- •Передмова
- •МЕХАНІКА
- •1. КІНЕМАТИКА МАТЕРІАЛЬНОЇ ТОЧКИ
- •1.1. Основні поняття
- •1.4. Прямолінійний рух
- •1.5. Криволінійний рух. Рівномірний рух по колу
- •2. ДИНАМІКА МАТЕРІАЛЬНОЇ ТОЧКИ
- •2.1. Основні закони динаміки. Сила. Рівнодійна сила
- •2.2. Сили в механіці
- •2.4. Алгоритм розв’язання кількісних задач із фізики
- •2.5. Методичні рекомендації щодо розв’язання задач з динаміки
- •2.6. Приклади розв’язання задач
- •3. ЗАКОНИ ЗБЕРЕЖЕННЯ В МЕХАНІЦІ
- •3.1. Імпульс тіла. Імпульс сили
- •3.2. Закон збереження імпульсу
- •3.3. Реактивний рух
- •3.4. Енергія. Закон збереження енергії. Види енергії
- •3.5. Види механічної енергії та їх зв’язок з роботою
- •3.6. Механічна робота і потужність
- •3.7. Механічний удар
- •3.8. Прості механізми
- •4. МЕХАНІКА ТВЕРДОГО ТІЛА
- •4.1. Основні поняття
- •4.2. Умови і види рівноваги твердого тіла
- •4.3. Момент імпульсу. Закон збереження моменту імпульсу
- •4.4. Зіставлення рівнянь механіки поступального й обертального рухів (табл. 2)
- •4.5. Приклади розв’язання задач
- •5. ГІДРОСТАТИКА І АЕРОСТАТИКА
- •5.1. Тиск
- •5.2. Закон Паскаля
- •5.3. Гідростатичний тиск
- •5.4. Сполучені посудини
- •5.5. Гідростатичний парадокс
- •5.6. Гідравлічна машина
- •5.7. Закон Архімеда
- •5.8. Умови плавання тіл (табл. 3)
- •5.9. Атмосферний тиск, його вимірювання
- •5.10. Приклади розв’язання задач
- •6. ГІДРОДИНАМІКА І АЕРОДИНАМІКА
- •6.1. Струминна течія рідин і газів
- •6.2. Рівняння Бернуллі
- •6.3. Підйомна сила крила літака
- •6.4. Коефіцієнт лобового опору для тіл різної форми (табл. 4)
- •1. ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНО-КІНЕТИЧНОЇ ТЕОРІЇ БУДОВИ РЕЧОВИНИ
- •1.1. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії та їх дослідне обґрунтування
- •2. ВЛАСТИВОСТІ ГАЗІВ (ГАЗОВІ ЗАКОНИ)
- •2.2. Газові закони
- •2.3. Закон Дальтона
- •2.5. Середня довжина вільного пробігу молекул
- •2.6. Приклади розв’язання задач
- •3. ВЛАСТИВОСТІ ПАРИ
- •3.1. Пара. Випаровування і конденсація
- •3.2. Насичена і ненасичена пара
- •3.3. Вологість повітря (відносна й абсолютна). Точка роси
- •3.4. Кипіння. Перегріта рідина
- •3.5. Приклади розв’язання задач
- •4.2. Поверхнева енергія. Поверхневий натяг
- •4.3. Явище змочування. Капілярні явища
- •4.4. Формула Лапласа
- •4.5. Приклади розв’язання задач
- •5. ВЛАСТИВОСТІ ТВЕРДИХ ТІЛ
- •5.1. Кристалічні та аморфні тіла. Їхні властивості
- •5.2. Типи твердих кристалів
- •5.3. Рідкі кристали
- •5.4. Дефекти кристалічних ґраток
- •5.5. Механічні властивості твердих тіл
- •5.6. Приклади розв’язання задач
- •6. ТЕПЛОВЕ РОЗШИРЕННЯ ТВЕРДИХ І РІДКИХ ТІЛ
- •6.1. Графік залежності потенціальної енергії взаємодії найпростіших молекул від відстані між ними (потенціальна яма)
- •6.2. Лінійне й об’ємне розширення твердих і рідких тіл
- •6.3. Особливості теплового розширення води
- •6.4. Приклади розв’язання задач
- •1.1. Внутрішня енергія ідеального газу
- •1.2. Робота ідеального газу. Її геометричне тлумачення
- •1.5. Питома теплоємність речовини
- •1.6. Питома теплота згоряння палива. ККД нагрівача
- •1.7. Змінювання агрегатного стану речовини
- •2. ПЕРШИЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМІКИ. АДІАБАТИЧНИЙ ПРОЦЕС
- •3. ДРУГИЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМІКИ. ЕНТРОПІЯ
- •4. ТЕПЛОВІ ДВИГУНИ
- •ЕЛЕКТРОДИНАМІКА
- •1. ЕЛЕКТРОСТАТИКА
- •1.1. Електричний заряд. Закон збереження заряду
- •1.7. Електризація тіл
- •2. ПОСТІЙНИЙ СТРУМ
- •2.1. Електричний струм. Сила струму. Густина струму
- •2.3. Послідовне і паралельне з’єднання провідників
- •2.4. ЕРС. Закон Ома для повного кола. З’єднання елементів
- •2.6. Приклади розв’язання задач
- •3. СТРУМИ ПРОВІДНОСТІ
- •3.2. Струм в електролітах
- •3.4. Струм у напівпровідниках
- •3.5. Струм у вакуумі (струм переносу)
- •3.6. Приклади розв’язання задач
- •4. МАГНЕТИЗМ
- •4.1. Магнітне поле. Магнітна індукція поля
- •4.2. Магнітне поле струму
- •4.3. Дія магнітного поля на рухомий заряд (сила Лоренца) і провідник зі струмом (сила Ампера). Правило лівої руки
- •4.4. Дія магнітного поля на рамку зі струмом. Магнітний потік
- •4.5. Закон взаємодії паралельних струмів
- •4.6. Магнітне поле у речовині
- •4.7. Приклади розв’язання задач
- •5. ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ
- •5.1. Явище електромагнітної індукції. Вихрове електричне поле
- •5.3. Індукційні струми в суцільних провідниках
- •5.4. Самоіндукція. Індуктивність. Енергія магнітного поля
- •5.5. Електромагнітне поле. Теорія Максвелла в якісному вигляді
- •5.6. Приклади розв’язання задач
- •ФІЗИКА КОЛИВАНЬ
- •1. КОЛИВАЛЬНИЙ РУХ
- •1.1. Основні поняття
- •1.2. Гармонічні коливання
- •2. ЗМІННИЙ СТРУМ
- •2.1. Одержання змінного синусоїдного струму. Закономірності змінного струму
- •2.2. Діюче значення змінного струму
- •2.3. Опір змінному струму. Закон Ома для змінного струму
- •2.4. Електричний резонанс. Резонанс напруг. Резонанс струмів
- •2.5. Випрямлення змінного струму
- •2.6. Трансформація змінного струму
- •2.7. Змінний струм високої частоти
- •2.8. Приклади розв’язання задач
- •3. ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ КОЛИВАННЯ
- •3.2. Закономірності вільних електромагнітних коливань. Згасаючі коливання
- •3.3. Отримання незгасаючих електромагнітних коливань
- •3.4. Приклади розв’язання задач
- •4. МЕХАНІЧНІ ХВИЛІ. ЗВУК
- •4.1. Поздовжні і поперечні хвилі. Промінь. Довжина хвилі. Фронт хвилі
- •4.2. Принцип Гюйгенса
- •4.3. Інтерференція хвиль
- •4.4. Дифракція хвиль
- •4.5. Звук. Звукові хвилі. Інтенсивність, висота і тембр звуку
- •4.6. Луна. Звуковий резонанс
- •4.7. Приклади розв’язання задач
- •5. ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ХВИЛІ
- •5.1. Випромінювання електромагнітних хвиль відкритим коливальним контуром
- •5.3. Принцип радіозв’язку. Модуляція і детектування (демодуляція)
- •5.4. Класифікація радіохвиль і особливості їх поширення
- •5.5. Приклади розв’язання задач
- •ОПТИКА
- •1. ХВИЛЬОВА ОПТИКА
- •1.1. Монохроматичне світло. Заломлення світла
- •1.2. Дисперсія світла
- •1.4. Інтерференція білого світла за Френелем
- •1.5. Інтерференція білого світла за Ньютоном. Кільця Ньютона
- •1.6. Дифракція білого світла
- •1.7. Поляризація світла
- •2. ГЕОМЕТРИЧНА ОПТИКА
- •2.2. Закони відбивання світла
- •2.3. Закони заломлення світла. Повне відбивання світла
- •2.4. Хід променів через плоскопаралельну пластинку, призму
- •2.5. Сферичні лінзи
- •2.6. Око як оптична система
- •2.8. Сферичні дзеркала
- •2.9. Приклади розв’язання задач
- •3. ВИПРОМІНЮВАННЯ ТА СПЕКТРИ
- •3.1. Люмінесценція
- •3.2. Інфрачервоні та ультрафіолетові промені
- •3.3. Рентгенівські промені
- •3.4. Спектри випромінювання. Спектри поглинання
- •3.5. Спектральний аналіз
- •1.1. Поняття про простір і час
- •1.2. Постулати СТВ. Перетворення Лоренца
- •1.4. Приклади розв’язання задач
- •2. КВАНТОВА ОПТИКА
- •2.1. Теорія Планка. Імпульс фотона
- •2.2. Фотоефект
- •2.3. Фотоелементи та їх застосування
- •2.4. Світловий тиск
- •2.5. Корпускулярно-хвильовий дуалізм
- •2.6. Хімічний вплив світла. Чорно-біла фотографія. Фотосинтез. Ланцюгові реакції
- •2.7. Приклади розв’язання задач
- •3. ФІЗИКА АТОМА
- •3.1. Планетарна модель атома Резерфорда
- •3.2. Постулати Бора. Борівські орбіти
- •3.3. Атом Гідрогену за Н. Бором
- •3.4. Приклади розв’язання задач
- •4. ФІЗИКА АТОМНОГО ЯДРА
- •4.1. Відкриття протона і нейтрона
- •4.2. Теорія будови ядра
- •4.3. Енергія зв’язку ядра. Дефект маси
- •4.4. Природна радіоактивність
- •4.6. Часткове звільнення внутрішньоядерної енергії при екзотермічних ядерних реакціях
- •4.7. Закон радіоактивного розпаду
- •4.8. Приклади розв’язання задач
- •5. ЕЛЕМЕНТАРНІ ЧАСТИНКИ
- •5.1. Фізика елементарних частинок
- •5.2. Приклади розв’язання задач
- •Предметний покажчик
Сучасна фізика
2.5. Корпускулярно-хвильовий дуалізм
У явищі світлового тиску наочно виявляється корпу скулярно-хвильовий дуалізм (двоякість) світла.
Світло має хвильові властивості (інтерференція, дифракція, поляризація світла), а з іншого боку, світло — це потік фотонів — квантів, які є частинками.
Світловий тиск якісно і кількісно пояснюється як квантовими, так і хвильовими властивостями світла.
Енергія фотона прямо пропорційна частоті світла.
При малих частотах переважають хвильові властиво сті, при великих частотах — квантові властивості світла.
Квантові і хвильові властивості світла взаємно допов нюють одна одну і відображають взаємопов ’язані закономірності поширення світла та його взаємодію з речовиною.
2.6. Хімічний вплив світла. Чорно-біла фотографія. Фотосинтез. Ланцюгові реакції
Хімічний вплив світла — розщеплення й активі зація молекул і атомів при поглинанні ними квантів світла.
Приклади фотохімічної дії світла: 1) фотографія:
AgBr +hν → Ag+ +Br +e− ;
2) фотосинтез:
CO2 +hν →CO*2 , * — знак активізованої молекули;
n(CO*2 )+n(H2O) →n(CH2O)+nO2 ;
↓
органічна
сполука
3) молекули H2 і Cl2 у темноті не сполучаються. Під впливом світла:
сполука HCl (ланцюгова реакція):
Cl2 +hν →Cl• + •Cl ,
— знак активізованого атома. Cl• + H2 → HCl + •H,
H• + Cl2 → HCl + •Cl
360
2. Квантова оптика
2.7. Приклади розв’язання задач
Задача 1.
До якого виду слід віднести промені, енергія фотонів яких дорівнює 4 · 10–19 Дж?
Дано: |
|
|
|
Розв’язання: |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
ε = 4 · 10–19 Дж |
|
|
ε = hν ν = |
|
ε |
, λ = |
c |
, |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
ν |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
λ — ? |
|
|
|
|
λ = |
|
ch |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ε |
. |
|
|
||
|
|
|
|
Обчислення: |
|
|
|
|
|
|
|||
λ = |
|
3 |
108 6,62 10−34 |
|
м = 5 · 10–7 м. |
|
|
||||||
|
|
|
4 10−19 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Відповідь: λ = 0,5 мкм. Видиме випромінювання світла.
Задача 2.
Якийімпульсфотона,енергіяякогодорівнює6·10–19 Дж?
Дано:
c = 3 · 108 м/с
ε = 6 · 10–19 Дж
p — ?
|
Розв’язання: |
|
||
Імпульс фотона |
|
|||
p = mc. |
(1) |
|||
Масу фотона визначаємо за форму- |
||||
лою: |
|
|||
m = |
hν |
|
(2) |
|
c2 |
||||
|
|
|||
(випливає з рівнянь: ε = hν і E =mc2 ).
Підставимо значення маси (2) в (1):
p = hcν2c = hcν = cε , p = cε .
Обчислення:
|
= |
Дж |
= |
Н м с |
= кг |
м с |
= кг |
м |
|
||
p |
|
|
|
|
|
, |
|||||
|
м |
|
м |
с2 |
с |
||||||
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
361
Сучасна фізика
{p} = |
6 10−19 |
|
|
=2 10−27. |
|
3 108 |
||
Відповідь: p = 2 · 10–27 кг · м/с. |
||
Задача 3.
З якою найбільшою швидкістю будуть рухатися фотоелектрони при їх звільненні із цезію, якщо він освітлюється монохроматичним світлом з довжиною хвилі λ = 0,5 мкм? (Роботу виходу із цезію вважати рівною Aвих = 1 еВ).
Дано: |
|
|
|
|
СІ: |
|
||
|
|
|
|
|
||||
λ = 0,5 мкм |
|
|
λ = 0,5 · 10–6 м |
|||||
A |
вих |
= 1 еВ |
|
|
Aвих = 1 · 1,6 · 10–19 Дж |
|||
|
|
|
−31 |
кг |
|
|||
m =9,1 10 |
|
|
m =9,1 10−31 |
кг |
||||
h =6,62 10−34 |
Дж · с |
|||||||
c =3 108 |
м/с |
|
|
h =6,62 10−34 |
Дж · с |
|||
vmax— ? |
|
|
|
|
c =3 108 м/с |
|
||
|
|
|
|
|
|
Розв’язання: |
|
|
|
Спочатку слід установити, відбудеться фотоефект чи ні. |
|||||||
Обчислимо енергію кванта і зіставимо його з роботою вихо-
ду: ε = |
ch |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
λ |
3 108 6,62 10−34 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
ε = |
Дж = 4 · 10–19 Дж; |
|||||||||||||||||
|
|
0,5 |
10−6 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
ε > Aвих — фотоефект відбудеться. |
|
|||||||||||||||||
Згідно із рівнянням Ейнштейна: |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
hν = Aвих + |
|
mv2 |
|
|
|
|
|
mv2 |
= |
|
ch |
− Aвих |
|
|||||
|
|
|
max |
, |
|
|
|
|
max |
|
|
, |
||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
λ |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
звідки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ch |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
− Aвих |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
λ |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
vmax = |
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
chλ − Aвих =(4 10−19 −1,6 10−19 ) Дж ≈ 2,4 · 10–19 Дж,
362