Рабочая тетрадь по физике

Государственное автономное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования

«Институт развития образования и социальных технологий»

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Курганский промышленный техникум»

РАБОЧАЯ ТЕТРАДЬ

ПО ФИЗИКЕ

Студента (ки) группы _____________________________________________

ФИО_____________________________________________________________

Курган 2014

Рабочая тетрадь по физике/ авт. сост.: Е.В. Уткина - Курган, 2014 - 56 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ИРОСТ

Автор - составитель:

Уткина Елена Викторовна - преподаватель физики ГБПОУ «Курганский промышленный техникум»

Рецензенты:

Учебно - практическое пособие содержит задания по основным разделам физики. В рабочей тетради подобраны задания, при выполнении которых необходимо вписать ключевые моменты изучаемого теоретического материала, записать формулы, решить задачу.

Данное пособие даёт возможность повысить интерес студентов к предмету, сэкономить время на уроке при подготовке к экзамену.

Рабочая тетрадь предназначена для студентов среднего профессионального образования.

© Уткина Е. В. 2014

©Институт развития образования и социальных технологий, 2014

Предисловие

Дорогой студент, данная рабочая тетрадь поможет тебе при изучении дисциплины физика. Если ты будешь её активно использовать, то теоретический материал будет восприниматься легче. Она поможет тебе при повторении материала, изученного на уроке. С помощью данной рабочей тетради можно проверить свои знания. Она предназначена для подготовки к итоговой аттестации по физике. В издание включены теоретические вопросы, экспериментальные задания (опыты) и задачи. Рабочая тетрадь соответствует структуре учебника: весь материал разделен на 26 тем в соответствии с экзаменационными билетами, предусмотрено выполнение лабораторных работ и упражнений (задач). После условия каждой задачи в тетради отведено место для решения.

Содержание рабочей тетради полностью соответствует образовательным стандартам.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Механическое движение. Относительность движения. Система отсчета. Материальная точка. Траектория. Путь и перемещение. Мгновенная скорость. Ускорение. Равномерное и равноускоренное движение. ………………………….6

2. Взаимодействие тел. Сила. Второй закон Ньютона…………………………9

3. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Проявление закона сохранения импульса в природе и его использование в технике. ……………………………..11

4. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Вес тела. Невесомость. ……….12

5. Превращение энергии при механических колебаниях. Свободные и вынужденные колебания. Резонанс. ……………………………………………….14

6. Опытное обоснование основных положений молекулярно-кинетической теории (МКТ) строения вещества. Масса и размер молекул. Постоянная Авогадро. …………………………………………………………………………….16

7. Идеальный газ. Основное уравнение МКТ идеального газа. Температура и её измерение Абсолютная температура. …………………………………………..18

8. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона). Изопроцессы………………………………………………………….20

9. Испарение и конденсация. Насыщенные и ненасыщенные пары. Влажность воздуха. Измерение влажности воздуха. …………………………………………..21

10. Кристаллические и аморфные тела. Упругие и пластические деформации твёрдых тел…………………………………………………………………………...23

11. Работа в термодинамике. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики. Применение первого закона к изопроцессам. Адиабатный процесс. ………………………………………………………………………………25

12. Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона. Закон сохранения электрического заряда……………………………………………………………….27

13. Конденсаторы. Электроёмкость конденсатора. Применение конденсаторов. ………………………………………………………………………29

14. Работа и мощность в цепи постоянного тока. Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи. ………………………………………………………..31

15. Магнитное поле, условия его существования. Действие магнитного поля на электрический заряд и опыты, подтверждающие это действие. Магнитная индукция……………………………………………………………………………...33

16. Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Полупроводниковые приборы………………………………...35

17. Электромагнитная индукция. Магнитный поток. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца…………………………………………………………..37

18. Явление самоиндукции. Индуктивность. Электромагнитное поле……….39

19. Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур и превращение энергии при электромагнитных колебаниях. Частота и период колебаний……………………………………………………………………41

20. Электромагнитные волны и их свойства. Принципы радиосвязи и примеры их практического использования…………………………………………………...42

21. Волновые свойства света. Электромагнитная природа света……………..43

22. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Ядерная модель атома. Квантовые постулаты Бора. Испускание и погашение света атомами. Спектральный анализ. ………………………………………………………………44

23. Квантовые постулаты Бора. Испускание и поглощение света атомами. Спектральный анализ………………………………………………………………..45

24. Фотоэффект и его законы. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта и постоянная Планка. Применение фотоэффекта в технике………………………..46

25. Состав ядра атома. Изотопы. Энергия связи ядра атома. Цепная ядерная реакция. Условия её существования. Термоядерные реакции……………………47

26. Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений и методы их регистрации. Биологическое действие ионизирующих излучений. ……………..49

Приложения………………………………………………………………………….51

Демонстрационный вариант (тема № 20) ………………………………………..51

Демонстрационный вариант (билет № 22) ……………………………………….53

Перечень вопросов к экзамену……………………………………………………..55

Список использованной литературы………………………………………………56

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 _____________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

Телом отсчета называют ___________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

Система координат, тело отсчета, с которым она связана, и выбранный способ измерения времени образуют _________________________________________________________________

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 ___________________________.

Линию, вдоль которой движется ___________________, называют __________. Длина части траектории между начальным и конечным положением точки называют путем (L). Единица измерения пути - 1м.

Механическое движение характеризуется тремя физическими величинами:

_______________________________________________________________

Направленный отрезок прямой, проведенный из начального положения движущейся точки в ее конечное положение, называется ___________________(s).

___________________- величина векторная.

Единица измерения: [ S]=___.

Скорость_____________________________________________________

______________________________________________________________

Определяющая формула скорости имеет вид:

Единица измерения скорости: _________

На практике используют единицу измерения скорости км/ч

36 км/ч = 10 м/с. Измеряют скорость спидометром.

Ускорение____________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

Ускорение можно рассчитать по формуле:

Единица измерения ускорения:_______ .

Характеристики механического движения связаны между собой основными кинематическими уравнениями.

s = ; , v =

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, _____________________________________________________

называют равномерным прямолинейным движением.

В этом случае кинематические уравнения выглядят так:

Движение, _____________________________________________________

называют равноускоренным.

Уравнения равноускоренного движения:

Пример: 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).

Задача 1.: Движения двух велосипедистов заданы уравнениями: x₁=2t и x₂=3-t. Построить графики зависимости x(t). Найти место и время встречи.

Задача 2.: При аварийном торможении автомобиль, движущийся со скоростью 54 км/ч, останавливается через 3 с. Найти тормозной путь.

2. Взаимодействие тел. Сила. Второй закон Ньютона

План ответа

1.Взаимодействие тел.

2. Виды взаимодействия.

3. Сила.

4. Силы в механике.

Объясните опыты с тележками (рис. 3) :

а) тело, на которое другие тела не действуют ______________________;

б) ускорение тела возникает_________

________________________________;

в) действия тел друг на друга_______

_______________________________.

________- причина ускорения тел по отношению к инерциальной системе отсчета или их деформации.

Сила -________________________________________________________

_______________________________________________________________.

Сила характеризуется:

а) _______________;

б) ________________;

в) ________________.

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, ________________________________________________________________

________________________________________________________________.

Равнодействующая является векторной суммой всех сил, приложенных к телу:

На основании опытных данных были сформулированы законы Ньютона.

Второй закон Ньютона:_______________________________________ ________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

Для решения задач закон часто записывают в виде:

Задача 3.: Сила 90 Н сообщает телу ускорение 1,2 м/с². Какая сила сообщит этому телу ускорение 3 м/с²?

Задача 4.: Масса легкового автомобиля равна 2 т, а грузового 8 т. Сравнить ускорения автомобилей, если сила тяги грузового автомобиля в 2 раза больше, чем легкового.

3. 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.

Импульсом тела называют ________________________________________

________________________________________________________________

Импульс обозначается р. Единица измерения импульса [р]=_____. Импульс тела равен:

Направление вектора импульса р совпадает с

направлением вектора скорости тела v (рис. 4).

Рис. 4

Закона сохранения импульса: ____________________________________

Другими словами: в замкнутой физической системе геометрическая сумма импульсов тел до взаимодействия равна геометрической сумме импульсов этих тел после взаимодействия.

Закон сохранения импульса лежит в основе реактивного движения. Реактивное движение - ___________________________________________

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

Задача 5.: Движение материальной точки описывается уравнением x=5-4t+2t² . Приняв ее массу равной 3 кг, найти импульс через 2 с и через 4 с после начала отсчета времени, а также силу, вызвавшую это изменение импульса.

Задача 6.: Автомобиль массой 1 тонна, движется прямолинейно со скоростью 20 м/с. Найти импульс.

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 = , где , где G - __________________ G= 6,67 • 10^-11 Н • м²/кг²

Закон всемирного тяготения:_______________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

Частным видом силы всемирного тяготения является сила притяжения тел к Земле (или к другой планете). Эту силу называют___________________. 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 _____________всегда направлена к_______________.

Ускорение свободного падения напрвлено________ и равно ________м/с².

В технике и быту широко используется понятие веса тела. Весом тела называют силу, _________________________

______________________________________ _________________________________________

(рис. 5). Вес тела обозначается Р.

Единица измерения веса - 1 Н.

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 (рис. 7, а).

В проекции на ось OX:

отсюда N =

Следовательно, при движении вертикально вверх с ускорением вес тела увеличивается и находится по формуле

Р=

Если тело движется Вниз по вертикали, то с помощью аналогичных рассуждений получаем: Р = ,

т. е. вес при движении по вертикали с ускорением будет меньше силы тяжести.

Если тело свободно падает, в этом случае Р =

Перегрузкой называют___________________________________________

________________________________________________________________ Действие перегрузки испытывают на себе ______________________________

________________________________________________________________

Невесомостью называют _________________________________________. Состояние невесомости наблюдается __________________________________

_______________________________________________________________

Задача 7.: Тело массой 20 кг поднимают вверх с ускорением 0,5 м/с². Чему равен вес этого тела?

5. 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.

Механическими колебаниями называют ___________________________

________________________________________________________________

Смещение - ____________________________________________________

Амплитуда -___________________________________________________

________________________________________________________________

Частота -______________________________________________________

Период -_______________________________________________________

________________________________________________________________

Период и частота связаны соотношением:

Гармонические колебания (рис. 8) -

Свободными, называют колебания, _________________________________________

________________________________(рис. 9).

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

Вынужденными - называются колебания,___________________________

________________________________________________________________

Механическим резонансом называют ____________________________

____________________________________________________________

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».

Задача 8.: Груз, колеблющийся на пружине, за 5с совершил 30 колебаний. Найти период и частоту колебаний.

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 - _______________________________

________________________________________________________________

В основе МКТ лежат три основных положения:

1. _____________________________________________________________

2. _____________________________________________________________

3. _____________________________________________________________

Основные положения МКТ подтверждаются многими опытными фактами.

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 - ________________________________________________________

________________________________________________________________

Отношение числа молекул вещества к количеству вещества называют постоянной Авогадро:

N_a = N/v. N_a = 6,02 • 10²³ моль^-1.

Постоянная Авогадро показывает ___________________________________

________________________________________________________________

Молярной массой _______________________________________________

M=

Молярная масса выражается в кг/моль. Зная молярную массу, можно вычислить массу одной молекулы: m₀ =

Массы молекул и атомов со значительной степенью точности определяются с помощью масс-спектрографа.

Например, масса молекулы воды: т = 29,9 •10 ^-27 кг.

Диаметром молекулы принято считать ______________________________

_______________________________________________________________

Однако понятие размера молекулы является условным. Средний размер молекул порядка 10^-10 м.

Задача 9.: Какое количество вещества содержится в алюминиевой отливке массой 2,7 кг?

Задача 10.: Какова масса 20 моль углекислого газа?

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) _____________________________________________________________

б) ______________________________________________________________

в) ______________________________________________________________

Основными параметрами идеального газа являются: ___________________

________________________________________________________________

На основании использования основных положений молекулярно-кинетической теории было получено основное уравнение МКТ идеального газа, которое выглядит так:

Здесь р -________________________, m₀ -______________________,

п -_________________, v² -_____________________________

Обозначив среднее значение кинетической энергии поступательного движения молекул идеального газа Е_k получим основное уравнение МКТ идеального газа в виде:

Температура - _________________________________________________

________________________________________________________________

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 ___________________________________________

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 1К = 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

Абсолютный ноль температур недостижим, так как ____________________

________________________________________________________________

Теоретически при абсолютном нуле скорость поступательного движения молекул равна нулю, т. е. прекращается тепловое движение молекул.

Задача 11.: При какой температуре средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул газа равна 6,12*10^-21Дж?

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

План ответа

1. Уравнение состояния.

2. Уравнение Менделеева-Клапейрона.

3. Процессы в газах.

4. Изопроцессы. 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:

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).

Изопроцессом ___________________________________________________

________________________________________________________________

Изотермическим _______________________________________________

Он описывается законом ___________________

Изохорным _____________________________________________________

Для него справедлив закон _______________

Изобарным_____________________________________________________________________________

Уравнение этого процесса имеет вид и называется

законом______________

рис.11

Все процессы можно изобразить графически (рис. 11).

Задача 12.: Зная плотность воздуха при нормальных условиях, найти молярную массу воздуха.

Задача 13.: Какой объем займет газ при температуре 77⁰С, если при температуре 27⁰С его объем был 6 л?

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 - ___________________________________________________

________________________________________________________________

Скорость испарения зависит:

1.______________________________________________________________

2._______________________________________________________________

3._______________________________________________________________

Конденсация -_________________________________________________

Динамическое равновесие ________________________________________

________________________________________________________________

называют насыщенным паром.

(Паром называют совокупность молекул, покинувших жидкость в процессе испарения.)

Пар, ____________________________________________________________

называют ненасыщенным.

Так, давление насыщенного пара не зависит от____________, но зависит от_______________.

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.

Абсолютной влажностью называют, _______________________________

________________________________________________________________

Относительной влажностью называют, ____________________________

_______________________________________________________________

Точкой росы называют температуру, ______________________________

________________________________________________________________

Для определения влажности воздуха используются приборы, которые называются ________________________________________________________

Задача 14.: При каком давлении вода будет кипеть при 40⁰С?

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____________________________. Кристаллические тела - ___________________________________________

________________________________________________________________

Пространственное периодическое расположение атомов или ионов в кристалле называют __________________________.

Точки кристаллической решетки, в которых расположены атомы или ионы, называют ________________кристаллической решетки.

Кристаллические тела изменять свое состояние при нагревании так, как показано на графике (рис. 12). Такое поведение кристаллических тел при нагревании объясняется их внутренним строением.

Рис. 12

Кристаллические тела бывают монокристаллами и поликристаллами.

Монокристалл______________________________________________________

Анизотропия _______________________________________________________

Поликристалл ______________________________________________________

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, _________________________________

В отличие от кристаллических веществ аморфные вещества изотропны. Это значит, что свойства одинаковы по всем направлениям.

Аморфные тела не обладают упругостью, они пластичны. В аморфном состоянии находятся различные вещества: стекла, смолы, пластмассы и т. п.

Сравните свойства кристаллических и аморфных тел

Порядок располож. частиц

Кристалл. решётка

Темпер. плавлен

Аниз-ия

Изотропия

Полиморф

Кристалл.

тело

Аморфное

тело

Упругость - _______________________________________________________

____________________________________________________________________

Пластичность - ___________________________________________________

___________________________________________________________________

? 1. Шар, выточенный из монокристалла, нагрели. Что произошло с кристаллом? Почему?

? 2. Что такое анизотропия? В чём причина анизотропии? Почему поликристалл изотропен?

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 - _____________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Внутренняя энергия одноатомного идеального газа определяется по формуле U=

Существуют два способа изменения внутренней энергии:

___________________и ___________________________________ (например,________________________________________________________).

Теплопередача -________________________________________________

________________________________________________________________

Теплопередача бывает трех видов:

1.

2.

3.

Мерой переданной энергии при теплопередаче является количество теплоты (Q).

Закон сохранения энергии _________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

где U- ____________________, Q - _____________________________, А - _________________________

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:

т. е. количество теплоты, переданное системе, идет на ______________

________________________________________________________________

При изобарном нагревании газ совершает работу над внешними силами

, где V₁, и V₂ - 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,

____________________________________________________________

Тогда уравнение первого закона термодинамики примет вид: ,

т. е. количество теплоты, переданное системе, _____________________

______________________________________________________________

В изобарном процессе газ расширяется и количество теплоты, переданное газу, идет на увеличение его_________________________________________

______________________________________________________________

При изохорном процессе газ не меняет своего объема, следовательно,

____________________________________________________________,

и уравнение первого закона имеет вид:

Адиабатным называют процесс, _________________________________

____________________________________________________________

Q = 0, следовательно, газ при расширении совершает работу за счет

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

Кривая, изображающая адиабатный процесс, называется _______________

Задача 15.: Какова внутренняя энергия 20 моль одноатомного газа при температуре 27⁰С?

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 _________________________________________

____________________________________________________________

Взаимодействие между заряженными частицами называется электромагнитным.

Интенсивность электромагнитного взаимодействия определяется физической величиной -__________________________________, который обозначается q.

Единица измерения электрического заряда - _____________.

Виды заряда

1. _______________________, носителем является __________

2. _______________________, его носителем является ______________

Элементарный заряд равен

Заряд тела всегда представляется числом, кратным величине элементарного заряда: q=e(N_p-N_e)

где N_p - количество электронов, N_e - количество протонов.

Закон сохранения электрического заряда________________________

_____________________________________________________________

____________________________________________________________

Электризация - _____________________________________________

Способы электризации тел: _____________ и ______________________

В случае избытка электронов тело приобретает ______________заряд, в случае недостатка -_________________.

Электростатика - _____________________________________________

Основной закон электростатики был экспериментально установлен французским физиком Шарлем Кулоном: ____________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

где q₁ и q₂ -___________________, r - ________________________,

k -______________________, в СИ k =_____________.

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:

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.

Задача 16.: С какой силой взаимодействуют два заряда по 1 нКл, находящиеся на расстоянии 5 см друг от друга?

13. Конденсаторы. Электроемкость конденсатора. Применение конденсаторов.

План ответа

1. Электроемкость конденсатора.

2. Конденсаторы.

3. Соединение конденсаторов.

4. Энергия конденсатора.

Электроемкость- _________________________________________________

Электроемкость не зависит:___________________________________________

Электроемкость зависит:____________________________________________

_______________________________________________________________

Электроемкость конденсатора:

Единицы измерения в СИ: _______________________________________

Конденсатор- ____________________________________________________

________________________________________________________________

Обозначение на электрических схемах:

Виды конденсаторов:
1. _____________________________________________________

2. _____________________________________________________
3.______________________________________________________

Электроемкость плоского конденсатора

Включение конденсаторов в электрическую цепь

С= =

Энергия заряженного конденсатора:

Энергия конденсатора равна работе, которую совершит электрическое поле при сближении пластин конденсатора вплотную, или равна работе по разделению положительных и отрицательных зарядов , необходимой при зарядке конденсатора.

Энергия конденсатора приблизительно равна ___________________________

Плотность энергии электрического поля конденсатора:

Задача 17.: Какова емкость конденсатора, если при его зарядке до напряжения 1,4 кВ он получает заряд 28 нКл?

13. 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.

Работа тока: А = Ult, или А = I²R t = U²/R • t.

Мощность- __________________________________________________

____________________________________________________________

N =

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:_______________________________ _______________________________________________________________

________________________________________________________________

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.

Источник тока характеризуется энергетической характеристикой, которая называется ЭДС - электродвижущая сила источника.

ЭДС -______________________________________________________

____________________________________________________________

ξ=

Падением напряжения называют_______________________________

____________________________________________________________

Закон Ома для полной цепи: ____________________________________

____________________________________________________________

При разомкнутой цепи ЭДС равна напряжению на зажимах источника и, следовательно, может быть измерена вольтметром.

Задача 18.: При питании лампочки от элемента с ЭДС 1,5В сила тока в цепи равна 0,2А. Найти работу сторонних сил в элементе за 1 мин.

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(рис. 19):

___________________________________________

Французский физик Ампер установил(объясните рис. 20):

Магнитное поле - _________________________________________

__________________________________________________________

Магнитное поле всегда порождается _____________________________

Магнитное поле является силовым полем. Силовой характеристикой магнитного поля называют магнитную индукцию (В).

Магнитная индукция - _______________________________________

____________________________________________________________

Единицей измерения магнитной индукции является ________________

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:

_______________________________________________

____________________________________________

Линии магнитной индукции прямого провода с током представляют (рис. 21)______________________________

_________________________________________________

Как установил Ампер, на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила.

Закона Ампера:_______________________________

___________________________________________

___________________________________________

который записывается так:

Направление силы Ампера определяют по правилу левой руки (рис. 22):

____________________________________________________________

____________________________________________________________

Задача 19.: Электрон движется в однородном магнитном поле индукцией В=2мТл. Найти период Т обращения электрона.

16. 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 - __________________________________________

____________________________________________________________

Типичными полупроводниками являются __________________________

____________________________________________________________

Свободные электроны под действием внешнего электрического поля могут перемещаться в кристалле, создавая ток проводимости. 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__________________________

На проводимость полупроводников большое влияние оказывают примеси.

Виды примесей:

1. Донорная примесь - это примесь с большей валентностью.

При добавлении донорной примеси в полупроводнике образуются лишние___________. Проводимость станет___________________, а полупроводник называют полупроводником __-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.

2. Акцепторная примесь - это примесь с меньшей валентностью.

При добавлении такой примеси в полупроводнике образуется лишнее количество ________ . Проводимость будет_____________, а полупроводник называют полупроводником __-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(рис. 23): _______________________________________

_____________________________________________________________

Полупроводниковый диод - ____________________________________________________________________________________________

Достоинством полупроводникового диода являются:_________________________________________________________,

а недостатком:________________________________________________

Транзистор-__________________________________________________

____________________________________________________________

Виды транзисторов и их условное обозначение на схемах:

1. ____________________ 2._______________________

Применение транзисторов:_______________________________________

Интегральной микросхемой называют __________________________

_______________________________________________________________

_____________________________________________________________

Однако в технике применяются также полупроводниковые приборы без р-п перехода.

Например, _________________________________________________

___________________________________________________________

Задача 20.: Длинная проволока, на концах которой поддерживается постоянное напряжение, накалилась докрасна. Часть проволоки отпустили в холодную воду. Почему часть проволоки, оставшаяся над водой, нагреется сильнее?

16. 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.

Явление электромагнитной индукции было открыто _________________

Он опытным путем установил:

________________________________________

________________________________________

Опыты Фарадея (рис. 24):__________________

__________________________________________

__________________________________________

________________________________________

Если рядом расположить две катушки (например, на общем сердечнике или одну катушку внутри другой рис. 25) и одну катушку через ключ соединить с источником тока, то при замыкании или размыкании ключа: ____

_____________________________________________________________

Любое переменное магнитное поле всегда порождает __________________

Для количественной характеристики процесса изменения магнитного поля через замкнутый контур вводится физическая величина под названием магнитный поток.

Магнитным потоком называют(рис. 26) ____________

______________________________________________

______________________________________________

Опытным путем был установлен основной закон электромагнитной индукции: ______________________________________________________

_______________________________________________________________

Единица измерения магнитного потока ___________________

Зависимость направления индукционного тока от характера изменения магнитного поля через замкнутый контур в 1833 г. опытным путем установил русский ученый Ленц.

Правило Ленца:__________________________

_______________________________________

_______________________________________

Задача 21.: Найти скорость изменения магнитного потока в соленоиде из 1000 витков при возбуждении в нем ЭДС индукции 100 В.

18. Явление самоиндукции. Индуктивность. Электромагнитное поле

План ответа

1. Опыты по самоиндукции.

2. ЭДС самоиндукции.

3. Индуктивность.

4. Энергия магнитного поля.

Явление самоиндукции заключается_________________________________

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 ____________________

____________________________________________

Для самоиндукции выполняется установленный опытным путем закон: ___________________________

____________________________________________

Индуктивность -_______________________________________________

________________________________________________________________

Индуктивность измеряется в генри (Гн). 1 Гн = 1 Вс/А.

Индуктивность характеризует _______________________________ (проводника), зависит от _____________________________________________

________________________________________________________________

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

Энергия магнитного поля зависит от ________________________________

________________________________________________________________

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, ___________________________________________

________________________________________________________________

Электромагнитное поле характеризуется _____________________________

________________________________________________________________

и

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.

Задача 22.: Какова индуктивность контура, если при силе тока 10 А в нем возникает магнитный поток 0,1 мВб?

Задача 23.: Какой магнитный поток возникает в контуре индуктивностью 0,4 мГн при силе тока 3А?

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 - _________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

Колебательный контур- _________________________________________

_______________________________________________________________

Превращение энергии в колебательном контуре (рис. 30):

Таким образом, в колебательном контуре будут происходить электромагнитные колебания из-за ___________________________________

_______________________________________________________________

- энергия магнитного поля ________________

- энергия электрического поля _____________

Период электромагнитных колебаний ____________________________

____________________________________________________________

формула Томпсона

Частота электромагнитных колебаний ____________________________

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.

Задача 24.: Во сколько раз изменится частота собственных колебаний в колебательном контуре, если емкость конденсатора увеличить в 16 раз, а индуктивность катушки уменьшить а 9 раз?

19. 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.

(см. демонстрационный на стр. 51)

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 - ________________________________________________________

________________________________________________________________

Свету присущи все свойства электромагнитных волн: _______________

_______________________________________________________________

Имеет конечную скорость распространения в вакууме ______км/с, а в среде скорость убывает.

Интерференцией света называют __________________________________

________________________________________________________________

Объясните рис. 34.

Запишите условие максимума:

условие минимума:

Дифракцией света называют ____________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________.

Дифракционная решетка представляет собой _______________________

________________________________________________________________

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

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

Период решетки- ___________________________________________

Параллельные лучи, идущие от краев соседних щелей, имеют разность хода:

где d -__________________, φ - _____________________________

Условие интерференционного максимума:

Поляризация - _______________________________________________

____________________________________________________________

Дисперсия света - _____________________________________________

_____________________________________________________________

Задача 25.: Сколько длин волн монохроматического излучения с частотой 600 ТГц укладывается на отрезке 1 м?

Задача 26.: Какими будут казаться красные буквы, если их рассматривать через зеленое стекло?

______________________________________________________________

______________________________________________________________

22. Опыты Резерфорда по рассеянию α-частиц. Ядерная модель атома

План ответа

1. Опыты Резерфорда.

2. Ядерная модель атома.

(см. демонстрационный вариант стр. 53)

23. 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: ________________________________________________

________________________________________________________________

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

Второй постулат: _________________________________________________

________________________________________________________________

Энергия фотона равна разности энергий атома в двух состояниях:

hv = Е_m - Ε_n; где h = 6,62 • 10^-34 Дж • с - 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) - _____________________________

________________________________________________________________

Спектры бывают сплошные, линейчатые и полосатые.

Сплошные спектры _____________________________________________

________________________________________________________________

Линейчатые спектры ____________________________________________

________________________________________________________________

Полосатые спектры _____________________________________________

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

Спектральным анализом называется_______________________________

________________________________________________________________

Спектральный анализ применяется для ______________________________

________________________________________________________________

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

План 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 -__________________________________________________

В результате исследований были установлены три закона фотоэффекта.

1. ______________________________________________________________

2. ______________________________________________________________

3. ______________________________________________________________

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:

________________________________________________________________

Работа выхода - _________________________________________________

________________________________________________________________

Максимальная энергия электронов после вылета (если нет других потерь) имеет вид: уравнения Эйнштейна.

Если hν < А_вых то фотоэффект не происходит.

Значит, красная граница фотоэффекта:

Приборы, в основе принципа действия которых лежит явление фотоэффекта, называют ___________________.(приведите примеры приборов, их применение)

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

Задача 27.: При какой минимальной энергии квантов произойдет фотоэффект на цинковой пластине?

25. 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 ¹⁶₈O состоит из 8 протонов и 16 - 8 = 8 нейтронов. Ядро атома ²³⁵₉₂U состоит из 92 протонов и 235 - 92 = 143 нейтронов.

Изотопами называются___________________________________________

________________________________________________________________ Ядра изотопов отличаются __________________.

Например, водород имеет три изотопа:

1._____________________________________________________________

2._____________________________________________________________

3._____________________________________________________________

Дефектом массы называется ______________________________________

________________________________________________________________ М =

Так как между массой и энергией существует связь Е = , то при делении тяжелых ядер и при синтезе легких ядер должна выделяться энергия, существующая из-за дефекта масс, и эта энергия _________________________

________________________________________

Выделение этой энергии может происходить при ядерных реакциях.

Ядерная реакция - _____________________________________________

________________________________________________________________

При протекании ядерных реакций выполняются законы сохранения электрических зарядов и массовых чисел: _______________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

Цепная реакция деления - ______________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

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 - ________________________________________

________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Задача 28.: Какой изотоп образуется из урана после двух β-распадов и одного α-распада?

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

План ответа

1. Радиоактивность.

2. Виды радиоактивных излучений и методы их регистрации.

3. Биологическое действие ионизирующих излучений.

Радиоактивность - _______________________________________________

_______________________________________________________________

Беккерель обнаружил, что химический элемент_______________________

_______________________________________________________________

В 1898 г. Мария Склодовская-Кюри (1867-1934) во Франции, а так же другие ученые обнаружили________________________________________

В 1889 г., подвергая радиоактивное излучение действию магнитного поля, Э. Резерфорд выделил два вида излучения:

1._____________________________________________________________

2._____________________________________________________________

В 1900 г. П. Виклард открыл γ-лучи -_______________________________

Эти три вида излучения очень сильно отличаются друг от друга по проникающей способности. Наименьшей проникающей способностью обладают α- лучи.Труднее оказалось выявить природу α-частиц. Окончательно эту задачу решил Резерфорд: α-частицы оказались ядрами атома гелия.

Что же происходит с веществом при радиоактивном излучении?

Во-первых,____________________________________________________

Во-вторых, радиоактивность сопровождается________________________

Для изучения ядерных явлений были разработаны методы регистрации элементарных частиц и излучений. Наиболее распространенными являются методы, основанные на ионизирующем и фотохимическом действии частиц:

1. ___________________________________________________________

2. _______________________________________________________________

3. _______________________________________________________________

4. ______________________________________________________________

5. ______________________________________________________________

Биологическое действие ионизирующих излучений_______________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

Задача 29.: Какая энергия выделяется при ядерной реакции +→ +?

Демонстрационный вариант (тема № 20)

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

Конечно, электромагнитные волны обладают всеми основными свойствами волн.

Они подчиняются закону отражения волн:

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

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

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

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.)

Демонстрационный вариант (тема № 22)

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.

Перечень вопросов к экзамену

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

2. Взаимодействие тел. Сила. Второй закон Ньютона.

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

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

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

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

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

8. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клайперона). Изопроцессы.

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

10. Кристаллические и аморфные тела. Упругие и пластические деформации твёрдых тел.

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

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

13. Конденсаторы. Электроёмкость конденсатора. Применение конденсаторов.

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

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

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

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

18. Явление самоиндукции. Индуктивность. Электромагнитное поле.

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

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

21. Волновые свойства света. Электромагнитная природа света.

22. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Ядерная модель атома. Квантовые постулаты Бора. Испускание и погашение света атомами. Спектральный анализ.

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

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

25. Состав ядра атома. Изотопы. Энергия связи ядра атома. Цепная ядерная реакция. Условия её существования. Термоядерные реакции.

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

Список использованной литературы

1.Малафеев, Р.И. Система творческих лабораторных работ по физике в средней школе: учеб. пособие/ Р.И. Малафеев.- Курган.: Изд-во Курганского гос. ун-та, 1999.-102 с.

2. Мякишев, Г. Я. Физика: учеб. для 10 кл. общеобразоват. учреждений / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев. - 15-е изд. - М.: Просвещение, 2006. - 381 с.

3. Мякишев, Г. Я. Физика: учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев. - 14-е изд. - М.: Просвещение, 2005. - 382 с.

4. Касьянов, В. А. Физика: учеб. для 10 кл. общеобразоват. учреждений / В. А. Касьянов. - 5-е изд. - М.:Дрофа, 2008. - 376 с.

5. Касьянов, В.А. Физика: учеб. для11 кл. образовательных учреждений/ В. А. Касьянов. - 2-изд.-М.: Дрофа, 2002.-416 с.

6. Рымкевич, А.П. Физика: задачник. для 10-11 кл. образовательных учреждений./ А.П.Рымкевич - М.: Дрофа, 2006.-188 с.

Электронные источники

1. physics-la physics-lab.ucoz.ru. Физика. Лабораторные работы.

2. nsportal.ru/UtkinaEV. Социальная сеть работников образования.

3.school29.ru.

4. uhportal.ru.

5. barsic.spbu.ru/www/lab_dhtml/common/menu.html. Физика. Виртуальные лабораторные работы.

50