Билет № 1. Механическое движение. Путь. Скорость, Ускорение

Ответы на экзаменационные билеты по физике. 9 класс

Билет № 2. Явление инерции. Первый закон Ньютона. Сила и сложение сил.

Второй закон Ньютона

Закон инерции был сформирован Г. Галилеем. Он гласит: Явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел называется инерцией. Например, человек едет в автобусе. Если автобус резко останавливается, человек продолжает двигаться по инерции вперед.

Ньютон в своем первом законе вводит понятие инерциальных систем отсчета: существуют такие системы отсчета, относительно которых тела сохраняют свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела, или действия других тел скомпенсированы. Такие системы отсчета называются инерциальными. К ним относятся системы отсчета, связанные с Землей, а также с любым телом, движущимся равномерно и прямолинейно относительно Земли.

Системы отсчета, где закон инерции не выполняется - неинерциальные.

На Земле нет тел, на которые не действовали бы никакие другие тела, причем это действие взаимное. Для характеристики взаимодействий вводится физическая величина – сила.

Сила — векторная физическая величина, которая является мерой взаимодействия тел. Обозначается буквой F и измеряется в ньютонах (Н).

В природе существует 4 типа взаимодействий: гравитационное -характеризуется силой тяготения (частный случай – сила тяжести); электромагнитное- в механике характеризуется силами упругости, трения; сильное и слабое.

Сила, которая производит на тело такое же действие, как несколько одновременно действующих сил, называется равнодействующей этих сил. Она определяется через векторную сумму всех сил, действующих на тело.

Равнодействующая сил, направленных по одной прямой в одну сторону, направлена в ту же сторону, а ее модуль равен сумме модулей составляющих сил.

Равнодействующая сил, направленных по одной прямой в противоположные стороны, направлена в сторону большей по модулю силы, а ее модуль равен разности модулей составляющих сил.

Чем больше равнодействующая приложенных к телу сил, тем большее ускорение получит тело. При уменьшении силы в два раза, ускорение тоже уменьшается в два раза. При увеличении массы тела в два раза, ускорение уменьшается в два раза.

2 закон Ньютона устанавливает связь между силой, действующей на тело и его ускорением: ускорение, сообщаемое телу, прямо пропорционально приложенной к этому телу силе, в результате действия которой возникает ускорение, и обратно пропорционально массе тела.

Масса в этом случае выступает мерой инертности тел. Чем больше масса, тем труднее изменить скорость тела, тем больше требуется для этого времени.

Математически второй закон Ньютона выражается формулой:

Следствия 2 закона Ньютона:

1. Ускорение и сила, вызвавшая его всегда сонаправлены.

2. Если на тело действует несколько сил, тогда ускорение прямо пропорционально равнодействующей всех сил, действующих на тело.

3. Сила, вызвавшая появление ускорения может быть любой природы: гравитационная, электромагнитная и т.д.

 

Билет № 12. Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение. Примеры теплопередачи в природе и технике.

Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом называется теплопередачей. Теплопередача бывает трех видов: теплопроводность, конвекция, излучение.

Перенос энергии от более нагретых тел или участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия частиц, называется теплопроводностью. Например, если металлический стержень нагревать с одного конца, то постепенно нагреется весь стержень.

Различные вещества обладают разной теплопроводностью. Это связано, прежде всего, с различием сил взаимодействия между частицами. Так твердые тела обладают хорошей теплопроводностью, а газы - плохой. Плохой теплопроводностью обладают и пористые вещества, так как в порах находится воздух.

При конвекции энергия переносится потоками жидкости или газа. При нагревании плотность вещества уменьшается. Нагретая жидкость или газ выталкиваются силой Архимеда, действующей со стороны менее нагретых слоев. И теплопроводность и конвекция могут протекать только в веществе.

Излучение — процесс передачи энергии электромагнитными волнами. Это единственный способ переноса энергии, который может осуществляться в вакууме.

Излучают энергию все тела, температура которых больше температуры окружающей среды. При этом больше всего поглощают энергию темные тела, серебристые – хорошо отражают.

Примеры теплопередачи в природе и технике:

1.Ветры. Все ветры в атмосфере представляют собой конвекционные потоки огромного масштаба. Конвекцией объясняются, например, ветры бризы, возникающие на берегах морей. В летние дни суша прогревается излучением от солнца быстрее, чем вода, поэтому и воздух над сушей нагревается больше, чем над водой, его плотность уменьшается и давление становится меньше давления более холодного воздуха над морем. В результате, как в сообщающихся сосудах, холодный воздух понизу с моря перемещается к берегу — дует ветер.

2. Тяга. Для создания тяги над топкой, например в котельных установках фабрик, заводов, электростанций, устанавливают трубу. При горении топлива воздух в ней нагревается. Значит, давление воздуха, находящегося в топке и трубе, становится меньше давления наружного воздуха. Вследствие разницы давлений холодный воздух поступает в топку, а теплый поднимается вверх — образуется тяга. Чем выше труба, сооруженная над топкой, тем больше разница давлений наружного воздуха и воздуха в трубе. Поэтому тяга усиливается при увеличении высоты трубы.

3. Отопление и охлаждение жилых помещений. Нагревание и охлаждение воздуха в помещениях основано на конвекции. Охлаждающие устройства целесообразно располагать наверху, ближе к потолку, чтобы осуществлялась естественная конвекция. Ведь холодный воздух имеет большую плотность, чем теплый, и поэтому будет опускаться.

Обогревательные приборы располагают внизу. Во многих современных больших домах устраивают водяное отопление. Циркуляция воды в нем и прогревание воздуха в помещении происходят за счет конвекции.

4. Теплопередача и растительный мир. В ясные, безоблачные ночи почва сильно охлаждается - излучение от почвы беспрепятственно уходит в пространство. В такие ночи ранней весной возможны заморозки на почве. Если же погода облачная, то облака закрывают Землю и играют роль своеобразных экранов, защищающих почву от потери энергии путем излучения.

Одним из средств повышения температуры участка почвы и припочвенного воздуха служат теплицы. Участок почвы покрывают стеклянными рамами или прозрачными пленками. Стекло хорошо пропускает видимое солнечное излучение, которое, попадая на темную почву, нагревает ее, но хуже пропускает невидимое излучение, испускаемое нагретой поверхностью Земли. Кроме того, стекло (или пленка) препятствует движению теплого воздуха вверх, т. е. осуществлению конвекции. Таким образом, внутри теплиц температура выше, чем на незащищенном грунте.

5. Чтобы сохранить горячей воду, пищу или предохранить лед или мороженое от таяния, пользуются термосом. Он состоит из стеклянного сосуда с двойными стенками. Внутренняя поверхность стенок покрыта блестящим металлическим слоем, а из пространства между стенками сосуда выкачан воздух. Лишенное воздуха пространство между стенками обладает плохой теплопроводностью, блестящий слой, вследствие отражения, препятствует передаче энергии излучением. Чтобы защитить стекло от повреждений, термос помещают в картонный или металлический футляр. Сосуд закупоривают пробкой, а сверху футляра навинчивают колпачок, который предотвращает перенос энергии конвекционными потоками.

Билет №24. Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома. Состав атомного ядра. Ядерные реакции.

В 1903г. Томсон предложил модель строения атома, в которой весь положительный заряд равномерно распределен по объему атома. В 1911 Резерфорд провел опыт, результаты которого опровергли теорию Томсона. Для опытов Резерфорд использовал свинцовый сосуд с радиоактивным веществом, излучающим α - частицы. Из этого сосуда α-частицы вылетают через узкий канал.

Поскольку α-частицы непосредственно увидеть невозможно, то для их обнаружения служит стеклянный экран, покрытый тонким слоем специального вещества, благодаря чему в местах попадания в экран α-частиц возникают вспышки, которые наблюдаются с помощью микроскопа. Вся эта установка помещается в сосуд, из которого откачан воздух (чтобы устранить рассеяние α-частиц за счет их столкновений с молекулами воздуха).

Если на пути α-частиц нет никаких препятствий, то они падают на экран узким, слегка расширяющимся пучком. Если же на пути α-частиц поместить тонкую фольгу из исследуемого металла, то при взаимодействии с веществом α-частицы рассеиваются по всем направлениям на разные углы β. Некоторое число частиц рассеивалось на углы, близкие к 90°, а единичные частицы - на углы порядка 180°. Резерфорд пришел к выводу, что столь сильное отклонение α-частиц возможно только в том случае, если внутри атома положительный заряд сконцентрирован в очень малом объеме (по сравнению с объемом атома).

На основании этих опытов Резерфорд предположил, что в центре атома находится заряженное положительным зарядом ядро атома. На большом расстоянии от него (по сравнению с его размерами) в атоме находятся электроны. Они притягиваются, но не приближаются вплотную к ядру, потому что быстро движутся вокруг него.

В состав ядра входят положительно заряженные протоны. Каждый протон имеет массу, в 1840 раз большую, чем масса электрона, заряд протона положителен, равен по абсолютному значению заряду электрона. Кроме протонов, в ядрах атомов содержатся нейтроны. Масса нейтрона немного больше массы протона, заряд равен нулю.

В 1903 г. Эрнест Резерфорд и его сотрудник, Фреде­рик Содди,обнаружили, что радиоактивный элемент радий в про­цессе α-распада пре­вращается в другой химический элемент - радон.

Радий и радон - это совершенно разные вещества, они отлича­ются по своим физическим и химическим свойствам. Радий - ме­талл, при обычных условиях он находится в твердом состоянии, а радон - инертный газ. Эти химические элементы занимают разные клетки в таблице Д. И. Менделеева. Их атомы отличаются массой, зарядом ядра, числом электронов в электронной оболочке. Они по-разному вступают в химические реакции.

Дальнейшие опыты с различными радиоактивными препаратами показали, что не только при α-распаде, но и при β-распаде про­исходит превращение одного химического элемента в другой.

После того как в 1911 г. Резерфордом была предложена ядерная мо­дель атома, стало очевидным, что именно ядро претерпевает изме­нения при радиоактивных превращениях. Если бы изменения затрагивали только электронную оболочку атома, то при этом атом превра­щался бы в ион того же самого химического элемента, а не в атом другого элемента. Похожая ситуация происходит и при взаимодействии ядер с частицами или друг с другом.

Превращения атомных ядер, вызванные их взаимодействиями с различными частицами или друг с другом, называют ядерными реакциями.

В процессе ядерных реакций вы­полняются законы сохранения массового числа и заряда.

Одни ядерные реакции протекают с выделением энергии, другие с поглощением. Примером ядерных реакций является цепная реакция деления урана, реакции термоядерного синтеза.

Так, благодаря реакции термоядерного синтеза (), Солнце выделяет огромное количество энергии, что позволяет существовать жизни на Земле.

 

 

Ответы на экзаменационные билеты по физике. 9 класс

Билет № 1. Механическое движение. Путь. Скорость, Ускорение

Механическое движение — изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени.

По характеру изменения положений точек тела, механическое движение делится на поступательное и вращательное. К поступательному движению относятся движения, при которых все точки тела движутся одинаково.

По виду траектории, механическое движение делится на прямолинейное и криволинейное.

По характеру изменения скорости: на равномерное, равноускоренное и ускоренное. Равномерным называется движение, при котором скорость тела остается постоянной и по направлению, и по модулю во все время движения. Равноускоренным называется движение, при котором скорость тела изменяется одинаково за единицу времени.

Для описания механического движения используются различные характеристики.

1. Материальная точка – это тело, имеющее массу, размерами которого можно пренебречь в условиях данной задачи. Например, автомобиль, движущийся по трассе можно считать материальной точкой. Тот же автомобиль, въезжающий в гараж материальной точкой считать нельзя.

2. Траектория - это линия, вдоль которой движется тело.

3. Путь — длина траектории, по которой движется тело в течение некоторого времени. Обозначается буквой S и измеряется в метрах (м).

4. Скорость — это физическая величина, характеризующая быстроту изменения координаты тела.

Скорость обозначается буквой υ и измеряется в метрах в секунду (м/с). Скорость бывает средняя, мгновенная и относительная.

Средняя скорость - скалярная физическая величина, равная отношению всего пути, пройденного телом, ко времени движения тела. Рассчитывается:

 

Мгновенная скорость – это скорость в данный момент времени или в данной точке траектории. Определяет как быстроту движения, так и его направление в данный момент времени. Мгновенная скорость равна отношению перемещения тела за очень малый промежуток времени, к величине этого времени. Рассчитывается
Относительная скорость – это скорость тела в подвижной системе отсчета.

Она рассчитывается: , где υ_отн – скорость относительно движущегося тела, υ_со – скорость тела, являющегося подвижной системой отсчета;

υ – скорость тела относительно Земли.

Если в процессе движения меняется скорость, для характеристики движения используется физическая величина – ускорение.

5. Ускорение при равноускоренном движении — это векторная физическая величина, равная отношению изменения скорости к промежутку времени, за которое это изменение произошло. Определяет быстроту изменения скорости по модулю и направлению. Обозначается буквой а и измеряется в метрах в секунду в квадрате (м/ с²). Рассчитывается по формуле:

 

Для характеристики механического движения также используются графики.