Физика
.pdf
Результирующую амплитуду найдем по формуле
Усиление –sin(wt-ф) =1 Ослабление – sin(wt-ф)=0
3. Агрегатные состояния:
1)Жидкость – характерна большая подвижность частиц и малое свободное пространство между ними -> жидкость сохраняет свой объем и принимает форму сосуда.
Жидкость имеет индивидуальное свойство – текучесть. Плотность жидкости гораздо выше плотности газов из-за определенного расположения в ней молекул. Свойства жидкости по всем направлениям одинаковы (изотропны).
2)Газ – частицы не связаны (слабо связаны) силами взаимодействия. КинетическаяWтеплового движения частиц значительно превосходит потенциальную энергию взаимодействия между ними -> частицы движутся свободно, целиком заполняя сосуд, в котором находятся.
3)Твердое тело – вещество находится при низкой температуре, частицы образуют правильную геометрическую структуру -> энергия связей между частицами гораздо больше энергии тепловых колебаний, которые не нарушают образованную структуру.
4)Плазма – частично или полностью ионизированный газ. При сильном нагревании любое вещество превращается в газ. Если увеличивать температуру, резко увеличивается процесс термической ионизации. Молекулы газа начинают распадаться на составляющие их атомы, которые превращаются в ионы.
Билет №10.+
1.Электрический ток. Сила тока. Плотность тока. Электродвижущая сила. Напряжение. Электрическое сопротивление проводников.
2.Механические колебания. Смещение, амплитуда, частота, фаза и циклическая частота колебаний. Гармонические колебания. Уравнение гармонических
колебаний.
3.Фотоэлектрический эффект. Вольтамперная характеристика фототока. Опытные закономерности фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.
1. Электрический ток — упорядоченное нескомпенсированное движение свободных электрически заряженных частиц, например, под воздействием электрического поля. Такими частицами могут являться: в проводниках — электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в газах - ионы и электроны, в вакууме при определенных условиях - электроны, в полупроводниках — электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость).
Силой тока называется физическая величина
, равная отношению количества заряда
, прошедшего за некоторое время
через поперечное сечение проводника, к величине этого промежутка времени.
Сила тока в системе СИ измеряется в Амперах.
По закону Ома сила тока для участка цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению |
к участку цепи и обратно пропорциональ- |
на сопротивлению
проводника этого участка цепи :
Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура.
ЭДС можно выразить через напряжённость электрического поля сторонних сил (
). В замкнутом контуре (
) тогда ЭДС будет равна:
, где
— элемент длины контура.
ЭДС так же, как и напряжение, измеряется в вольтах. Можно говорить об электродвижущей силе на любом участке цепи. Это удельная работа сторонних сил не во всем контуре, а только на данном участке. ЭДС гальванического элемента есть работа сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому. Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории. Так, например, работа сторонних сил при перемещении заряда между клеммами тока вне самого источника равна нулю.
Электрическое сопротивление — физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему. Сопротивление для цепей переменного тока и для переменных электромагнитных полей описывается понятиями импеданса и волнового сопротивления. Сопротивлением (резистором) также называют радиодеталь, предназначенную для введения в электрические цепи активного сопротивления.
Сопротивление (часто обозначается буквой R или r) считается, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника; её можно рассчитать как
где R — сопротивление; U — разность электрических потенциалов на концах проводника; I — сила тока, протекающего между концами проводника под действием разности потенциалов.
2.Механические колебания – это повторяющееся движение, при котором тело многократно проходит одно и то же положение в пространстве. Различают периодические и непериодические колебания.
Периодическими называют колебания, при которых координата и другие характеристики тела описываются периодическими функциями времени.
Примерами механических колебаний могут служить движение шара на пружине, на нити, движение ножек звучащего камертона или молекул воздуха вблизи него. Смещение — отклонение тела от положения равновесия. Обозначение (Х), Единица измерения метр.
Амплитуда колебаний (А) - наибольшее отклонение колеблющегося тела от положения равновесия (отклонение величины от ее среднего значения). Период колебаний (Т) - время, через которое движение тела полностью повторяется.
Частота колебаний (v) – величина, показывающая число колебаний, совершаемых за 1с. Циклическая частота (w) – это число колебаний, совершаемых за 2p секунд.
Фаза колебаний — определяет смещение в любой момент времени, то есть определяет состояние колебательной системы.
Гармонические колебания – колебания, при которых физическая величина, характеризующая эти колебания, изменяется во времени по синусоидальному закону:
x = Acos(wt + a), где x значение колеблющейся величины в момент времени t, A амплитуда колебаний, |
w – циклическая (или круговая) частота, ф=(wt+a) |
– фаза гармо- |
|||||||||
нических |
колебаний, |
ф0– |
начальная |
фаза.скорость |
– |
это |
производная |
от |
координаты |
по |
време- |
ни. |
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
Ускорение – это производная от скорости по времени
а=х``
3. Вентильным фотоэффектом называется такое явление, при котором фотоэлектроны покидают пределы тела, переходя через поверхность раздела в другое твердое тело.
Внутренним фотоэффектом называется перераспределение электронов по энергетическим состояниям в твердых и жидких полупроводниках, происходящее под действием излучений. Приводит к возникновению фотопроводимости, проявляется в изменении концентрации носителей зарядов в среде.
Внешним фотоэффектом называется испускание электронов веществом под действием электромагнитных излучений. (вылетевшие электроны – фотоэлектроны; эл. ток, образованный при упорядоченном движении во внешнем электрическом поле – фототок).
Вольт-амперные характеристики:
-Ток насыщения прямо пропорционален интенсивности падающего света
-Анода могут достичь те электроны, кинетическая энергия которых превышает |eU|. Измерив Ux, можно определить максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов:
eU=(mV2/2)max
-Фотоэффект наблюдается, если ν падающего света больше или равна красной границе.
Красная граница равна: ν0=A/h, Wк max=hν-A Законы фотоэффекта:
-Макс. кин. энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением ν света и не зависит от его интенсивности.
-Для каждого вещества существует так называемая красная граница фотоэффекта, при которой еще возможен внешний фотоэффект. -Число фотоэлектронов, вырываемых светом из катода за 1 секунду, прямо пропорционально интенсивности света.
Фотоэффект практически безынерционен: фототок возникает мгновенно после начала освещения катода при условии, что ν>νmin. Уравнение Эйнштейна:
hν=A+mV2/2
Если энергия фотонаhν меньше работы выхода А, то фотоэффект невозможен. Граничная частота – красная граница фотоэффекта.
Билет №11.+
1.Электрический ток в металлах. Закон Ома.
2.Упругие (механические) волны. Механизм и условия возникновения упругих волн. Поперечные и продольные упругие волны, условия их возникновения. Формулы скорости упругих волн в различных средах. Длина волны. Циклическое волновое число. Уравнение плоской волны.
3.Термодинамические параметры. Их связь со средним значением характеристик молекул: основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа, внутренняя энергия идеального газа, температура, термодинамическая вероятность и энтропия.
1.Электрический ток в металлах – это упорядоченное движение электронов под действием электрического поля. Носителями электрического тока в металлах являются свободные электроны. Опыты показывают, что при протекании тока по металлическому проводнику переноса вещества не происходит, следовательно, ионы металла не принимают участия в переносе электрического заряда.
Закон Ома — физический закон, определяющий связь между Электродвижущей силой источника или напряжением с силой тока и сопротивлением проводника.
Закон Ома для полной цепи:
.
Формулировка закона Ома
Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого проводника и обратно пропорциональна его сопротивлению: I = U / R; [A = В / Ом]
2. Упругие волны (звуковые волны) — волны, распространяющиеся в жидких, твёрдых и газообразных средах за счёт действия упругих сил. В зависимости от частоты различают инфразвуковые, звуковые и ультразвуковые упругие волны. В жидких и газообразных средах может распространяться только один тип упругих волн — продольные волны. В волне этого типа движение частиц осуществляется в направлении распространения волны. В твёрдых телах существуют касательные напряжения, что приводит к существованию других типов волн, в которых движение частиц осуществляется по более сложным траекториям. Упругие волны, распространяющиеся в земной коре, называют сейсмическими волнами.
Продольные – колебания среды происходят вдоль направления распространения волн, при этом возникают области сжатия и разрежения среды. возникают в любой среде (жидкости, в газах, в тв. телах).
Поперечные – колебания среды происходят перпендикулярно направлению их распространения, при этом происходит сдвиг слоев среды. возникают только в твердых телах.
Скорость упругой волны в тонком стержне: продольные v=(E/ ρ)^1/2, поперечные v= (G/ρ)^1/2, где G- модуль сдвига среды, ρ- плотность среды. Скорость волны в гибком шнуре: v=(F/ρ)^1/2.
Скорость звука в жидкостях и газах: V=(dp/dρ)^1/2
Длина волны - это расстояние между ближайшими точками, колеблющимися в одинаковых фазах.
|
Волновое число — это отношение 2π радиан к длине волны |
|
|
уравнение плоской волны |
|
|
3.Термодинамические параметры - температура, плотность, давление, объем, удельное электрическое сопротивление |
, энтро- |
пия |
и другие физические величины. |
|
|
Основное уравнение МКТ идеального газа: |
|
Внутренняя энергия идеального газа:
- молярная теплоёмкость (при постоянном объёме),
- число степеней свободы молекулы. Температура
Термодинамическая вероятность — число способов, которыми может быть реализовано состояние физической системы.
Энтропия:
.
Билет №12.+
1.Действие магнитного поля на движущийся точечный электрический заряд. Сила Лоренца.
2.Внутренняя энергия и способы её изменения. Способы теплопередачи. Количество теплоты и теплоемкость. Первый закон термодинамики как закон сохранения энергии. Классическая теория теплоемкости, расхождения её результатов с экспериментами.
3.Упругие (механические) волны. Механизм и условия возникновения упругих волн. Поперечные и продольные упругие волны, условия их возникновения. Формулы скорости упругих волн в различных средах. Длина волны. Циклическое волновое число. Уравнение плоской волны.
1.Магнитн поле оказывает воздействие не только на проводники, но и на свободные электрические заряды движущиеся в этом поле. Сила Лоренца (сила, действующая со стороны магнитного поля на движущийся заряд) .
F |
qVB sin |
Правило левой руки. |
л |
|
Если расположить ладонь так чтобы в нее вход силовые линии поля, а 4 пальца – по направлению скорости положительного заряда (против вектора скорости для отрицательных зарядов), то большой палец покажет направление силы Лоренца.
Зависит от угла. 1)Вдоль а=0 F=0 2)Перпенд. a=п/2 3)п>a>0 Движ по спирали
Рассмотрим вначале движение частицы с зарядом q и массой m в однородном постоянном электрическом поле напряженностью
. Напряженность поля в этом случае не зависит ни от координат, ни от времени (такое поле возникает, например, в заряженном плоском конденсаторе, отсоединенном от источника). Следовательно, на
заряженную частицу со стороны поля действует постоянная сила
, которая сообщает частице постоянное ускорение
. Если частица имеет начальную скорость
, как показано на рисунке 1, то ее движение в таком поле похоже на движение тела, брошенного под углом к горизонту в однородном поле тяжести, где ускорение тела также постоянно и равно
!
2. Все тела состоят из молекул, которые непрерывно движутся и взаимодействуют друг с другом. Они обладают одновременно кинетической и потенциальной энергией. Эти энергии и составляют внутреннюю энергию тела. Таким образом, внутренняя энергия - это энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело. Внутренняя энергия характеризует тепловое состояние тела. Внутреннюю энергию можно изменить путем совершения работы и теплопередачи. Если над телом совершается работа, то внутренняя энергия тела увеличивается; если же это тело совершает работу, то его внутренняя энергия уменьшается.
3. Упругие волны (звуковые волны) — волны, распространяющиеся в жидких, твёрдых и газообразных средах за счёт действия упругих сил. В зависимости от частоты различают инфразвуковые, звуковые и ультразвуковые упругие волны. В жидких и газообразных средах может распространяться только один тип упругих волн — продольные волны. В волне этого типа движение частиц осуществляется в направлении распространения волны. В твёрдых телах существуют касательные напряжения, что приводит к существованию других типов волн, в которых движение частиц осуществляется по более сложным траекториям. Упругие волны, распространяющиеся в земной коре, называют сейсмическими волнами.
Продольные – колебания среды происходят вдоль направления распространения волн, при этом возникают области сжатия и разрежения среды. возникают в любой среде (жидкости, в газах, в тв. телах).
Поперечные – колебания среды происходят перпендикулярно направлению их распространения, при этом происходит сдвиг слоев среды. возникают только в твердых телах.
Скорость упругой волны в тонком стержне: продольные v=(E/ ρ)^1/2, поперечные v= (G/ρ)^1/2, где G- модуль сдвига среды, ρ- плотность среды. Скорость волны в гибком шнуре: v=(F/ρ)^1/2.
Скорость звука в жидкостях и газах: V=(dp/dρ)^1/2
Длина волны - это расстояние между ближайшими точками, колеблющимися в одинаковых фазах.
Волновое число — это отношение 2π радиан к длине волны
уравнение плоской волны:
Билет №13.+
1.Магнитное взаимодействие. Индукция и напряженность магнитного поля. Сила Ампера. Индукция магнитного поля элемента тока (закон Био-Савара- Лапласа), прямого проводника с током, соленоида.
2.Явление переноса в газах: диффузия, вязкость, теплопроводность. Уравнение явления переноса. Молекулярно-кинетическая теория явлений переноса в
газах.
3.Дифракция волн. Объяснение дифракции волн на основе принципа Гюйгенса-Френеля. Дифракция Фраунгофера (дифракция параллельных лучей) на одной щели и на дифракционной решетке.
1.Магнитное взаимодействие — это взаимодействие токов.
Напряжённость магнитного поля — (стандартное обозначение Н) это векторная физическая величина, равная разности вектора магнитной индукции B и вектора намагниченности M:
Магнитная индукция — векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке
пространства. Определяет, с какой силой
магнитное поле действует на заряд
, движущийся со скоростью
.
На проводник с током, находящийся в магнитном поле, действует сила, равная F = I·L·B·sinα. Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная составляющая вектора магнитной индукции В входила в ладонь, а четыре вытян утых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы, действующей на отрезок проводника с током, то есть силы Ампера.
Закон Био-Савара-Лапласа — Магнитное поле любого тока может быть вычислено как векторная сумма полей, создаваемая отдельными участками токов.
Тогда магнитная индукция внутри соленоида
2. В термодинамически неравновесных системах происходят особые необратимые процессы, называемые явлениями переноса, в результате которых осуществляется пространственный перенос массы, импульса, энергии. К явлениям переноса относятся теплопроводность (перенос энергии), диффузия (перенос массы) и вязкость (перенос импульса).
Теплопроводность. Если в первой области газа средняя кинетическая энергия молекул больше, чем во второй, то вследствие постоянных столкно вений молекул с течением времени происходит процесс выравнивания средних кинетических энергий молекул, т. е., выравнивание температур.
Диффузия. Происходит самопроизвольное проникновение и перемешивание частиц двух соприкасающихся газов, жидкостей и даже твердых тел.
Внутреннее трение (вязкость). Суть механизма возникновения внутреннего трения между параллельными слоями газа (жидкости), которые движутся с различными скоростями, есть в том, что из-за хаотического теплового движения осуществляется обмен молекулами между слоями, в результате чего импульс слоя, который движется быстрее, уменьшается, который движется медленнее — увеличивается, что приводит к торможению слоя, который движется быстрее, и ускорению слоя, который движется медленнее.
При нарушении равновесия в изолированной системе осуществляется перенос:
3. Дифракция Волн - явление огибания волнами препятствий и проникновение их в область геометрической тени. Явление дифракции можно качественно объяснить применением принципа Гюйгенса к распространению волн в среде при наличии преград. Явление дифракции объясняется с помощью принципа Гюйгенса, согласно которому каждая точка, до которой доходит волна, служит центром вторичных волн, а огибающая этих волн задает положение волнового фронта в следующий момент времени. Тип дифракции, при котором дифракционная картина образуется параллельными пучками, называется дифракцией Фраунгофера.
Дифракция света на одной щели
Если на ширине щели укладывается четное число таких зон, то в точке
(побочный фокус линзы) будет наблюдаться минимум интенсивности, а если нечет-
ное число зон, то максимум интенсивности:
условие минимума интенсивности
условие максимума интенсивности
Картина будет симметричной относительно главного фокуса точки
. Знак плюс и минус соответствует углам, отсчитанным в ту или иную сторону.
Дифракция света на дифракционной решетке
Дифракционная картина на решетке определяется как результат взаимной интерференции волн, идущих от всех щелей, т.е. в дифракционной решетке осуществляется многолучевая интерференция когерентных дифрагированных пучков света, идущих от всех щелей.
Обозначим: b – ширина щели решетки; а – расстояние между щелями; d=a+b – постоянная дифракционной решетки.
Условие максимума для дифракционной решетки будет иметь вид: где m = ± 1, ± 2, ± 3, … В точке F0 всегда будет наблюдаться нулевой или центральный дифракционный максимум.
Так как свет, падающий на экран, проходит только через щели в дифракционной решетке, то условие минимума для щели и будет условием главного дифракцион-
ного минимума для решетки:
Количество щелей определяет световой поток через решетку. Чем их больше, тем большая энергия переносится волной через нее. Кроме того, чем больше число
щелей, тем больше дополнительных минимумов помещается между соседними максимумами. Следовательно, максимумы будут более узкими и более интенсивными.
Билет №14.+
1.Работа магнитного поля при движении проводника с током. Магнитный поток (поток индукции магнитного поля). Индуктивность контура. Индуктив-
ность соленоида.
2.Термодинамические параметры. Их связь со средними значениями характеристик молекул: основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа, внутренняя энергия идеального газа, температура, термодинамическая вероятность и энтропия.
3.Квазиупругая сила. Математический и физический маятники. Циклическая частота гармонического осцилятора. Энергия колебаний.
1. На проводник с током в магнитном поле действуют силы, определяемые законом Ампера. Если проводник не закреплен (например, одна из сторон контура изготовлена в виде подвижной перемычки, рис. 177), то под действием силы Ампера он будет в магнитном поле перемещаться. Следовательно, магнитное поле совершает работу по перемещению проводника с током.
Магнитным потоком через поверхность называется величина Ф, определяемая соотношением: Φ = B · S · cosα
Электрический ток, который течет в замкнутом контуре, создает вокруг себя магнитное поле, индукция которого, согласно закону Био-Савара-Лапласа, пропорцио-
нальна току. Сцепленный с контуром магнитный поток Ф поэтому прямо пропорционален току I в контуре: |
где коэффициент пропорциональности |
L называется индуктивностью контура. |
|
Индуктивность |
соленоида |
2.Термодинамические параметры - температура, плотность, давление, объем, удельное электрическое сопротивление |
, энтропия |
и другие физические величины. |
|
Основное уравнение МКТ идеального газа:
Внутренняя энергия идеального газа: 
Молярная теплоёмкость (при постоянном объёме)
Число степеней свободы молекулы. Температура 
Термодинамическая вероятность — число способов, которыми может быть реализовано состояние физической системы.
энтропия
3. Квазиупругая сила — это сила, пропорциональная смещению тела (аналогично силе упругости), но ее природа не связана с упругой деформацией тела. Математическим маятником называется материальная точка, подвешенная на нерастяжимой невесомой нити, совершающая колебательное движение в одной
вертикальной плоскости под действием силы тяжести. (7.3)
Физическим маятником называется твердое тело, закрепленное на неподвижной горизонтальной ocи (оси подвеса), не проходящей через центр тяжести, и совершающее колебания относительно этой оси под действием силы тяжести. В отличие от математического маятника массу такого тела нельзя считать точечной.(7.4)
Гармоническим осциллятором называется система, которая совершает колебания, описываемые выражением вида d2s/dt2 + ω02s = 0. Колебания гармонического осциллятора есть важный пример периодического движения и служат точной или приближенной моделью во многих задачах классической и квантовой физики. В качестве примеров гармонического осциллятора могут быть пружинный, физический и математический маятники, колебательный контур (для токов и напряжений настолько малых, что можно было бы элементы контура считать линейными).
Кинетическая энергия тела W 
U - потенциальная энергия 
Билет №15.+
1.Электромагнитная индукция. ЭДС индукции. Самоиндукция. Энергия магнитного поля.
2.Молекулярно-кинетические представления о строении вещества в различных агрегатных состояниях. Статистический метод описания состояния и поведения систем многих частиц. Распределение молекул идеального газа по состояниям.
3.Представление гармонических колебаний в виде вращающегося вектора. Сложение двух гармонических колебаний с одинаковыми частотами, совершающихся в одном направлении. Условия усиления и максимального усиления колебаний. Условия ослабления и наибольшего ослабления колебаний.
1.Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении во времени магнитного потока, пронизывающего контур.
ЭДС(ε) - отношение работы сторонних сил по разделению зарядов к величине этого заряда, иначе, способность данного источника давать необходимое количество
зарядов необходимой энергии.
Самоиндукция - явление возникновения ЭДС индукции в электрической цепи в результате изменения силы тока. Возникающая при этом ЭДС называется ЭДС
самоиндукции. В момент замыкания электрической цепи источник тока расходует часть своей энергии на преодоление действия возникающей ЭДС самоиндукции.
Эта часть энергии, называемая собственной энергией тока, и идет на образование магнитного поля.
Энергия магнитного поля, созданного током, прямо пропорциональна квадрату силы тока.
2.Вещества могут находиться в различных агрегатных состояниях – твердом, жидком, газообразном. Молекулярные силы в различных агрегатных состояниях различны: в твердом состоянии они наибольшие, а в газообразном – наименьшие. Различием молекулярных сил объясняются свойства, которые проявляются в разных агрегатных состояниях: твердые тела сохраняют объем и форму, жидкости текучи, но сохраняют объем, газы полностью занимают весь предоставленный им объем.
Поведение громадного числа молекул, составляющих макротела, изучается также Статистическим Методом, который основан на том, что свойства макротел определяются свойствами молекул, особенностями их движения (скоростью, энергией, импульсом и т. д.) и взаимодействия. Например, температура может быть выражена через среднее значение кинетической энергии движения молекул. Статистический метод дает представление о механизме тепловых процессов, рассматривая их как бы изнутри макротел, он существенно дополняет термодинамический метод. Основные законы термодинамики также имеют статистический смысл. Поэтому оба метода составляют основу термодинамики.
Распределение молекул идеального газа. В случае идеального газа наиболее вероятным состоянием, соответствующим максимуму энтропии, будет равномерное распределение молекул. При этом реализуется и максимальный «беспорядок», так как при этом будут максимальные возможности конфигурирования.
3.Мгновенное значение функции можно получить как проекцию на горизонтальную ось отрезка длиной Um, вращающегося относительно начала прямоугольной системы координат с угловой частотой ω = 2p×f в положительном направлении (против часовой стрелки) (рис. 2.3). Вращающийся отрезок будем называть вектором
.
Пусть точка одновременно участвует в двух гармонических колебаниях одинакового периода, направленных вдоль одной прямой. Сложение колебаний будем проводить методом векторных диаграмм (рис. 2.2). Пусть колебания заданы уравнениями
X1 = A1 cos (wt + ф1) и x2 = A2 cos (wt + ф2)
Результирующую амплитуду найдем по формуле
Усиление – sin(wt-ф) =1 Ослабление – sin(wt-ф)=0
Билет №16. +
1.Основные положения теории электромагнитного поля Максвелла. Возникновение (образование) электромагнитной волны.
2.Состав ядер атомов. Радиоактивность ядер. Реакции деления и синтеза ядер.
3.Механическое движение. Траектория движения. Пройденный путь. Скорость движения. Ускорение движения. Тангенциальное ускорение. Нормальное ускорение. Связь между ними.
1.Основные положения этой теории, изложенные строгим языком математических формул, освещают взаимосвязь электрических зарядов с электрическими и магнитными полями. Обычным языком их содержание можно передать приблизительно следующим образом:
1.Магнитное поле с замкнутыми силовыми линиями порождается либо электрическим током, либо переменным электрическим полем.
2.Электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями (т. е. вихревое) порождается переменным магнитным полем.
3.Силовые линии магнитного поля всегда замкнуты.
1. Электрическое поле с незамкнутыми линиями порождается электрическими зарядами.
Самым поразительным результатом теории Максвелла было то, что из нее автоматически вытекала конечность скорости распространения электрического и магнитного полей. При возникновении, например, электрического заряда электрическое поле первоначально устанавливается только вблизи самого заряда и лишь затем постепенно занимает все пространство. Точно так же при включении тока магнитное поле постепенно распространяется все дальше и дальше от проводника. Правда, скорость распространения поля весьма велика. Теоретически Максвелл показал, что она равна скорости света, т. е. 300 тыс. км/сек.
Возникающее в пространстве переменное электрическое поле порождает вокруг себя переменное магнитное поле. Это поле в свою очередь порождает электрическое поле, и т. д.
В результате в пространстве происходит процесс распространения электрического и магнитного полей. Этот процесс протекает также со скоростью света. Если начальное электрическое поле меняется периодически, то распространяющееся электромагнитное поле тоже носит периодический характер. Напряженность электрического и магнитного полей периодически изменяется в пространстве и во времени. Так, со скоростью света распространяются электромагнитные волны. Характерно, что напряженности электрического и магнитного полей перпендикулярны друг другу и к направлению распространения электромагнитной волны.
Максвелл предсказал существование электромагнитных волн и из равенства скорости их распространения скорости света сделал вывод о том, что световые волны являются электромагнитными по своей природе. Тем самым учение о свете становилось частью учения об электромагнитных явлениях. Максвеллу не суждено было дожить до блестящего подтверждения справедливости всех своих замечательных открытий. Спустя 10 лет после его смерти немецкий физик Герц опытным путем обнаружил существование электромагнитных волн; скорость распространения этих волн оказалась равной скорости света. Тем самым электромагнитная теория света была доказана.
2. Размер ядра составляет 10-14-10-15 метров (следуя опытам Резерфорда).
Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов – положительно заряженных частиц.
Атомное ядро характеризуется зарядом Z (равное числу протонов в атоме и совпадающее с порядковым номером х/э)
Радиоактивность – способность некоторых ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра, испуская при этом радиоактивные излучения. Р/излучение бывает трех типов: α, β и ϒ.
1)α-излучение характеризуется малой проникающей способностью и отклоняется электрическими и магнитными полями. Представляет собой поток ядер гелия.
2)β-излучение характеризуется большей проникающей способностью, но меньшей ионизирующей способностью. Представляет собой поток быстрых электронов.
3)ϒ-излучение не отклоняется электрическими и магнитными полями, обладает слабой ионизирующей способностью, но большой способностью проникновения (при прохождении через кристаллы обнаруживает дифракцию). Представляет собой коротковолновое э/м излучение с чрезвычайно малой длиной волны, и, вследствие этого – ярко выраженными корпускулярными свойствами.
Радиоактивным распадом называют естественное превращение ядер, происходящее самопроизвольно. dN=-λNdt, λ – постоянная радиоактивного распада, или N=N0*e-λt
Из формулы следует, что число нераспавшихся ядер убывает со временем по экспоненциальному закону(закон полураспада – делим N и t на 2!). Реакция ядерного синтеза – реакция образования тяжелых атомов из легчайших.
3. Механическое движение тела – процесс, при котором с течением времени изменяется положение тела или частей тела относительно других тел. Траектория – непрерывная линия, вдоль которой движется материальная точка в заданной системе отчета.
Пройденный путь – S или L равен сумме длин участков траектории, производимых материальной точкой за некоторое время T.
А(n)(сверху вектор) - нормальное ускорение – характеризует скорость изменения направления движения. Нормальное ускорение выражается через мгновенную скорость и радиус кривизны траектории: а(n)=v²/r=w²*R=W*v.
Скорость – кинетическая характеристика движения материальной точки. Скорость – векторная величина, которая определяется как быстрота движения, так и его направление в данный момент времени.
Тангенциальное ускорение — компонента ускорения, направленная по касательной к траектории движения. Характеризует изменение модуля скорости. (Нормальная компонента характеризует изменение направления скорости.) Равно произведению единичного вектора, направленного по скорости движения, на производную модуля скорости
по времени. Таким образом, направлено в ту же сторону, что и вектор скорости при ускоренном движении (положительная производная) и в противоположную при замедленном (отрицательная производная).
Полное ускорение тела есть геометрическая сумма тангенциальной и нормальной составляющих – тангенциальная составляющая ускорения характеризует быстроту изменения модуля скорости (направлена по касательной к траектории), а нормальная составляющая ускорения – быстроту изменения направления скорости (направлена по главной нормали к центру кривизны траектории). Составляющие а(τ)и а(n) перпендикулярны друг к другу, поэтому модуль полного ускорения:
а = (а(τ)²+а(n)²)½.
Билет №17.
1.Уравнение изотермического процесса. Работа газа, теплоемкость, изменение внутренней энергии, первый закон термодинамики, изменение энтропии при изотермическом процессе.
2.Ядерная модель атома. Результаты квантово-механического рассмотрения поведения электронов в водородоподобном атоме. Излучение и поглощение энергии атомами и молекулами.
3.Электромагнитная индукция. ЭДС индукции. Самоиндукция. Энергия магнитного поля.
1. Изотермический процесс. Изотермическим процессом называется процесс, протекающий при постоянной температуре T.
A = (νRT)· ln(V2/V1) При изменении объема газу передается (или отбирается) некоторое количество тепла. Следовательно, теплоемкость идеального газа стремится к бесконечно-
сти
изменение внутренней энергии газа в изотермическом процессе равно нулю
Первый закон термодинамики
2.В процессе становления понятия об атоме и его строении, в научной среде появлялись многие теории:
1)Первым гипотезу о строении атома ввел Томсон, предположив, что атом является положительно заряженной частицей, а внутри него существуют множество отрицательных частиц - электронов (Модель «пудинг с изюмом»)
2)В последствие модель Томсона была опровергнута, Резерфордом была выдвинута теория о планетарном строении атома, движение электронов происходило по собственным орбитам вокруг расположенного в центре положительно заряженного ядра.
3)Однако такая модель противоречила классическим законам физики, по которым электрон должен был упасть на поверхность ядра через ничтожный промежуток времени. Постулаты Нильса Бора в последствие развеяли все противоречия, обосновав движение электрона специальным энергетическим состоянием, в котором он не излучает электромагнитных волн, а следовательно, не терять энергии.
Атом водорода состоит из положительно заряженных протона Р и одного электрона ē. n – главное квантовое число; n=1,2,3…∞
l – орбитальное квантовое число; l=1,2,3…(n-1) mL – магнитное квантовое число mL=-1,…,0,…,1
mS -спиновое квантовое число mS=+1/2;-1/2
В состоянии покоя ē находится на нижнем уровне. Поглощая W, ē переходит на более высокий уровень (переходит в возбужденное состояние). Время жизни ē в возбужд. состоянии – 10-8с, после чего ē переходит на уровень ниже.
Возвращение на предыдущий уровень сопровождается излучением фотонов с определенным количеством энергии. Основные серии переходов: 1) Лаймана (n=1), 2) Бальмера (n=2), 3) Пашена (n=3).
3. Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении во времени магнитного потока, пронизывающего контур.
ЭДС(ε) - отношение работы сторонних сил по разделению зарядов к величине этого заряда, иначе, способность данного источника давать необходимое количество
зарядов необходимой энергии.
Самоиндукция - явление возникновения ЭДС индукции в электрической цепи в результате изменения силы тока. Возникающая при этом ЭДС называется ЭДС
самоиндукции. В момент замыкания электрической цепи источник тока расходует часть своей энергии на преодоление действия возникающей ЭДС самоиндукции. Эта часть
энергии, называемая собственной энергией тока, и идет на образование магнитного поля. |
Энергия магнитного поля, созданного током, прямо |
пропорциональна квадрату силы тока. |
|
Билет №18.
1.Уравнение изобарного процесса. Работа газа, теплоемкость, изменение внутренней энергии, первый закон термодинамики, изменение энтропии при
изобарном процессе.
2.Фотоны. Корпускулярно-волновая природа света и частиц.
3.Электрическое взаимодействие заряженных тел. Электрический заряд. Закон Кулона. Напряженность и потенциал электрического поля. Напряженность
ипотенциал электрического поля точечного заряда и системы точечных зарядов. Работа электрического поля. Разность потенциалов. Связь разности потенциалов с напряженностью электрического поля.
1.Изобарным процессом называют квазистатический процесс, протекающий при неизменным давлении p.
где V — объем газа при абсолютной темпе-
ратуре T, V0 — объем газа при температуре 0 °С; коэффициент |
, равный |
, называется температурным коэффициентом объемного расширения газов. |
Молярная теплоёмкость при постоянном давлении обозначается как 
Изменение внутренней энергии:
первый закон термодинамики
изменение энтропии
или 
2. W=m*c²; Wф=h*ν; mф=Wф/c²=(h*ν)/c²
Фотон существует только при распространении со скоростью света (с). Это означает, что масса покоя фотона равна нулю. Импульс фотона: Pф=mф*c=(h*ν)/c
Момент импульса фотона – спин: Lф=(2)½*h/2π
Фотон – частица электромагнитного излучения, обладающая энергией, массой, импульсом, моментом импульса _ квант энергии. Электромагнитное излучение – совокупность фотонов, испускаемых и поглощаемых самой же частицей.
Свет обладает волновыми и корпускулярными свойствами.
ne~nф; ne=k*nф, где k – коэффициент показывающий какая часть падающих фотонов выбивает электроны из металла. nф определяет поток энергии падающего света => Iн=ne*e=k*nф*e=(k*e)/(h*ν)*Ф=γт*Ф.
3. Интенсивность электромагнитного взаимодействия определяется физической величиной — электрическим зарядом, который обозначается
. Единица электрического заряда — кулон (Кл). 1 кулон — это такой электрический заряд, который, проходя через поперечное сечение проводника за 1 с, создает в нем ток силой 1 А. Способность электрических зарядов как к взаимному притяжению, так и к взаимному отталкиванию объясняется существованием двух видов зарядов. Один вид заряда назвали положительным, носителем элементарного положительного заряда является протон. Другой вид заряда назвали отрицательным, его носителем является элек-
трон. Элементарный заряд равен
.
Основной закон электростатики был экспериментально установлен французским физиком Шарлем Кулоном и читается так: модуль силы взаимодействия
двух точечных неподвижных электрических зарядов в вакууме прямо пропорционален произведению величин этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними:
|
|
, |
|
|
где |
и |
— модули зарядов, |
— расстояние межд ними, |
— коэффициент пропорциональности, который зависит от выбора системы единиц, в |
СИ |
|
|
. |
|
Величина, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия зарядов в вакууме больше, чем в среде, называется диэлектрической проницаемостью сре-
ды
. Для среды с диэлектрической проницаемостью
закон Кулона записывается следующим образом:
, |
|
|
|
В СИ коэффициент |
принято записывать следующим образом: |
, где |
— электрическая постоянная. Она численно рав- |
на |
. |
|
|
С использованием электрической постоянной закон Кулона имеет вид:
,
Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием. Кулоновские силы можно изобразить графически (рис. 14, 15).
Кулоновская сила направлена вдоль прямой, соединяющей заряженные тела. Она является силой притяжения при разных знаках зарядов и силой отталкивания при одинаковых знаках зарядов.
Напряженность – силовая характеристика поля. Напряженность численно равна силе, которая действовала бы на единицу пробного заряда, помещенного в данную точку поля.
Ф — потенциал электрического поля — энергетическая характеристика поля. Потенциал численно равен потенциальной энергии, которую имела бы единица пробного заряда, помещенного в данную точку поля.
Билет №19.
1.Уравнение изохорного процесса. Работа газа, теплоемкость, изменение внутренней энергии, первый закон термодинамики, изменение энтропии при изохорном процессе.
2.Фотоэлектрический эффект. Вольтамперная характеристика фототока. Опытные закономерности фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.
