- •Міністерство освіти і науки україни
- •Плани подачі матеріалу
- •Лекція 1 Кінематика матеріальної точки
- •1.2 Основні кінематичні характеристики руху: траєкторія, переміщення, шлях, швидкість, прискорення. Зв’язок між ними.
- •1.3 Поступальний рух тіла. Рівномірний та рівноприскорений рухи. Рівномірний прямолінійний рух
- •1 . Визначення. Рівномірний прямолінійний рух - це такий рух, при якому тіло за рівні проміжки часу здійснює однакові переміщення.
- •1. Рівноприскорений прямолінійний рух - це такий рух при якому тіло за рівні проміжки часу змінює свою швидкість на однакову величину.
- •1.4 Вільний рух тіла в полі тяжіння Землі.
- •Прискорення вільного падіння g (ф.В.)
- •Переміщення при вільному падінні тіл
- •Звернути увагу!!!
- •Лекція 2 Основні поняття динамики
- •2.1. Взаємодія між тілами. Фундаментальні взаємодії. Поняття сили та маси. Сили у природі.
- •2.2 Сила пружності. Закон Гука. Механічна напруга Модуль пружності. Діаграма розтягу. Запас міцності. Крихкість. Пластичність
- •Механічна напруга (ф.В.)
- •Закон Гука
- •Діаграма розтягу тіл
- •2 .3 Сили тертя. Коефіцієнт тертя. Сила опору середовища. Сила тертя кочення
- •2.4 Закони Ньютона. Інерціальні системи відліку
- •2.5. Імпульс матеріальної точки. Імпульс сили. Закон збереження імпульсу. Центр мас системи. Рух центра мас.
- •Л екція 3. Робота та енергія
- •3.1 Механічна робота. Визначення роботи змінної сили через лінійний інтеграл. Потужність. Зв’язок між роботою та потужністю.
- •3.3 Кінетична енергія матеріальної точки. Теорема про зміну кінетичної енергії системи. Повна механічна енергія системи тіл. Закон збереження механічної енергії.
- •3.6 Пружні та не пружні зіткнення тіл
- •4.1 Обертання твердого тіла навколо нерухомої осі. Момент сили.
- •4.2 Момент інерції тіла. Теорема Штейнера.
- •4.3 Основний закон динаміки обертального руху. Умови рівноваги тіл
- •4.4 Момент імпульсу тіла, що здійснює обертання. Закон збереження моменту імпульсу
- •4.5 Робота й потужність моменту сили. Кінетична енергія обертального руху твердого тіла.
- •Лекція 5. Елементи механіки рідин
- •5.1 Гідростатика. Тиск в рідині. Закон Паскаля. Закон Архімеда
- •5.2 Гідроаеродинаміка. Ламінарна й турбулентна течія. Число Рейнольдса
- •5.3 Рівняння неперервності струменя рідини. Рівняння Бернуллі
- •5.4 Сила внутрішнього тертя. Закон Стокса. Динамічна в'язкість. Формула Пуазейля
- •Лекція 6. Фізичні основи молекулярно – кінетичної теорії
- •6.1. Поняття про статистичні й термодинамічні методи досліджень. Основні поняття мкт. Основні положення мкт й докази їх справедливості. Ідеальний газ
- •6.2 Мікроскопічні та термодинамічні параметри газу. Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу. Середня кінетична енергія молекул.
- •6.3 Молекулярно-кінетичне тлумачення абсолютної температури. Рівняння Клапейрона-Менделєєва.
- •6.4 Розподіл швидкостей молекул за Максвелом
- •6 .5 Ефективний діаметр молекул. Середня довжина вільного пробігу молекул.
- •7.1 Явища переносу в газах. Теплопровідність. Закон Фур'є. Коефіцієнт теплопровідності газів.
- •7.2 Явище самодифузії. Закон Фіка. Коефіцієнт самодифузії
- •7.3 Внутрішнє тертя (в'язкість). Закон Ньютона для внутрішнього тертя. Коефіцієнт внутрішнього тертя. Зв'язок між коефіцієнтами для явища переносу
- •7.4 Внутрішня енергія. Внутрішня енергія ідеального газу. Ступені свободи молекул. Розподіл енергії молекул по ступенях свободи.
- •7.5 Теплота й робота. Перший закон термодинаміки.
- •7.6 Теплоємність ідеального газу в різних процесах. Рівняння Майєра
- •Лекція 8. Другий закон термодинаміки. Теплові двигуни
- •8.1 Оборотні процеси. Кругові процеси (цикли). Призначення і принцип дії теплових двигунів. Коефіцієнт корисної дії теплового двигуна.
- •8.2 Ентропія. Властивості ентропії. Ентропія ізольованої системи. Ентропія та ймовірність.
- •8.3 Другий закон термодинаміки. Теорема Карно. Цикл Карно. Наслідки теореми Карно.
- •Лекція 9. Реальні гази. Рідини. Тверді тіла
- •9.1 Особливості молекулярної будови газів, рідин, твердих тіл
- •Особливості молекулярної будови рідини
- •Особливості молекулярної будови твердих тіл
- •9.2 Критична температура. Пароутворення. Явище випаровування й конденсації. Явище кипіння.
- •9.3 Насичена пара. Властивості насиченої пари
- •9.4 Абсолютна та відносна вологість повітря
- •9.5 Явище поверхневого натягу рідин. Сили поверхневого натягу. Коефіцієнт поверхневого натягу. Явище змочування. Капілярні явища
- •Лекція 10. Електростатичне поле у вакуумі
- •10.1 Електричний заряд. Дискретність заряду. Електризація тіл. Закон збереження електричного заряду. Закон Кулона
- •Властивості електричних зарядів
- •Закон збереження заряду
- •Закон Кулона (1785р.)
- •10.2 Електричне поле. Напруженість електричного поля. Принцип суперпозиції. Поле системи зарядів
- •10.3. Потік вектора е. Теорема Остроградського-Гауса для потоку вектора е.
- •10.4 Напруженість електростатичного поля заряджених тіл
- •10.5 Робота сил поля. Потенціальність електростатичного поля. Потенціальна енергія заряду в полі.
- •10.6 Циркуляція вектора е. Властивості циркуляції вектора е електростатичного поля
- •10.7 Потенціал електричного поля. Робота по переміщенню заряду в електричному полі. Різниця потенціалів.
- •10.8 Принцип суперпозиції полів для потенціалу. Напруженість як градієнт потенціалу. Еквіпотенціальні поверхні
- •Лекція 11. Електричне поле в речовині
- •1 1.1 Електричний диполь. Напруженість і потенціал поля диполя. Диполь у зовнішньому електричному полі
- •11.2 Вільні та зв’язані електричні заряди. Поверхневі зв’язані заряди. Полярні та неполярні молекули. Поляризація діелектриків. Вектор поляризації.
- •11.3 Вектор поляризації. Зв'язок між p і е. Діелектрична сприйнятливість речовини
- •11.4 Умови рівноваги зарядів у провіднику. Потенціал провідника. Поле поблизу поверхні провідника. Розподіл зарядів по поверхні провідника. Електростатичний захист.
- •11.5 Електроємність провідника. Конденсатори. Ємність конденсатора. Енергія системи зарядів.
- •11.6 Енергія конденсатора. Енергія й об’ємна густина енергії електричного поля.
- •Лекція 12. Постійний електричний струм
- •12.1 Електричний струм, умови його існування. Сила та густина струму. Рівняння нерозривності. Закон Ома для ділянки кола в інтегральній та диференціальній формах.
- •12.2 Робота електричного струму. Закон Джоуля-Ленца в інтегральній та диференціальній формах. Потужність і к.К.Д. В колі постійного струму.
- •12.3 Узагальнений закон Ома в інтегральній формі. Електрорушійна сила. Закон Ома для повного кола
- •Лекція 13. Електричний струм у різних середовищах
- •13.1 Електричний струм у металах. Основні положення класичної електронної теорії. Швидкість упорядкованого руху електронів у металі.
- •13.2 Залежність опору провідника від температури. Температурний коефіцієнт електричного опору провідника. Явище надпровідності. Властивості провідників у надпровідному стані
- •Температурний коефіцієнт електричного опору провідника α (ф.В.)
- •13.3 Електричний струм у газах. Явище іонізації газу. Явище ударної іонізації газу. Електронна емісія. Плазма. Властивості плазми
- •Властивості плазми
- •13.4 Види самостійних електричних розрядів у газах. Тліючий розряд. Дуговий розряд. Іскровий розряд. Коронний розряд
- •Лекція 14. Магнітне поле. Магнітна індукція
- •14.1 Магнітна взаємодія струмів. Магнітне поле. Магнітна індукція
- •14.2 Магнітний момент. Вектор напруженості магнітного поля. Магнітна проникність речовини. Силові лінії магнітного поля (Лінії індукції магнітного поля)
- •1 4.3. Закон Біо-Савара-Лапласа. Напруженості магнітного поля окремих елементів зі струмом. Взаємодія паралельних струмів. Принцип суперпозиції. Закон Ампера.
- •14.4 Сила Лоренца. Дія магнітного поля на заряди, що рухаються. Ефект Холла.
- •14.5. Циркуляція вектора магнітної індукції. Теорема про циркуляцію вектора магнітної індукції в інтегральній формі. Магнітний потік. Теорема Гауса для вектора в.
- •14.6 Робота з переміщення провідника зі струмом у магнітному полі. Індуктивність контуру (статична)
- •Лекція 15. Електромагнітна індукція
- •15.1 Явище електромагнітної індукції. Закон електромагнітної індукції. Ерс провідника, що рухається в магнітному полі. Ерс індукції в нерухомих провідниках. Правило Ленца.
- •15.2 Явище самоіндукції. Індуктивність (динамічна) контуру. Перехідні процеси в колі з індуктивністю. Час релаксації.
- •15.3 Енергія контуру зі струмом. Енергія магнітного поля. Об’ємна густина енергії магнітного поля.
- •16.1 Гармонічні коливання. Представлення гармонічних коливань у тригонометричній формі. Представлення гармонічних коливань у вигляді векторної діаграми
- •16.2 Математичний маятник. Пружинний маятник. Основні характеристики коливань. Фаза коливань. Початкова фаза коливань. Циклічна частота коливань. Амплітуда коливань. Період коливань. Частота коливань
- •Фаза коливань j (ф.В.)
- •Початкова фаза коливань j0 (ф.В.)
- •Циклічна частота коливань ω (ф.В.)
- •Амплітуда коливань a (ф.В.)
- •Період коливань t (ф.В.)
- •Частота коливань (ню) (ф.В.)
- •16.2 Диференціальне рівняння вільних коливань лінійного гармонічного осцилятора. Затухаючі вільні коливання. Диференціальне рівняння затухаючих коливань
- •16.3 Логарифмічний декремент загасання. Енергія коливального руху. Добротність коливальної системи
- •1 6.4 Вимушені коливання. Диференціальне рівняння вимушених механічних коливань, аналіз його розв’язку. Амплітуда і фаза вимушених коливань.
- •16.5 Механічний резонанс. Добротність коливальної системи при резонансі
- •Лекція 17. Електромагнітні коливання
- •1 7.1. Електричний коливальний контур. Власні електромагнітні коливання.
- •17.2 Перетворення енергії в коливальному контурі. Виведення диференціального рівняння власних коливань. Формула Томсона
- •17.3 Диференціальне рівняння затухаючих електричних коливань та його розв’язок. Вимушені електричні коливання, їх диференціальне рівняння
- •17.4 Резонансні криві коливального контуру. Характеристичний (хвилевий) опір контуру. Добротність коливального контуру
- •Лекція 18. Механічні хвилі
- •18.1 Механічні хвилі. Рівняння плоскої хвилі. Хвильове число
- •18.2 Види хвиль. Характеристики хвиль. Властивості хвиль
- •18.3 Властивості механічних хвиль. Хвильовий вектор. Фазова швидкість. Групова швидкість хвилі
- •18.4 Енергія хвильового руху. Вектор Умова
- •18.5 Когерентність. Інтерференція хвиль. Стояча хвиля.
- •Л екція 19. Електромагнітні хвилі
- •19.1 Електромагнітні хвилі у вакуумі. Основні властивості електромагнітної хвилі.
- •Властивості електромагнітних хвиль
- •19.2 Шкала електромагнітних хвиль
- •1. Низькочастотні хвилі (змінний струм).
- •2. Радіохвилі
- •3. Інфрачервоне випромінювання
- •4. Видиме світло
- •5. Ультрафіолетове випромінювання
- •6. Рентгенівське випромінювання
- •7. Гамма випромінювання й космічні промені
- •19.2 Перенесення енергії електромагнітними хвилями. Вектор Пойнтінга
- •20.1 Фотометрія. Основні фотометричні величини і їх одиниці. Світлові величини.
- •Лекція 21. Хвильова оптика. Інтерференція світла
- •21.1 Світлові хвилі. Монохроматичність. Оптична різниця ходу. Когерентність хвиль
- •21.2 Явище інтерференції світла
- •21.3 Інтерференція від двох точкових джерел (дослід Юнга). Методи одержання інтерференційних картин: бідзеркало та біпризма Френеля, дзеркало Ллойда
- •21.4 Інтерференція на тонких плівках
- •21.5 Просвітлення оптики. Смуги рівної товщини і рівного нахилу. Інтерферометри. Кільця Ньютона
- •2 2.1 Явище дисперсії світла. Світло й кольори тіл
- •22.2 Явище поляризації світла. Поляризатори. Кут Брюстера
- •22.3 Закон Малюса. Оптично-активні середовища. Закон Біо
- •2 3.1 Явище дифракції світла. Зони Френеля
- •2 3.2 Дифракція Фраунгофера. Дифракція Фраунгофера на двох щілинах
- •2 3.3 Дифракція на отворі. Зони Френеля. Дифракція Фраунгофера на одній щілині
- •23.3 Дифракційна решітка. Дифракційний спектр. Роздільна здатність дифракційної решітки
- •23.4 Дифракція на просторовій решітці. Формула Вульфа-Брегга. Рентгеноструктурний аналіз
- •Лекція 24. Теплове випромінювання
- •24.1 Теплове випромінювання. Властивості теплового випромінювання
- •24.2 Основні характеристики теплового випромінювання. Енергетична світність тіла. Спектральна густина енергетичної світності. Коефіцієнт поглинання
- •24.3 Закон Стефана-Больцмана. Закон зміщення Віна
- •2 4.4 Ультрафіолетова катастрофа. Квантова гіпотеза випромінювання м. Планка
- •24.5 Оптична пірометрія. Радіаційна температура. Колірна температура. Температура яскравості
- •25.1 Енергія, маса та імпульс фотона
- •25.2 Фотоелектричний ефект. Явище внутрішнього фотоефекту
- •25.3 Явище зовнішнього фотоефекту. Рівняння а. Ейнштейна для фотоефекту. Робота виходу. Максимальна кінетична енергія фотоелектрона.
- •25.4 Закони фотоефекту
- •25.5 Ефект Комптона. Тиск світла. Досліди Лебедєва
- •25.6 Досліди Резерфорда. Ядерна модель атома Резерфорда. Труднощі ядерної моделі атома
- •25.7 Постулати Бора. Досліди Франка і Герца
- •25.8 Походження лінійчатих спектрів випромінювання атомів. Спектри випромінювання воднеподібних атомів. Формула Бальмера-Рідберга. Спектральні серії.
- •Література
25.4 Закони фотоефекту
Перший закон фотоефекту
1. Установлює, від чого залежить кількість вибитих фотоелектронів при зовнішньому фотоефекті.
2. Визначення. Кількість вибитих фотоелектронів при явищі зовнішнього фотоефекту прямо пропорційна інтенсивності електромагнітного випромінювання.
3
.
Математичний опис. На рисунку 25.3
зображено установку для отримання й
вольт-амперна характеристика явища
фотоефекту (вольт-амперна характеристика
– це графік залежності сили струму І
від напруги U) яка пояснює 1 закон
фотоефекту. Під Iн1; Ін2
розуміють струми насичення – це
величина сили струму, при
якій усі фотоелектрони,
утворені за одиницю часу, досягають
аноду. Чим більша інтенсивність світла,
тим більший струм насичення. Із графіків
(1) і (2) видно, що у другому
випадку інтенсивність світла більша.
Цей закон можна пояснити як квантовою, так і хвильовою теорією світла.
а) Квантова теорія. Електрон може поглинути тільки один електромагнітний квант тієї самої енергії hν, бо він набагато раніше втрачає набуту енергію (стикаючись з іонами), ніж поглине ще один квант. Тому один електромагнітний квант може вибити з поверхні речовини тільки один електрон.
Якщо збільшити інтенсивність світла, то збільшується кількість квантів, це приводить до зростання кількості фотоелектронів і як наслідок зростає струм насичення.
б) Хвильова теорія. Інтенсивність світла – це амплітуда електромагнітних хвиль. Збільшуючи інтенсивність, збільшують енергію хвилі, а отже, і кількість фотоелектронів.
4. Межі застосування. Закон застосовують для опису явища фотоефекту.
Другий закон фотоефекту
1. Установлює, від чого залежить максимальна кінетична енергія фотоелектронів при явищі зовнішнього фотоефекту.
2
.
Визначення. Максимальна кінетична
енергія вибитих фотоелектронів лінійно
зростає з ростом частоти електромагнітного
випромінювання, яке викликає явище
фотоефекту.
* Від частоти залежить колір світла.
3. Математичний опис. Цей закон можна пояснити тільки квантовою теорією світла. Енергія кванта світла (hn) іде на роботу виходу фотоелектронів з поверхні металу (А) й на надання йому кінетичної енергії (Wmax) (Рисунок 25.4а).
Зі збільшенням частоти світла енергія його квантів зростає. Проте інтенсивність світла не збільшує енергію квантів. Тому світло з малою частотою електромагнітної хвилі фотоефект не викликає, яким би яскравим воно не було.
Другий закон фотоефекту можна пояснити за допомогою графіка вольт - амперної характеристики фотоефекта Так на рисунку 25.4б представлено два графіки, для великої (1) й малої (2) частоти світла однакової інтенсивності. Те, що інтенсивність у них однакова, пояснюється збігом їх струмів насичення. А про максимальну кінетичну енергію фотоелектронів можна говорити на основі затримуючої напруги (Uз), бо hν=A+eUз. З графіків видно, що для першого випромінювання вона більша за модулем (Uз1 >Uз2 ), а це означає, що частота поглинутого випромінювання в першому випадку більша, ніж у другому.
4. Межі застосування. Застосовують для описування явища фотоефекту.
Третій закон фотоефекту, або червона межа фотоефекту lч(ф.в.)
1. Червона межа фотоефекту – це характеристика властивостей речовини, яка показує її придатність до фотоефекту.
2. Визначення. Червона межа фотоефекту – це найбільша довжина електромагнітної хвилі, при якій спостерігають явище фотоефекту.
3. Червона межа фотоефекту – це скалярна величина.
4.
hν=A+Wmax;
Wmax=0;
hνч=A;
с=λνч;
;
→
.
5. [l]= м.
*Якщо опромінювання поверхні речовини проводиться лазером, то один електрон може поглинути два абсолютно однакові електромагнітні кванти (і більше). У цьому разі закони фотоефекту порушуються. Це відбувається тому, що два електромагнітні кванти з сумарною енергією 2hν поводять себе так, як один квант з подвійною частотою h(2υ), а це означає, що частота світла ніби подвоюється й умова червоної межі не буде виконуватися.
Четвертий закон фотоефекту
Фотоефект - безінерційне явище, тобто вибивання фотоелектронів відбувається відразу після попадання випромінювання з частотою ν≥νч на речовину. Ця властивість зовнішнього фотоефекту є ще одним підтвердженням квантової природи взаємодії електромагнітного випромінювання з речовиною. Згідно з класичними хвильовими уявленями потрібний досить тривалий час, щоб хвилі заданої інтенсивності могли передати енергію електрону, достатню для виконання ним роботи виходу.
