- •Тема 1: основы
- •1.Организационный момент.
- •2.Основной материал:
- •1.Магнитное поле и его свойства:
- •II. Силовая характеристика магнитного
- •1) Для прямых токов
- •2) Для круговых токов:
- •III. Действие магнитного поля на проводник с током:
- •V. Применение закона Ампера:
- •1) Принцип действия электродвигателя:
- •2) Электроизмерительные приборы:
- •5. Закрепление пройденного материала:
- •7. Домашнее задание:
- •1.Организационный момент:
- •2. Проверка домашнего задания:
- •3.Основной материал:
- •1. Действие магнитного поля на движущийся электрический заряд:
- •2. Движение заряженных частиц в однородном магнитном поле:
- •3. Применение силы Лоренца:
- •4. Проявление силы Лоренца в природе:
- •4. Закрепление пройденного материала:
- •1. Организационный момент:
- •2. Проверка домашнего задания:
- •1). Магнитная проницаемость –
- •2). Три класса магнитных веществ:
- •3. Применение ферромагнетиков.
- •4. Закрепление пройденного материала:
- •1.Организационный момент:
- •2. Проверка домашнего задания:
- •3.Основной материал:
- •1. Опыты Фарадея:
- •2. Магнитный поток:
- •3.Явление электромагнитной индукции:
- •4. Правило Ленца:
- •5. Закон электромагнитной индукции:
- •6. Применение правила Ленца в законе электромагнитной индукции:
- •7. Вихревое электрическое поле:
- •8. Применение явления электромагнитной индукции:
- •I. Эдс индукции в движущемся проводнике.
- •II. Электродинамический микрофон.
- •III. Применение явления электромагнитной индукции:
- •1) Схема замыкания:
- •2) Схема размыкания:
- •2) Аналогия самоиндукции и инерции.
- •3) Индуктивность.
- •1.Организационный момент.
- •3.Основной материал:
- •III. Аналогия механических и электромагнитных колебаний:
- •I. Уравнение колебаний в контуре.
- •II. Аналогия уравнений механических и электромагнитных колебаний.
- •III. Гармонические колебания.
- •IV. Характеристики гармонических колебаний:
- •V. Гармонические колебания силы тока:
- •II. Активное сопротивление (r):
- •III. Мощность в цепи переменного тока с активным сопротивлением:
- •IV. Действующие значения силы тока и напряжения.
- •V. Емкостное сопротивление (хс):
- •VI. Индуктивное сопротивление (хl):
- •VII. Закон Ома для цепи переменного тока:
- •I. Резонанс в электрической цепи.
- •III. Работа генератора на транзисторе:
- •IV. Основные элементы автоколебательной системы:
- •2.Устройство и принцип действия индукционного генератора переменного
- •I. Подготовка к усвоению новой темы:
- •II. Основной материал:
- •2 . Работа нагруженного трансформатора:
- •3). Демонстрация работы трансформатора:
- •III. Закрепление пройденного материала:
- •1). Лабораторные исследования по фрагменту фильма:
- •IV. Подведение итогов урока:
- •Холостой ход трансформатора (без нагрузки):
- •2. Работа нагруженного трансформатора
- •Применение в источниках питания
- •Другие применения трансформатора
- •1.Организационный момент:
- •2. Проверка домашнего задания:
- •3.Основной материал:
- •1. Механизм распространения упругих
- •2. Виды волн:
- •4. Уравнение плоской волны:
- •7) Стоячие волны:
- •3. Характеристики волн:
- •3)Скорость распространения волны (V):
- •5. Энергия волны:
- •1) Условие максимума:
- •2) Условие минимума:
- •4. Закрепление пройденного материала:
- •1.Организационный момент:
- •2. Проверка домашнего задания:
- •3.Основной материал:
- •1.Звуковые волны:
- •2. Приемники звуковых волн:
- •3. Звуковые явления:
- •4. Физические характеристики звука:
- •3) Интенсивность звуковой волны
- •Электромагнитные волны распространяются в веществе с конечной скоростью
- •4. Электромагнитные волны переносят энергию.
- •6. Электромагнитные волны могут возбуждаться только ускоренно
- •Создать электромагнитные колебания высокой частоты;
- •Открыть колебательный контур.
- •I. Основы фотометрии:
- •1) Интерференция на тонких пленках (Гюйгенс)
- •2) Кольца Ньютона
- •1 Луч образовался при отражении света от выпуклой поверхности линзы;
- •I. Виды излучений:
- •II. Распределение энергии в спектре:
- •III. Спектральные аппараты.
- •Основы специальной теории относительности:
- •I. Принцип относительности и законы электродинамики:
- •II. Постулаты теории относительности
- •1. Принцип относительности
- •III. Относительность одновременности:
- •IV. Следствия из постулатов Эйнштейна: Основы специальной теории относительности:
- •1) Относительность промежутков времени:
- •2) Относительность расстояний
- •3) Релятивистский закон сложения скоростей (V ≈ c)
- •4) Зависимость массы от скорости
- •5) Основной закон релятивистской механики
- •5. Связь между массой и энергией:
- •I. Тепловое излучение тел:
- •II. "Ультрафиолетовая катастрофа":
- •1) Наблюдение фотоэффекта:
- •2) Изучение фотоэффекта:
- •2. Для каждого вещества существует так называемая красная граница фотоэффекта, т. Е. Наименьшая частота νmin , при которой еще возможен внешний фотоэффект.
- •3. Число фотоэлектронов, вырываемых светом из катода за 1 с, прямо пропорционально интенсивности света.
- •IV. Фотоны.
- •V. Корпускулярно-волновой дуализм:
- •VI. Применение фотоэффекта:
- •1. Вакуумные фотоэлементы:
- •2. Полупроводниковые фотоэлементы:
- •Физика атома и атомного ядра
- •I. Строение атома:
- •III. Модель атома водорода по Бору.
- •IV. Опыты Франка и Герца.
- •V. Лазеры
- •I. Методы регистрации заряженных частиц:
- •1) Сцинтилляционный счетчик
- •2) Счетчик Гейгера:
- •II. Открытие радиоактивности
- •III. Закон радиоактивного распада.
- •I. Открытие протона:
- •II. Открытие нейтрона:
- •III. Строение атома:
- •IV. Особенности взаимодействия нуклонов:
- •V. Энергия связи атомных ядер:
- •1. Механизм деления ядра урана:
- •2. Цепная ядерная реакции:
- •В атомных бомбах цепная неуправляемая ядерная реакция возникает при быстром соединении двух кусков , каждый из которых имеет массу несколько ниже критической.
- •Предпосылки
- •Принцип действия
- •I. Тепловое излучение тел:
- •II. "Ультрафиолетовая катастрофа":
- •1) Наблюдение фотоэффекта:
- •2) Изучение фотоэффекта:
- •2. Для каждого вещества существует так называемая красная граница фотоэффекта, т. Е. Наименьшая частота νmin, при которой еще возможен внешний фотоэффект.
- •3. Число фотоэлектронов, вырываемых светом из катода за 1 с, прямо пропорционально интенсивности света.
- •IV. Фотоны.
- •V. Корпускулярно-волновой дуализм:
- •VI. Применение фотоэффекта:
- •1. Вакуумные фотоэлементы:
- •2. Полупроводниковые фотоэлементы:
- •Физика атома и атомного ядра
- •I. Строение атома:
- •1. Электронная модель - Модель Лоренца:
- •III. Модель атома водорода по Бору.
- •IV. Опыты Франка и Герца.
- •V. Лазеры
- •Физика атома и атомного ядра
- •I. Строение атома:
- •III. Модель атома водорода по Бору.
- •IV. Опыты Франка и Герца.
I. Тепловое излучение тел:
Испускаемый источником свет уносит с собой энергию. Существует много различных механизмов подвода энергии к источнику света. В тех случаях, когда необходимая энергия сообщается нагреванием, т. е. подводом тепла, излучение называется тепловым или температурным.
Этот вид излучения представлял для физиков конца XIX века особый интерес, так как в отличие от всех других видов люминесценции, тепловое излучение может находиться в состоянии термодинамического равновесия с нагретыми телами.
Изучая закономерности теплового излучения тел, физики надеялись установить мост между термодинамикой и оптикой.
Если в замкнутую полость с зеркально отражающими стенками поместить несколько тел, нагретых до различной температуры, то, как показывает опыт, такая система с течением времени приходит в состояние теплового равновесия, при котором все тела приобретают одинаковую температуру. Тела обмениваются энергией только путем испускания и поглощения лучистой энергии. В состоянии равновесия процессы испускания и поглощения энергии каждым телом в среднем компенсируют друг друга, и в пространстве между телами плотность энергии излучения достигает определенного значения, зависящего только от установившейся температуры тел. Это излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с телами, имеющими определенную температуру, называется равновесным или черным излучением. Плотность энергии равновесного излучения и его спектральный состав зависят только от температуры.
Если через малое отверстие заглянуть внутрь полости, в которой установилось термодинамическое равновесие между излучением и нагретыми телами, то глаз не различит очертаний тел и зафиксирует лишь однородное свечение всей полости в целом.
Пусть одно из тел в полости обладает свойством поглощать всю падающую на его поверхность лучистую энергию любого спектрального состава. Такое тело называют абсолютно черным. При заданной температуре собственное тепловое излучение абсолютно черного тела, находящегося в состоянии теплового равновесия с излучением, должно иметь тот же спектральный состав, что и окружающее это тело равновесное излучение. В противном случае равновесие между абсолютно черным телом и окружающем его излучением не могло бы установиться. Поэтому проблема сводится к изучению спектрального состава излучения абсолютно черного тела. Решить эту проблему классическая физика оказалась не в состоянии.
Для установления равновесия в полости необходимо, чтобы каждое тело испускало ровно столько лучистой энергии, сколько оно и поглощает. Это одна из важнейших закономерностей теплового излучения. Отсюда следует, что абсолютно черное тело при заданной температуре испускает с поверхности единичной площади в единицу времени больше лучистой энергии, чем любое другое тело.
А бсолютно черных тел в природе не бывает. Хорошей моделью такого тела является небольшое отверстие в замкнутой полости. Свет, падающий через отверстие внутрь полости, после многочисленных отражений будет практически полностью поглощен стенками, и отверстие снаружи будет казаться совершенно черным. Но если полость нагрета до определенной температуры T, и внутри установилось тепловое равновесие, то собственное излучение полости, выходящее через отверстие, будет излучением абсолютно черного тела. Именно таким образом моделируется абсолютно черное тело во всех экспериментах по исследованию теплового излучения.
С увеличением температуры внутри полости будет возрастать энергия выходящего из отверстия излучения и изменяться его спектральный состав.
Распределение энергии по длинам волн в излучении абсолютно черного тела при заданной температуре T характеризуется излучательной способностью r (λ, T), равной мощности излучения с единицы поверхности тела в единичном интервале длин волн. Произведение r(λ, T)Δλ равно мощности излучения, испускаемого единичной площадкой поверхности по всем направлениям в интервале Δλ длин волн. Аналогично можно ввести распределение энергии по частотам r(ν, T). Функцию r(λ, T) (или r(ν, T)) часто называют спектральной светимостью, а полный поток R(T) излучения всех длин волн, равный
называют интегральной светимостью тела.
К концу XIX века излучение абсолютно черного тела было хорошо изучено экспериментально.
В 1879 году Йозеф Стефан на основе анализа экспериментальных данных пришел к заключению, что интегральная светимость R(T) абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры T: R(T) = σT4.
Несколько позднее, в 1884 году, Л. Больцман теоретически получил эту зависимость из термодинамических соображений. Этот закон получил название закона Стефана–Больцмана.
Числовое значение постоянной σ, по современным измерениям, составляет
σ = 5,671·10–8 Вт / (м2 · К4).
Спектральное распределение r(λ, T) излучения черного тела при различных температурах.
К концу 90-х годов XIX века были выполнены тщательные экспериментальные измерения спектрального распределения излучения абсолютно черного тела, которые показали, что при каждом значении температуры T зависимость r(λ, T) имеет ярко выраженный максимум.
С увеличением температуры максимум смещается в область коротких длин волн, причем произведение температуры T на длину волны λm, соответствующую максимуму, остается постоянным: или
Это соотношение ранее было получено Вином из термодинамики. Оно выражает так называемый закон смещения Вина: длина волны λm, на которую приходится максимум энергии излучения абсолютно черного тела, обратно пропорциональна абсолютной температуре T.
Где b = 2,898·10–3 м·К - постоянной Вина.
При практически достижимых в лабораторных условиях температурах максимум излучательной способности r(λ, T) лежит в инфракрасной области. Только при T ≥ 5·103 К максимум попадает в видимую область спектра.
Максимум энергии излучения Солнца приходится примерно на 470 нм (зеленая область спектра), что соответствует температуре наружных слоев Солнца около 6200 К (если рассматривать Солнце как абсолютно черное тело).
Успехи термодинамики, позволившие теоретически вывести законы Стефана–Больцмана и Вина, вселяли надежду, что из термодинамических соображений удастся получить всю кривую спектрального распределения излучения черного тела r(λ, T). В 1900 году эту проблему пытался решить знаменитый английский физик Д. Релей, который в основу своих рассуждений положил теорему классической статистической механики о равномерном распределении энергии по степеням свободы в состоянии термодинамического равновесия. Эта теорема была применена Релеем к равновесному излучению в полости. Несколько позже эту идею подробно развил Джинс. Таким путем удалось получить зависимость излучательной способности абсолютно черного тела от длины волны λ и температуры T: r(λ, T) = 8πkTλ–4 - формулой Релея–Джинса.
Она согласуется с экспериментальными данными только в области достаточно длинных волн. Кроме того, из нее следует абсурдный вывод о том, что интегральная светимость R(T) черного тела должна обращаться в бесконечность, а, следовательно, равновесие между нагретым телом и излучением в замкнутой полости может установиться только при абсолютном нуле температуры (т.е. тело, постоянно излучая энергию, должно охладиться до абсолютного нуля).
Сравнение закона распределения энергии по длинам волн r(λ, T) в излучении абсолютно черного тела с формулой Рэлея–Джинса при T = 1600 К.