Физика. Практика решения физических задач. Учебное пособие

Подставив в выражение для x значение sinb, получим:

Задача  2.17.Нарасстоянииd1 =40смотоптическогоцентра собирающей линзы находится стрелка длиной l1 = 7 см перпендикулярно главной оптической оси. Фокусное расстояние линзы f = 25 см. Найдите длину l2 изображения этой стрелки.

Решение. Положение стрелки и ее изображения относительно линзы показано на чертеже (рисунок  2.18).

91

Рисунок  2.18 – Ориентация предмета и его изображения в линзе относительно собирающей линзы

По формуле тонкой линзы

1 = 1 + 1 , f d1 d2

где d2 – расстояние от оптического центра линзы до изображения стрелки в линзе.

Найдем его:

Заметим, что треугольники OAB и OCD подобны по двум углам, следовательно, получаем OAAB = CDOC или, что то же

Учитывая выражение для d2, полученное выше, имеем для искомой длины изображения

92

Вычислим

l2 = 4025−257 =17515 =11,67 (см).

Ответ: l2 = f l1 =11,67 (см). d1 −f

Задача  2.18. К двум металлическим пластинам подключен конденсатор емкостью C = 50 мкФ. В результате продолжительного освещения светом одной пластины фототок прекращается, и на обкладках конденсатора скапливается заряд q = 21 нКл. Минимальная энергия, необходимая для выбивания электронов с поверхности пластины, Emin = 3,44  10–19 Дж. Считая пластины находящимися в вакууме, найдите длину волны l света, падающего на пластинку.

Решение. Разность потенциалов Dj между обкладками конденсатора, при которой фототок отсутствует (I = 0), определяется зарядом q и емкостью C конденсатора:

Dj= Cq .

По закону сохранения энергии при фотоэлектрическом эффекте энергия кванта излучения Eкв расходуется на работу выхода электрона из металла Emin и сообщение электронам кинетической энергии Eкин, т.е.

Eкв = Emin + Eкин.

h lc = Emin + m2e v2.

При отсутствии фототока электроны тормозятся электрическим полем конденсатора, т.е. их энергия равна энергии задерживающего поля:

93

94

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Методика решения физической задачи включает в себя несколько обязательных пунктов:

1)  понять из текста условия, что требуется определить, какие физические величины известны, записать их численные значения в Международной системе единиц СИ в форме краткого условия;

2)  сделать чертеж, иллюстрирующий модель рассматриваемой в задаче физической системы, на котором показать физические тела, возможные положения системы, векторные величины, обозначения величин, систему отсчета;

3)  определить физические явления, лежащие в основе решения задачи, привести записи физических законов, описывающих протекание процессов в физической системе;

4)  решить задачу в общем виде с использованием основных физических законов и соотношений, получить расчетную формулу для искомой величины, объединив промежуточные результаты и выкладки в единое целое (представить искомую физическую величину через величины, заданные в задаче и физические константы без подстановки числовых значений);

5)  проверить размерность выражения для искомой величины, размерность левой части равенства должна совпадать с размерностью правой части, это является косвенной проверкой правильности решения. При несоответствии размерности искомой физической величине, следует вернуться к предыдущему пункту;

6)  вычислить численное значение искомой величины, подставив численные значения заданных в условии задачи величин в расчетную формулу, указать единицу измерения искомой физической величины;

7)  проанализировать ответ (расчетное соотношение для искомой величины) на непротиворечие физическому смыслу задачи (например, расчетная формула представляет дробь со знаменателем в виде разности x – y. Соответственно, эта формула ведет себя особенным образом при равенстве x = y: ис-

95

комая величина становится бесконечно большой. Математически это невозможно. С физической точки зрения требуется правильная трактовка этого частного случая). По сути это означает анализ расчетной формулы на ее поведение при устремлении некоторых величин, входящих в нее, к предельным значениям: как правило, к нулю или к бесконечности. Подобные асимптотические приближения должны подтверждать соответствие полученного ответа физическому смыслу задачи и косвенно свидетельствовать о его правильности;

8)  записать ответ для искомой величины в численном виде с указанием единиц ее измерения.

Данное пособие включает в себя примеры решения типовых задач по основным темам курса физики для студентов бакалавриата ИКН, ИТ, ИНМ и специалитета ГИ. Все задачи распределены по двум основным разделам в соответствии с рабочими программами дисциплины «Физика» для студентов университета.

96

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙСПИСОК

1.  Савельев И.В. Курс общей физики : в 2 кн. Кн. 1 : Механика. – М. : АСТ. Астрель, 2005.

2.  Савельев И.В. Курс общей физики : в 2 кн. Кн. 2 : Электричество и магнетизм. – М. : АСТ. Астрель, 2005.

3.  Заикин Д.А., Овчинкин В.А., Прут Э.В. Сборник задач по общему курсу физики : в 2 ч. Ч. 1 : Механика. Термодинамика и молекулярная физика. – М. : Физматкнига, 2016.

4.  Сборник задач по общему курсу физики : в 2 ч. Ч. 2 : Электричество и магнетизм. Оптика / С.М. Козел, В.Г. Лейман, Г.Р. Локшин, В.А. Овчинкин, Э.В. Прут. – М. : Физматкнига, 2021.

5.  Иродов И.Е. Задачи по общей физике. – М. : Лаборатория знаний, 2023.

6.  Гельфгат И.М., Генденштейн Л.Э., Кирик Л.А. Решение ключевых задач по физике для профильной школы. 10–11 классы. – М. : ИЛЕКСА, 2016.

97