Свет как электромагнитная волна. Интерференция и дифракция света.

Билет № 1

1. Относительность механического движения. Системы отсчета.

Механическое движение относительно, т.е. движение одного и того же тела в разных системах отсчёта выглядит по разному.

Система отсчета.

Для решения основной задачи кинематики нужно выбрать систему отсчета.

Система отсчёта – это тело отсчета, связанная с ним система координат и часы.

Телом отсчета называется тело, относительно которого рассматривается движение других тел.

Если тело движется по прямой линии, то нужна одномерная система отсчёта, т. е. тело отсчета и связанная с ним ось ОХ.

Если тело движется по плоскости, то нужна двумерная система отсчёта, т. е. тело отсчета и связанные с ним ось ОХ и ось ОУ.

Если тело движется в пространстве, то нужна трехмерная система отсчёта, т. е. тело отсчета и связанные с ним ось ОХ, ОУ и ОZ.

Путь относителен, т.е. путь пройденный одним и тем же телом в разных системах отсчёта различен.

Перемещение относительно, т.е. перемещение одного и того же тела в разных системах отсчёта различно.

Траектория относительна, т.е. траектория одного и того же тела в разных системах отсчёта выглядит по разному.

Скорость относительна, т.е. скорость одного и того же тела в разных системах отсчёта различна.

Пусть тело участвует одновременно в двух движениях.

Обозначим: V_соб – собственная скорость, т. е. скорость тела относительно подвижной системы отсчёта.

V_пер. – переносная скорость, т. е. скорость подвижной системы отсчёта относительно неподвижной.

V_абс.- абсолютная скорость, т. е. скорость тела относительно неподвижной системы отсчёта.

Тогда: V_абс.= V_соб.+ V_пер. – абсолютная скорость тела равна геометрической сумме собственной скорости и переносной скорости.

Билет №2

Билет №3

Билет №4

Первый закон термодинамики.

Мерой переданной энергии при теплопередаче яв­ляется количество теплоты (Q). Cпособы теплопередачи количественно объединены в за­кон сохранения энергии, который для тепловых про­цессов читается так. Изменение внутренней энергии замкнутой системы равно сумме количества теп­лоты, переданной системе, и работы, внешних сил, совершенной над системой. D U= Q + А, где D U— изменение внутренней энергии, Q — количество теп­лоты, переданной системе, А — работа внешних сил. Если система сама совершает работу, то ее условно обозначают А'. Тогда закон сохранения энергии для тепловых процессов, который называется первым за­коном термодинамики, можно записать так: Q = Α' + D U, т. е. количество теплоты, переданное систе­ме, идет на совершение системой работы и измене­ние ее внутренней энергии.

Рассмотрим применение первого закона тер­модинамики к изопроцессам, происходящим с иде­альным газом.

В изотермическом процессе температура по­стоянная, следовательно, внутренняя энергия не ме­няется. Тогда уравнение первого закона термодина­мики примет вид: Q = А', т. е. количество теплоты, переданное системе, идет на совершение работы при изотермическом расширении, именно поэтому темпе­ратура не изменяется.

В изобарном процессе газ расширяется и ко­личество теплоты, переданное газу, идет на увеличе­ние его внутренней энергии и на совершение им ра­боты: Q = D U + А'.

При изохорном процессе газ не меняет своего объема, следовательно, работа им не совершается, т. е., А = О, и уравнение первого закона имеет вид:Q = D U, т. е. переданное количество теплоты идет на увеличение внутренней энергии газа.

Адиабатным называют процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой. Q = 0, следо­вательно, газ при расширении совершает работу за счет уменьшения его внутренней энергии, следова­тельно, газ охлаждается, Α' = D U. Кривая, изобра­жающая адиабатный процесс, называется адиабатой.

 

Колебательный контур.

Колебатель­ный контур — это система, состоящая из катушки индуктивности и конденсатора. Если кон­денсатор зарядить и замкнуть на катушку, то по ка­тушке потечет ток. Когда конденсатор разрядится, ток в цепи не прекратится из-за самоин­дукции в катушке. Индукционный ток, в соот­ветствии с правилом Ленца, будет течь в ту же сто­рону и перезарядит конденсатор. Ток в данном направлении прекратится, и процесс повто­рится в обратном направлении. Таким об­разом, в колебательном контуре будут происходить электромагнитные колебания из-за превращения энергии электрического поля конденсатора (Wэ = = CU²/2) в энергию магнитного поля катушки с то­ком (w_m = LI²/2) и наоборот.

Период электромагнитных колебаний в иде­альном колебательном контуре (т. е. в таком контуре, где нет потерь энергии) зависит от индуктивности катушки и емкости конденсатора и находится по формуле Томпсона Т = 2π√LC. Частота с периодом связана обратно пропорциональной зависимостью ν = 1/Т.

В реальном колебательном контуре свободные электромагнитные колебания будут затухающими из-за потерь энергии на нагревание проводов. Для практического применения важно получить незату­хающие электромагнитные колебания, а для этого необходимо колебательный контур пополнять элек­троэнергией, чтобы скомпенсировать потери энергии. Для получения незатухающих электромагнитных колебаний применяют генератор незатухающих ко­лебаний, который является примером автоколеба­тельной системы.

 

3. Решите задачу: найдите силу, действующую на провод длиной 10 см в однородном магнитном поле с индукцией 2,6 Тл, если ток в проводе 12 А, а угол между направлением тока и линиями магнитной индукции равен 30º.

Решение: на проводник с током в магнитном поле действует сила Ампера F_A = B*I* L* sin a. Подставляя данные, получаем численное значение силы 1,56 Н.

Билет №5

1. Механические колебания. Амплитуда, период, частота, фаза колебаний.

Механические колебания – это движение, повторяющееся с течением времени. Характерным признаком такого движения является периодичность. Свободные колебания – это колебания, происходящие за счёт энергии, сообщённой колебательной системе в начальный момент времени. Тело или система тел, в которой могут происходить свободные колебания, называется колебательной системой. Например: пружинный маятник – тело на пружине, совершающее колебания; нитяной маятник – это тело на нити, совершающее колебания.

Чтобы возникли свободные колебания необходимо:

1. Вывести тело из положения равновесия.

2. Наличие силы, возвращающей тело в положение равновесия.

3. Достаточно малое трение в системе.

При отклонении маятника от положения рав­новесия он поднимается на высоту h относительно нулевого уровня, следовательно, в точке А маятник обладает потенциальной энергией mgh. При движе­нии к положению равновесия, к точке О, уменьшает­ся высота до нуля, а скорость груза увеличивается, и в точке О вся потенциальная энергия mgh превратит­ся в кинетическую энергию mv ^г/2. В положении равновесия кинетическая энергия имеет максималь­ное значение, а потенциальная энергия минимальна. После прохождения положения равновесия происхо­дит превращение кинетической энергии в потенци­альную, скорость маятника уменьшается и при мак­симальном отклонении от положения равновесия становится равной нулю. При колебательном движе­нии всегда происходят периодические превращения его кинетической и потенциальной энергий. При свободных механических колебаниях не­избежно происходит потеря энергии на преодоление сил сопротивления. Если колебания происходят под действием периодически действующей внешней си­лы, то такие колебания называют вынужденными

Гармонические колебания.

Если х – координата, v – скорость, а – ускорение характеризующие движение, с течением времени

изменяются по закону синуса или косинуса, то колебания называются гармоническими.

х = х_m сos (ωt + φ₀) (1) или х = х_m sin (ωt + φ₀) (2) - уравнение координаты при гармонических

колебаниях

Основные характеристики колебаний.

Амплитуда – это то, что стоит до знака синуса или косинуса.

x_m = А – амплитуда координаты (максимальная координата) – максимального смещение тела

от положения равновесия. [x_m]_си = м.

Т – период колебаний – минимальное время через которое все начинает повторяться, т.е. за которое совершается одно полное колебание. [Т]_си = с.Т = t/N – период колебаний.

ν = 1/Т – частота колебаний – это величина обратная периоду, она показывает, сколько полных колебаний тело совершает одно полное колебание. [ ν ]_си = с^-1 = Гц (Герц).

ω – циклическая частота – это физическая величина, показывающая, сколько полных колебаний

тело совершило за 2π секунд. Тогда: ω = 2πνциклическая частота. [ω]_СИ = рад/с.

Фаза – это то, что стоит под знаком синуса или косинуса.φ = (ωt + φ₀) – фаза колебаний, показывает, где находится колеблющееся в любой момент времени при известной амплитуде. [φ]_СИ = рад.

Если t =0, то φ = φ_0. φ₀ – начальная фаза, показывает, где находится колеблющееся тело в начальный момент времени при известной амплитуде.

 

2. Индукция магнитного поля. Магнитный поток.

Си­ловой характеристикой магнитного поля называют магнитную индукцию (В ). Магнитная индукция — это векторная физическая величина, равная макси­мальной силе, действующей со стороны магнитного поля на единичный элемент тока. В = F/II. Единич­ный элемент тока — это проводник длиной 1 м и си­лой тока в нем 1 А. Единицей измерения магнитной индукции является тесла. 1 Тл = 1 Н/А • м.

Принцип суперпозиции магнитных полей.

Если магнитное поле в данной точке создано несколькими токами, то результирующий вектор индукции магнитного поля в этой точке равен сумме векторов индукции, созданных в этой точке каждым током в отдельности.

Магнитный поток.

Пусть замкнутый проводящий контур площадью S находится в магнитном поле индукцией В.

n – нормаль к площади, ограниченной контуром. Ф = В S Cos α – магнитный поток (поток вектора магнитной индукции) через площадь, ограниченную замкнутым контуром – это физическая величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь, ограниченную контуром и на косинус угла между вектором магнитной индукции и вектором, перпендикулярном к площади, ограниченной контуром.

[Ф]_си = Тл ∙м² = Вб (Вебер)

Ф = 5 Вб = 5Тл/ 1 м² - это значит, что площадка в 1м², перпендикулярная магнитному полю, находится в однородном магнитном поле, индукцией в 5 Тл.

Ф = Ф_мах, если Cos α = 1, т. е. α = 0⁰ т. е. контур перпендикулярен магнитному полю. Ф_мах = ВS

Ф = 0_, если Cos α = 0, т. е. α = 90⁰ т. е. контур параллелен магнитному полю.

О величине магнитного потока можно судить по числу линий магнитной индукции, пересекающих площадь, ограниченную замкнутым контуром. Чем больше линий, тем больше магнитный поток.

Магнитный поток будет меняться, если:

1. Ф ≠ 0, если В ≠ 0, т. е. можно контур поместить в переменное магнитное поле.
2. Ф ≠ 0, если S ≠ 0, т. е. можно контур поместить в постоянное магнитное поле, но менять площадь, ограниченную контуром.
3. Ф ≠ 0, если Cos α ≠ 0, т. е. можно контур поместить в постоянное магнитное поле, но менять угол между В и n, т. е. поворачивать или вращать контур.

3.Решите задачу: поверхность цинка освещают ультрафиолетовым светом, частота которого 1,5 · 10 ¹⁵ Гц. Определите кинетическую энергию фотоэлектронов, если работа выхода электронов равна 6 · 10 ^{– 19} Дж.

Решение: Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: hν=A_вых+Е_к. По условию ν=1,5.10¹⁵ Гц, A_вых=6.10^-19 Дж. Тогда, Е_к=3,9.10^-19 Дж.

Билет №6

1. Свободные и вынужденные колебания. Резонанс.

Свободные колебания – это колебания, происходящие за счёт энергии, сообщённой колебательной

системе в начальный момент времени.

Тело или система тел, в которой могут происходить свободные колебания, называется

колебательной системой. Например: пружинный маятник – тело на пружине, совершающее колебания; нитяной маятник – это тело на нити, совершающее колебания.

Чтобы возникли свободные колебания необходимо:

Вывести тело из положения равновесия.

Наличие силы, возвращающей тело в положение равновесия.

Достаточно малое трение в системе.

Затухающие колебания.

Свободные колебания являются затухающими, т. е. амплитуда колебаний с течением времени

становится меньше. Это происходит потому, что часть энергии, сообщенной системе в начальный момент времени, тратится на работу против силы трения.

Вынужденными, называются колебания, происходящие за счет внешней периодически изменяющейся силы. Вынужденные колебания являются незатухающим, т. к. за счет работы, совершаемой внешней силой над колебательной системой, к ней обеспечивается приток энергии.

Вынужденные колебания называются установившимися, если и их амплитуда и частота не изменяются.

Частота установившихся вынужденных колебаний равна частоте изменения внешней силы.

Рассмотрим вынужденные колебания в колебательной системе, т. е. в системе, которая сама может

совершать свободные колебания с частотой ν₀ (собственная частота).При этом амплитуда вынужденных колебаний будет зависеть от амплитуды вынуждающей силы и от соотношения собственной частоты колебательной системы ν₀ и частоты изменения внешней силы ν_вн. Амплитуда вынужденных колебаний достигнет максимального значения, когда частота изменения внешней силы станет равна собственной частоте колебательной системы, т. е. ν_вн.= ν_соб. – условие резонанса.

Резонансом называют резкое увеличение амплитуды вынужденных колебаний при совпадении

частоты изменения внешней силы с собственной частотой колебательной системы.

Явлении резонанса можно объяснить на основе закона сохранения энергии. При резонансе направ-

ление внешней силы в течении всего периода совпадает с направлением вектора скорости

колеблющегося тела. Поэтому в течении всего периода внешняя сила совершает положительную

работу, увеличивая при этом амплитуду колебания тела. Если частота внешней силы не равна собственной частоте системы, то внешняя сила в течении части периода совершает

положительную работу, увеличивая запас энергии в системе, а в течении другой части периода – отрицательную работу, уменьшая запас энергии в колебательной системе.

При резонансе наступают наиболее благоприятные условия передачи энергии от внешнего источника энергии в колебательную систему.

Вредный резонанс.

1. Дребезжание корпуса радиоприемника.

2. Вибрация работающих станков, двигателей (для уменьшения двигатели устанавливают на специальные резиновые амортизаторы).

3. Нельзя при прохождении мостов воинскими частями печатать шаг, чтобы не раскачать мост.

 

Билет №7

1. Механические волны. Свойства механических волн. Длина волны.

Среда называется упругой, если она состоит из частиц, взаимодействующих друг с другом.К таким средам относятся твердые тела, жидкости, газы и плазма. Если в упругой среде заставить совершать колебания одну (или несколько частиц), то это вызовет колебание соседних частиц,

т. е. колебание (возмущение) начнет распространяться в среде. Процесс распространения механических колебаний в упругой среде называют механической волной.

Основные свойства волн:

1. Волна не переносит вещество, но переносит энергию.

2. Волны имеют конечную скорость.

3. Механические волны не могут распространятся в вакууме.

4. В однородной среде волны распространяются прямолинейно.

5. Волны могут огибать препятствия (дифракция)

6. Волны могут отражаться от больших препятствий

7. Волны, встречаясь могут усиливать и ослаблять друг друга (интерференция)

Два вида волн: поперечные и продольные.

Если направление колебаний частиц среды перпендикулярно направлению распространения волны,

то такая волна называется поперечной. Такие волны возникают только в твердых телах, т. к. для их возникновения необходима деформация сдвига, которая происходит только в твердом теле.

Они возникают и на поверхности жидкостей за счет сил поверхностного натяжения.

Например: волна на поверхности воды.

Если направление колебаний частиц среды совпадает с направлением распространения волны,

то такая волна называется продольной. Такие волны возникают во всех упругих средах, т к. для их возникновения необходима деформация растяжения и сжатия, которая происходит во всех упругих средах. Скорость распространения продольных волн в твердых телах больше, чем

поперечных. Это используют для определения эпицентра землетрясений. Сначала на сейсмостанцию приходит продольная волна, а потом поперечная. По времени запаздывания определяют расстояние

до эпицентра.

Основные характеристики волн:

1. Т – период волны – время, за которое данная частица среды совершит одно полное колебание.

2. ν = 1/Т – частота волны, показывает сколько полных колебаний совершит данная частица

среды за 1 секунду.

3. λ – длина волны – это расстояние, которое волна проходит за время, равное периоду или расстояние между ближайшими точками волны, в которых частицы колеблются синфазно.

v = λ/T = λν – скорость волны.

При переходе волны из одной среды в другую меняется её длина, скорость, а частота волны остаётся неизменной.

 

Билет №8

Билет №9

Билет №10

Билет №11

1. Модель строения жидкости. Насыщенные и ненасыщенные пары.

В жидкостях молекулы колеблются около положения равновесия (время оседлой жизни 10^-11с), а потом скачкообразно переходят в другое место. Поэтому жидкость течет, а значит, не имеет формы, и принимает форму сосуда, в который её наливают. Если на жидкость действует внешняя сила, то перескоки молекул происходят преимущественно в направлении действия этой силы. Расстояние между молекулами примерно равны диаметру молекулы, силы отталкивания значительны, поэтому жидкости практически не сжимаемы. Порядка в расположении молекул нет.

Испарение — парообразование, происходящее при любой температуре со свободной поверхности жидкости. Неравномерное распределение кинети­ческой энергии теплового движения молекул приво­дит к тому, что при любой температуре кинетическая энергия некоторых молекул жидкости или твердого тела может превышать потенциальную энергию их связи с другими молекулами. Большей кинетической энергией обладают молекулы, имеющие большую скорость, а температура тела зависит от скорости движения его молекул, следовательно, испарение со­провождается охлаждением жидкости. Скорость ис­парения зависит: от площади открытой поверхности, температуры, концентрации молекул вблизи жид­кости. Конденсация — процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое. Испарение жидкости в закрытом сосуде при неизменной температуре приводит к постепенному увеличению концентрации молекул испаряющегося вещества в газообразном состоянии. Через некоторое время после начала испарения концентрация вещест­ва в газообразном состоянии достигнет такого значе­ния, при котором число молекул, возвращающихся в жидкость, становится равным числу молекул, поки­дающих жидкость за то же время. Устанавливается динамическое равновесие между процессами испа­рения и конденсации вещества. Вещество в газооб­разном состоянии, находящееся в динамическом равновесии с жидкостью, называют насыщенным паром. (Паром называют совокупность молекул, по­кинувших жидкость в процессе испарения.) Пар, на­ходящийся при давлении ниже насыщенного, назы­вают ненасыщенным.

Вследствие постоянного испарения воды с по­верхностей водоемов, почвы и растительного покрова, а также дыхания человека и животных в атмосфере всегда содержится водяной пар. Поэтому атмосфер­ное давление представляет собой сумму давления су­хого воздуха и находящегося в нем водяного пара. Давление водяного пара будет максимальным при насыщении воздуха паром. Насыщенный пар в отли­чие от ненасыщенного не подчиняется законам иде­ального газа.

 

Билет №12

Гипотеза Планка о квантах. Фотон.

В 1900 г. немецкий физик Макс Планк выска­зал гипотезу: свет излучается и поглощается

отдель­ными порциями — квантами (или фотонами). Энер­гия каждого фотона определяется

формулой Е = h ν, где h — постоянная Планка, равная 6,63 • 10^-34 Дж • с, ν — частота света.

Гипотеза Планка объяснила мно­гие явления: в частности, явление фотоэффекта, от­крытого в 1887 г. немецким ученым Генрихом Гер­цем и изученного экспериментально русским ученым

А. Г. Столетовым. Альберт Эйнштейн в 1905 г.развил идеи Планка:свет не только излучается и поглощается, но и существует в виде отдельных квантов.

Световые кванты Эйнштейн назвал фотонами.

Свет это поток частиц материи - фотонов, распространяющихся в вакууме со скоростью

с=3*108м/с. Развитие гипотезы Планка привело к созданию представлений о квантовых свойствах

света.

Основные положения квантовой теории света:

1) свет может излучаться, распространяться и поглощаться только отдельными порциями – квантами - фотонами;

2) энергия кванта зависит от частоты света и определяется формулой Планка

3) интенсивность света зависит от плотности потока фотонов и их энергии;

4) при взаимодействии света с веществом квант – фотон может поглотиться целиком или отразиться целиком,

поэтому в природе нет дробных квантов;

5) процесс поглощения энергии кванта - фотона веществом происходит мгновенно.

3.Решите задачу: найдите работу газа при изобарном расширении его от 0,1 м³ до 0,4 м³ при давлении 500 кПа.

Решение: при изобарном расширении работа, совершаемая газом, вычисляется по формуле

A=PDV. Подставляя данные задачи, получаем А=150 кДж.

 

Билет №13

Билет №14

Билет №15

Билет №16

Билет №17

Билет №18

Билет №19

Билет №20

Билет №21

Билет №22

Сила тяжести. Невесомость.

Сила, с которой тело притягиваются к Земле, называется силой тяжести.

Fт – сила тяжести. Она направлена вертикально вниз. Точка приложения силы тяжести находится в центре тела.

g = 9,8 Н/кг – коэффициент пропорциональности, показывающий, что на тело массой 1 кг действует сила тяжести равная 9,8 Н

F_Т = mg – модуль силы тяжести, где m – масса тела.

Отсюда видим, что сила тяжести прямо пропорциональна массе тела.

Сила тяжести, действующая на данное тело зависит:

1. От высоты тела над поверхностью Земли. Если тело поднять на некоторую высоту, то сила тяжести уменьшится.

2. От местоположения на Земле. Вследствие вращения Земли она сплюснута у полюсов. Тело находится ближе к центру Земли и g больше, поэтому на полюсах сила тяжести больше чем на экваторе.

Весом тела называют силу, с которой тело давит на опору или подвес в результате грави­тационного притяжения к планете. Вес тела обозначается Р. Единица измерения веса — 1 Н. Так как вес равен силе, с которой тело действует на опо­ру, то в соответствии с третьим законом Ньютона по величине вес тела равен силе реакции опоры. Поэтому, чтобы найти вес тела, необходимо найти, чему равна сила реакции опоры.

Рассмотрим случай, когда тело вместе с опорой не движется. В этом случае сила реакции опоры, а следова­тельно, и вес тела равен силе тяжести: р = N = mg.

Если тело вместе с опорой движется вниз по вертикали, то Р = m(g - а), т. е. вес при движении по вертикали с ускорением будет меньше силы тяжести.

Если тело свободно падает, в этом случае Р = (g - g)m = 0.

Состояние тела, в котором его вес равен нулю, называют невесомостью.

 

3.Решите задачу: фотоэлектроны вылетают из лития со скоростью 10 ⁵ м/с. Работа выхода электрона из металла равна 0,38 · 10 ^{– 18} Дж. Определите частоту волны.

Решение: из закона фотоэффекта hv= mv²/2 + А_вых,, учитывая постоянную Планка h = 6,62 • 10^-34 Дж • с, массу электрона m=9,1.10^{-31 кг, получаем для частоты 5,8.1014} Гц.

 

Билет №23

Билет №24

Билет №25

Изопропессы.

Изопроцессом называют процесс, происходя­щий с данной массой газа при одном постоянном па­раметре — температуре, давлении или объеме. Из уравнения состояния как частные случаи получаются законы для изопроцессов.

Изотермическим называют процесс, проте­кающий при постоянной температуре. Т = const. Он описывается законом Бойля-Мариотта. pV = const.

Изохорным называют процесс, протекающий при постоянном объеме. Для него справедлив закон Шарля. V = const. p/T = const.

Изобарным называют процесс, протекающий при постоянном давлении. Уравнение этого процесса имеет вид V/T == const при р = const и называется за­коном Гей-Люссака. Все процессы можно изобразить графически.

 

3.Решите задачу: определите показатель преломления скипидара, если известно, что при угле

падения 45º угол преломления равен 30º.

Решение: по закону преломления света sin45⁰/sin30⁰=n. Подставляя значения и вычисляя, получаем относительный показатель преломления скипидара 1.414.

 

Билет №26

1. Уравнение состояния идеального газа. (Уравнение Менделеева- Клапейрона).

Состояние данной массы полностью определе­но, если известны давление, температура и объем га­за. Эти величины называют параметрами состояния газа. Уравнение, связывающее параметры состояния, называют уравнением состояния.

Для произвольной массы газа единичное со­стояние газа описывается уравнением Менделеева— Клапейрона: pV = mRT/M, где р — давление, V — объем, т — масса, М — молярная масса, R — уни­версальная газовая постоянная. Физический смысл универсальной газовой постоянной в том, что она по­казывает, какую работу совершает один моль иде­ального газа при изобарном расширении при нагре­вании на 1 К (R = 8,31 Дж/моль • К).

Уравнение Менделеева—Клапейрона показы­вает, что возможно одновременно изменение пяти параметров, характеризующих состояние идеального газа. Однако многие процессы в газах, происходящие в природе и осуществляемые в технике, можно рас­сматривать приближенно как процессы, в которых изменяются лишь два параметра из пяти. Особую роль в физике и технике играют три процесса: изо­термический, изохорический и изобарный.

Реальные газы удовлетворяют уравнению со­стояния идеального газа при не слишком высоких давлениях (пока собственный объем молекул прене­брежительно мал по сравнению с объемом сосуда, в котором находится газ) и при не слишком низких температурах (пока потенциальной энергией межмо­лекулярного взаимодействия можно пренебречь по сравнению с кинетической энергией теплового дви­жения молекул), т. е. для реального газа это уравнение и его следствия являются хорошим приближением.

Билет №27

 

Билет №28

Билет №29

Билет №30

Работа и мощность.

Пусть постоянная сила F перемещает тело. S – модуль перемещение тела. α – угол между вектором силы и вектором перемещения.

Механическая работа – это физическая величина равная произведению модуля силы на модуль перемещения и на косинус угла между вектором силы и вектором перемещения.

A = F S COS α.

Работа величина скалярная. [А] = Н. м = Дж.

Если к телу приложено несколько сил, то каждая из них совершает работу и тогда общая работа (работа равнодействующей силы) равна сумме работ, совершенных каждой силой в отдельности. Силы, работа которых на замкнутой траектории равна нулю, называются консервативными силами (сила тяжести, сила упругости).

Работу, совершенную в этой системе консервативными силами, можно найти, используя теорему о кинетической и потенциальной энергиях.

А = ∆Е_к - теорема о кинетической энергии.

А = - ∆Е_р - теорема о потенциальной энергии.

∆Е_к = - ∆Е_р, т.е. на сколько увеличивается кинетическая энергия тел, на столько же уменьшается их потенциальная энергия.

Если на тело действуют внешние силы, т. е. система не замкнута, то А_внеш. = Е₂ – Е₁- работа внешней силы равна изменению полной механической энергии системы тел.

Сила упругости переменная сила.

А_Fy = - ∆ Ер- работа силы упругости равна изменению потенциальной энергии упруго деформированного тела со знаком минус – теорема о потенциальной энергии.

Минус показывает, что если потенциальная энергия тела уменьшается, то сила упругости совершает положительную работу.

Потенциальная энергия показывает какую работу совершает сила упругости при переводе тела(пружины) в недеформированное состояние.

A = ∆Ек – работа равнодействующей силы равна изменению кинетической энергии тела – теорема о кинетической энергии.

Если работа силы положительна, то кинетическая энергия увеличивается. Если работа силы отрицательна, то кинетическая энергия уменьшается, например работа силы трения всегда отрицательна.

А_Fт = - ∆Ep - работа силы тяжести равна изменению потенциальной энергии тела со знаком минус – теорема о потенциальной энергии.

Минус показывает, что сила тяжести совершает положительную работу, если потенциальная энергия тела уменьшается.

Если тело окажется на нулевом уровне, то А_Fт = mgh₁, т. е. потенциальная энергия тела равна той работе, которую совершает сила тяжести перемещая тело на нулевой уровень.

Одну и туже работу можно совершить за разное время.

Мощность – это физическая величина показывающая какую работу совершает сила в единицу времени.

N = A/t – мощность. [N] = Дж/с =Вт (Ватт)

Закон Всемирного тяготения

Исаак Ньютон выдвинул предположение, что между любыми телами в природе существуют силы взаимного притяжения. Эти силы называют силами гравитации, или силами всемирного тяготения. Ньютон обобщил за­коны движения небесных тел и выяснил, что F = G(m₁*m₂)/R², где G — коэффициент пропорциональности, называется гравитационной постоянной.

В резуль­тате закон всемирного тяготения звучит так: между любыми материальными точками существует сила взаимного притяжения, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними, действующая по линии, соединяющей эти точки.

Численное зна­чение: G = 6,67 • 10^-11 Н • м²/кг². Силы всемирного тя­готения действуют между любыми телами в природе, но ощутимыми они становятся при больших массах (или хотя бы масса одного из тел велика).

3.Решите задачу: какую работу совершает углекислый газ (СО₂) массой 0,2 кг при изобарном нагревании на 88 К?

Решение: при изобарном нагревании газ совершает работу A=pDV=(m/M)RDT. Подставляя численные значения с учётом M=M₀10^-3кг/моль, R=8,31 Дж/моль К, получаем численное значение работы А=3,18 кДж.

 

Билет №31

 

1. Строение атома: планетарная модель и модель Бора.

Рассеяние отдельных α-частиц на большие углы Резерфорд объяснил тем, что положительный заряд в атоме не распределен равномерно в шаре радиусом 10^-10 м, а сосредоточен в центральной части атома (атомном ядре) в области значительно меньших размеров. Резерфорд предположил, что атом устроен подобно планетарной системе. Как вокруг Солнца на больших расстояниях от него обращаются планеты, так электроны в атоме обращаются вокруг атомного ядра. Радиус круговой орбиты самого далекого от ядра электрона и есть радиус атома. Такая модель атома была названа планетарной моделью. Все стационарные состояния, кроме одного, являются стационарными лишь условно. Бесконечно долго каждый атом может находиться лишь в стационарном состоянии с минимальным запасом энергии. Это состояние атома называется основным. Все остальные стационарные состояния атома называются возбужденными. Планетарная модель атома, созданная Резерфордом, не объясняла, почему вращающиеся вокруг ядра электроны не излучают энергию и не падают на атомные ядра. Большое значение в развитии представлений о строении атома сыграла модель Н. Бора, которая представляла собой введение квантовых условий в модель Резерфорда, построенную на основе классических представлений. В 1913 г. Н. Бор сформулировал свои знаменитые постулаты.

 

Датский физик Нильс Бор (1885-1962) обосновал планетарную модель атома Резерфорда. Свои представления об особых свойствах атомов (устойчивости атома и спектральных закономерностей его излучения) Бор сформулировал в виде постулатов следующего содержания:

1. Электрон в атоме может находиться только в определенных устойчивых состояниях, называемых стационарными или квантовыми, каждому из которых соответствует определенная энергия E_n. В этих состояниях атом не излучает электромагнитных волн.
2. При переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается квант энергии Δ E = hν.
   Излучение фотона происходит при переходе атома из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией. При обратном переходе происходит поглощение кванта энергии: hν = E_n - E_m, где n и m – номера состояний.

Все стационарные состояния, кроме одного, являются стационарными лишь условно. Бесконечно долго каждый атом может находиться лишь в стационарном состоянии с минимальным запасом энергии. Это состояние атома называется основным. Все остальные стационарные состояния атома называются возбужденными. Таким образом, для каждого атома имеется ряд строго определенных дискретных значений энергии, которыми он может обладать.

Состояние атома, при котором электрон находится на первой стационарной орбите (атом находится на первом энергетическом уровне ) называют основным (невозбужденным состоянием). В этом состоянии атом может находится бесконечно долго. На более низком состоянии атом может находится значительно дольше, до 10^-3 с. Эти уровни называют метастабильными. Излучение, испускаемое при самопроизвольном переходе атома из одного состояния в другое, называют спонтанным.

 

Строение атомного ядра..

В 1932 г. английский физик Джеймс Чедвик открыл частицы с нулевым электрическим зарядом и единичной массой. Эти частицы назвали нейтрона­ми. Обозначается