома. Опыты Резерфорда. Квантовые постулаты Бора. Опыты Франка и Герца. Принцип соответствия.

3. Задача на применение второго закона Ньютона.

Билет № 25

1. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Линии напряженности. Теорема Гаусса.

2. Спонтанное и индуцированное излучение. Лазеры и их применение.

3. Лабораторная работа «Исследование зависимости КПД наклонной плоскости от массы тела и угла наклона плоскости к горизонту».

Билет № 26

1. Работа сил электрического поля. Потенциал и разность потенциалов. Эквипотенциальные поверхности. Связь между напряженностью и разностью потенциалов.

2. Атомное ядро. Строение атомного ядра. Ядерные силы. Энергия связи ядра. Удельная энергия связи и прочность ядер.

3. Лабораторная работа «Измерение плотности тела методом гидростатического взвешивания».

Билет № 27

1. Проводники и диэлектрики в электрическом поле.

2. Радиоактивность. Свойства радиоактивных излучений. Закон радиоактивного распада.

3. Лабораторная работа «Измерение ускорения свободного падения при помощи нитяного маятника».

Билет № 28

1. Электроемкость. Электроемкость конденсатора. Энергия заряженного конденсатора. Точка Кюри. Пьезоэлектрический эффект.

2. Свойства ионизирующих излучений. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом. Методы регистрации ионизирующих излучений.

3. Задача на применение закона Джоуля–Ленца.

Билет № 29

1. Электрический ток и условия его существования. ЭДС источника тока. Закон Ома для однородного и неоднородного участка электрической цепи. Закон Ома для полной цепи. Короткое замыкание.

2. Ядерные реакции. Выделение и поглощение энергии в ядерных реакциях. Цепные ядерные реакции. Термоядерные реакции. Проблемы ядерной энергетики.

3. Лабораторная работа «Расчет и экспериментальная проверка времени скатывания шара с наклонной плоскости».

Билет № 30

1. Магнитное взаимодействие токов. Магнитное поле и его характеристики. Сила Ампера. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в однородном магнитном поле.

2. Элементарные частицы и их свойства. Античастицы. Взаимные превращения частиц и квантов. Фундаментальные взаимодействия.

3. Задача на применение законов электролиза.

РЕСПУБЛИКИ КРЫМ

«ПРИМОРСКИЙ ПРОМЫШЛЕННЫЙ ТЕХНИКУМ»

УТВЕРЖДАЮ___

Зам. директора по УР_

Шилкова Н.М.

«___»____________2016г.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ БИЛЕТЫ

Профессия: 08.01.18 – Электромонтажник электрических сетей и оборудования;

15.01.05 – Сварщик;

23.01.03 - Автомеханик

Группы: 212, 214, 218

Семестр: IV

Преподаватель: Шатная О.Г.

Рассмотрены на заседании № ___методической комиссии естественно-математического цикла.

Протокол № ___ от «___»______________2016г.

Председатель МК _____________Шатная О.Г.

«____»________________2016г.

Феодосия 2016

Пояснительная записка

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Структура билетов:

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

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

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

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

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

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

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

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

Справочные таблицы физических величин;

Плакаты и таблицы для ответов на теоритические вопросы;

Непрограммируемый калькулятор для вычислений при решении задач;

Приборы и материалы для экспериментальных заданий.

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

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

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

Решение задач (в билетах профильного уровня)

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

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

При оценке экспериментальных заданий

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

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

Критерии оценивания устного ответа на экзамене:

«5» выставляется обучающемуся, если он:

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

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

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

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

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

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

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

2) не обладает достаточными навыками работы со справочной литературой.

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

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

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

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

«2» выставляется в том случае, если обучающийся:

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

Перечень вопросов, выносимых на экзамен

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

Кинематические характеристики и графическое описание равномерного прямолинейного движения.

Кинематические характеристики и графическое описание равноускоренного прямолинейного движения.

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

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

Закон всемирного тяготения. Вес. Невесомость.

Импульс. Закон сохранения импульса. Реактивное движение.

Потенциальная и кинетическая энергия. Закон сохранения энергии в механике.

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

Механические волны. Длина волны. Звук. Скорость звука.

Модели строения газов, жидкостей и твердых тел.

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

Тепловое движение молекул. Абсолютная температура – мера средней кинетической энергии

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

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

Внутренняя энергия и способы ее изменения. Первый закон термодинамики.

Первый закон термодинамики. Необратимость тепловых процессов.

Тепловые двигатели и охрана окружающей среды. КПД тепловых двигателей.

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

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

Проводники и диэлектрики в электрическом поле. Диэлектрическая проницаемость.

Конденсатор. Электроемкость. Электроемкость плоского конденсатора. Соединение конденсаторов.

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

Параллельное и последовательное соединение проводников.

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

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

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

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

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

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

Сила Ампера.

Принцип действия электродвигателя. Электроизмерительные приборы.

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

Принцип действия генератора.

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

Переменный ток. Техника безопасности в обращении с переменным током.

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

Производство, передача и использование электроэнергии.

Электромагнитное поле. Электромагнитная волна. Свойства электромагнитных волн.

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

Принцип радиотелефонной связи.

Свет как электромагнитная волна.

Дисперсия света.

Интерференция и дифракция света. Квантовые свойства света.

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

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

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

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

Принцип действия и использование лазера.

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

Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений и их свойства.

Ядерные реакции. Деление и синтез ядер.

Перечень задач

Задача на применение уравнения состояния идеального газа.

Задача на определение зависимости давления идеального газа от температуры.

Задача на использование уравнения теплового баланса.

Задача на определение КПД теплового двигателя.

Задача на применение закона Кулона.

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

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

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

Задача на определение нити накаливания лампы.

Задача на расчет напряженности электрического поля.

Задача на применение формулы силы Лоренца.

Задача на применение закона преломления света.

Задача на определение фокусного расстояния линзы.

Задача на определение максимальной кинетической энергии электрона при фотоэффекте.

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

Задача на определение энергии связи атомных ядер.

Перечень практических заданий

Определение относительной влажности воздуха.

Определение количество молекул воздуха в учебном кабинете.

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

Определение сопротивления проводника.

Определение длины медного провода в катушке зажигания.

Определение ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.

Исследование явления электромагнитной индукции.

Изучение зависимости периода колебания математического маятника от его длины.

Наблюдение дифракции света.

Наблюдение интерференции света.

Государственное бюджетное образовательное учреждение ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 1 1. Виды механического движения. Относительность механического движения. Система отсчета. Скорость и ускорение при равноускоренном движении. 2. Полупроводники. Собственная и примесная проводимость. Полупроводниковый диод. Полупроводниковые приборы. 3. Задача на применение силы Лоренца. «___»______________20___г.

Государственное бюджетное образовательное учреждение Республики Крым «Приморский промышленный техникум» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 2 1. Кинематические характеристики и графическое описание равномерного и прямолинейного движения. 2. Свободные носители электрического заряда в проводниках. Механизм проводимости растворов и расплавов в электролитах. 3. Задача на закон Ома для участка цепи с учетом удельного сопротивления. Учебная дисциплина ___ФИЗИКА___ Составитель __Шатная О.Г.__ ___________ Председатель МК __Шатная О.Г.__ _________ «___»______________20___г. Государственное бюджетное образовательное учреждение Республики Крым «Приморский промышленный техникум» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 3 1. Кинематические характеристики и графическое описание равноускоренного прямолинейного движения. 2. Свободные электрические носители зарядов в проводниках. Механиз проводимости твердых металлов. 3. Задача на закон Кулона. Учебная дисциплина ___ФИЗИКА___ Составитель __Шатная О.Г.__ ___________ Председатель МК __Шатная О.Г.__ _________ «___»______________20___г.

Государственное бюджетное образовательное учреждение Республики Крым «Приморский промышленный техникум» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 4 1. Взаимодействие тел. Сила. Силы в природе: упругости, трения, тяжести. Принцип суперпозиции. 2. Магнитное поле. Постоянные магниты и магнитное поле тока. Его материальность. 3. Экспериментальное задание. Наблюдение дифракции света. Учебная дисциплина ___ФИЗИКА___ Составитель __Шатная О.Г.__ ___________ Председатель МК __Шатная О.Г.__ _________ «___»______________20___г.

Государственное бюджетное образовательное учреждение Республики Крым «Приморский промышленный техникум» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 5 1. Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона. Принцип относительности Галилея. 2. Сила Ампера. 3. Лабораторная работа: «Определение относительной влажности воздуха». Учебная дисциплина ___ФИЗИКА___ Составитель __Шатная О.Г.__ ___________ Председатель МК __Шатная О.Г.__ _________ «___»______________20___г.

Государственное бюджетное образовательное учреждение Республики Крым «Приморский промышленный техникум» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 6 1. Закон всемирного тяготения. Вес. Невесомость. 2. Принцип действия электродвигателя. Электроизмерительные приборы. 3. Задача на применения закона преломления вещества. Учебная дисциплина ___ФИЗИКА___ Составитель __Шатная О.Г.__ ___________ Председатель МК __Шатная О.Г.__ _________ «___»______________20___г.

Государственное бюджетное образовательное учреждение Республики Крым «Приморский промышленный техникум» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 7 1. Импульс. Закон сохранения импульса. Реактивное движение. 2. Явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции. ЭДС индукции в движущемся проводнике. 3. Экспериментальное задание. Определение работы выхода фотоэлектронов по графику зависимости максимальной кинетической энергии фотоэлектронов от частоты света. Учебная дисциплина ___ФИЗИКА___ Составитель __Шатная О.Г.__ ___________ Председатель МК __Шатная О.Г.__ _________ «___»______________20___г.

Государственное бюджетное образовательное учреждение Республики Крым «Приморский промышленный техникум» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 8 1. Потенциальная и кинетическая энергия. Закон сохранения энергии. 2. Принцип действия генератора. 3. Экспериментальное задание. Определить длину медной проволоки. Учебная дисциплина ___ФИЗИКА___ Составитель __Шатная О.Г.__ ___________ Председатель МК __Шатная О.Г.__ _________ «___»______________20___

Государственное бюджетное образовательное учреждение Республики Крым «Приморский промышленный техникум» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 9 1. Свободные и вынужденные механические колебания. Гармонические колебания. Смещение, амплитуда, период, частота, фаза. Зависимость периода колебания от свойств системы. 2. Переменный ток. Техника безопасности в обращении с переменным током. 3. Задача на расчет электрической цепи с последовательным и параллельным соединением проводников. Учебная дисциплина ___ФИЗИКА___ Составитель __Шатная О.Г.__ ___________ Председатель МК __Шатная О.Г.__ _________ «___»______________20___г.

Государственное бюджетное образовательное учреждение Республики Крым «Приморский промышленный техникум» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 10 1. Механические волны. Длина волны. Звук. Скорость звука. 2. Колебательный контур. Свободные электрические колебания. Превращение энергии в колебательном контуре. Собственная частота колебаний в контуре. 3. Экспериментальное задание. Исследование явления электромагнитной индукции. Учебная дисциплина ___ФИЗИКА___ Составитель __Шатная О.Г.__ ___________ Председатель МК __Шатная О.Г.__ _________ «___»______________20___г.

Государственное бюджетное образовательное учреждение Республики Крым «Приморский промышленный техникум» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 11 1. Модели строения газов, жидкостей и твердых тел. 2. Устройство и принцип действия трансформатора. Его применение на практике. Передача и использование электроэнергии. 3. Экспериментальная задача. Определение количества молекул воздуха в учебном кабинете. Учебная дисциплина ___ФИЗИКА___ Составитель __Шатная О.Г.__ ___________ Председатель МК __Шатная О.Г.__ _________ «___»______________20___г.

Государственное бюджетное образовательное учреждение Республики Крым «Приморский промышленный техникум» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 12 1. Основные положения молекулярно-кинетической теории и их опытное обоснование. Броуновское движение. 2. Производство, передача и использование электроэнергии. 3. Лабораторная работа. «Изучение зависимости периода колебания математического маятника от длины нити». Учебная дисциплина ___ФИЗИКА___ Составитель __Шатная О.Г.__ ___________ Председатель МК __Шатная О.Г.__ _________ «___»______________20___г.

Государственное бюджетное образовательное учреждение Республики Крым «Приморский промышленный техникум» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 13 1. Тепловое движение молекул. Абсолютная температура – мера средней кинетической энергии. 2. Электромагнитное поле. Электромагнитная волна. Свойства электромагнитных волн. 3. Задача на определение длины волны, испускаемого света при переходе атома из одного стационарного состояния в другое. Учебная дисциплина ___ФИЗИКА___ Составитель __Шатная О.Г.__ ___________ Председатель МК __Шатная О.Г.__ _________ «___»______________20___г.

Государственное бюджетное образовательное учреждение Республики Крым «Приморский промышленный техникум» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 14 1. Модель идеального газа. Связь между давлением и средней кинетической энергией молекул. 2. Шкала электромагнитных волн. Применение электромагнитных волн в быту и технике. 3. Лабораторная работа. « Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока». Учебная дисциплина ___ФИЗИКА___ Составитель __Шатная О.Г.__ ___________ Председатель МК __Шатная О.Г.__ _________ «___»______________20___г.

Государственное бюджетное образовательное учреждение Республики Крым «Приморский промышленный техникум» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 15 1. Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева – Клапейрона). 2. Принцип радиотелефонной связи. 3. Задача на определение диэлектрической проницаемости вещества. Учебная дисциплина ___ФИЗИКА___ Составитель __Шатная О.Г.__ ___________ Председатель МК __Шатная О.Г.__ _________ «___»______________20___г.

Государственное бюджетное образовательное учреждение Республики Крым «Приморский промышленный техникум» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 16 1. Внутренняя энергия и способы ее изменения. 2. Свет как электромагнитная волна. 3. Задача на расчет энергии связи атомных ядер. Учебная дисциплина ___ФИЗИКА___ Составитель __Шатная О.Г.__ ___________ Председатель МК __Шатная О.Г.__ _________ «___»______________20___г.

Государственное бюджетное образовательное учреждение Республики Крым «Приморский промышленный техникум» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 17 1. Первый закон термодинамики. Необратимость тепловых процессов. 2. Дифракция света. 3. Задача на определение максимальной кинетической энергии фотоэлектрона при фотоэффекте. Учебная дисциплина ___ФИЗИКА___ Составитель __Шатная О.Г.__ ___________ Председатель МК __Шатная О.Г.__ _________ «___»______________20___г.

Государственное бюджетное образовательное учреждение Республики Крым «Приморский промышленный техникум» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 18 1. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды. КПД теплового двигателя. 2. Интерференция и дисперсия света. 3. Экспериментальное задание. Измерение сопротивления проводника. Учебная дисциплина ___ФИЗИКА___ Составитель __Шатная О.Г.__ ___________ Председатель МК __Шатная О.Г.__ _________ «___»______________20___г.

Государственное бюджетное образовательное учреждение Республики Крым «Приморский промышленный техникум» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 19 1. Электрический заряд. Закон сохранения заряда. Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона. 2. Закон отражения и преломления света. Полное отражение. Оптические приборы. 3. Задача на применение закона Ома для полной цепи. Учебная дисциплина ___ФИЗИКА___ Составитель __Шатная О.Г.__ ___________ Председатель МК __Шатная О.Г.__ _________ «___»______________20___г.

Государственное бюджетное образовательное учреждение Республики Крым «Приморский промышленный техникум» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 20 1. Электрическое поле и его материальность. Напряженность и потенциал электрического поля. 2. Линзы. Построение изображения в тонкой линзе. Формула тонкой линзы. Оптическая сила линзы. 3. Экспериментальное задание. Наблюдение интерференции света. Учебная дисциплина ___ФИЗИКА___ Составитель __Шатная О.Г.__ ___________ Председатель МК __Шатная О.Г.__ _________ «___»______________20___г.

Государственное бюджетное образовательное учреждение Республики Крым «Приморский промышленный техникум» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 21 1. Электроемкость. Конденсатор. Электроемкость плоского конденсатора. Соединение конденсаторов. 2. Строение атома. Планетарная модель и модель Бора. Поглощение и испускание света атомами. 3. Задача на определение температуры нити накаливания лампы. Учебная дисциплина ___ФИЗИКА___ Составитель __Шатная О.Г.__ ___________ Председатель МК __Шатная О.Г.__ _________ «___»______________20___г.

Государственное бюджетное образовательное учреждение Республики Крым «Приморский промышленный техникум» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 22 1. Электромагнитное поле. Электромагнитные волны, их свойства. 2. Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа. 3. Задача на зависимость давления идеального газа от температуры. Учебная дисциплина ___ФИЗИКА___ Составитель __Шатная О.Г.__ ___________ Председатель МК __Шатная О.Г.__ _________ «___»______________20___г.

Государственное бюджетное образовательное учреждение Республики Крым «Приморский промышленный техникум» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 23 1. Постоянный электрический ток. Сопротивление участка цепи. Закон Ома для участка цепи. 2. Принцип действия и использование лазера. 3. Задача на использование уравнения теплового баланса. Учебная дисциплина ___ФИЗИКА___ Составитель __Шатная О.Г.__ ___________ Председатель МК __Шатная О.Г.__ _________ «___»______________20___г.

Государственное бюджетное образовательное учреждение Республики Крым «Приморский промышленный техникум» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 24 1. Параллельное и последовательное соединение проводников. 2. Строение атомного ядра. Протон и нейтрон. Взаимосвязь массы и энергии. Энергия связи атомного ядра. 3. Задача на определение КПД теплового двигателя. Учебная дисциплина ___ФИЗИКА___ Составитель __Шатная О.Г.__ ___________ Председатель МК __Шатная О.Г.__ _________ «___»______________20___г.

Государственное бюджетное образовательное учреждение Республики Крым «Приморский промышленный техникум» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 25 1. Электродвижущая сила. Закон Ома для полной (замкнутой) цепи. 2. Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений и их свойства. 3. Задача на определение фокусного расстояния линзы. Учебная дисциплина ___ФИЗИКА___ Составитель __Шатная О.Г.__ ___________ Председатель МК __Шатная О.Г.__ _________ «___»______________20___г.

Государственное бюджетное образовательное учреждение Республики Крым «Приморский промышленный техникум» ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 26 1. Тепловое действие тока. Закон Джоуля – Ленца. Мощность электрического тока. 2. Ядерные реакции. Деление и синтез ядер. 3. Задача на применение уравнения состояния идеального газа. Учебная дисциплина ___ФИЗИКА___ Составитель __Шатная О.Г.__ ___________ Председатель МК __Шатная О.Г.__ _________ «___»______________20___г.

Примерный вариант задач

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Задача 16. Вычислите энергию связи ядра атома кислорода.

Консультация по подготовке третьего вопроса

	Условие задачи
	В однородное магнитное поле с индукцией 0,09Тл перпендику-лярно силовым линиям, влетает электрон со скоростью 4·10 4 м/с. Определить радиус окружности, которую будет описывать электрон.
	Участок цепи состоит из стальной проволоки длиной 2м и площадью поперечного сечения 0,48мм 2 , соединенный последовательно с никелиновой проволокой длиной 1м и площадью поперечного сечения 0,21мм 2 . Какое напряжение надо подвести к участку цепи, чтобы получить силу тока 0,6А?
	Два одинаковых заряда взаимодействуют в керосине с силой 0,1Н, находясь на расстоянии 10см. Рассчитайте величину этих зарядов.
	Определите показательпрелом-ления скипидара и скоростьрас-пространения света в скипидаре, если известно, что при угле паде-ния
	Найдите распределение токов и напряжений в цепи, если амперметр показывает 2А. Сопротивление резисторов R 1 , R 2 , R 4 и реостат соответственно равны 2, 10, 15, 4Ом.
	При переходе электрона в атоме водорода с третей стационарной орбиты на вторую излучабтся фотоны, соответствующие длине волны 0,652мкм (красная линия водородного спектра). Какую энергию теряет при этом атом водорода?
	На расстоянии 3см от заряда 4нКл, находящегося в жидком диэлектрике, напряженность поля равна 20кВ/м. Какова диэлектрическая проницаемость диэлектрика?
	Вычислите энергию связи ядра атома кислорода.
	Какую максимальную кинетическую энергию имеют фотоэлектроны при облучении железа светом с длиной волны 200нм? Красная граница фотоэффекта для железа 288нм.
	Четыре элемента с внутренним сопротивлением 0,8Ом и ЭДС 2В каждый соединены последовательно и замкнуты на сопротивление 4,8Ом. Рассчитайте силу тока в цепи.
	В рабочем режиме температура вольфрамовой нити накала лампы равна 2 800°С. Во сколько раз ее электрическое сопротивление в рабоче режиме больше, чем при 0°С?
	Давление газа в электрических лампах накаливания равно 0,45Па. Рассчитайте концентрацию молекул газа при указанном давлении и температуре 27°С.
	Какую массу спирта нужно сжечь, чтобы нагреть 2кг воды от 14 до 50°С, если вся теплота, которая выделяется вследствие сгорания спирта, пойдет на нагрев воды?
	КПД теплового двигателя 30%. Рабочее тело получило от нагревателя 5кДж теплоты. Рассчитайте работу, совершенную двигателем.
	Выполняя лабораторную работу, ученик получил четкое изображе-ние горящей свечи на экране. Како-вы фокусное растояние, увеличе- ние и оптическая сила линзы?
	Какое давление рабочей смеси устанавливается в цилиндрах двигателя, если к концу такта сжатия температура повышается с 50 до 250°С, а объем уменьшается с 0,75 до 0,12л? Первоначальное давление рабочей смеси равно 80кПа (Примечание 1л = 10 -3 м 3).

Примеры экспериментальных заданий

1. Наблюдение и объяснение физических явлений.

Билет № 10

Тема: Исследование явления электромагнитной индукции.

Оборудование: гальванометр, проволочная катушка, магнит.

Цель: Исследование условия возникновения индукционного тока.

Ход работы:

1. Подключить замкнутый контур к гальванометру.

2. Продемонстрировать способы получения индукционного тока в контуре.

3. Исследовать зависимость направления индукционного тока и его величину.

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

Билет № 4

Тема: Наблюдение дифракции света.

Оборудование: экран со щелью, штангенциркуль.

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

Ход работы:

1. Пронаблюдать дифракционную картину на щели экрана.

2. Пронаблюдать дифракционную картину на штангенциркуле.

3. Исследовать полученные дифракционные картины.

Билет № 20

Тема: Наблюдение интерференции света

Оборудование: две стеклянные плоскопараллельные пластины

Цель: исследование интерфереционной картины, полученной на воздушном зазрое.

Ход работы:

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

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

2. Измерение физических величин

Билет № 11

Тема: Определение числа молекул воздуха в учебном кобинете

Оборудование: Линейка, таблица плотности вещества

Ход работы:

1. Измерить параметры кабинета и определить его объем.

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

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

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

Билет № 5

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

Оборудование: Термометр, ткань, вода, психрометрическая таблица

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

Ход работы:

1. Измерить температуру воздуха.

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

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

Билет № 14

Тема: Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока

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

Цель: Измерить ЭДС и определить внутреннее сопротивление источника тока

Ход ра боты:

1. Измерить ЭДС источника тока.

3. Проделайте опыты по измерению внутреннего сопротивления источника тока.

Билет № 18

Тема: Измерение сопротивления проводника

Оборудование: источник тока,амперметр, вольтметр, реостат

Цель: Определить сопритивление проводника

Ход работы:

1. Собрать электрическую цепь.

2. Измерить силу тока и напряжение на реостате.

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

4. Рассчитайте абсолютную и относительную погрешность измерения сопротивления.

Билет № 8

Тема: Определение длины медной проволоки в катушке зажигания

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

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

Ход работы:

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

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

4. Зная удельное сопротивление меди определить длину проводника.

5. Определить абсолютную и относительную погрешность измерений длины проволоки.

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

Билет № 7

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

Оборудование: график зависимости E k = E k (

Цель: определить работу выхода металла

Ход работы:

1. По графику определить красную границу фотоэффекта.

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

4. Установка связи между физическими величинами

Билет № 12

Тема: Проверка зависимости периода колебания математического маятника от длины нити

Оборудование: Штатив, два математических маятника, линейка, секундомер

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

Ход работы:

1. Измерить периоды колебаний математических маятников.

2. Измерить длину нити обоих маятников.

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

Билет№1

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

План ответа

1. Определение механического движения. 2. Основные понятия механики. 3. Кинематические характеристики. 4. Основные уравнения. 5. Виды движения. 6. Относительность движения.

Механическим движением называют измене­ние положения тела (или его частей) относительно других тел. Например, человек, едущий на эскалато­ре в метро, находится в покое относительно самого эскалатора и перемещается относительно стен тунне­ля; гора Эльбрус находится в покое относительно Земли и движется вместе с Землей относительно Солнца.

Из этих примеров видно, что всегда надо ука­зать тело, относительно которого рассматривается движение, его называют телом отсчета. Система ко­ординат, тело отсчета, с которым она связана, и вы­бранный способ измерения времени образуют си­стему отсчета. Рассмотрим два примера. Размеры орбитальной станции, находящейся на орбите около Земли, можно не учитывать, рассчитывая траекто­рию движения космического корабля при стыковке со станцией, без учета ее размеров не обойтись. Та­ким образом, иногда размерами тела по сравнению с расстоянием до него можно пренебречь, в этих случаях тело считают материальной точкой, Линию, вдоль которой движется материальная точка, называют траекторией. Длина части траектории между начальным и конечным положением точки называют путем (L). Единица измерения пути - 1м.

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

Направленный отрезок прямой, проведенный из начального положения движущейся точки в ее конечное положение, называется перемещением (s), Перемещение - величина векторная Единица изме­рения перемещения-1м.

Скорость - векторная физическая величина, характеризующая быстроту перемещения тела, чис­ленно равная отношению перемещения за малый промежуток времени к величине этого промежутка. Промежуток, времени считается достаточно малым, если скорость в течении этого промежутка не меня­лась. Например, при движении автомобиля t ~ 1 с, при движении элементарной частицы t ~ 10 с, при движении небесных тел t ~ 10 с. Определяющая формула скорости имеет вид v = s/t. Единица изме­рения скорости - м/с. На практике используют еди­ницу измерения скорости км/ч (36 км/ч = 10 м/с). Измеряют скорость спидометром.

Ускорение - векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости, численно равная отношению изменения скорости к промежутку времени, в течение которого это измене­ние произошло. Если скорость изменяется одинаково в течение всего времени движения, то ускорение можно рассчитать по формуле а = (v – v 0 ) /t. Единица измерения ускорения - м/с 2 .

Характеристики механического движения свя­заны между собой основными кинематическими уравнениями.

s = v 0t + at 2 / 2;

v = v 0 + at.

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

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

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

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

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

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

Все физические величины, характеризующие движение тела (скорость, ускорение, перемещение), а также вид траектории, могут изменяться при пере­ходе из одной системы к другой, т. е. характер дви­жения зависит от выбора системы отсчета, в этом и проявляется относительность движения. Например, в воздухе происходит дозаправка самолета топливом. В системе отсчета, связанной с самолетом, другой самолет находится в покое, а в системе отсчета, свя­занной с Землей, оба самолета находятся в движе­нии. При движении велосипедиста точка колеса в системе отсчета, связанной с осью, имеет траекто­рию, представленную на рисунке 1.

Рис. 1 Рис. 2

В системе отсчета, связанной с Землей, вид траектории оказывается другим (рис. 2).

Билет №10

Кристаллические и аморфные тела. Упругие и пластические деформации твердых тел.

План ответа

1. Твердые тела. 2. Кристаллические тела. 3. Моно- и поликристаллы. 4. Аморфные тела. .5. Упру­гость. 6. Пластичность.

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

Рис. 12

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

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

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

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

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

У

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

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

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

Билет № 11

Работа в термодинамике. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики. Применение первого закона к изопроцессам. Адиабатный процесс.

План ответа

1. Внутренняя энергия и ее измерение. 2. Ра­бота в термодинамике. 3. Первый закон термодина­мики. 4. Изопроцессы. 5. Адиабатный процесс.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Билет № 12

Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона. Закон сохранения электрического заряда

План ответа

1. Электрический заряд. 2. Взаимодействие за­ряженных тел. 3. Закон сохранения электрического заряда. 4. Закон Кулона. 5. Диэлектрическая проницаемость. 6. Электрическая постоянная. 7. Направ­ление кулоновских сил.

Законы взаимодействия атомов и молекул удается понять и объяснить на основе знаний о строении атома, используя планетарную модель его строения. В центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются по определенным орбитам отрицательно заряженные частицы. Взаимодействие между заряженными час­тицами называется электромагнитным. Интенсив­ность электромагнитного взаимодействия опреде­ляется физической величиной - электрическим за­рядом, который обозначается q . Единица измерения электрического заряда - кулон (Кл). 1 кулон - это такой электрический заряд, который, проходя через поперечное сечение проводника за 1 с, создает в нем ток силой 1 А. Способность электрических зарядов как к взаимному притяжению, так и к взаимному отталкиванию объясняется существованием двух ви­дов зарядов. Один вид заряда назвали положитель­ным, носителем элементарного положительного за­ряда является протон. Другой вид заряда назвали отрицательным, его носителем является электрон. Элементарный заряд равен е=1,6 10 -19 Кл.

Заряд тела всегда представляется числом, кратным величине элементарного заряда:q=e(N p -N e ) где N p - количество электронов, N e - количество протонов.

Полный заряд замкнутой системы(в которую не входят заряды извне), т. е. алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной: q 1 + q 2 + ...+q n = const. Электрический заряд не создается и не исчезает, а только переходит от одного тела к друго­му. Этот экспериментально установленный факт на­зывается законом сохранения электрического заря­да. Никогда и нигде в природе не возникает и не ис­чезает электрический заряд одного знака. Появление и исчезновение электрических зарядов на телах в большинстве случаев объясняется переходами эле­ментарных заряженных частиц - электронов - от одних тел к другим.

Электризация - это сообщение телу электри­ческого заряда. Электризация может происходить, например, при соприкосновении (трении) разно­родных веществ и при облучении. При электризации в теле возникает избыток или недостаток электронов.

В случае избытка электронов тело приобретает отрицательный заряд, в случае недостатка - поло­жительный.

Законы взаимодействия неподвижных элек­трических зарядов изучает электростатика.

Основной закон электростатики был экспери­ментально установлен французским физиком Шар­лем Кулоном и читается так. Модуль силы взаимо­действия двух точечных неподвижных электриче­ских зарядов в вакууме прямо пропорционален про­изведению величин этих зарядов и обратно пропор­ционален квадрату расстояния между ними.

F = k q 1 q 2 / r 2 , где q 1 и q 2 - модули зарядов, r - расстояние между ними, k - коэффициент пропор­циональности, зависящий от выбора системы еди­ниц, в СИ k = 9 10 9 Н м 2 /Кл 2 . Величина, показывающая во сколько раз сила взаимодействия зарядов в вакууме больше, чем в среде, называется диэлектрической проницаемостью среды ε . Для среды с диэлектрической проницае­мостью ε закон Кулона записывается следующим об­разом: F= k q 1 q 2 /(ε r 2 )

Вместо коэффициента k часто используется коэффициент, называемый электрической постоян­ной ε 0 . Электрическая постоянная связана с коэффи­циентом k следующим образом k = 1/4π ε 0 и численно равна ε 0 =8,85 10 -12 Кл/Н м 2 .

С использованием электрической постоянной закон Кулона имеет вид:F=(1/4π ε 0 ) (q 1 q 2 /r 2 )

Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим, или кулоновским, взаимодействием. Кулоновские силы мож­но изобразить графически (рис. 14, 15).

Кулоновская сила направлена вдоль прямой, соединяющей заряженные тела. Она является силой притяжения при разных знаках зарядов и силой от­талкивания при одинаковых знаках.

Билет № 14

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

План ответа

1. Работа тока. 2. Закон Джоуля-Ленца 3. Элек­тродвижущая сила. 4. Закон Ома для полной цепи.

В электрическом поле из формулы определе­ния напряжения (U = A / q ) легко получить выраже­ние для расчета работы переноса электрического за­ряда А = Uq , так как для тока заряд q = It , то работа тока: А = Ult , или А = I 2 R t = U 2 / R t .

Мощность, по определению, N = A / t , следова­тельно, N = UI = I 2 R = U 2 / R .

Русский ученый X. Ленц и английский уче­ный Джоуль опытным путем в середине прошлого века установили независимо друг от друга закон, который называется законом Джоуля-Ленца и чи­тается так. При прохождении тока по проводнику количество теплоты, выделившейся в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы, тока, со­противлению проводника и времени прохождения тока.

Q = I 2 Rt.

Полная замкнутая цепь представляет собой электрическую цепь, в состав которой входят внеш­ние сопротивления и источник то­ка (рис. 18). Как один из участков цепи, источник тока обладает со­противлением, которое называют внутренним, г.

Для того чтобы ток проходил по замкнутой цепи, необходимо, чтобы в источнике тока зарядам сообщалась дополнительная энергия, она берется за счет работы по перемещению зарядов, которую про­изводят силы неэлектрического происхождения (сто­ронние силы) против сил электрического поля. Ис­точник тока характеризуется энергетической харак­теристикой, которая называется ЭДС - электродви­жущая сила источника. ЭДС - характеристика источника энергии неэлектрической природы в электрической цепи, необходимого для поддержания в ней электрического тока. ЭДС измеряется отноше­нием работы сторонних сил по перемещению вдоль замкнутой цепи положительного заряда к этому за­ряду ξ= A ст /q

Пусть за время t через поперечное сечение проводника пройдет электрический заряд q. Тогда работу сторонних сил при перемещении заряда мож­но записать так: A ст = ξ q. Согласно определению си­лы тока q = It , поэтому A ст = ξ I t. При совершении этой работы на внутреннем и внешнем участках це­пи, сопротивления которых R и г, выделяется неко­торое количество теплоты. По закону Джоуля- Ленца оно равно: Q =I 2 Rt + I 2 rt . Согласно закону со­хранения энергии А = Q. Следовательно, ξ = IR + Ir. Произведение силы тока на сопротивление участка цепи часто называют падением напряжения на этом участке. Таким образом, ЭДС равна сумме падений напряжений на внутреннем и внешнем участках замкнутой цепи. Обычно это выражение записывают так: I = ξ/(R + r ). Эту зависимость опытным путем получил Г. Ом, называется она законом Ома для полной цепи и читается так. Сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи. При разомкнутой цепи ЭДС равна напряжению на зажимах источника и, следовательно, может быть измерена вольтметром.

Билет № 15

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

План ответа

1. Опыты Эрстеда и Ампера. 2. Магнитное по­ле. 3. Магнитная индукция. 4. Закон Ампера.

В 1820 г. датский физик Эрстед обнаружил, что магнитная стрелка поворачивается при пропус­кании электрического тока через проводник, нахо­дящийся около нее (рис. 19). В том же году француз­ский физик Ампер установил, что два проводника, расположенные параллельно друг другу, испытывают
взаимное притяжение, если ток течет по ним в одну сторону, и отталкивание, если токи текут в разные стороны (рис. 20). Явление взаимодействия токов Ампер назвал электродинамическим взаимодейст­вием. Магнитное взаимодействие движущихся элек­трических зарядов, согласно представлениям теории близкодействия, объясняется следующим образом:

всякий движущийся электрический заряд создает в окружающем пространстве магнитное поле. Магнит­ное поле - особый вид материи, который возникает в пространстве вокруг любого переменного электри­ческого поля.

С современной точки зрения в природе су­ществует совокупность двух полей - электрического и магнитного - это электромагнитное поле, оно представляет собой особый вид материи, т. е. су­ществует объективно, независимо от нашего созна­ния. Магнитное поле всегда порождается перемен­ным электрическим, и, наоборот, переменное элек­трическое поле всегда порождает переменное магнит­ное поле. Электрическое поле, вообще говоря, можно

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

Магнитное поле является силовым полем. Си­ловой характеристикой магнитного поля называют магнитную индукцию (В). Магнитная индукция - это векторная физическая величина, равная макси­мальной силе, действующей со стороны магнитного поля на единичный элемент тока. В = F / II . Единич­ный элемент тока - это проводник длиной 1 м и си­лой тока в нем 1 А. Единицей измерения магнитной индукции является тесла. 1 Тл = 1 Н/А м.

Магнитная индукция всегда порождается в плоскости под углом 90° к электрическому полю. Вокруг проводника с током магнитное поле также существует в перпендикулярной проводнику плос­кости.

Магнитное поле является вихревым полем. Для графического изображения магнитных полей вводятся силовые линии, или линии индукции, - это такие линии, в каждой точке которых вектор магнитной индукции направлен по касательной. На­правление силовых линий находится по правилу бу­равчика. Если буравчик ввинчивать по направлению тока, то направление вращения рукоятки совпадет с направлением силовых линий. Линии магнитной индукции прямого провода с током представляют со­бой концентрические окружности, расположенные в плоскости, перпендикулярной проводнику (рис. 21).

Как установил Ампер, на проводник с током, по­мещенный в магнитное по­ле, действует сила. Сила, действующая со стороны, магнитного поля на провод­ник с током, прямо пропор­циональна силе тока. длине проводника в магнитном поле и перпендикулярной со­ставляющей вектора магнитной индукции. Это и есть формулировка закона Ампера, который записы­вается так: F a = ПВ sin α.

Направление силы Ампера определяют по пра­вилу левой руки. Если левую руку расположить так, чтобы четыре пальца показывали направление тока, перпендикулярная составляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, то отогну­тый на 90° большой палец покажет направление силы Ампера (рис. 22). В = В sin α.

Билет № 1 6

Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Полупроводниковые приборы

План ответа

1. Определение. 2. Собственная проводимость. 3. Донорная проводимость. 4. Акцепторная проводи­мость. 5. р-п переход. 6. Полупроводниковые прибо­ры. 7. Применение полупроводников.

Полупроводники - это вещества, удельное со­противление которых убывает с повышением темпе­ратуры, наличия примесей, изменения освещен­ности. По этим свойствам они разительно отличают­ся от металлов. Обычно к полупроводникам относят­ся кристаллы, в которых для освобождения электро­на требуется энергия не более 1,5 - 2 эВ. Типичны­ми полупроводниками являются кристаллы герма­ния и кремния, в которых атомы объединены ковалентной связью. Природа этой связи позволяет объ­яснить указанные выше характерные свойства. При нагревании полупроводников их атомы ионизируют­ся. Освободившиеся электроны не могут быть захва­чены соседними атомами, так как все их валентные связи насыщены. Свободные электроны под действи­ем внешнего электрического поля могут перемещать­ся в кристалле, создавая ток проводимости. Удаление электрона с внешней оболочки одного из атомов в кристаллической решетке приводит к образованию положительного иона. Этот ион может нейтрализо­ваться, захватив электрон. Далее, в результате пере-­

ходов от атомов к положительным ионам происходит процесс хаотического перемещения в кристалле мес­та с недостающим электроном. Внешне этот процесс хаотического перемещения воспринимается как пе­ремещение положительного заряда, называемого «дыркой». При помещении кристалла в электриче­ское поле возникает упорядоченное движение «ды­рок» - ток дырочной проводимости.

В идеальном кристалле ток создается равным количеством электронов и «дырок». Такой тип про­водимости называют собственной проводимостью полупроводников. При повышении температуры (или освещенности) собственная проводимость проводни­ков увеличивается.

На проводимость полупроводников большое влияние оказывают примеси. Примеси бывают до-норные и акцепторные. Донорная примесь - это примесь с большей валентностью. При добавлении донорной примеси в полупроводнике образуются лишние электроны. Проводимость станет электрон­ной, а полупроводник называют полупроводником n-типа. Например, для кремния с валентностью п = 4 донорной примесью является мышьяк с валент­ностью п = 5. Каждый атом примеси мышьяка при­ведет к образованию одного электрона проводимости.

Акцепторная примесь - это примесь с мень­шей валентностью. При добавлении такой примеси в полупроводнике образуется лишнее количество «ды­рок». Проводимость будет «дырочной», а полупро­водник называют полупроводником p-типа. Напри­мер, для кремния акцепторной примесью является индий с валентностью n = 3. Каждый атом индия приведет к образованию лишней «дырки».

Принцип действия большинства полупровод­никовых приборов основан на свойствах р-п перехо­да. При приведении в контакт двух полупроводнико­вых приборов р-типа и n-типа в месте контакта на­чинается диффузия электронов из n-области в p-область, а «дырок» - наоборот, из р- в n-область. Этот процесс будет не бесконечный во времени, так как образуется запирающий слой, который будет препятствовать дальнейшей диффузии электронов и «дырок».

р
-п контакт полупроводников, подобно ваку­умному диоду, обладает односторонней проводи­мостью: если к р-области подключить «+» источника тока, а к n-области «-» источника тока, то запираю­щий слой разрушится и р-п контакт будет проводить ток, электроны из области n- пойдут в р-область, а «дырки» из p-области в n-область (рис. 23). В первом случае ток не равен нулю, во втором ток равен нулю. Т. е., если к p-области под­ключить «-» источника, а к n-области - «+» источника то­ка, то запирающий слой рас­ширится и тока не будет.

Полупроводниковый диод состоит из контакта двух полупроводников р- и n-типа. Достоин­ством полупроводникового диода являются малые размеры и масса, длительный срок службы, высокая механическая прочность, высокий коэффициент по­лезного действия, а недостатком - зависимость их сопротивления от температуры.

В радиоэлектронике применяется также еще один полупроводниковый прибор: транзистор, кото­рый был изобретен в 1948 г. В основе триода лежит не один, а два р-п перехода. Основное применение транзистора - это использование его в качестве уси­лителя слабых сигналов по току и напряжению, а полупроводниковый диод применяется в качестве выпрямителя тока. После открытия транзистора на­ступил качественно новый этап развития электрони­ки - микроэлектроники, поднявший на качественно иную ступень развитие электронной техники, систем связи, автоматики. Микроэлектроника занимается разработкой интегральных микросхем и принципов их применения. Интегральной микросхемой назы­вают совокупность большого числа взаимосвязанных компонентов - транзисторов, диодов, резисторов, со­единительных проводов, изготовленных в едином технологическом процессе. В результате этого про­цесса на одном кристалле одновременно создается несколько тысяч транзисторов, конденсаторов, ре­зисторов и диодов, до 3500. Размеры отдельных эле­ментов микросхемы могут быть 2-5 мкм, погреш­ность при их нанесении не должна превышать 0,2 мкм. Микропроцессор современной ЭВМ, разме­щенный на кристалле кремния размером 6х6 мм, содержит несколько десятков или даже сотен тысяч транзисторов.

Однако в технике применяются также полу­проводниковые приборы без р-п перехода. Например, терморезисторы (для измерения температуры), фото­резисторы (в фотореле, аварийных выключателях, в дистанционных управлениях телевизорами и видео­магнитофонами).

Билет № 1 7

Электромагнитная индукция. Магнитный поток.

Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца

План ответа

1. Опыты по электромагнитной индукции. 2. Магнитный поток. 3. Закон электромагнитной ин­дукции. 4. Правило Ленца.

Я
вление электромагнитной индукции было открыто Майклом Фарадеем в 1831 г. Он опытным путем установил, что при изменении магнитного по­ля внутри замкнутого контура в нем возникает элек­трический ток, который называют индукционным током. Опыты Фарадея можно воспроизвести сле­дующим образом: при внесении или вынесении маг­нита в катушку, замкнутую на гальванометр, в ка­тушке возникает индукционный ток (рис. 24). Если рядом расположить две катушки (например, на об­щем сердечнике или одну катушку внутри другой) и
одну катушку через ключ соединить с источником тока, то при замыкании или размыкании ключа в цепи первой катушки во второй катушке появится индукционный ток (рис. 25). Объяснение этого явле­ния было дано Максвеллом. Любое переменное маг­нитное поле всегда порождает переменное электриче­ское поле.

Для количественной характеристики процесса изменения магнитного поля через замкнутый контур вводится физическая величина под названием маг­нитный поток. Магнитным потоком через замкну­тый контур площадью S называют физическую вели­чину, равную произведению модуля вектора магнит­ной индукции В на площадь контура S и на косинус угла а между направлением вектора магнитной ин­дукции и нормалью к площади контура. Ф = BS cos α (рис. 26).

Опытным путем был установлен основной за­кон электромагнитной индукции: ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по величине скорости из-менения магнитного потока через контур. ξ = ΔФ/t..

Если рассматривать катушку, содержащую п витков, то формула основного закона электромагнитной ин­дукции будет выглядеть так: ξ = n ΔФ/t.

Единица измерения магнитного потока Ф - вебер (Вб): 1В6 =1Β c.

Из основного закона ΔФ =ξ t следует смысл размерности: 1 вебер - это величина такого магнит­ного потока, который, уменьшаясь до нуля за одну секунду, через замкнутый контур наводит в нем ЭДС индукции 1 В.

Классической демонстрацией основного закона электромагнитной индукции является первый опыт Фарадея: чем быстрее перемещать магнит через вит­ки катушки, тем больше возникает индукционный ток в ней, а значит, и ЭДС индукции.

З
ависимость направления индукционного тока от характера изменения магнитного поля через замкнутый контур в 1833 г. опытным путем устано­вил русский ученый Ленц. Он сформулировал прави­ло, носящее его имя. Индукционный ток имеет та­кое направление, при котором его магнитное поле стремится скомпенсировать изменение внешнего магнитного потока через контур. Ленцем был скон­струирован прибор, представляющий собой два алю­миниевых кольца, сплошное и разрезанное, укреп­ленные на алюминиевой перекладине и имеющие возможность вращаться вокруг оси, как коромысло. (рис. 27). При внесении магнита в сплошное кольцо оно начинало «убегать» от магнита, поворачивая со­ответственно коромысло. При вынесении магнита из кольца кольцо стремилось «догнать» магнит. При движении магнита внутри разрезанного кольца ни­какого эффекта не происходило. Ленц объяснял опыт тем, что магнитное поле индукционного тока стре­милось компенсировать изменение внешнего магнит­ного потока.

Билет № 18

Явление самоиндукции. Индуктивность. Электромагнитное поле

План ответа

1. Опыты по самоиндукции. 2. ЭДС самоин­дукции. 3. Индуктивность. 4. Энергия магнитного поля.

Я
вление самоиндукции заключается в появле­нии ЭДС индукции в самом проводнике при измене­нии тока в нем. Примером явления самоиндукции является опыт с двумя лампочками, подключенными параллельно через ключ к источнику тока, одна из которых подключается через катушку (рис. 28). При замыкании ключа лампочка 2, включенная через ка­тушку, загорается позже лампочки 1. Это происхо­дит потому, что после замыкания ключа ток достига­ет максимального значения не сразу, магнитное поле нарастающего тока породит в катушке индукцион­ную ЭДС, которая в соответствии с правилом Ленца будет мешать нарастанию тока.

Для самоиндукции выполняется установлен­ный опытным путем закон: ЭДС самоиндукции пря­мо пропорциональна скорости изменения тока в проводнике.ξ = L ΔI / t .

Коэффициент пропорциональности L называют индуктивностью. Индуктивность - это величина, равная ЭДС самоиндукции при скорости изменения тока в проводнике 1 А/с. Индуктивность измеряется в генри (Гн). 1 Гн = 1 Вс/А.

1 генри - это индук­тивность такого проводника, в котором возникает ЭДС самоиндукции 1 вольт при скорости изменения тока 1 А/с. Индуктивность характеризует магнитные свойства электрической цепи (проводника), зависит от магнитной проницаемости среды сердечника, раз­меров и формы катушки и числа витков в ней.

При отключении катушки индуктивности от источника тока лампа, включенная параллельно ка­тушке, дает кратковременную вспышку (рис. 29). Ток в цепи возникает под дей­ствием ЭДС самоиндукции. Ис­точником энергии, выделяю­щейся при этом в электри­ческой цепи, является магнит­ное поле катушки. Энергия магнитного поля находится по формуле

W m == LI 2 /2.

Энергия магнитного поля зависит от индук­тивности проводника и силы тока в нем. Эта энергия может переходить в энергию электрического поля. Вихревое электрическое поле порождается перемен­ным магнитным полем, а переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле, т. е. пе­ременные электрическое и магнитное поля не могут существовать друг без друга. Их взаимосвязь позво­ляет сделать вывод о существовании единого элек­тромагнитного поля. Электромагнитное поле, одно из основных физических полей, посредством которого осуществляется взаимодействие электрически заря­женных частиц или частиц, обладающих магнитным моментом. Электромагнитное поле характеризуется напряженностью электрического поля и магнитной индукцией. Связь между этими величинами и рас­пределением в пространстве электрических зарядов и токов была установлена в 60-х годах прошлого столе­тия Дж. Максвеллом. Эта связь носит название основных уравнений электродинамики, которые опи­сывают электромагнитные явления в различных сре­дах и в вакууме. Получены эти уравнения как обоб­щение установленных на опыте законов электриче­ских и магнитных явлений.

Билет № 19

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

План ответа

1. Определение. 2.Колебательный контур 3. Формула Томпсона.

Электромагнитные колебания - это колеба­ния электрических и магнитных полей, которые со­провождаются периодическим изменением заряда, тока и напряжения. Простейшей системой, где могут возникнуть и существовать электромагнитные коле­бания, является колебательный контур. Колебатель­ный контур - это система, состоящая из катушки индуктивности и конденсатора (рис. 30, а). Если кон­денсатор зарядить и замкнуть на катушку, то по ка­тушке потечет ток (рис. 30, б). Когда конденсатор разрядится, ток в цепи не прекратится из-за самоин­дукции в катушке. Индукционный ток, в соот­ветствии с правилом Ленца, будет течь в ту же сто­рону и перезарядит конденсатор (рис. 30, в). Ток в данном направлении прекратится, и процесс повто­рится в обратном направлении (рис. 30, г). Таким об­разом, в колебательном контуре будут происходить электромагнитные колебания из-за превращения энергии электрического поля конденсатора (W э = = CU 2 /2) в энергию магнитного поля катушки с то­ком (w m = LI 2 /2) и наоборот.

Период электромагнитных колебаний в иде­альном колебательном контуре (т. е. в таком контуре, где нет потерь энергии) зависит от индуктивности катушки и емкости конденсатора и находится по формуле Томпсона Т = 2π√ LC . Частота с периодом связана обратно пропорциональной зависимостью ν = 1/Т.

В реальном колебательном контуре свободные электромагнитные колебания будут затухающими из-за потерь энергии на нагревание проводов. Для практического применения важно получить незату­хающие электромагнитные колебания, а для этого необходимо колебательный контур пополнять элек­троэнергией, чтобы скомпенсировать потери энергии. Для получения незатухающих электромагнитных колебаний применяют генератор незатухающих ко­лебаний, который является примером автоколеба­тельной системы.

Билет №2

Взаимодействие тел. Сила. Второй закон Ньютона

План ответа

Взаимодействие тел. 2. Виды взаимодейст­вия. 3. Сила. 4. Силы в механике.

Простые наблюдения и опыты, например с те­лежками (рис. 3), приводят к следующим качествен­ным заключениям: а) тело, на которое другие тела не действуют, сохраняет свою скорость неизменной;

б) ускорение тела возникает под действием других тел, но зависит и от самого тела; в) действия тел друг на друга всегда носят характер взаимодействия. Эти выводы подтверждаются при наблюдении явлений в природе, технике, космическом пространстве только в инерциальных системах отсчета.

Взаимодействия отличаются друг от друга и количественно, и качественно. Например, ясно, что чем больше деформируется пружина, тем больше взаимодействие ее витков. Или, чем ближе два одно­именных заряда, тем сильнее они будут притяги­ваться. В простейших случаях взаимодействия коли­чественной характеристикой является сила. Сила - причина ускорения тел по отношению к инерциальной системе отсчета или их деформации. Сила - это

векторная физическая величина, являющаяся мерой ускорения, приобретаемого телами при взаимо­действии. Сила характеризуется: а) модулем; б) точ­кой приложения; в) направлением.

Единица измерения силы - ньютон. 1 нью­тон - это сила, которая телу массой 1 кг сообщает ускорение 1 м/с в направлении действия этой силы, если другие тела на него не действуют. Равнодей­ствующей нескольких сил называют силу, действие которой эквивалентно действию тех сил, которые она заменяет. Равнодействующая является векторной суммой всех сил, приложенных к телу.

R=F1+F2+...+Fn,.

Качественно по своим свойствам взаимодей­ствия также различны. Например, электрическое и магнитное взаимодействия связаны с наличием заря­дов у частиц либо с движением заряженных частиц. Наиболее просто рассчитать силы в электродинами­ке: сила Ампера - F = IlBsina, сила Лоренца - F=qv Bsin a., кулоновская сила - F = q 1 q 2 /r 2 ; и гравитационные силы: закон всемирного тяготе­ния-F = Gm 1 m 2 /r 2 . Такие механические силы, как

сила упругости и сила трения, возникают в резуль­тате электромагнитного взаимодействия. Для их рас­чета необходимо использовать формулы: .Fynp = -kx (закон Гука), Fтр = MN - сила трения.

На основании опытных данных были сформу­лированы законы Ньютона. Второй закон Ньютона. Ускорение, с которым движется тело, прямо про­порционально равнодействующей всех сил, дей­ствующих на тело, обратно пропорционально его массе и направлено так же, как и равнодействую­щая сила: а = F/m.

Для решения задач закон часто записывают в виде: F = та.

Билет № 20

Электромагнитные волны и

их свойства. Принципы радиосвязи и

примеры их практического

использования

План ответа

1. Определение. 2. Условие возникновения. 3. Свойства электромагнитных волн. 4. Открытый колебательный контур. 5. Модуляция и детектирова­ние.

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

Эти волны Максвелл назвал электромагнитными волнами. По представлениям Макс­велла: при любом изменении электрического поля возникает вихревое магнитное поле и, наоборот, при любом изменении магнитного поля возникает вихревое электрическое поле. Однажды начавшийся процесс взаимного порождения магнитного и элек­трического полей должен непрерывно продолжаться и захватывать все новые и новые области в окру­жающем пространстве (рис. 31). Процесс взаимопо­рождения электрических и магнитных полей проис­ходит во взаимно перпендикулярных плоскостях. Переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле, переменное магнитное поле порож­дает вихревое электрическое поле.

Электрические и магнитные поля могут суще­ствовать не только в веществе, но и в вакууме. По­этому должно быть возможным распространение электромагнитных волн в вакууме.

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

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

Конечно, электромагнитные волны обладают всеми основными свойствами волн.

Они подчиняются закону отражения волн:

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

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

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

Возможность практического применения элек­тромагнитных волн для установления связи без про­водов продемонстрировал 7 мая 1895 г. русский фи­зик А. Попов. Этот день считается днем рождения радио. Для осуществления радиосвязи необходимо обеспечить возможность излучения электромагнит­ных волн. Если электромагнитные волны возникают в контуре из катушки и конденсатора, то переменное магнитное поле оказывается связанным с катушкой, а переменное электрическое поле - сосредоточенным между пластинами конденсатора. Такой контур на­зывается закрытым (рис. 33, а). Закрытый колеба­тельный контур практически не излучает электро­магнитные волны в окружающее пространство. Если контур состоит из катушки и двух пластин плоского конденсатора, то под чем большим углом разверну­ты эти пластины, тем более свободно выходит элек­тромагнитное поле в окружающее пространство (рис. 33, б). Предельным случаем раскрытого колеба­тельного контура является удаление пластин на противоположные концы катушки. Такая система называется открытым колебательным контуром (рис. 33, в). В действительности контур состоит из катушки и длинного провода - антенны.

Энергия излучаемых (при помощи генератора незатухающих колебаний) электромагнитных коле­баний при одинаковой амплитуде колебаний силы тока в антенне пропорциональна четвертой степени частоты колебаний. На частотах в десятки, сотни и даже тысячи герц интенсивность электромагнитных колебаний ничтожно мала. Поэтому для осуществле­ния радио- и телевизионной связи используются электромагнитные волны с частотой от нескольких сотен тысяч герц до сотен мегагерц.

При передаче по радио речи, музыки и других звуковых сигналов применяют различные виды мо­дуляции высокочастотных (несущих) колебаний. Суть модуляции заключается в том, что высоко­частотные колебания, вырабатываемые генератором, изменяют по закону низкой частоты. В этом и за­ключается один из принципов радиопередачи. Дру­гим принципом является обратный процесс - детек­тирование. При радиоприеме из принятого антенной приемника модулированного сигнала нужно от­фильтровать звуковые низкочастотные колебания.

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

Билет № 21

Волновые свойства света. Электромагнитная теория света

План ответа

1. Законы преломления и отражения света. 2. Интерференция и ее применение. 3. Дифракция. 4. Дисперсия. 5. Поляризация. 6. Корпускулярно-волновой дуализм.

Свет - это электромагнитные волны в интер­вале частот 63 10 14 - 8 10 14 Гц, воспринимаемых человеческим глазом, т. е. длин волн в интервале 380 - 770 нм.

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

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

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

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

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

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

Параллельные лучи, идущие от краев соседних щелей, имеют разность хода l = d sin φ, где d - по­стоянная решетки - расстояние между соответ­ствующими краями соседних щелей, называемое пе­риодом решетки, (φ - угол отклонения световых лу­чей от перпендикуляра к плоскости решетки. При разности хода, равной целому числу длин волн d sin φ = k λ, наблюдается интерференционный мак­симум для данной длины волны. Условие интерфе­ренционного максимума выполняется для каждой длины волны при своем значении дифракционного угла φ. В результате при прохождении через диф­ракционную решетку пучок белого света разлагается в спектр. Угол дифракции имеет наибольшее значе­ние для красного света, так как длина волны красно­го света больше всех остальных в области видимого света. Наименьшее значение угла дифракции для фиолетового света.

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

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

Узкий параллельный пучок белого света при прохождении через стеклянную призму разлагается на пучки света разного цвета, при этом наибольшее отклонение к основанию призмы имеют лучи фиоле­тового цвета. Объясняется разложение белого света тем, что белый свет состоит из электромагнитных волн с разной длиной волны, а показатель преломле­ния света зависит от длины его волны. Показатель преломления связан со скоростью света в среде, сле­довательно, скорость света в среде зависит от длины волны. Это явление и называют дисперсией света.

На основании совпадения экспериментально измеренного значения скорости электромагнитных волн Максвелл высказал предположение, что свет - это электромагнитная волна. Эта гипотеза подтверж­дена свойствами, которыми обладает свет.

Билет №22

Опыты Резерфорда по рассеянию α-частиц. Ядерная модель атома

План ответа

1. Опыты Резерфорда. 2. Ядерная модель атома.

Слово «атом» в переводе с греческого означает «неделимый». Под атомом долгое время, вплоть до начала XX в., подразумевали мельчайшие неделимые частицы вещества. К началу XX в. в науке накопи­лось много фактов, говоривших о сложном строении атомов.

Большие успехи в исследовании строения ато­мов были достигнуты в опытах английского ученого Эрнеста Резерфорда по рассеянию а- частиц при про­хождении через тонкие слои вещества. В этих опы­тах узкий пучок α -частиц, испускаемых радиоак­тивным веществом, направлялся на тонкую золотую фольгу. За фольгой помещался экран, способный светиться под ударами быстрых частиц. Было обна­ружено, что большинство α -частиц отклоняется от прямолинейного распространения после прохож­дения фольги, т. е. рассеивается, а некоторые α -частицы вообще отбрасываются назад. Рассеяние α -частиц Резерфорд объяснил тем, что положитель­ный заряд не распределен равномерно в шаре радиу­сом 10 -10 м, как предполагали ранее, а сосредоточен в центральной части атома - атомном ядре. При прохождении около ядра α -частица, имеющая поло­жительный заряд, отталкивается от него, а при по­падании в ядро - отбрасывается в противоположном направлении. Так ведут себя частицы, имеющие одинаковый заряд, следовательно, существует цент­ральная положительно заряженная часть атома, в которой сосредоточена значительная масса атома. Расчеты показали, что для объяснения опытов нужно принять радиус атомного ядра равным примерно 10 -15 μ.

Резерфорд предположил, что атом устроен по­добно планетарной системе. Суть модели строения атома по Резерфорду заключается в следующем: в центре атома находится положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена вся масса, вокруг ядра по круговым орбитам на больших расстояниях вра­щаются электроны (как планеты вокруг Солнца). За­ряд ядра совпадает с номером химического элемента в таблице Менделеева.

Планетарная модель строения атома по Резерфорду не смогла объяснить ряд известных фактов:

электрон, имеющий заряд, должен за счет кулоновских сил притяжения упасть на ядро, а атом - это устойчивая система; при движении по круговой ор­бите, приближаясь к ядру, электрон в атоме должен излучать электромагнитные волны всевозможных частот, т. е. излучаемый свет должен иметь непре­рывный спектр, на практике же получается иное:

электроны атомов излучают свет, имеющий линейча­тый спектр. Разрешить противоречия планетарной ядерной модели строения атома первым попытался датский физик Нильс Бор.

Билет №2 3

Квантовые постулаты Бора. Испускание и поглощение света атомами. Спектральный анализ

План ответа

1. Первый постулат. 2. Второй постулат. 3. Ви­ды спектров.

В основу своей теории Бор положил два посту­лата. Первый постулат: атомная система может на­ходиться только в особых стационарных или кван­товых состояниях, каждому из которых соответ­ствует своя энергия; в стационарном состоянии атом не излучает.

Это означает, что электрон (например, в атоме водорода) может находиться на нескольких вполне определенных орбитах. Каждой орбите электрона со­ответствует вполне определенная энергия.

Второй постулат: при переходе из одного ста­ционарного состояния в другое испускается или по­глощается квант электромагнитного излучения. Энергия фотона равна разности энергий атома в двух состояниях: hv = Е m – Ε n ; h = 6,62 10 -34 Дж с, где h - постоянная Планка.

При переходе электрона с ближней орбиты на более удаленную, атомная система поглощает квант энергии. При переходе с более удаленной орбиты электрона на ближнюю орбиту по отношению к ядру атомная система излучает квант энергии.

Теория Бора позволила объяснить существова­ние линейчатых спектров.

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

Спектры бывают сплошные, линейчатые и по­лосатые.

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

Линейчатые спектры излучают все вещества в атомарном состоянии. Атомы всех веществ излучают свойственные только им наборы волн вполне определенных частот. Как у каждого человека свои личные отпечатки пальцев, так и у атома данного вещества свой, характерный только ему спектр. Линейчатые спектры излучения выглядят как цветные линии, разделенные промежутками. Природа линейчатых спектров объясняется тем, что у атомов конкретного вещества существуют только ему свойственные ста­ционарные состояния со своей характерной энергией, а следовательно, и свой набор пар энергетических уровней, которые может менять атом, т. е. электрон в атоме может переходить только с одних определен­ных орбит на другие, вполне определенные орбиты для данного химического вещества.

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

Характерным является то, что какой спектр излучается данными атомами, такой же и погло­щается, т. е. спектры излучения по набору излу­чаемых частот совпадают со спектрами поглощения. Поскольку атомам разных веществ соответствуют свойственные только им спектры, то существует спо­соб определения химического состава вещества мето­дом изучения его спектров. Этот способ называется спектральным анализом. Спектральный анализ применяется для определения химического состава ископаемых руд при добыче полезных ископаемых, для определения химического состава звезд, атмо­сфер, планет; является основным методом контроля состава вещества в металлургии и машиностроении.

Билет №2 4

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

Плав ответа

1. Гипотеза Планка. 2. Определение фотоэф­фекта. 3. Законы фотоэффекта. 4. Уравнение Эйн­штейна. 5. Применение фотоэффекта.

В 1900 г. немецкий физик Макс Планк выска­зал гипотезу: свет излучается и поглощается отдель­ными порциями - квантами (или фотонами). Энер­гия каждого фотона определяется формулой Е = hν , где h - постоянная Планка, равная 6,63 10 -34 Дж с, ν - частота света. Гипотеза Планка объяснила мно­гие явления: в частности, явление фотоэффекта, от­крытого в 1887 г. немецким ученым Генрихом Гер­цем и изученного экспериментально русским ученым А. Г. Столетовым.

Фотоэффект - это явление испускания элек­тронов веществом под действием света.

В результате исследований были установлены три закона фотоэффекта.

1. Сила тока насыщения прямо пропорцио­нальна интенсивности светового излучения, па­дающего на поверхность тела.

2. Максимальная кинетическая энергия фото­электронов линейно возрастает с частотой света и за­висит от его интенсивности.

3. Если частота света меньше некоторой опре­деленной для данного вещества минимальной часто­ты, то фотоэффект не происходит.

Зависимость фототока от напряжения показа­на на рисунке 36.

Теорию фотоэффекта создал немецкий ученый А. Эйнштейн в 1905 г. В основе теории Эйнштейна лежит понятие работы выхода электронов из металла и понятие о квантовом излучении света. По теории Эйнштейна фотоэффект имеет следующее объясне­ние: поглощая квант света, электрон приобретает энергию hv . При вылете из металла энергия каждого электрона уменьшается на определенную величину, которую называют работой выхода (А вых). Работа выхода - это работа, которую необходимо затратить, чтобы удалить электрон из металла. Максимальная энергия электронов после вылета (если нет других потерь) имеет вид: m v 2 /2 = hv - А вых, Это уравне­ние носит название уравнения Эйнштейна.

Если h ν А вых то фотоэффект не происходит. Значит, красная граница фотоэффекта равна ν min = А вых /h

Приборы, в основе принципа действия кото­рых лежит явление фотоэффекта, называют фото­элементами. Простейшим таким прибором является вакуумный фотоэлемент. Недостатками такого фото­элемента являются: слабый ток, малая чувствительность к длинноволновому излучению, сложность в изготовлении, невозможность использования в цепях переменного тока. Применяется в фотометрии для измерения силы света, яркости, освещенности, в ки­но для воспроизведения звука, в фототелеграфах и фототелефонах, в управлении производственными процессами.

Существуют полупроводниковые фотоэлемен­ты, в которых под действием света происходит изме­нение концентрации носителей тока.Они использу­ются при автоматическом управлении электрически­ми цепями (например, в турникетах метро), в цепях переменного тока, в качестве невозобновляемых ис­точников тока в часах, микрокалькуляторах, прохо­дят испытания первые солнечные автомобили, ис­пользуются в солнечных батареях на искусственных спутниках Земли, межпланетных и орбитальных ав­томатических станциях.

С явлением фотоэффекта связаны фотохимиче­ские процессы, протекающие под действием света в фотографических материалах.

Билет №2 5

Состав ядра атома. Изотопы. Энергия связи ядра атома. Цепная ядерная реакция, условия ее осуществления. Термоядерные реакции

План ответа

1. Открытие нейтрона. 2. Состав ядра атома. 3. Изотопы. 4. Дефект массы. 5. Энергия связи атом­ного ядра. 6. Ядерные реакции. 7. Цепная ядерная реакция. 8. Термоядерные реакции.

В 1932 г. английский физик Джеймс Чедвик открыл частицы с нулевым электрическим зарядом и единичной массой. Эти частицы назвали нейтрона­ми. Обозначается нейтрон п. После открытия ней­трона физики Д. Д. Иваненко и Вернер Гейзенберг в 1932 г. выдвинули протонно-нейтронную модель атомного ядра. Согласно этой модели ядро атома лю­бого вещества состоит из протонов и нейтронов. (Об­щее название протонов и нейтронов - нуклоны.) Число протонов равно заряду ядра и совпадает с но­мером элемента в таблице Менделеева. Сумма числа протонов и нейтронов равна массовому числу. На­пример, ядро атома кислорода 16 8 O состоит из 8 про­тонов и 16 - 8 = 8 нейтронов. Ядро атома 235 92 U со­стоит из 92 протонов и 235 - 92 = 143 нейтронов.

Химические вещества, занимающие одно и то же место в таблице Менделеева, но имеющие разную атомную массу, называются изотопами. Ядра изото-пов отличаются числом нейтронов. Например, водо­род имеет три изотопа: протий - ядро состоит из од­ного протона, дейтерий - ядро состоит из одного протона и одного нейтрона, тритий - ядро состоит из одного протона и двух нейтронов.

Если сравнить массы ядер с массами нукло­нов, то окажется, что масса ядра тяжелых элементов больше суммы масс протонов и нейтронов в ядре, а для легких элементов масса ядра меньше суммы масс протонов и нейтронов в ядре. Следовательно, су­ществует разность масс между массой ядра и суммой масс протонов и нейтронов, называемая дефектом массы. М = Μ я - (M p + Μ n).

Так как между массой и энергией существует связь Е = mc 2 , то при делении тяжелых ядер и при синтезе легких ядер должна выделяться энергия, существующая из-за дефекта масс, и эта энергия на­зывается энергией связи атомного ядра. Е св = Мс 2 .

Выделение этой энергии может происходить при ядерных реакциях.

Ядерная реакция - это процесс изменения заряда ядра и его массы, происходящий при взаимо­действии ядра с другими ядрами или элементарными частицами. При протекании ядерных реакций вы­полняются законы сохранения электрических заря­дов и массовых чисел: сумма зарядов (массовых чи­сел) ядер и частиц, вступающих в ядерную реакцию, равна сумме зарядов (массовых чисел) конечных про­дуктов (ядер и частиц) реакции.

Цепная реакция деления - это ядерная ре­акция, в которой частицы, вызывающие реакцию, образуются как продукты этой реакции. Необходи­мым условием для развития цепной реакции деления является требование k > 1, где k -- коэффициент размножения нейтронов, т. е. отношение числа ней­тронов в данном поколении к их числу в пре­дыдущем поколении. Способностью к цепной ядер­ной реакции обладает изотоп урана 235 U. При нали­чии определенных критических параметров (крити­ческая масса - 50 кг, шаровая форма радиусом 9 см) три нейтрона, выделившиеся при делении пер­вого ядра попадают в три соседних, ядра и т. д. Про­цесс идет в виде цепной реакции, которая протекает за доли секунды в виде ядерного взрыва. Неуправ­ляемая ядерная реакция применяется в атомных бомбах. Впервые решил задачу об управлении цеп­ной реакцией деления ядер физик Энрико Ферми. Им был изобретен ядерный реактор в 1942 г. У нас в стране реактор был запущен в 1946 г. под руковод­ством И. В. Курчатова.

Термоядерные реакции - это реакции синте­за легких ядер, происходящие при высокой темпера­туре (примерно 10 7 К и выше). Необходимые условия для синтеза ядер гелия из протонов имеются в нед­рах звезд. На Земле термоядерная реакция осущест­влена только при экспериментальных взрывах, хотя ведутся международные исследования по управлению этой реакцией.

Билет3

Импульс тела. Закон сохранения импульса в природе и технике

План ответа

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

Простые наблюдения и опыты доказывают, что покой и движение относительны, скорость тела зави­сит от выбора системы отсчета; по второму закону Ньютона, независимо от того, находилось ли тело в покое или двигалось, изменение скорости его движе­ния может происходить только при действии силы, т. е. в результате взаимодействия с другими телами. Однако существуют величины, которые могут сохра­няться при взаимодействии тел. Такими величинами являются энергия и импульс.

Импульсом тела называют векторную физи­ческую величину, являющуюся количественной ха­рактеристикой поступательного движения тел. Им­пульс обозначается р. Единица измерения импульса Р - кг м/с. Импульс тела равен произведению мас­сы тела на его скорость: р = mv. Направление векто­ра импульса р совпадает с направлением вектора скорости тела v (рис. 4).

Для импульса тел выполняется закон сохране­ния, который справедлив только для замкнутых фи­зических систем. В общем случае замкнутой назы­вают систему, которая не обменивается энергией и массой с телами и полями, не входящими в нее. В механике замкнутой называют систему, на кото­рую не действуют внешние силы или действие этих сил скомпенсировано. В этом случае р 1 = р 2 где р 1 - начальный импульс системы, а р 2 - конеч­ный. В случае двух тел, входящих в систему, это вы­ражение имеет вид m 1 v 1 + т 2 v 2 = m 1 v 1 " + т 2 v 2 " где т 1 и т 2 - массы тел, а v 1 и v 2 , - скорости до взаимодей­ствия, v 1 " иv 2 " - скорости после взаимодействия. Эта формула и является математическим выражением закона сохранения импульса: импульс замкнутой физической системы сохраняется при любых вза­имодействиях, происходящих внутри этой системы.

Другими словами: в замкнутой физической системе геометрическая сумма импульсов тел до взаимодей ствия равна геометрической сумме импульсов этих тел после взаимодействия. В случае незамкнутой системы импульс тел системы не сохраняется. Одна­ко, если в системе существует направление, по кото­рому внешние силы не действуют или их действие скомпенсировано, то сохраняется проекция импульса на это направление. Кроме того, если время взаимо­действия мало (выстрел, взрыв, удар), то за это время даже в случае незамкнутой системы внешние силы незначительно изменяют импульсы взаимодействую­щих тел. Поэтому для практических расчетов в этом случае тоже можно применять закон сохранения им­пульса.

Экспериментальные исследования взаимодей­ствий различных тел - от планет и звезд до атомов и элементарных частиц - показали, что в любой си­стеме взаимодействующих тел при отсутствии дей­ствия со стороны других тел, не входящих в систему или равенстве нулю суммы действующих сил, гео­метрическая сумма импульсов тел действительно остается неизменной.

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

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

Единица импульса в СИ - Н с.

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

Пусть тело массой т покоилось. От тела отде­лилась какая-то его часть т 1 со скоростью v 1 . Тогда

оставшаяся часть придет в движение в противопо­ложную сторону со скоростью v 2 , масса оставшейся части т 2 Действительно, сумма импульсов обоих частей тела до отделения была равна нулю и после разделения будет равна нулю:

т 1 v 1 +m 2 v 2 = 0, отсюда v 1 = -m 2 v 2 /m 1 .

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

Он разработал теорию полета тела переменной массы (ракеты) в однородном поле тяготения и рас­считал запасы топлива, необходимые для преодоле­ния силы земного притяжения; основы теории жид­костного реактивного двигателя, а так же элементы его конструкции; теорию многоступенчатых ракет, причем предложил два варианта: параллельный (несколько реактивных двигателей работают одно­временно) и последовательный (реактивные двигате­ли работают друг за другом). К. Э. Циолковский строго научно доказал возможность полета в космос с помощью ракет с жидкостным реактивным двигате­лем, предложил специальные траектории посадки космических аппаратов на Землю, выдвинул идею создания межпланетных орбитальных станций и подробно рассмотрел условия жизни и жизнеобеспе­чения на них. Технические идеи Циолковского нахо­дят применение при создании современной ракетно-космической техники. Движение с помощью реак­тивной струи, по закону сохранения импульса, ле­жит в основе гидрореактивного двигателя. В основе движения многих морских моллюсков (осьминогов, медуз, кальмаров, каракатиц) также лежит реактив­ный принцип.

Билет№ 4

Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Вес тела. Невесомость

План ответа

1. Силы гравитации. 2. Закон всемирного тя­готения. 3. Физический смысл гравитационной по­стоянной. 4. Сила тяжести. 5. Вес тела, перегрузки. 6. Невесомость.

Исаак Ньютон выдвинул предположение, что между любыми телами в природе существуют силы взаимного притяжения. Эти силы называют силами гравитации, или силами всемирного тяготения. Си­ла всемирного тяготения проявляется в Космосе, Солнечной системе и на Земле. Ньютон обобщил за­коны движения небесных тел и выяснил, что F = G(m 1 *m 2 )/R 2 , где G - коэффициент пропорциональности, называется гравитационной постоянной. Чис­ленное значение гравитационной постоянной опытным путем определил Кавендиш, измеряя силу вза­имодействия между свинцовыми шарами. В резуль­тате закон всемирного тяготения звучит так: между любыми материальными точками существует сила взаимного притяжения, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними, действующая по линии, соединяющей эти точки.

Физический смысл гравитационной постоян­ной вытекает из закона всемирного тяготения. Если m 1 = m 2 = 1 кг, R = 1 м, то G = F, т. е. гравитацион­ная постоянная равна силе, с которой притягиваются два тела по 1 кг на расстоянии 1 м. Численное зна­чение: G = 6,67 10 -11 Н м 2 /кг 2 . Силы всемирного тя­готения действуют между любыми телами в природе, но ощутимыми они становятся при больших массах (или хотя бы масса одного из тел велика). Закон же всемирного тяготения выполняется только для мате­риальных точек и шаров (в этом случае за расстоя­ние принимается расстояние между центрами ша­ров).

Частным видом силы всемирного тяготения является сила притяжения тел к Земле (или к другой планете). Эту силу называют силой тяжести. Под действием этой силы все тела приобретают ускорение свободного падения. В соответствии со вторым зако­ном Ньютона g = f т /m, следовательно, f т = mg. Сила тяжести всегда направлена к центру Земли. В зави­симости от высоты h над поверхностью Земли и гео­графической широты положения тела ускорение сво­бодного падения приобретает различные значения. На поверхности Земли и в средних широтах ускоре­ние свободного падения равно 9,831 м/с 2 .

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

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

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

В проекции на ось OX: -mg + N = та, отсюда N = m(g + а ).

Следовательно, при движении вертикально вверх с ускорением вес тела увеличивается и нахо­дится по формуле Р = m(g + а).

Увеличение веса тела, вызванное ускоренным движением опоры или подвеса, называют перегруз­кой. Действие перегрузки испытывают на себе кос­монавты как при взлете космической ракеты, так и при торможении корабля при входе в плотные слои атмосферы. Испытывают перегрузки и летчики при выполнении фигур высшего пилотажа, и водители автомобилей при резком торможении.

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

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

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

Состояние тела, в котором его вес равен нулю, называют невесомостью. Состояние невесомости на­блюдается в самолете или космическом корабле при движении с ускорением свободного падения незави­симо от направления и значения скорости их движе­ния. За пределами земной атмосферы при выключе­нии реактивных двигателей на космический корабль действует только сила всемирного тяготения. Под действием этой силы космический корабль и все те­ла, находящиеся в нем, движутся с одинаковым ускорением, поэтому в корабле наблюдается состоя­ние невесомости.

Билет5

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

План ответа

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

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

Простейший вид колебательного движения - гармонические колебания, при которых колеблю­щаяся величина изменяется со временем по закону синуса или косинуса (рис. 8).

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

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

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

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

При совпадении частоты внешней силы и час­тоты собственных колебаний тела амплитуда вынуж­денных колебаний резко возрастает. Такое явление называют механическим резонансом. Графически за­висимость вынужденных колебаний от частоты дей­ствия внешней силы показана на рисунке 10.

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

При отсутствии трения амплитуда вынужден­ных колебаний при резонансе должна возрастать со временем неограниченно. В реальных системах ам­плитуда в установившемся режиме резонанса опре­деляется условием потерь энергии в течение периода и работы внешней силы за то же время. Чем меньше трение, тем больше амплитуда при резонансе.

Билет №6

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

План ответа

1. Основные положения. 2. Опытные доказа­тельства. 3. Микрохарактеристики вещества.

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

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

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

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

Основные положения МКТ подтверждаются многими опытными фактами. Существование моле­кул, атомов и ионов доказано экспериментально, мо­лекулы достаточно изучены и даже сфотографирова­ны с помощью электронных микроскопов. Способ­ность газов неограниченно расширяться и занимать весь предоставленный им объем объясняется непре­рывным хаотическим движением молекул. Упругость газов, твердых и жидких тел, способность жидкостей

смачивать некоторые твердые тела, процессы окра­шивания, склеивания, сохранения формы твердыми телами и многое другое говорят о существовании сил притяжения и отталкивания между молекулами. Явление диффузии - способность молекул одного вещества проникать в промежутки между молекула­ми другого - тоже подтверждает основные положе­ния МКТ. Явлением диффузии объясняется, напри­мер, распространение запахов, смешивание разно­родных жидкостей, процесс растворения твердых тел в жидкостях, сварка металлов путем их расплавле-ния или путем давления. Подтверждением непре­рывного хаотического движения молекул является также и броуновское движение - непрерывное хао­тическое движение микроскопических частиц, не­растворимых в жидкости.

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

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

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

n a = N/v . na = 6,02 10 23 моль -1 .

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

М = m/v .

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

m 0 = m/N = m/vN A = М/N A

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

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

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

Билет №7

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

План ответа

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

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

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

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

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

Основными параметрами идеального газа являются давление, объем и температура.

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

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

Здесь р - давление идеального газа, m 0 -

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

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

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

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

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

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

Билет №8

Уравнение состояния идеального газа. (Уравнение Менделеева-Клапейрона.) Изопропессы

План ответа

1. Уравнение состояния. 2. Уравнение Менде­леева-Клапейрона. 3. Процессы в газах. 4. Изопроцессы. 5. Графики изопроцессов.

Состояние данной массы полностью определе­но, если известны давление, температура и объем га­за. Эти величины называют параметрами состояния газа. Уравнение, связывающее параметры состояния, называют уравнением состояния.

Для произвольной массы газа единичное со­стояние газа описывается уравнением Менделеева- Клапейрона: pV = mRT/M, где р - давление, V -

объем, т - масса, М - молярная масса, R - уни­версальная газовая постоянная. Физический смысл универсальной газовой постоянной в том, что она по­казывает, какую работу совершает один моль иде­ального газа при изобарном расширении при нагре­вании на 1 К (R = 8,31 Дж/моль К).

Уравнение Менделеева-Клапейрона показы­вает, что возможно одновременно изменение пяти параметров, характеризующих состояние идеального

газа. Однако многие процессы в газах, происходящие в природе и осуществляемые в технике, можно рас­сматривать приближенно как процессы, в которых изменяются лишь два параметра из пяти. Особую роль в физике и технике играют три процесса: изо­термический, изохорический и изобарный.

Изопроцессом называют процесс, происходя­щий с данной массой газа при одном постоянном па­раметре - температуре, давлении или объеме. Из уравнения состояния как частные случаи получаются законы для изопроцессов.

Изотермическим называют процесс, проте­кающий при постоянной температуре. Т = const. Он описывается законом Бойля-Мариотта. pV = const.

Изохорным называют процесс, протекающий при постоянном объеме. Для него справедлив закон Шарля. V = const. p/T = const.

Изобарным называют процесс, протекающий при постоянном давлении. Уравнение этого процесса имеет вид V/T == const при р = const и называется за­коном Гей-Люссака. Все процессы можно изобразить графически (рис. 11).

Реальные газы удовлетворяют уравнению со­стояния идеального газа при не слишком высоких давлениях (пока собственный объем молекул прене­брежительно мал по сравнению с объемом сосуда, в котором находится газ) и при не слишком низких температурах (пока потенциальной энергией межмо­лекулярного взаимодействия можно пренебречь по сравнению с кинетической энергией теплового дви­жения молекул), т. е. для реального газа это уравнение и его следствия являются хорошим приближением.

Билет №9

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

План ответа

1. Основные понятия. 2. Водяной пар в атмо­сфере. 3. Абсолютная и относительная влажность. 4. Точка росы. 5. Приборы для измерения влажности.

Испарение - парообразование, происходящее при любой температуре со свободной поверхности жидкости. Неравномерное распределение кинети­ческой энергии теплового движения молекул приво­дит к тому, что при любой температуре кинетическая энергия некоторых молекул жидкости или твердого тела может превышать потенциальную энергию их связи с другими молекулами. Большей кинетической энергией обладают молекулы, имеющие большую скорость, а температура тела зависит от скорости

движения его молекул, следовательно, испарение со­провождается охлаждением жидкости. Скорость ис­парения зависит: от площади открытой поверхности, температуры, концентрации молекул вблизи жид­кости. Конденсация - процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое.

Испарение жидкости в закрытом сосуде при неизменной температуре приводит к постепенному увеличению концентрации молекул испаряющегося вещества в газообразном состоянии. Через некоторое время после начала испарения концентрация вещест­ва в газообразном состоянии достигнет такого значе­ния, при котором число молекул, возвращающихся в жидкость, становится равным числу молекул, поки­дающих жидкость за то же время. Устанавливается динамическое равновесие между процессами испа­рения и конденсации вещества. Вещество в газооб­разном состоянии, находящееся в динамическом равновесии с жидкостью, называют насыщенным паром. (Паром называют совокупность молекул, по­кинувших жидкость в процессе испарения.) Пар, на­ходящийся при давлении ниже насыщенного, назы­вают ненасыщенным.

Вследствие постоянного испарения воды с по­верхностей водоемов, почвы и растительного покрова, а также дыхания человека и животных в атмосфере всегда содержится водяной пар. Поэтому атмосфер­ное давление представляет собой сумму давления су­хого воздуха и находящегося в нем водяного пара. Давление водяного пара будет максимальным при насыщении воздуха паром. Насыщенный пар в отли­чие от ненасыщенного не подчиняется законам иде­ального газа. Так, давление насыщенного пара не за­висит от объема, но зависит от температуры. Эта зависимость не может быть выражена простой форму­лой, поэтому на основе экспериментального изучения зависимости давления насыщенного пара от темпера­туры составлены таблицы, по которым можно опре­делить его давление при различных температурах.

Давление водяного пара, находящегося в воз­духе при данной температуре, называют абсолютной влажностью, или упругостью водяного пара. По­скольку давление пара пропорционально концентра­ции молекул, можно определить абсолютную влаж­ность как плотность водяного пара, находящегося в воздухе при данной температуре, выраженную в ки­лограммах на метр кубический (р ).

Большинство явлений, наблюдаемых в приро­де, например быстрота испарения, высыхание раз­личных веществ, увядание растений, зависит не от количества водяного пара в воздухе, а от того, на­сколько это количество близко к насыщению, т. е. от относительной влажности, которая характеризует степень насыщения воздуха водяным паром.

При низкой температуре и высокой влажности повышается теплопередача и человек подвергается переохлаждению. При высоких температурах и влажности теплопередача, наоборот, резко сокра­щается, что ведет к перегреванию организма. Наибо­лее благоприятной для человека в средних климати­ческих широтах является относительная влажность 40-60%. Относительной влажностью называют от­ношение плотности водяного пара (или давления), находящегося в воздухе при данной температуре, к плотности (или давлению) водяного пара при той же температуре, выраженное в процентах, т. е. = р/р 0 100%, или (р = р/р 0 100%.

Относительная влажность колеблется в широ­ких пределах. Причем суточный ход относительной влажности обратен суточному ходу температуры. Днем, с возрастанием температуры, и следовательно, с ростом давления насыщения относительная влаж­ность убывает, а ночью возрастает. Одно и то же ко­личество водяного пара может либо насыщать, либо не насыщать воздух. Понижая температуру воздуха, можно довести находящийся в нем пар до насыще­ния. Точкой росы называют температуру, при кото­рой пар, находящийся в воздухе, становится насы­щенным. При достижении точки росы в воздухе или на предметах, с которыми он соприкасается, начи­нается конденсация водяного пара. Для определения влажности воздуха используются приборы, которые называются гигрометрами и психрометрами.