Билет № 8 Кинетическая энергия. Потенциальная энергия. Закон сохранения механической энергии

Опыты и наблюдения показали, что в природе имеется мера движения материи, сохраняющаяся при любых превращениях одной формы движения в другую. Ее назвали энергией. Другими словами, энергия – это физическая величина, характеризующая способность тела совершать работу.

Кинетическая энергия – количественная мера поступательного механического движения, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости:

Е_к = .

Энергия, которая зависит только от взаимного расположения тел или от взаимного расположения частей одного тела, называется потенциальной энергией.

Потенциальная энергия тела на высоте h над поверхностью Земли равна произведению массы m тела на ускорение g свободного падения и расстояние h от поверхности Земли:

Е_п = mgh.

Потенциальная энергия зависит от нулевого уровня отсчета высоты h и может принимать отрицательные значения.

При упругой деформации тела потенциальная энергия равна половине произведения коэффициента жесткости k на квадрат растяжения (сжатия) ∆l:

Е_п = .

Сумму кинетической и потенциальной энергии тел называют полной механической энергией:

Е = Е_к + Е_п .

Полная механическая энергия системы тел, взаимодействующих между собой только силами тяготения и упругости, остается постоянной. Этот опытный факт, подтверждаемый самыми точными экспериментами, называется законом сохранения механической энергии.

Е = Е_к + Е_п = const.

Билет № 9 Действие магнитного поля на проводник с током. Закон Ампера

Опыты показывают, что на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила со стороны магнитного поля, которая вызывает перемещение проводника.

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, называется силой Ампера.

Согласно закону Ампера, сила F_А, действующая на проводник с током, помещенный в магнитное поле, равна произведению силы тока I в проводнике на модуль индукции В магнитного поля, длину l проводника и синус угла α между направлением тока в проводнике и вектором магнитной индукции:

F_A = IBl .

Направление силы Ампера определяется с помощью правила левой руки: Если расположить левую руку так, чтобы четыре вытянутых пальца левой руки совпадали с направлением тока в проводнике, а вектор магнитной индукции или его перпендикулярная к проводнику составляющая входила в ладонь, то отогнутый на 90° большой палец левой руки укажет направление силы Ампера.

Билет № 10 Электрический заряд. Элементарный заряд. Закон сохранения электрического заряда

Явление электризации тел и взаимодействие наэлектризованных тел было обнаружено более 2000 лет назад и объяснено на основе гипотезы о существовании электрических зарядов. Согласно этой гипотезе во всех телах имеются электрические заряды двух типов, положительные и отрицательные. Заряды одинакового знака отталкиваются друг от друга, заряды разного знака притягиваются друг к другу.

После открытия сложного строения атома и изучения свойств элементарных частиц, стало ясно, что электрический заряд не существует отдельно от элементарной частицы. Открытие электрона как элементарной частицы, обладающей отрицательным электрическим зарядом и входящей в состав любых атомов вещества, позволило объяснить явление электризации тел при соприкосновении. Силы притяжения электронов на внешних оболочках атомов разных химических элементов различны. При соприкосновении тел часть электронов с внешних оболочек атомов, слабо удерживающих электроны, может переходить к атомам, которые притягивают электроны сильнее. Тело, потерявшее часть электронов, обладает положительным электрическим зарядом, а тело, получившее избыток электронов, обладает отрицательным электрическим зарядом.

Заряд – скалярная физическая величина, обозначается буквой q и измеряется в Международной системе СИ в Кулонах. Один Кулон (Кл) равен электрическому заряду, проходящему через поперечное сечение проводника за 1 с при силе тока 1 Ампер: 1 Кл = 1А·1с.

Заряд электрона считается наименьшим неделимым зарядом в природе, поэтому называется элементарным зарядом, равным

е = 1,6·10^-19 Кл.

В опытах по измерению электрических зарядов был установлен фундаментальный закон – закон сохранения электрического заряда. Этот закон справедлив для системы, в которую не входят извне и из которой не выходят наружу заряженные частицы, то есть для замкнутой системы.

В замкнутой системе тел алгебраическая сумма зарядов всех тел или частиц остается неизменной:

q₁ + q₂ + q₃ + … + q_n = const.