физика. Физика. Билет 1 Механическое движения
 Скачать 1.74 Mb.
|
|
электромагнитным В природе есть частицы с электрическими зарядами противоположных знаков; в случае зарядов одинаковых знаков частицы отталкиваются, а в случае разных притягиваются. Существует минимальный заряд, называемый элементам, которым обладают все заряженные элементарные частицы. Заряды элементарных частиц различаются лишь знаками. Отделить часть заряда, например у электрона, невозможно. Для того чтобы получить электрически заряженное макроскопическое тело, т. е. наэлектризовать его, нужно отделить часть отрицательного заряда от связанного с ним положительного или перенести на нейтральное тело отрицательный заряд. При электризации тел выполняется закон сохранения электрического заряда . В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел сохраняется. Q1 + q2 + q3 + ... + qn = const. Основной закон электростатики был экспериментально установлен Шарлем Кулоном в 1785 г. и носит его имя. Закон Кулона. Cила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Силу взаимодействия зарядов называют кулоновской силой k — коэффициент пропорциональности, численно равный силе взаимодействия единичных зарядов на расстоянии, равном единице длины. Минимальный заряд, существующий в природе, — это заряд элементарных частиц. В единицах СИ модуль этого заряда равен: е = 1,6 • 10-19 Кл. 2. Звуковые волны. Наше Ухо человека воспринимает в виде звука колебания, частота которых лежит в пределах от 17 до 20 000 Гц. Такие колебания называются акустическими Акустика — это учение о звуке. Звук распространяется в воде и твердых телах. Хорошо проводит звук земля. В вакууме звуковые волны распространяться не могут. Плохо проводят звук такие материалы, как войлок, пористые панели, прессованная пробка и т. д. Эти материалы используют для звукоизоляции, т. е. для защиты помещений от проникновения в них посторонних звуков. Зрение и слух играют в этом главную роль. Осязание, обоняние и вкусовые ощущения менее существенны. Но главное — это речь. Мы создаем и воспринимаем звуковые волны и тем самым общаемся друг с другом. Свет распространяется с огромной скоростью — 300 000 км/с. Скорость звука в воздухе при 0 °С равна 331 м/с. Скорость звука в воздухе не зависит от его плотности. При температуре 8 °С скорость звука в воде равна 1435 м/с. В твердых телах скорость звука еще больше, чем в жидкостях. Самые длинные волны, воспринимаемые ухом человека, имеют длину волны λ ≈ 19 м, а самые короткие — длину волны λ ≈ 17 мм Музыкальные звуки и шумы. Чистый музыкальный звук можно получить с помощью простого прибора, называемого камертоном. Звук, издаваемый гармонически колеблющимся телом, называют музыкальным тоном или просто тоном. Музыкальные тоны отличаются на слух громкостью и высотой. Громкость звука определяется амплитудой колебаний давления. Наше ухо, как уже говорилось, наиболее чувствительно к колебаниям с частотой около 3500 Гц. Наше ухо, как уже говорилось, наиболее чувствительно к колебаниям с частотой около 3500 Гц. Шум отличается от музыкального тона тем, что ему не соответствует какая-либо определенная частота колебаний и, следовательно, определенная высота звука. В шуме присутствуют колебания всевозможных частот. Билет № 11. 1. Электрическое поле и его материальность. Согласно идее Фарадея электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждый из них создаёт в окружающем пространстве электрическое поле.Поле одного заряда действует на другой заряд, и наоборот. По мере удаления от заряда поле ослабевает. Основываясь на идеях Фарадея, Максвелл сумел теоретически доказать, что электромагнитные взаимодействия должны распространяться в пространстве с конечной скоростью. Максвелл показал, что скорости света в вакууме, т. е. примерно 300 000 км/с. Существуют различные виды материи и каждому из них присущи свои свойства. Главное свойство электрического поля — действие его на электрические заряды с некоторой силой. Электрическое поле, созданное неподвижными зарядами, называют электростатическим Если поле изменяется со временем, то такое поле называют переменным Согласно теории близкодействия взаимодействие между заряженными частицами осуществляется посредством электрического поля. Электрическое поле — это особая форма материи, существующая независимо от наших представлений о нем. Напряжённостью электрического поля . Подобно силе, напряжённость поля — векторная величина ; её обозначают буквой : Отношение силы, действующей на помещаемый в данную точку поля точечный заряд, к этому заряду, называется напряжённостью электрического поля Потенциалом точки электростатического поля называют отношение потенциальной энергии заряда, помещённого в данную точку, к этому заряду. Разность потенциалов, т. е. разность значений потенциала в начальной и конечной точках траектории. Разность потенциалов называют также напряжением Разность потенциалов между двумя точками численно равна единице, если при перемещении заряда в 1 Кл из одной точки в другую электрическое поле совершает работу в 1 Дж. Эту единицу называют вольтом (В): 1 В = 1 Дж/1 Кл. 2. Распространение колебаний в упругой среде. Волна — это колебания, распространяющиеся в пространстве с течением времени. Важнейшей характеристикой волны является скорость ее распространения. Волны любой природы не распространяются в пространстве мгновенно. Их скорость конечна. При распространении волны вдоль шнура колебания совершаются в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны. Бывают : Поперечные волны — при распространении волны вдоль шнура отдельные участки шнура совершают колебания в направлении, перпендикулярном направлению поперечными. Продольные волны — колебания могут происходить и вдоль направления распространения волны. Скорость волны равна произведению длины волны на частоту колебаний. Длина волны — это расстояние, на которое распространяется волна за время, равное одному периоду колебаний. Билет № 12. 1. Конденсаторы. Электроемкость.- это физическая величина, характеризующая способность проводников накапливать электрический заряд, называется электроёмкостью Электроёмкостью двух проводников называют отношение заряда одного из проводников к разности потенциалов между ними: Конденсатор представляет собой два проводника, разделённые слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Проводники конденсатора называются обкладками . Простейший плоский конденсатор состоит из двух одинаковых параллельных пластин, находящихся на малом расстоянии друг от друга. Все электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора и однородно. Для зарядки конденсатора нужно присоединить его обкладки к полюсам источника напряжения, например к полюсам батареи аккумуляторов. Под зарядом конденсатора понимают абсолютное значение заряда одной из обкладок. Конденсаторы позволяют накапливать электрический заряд. Электроемкость плоского конденсатора пропорциональна площади пластин и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Кроме того, она зависит от свойств диэлектрика между обладками. где q — заряд конденсатора, a d — расстояние между пластинами. Энергия конденсатора пропорциональна его электроемкости и квадрату напряжения между пластинами. Вся энергия сосредоточена в электрическом поле. Энергия поля пропорциональна квадрату напряженности поля. 2. Поверхностное натяжение. Силой поверхностного натяжения называют силу, которая действует вдоль поверхности жидкости перпендикулярно к линии, ограничивающей эту поверхность, и стремится сократить ее до минимуму. Отношение модуля F силы поверхностного натяжения, действующей на границу поверхностного слоя,к этой длине есть величина постоянная, не зависящая от длины. Коэффициент поверхностного натяжения зависит от природы граничащих сред и от температуры. Его выражают в ньютонах на метр (Н/м). На границе жидкостей с твердыми телами наблюдается смачивание. Смачивание — явления, возникающее вследствие взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердых тел и приводящее к искривлению поверхности жидкости у поверхности твердого тела. Под капиллярными явлениями понимают подъем или опускание жидкости в узких трубках — капиллярах — по сравнению с уровнем жидкости в широких трубках. Высота поднятия смачивающей жидкости в капилляре равна. В течение как один из способов подвода смазки к деталям машин применяют иногда фитильный способ подачи масла. Обычные кирпичи — пористые тела, они хорошо впитывают влагу. Поэтому кирпичные дома в своей нижней части должны быть изолированы от влаги. Для этого фундамент покрывают горячим битумом или обкладывают толем. Билет № 13. 1. Явление самоиндукции. Самоиндукция. Если по катушке идет переменный ток, то магнитный поток, пронизывающий катушку, меняется. Поэтому в том же самом проводнике, по которому идет переменный ток, возникает ЭДС индукции. Это явление называют самоиндукцией При самоиндукции проводящий контур выполняет двойную роль: переменный ток в проводнике вызывает появление магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром. А так как магнитный поток изменяется со временем, то появляется ЭДС индукции . В этот момент вихревое поле препятствует нарастанию тока. Наоборот, в момент уменьшения тока вихревое поле поддерживает его. При замыкании ключа первая лампа вспыхивает практически сразу, а вторая — с заметным запозданием. ЭДС самоиндукции в цепи этой лампы велика, и сила тока не сразу достигает своего максимального значения. Явление самоиндукции можно наблюдать в простых опытах. Одну из них подключают к источнику через резистор R, а другую — последовательно с катушкой L, снабженной железным сердечником. Ф = LI, где L — коэффициент пропорциональности между током в проводящем контуре и магнитным потоком. Величину L называют индуктивностью контура , или его коэффициентом самоиндукции Индуктивность — это физическая величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока в нем на 1 А за 1 с. При изменении силы тока в проводнике в нем возникает вихревое электрическое поле. Это поле тормозит электроны при возрастании силы тока и ускоряет при убывании. Магнитное поле, созданное электрическим током, обладает энергией, прямо пропорциональной квадрату силы тока. Согласно гипотезе Максвелла переменное электрическое поле порождает магнитное поле. Электромагнитное поле — единое целое: в зависимости от системы отсчета проявляются те или иные свойства поля. 2. Радиоактивность. Виды радиоактивности. Открытие радиоактивности — явления, доказывающего сложный состав атомного ядра, — произошло благодаря счастливой случайности. Беккерель долгое время исследовал подобное явление — свечение веществ, облученных солнечным светом. К таким веществам относятся, в частности, соли урана, с которыми экспериментировал ученый. Вскоре Беккерель обнаружил, что излучение урановых солей ионизирует воздух, подобно рентгеновским лучам, и разряжает электроскоп. Испробовав различные химические соединения урана, он установил очень важный факт: интенсивность излучения определяется только количеством урана в препарате и совершенно не зависит от того, в какие соединения он входит. Следовательно, это свойство присуще не соединениям, а химическому элементу урану, его атомам. В 1898 г. Мария Склодовская-Кюри во Франции и другие ученые открыли излучение тория . Систематическое исследование руд, содержащих уран и торий, позволило им выделить новый, неизвестный ранее химический элемент — полоний , названный так в честь родины Марии Склодовской-Кюри — Польши.Само же явление самопроизвольного излучения было названо супругами Кюри радиоактивностью .Впоследствии было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными. Радиоактивностью называется способность нестабильных ядер превращаться в другие ядра, при этом процесс превращения сопровождается испусканием различных частиц. Альфа-, бета- и гамма-излучения Гораздо меньше поглощаются при прохождении через вещество β-лучи. Наибольшей проникающей способностью обладают γ-лучи. 1. Гамма-лучи. По своим свойствам γ-лучи очень сильно напоминают рентгеновские, но только их проникающая способность гораздо больше, чем у рентгеновских лучей. Это наводило на мысль, что γ-лучи представляют собой электромагнитные волны. 2. Бета-лучи. С самого начала α- и β-лучи рассматривались как потоки заряженных частиц. Проще всего было экспериментировать с β-лучами, так как они сильнее отклоняются как в магнитном, так и в электрическом поле. β-частиц в электрических и магнитных полях было установлено, что они представляют собой не что иное, как электроны, движущиеся со скоростями, очень близкими к скорости света. 3. Альфа-частицы. Они слабее отклоняются магнитным и электрическим полями. Из этого следует, что α-частица — это ядро атома гелия. Билет № 14. 1. Работа и мощность в цепи постоянного тока. При упорядоченном движении заряженных частиц в проводнике электрическое поле совершает работу. А = IUΔt. Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого шёл ток. Закон Джоуля— Ленца Количество теплоты, выделяемой в проводнике с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику: Q = I2RΔt. Мощность тока равна отношению работы тока ко времени прохождения тока. Согласно этому определению мощность тока Прохождение по проводнику электрического тока сопровождается выделением в нем энергии. Эта энергия определяется работой тока — произведением перенесенного заряда и напряжения на концах проводника. Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением сил электростатического происхождения (т. е. кулоновских), называют сторонними силами Электродвижущая сила источника тока равна отношению работы сторонних сил при перемещении заряда по замкнутому контуру к абсолютной величине этого заряда: Закон Ома для замкнутой цепи связывает силу тока в цепи, ЭДС и полное сопротивление цепи. Произведение силы тока и сопротивления участка цепи называют падением напряжения на этом участке Согласно этому закону сила тока в цепи зависит от трёх величин: ЭДС Ε сопротивлений R внешнего и г внутреннего участков цепи. Внутреннее сопротивление источника тока не оказывает заметного влияния на силу тока, если оно мало по сравнению с сопротивлением внешней части цепи (R >> r). При коротком замыкании, когда R ≈ 0, сила тока в цепи и определяется именно внутренним сопротивлением источника и при электродвижущей силе в несколько вольт может оказаться очень большой, если r мало (например, у аккумулятора r ≈ 0,1 — 0,001 Ом). Провода могут расплавиться, а сам источник выйти из строя. Если цепь содержит несколько последовательно соединённых элементов с ЭДС Ε1, Ε2, Ε3 и т. д., то полная ЭДС цепи равна алгебраической сумме ЭДС отдельных элементов. Если при обходе цепи данный источник стремится вызвать ток в направлении обхода, то его ЭДС считается положительной: Ε > 0. Сторонние силы внутри источника совершают при этом положительную работу. Εп = Ε1 + Ε2 + Ε3 = lΕ1| - |Ε2| + |Ε3| . 2. Деление ядер урана. Ядерными реакциями называют изменения атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами или друг с другом.Ядерные реакции происходят, когда частицы вплотную приближаются к ядру и попадают в сферу действия ядерных сил. Первая ядерная реакция на быстрых протонах была осуществлена в 1932 г. В соответствии с законом сохранения энергии изменение кинетической энергии в процессе ядерной реакции равно изменению энергии покоя участвующих в реакции ядер и частиц Выделяющаяся при ядерных реакциях энергия может быть огромной. Деление ядер урана было открыто в 1938 г. немецкими учеными О. Ганом и Ф. Штрассманом. Они установили, что при бомбардировке урана нейтронами возникают элементы средней части периодической системы: барий, криптон и др. Однако правильное истолкование этого факта именно как деления ядра урана, захватившего нейтрон, было дано в начале 1939 г. английским физиком О. Фришем совместно с австрийским физиком Л. Мейтнер. Процесс деления атомного ядра можно объяснить на основе капельной модели ядра. Согласно этой модели сгусток нуклонов напоминает капельку заряженной жидкости. Ядерные силы между нуклонами являются короткодействующими, подобно силам, действующим между молекулами жидкости. Ядро урана-235 имеет форму шара. Поглотив лишний нейтрон, оно возбуждается и начинает деформироваться, приобретая вытянутую форму. Ядро будет растягиваться до тех пор, пока силы отталкивания между половинками вытянутого ядра не начнут преобладать над силами притяжения, действующими в перешейке. После этого оно разрывается на две части. Под действием кулоновских сил отталкивания эти осколки разлетаются со скоростью, равной 1/30 скорости света. Цепные ядерные реакции. Ядерной цепной реакцией называется реакция, в которой частицы, вызывающие ее (нейтроны), образуются как продукты этой реакции. Цепная реакция сопровождается выделением огромной энергии. Но для осуществления цепной реакции нельзя использовать любые ядра, делящиеся под влиянием нейтронов. В силу ряда причин из ядер, встречающихся в природе, пригодны лишь ядра изотопа урана с массовым числом 235, т. е. Важное значение имеет не вызывающий деления захват нейтронов ядрами изотопа урана . После захвата образуется радиоактивный изотоп с периодом полураспада 23 мин. Распад происходит с испусканием электрона и антинейтрино (см. с. 298) и возникновением первого трансуранового элемента — нептуния : Нептуний β-радиоактивен с периодом полураспада около двух дней. Плутоний относительно стабилен, так как его период полураспада велик — порядка 24 000 лет. Ядерным реактором называется устройство, в котором осуществляется управляемая реакция деления ядер. Основными элементами ядерного реактора являются: ядерное горючее ( , и др.), замедлитель нейтронов (тяжелая или обычная вода, графит и др.), теплоноситель для вывода энергии, образующейся при работе реактора (вода, жидкий натрий и др.), и устройство для регулирования скорости реакции (вводимые в рабочее пространство реактора стержни, содержащие кадмий или бор — вещества, которые хорошо поглощают нейтроны). Снаружи реактор окружают защитной оболочкой, задерживающей γ- лучение и нейтроны. Оболочку делают из бетона с железным заполнителем. Лучшим замедлителем является тяжелая вода |