Билет 1

1. Прямолинейное равномерное движение. Скорость, перемещение. Графики равномерного движения.

2. Гармонические колебания. Характеристики колебания. Уравнение колебания.

3. Напряженность электрического поля точечного заряда на расстоянии 1 м равна 32 Н/Кл. Определить напряженность этого поля на расстоянии 8 м от заряда

Ответы к Билету №1

1) Равномерное прямолинейное движение – это движение, при котором тело за любые равные промежутки времени совершает одинаковые перемещения. Например, если мы разобьём какой-то временной интервал на отрезки по одной секунде, то при равномерном движении тело будет перемещаться на одинаковое расстояние за каждый из этих отрезков времени. Скорость равномерного прямолинейного движения не зависит от времени и в каждой точке траектории направлена также, как и перемещение тела. То есть вектор перемещения совпадает по направлению с вектором скорости. При этом средняя скорость за любой промежуток времени равна мгновенной скорости:

vcp = v

Перемещение при равномерном прямолинейном движении определяется формулой:

= • t

Зависимость ускорения от времени. Так как при равномерном движении ускорение равно нулю, то зависимость a(t) - прямая линия, которая лежит на оси времени.

Зависимость скорости от времени. Скорость со временем не изменяется, график v(t) - прямая линия, параллельная оси времени.

Правило определения пути по графику v(t): Численное значение перемещения (пути) - это площадь прямоугольника под графиком скорости.

2) Гармонические колебания — колебания, при которых физическая (или любая другая) величина изменяется с течением времени по синусоидальному или косинусоидальному закону. Кинематическое уравнение гармонических колебаний имеет вид.

Гармоническими являются колебания, которые происходят под действием силы, пропорциональной смещению колеблющейся точки и направленной противоположно этому смещению.

или

где х — смещение (отклонение) колеблющейся точки от положения равновесия в момент времени t; А — амплитуда колебаний, это величина, определяющая максимальное отклонение колеблющейся точки от положения равновесия; ω — циклическая частота, величина, показывающая число полных колебаний происходящих в течение 2π секунд; полная фаза колебаний, — начальная фаза колебаний.

Обобщенное гармоническое колебание в дифференциальном виде

Виды колебаний. Рассмотрим причины, по которым колебания рассматриваются в курсе "Механика" и выделяются в самостоятельный раздел. Они заключаются в следующем: колебания являются одним из видов движения тел; законы колебательного движения имеют фундаментальное значение, поскольку в окружающем нас мире существуют колебания различной физической природы (например, механические и электромагнитные), описываемые с единой точки зрения с помощью однотипного математического аппарата; уравнения колебаний служат основой для описания волновых (механических и электромагнитных) процессов. Среди всех колебаний особая роль отводится гармоническим ввиду следующих причин: распространенность данного вида движения;

возможность обобщения полученных результатов на другие процессы (например, любое периодическое колебание можно представить в виде суммы гармонических колебаний).

Колебание – повторяющийся процесс изменения некоторой физической величины около ее среднего значения.

В механических колебаниях речь идет об описании изменения во времени отклонения тела от положения равновесия.

Форма колебаний может быть разной. Выделяют непериодические, периодические и гармонические колебания

Уравнение гармонического колебания устанавливает зависимость координаты тела от времени

Задача №1

Дано: Решение:

E-32Н/Кл 32:8=4Н/Кл

S-8м

Найти:

-?

Ответ: напряжонность поля на растояние 8 м = 4 Н/Кл

Билет№2

1. Масса. Импульс. Способы определения массы. Импульс тела и импульс силы.

2. Дисперсия света. Поглощение света.

3. На каком расстоянии от точечного заряда 10 нКл, находящегося в воздухе, окажется равна 25 Н/Кл.

Ответы на билет №2

1) Масса — скалярная физическая величина, одна из важнейших величин в физике. Первоначально (XVII—XIX века) она характеризовала «количество вещества» в физическом объекте, от которого, по представлениям того времени, зависели как способность объекта сопротивляться приложенной силе (инертность), так и гравитационные свойства — вес.

В современной физике понятие «количество вещества» имеет другой смысл, а масса тесно связана с понятиями «энергия» и «импульс» (по современным представлениям — масса эквивалентна энергии покоя). Масса проявляется в природе несколькими способами.

Импульс — векторная физическая величина, являющаяся мерой механического движения тела. В классической механике импульс тела равен произведению массы m этого тела на его скорость v, направление импульса совпадает с направлением вектора скорости:

В более общем виде, справедливом также и в релятивистской механике, определение имеет вид:

Импульс — это аддитивный интеграл движения механической системы, связанный согласно теореме Нётер с фундаментальной симметрией — однородностью пространства.

Способы определения массы

Инерционные свойства массы в нерелятивистской (ньютоновской) механике определяются соотношением F=m*a.

поэтому можно получить по крайней мере три способа определения массы тела в невесомости.

1.Можно аннигилировать (перевести всю массу в энергию) исследуемое тело и измерить выделившуюся энергию -- по соотношению Эйнштейна получить ответ. (Годится для очень малых тел -- например, так можно узнать массу электрона) . Но такого решения не должен предлагать даже плохой теоретик. При аннигиляции одного килограмма массы выделяется 2·1017 джоулей тепла в виде жесткого гамма излучения

2.С помощью пробного тела измерить силу притяжения, действующую на него со стороны исследуемого объекта и, зная расстояние по соотношению Ньютона, найти массу (аналог опыта Кавендиша) . Это сложный эксперимент, требующий тонкой методики и чувствительного оборудования, но в таком измерении (активной) гравитационной массы порядка килограмма и более с вполне приличной точностью сегодня ничего невозможного нет. Просто это серьезный и тонкий опыт, подготовить который вы должны еще до старта вашего корабля. В земных лабораториях закон Ньютона проверен с прекрасной точностью для относительно небольших масс в интервале расстояний от одного сантиметра примерно до 10 метров.

3.Подействовать на тело с какой -- либо известной силой (например прицепить к телу динамометр) и измерить его ускорение, а по соотношению найти массу тела (Годится для тел промежуточного размера) .

4.Можно воспользоваться законом сохранения импульса. Для этого надо иметь одно тело известной массы, и измерять скорости тел до и после взаимодействия.

5.Лучший способ взвешивания тела - измерение/сравнение его инертной массы. И именно такой способ очень часто используется в физических измерениях (и не только в невесомости) .

из курса физики, грузик, прикрепленный к пружинке, колеблется с вполне определенной частотой: w = (k/m)1/2, где k - жесткость пружинки, m - масса грузика. Таким образом, измеряя частоту колебаний грузика на пружинке, можно с нужной точностью определить его массу. Причем совершенно безразлично, есть невесомость, или ее нет. В невесомости удобно держатель для измеряемой массы закрепить между двумя пружинами, натянутыми в противоположном направлении.

В реальной жизни такие весы используются для определения влажности и концентрации некоторых газов. В качестве пружинки используется пьезоэлектрический кристалл, частота собственных колебаний которого определяется его жесткостью и массой. На кристалл наносится покрытие, селективно поглощающее влагу (или определенные молекулы газа или жидкости) . Концентрация молекул, захваченных покрытием, находится в определенном равновесии с концентрацией их в газе. Молекулы, захваченные покрытием, слегка меняют массу кристалла и, соответственно, частоту его собственных колебаний, которая определяется электронной схемой (помните, я сказал, что кристалл пьезоэлектрический).. . Такие "весы" очень чувствительны и позволяют определять очень малые концентрации водяного пара или некоторых других газов в воздухе.

Импульс тела - это физическая векторная величина, равная произведению массы тела на его скорость. Вектор импульса тела направлен так же как и вектор скорости этого тела.

Импульс силы — это векторная физическая величина, равная произведению силы на время её действия, мера воздействия силы на тело за данный промежуток времени (в поступательном движении).

За конечный промежуток времени эта величина равна определённому интегралу от элементарного импульса силы, где пределами интегрирования являются моменты начала и конца промежутка времени действия силы. В случае одновременного действия нескольких сил сумма их импульсов равна импульсу их равнодействующей за то же время.

2)Дисперсия света— это явление, обусловленное зависимостью абсолютного показателя преломления вещества от частоты (или длины волны) света (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты). Экспериментально открыта Ньютоном около 1672 года, хотя теоретически достаточно хорошо объяснена значительно позднее.

Поглощение электромагнитного излучения — это процесс поглощения одного или нескольких фотонов другой частицей, в результате чего энергия фотонов переходит в энергию этой частицы. В макромире это взаимодействие выглядит как переход электромагнитной энергии в другие виды энергии, например, в тепловую энергию.

Задача к Билету№2

E = kq/r^2; r^2 = kq/E = (10^-8*9*10^9)/25 =36; r = 18;

Ответ:Е=36; r=18

Билет 3

1. Равноускоренное прямолинейное движение материальной точки. Скорость, перемещение, ускорение. Графики равноускоренного движения.

2. Магнитные свойства вещества. Парамагнетики, диамагнетики, ферромагнетики. Явление гистерезиса.

3.В однородное электрическое поле со скоростью 0.5*10^7 м/с влетает электрон и движется по направлению линий напряжённости поля. Какое расстояние пролетит электрон до полной потери скорости, если модуль напряжённости поля равен 3600 В/м

Ответы на билеты№3

1) Равноускоренное прямолинейное движение материальной точки.

Материальная точка. Траектория. Путь и перемещение. Мгновенная скорость. Ускорение. Равномерное и равноускоренное прямолинейное движение. Координатный метод описания движения. График зависимости проекции скорости от времени при равноускоренном прямолинейном движении. Средняя скорость.

Материальная точка

Точку, движение которой мы рассматривали в кинематике, можно считать просто математической точкой. В динамике тоже рассматривается движение точки, но уже не математической, а материальной.

Возьмем лист бумаги и отпустим его. Он будет опускаться, слегка раскачиваясь из стороны в сторону. Если же его скомкать он будет падать быстрее и без раскачивания. С помощью таких наблюдений не сложно понять, что движение тел сильно зависит от их размеров и формы, поэтому:

Основные законы механики Ньютона относятся не к произвольным телам, а к материальным точкам: к телам лишенным геометрических размеров, но обладающими массой. Размеры и форма тела во многих случаях незначительно влияют на характер движения. Вот в этих случаях мы можем рассматривать тело как материальную точку, т. е. считать, что оно обладает массой, но не имеет геометрических размеров. Причем одно и тоже тело можно считать материальной точкой не во всех случаях.

Перемещение, скорость и ускорение

Перемещение описывает положение (позицию) объекта. Скорость показывает, насколько быстро объект меняет свое положение во времени, а ускорение – насколько быстро меняется скорость. На рисунке 1-5 изображены колебания маятника, наблюдаемые со стороны датчика перемещения, а также диаграммы перемещения, скорости и ускорения. Перемещения маятника измеряют относительно вертикали (положение равновесия).

Ускорение опережает перемещение на 180 градусов, а скорость – на 180 град. минус 90 град., т.е. на 90 градусов. На графике максимум ускорения наступает тогда, когда скорость равна нулю и начинает возрастать, перемещение и ускорение изменяются в противоположных направлениях.

Важное замечание: углы фаз здесь основаны на математическом определении фазы, а не на данных с прибора.

Графики равноускоренного движения

Зависимость ускорения от времени. Ускорение со временем не изменяется, имеет постоянное значение, график a(t) - прямая линия, параллельная оси времени.

Зависимость скорости от времени. При равномерном движении путь изменяется, согласно линейной зависимости В координатах Графиком является наклонная линия.

1)График движения при

2) График движения при

3)График движения при

4) График движения при

2) Магнитные свойства веществ

С фундаментальной точки зрения, как это было указано выше, магнитное поле может создаваться (а значит — в контексте этого параграфа — и ослабляться или усиливаться) переменным электрическим полем, электрическими токами в виде потоков заряженных частиц или магнитными моментами частиц. Конкретные микроскопические структуры и свойства различных веществ (а также их смесей, сплавов, агрегатных состояний, кристаллических модификаций и т. д.) приводят к тому, что на макроскопическом уровне они могут вести себя достаточно разнообразно под действием внешнего магнитного поля (в частности, ослабляя или усиливая его в разной степени).

Парамагнетики - очень слабо усиливают внешнее магнитное поле. Магнитная проницаемость парамагнетиков отличается от единицы лишь на доли процента. Например, магнитная проницаемость платины равна 1, 00036. Из – за очень малых значений магнитной проницаемости парамагнетиков и диамагнетиков их влияние на внешнее поле или воздействие внешнего поля на парамагнитные или диамагнитные тела очень трудно обнаружить. Поэтому в обычной повседневной практике, в технике парамагнитные и диамагнитные вещества рассматриваются как немагнитные, то есть вещества, не изменяющие магнитное поле и не испытывающие действия со стороны магнитного поля.

Диамагнетиками - называются вещества, в которых внешнее магнитное поле ослабляется. Это значит, что магнитные поля атомов таких веществ во внешнем магнитном поле направлены противоположно внешнему магнитному полю (µ < 1).

Вещества, значительно усиливающие внешнее магнитное поле, называются ферромагнетиками (никель, железо, кобальт и др.).

Гистерезис (от греч. hysteresis - отставание, запаздывание) явление, которое состоит в том, что физическая величина, характеризующая состояние тела (например, намагниченность) , неоднозначно зависит от физические величины, характеризующей внешние условия (например, магнитного поля) . Гистерезис наблюдается в тех случаях, когда состояние тела в данный момент времени определяется внешними условиями не только в тот же, но и в предшествующие моменты времени. Неоднозначная зависимость величин наблюдается в любых процессах, т. к. для изменения состояния тела всегда требуется определённое время (время релаксации) и реакция тела отстаёт от вызывающих её причин. Такое отставание тем меньше, чем медленнее изменяются внешние условия Однако для некоторых процессов отставание при замедлении изменения внешних условий не уменьшается. В этих случаях неоднозначную зависимость величин называется гистерезисной, а само явление – Гистерезис

Задача к Билету№3

запас энергии электрона

Ek = mv^2/2

работа поля по торможению электрона A =qU =q*E*d

Ek =A

mv^2/2 = q*E*d

d = qE / mv^2/2 = 2qE / mv^2 = q/m * 2E/v^2 =

=1.6*10^-19 / (9.1*10^-31) * 2*3600/(0.5*10^7)^2= 50,6 м

ответ 50,6 м

Билет 4

1. Законы Ньютона.

2. Лазер. Устройство, принцип действия, применение.

3. Плоскому конденсатору емкостью 500 нФ сообщен заряд 2х10^-6 Кл. Определить энергию электрического поля конденсатора.

Ответы на Билет №4

1)Законы Ньютона — три закона, лежащие в основе классической механики и позволяющие записать уравнения движения для любой механической системы, если известны силовые взаимодействия для составляющих её тел. Впервые в полной мере сформулированы Исааком Ньютоном в книге «Математические начала натуральной философии» (1687 год).

Первый закон Ньютона

Первый закон Ньютона постулирует существование инерциальных систем отсчета. Поэтому он также известен как Закон инерции. Инерция — это свойство тела сохранять свою скорость движения неизменной (и по величине, и по направлению), когда на тело не действуют никакие силы. Чтобы изменить скорость движения тела, на него необходимо подействовать с некоторой силой. Естественно, результат действия одинаковых по величине сил на различные тела будет различным. Таким образом, говорят, что тела обладают разной инертностью. Инертность — это свойство тел сопротивляться изменению их скорости. Величина инертности характеризуется массой тела.

Второй закон Ньютона

Второй закон Ньютона — дифференциальный закон движения, описывающий взаимосвязь между приложенной к материальной точке силой и получающимся от этого ускорением этой точки. Фактически, второй закон Ньютона вводит массу как меру проявления инертности материальной точки в выбранной инерциальной системе отсчёта (ИСО).

Масса материальной точки при этом полагается величиной постоянной во времени и независящей от каких-либо особенностей её движения и взаимодействия с другими телами.

Третий закон Ньютона

Этот закон описывает, как взаимодействуют две материальные точки. Возьмём для примера замкнутую систему, состоящую из двух материальных точек. Первая точка может действовать на вторую с некоторой силой

а вторая — на первую с силой Как соотносятся силы? Третий закон Ньютона утверждает: сила действия равна по модулю и противоположна по направлению силе противодействия

2)Лазер – это устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.

Устройство лазера.

Толку от самого физического понятия о лазере было бы не много, если бы его не умели создавать. Основой устройства служит оптический квантовый генератор, который, используя электрическую, химическую, тепловую или какую-то другую энергию, производит лазерный луч. А производит он его посредством вынужденного или, как еще говорят, индуцированного излучения – то есть когда атом, в который попадает фотон (частица света), не поглощает его, а излучает еще один фотон, являющийся точной копией первого (когерентный). Таким образом, происходит усиление света.

Принцип действия лазера.

Свет представляет собой сложное явление: в одних случаях он ведет себя как электромагнитная волна, в других, как поток особых частиц (фотонов). Мы будем рассматривать свет как электромагнитную волну, электрическая и магнитная компоненты поля которой колеблются во взаимно перпендикулярных направлениях и перпендикулярно направлению распространения волны. Атомы любого вещества, излучая (или поглощая) свет, испускают (или захватывают) только цельные кванты; в таких процессах (если нет каких-то особых условий) атомы не взаимодействуют с долями квантов

Применение лазера - находит всюду, лишь бы хватило инженерной мысли додуматься как в тех или иных случаях применить эту технологию. Им есть место и в медицине, и в промышленности, и в быту, и в военном деле, и даже для передачи информации.

Задача к Билету№4

C=500пФ=5*10^-10Ф

q=2*10^-6Кл

W-?

Решение:

W=q^2/2c

W=2^2*10Kл^-6/2*5*10^-6Ф=0,004 Дж

Билет 5

1. Сила тяжести. Вес. Вес тела, движущегося с ускорением.

2. Интерференция света. Когерентность. Условия минимума и максимума.

3. Определить разность потенциалов на концах резистора сопротивлением 50 Ом, по которому идет ток 2 А.

Ответы на Билет№5

1) Сила тяжести — сила, действующая на любое материальное тело, находящееся вблизи поверхности Земли или другого астрономического тела.

По определению сила тяжести на поверхности планеты складывается из гравитационного притяжения планеты и центробежной силы инерции, вызванной суточным вращением планеты.

Вес — сила воздействия тела на опору (или подвес или другой вид крепления), препятствующую падению, возникающая в поле сил тяжести. (В случае нескольких опор под весом понимается суммарная сила, действующая на все опоры; впрочем, для жидких и газообразных опор в случае погружения тела в них часто делается исключение, т. е. тогда силы воздействия тела на них исключают из веса и включают в силу Архимеда).

Весом тела называют силу, с которой тело, вследствие его притяжения к Земле, давит на опору или растягивает подвес.

Вес обозначают обычно .

Покажем, что вес одного и того же тела может быть различным, так как вес тела зависит от ускорения, с которым движется это тело. Начнем с простейшего случая, когда ускорение тела равно нулю, то есть оно покоится или движется с постоянной скоростью.

2) Интерференция света — перераспределение интенсивности света в результате наложения (суперпозиции) нескольких когерентных световых волн. Это явление сопровождается чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности. Её распределение называется интерференционной картиной.

В физике когерентностью называется скоррелированность (согласованность) нескольких колебательных или волновых процессов во времени, проявляющаяся при их сложении. Колебания когерентны, если разность их фаз постоянна во времени и при сложении колебаний получается колебание той же частоты.

Интерференцией называется явление перераспределения энергии в пространстве при сложении когерентных волн.

Складываемые волны

В случае случайного изменения разности фаз среднее значение интерференционного члена равно 0. Поскольку интенсивность волны прямо пропорциональна её амплитуде, то результирующая интенсивность равна сумме интенсивностей отдельных волн.

Когерентные источники – источники, дающие волны одинаковой частоты с постоянной разностью фаз и одинаковым направлением поляризации.

Условия максимума и минимума:

Задача на Билет№5

разность потенциалов /напряжение U=I*R =2*50 =100 B

при токе I= 0 A напряжение U=0 В

вольтамперная характеристика - прямая на координатной плоскости

вертикальная ось -напряжение U

горизонтальная ось -сила тока I

прямая пройдет через две точки (I0; U0) = (0; 0) ; (I1; U1) = (2; 100)

проведи через эти точки прямую

Билет 6

1. Кинетическая энергия. Теорема о кинетической энергии. Потенциальная энергия.

2. Дифракция света.

3. Определить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока, если при внешнем сопротивлении 3,9 Ом сила тока в цепи равна 0,5 А, а при внешнем сопротивлении 1,9 Ом сила тока равна 1 А.

Ответы на Билеты№6

Кинетическая энергия — энергия механической системы, зависящая от скоростей движения её точек в выбранной системе отсчёта. Часто выделяют кинетическую энергию поступательного и вращательного движения. Более строго, кинетическая энергия есть разность между полной энергией системы и её энергией покоя; таким образом, кинетическая энергия — часть полной энергии, обусловленная движением. Простым языком, кинетическая энергия - это энергия, которую тело имеет только при движении. Когда тело не движется, кинетическая энергия равна нулю.

Теорема о кинетической энергии системы — одна из общих теорем динамики, является следствием законов Ньютона. Связывает кинетическую энергию механической системы с работой сил, действующих на тела, составляющие систему. В качестве системы, о которой идёт речь, может выступать любая механическая система, состоящая из любых тел.

Формулировка теоремы

Кинетической энергией системы называют сумму кинетических энергий всех тел, входящих в систему. Для определённой таким образом величины справедливо утверждение: