Механика Кинематика Динамика Законы сохранения Краткий справочник по теме Электродинамика Электростатика Постоянный ток Магнитное поле. Электромагнитная индукция Краткий справочник по теме Колебания и волны Механические и электромагнитные колебания Механические и электромагнитные волны Краткий справ
 Скачать 0.75 Mb.
|
|
Волновые свойства света 1. Электромагнитная природа света. Когерентность. Интерференция света. Дифракция света. Дифракционная решетка. Дисперсия света. Спектр. Под светом в оптике понимают электромагнитные волны с частотами от 1,5·10 11 Гц до 3·10 16 Гц (длины волн находятся в диапазоне, соответствующем инфракрасному, видимому и ультрафиолетовому излучениям. Скорость распространения света в вакууме с = 3,00·10 8 мс. Длина волны с с T λ = ⋅ = ν , ν — частота (Гц, Т — период колебаний (с. Дисперсия света — зависимость показателя преломления вещества, а также скорости света от его частоты. Цвет зависит от частоты световой волны. Волна определённой частоты называется монохроматической. Длина световой волны в веществе п = , где λ – длина волны в вакууме м, n — абсолютный показатель преломления среды. При переходе в другую среду частота волны не изменяется. Следствием дисперсии является разложение в спектр пучка белого света при прохождении его через призму. Когерентность явление согласованного протекания в пространстве и во времени нескольких колебательных или волновых процессов. Две световые волны одинаковой частоты и имеющие постоянную во времени разность фаз называются когерентными. Интерференция — явление сложения двух и более когерентных волн, приводящее к образованию в пространстве устойчивой картины чередующихся минимумов и максимумов амплитуд результирующего колебания. Оптическая разность хода волн 1 1 2 2 n l n l δ = ⋅ − ⋅ , где пи п – абсолютные показатели преломления двух сред соответственно, табличные величины l 1 и l 2 – расстояния от источников лучей до точки наблюдениям. Разность 1 2 l l − называют геометрической разностью хода. Условие максимума освещенности при интерференции 2 k λ δ = ⋅ , 1 2 k ϕ − ϕ = ⋅ π , где k = 2m – четное число условие минимума освещенности при интерференции 2 k λ δ = ⋅ , 1 2 k ϕ − ϕ = ⋅ π , где k = 2m + 1 – нечетное число, λ – длина волны (м т – некоторое целое число ( ) 0, 1, 2, m = ± ± … . Дифракция света — явление огибания волнами препятствий и проникновение их в область тени. Для проявления дифракции размеры препятствий отверстий) должны быть меньше или сравнимы с длиной волны. Дифракционная решётка — оптический прибор, предназначенный для очень точного измерения длин волн и разложения света в спектр. для собирающей ли O Формула тонкой линзы ± зы, f – расстояние от изображ линзы. собирающая лин Правило знаков в случае и изображения величины F, d, вающей линзы, мнимых источ отрицательными. • Предмет или источник яв сходящийся пучок света. Оптическая сила линзы – зы: 1 D F = . Обозначается букв Для системы тонких линз системы вплотную сложенных силы тонких линз системы. Поперечное увеличение ли бражения; h – линейный разм линзы d расстояние от предм К оптическим приборам о Лупа – короткофокусная сглазом и предметом. Мнимое на расстоянии наилучшего зр конечности. Мультимедийный проект го на экране получают дейст изображение, снятое с источни Фотоаппарат – прибор, инзы для рассеивающей л 1 1 F d f ± = ± ± , где F – фокусное рас жения до линзы d расстояние от нза рассеивающая линза собирающей линзы, действительных считают положительными в случа чника и изображения величины F, d, f вляются мнимым в случае, если на величина, обратная фокусному расс вой D, измеряется в диоптриях (дптр з 0 1 2 N D D D D = + + + … , где D 0 – опт х N тонких линз D 1 , D 2 , D 3 , …, D N инзы: Г , где h '– линейный мер предмета , f – расстояние от изо мета до линзы. относятся лупа, проектор, фотоаппа собирающая линза, которая распола увеличенное изображение предмет ения – см для нормального глаза тор – оптическое устройство, с помо твительное (прямое или обратное) ика видеосигнала (компьютера, теле, предназначенный для получения линзы сстояние лин- предмета дох источника ае рассеи- f считают линзу падает стоянию лин- р. тическая сила – оптические й размер изо- ображения до арат. агается между та получается а (или на бес- ощью которо- увеличенное визора). действитель- Краткий справочник по физике 17 Сила тока в проводнике равна д q n S υ = ⋅ ⋅ ⋅ , где q – заряд одной свободной частицы (для металлов q = е ≈ 1,6⋅10 –19 Кл, n – концентрация свободных заряженных частиц (м, S – площадь поперечного сечения проводникам, д – средняя скорость упорядоченного движения (скорость дрейфа) свободных зарядов (мс. Электрическое сопротивление – величина, характеризующая способность проводника противодействовать прохождению электрического тока. Она равна отношению разности потенциалов ( ϕ 1 – ϕ 2 ) между концами данного проводника к силе тока I в нем 1 2 R I ϕ − ϕ = . Обозначается буквой R, измеряется в омах Ом. Сопротивление проводника зависит от его материала (вещества, геометрических размеров и температуры. Сопротивление однородного проводника цилиндрической формы длиной l постоянного поперечного сечения S определяется по формуле l R S = ρ ⋅ , где ρ — удельное сопротивление проводника, табличная величина. Удельное сопротивление проводника – скалярная физическая величина, численно равная сопротивлению однородного цилиндрического проводника, изготовленного изданного материала и имеющего единичную длину и единичную площадь поперечного сечения S R l ⎛ ⎞ ρ = ⋅ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ . Обозначается буквой ρ, измеряется в Ом·м. • Если площадь поперечного сечения проводника измеряют в мм, то можно Ом мм м Удельное сопротивление металлов с уменьшением температуры уменьшается. При температурах близких к –273 ºC (абсолютный нуль) наблюдается явление сверхпроводимости. Оно заключается в том, что при температуре ниже некоторой критической t k (называемой температурой перехода в сверхпроводящее состояние, удельное сопротивление проводника скачком падает до нуля. Всякий проводник, обладающий достаточно большим сопротивлением будем называть резистором. Реостат — это прибор, рабочее сопротивление которого можно изменять за счет длины включаемого в цепь проводника. Сочетание источника тока, нагрузки и соединительных проводов называют электрической цепью. Обычно вцепи используют еще и выключатель ключ. Закон Ома для однородного участка цепи. Сила тока I на однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению U на конца этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению R: U I R = 18 2. Последовательное и параллельное соединение проводников. Закономерности последовательного соединения резисторов • I = I 1 = I 2 = … = I N ; U = U 1 + U 2 +… + U N ; 1 2 N R R R R = + + + … ; • если R 1 = R 2 =…= R N , то R = N·R 1 , U = Закономерности параллельного соединения резисторов • I = I 1 + I 2 +… + I N ; U = U 1 = U 2 =… = U N ; 1 2 1 1 1 1 N R R R R = + + + ; • если R 1 = R 2 =…= R N , то N R R 1 = , I = Для измерения в проводнике R 1 силы тока применяют амперметр, который включают последовательно с этим проводником (риса. Поскольку включение амперметра в электрическую цепь не должно сильно изменять силу тока в ней, то сопротивление амперметра должно быть как можно меньше. У идеальных амперметров сопротивление равно нулю. Для измерения на проводнике R 1 напряжения применяют вольтметр, который включают параллельно этому проводнику (рис. б. Чтобы подключение вольтметра существенно не изменяло силу тока и распределение напряжений на участке цепи, его сопротивление должно быть как можно большим. R 1 R 2 A + + – – R 1 R 2 + – R 1 R 2 + + – – R 1 R 2 + – V а б • При включении этих приборов необходимо соблюдать полярность. 3. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца. Электродвижущая сила источника тока. Закон Ома для полной электрической цепи. Коэффициент полезного действия источника тока. Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока I, напряжения на этом участке и времени Δt, в течении которого ток проходил по проводнику С учетом закона Ома для участка цепи U I R = , работа тока R 1 R 2 U 1 U 2 U I 1 I 2 I R 1 U 1 I 1 I R 2 U 2 I 2 U Краткий справочник по физике. Линзы. Фокусное расстояние и оптическая сила тонкой линзы. Построение изображений в тонких линзах. Формула тонкой линзы. Оптические приборы. Линза прозрачное тело, ограниченное с двух сторон криволинейными чаще всего сферическими) поверхностями. Главный фокус F линзы – точка, в которую собирается параксиальный пучок света после преломления в линзе, распространяющийся параллельно главной оптической оси. Расстояние от оптического центра линзы до его главного фокуса называется фокусным расстоянием линзы. При построении изображения точек выбирают любые два из трех стандартных лучей. Для собирающей линзы 1. луч, параллельный главной оптической оси, после преломления проходит через главный фокус 2. луч, совпадающий с побочной оптической осью, проходит без преломления через центр линзы 3. луч, проходящий через главный фокус перед линзой, после преломления идет параллельно главной оптической оси. Для рассеивающей линзы 1. луч, параллельный главной оптической оси, после преломления направлен так, что его продолжение проходит через главный фокус перед линзой 2. луч, совпадающий с побочной оптической осью, проходит без преломления через центр линзы 3. луч, направленный на главный фокус за линзой, после преломления идет параллельно главной оптической оси. Виды изображения 1) действительное (если оно образовано самими лучами) или мнимое (если оно образовано не самими лучами, а их продолже- ниями); 2) прямое или перевернутое 3) увеличенное или уменьшенное. При построении можно воспользоваться следующим свойством все лучи света, направленные параллельно побочной оптической оси, после преломления собираются в побочном фокусе. • Все побочные фокусы лежат на фокальной плоскости, проходящей перпендикулярно главной оптической оси. • В собирающей линзе пересекаются в фокальной плоскости преломленные лучи (поэтому рассматривают фокальную плоскость, лежащую за линзой. • В рассеивающей линзе пересекаются в фокальной плоскости продолжения преломленных лучей (фокальная плоскость, лежащей перед линзой. для собирающей линзы O 1 F F 2 3 А 1 А для рассеивающей линзы O 1 F F 2 3 А А 1 при прохождении через границ Закон преломления светов • отношение синуса угла п нусу угла преломления γ ест стоянная для данных двух с где пи п – абсолютные пока ления первой и второй сред табличные величины. • падающий и преломлённы ляром, проведённым в точке п сред. Показатель преломления данной среде (мс c – скорост • Словосочетание «абсолю меняют показатель преломле Относительный показат второй 1 1/ 2 2 n n n = , 2 1/ 2 1 n υ = υ , п 1 вой и второй сред соответств света впервой и второй средах Если в задаче упоминает является воздух. • Показатель преломления принять равным 1,0. При переходе света из оп плотную среду можно наблюд дать во вторую среду. Угол, п вается предельным углом п 2 0 1 sin п п α = , пи п – абсо ли преломления первой и вто ственно, табличные величины Призма. Ход лучей в призм Если призма изготовлен оптической плотностью больш щая среда, то такая призма пре Грани, через которые про ми их ребро – преломляющим углом призмы. Угол φ между называется углом отклонения: цу раздела двух сред. вых лучей падения α кси- ть величина по- ред 2 1 sin sin n n α = γ , азатели прелом- соответственно, ые лучи лежат водной плоскости спадения луча к плоскости границы среды равен с, где υ – скор ть света в вакууме ютный показатель преломления сред ния среды тель преломления первой среды о и п – абсолютные показатели прел венно, табличные величины υ 1 их соответственно (мс. тся только одна среда, то другой, по воздуха, если нет специальных огов птически более плотной среды в опти дать полное отражение, те. свет не при котором начинается полное отра олного отражения олютные показате- орой сред соответ- ме. на из материала с ше, чем окружаю- еломляет лучик основанию призмы оходит луч, называются преломляю м ребром, а угол θ между ними – пр направлениями входящего и выход φ = с перпендику- раздела двух рость света в ды» часто за- относительно омления пер – скорости о умолчанию, ворок, можно ически менее е будет попа- ажение, назы- и наоборот. ющими граня- еломляющим дящего лучей Краткий справочник по физике 2 A I R t = ⋅ ⋅ Δ или Δ , где R — сопротивление участка (Ом. Прохождение тока через проводник, обладающий сопротивлением, всегда сопровождается выделением теплоты. Если на участке цепи не совершается механическая работа и ток не производит химического или иного действия, то A = Q, где Q — количество теплоты, выделяемое проводником стоком (Дж. Закон Джоуля-Ленца. Количество теплоты, выделяемое проводником стоком, равно произведению квадрата силы тока I, сопротивления R и времени Δt прохождения тока по проводнику 2 Q I R t = ⋅ ⋅ Δ . Мощность тока в нагрузке равна работе, которая совершается током за единицу времени A P t = Δ , где Δt — время прохождения тока. Обозначается буквой P, измеряется в ваттах (Вт. • Так как A U I t = ⋅ ⋅ Δ , а U I R = , то мощность тока можно также найти, если известны любые две величины из трех , , I U R : 2 , P U I P I R = ⋅ = ⋅ или 2 U P R = В источнике тока следует непрерывно разделять электрические заряды противоположных знаков, которые под действием сил Кулона стремятся соединиться. Для этой цели необходимы силы иной природы Сторонние силы – это силы неэлектростатической природы (отличные от кулоновских, действующие на свободные заряды. Электродвижущая сила ЭДС) – скалярная физическая величина, численно равна работе сторонних сил А ст по перемещению единичного положительного (пробного) заряда по замкнутой цепи ст, где q — величина перемещаемого заряда. Обозначается буквой E (ЭДС, измеряется в вольтах (В. Закон Ома для полной цепи. Сила тока I в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС E источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи R 0 : 0 I R R r = = + E E , где R — внешнее сопротивление цепи r — сопротивление источника. Мощность, выделяемая на внешнем участке цепи, называется полезной мощностью. Она равна пол R = ⋅ . Мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника, называется теряемой мощностью. Она равна тер r = ⋅ . Полная мощность источника тока равна Р = Р пол + Р тер или P I = ⋅E, . Коэффициент полезного действия (КПД) источника тока определяется как отношение полезной мощности к полной пол r η = ⋅ = ⋅ + , где R — внешнее сопротивление цепи r — сопротивление источника тока. 20 4. Электрический ток в металлах, электролитах, полупроводниках, газах и вакууме. Электрический ток в металлах – направление (упорядоченное) движение свободных электронов. Газы в естественном состоянии не проводят электричества. Проводниками могут быть только ионизированные газы, в которых содержатся электроны, положительные и отрицательные ионы. Ионизация – процесс присоединения захвата) или отделения (отрыва) электронов от нейтральных атомов и молекул. Явление прохождения электрического тока через газ называется газовым разрядом. Плазма – агрегатное состояние вещества, характеризующееся высокой степенью ионизации его частиц, причем концентрации положительно и отрицательно заряженных частиц приблизительно равны. Вакуум – состояние газа при давлении меньше атмосферного. Поскольку в вакууме нет свободных носителей заряда, то он является идеальным диэлектриком. Для того чтобы в вакууме мог проходить электрический ток, в нем, при помощи термоэлектронной эмиссии, создают некоторую концентрацию свободных электронов. Термоэлектронной эмиссией называется испускание электронов вещества при его нагревании. Для того чтобы жидкость проводила электрический ток, необходимо, чтобы произошла электролитическая диссоциация, те. распад молекул вещества на ионы при растворении его в жидкости. Раствор при этом называют электролитом. Электрическим током в жидкости называется направленное движение ионов под действием приложенного электрического поля. Прохождение тока через электролит сопровождается химическими реакциями на электродах, что приводит к выделению на них химических элементов, входящих в состав электролита. Это явление получило название электролиза. Электрический ток в полупроводниках – это направленное движение электронов из зоны проводимости и дырок из валентной зоны. Такая проводимость полупроводника называется собственной. Добавка специальных примесей создает проводимость преимущественно электронного или дырочного типа. Полупроводники получили название типа в случае дырочной проводимости и типа – в случае электронной. Магнитное поле. Электромагнитная индукция 1. Постоянные магниты. Взаимодействие магнитов. Магнитное поле. Индукция магнитного поля. Графическое изображение магнитных полей. Принцип суперпозиции магнитных полей. Уже в VI в. Дон. э. было известно, что некоторые руды обладают способностью притягиваться друг к другу и притягивать на расстоянии железные предметы. Они получили названия магнитов (естественных магнитов. Магниты имеют два полюса — северный и южный. Одноименные магнитные полюсы отталкиваются, разноименные — притягиваются. Вокруг любого магнита существует магнитное поле. Действие одного точника. Например, Скорость волн = υ = λ ⋅ ν Электромагнитно среде стечением врем ной волной. Электром • Скорость радиов другой среде c υ = ε , среде (мс c – скорос трическая проницаем стоянная; 0 μ – магнитн Скорость распрос |