–PAGE_BREAK–Равноускоренное прямолинейное, равнозамедленное
При равномерном прямолинейном движении с постоянной скоростью U вектор скорости в каждой точке направлен вдоль траектории.
Средняя скорость и численное значение мгновенной – равны, при таком движении ускорение а остается величиной постоянной, причем нормальная составляющая равна 0.
Если направление ускорения совпадает с направлением скорости, то движение называется — равноускоренным, а если не совпадает – то, равнозамедленным.
· · Прямолинейное движение, при котором скорость тела за любые равные промежутки времени изменяется на одинаковую величину, называется равноускоренным прямолинейным движением.
Онологично для равнозамедленного движения с ускорением а
Билет 14
1. 1. Работа при перемещении заряда в электрическом поле. Разность потенциалов. Напряжение.
2. 2. Деформация, растяжение и сжатие. Сила упругости. Закон Гука.
Пусть в электрическом однородном поле с напряженностью вектор Е происходит перемещение заряда по линии напряженности на расстояние дельта d=d1-d2, тогда работа равна A=F(d1-d2)=qE(d1-d2). Из механики известно, что при перемещении между двумя точками в гравитационном поле работа силы тяжести не зависит от траектории движения тела. Силы гравитационного и электростатического взаимодействий имеют одинаковую зависимость от расстояния. Векторы силы направлены по прямой, соединяющей точечные тела. Отсюда следует, что и при перемещении заряда в электрическом поле из одной точки в другую работа сил электрического поля не зависит от траектории движения. Работы сил электростатического поля по замкнутой траектории равна нулю. Поле, работа сил которого по замкнутой траектории равна нулю, называется потенциальным. И гравитационное поле, и поле электростатическое являются потенциальными полями.
При перемещении электрического заряда в электростатическом поле работа сил равна произведению заряда на разность потенциалов начальной и конечной точек траектории движения заряда… Так как работа сил электростатического поля при перемещении заряда из одной точки пространства в другую не зависит от траектории движения заряда межу этими точками, то разность потенциалов является величиной, не зависящей от траектории движения заряда. Следовательно, разность потенциалов может служить энергетической характеристикой электростатического поля. Единица разности потенциалов называется вольтом. Если потенциал электростатического поля на бесконечно большом расстоянии от точечного электрического заряда в вакууме принимается равным нулю, то на расстоянии rот заряда он определяется по формуле фи=k/q/r. Отношение работы А, совершаемый любым электрическим полем при перемещении заряда из одной точки поля в другую, к значению этого заряда называется напряжение между этими точками U=A/q. Отсюда работа сил электрического поля при перемещении заряда равна произведению напряжения Uмежду точками на заряд qА=q*U. В электростатическом поле напряжение между двумя любыми точками равно разности потенциалов этих точек. U12=фи1-фи2. Напряжение характеризует электрическое поле, которое создает ток. Напряжение показывает, какую работу совершит электрическое поле при перемещении межу точками поля заряда в 1 Кл. N=A/t A=N*t U=N*t/q= N/I. Связь напряжения с напряженностью поля. При перемещении положительного заряда по линии напряженности однородного поля на расстояние д кулоновская сила совершает работу A-F*d=qEd A=U*q qEd=Uq U=Ed E=U/d.
2. 2. Деформация, растяжение и сжатие. Сила упругости. Закон Гука.
Деформация это процесс изменения формы и размеров тела. Деформация Е – это безразмерная величина, равная отношению размера изделия дельта эль к исходному размеру эль нулевое. Механическое напряжение – величина, характеризующая упругие силы на единицу площади, численно раная отношению силы упругости к площади поперечного сечения образца.
Закон Гука. Ряд растяжения или сжатия, характеризующегося вектором деформации (удлинения или сжатия) дельта l: сила упругости пропорциональна вектору деформации и противоположна ему по направлению. Механическое напряжение возникающая в образце пропорциональна относительному удлинению сигма=EE.
Сигма=F/S, F/S=E*дельтаl/l0 F=(ES/l0)*дельтаl. F=k*дельта l.
Жесткость K=ES/l0. Упругая деф. – деф, при котором при снятии нагрузки образец восстанавливает свою форму. Пластичная наоборот. Пластичная деформация происходит путем взаимных сдвигов соседних слоев материала, причем эти сдвиги имеют необратимый характер. Запас прочности величина, показывающая во сколько раз предел прочности больше допустимой нагрузки. Деформация: растяжение, сжатие, сдвиг, изгиб, кручение.
Билет 15
1. 1. ЭДС. Закон Ома для полной цепи. Определение сопротивления проводников.
2. 2. Свободные колебания в механических и электрических колебательных системах. Частота свободных колебаний. Затухание свободных колебаний.
1. 1. Полная работа сил электростатического поля при движении зарядов по замкнутой цепи постоянного тока равна нулю. Следовательно, вся работа электрического тока в замкнутой электрической цепи совершается за сет сторонних сил, вызывающих разделение зарядов внутри источника тока и поддерживающих на его выходе постоянное напряжение. ЭДС – величина, характеризующая способность источника тока совершать работу по разделению заряда, ч.р. отношению работы сторонних сил, совершаемой сторонними силами по перемещению заряда q вдоль цепи, к значению этого заряда. E=A/дельтаq. Выражается в тех же единицах, что и напряжение.
Если в резщультате прохождения тока в замкнутой электрической цепи происходит только нагревание проводнико, то по закону сохранения энергии полная работа электрического тока в замкнутой цепи, равная работе сторонних сил источника тока, равна количеству теплоты, выделившейся на внешнем и внутреннем участках цепи: А=Аст=Аполн. Так как Аст=дельтаq*(ЭДС), а полная Qполн=I^2(R+r)*дельтаt, то дельтаq*e=I^2*(R+r)*дельта t; дельтаq=I*дельта t. ЗНАЧИТ E=I(R+r) I=E/R+r. Сила тока в электрической цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника тока и обратно полному сопротивлению цепи.
R=роl/s, где ро – удельное сопротивление проводника.
2. 2. Свободные колебания в механических и электрических колебательных системах. Частота свободных колебаний. Затухание свободных колебаний.
Простейшая электрическая цепь, в которой могут возникать свободные электромагнитные колебания за счет первоначального сообщения й энергии, состоит из конденсатора и катушки индуктивности. Такую систему называют колебательным контуром. При присоединении к конденсатору катушки индуктивности он начиает разряжаться, в цепи появляется электрический ток. Сила тока возрастает постепенно, это обусловлено явлением самоиндкции. При появлении тока возникает переменное магнитное поле. Оно пораждает в проводнике вихревое электрическое поле. Оно при нарастании магнитного поля направлено против тока и и препятствует его мгновенному увеличению. По мере разрядки конденсатора энергия электрического поля уменьшается, но одновременно возрастает энергия магнитного поля тока. Конденсатор полностью разрядился, вся энергия в катушке. Но не смотря на то, что напряжение равно нулю, электрический ток не прекращается, препятставует явление самоиндукции. Как только сила тока и созданное им магнитное поле начнут уменьшаться, возникнет вихревое электрическое, которое будучи направленное по току, начнет его поддерживать. В результате конденсатор перезаряжается до тех пор, пока ток, постепенно уменьшаясь, не станет равным нулю. Примером может служить переменный ток в осветительной эектросетях. Механические колебания – это поочередные периоические вижения тоела в двух противоположны положениях. Чатотой колебаий называют число колебаний, совершаемых телом за одну секунду — cобственная частота. Ню=1/T. Т=2п*корень из LC.
Все свободные колебания – затухающие.
Билет 16
1. 1. Магнитное поле тока. Магнитная индукция. Сила Лоренца. Сила Ампера.
2. 2. Термоядерная реакция. Перспективы и проблемы развития ядерной энергетики.
Подобно тому, как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает электрическое поле, в пространстве, окружающем проводники с током, возникает магнитное поле. Магнитное поле представляет собой особый вид материи, посредством которого осуществляется взаимодействие между движущимися электрическими заряженными частицами. Основные свойства магнитного поля: магнитное поле порождается электрическим полем. Магнитное поле обнаруживается по действию на ток. Магнитное поле материально, оно действует на тела, а следовательно, обладает энергией. Экспериментальным доказательством реальности магнитного поля является факт существования электромагнитных волн. Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, называется силой Ампера. Для характеристики способности магнитного поля оказывать силовое воздействие на проводник с током вводится векторная величина – магнитная индукция вектор В [Тл]. F=BILsin(альфа). Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называют – силой Лоренца. F=B*q*V*sin(альфа).
2. Термоядерная реакция. Перспективы и проблемы развития ядерной энергетики.
Ядерную энергию можно получить двумя способами: делением тяжелых ядер и синтезом легких ядер. Ядерный синтез, происходящий в разогретом веществе, называют термоядерной реакцией. Прежде всего нужно нагреть термоядерное горючие до температуры, когда реакции синтеза могут происходить с заметной вероятностью. Необходимо, чтобы при синтезе выделялось больше энергии, чем затрачивается ее на нагрев вещества, или чтобы рождающиеся при синтезе быстрые частицы сами поддерживали требуемую температуру горючего. Для этого нужно, чтобы вступающее в синтез вещество было надежно теплоизолированно от окружающей холодной среды, те чтобы время остывания было достаточно велико. Легче всего осуществлять синтез между тяжелыми изотопами водорода – дейтерием 2/1Н и тритием 3/1Н. При этом получается ядро гелия и нейтрон 4/2Н + 1/0n. Так как тепловая скорость ионов водорода составляет 10^8 см/с, за 1 с ионы пролетают 1000 км, те нужны специальные устройства, предотвращающие попадание плазмы на стенки. Плазма – газ, состоящий из смеси электронов и ионов. На заряженные частицы, движущиеся поперек магнитного поля, действует сила, искривляющая их траекторию. Те магнитное поле может предотвратить уход заряженных частиц, но этого мало. Можно сделать «магнитные пробки» — области с более сильным магнитным полем, отражающие часть частиц. Но лучше всего «свернуть» силовые линии в кольцо, использовать тороидальное магнитное поле. Оно неоднородно в пространстве – его напряженность спадает по радиусу, а в неоднородном поле возникает медленное движение заряженных частиц – так называемый дрейф. Его можно ликвидировать, пропустив через плазму ток вдоль обхода тора. Тогда поле получится винтовым. Двигаясь по спирали вдоль силовых линий, заряженные частицы будут переходить из верхней полуплоскости тора в нижнюю и обратно. Именно так устроена магнитная система установок Токамак. Кроме термоизоляции плазмы необходимо обеспечить ее нагрев. В Токамаке для этой цели используется ток, протекающий по плазменному шнуру.
Билет 17
1. 1. Явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.
2. 2. Принцип действия тепловых двигателей. КПД теплового двигателя. Роль тепловых машин.
1. 1. Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в замкнутом электропроводящем контуре при изменении магнитного потока через площадь этого контура. По правилу Ленца, возникающий в замкнутом контуре индукционный ток направлен так, что создаваемый им магнитный поток через площадь, ограниченную контуром, стремиться препятствовать тому изменению потока, которое вызывает данный ток. Явление ЭИ находит широкое применение в технике. Оно используется в индукционных генераторах тока, индукционных плавильных печах, трансформаторах, в счетчиках электроэнергии и др.
Закон ЭИ формулируется именно для ЭДС индукции, а не для силы индукционного тока: ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром: Ei=модуль(дельта Ф/дельта t). С учетом правила Ленца: Ei=-дельта Ф/дельта t. При изменении магнитного потока в катушке, имеющей nодинаковых витков провода, общая ЭДС индукции в nраз больше ЭДС одного витка.
2. Принцип действия тепловых двигателей. КПД теплового двигателя. Роль тепловых машин.
Тепловым двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию. Сегодня один из самых распространенных тепловых двигателей является ДВС. Принцип действия заключается в том, что энергия топлива переходит во внутреннюю энергию пара, а пар, расширяясь, совершает работу. Так внутренняя энергия пара превращается в кинетическую энергию поршня.
Только в идеальных условиях поная работа равна работе полезной. Отношение полезной работы к полной называется КПД. КПД любого мханизма всегда меньше 100%.
Билет 18
1. 1. Электромагнитное поле и его материальность. Электромагнитные волны, их свойства. Радиолокация и ее применение.
2. 2. Архимедова сила. Условие плавания тел. Плавание судов. Воздухоплавание. Измерьте выталкивающую силу используя динамометр.
Два положения: 1. Изменение электрического поля всегда сопровождается магнитным полем. 2. Изменяющееся магнитное поле всегда сопровождается электрическим полем. Замкнутость магнитных и электрических силовых линий электромагнитного поля – весьма важное положение теории Максвелла. Электромагнитное поле материально. Физики знают две формы материи – вещество и поле (электромагнитное, гравитационное, внутриядерное). Скорость распространения электромагнитного поля равна скорости распространения света. Отсюда возникла идея, что и свет представляет собой электромагнитное поле. Электромагнитное поле – это та часть пространства, которая содержит в себе и окружает тела, находящиеся в электрическом или магнитном состоянии. Материальность электромагнитного поля подтверждается тем, что в нем наблюдается действие сил, что оно является носителем и передатчиком энергии.
Все пространство пронизано электромагнитным излучением. Электромагнитные волны – это процесс распространения электромагнитных колебаний в пространстве с конечной скоростью. Представьте себе, что электрический заряд приведен в быстрые колебания вдоль некоторой прямой. Тогда начнет периодически изменяться и электрическое поле вокруг заряда. Причем период изменений будет равен периоду колебаний заряда. Переменное электрическое поле будет порождать периодически меняющееся магнитное поле, а последнее вызовет появление электрического поля уже на большем расстоянии от заряда. Их свойства: поглощение, отражение, преломление. Характерно явление интерференции (сложение волн) и дифракции (огибание препятствий).
Радиолокация – область науки и техники, занимающаяся наблюдением различных объектов воздухе, на воде, не земле и определением их местоположения, а также расстояния до них при помощи радио. Всем хорошо известно эхо: звук, отраженный от препятствия. В радиолокации происходит все также. Радиолокатор посылает импульс радиоволн в сторону объекта и обратно. Поскольку скорость распространения радиоволн известна, равна скорости света, то по интервалу между всплесками электронного луча на экране трубки можно определить расстояние до объекта. R=ct/2. С=3*10^8 м/с.
2. Архимедова сила. Условие плавания тел. Плавание судов. Воздухоплавание. Измерьте выталкивающую силу используя динамометр.
Архимедова сила – сила, выталкивающая погруженное в жидкость тело. Fвыт.=Ржид=g*mж. Закон Архимеда: На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной этим телом жидкости. Fа=Рж=gm=gVро.
Положение тела в жидкости зависит от соотношения двух сил – тяжести и Архимедовой, при этом возможны три случая. Сила тяжести>архимедовой – тонет. Равны – плавает. Меньше – всплывает. Когда при всплывании тела сила тяжести сравнивается с Архимедовой, тело остановится и будет плавать на поверхности жидкости. Опытным путем доказано, что если тело плавает в жидкости, то вес вытесненной им жидкости равен весу этого тела в воздухе. Глубину, на которую суд6но погружается в воду, называется осадкой. Ватерлиния. Размеры судна характеризуются в прежде всего его водоизмещением – весом вытесняемой судном воды при погружении до ватерлинии, равным силе тяжести, действующее на судно с грузом. Если из водоизмещения вычесть вес самого судна, то получится его грузоподъемность.
Билет 19
1. 1. Спектр электромагнитных излучений. Зависимость свойств электромагнитных излучений от частоты. Применение электромагнитных излучений.
2. 2. Дисперсия света. Спектр. Спектроскоп.
1. 1. Видимое излучение (свет) составляет ничтожную часть широкого спектра электромагнитных волн или шкалы электромагнитных излучений. Принято выделять низкочастотное излучение, радиоизлучение, инфракрасные лучи, видимый свет (оптический диапазон), ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и гамма – излучение. Наиболее коротковолновое гамма- излучение испускается атомами ядрами. Все они представляют собой электромагнитные волны, порождаемые движущимися заряженными частицами. По мере уменьшения длины волны проявляются и существенные качественные различия электромагнитных волн. Излучения различных длин волн отличаются друг от друга по способу их получения (излучение антенны, тепловое излучение, излучение при торможении быстрых электронов) и методом регистрации, те по характеру взаимодействия с веществом. Применение: медицина, диагностика, лечение заболеваний, в других науках, криминалистика, искусствоведение.
2. 2. Дисперсия света. Спектр. Спектроскоп.
Дисперсия- это зависимость показателя преломления света от частоты колебаний или длины волны. Спектр – это цветные полосы, получающиеся в результате разложения света призмой по длинам волн. Бывают: непрерывные, линейчатые и спектры поглощения.
Непрерывные спектры. Солнечный спектр, спектр электрической лампы являются непрерывными. В спектре нет разрывов, и на экране можно видеть сплошную цветную полоску. Такие спектры дают тела, находящиеся в твердом или жидком состоянии. Для получения видимого непрерывного спектра нужно нагреть тело до высокой температуры. Характер непрерывного спектра в сильной степени зависит от взаимодействия атомов друг с другом.
Линейчатые спектры. Их дают все вещества, находящиеся в газообразном атомарном (но не молекулярном) состоянии. В этом случае свет излучают атомы, которые практически не взаимодействуют друг с другом. Это самый фундаментальный тип спектров. Обычно для наблюдения линейчатых спектров используют свечение паров вещества в пламени или свечение газового разряда в трубке, наполненной исследуемым газом.
Спектры поглощения. Если пропускать белый свет сквозь холодный неизлучающий газ, то на фоне непрерывного спектра источника появляются темные линии. Газ поглощает наиболее свет как раз тех длин волн, которые он испускает в сильно нагретом состоянии. Темные линии на фоне непрерывного спектра – это линии поглощения, образующие в совокупности спектр поглощения.
Опытным путем оказалось, что светящиеся пары любого химического элемента излучают только одному ему свойственный спектр – набор монохроматических излучении, каждому из которых в спектре принадлежит своя линия.
Спектроскоп – это прибор позволяющий получить информацию о составе и свойствах вещества, при помощи их спектра (прибор, выявляющий спектр вещества).
продолжение
–PAGE_BREAK–Билет 2
1. 1. Первый з-н Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности в классической и релятивистской механике.
2. 2. Основные принципы радиосвязи. Модуляция и детектирование. Простейший радиоприемник. Изобретение радио А.С. Поповым. Развитие средств связи.
I закон Ньютона
· · Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор пока внешнее воздействие не заставит его изменить это состояние.
· · Инерция – стремление тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.
· · Инерциальные системы отсчета – системы по отношению к которым выполняется I закон Ньютона.
I закон Ньютона утверждает существование и с.о.
!М.т. сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока внешнее воздействие не выведет его из этого состояния.
Инерциальной системой отсчета можно считать гемеоцентрическую с.о.
Всякое изменение состояния, любое ускорение, есть результат действия на движущееся тело со стороны других тел.
· · Сила – это векторная физическая величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел или полей, в результате которого тело приобретает ускорение или изменяет свою форму и размеры.
· · Масса тела – физическая величина, являющаяся одной из основных характеристик матери, определяющая ее инерциальные и гравитационные свойства.
4 вида воздействия.
1. 1. Гравитационное (обусловленное всемирным тяготением)
2. 2. Электромагнитное (осуществляется через магнитное или электрическое поле)
3. 3. Сильное или ядерное (обеспечивающее связь части в атомном ядре)
4. 4. Слабое взаимодействие (ответственные за многие процессы распада элемент. частиц).
· · Физическое поле – особая форма материи, связывающая частицы вещества в единые системы и передающиеся с конечной скоростью действия одних частиц на другие.
Сила F полностью задана, если указаны ее модуль, направление в пространстве и точки приложения. Прямая вдоль которой направлена сила, называется линией действия силы.
· · Поле, действующее на мт с силой F, называется стационарным полем, если оно не изменяется с течением времени.
Для стационарного поля необходимо, чтобы создающие его тела покоились относительно инерциальной системы отсчета, использованной в данной задаче.
2. 2. Основные принципы радиосвязи. Модуляция и детектирование. Простейший радиоприемник. Изобретение радио А.С. Поповым. Развитие средств связи.
Важнейшим этапом в развитии радиосвязи было создание в 1913 году генератора незатухающих электромагнитных колебаний). Кроме передачи телеграфных сигналов, состоящих из коротких и более продолжительных импульсов электромагнитных волн, стала возможна надежная и высококачественная радиотелефонная связь – передача речи или музыки с помощью электромагнитных волн. Принцип радиосвязи заключается в следующем. Переменный электрический ток высокой частоты, созданный в передающей антенне, вызывает в окружающем пространстве быстро меняющееся электрическое поле, которое распространяется в виде электромагнитной волны. Достигая приемной антенны, электромагнитная волна вызывает в ней переменный ток той же частоты, на которой работает передатчик.
При радиотелефонной связи колебания давления воздуха в звуковой волне с помощью микрофона превращаются в электрические колебания той же формы. Колебания звуковой частоты представляют собой сравнительно медленные колебания, а электромагнитные волны низкой (звуковой) частоты почти совсем не излучаются.
Обнаружить радиоволны и извлечь из них передаваемую информацию можно с помощью радиоприемника.
Достигая антенны приемника, радиоволны пересекают ее провод и возбуждают (индуцируют) в ней очень слабые радиочастоты. В приемной антенне одновременно находятся высокочастотные колебания от многих радиопередатчиков. Поэтому один из важнейших элементов радиоприемника – селективное (избирательное) устройство, которое из всех принятых сигналов может отобрать нужные. Таким устройством является колебательный контур, позволяющий настраивать приемник на радиоволны определенной длины.
Колебания тока в контуре будут наиболее сильными, если частота колебаний подведенного сигнала совпадает с частотой колебаний контура. Назначение других элементов радиоприемника заключается в том, что бы усилить принятые или отраженные колебательным контуром высокочастотные модулированные колебания, выделить из них колебания звуковой частоты, уменьшить их и преобразовать в сигналы информации. Первую из этих функций выполняет усилитель колебаний радиочастоты, вторую – детектор, третью – усилитель колебаний звуковой частоты, четвертую – динамическая головка громкоговорителя или приемный телеграфный аппарат.
Билет 20
1. 1. Законы отражения и преломления света. Полное отражение и его применение.
2. 2. Электрический ток в металлах. Сопротивление. Удельное сопротивление. Зависимость сопротивления от температуры. Сверхпроводимость.
1. 1.
Луч света в однородной среде прямолинеен. На границе двух сред он меняет свое направление: часть света или весь возвращается в первую среду. Это явление называется отражением света. Закон отражения: падающий луч, отраженный и перпендикуляр на границе двух сред, лежат в одной плоскости. Угол падения равен углу отражения.
Закон преломления: падающий луч, преломленный и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения к синуса угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред. sinальфа/sinбетта=n. Постоянную величину nназывают относительным показателем преломления, или показателем преломления второй среды относительно первой. Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления этой среды. Он равен отношению синуса угла падения к синусу угла преломления при переходе вещества из вакуума в данную среду. Среду с меньшим абсолютным показателем преломления принято называть оптически менее плотной.
Полное отражение – явление, когда свет идет из более оптически плотной среды м в менее. Угол падения альфа нулевое, соответствующий углу преломления 90 градусов, называют предельным углом отражения. Явление полного отражения лежит в основе работы стеклянных волоконных световодов. Оно используется в призматических биноклях и перископах, этим явлением объясняются миражи в природе.
2. 2. Электрический ток в металлах. Сопротивление. Удельное сопротивление. Зависимость сопротивления от температуры. Сверхпроводимость.
Все металлы в твердом и жидком состоянии являются проводниками электрического тока. При прохождении электрического тока по проводнику его масса не меняется. Ионы металла не принимают участия в переносе электрического заряда. В создании электрического тока участвуют только электроны. Было обнаружено, что при резкой остановке быстро вращающейся катушки в ее проводе возникает электрический ток, создаваемый электронами. В отсутствии электрического поля свободные электроны перемещаются в кристалле металла хаотически. Под действием электрического поля свободные электроны обретают упорядоченное движение в одном направлении, и в проводниках возникает электрический ток. Свободные электроны сталкиваются с ионами кристаллической решетки и отдают им часть кинетической энергии, проводник нагревается. При нагревании удельное электричес4кое сопротивление проводника увеличивается ро=ро нулевое*(1-альфаt), где ро – удельное электрическое сопротивление при температуре t, ро нулевое при температуре 0, альфа – температурный коэффициент сопротивления. С приближением температуры к абсолютному нулю удельное сопротивление монокристаллов становится очень маленьким.
R=роl/s, где ро – удельное сопративлени5е проводника (Ом*м).
Явление уменьшения удельного сопротивления до нуля при температуре, отличной от нуля, называется сверхпроводимостью. Прохождение тока в сверхпроводнике происходит без потерь энергии, поэтому однажды возбужденный в сверхпроводящем кольце электрический ток может существовать неограниченно долго без изменений.
продолжение
–PAGE_BREAK–Билет 21
1. 1. Волновые свойства света.
2. 2. Вынужденные колебания. Резонанс. Зависимость амплитуды колебаний от частоты вынуждающей силы.
1. 1. Основными волновыми свойствами света является интерференция, суперпозиция и дифракция. Проникновение волны в область геометрической тени называется дифракцией. Дифракция проявляется, когда длина волны сравнима с размером препятствия. Дифракция доказана опытным путем. Интерференция света – сложение двух когерентных волн, вследствие которого наблюдается устойчивая во времени картина усиления или ослабления результирующих световых колебаний в различных точках пространства. (это явление возникновения устойчивой картины перераспределения энергии при сложении двух или более когерентных волн). Результат интерференции 1. Условие максимума дельта d=2к*x/2. 2. Минимума дельта d=(2к+1)x/2. Когерентные волны: 1 одинаковой частоты 2. Постоянная разность фаз. Суперпозиция – явление прохождения волной через одно пространство без искажения.
2. 2. Вынужденные колебания. Резонанс. Зависимость амплитуды колебаний от частоты вынуждающей силы.
Это колебания вызванные воздействием на тело периодической внешней силы. Резонанс – явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний тела при совпадении частоты вынуждающей периодической силы с собственной частотой колебаний тела. При резонансе вынуждающая сила в течении всего периода колебания направлена в туже сторону, что и вектор скорости колеблющегося тела. При отсутствии трения и сопротивления воздуха амплитуда колебаний могли бы возрастать неограниченно. Амплитуда – это модуль максимального значения изменяющейся частоты.
Билет 22
1. 1. Фотоэффект и его законы. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Кванты света. Применение фотоэффекта.
2. 2. Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора. Соединение конденсаторов.
1. 1. При распространении света проявляются его волновые свойства, а при взаимодействии с веществом обнаруживается его прерывистая структура, проявляемая, например, при фотоэффекте. Фотоэффектом называется вырывание электрона вещества под действием света. Различают два вида: внешний заключается в испускании электронов с поверхности вещества, внутренний связан с перераспределением электронов атомов по их состоянию в твердом теле, при поглощении им электромагнитного излучения. Установлен закон: максимальная скорость вылетающих электронов зависит от частоты колебаний электромагнитной волны и растет с увеличением частоты. Hv=Aвых + mV^2/2 , где hпостоянная Планка.
При испускании свет ведет себя подобно потоку частиц с энергией E=hv, зависящей от частоты испускания. Сама световая частица получила название фотон, или световой квант. Энергия фотона часто выражается через циклическую частоту w=2Пv h-=h/2п=1.05*10^-34 Дж*с Тогда E= hv=h-w E=mc^2 Тогда m=hv/c^2/ Фотон не имеет массы. Таким образом p=mc=hv/c=h/лямда.
На основе внешнего фотоэффекта работают фотоэлементы (турникет в метро)Фотодиоды для измерения распределение температуры слабо нагретых тел. Солнечные батареи в космических аппаратах.
2. 2. Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора. Соединение конденсаторов.
Электроемкостью называется физическая величина, определяемая отношением заряда qодной из пластин конденсатора к напряжению между обкладками конденсатора U: С=q/U. (Ф). Электроемкость – это способность проводника накапливать электрический заряд. Для накопления значительных количеств разноименных электрических зарядов применяются конденсаторы. Конденсатор – это система проводников электроемкость которых не меняется от внешнего воздействия. Напряжение между обкладками заряженного конденсатора U=q/C. В процессе разрядки напряжение падает до нуля. Среднее значение напряжения в процессе разрядки Uср=U/2 = q/2C. Для работы А, совершаемой электрическим полем при разрядке конденсатора A=q*Uср=qU/2 = CU^2/2. Значит потенциальная энергия W=A=CU^2/2=q^2/2C=qU/2. Энергия конденсатора обусловлена тем, что электрическое поле между его обкладками обладает энергией.
При последовательном соединении: 1/C0=1/C1+1/C2. При параллельном C0=C1+C2.
Билет 23
1. 1. Модель атома Резерфорда – Бора. Квантовые постулаты Бора.
2. 2. Полупроводниковые приборы.
1. 1. Эксперименты Резерфорда послужили основой для создания протонно – нейтронной модели атома. В центре атома находится атомное ядро. Весь остальной объем это электроны. Внутри ядра электронов нет. Ядро состоит из протонов и нейтронов. Число электронов равно числу протонов в ядре. Масса электрона примерно в 2000 раз меньше массы протона или нейтрона, поэтому почти вся масса находится в ядре. Электроны летают вокруг атома по орбитам. Но так как атом движется по орбитам с ускорением, то он должен испускать энергию, а значит в конце упасть на ядро, превратившись в нейтрино. Были введены постулаты Бора: 1. Атомная система может находится только в особых стационары, или квантовых, состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия. В стационарном состоянии атом не излучает. Этот постулат противоречит классической механике, согласно которой энергия движущегося электрона может быть любой. Противоречит и электродинамике, так как допускает ускоренного движения без испускания энергии. 2. При переходе атома из стационарного состояния в другое испускается или поглощается квант электромагнитной энергии. Этот постулат тоже противоречит электродинамике Максвелла, согласно которой частота излученного света равна частоте обращения электрона по орбите. По теории Бора частота только связана с изменением энергии атома.
2. 2. Полупроводниковые приборы.
Билет 24
1. 1. Состав ядра атома. Изотопы. Энергия связи.
2. 2. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Термо- и фоторезисторы.
1. Согласно протонно – нейтронной модели атомные ядра состоят из элементарных частиц двух видов: протонов и нейтронов. Известно, что заряд электрона примерно равен заряду протона = 1,6*10^-19 Кл, а масса протона =1,6726 * 10^-27 кг или 1,00728 а.е.м. Нейтрон не имеет электрического заряда, его масса равна 1,00867 а.е.м. .1 а.е.м.=1,6605*10^-27 кг и соответствует энергии 931,5 МэВ. Число протонов в ядре называют зарядом ядра. Массовым числом ядра А называют сумму числа протонов Zи числа нейтронов NА=Z+N.
Изотопы – ядра с одинаковой массой.
Минимальную энергию, которую нужно затратить для разделения атомного ядра на составляющие его нуклоны, называют энергией связи. Эта энергия расходуется на совершение работы против действия ядерных сил притяжения между нуклонами. На основе закона сохранения энергии можно утверждать, что при образовании ядра из отдельных нуклонов выделяется энергия, равная энергия связи. E=mc^2. Всякое изменение энергии системы на дельта Е сопровождается изменением ее массы дельта mна величину дельтаЕ/c^2. Точнейшие измерения массы ядер показывают, что сумма масс покоя протонов и нейтронов, составляющих данное ядро больше массы покоя этого ядра. Разность масс дельта M=Zm+Nm– Mя.
2. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Термо- и фоторезисторы.
Полупроводник – это класс веществ, занимающих промежуточное положение между веществами, хорошо проводящими электрический ток, и веществами, практически не проводящим электрического тока. Для них характерна сильная зависимость их свойств и характеристик от микроскопических количеств содержащихся в них примесей. Важное свойство полупроводников состоит в том, что электрический ток переносится в них не только отрицательными зарядами – электронами, но и равными им по величие положительными зарядами – дырками. Атомы в кристалле полупроводника связаны между собой с помощью электронов внешней электронной оболочки. При тепловых колебаниях атомов тепловая энергия неравномерно распределяется между электронами, образующими связи. Отдельные электроны могут получать количество тепловой энергии, достаточное для того, чтобы «оторваться» от своего атома и получить возможность свободно перемещаться в кристалле, те стать потенциальными носителями тока. Такой уход электрона нарушает электрическую нейтральность атома, у которого возникает положительный заряд, равный по величине заряду ушедшего электрона. Это вакантное место называется дыркой. Так как вакантное место может быть занято электроном соседней связи, дырка также может перемещаться внутри кристалла и являться уже положительным носителем тока. Естественно, что электроны и дырки при этих условиях возникают в равных количествах, и электропроводность такого идеального кристалла будет в равной степени определяться как положительными, так и отрицательными зарядами. Если на место атома основного полупроводника поместить атом примеси, во внешней электронной оболочке которого содержится на один электрон больше, чем у атома основного полупроводника, то такой электрон окажется как бы лишним. Достаточно в десятки раз меньше энергии, чтобы оторвать его от своего атома и превратить в свободный электрон. Такие примеси называются донорными, те отдающими лишний электрон. Введение в полупроводник примесей, внешняя электронная оболочка которого содержит меньшее количество электронов, приводит к появлению незаполненных связей, и дырка получает возможность свободно перемещаться по кристаллу. Иными словами, движение дырки – это последовательный переход электронов из одной соседней связи в другую. Такие примеси, принимающие электрон, называются акцепторными. С увеличением количества примесей того или иного типа электропроводность кристалла начинает приобретать все более выраженный электронный или дырочный характер. Электропроводимость бывает n-типа и p-типа.
Билет 25
1. 1. Радиоактивность. Вида радиоактивных излучений и их свойства. Биологическое действие ионизирующих излучений.
2. 2. Сила трения в быту и технике. Измерьте силу трения.
1. 1. Радиоактивность представляет собой самопроизвольный процесс, происходящий в атомах радиоактивных элементов. Это явление определяется как самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа одного химического элемента в изотоп другого; при этом происходит испускание электронов, протонов, нейтронов или ядер гелия. Виды: гамма- лучи – это очень короткие электромагнитные волны. Их длина от 10^-10 до 10^-13 м. Скорость их распространения около скорости света. Бета – лучи. Природа бета лучей была установлена раньше всех – в 1899 году. По их отклонению в электрическом и магнитных полях был измерен удельный заряд. Оказалось, что он такой же как у электрона. Значит бета лучи -–это электроны, движущиеся с огромными скоростями, очень близкими к скорости света. Альфа – частицы. Знак заряда у них положительный. Это ядро атомов гелия. Значит ее заряд 2е, а масса 4 а.е.м. Вылетающие из радиоактивных ядер альфа частицы имеют большие скорости, достигающие десятых долей скорости света, значит обладают большой энергией. Их свойства – это проникающая и ионизирующая.
Излучение вызывает ионизацию атомов и молекул и это приводит к изменению их химической активности. Для харак4теристики воздействия излучения вводится понятие поглощенная доза излучения. D=E/m. (грей). Самой первой единицей дозы излучения был рентген, он определяется по ионизации, производимой излучением. 1 рентген определяются как дозу рентгеновского или гамма – излучения при которой 1 кг воздуха поглощает энергию 0,878 * 10^-2. 1Р=0,01 Гр.
2. 2. Сила трения в быту и технике. Измерьте силу трения.
Без этой силы гвозди и винты бы выскакивали из стен, ни одной вещи нельзя было бы держать в руках, никогда бы не прекращался вихрь. Звук не умолкал бы, а звучал эхом. Применяют: санки, вывозка леса по ледяной дороге( дороги с ледяными рельсами для саней: две лошади могли тащить 70 тон бревен)
Билет 26
1. 1. Цепная реакция деления ядер урана. Ядерный реактор.
2. 2. Механическая работа и мощность. Измерьте КПД при подъеме по наклонной плоскости.
1. Реакция происходит под действием медленных нейтронов. У нее две важных особенности: 1. При делении каждого ядра выделяется значительная энергия. 2. Каждый акт деления сопровождается вылетом 2- 3 вторичных нейтронов, те сделать реакцию цепной – самоподдерживающейся. Управляемые цепные ядерные реакции осуществляются в ядерных реакторах. В них используются не чистые изотопы, а их смеси, например природный уран, обогащенный изотопами урана 235. С помощью специальных поглотителей нейтронов число делений в единицу объема в единицу времени поддерживается на заданном уровне. Для реакции пригодны только ядра изотопов урана с массовым числом 235. Ядра делятся под действием как быстрых, так и медленных нейтронов. Для ее осуществления необходимо, чтобы среднее число высвободившихся в данной массе нейтронов не уменьшалось с течением времени. Важное значение имеет не вызывающий деления захват нейтронов ядрами изотопа 238. После захвата образуется радиоактивный изотоп 239/92 с периодом полураспада 23 минуты. Распад происходит с испусканием электрона и образованием первого зауранового элемента – нептуния: 239/92U-239/93Np+ 0/-1 e
Нептуний в свою очередь бета – радиоактивен с периодом полураспада около двух дней. Образуется плутоний. 239/93Ne-239/94Pu+ 0/-1 e. Плутоний относительно стабилен, так как его период полураспада около 24000 лет.
2. Механическая работа и мощность. Измерьте КПД при подъеме по наклонной плоскости.
Элементарной работой силы на элементарном перемещении материальной точки называется скалярная физическая величина. Значение элементарной работы силы зависит от выбора системы отсчета. Единица работы – Дж. Потенциальными называются силы, работа которых зависит от начального и конечного положения движущейся материальной точки или тела и не зависит от формы траектории. При замкнутой траектории работа потенциальной силы всегда равна 0. К потенциальным силам относятся силы тяготения, силы упругости и электрические силы. Быстроту выполнения работы в технике характеризуют мощностью. Она показыввает, какая работа совершается телом в еденицу времени. Это скорость совершения работы N=A/t. Измеряется в ваттах (за 1 с выполняется работы в 1 Дж).
Билет 27
1. 1. Поверхностное натяжение. Смачивание и капиллярность. Поверхностное натяжение в природе и технике.
2. 2. Активное и реактивное сопротивление. Закон Ома для цепи переменного тока.
1. 1. Поверхностная энергия – это дополнительная энергия, которой обладают молекулы поверхности, в отличии от молекул внутри жидкости. П=сигма*s. Сигма – это коэффициент поверхностного натяжения. Fтн=сигма l(A=F*дельта hA=дельтаП=сигма lдельта h). Условие смачивания: сила взаимодействия молекул твердых тел гораздо больше силы взаимодействия жидкости. Капилляры – это тонкие трубочки, сосуды. h=2сигма/ро gr. (F=mg, сигма l=ро Vg, сигма 2 П r= ро (П r^2 h)g. Березовый сок, полотенце, мытье пола, боронить, гидрозащита,… с гуся, вода в сите. Коэффициент зависит от рода жидкости, при нагревании – уменьшается.
2. 2. Активное и реактивное сопротивление. Закон Ома для цепи переменного тока.
Устройства, полностью преобразующие электрическую энергию в другие виды энергии, называют активной нагрузкой, а их сопротивление – активным сопротивлением. Предположим, что напряжение на концах цепи меняется по гармоническому закону u=Umcoswt. Как и в случае постоянного тока, мгновенное значение силы тока пропорционально мгновенному значению напряжения. Поэтому применяется закон Ома для участка цепи: i=U/R=Umcoswt/R= Imcoswt. На активном сопротивлении колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения.
Билет 3
1. 1. Масса и ее измерение. Сила. Сложение сил. Второй з-н Ньютона.
2. 2. Электрический ток в растворах и расплавов электролитов. Закон электролиза. Применение электролиза в технике.
1. 1. Масса – физическая скалярная величина, пропорциональная отношению величины действующей на тело силы к сообщаемому ею ускорению:
m=F/a
Масса мера инертности тела. Чем больше масса, тем тело более инертно. Обозначается m, а измеряется в килограммах (кг).
Сила – физическая векторная величина, характеризующая взаимодействие тел. В системе СИ за единицу силы принимают силу, которая телу массой 1 кг сообщает ускорение 1 м/с^2. Эту единицу называют ньютоном (Н).
Второй з-н Ньютона
Ускорение приобретаемое телом под действием на него силы прямопропорционально этой силе и обратно его массе.
Второй з-н имеет ряд особенностей:
1. Он справедлив для любых сил;
2. 2. Сила является причиной, вызывающей ускорение;
3. 3. Вектор ускорения соноправлен с вектором силы;
4. 4. Если на тело действует не одна сила, то берется равнодействующая этих сил;
5. 5. Если все действия скомпенсированы, то равнодействующая равна 0, следовательно ускорение равно 0, т.е. тело движется равномерно прямолинейно или покоится.
1 Н – это такая сила, которая сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с^2.
Правило сложения сил:
1. 1. Если слагаемые силы направлены по одной прямой, то модуль результирующей силы равен сумме модулей сил, если силы направлены в одну сторону и разности модулей сил, если силы направлены в разные стороны. Во втором случае результирующая направлена в сторону большей силы.
2. 2. Если силы направлены под углом, то модуль результирующей силы численно равен длине диагонали параллелограмма, построенного на этих силах как на составляющих. Результирующая выходит из точки приложения слагаемых сил.
Складывать силы по правилу треугольника нельзя, тк теряется точка приложения сил.
2. 2. Электрический ток в растворах и расплавов электролитов. Закон электролиза. Применение электролиза в технике.
Вещества, которые проводят электрический ток называются электролитами. Изменение химического состава раствора или расплава при прохождении через него электрического тока. Обусловленное потерей или присоединении электронов ионами, называют электролизом.
Майкл Фарадей установил, что при прохождении эл. Тока через электролит масса вещества m, выделившегося на электроде, пропорциональна заряду q, прошедшего через электролит:
m=k*q илиm=k*I*t.
Зависимость, полученную Фарадеем, называют законом электролиза. Коэффициент пропорциональности k называется электрохимическим эквивалентом.
k=1/e*Na * M/n ==> m=1/e*Na * M/n *I *t.
Коэффициент k численно равен массе выделившегося на электродах вещества при переносе ионами заряда в 1 Кл:
k=m/q; [k]=кг/Кл.
Произведение заряда электрона на число Авогадро называется числом Фарадея: 96500 Кл/моль.
Число Фарадея это электрический заряд, переносимый веществом в количестве 1 моль при электролизе.
В электрическом поле ионы электролита приходят в движение: положительные ионы движутся к катоду, а отрицательные к аноду. Так возникает электрический ток в электролите. При встречи положительного и отрицательного ионов, происходит их соединение – рекомбинация.
С помощью электролиза из солей и оксидов получают многие металлы. Электролитический способ дает возможность получать вещества с малым количеством примесей. Путем электролиза можно наносить тонкие слои металлов, эти слои могут служить защитой изделия от окисления. Такой способ называется – гальваностегией.
При длительном пропускании тока, получается толстый слой металла, который может быть отделен с сохранением формы – гальванопластика. Явление электролиза лежит в основе принципа действия кислотных и щелочных аккумуляторов, где используют обратимость процесса электролиза.
Билет 4
1. 1. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Свободное падение тел. Вес тела. Невесомость.
2. 2. Линзы. Построение изображения в тонких линзах. Оптическая сила линзы. Формула тонкой линзы.
1. 1. Закон всемирного тяготения:
Все тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно проп. Квадрату расстояния между ними. Эту силу называют силой тяготения.
F=G*m1*m2/r^2, где G- коэффициент пропорциональности- гравитационная постоянная. [G]=6.67 * 10^-11 Н*м^2/кг^2.
Границы применимости:
1. 1. только для м.т.
2. 2. тел, имеющих форму шара
3. 3. шара большого радиуса, взаимодействующего с телами, размеры которых много меньше размеров шара.
Закон неприменим, например, для взаимодействия бесконечного стержня и шара.
Сила тяжести – это сила с которой Земля притягивает к себе тело. Пропорциональна массе тела и сообщает ему ускорение свободного падения.
g=G*M/r^2, те g не зависит от массы, но зависит от высоты тела над Землей, от широты места (Земля не инерциальная система отсчета, от породы земной коры, от формы Земли.
Сила тяготения и сила тяжести носят гравитационный характер.
Свободное падение тела является частным случаем равноускоренного движения, при условии, что ускорение а
· · Свободным паденим называется такое движение тела, при котором м.т. (тело) движется под действующей только силы тяжести, при этом сопротивление воздуха не учитывается.
При движении тела вверх применимы все формулы для равнозамедленного движения; всегда есть начальная скорость, а конечная при таком движении обращается в О.
продолжение
–PAGE_BREAK–Вес тела – это сила. С которой тело действует на опору или подвес, вследствие притяжения его к Земле.
На покоящееся тело действует сила тяжести и сила реакции опоры, эта сила упругости и есть вес тела (по третьему з-н Ньютона).
Когда тело совершает свободное падение (a=g), то взаимодействие между телом и опорой отсутствует и вес тела равен 0. Это случай полной невесомости.
Может наблюдаться в следующих случаях:
1. при движении когда совпадают направления начальной скорости и ускорения
2. 2. при движении, когда начальная скорость и ускорение противоположны
3. движение спутника по орбите
4. 4. когда тело находится между Землей и Луной
5. лженевесомость наблюдается в воде.
2. 2. Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями.
Тонкой, если ее толщина мала по сравнению с радиусами кривизны ее поверхностей, в противном случае – толстой.
Оптическая сила – это величина, обратная фокусному расстоянию
D=1/F
Измеряется в диоптриях. 1 диоптрий – это оптическая сила такой линзы, фокусное расстояние которой 1 м.
–PAGE_BREAK–