*l
ФИЗИКА
класс
С. А. Соколова, Н.Б
Московских
24 часа
■2^0 экзамена^
ШШЩШ\
м
Я
ИЯ
ML А ИИ
ЭНЦАМ1

С.А. Соколова
Н.Б. Московских
Ф ЗИКА
ОТВЕТЫ
НА ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ
БИЛЕТЫ
11 класс
ШПАРГАЛКИ К БИЛЕТАМ
Издательство
«ЭКЗАМЕН»
МОСКВА
2009

УДК 373:53
ББК 22.3 я72
С59
Соколова. С.А.
С59 Физика Ответы на экзаменационные билеты: 11 класс: учебное
пособие / С.А.Соколова, Н.Б. Московских.— М.: Издательство
«Экзамен», 2009. — 158, [2]с. (Серия «24 часа до экзамена и ЕГЭ»)
ISBN 978-5-377-02306-7
В данном пособии приводятся ответы на псе вопросы экзаменационных
билетов но физике, предлагаемых Министерством образования и науки РФ
для проведения устной итоговой аттестации выпускников XI класса
общеобразовательных школ
Предлагаемые ответы полностью удовлетворяют требованиям,
предъявляемым на экзаменах в шкочах, и помогут школьникам быстро и эффективно
подготовиться к экзаменам, систематизировать и укрепить свои знания
В пособии содержатся шпар! алки к билетам.
Для простого и эффективного использования шпаргалки разрежьте
каждую страницу на четыре част по пунктирной линии. Сло-китс потученнме
листы по порядку номеров — верхний левый, верхний правый, нижний левый,
нижний правый. Для удобства использования можно скрепить получившуюся
стопку степлером или скрепкой в верхнем левом угту.
Пособие предназначено для выпускников общеобразовательных школ,
колледжей, техникумов и друшх средних и среднеспециальных образона-
тельных учреждений, а также абитуриентов вузов.
УДК 373:53
Б1Ж 22.3 я72
Формат 84x108/32. Гпрпшура «Тайме»
Бумага газетная Уч.-изд. л. 12,86. Усл. меч. л. N,40.
'I ираж 150 000 (5-и завод - 25 000) экз. Заказ j\« 5611.
ISBN 978-5-37--02306-7
£> Соколова С.Л.. Московских Н.Б.. 20.09
© Издательство «ЭКЗАМЕН», 2009
»нлет№
1.На>
ЭКСПС|
Физи1
2.Кач
З.Тек
o6hci
услов
»нлет>Г|
l.Me:
ДВИЖ4
Прям*
2.Эк<
набли
З.Теь
содер
гипот
>илет JS1
1.Пс|
Взаиг
Трет»
2.Эк<
энерг
3.Tei
Hcnoj
на по
устрс
Билет Л
1.И*
Реакп
2. Эк
изме!
темп)
З.Те
ЯВЛС1
жизн
при I
Билете
1.3а
2.К£
З.Те
ОВЛ1
энер
при*
Билете
l.Ci
2.3i
набл
СТ01
при

СОДЕРЖАНИЕ
кНлетЛг 1........................—.........................—..... ....«.........**.,......... ...................8
1. Научные методы познания окружающего мира Роль
эксперимента и теории в процессе познания. Научные гипотезы.
Физические законы. Физические теории 8
2. Качественная задача по теме «Законы сохранения в механике» 9
3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий информацию
об использовании различных электрических устройств. Задание на определение
условий безопасного использования электрических устройств 9
ie6noc ;илет№2 10
ibCTBO 1. Механическое движение и его виды. Относительность
>}\ движения. Система отсчета. Скорость. Ускорение.
Прямолинейное равноускоренное движение 10
2. Экспериментальное задание по теме «Элементы электростатики»:
1ЫХ наблюдение явления электризации тел 14
РФ 3. Текст по разделу «Квантовая физика и элементы астрофизики»,
бщеоб- содержащий описание опыта. Задание на формулировку
гипотезы опыта, условий его проведения и выводов 14
км™**- 5илетЛ»3 . 15
1. Первый закон Ньютона. Инсрциальные системы отсчета.
Взаимодействие тел. Сила. Масса. Второй закон Ньютона.
Третий закон Ньютона 15
2. Экспериментальное задание по теме «Оптика»: наблюдение изменения
энер1ии отраженного и преломленного лучей света 18
3. Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий описание
использования законов МКТ и термодинамики в технике. Задание
на понимание основных принципов, лежащих в основе работы описанного
устройства 19
5илст№4 .... ......... . . . „...20
1. Импульс тела Закон сохранения импульса.
Реактивное движение в природе и технике 20
2. Экспериментальное задание по теме « Молекулярная физика»: наблюдение
изменения давления воздуха при изменении
температуры и объема 22
3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание физических
явлений или процессов, наблюдаемых в природе или в повседневной
жизни. Задание на понимание физических терминов, определение явления
при помощи физических знаний 22
Билет №5 . .23
1. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Невесомость 23
2. Качественная задача по теме «Электростатика» 26
3. Текст по теме «Ядерная физика», содержащий информацию
о влиянии радиации на живые организмы или воздействия ядерной
энергетики на окружающую среду. Задание на понимание основных
принципов радиационной безопасности 27
1. Силы трения скольжения. Сила упругости. Закон Гука 28
2. Экспериментальное задание по теме «Магнитное поле»:
наблюдение взаимодействия постоянного магнита и катушки
с током (или обнаружение магнитного поля проводника с током
при помощи магнитной стрелки) 30
3

3 Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий описание
опыта. Задание на формулировку гипотезы опыта, условий
его проведения и выводов „
Билет №7
1. Работа. Механическая энергия. Кинетическая и потенциальная энергия
Закон сохранения механической энергии
2. Качественная задача по разделу «Молекулярная физика»
3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание
использования законов электродинамики в технике. Задание на понимание
основных принципов, лежащих в основе работы описанного устройства
Билет №8 . . ..............................
1. Механические колебания. Свободные и вынужденные колебания.
Резонанс. Превращение энергии при механических колебаниях
2. Экспериментальное задание по теме «Элементы термодинамики»:
построение графика зависимости температуры от времени остывания воды
3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание физических
явлений или процессов, наблюдаемых в природе или в повседневной жизни.
Задание на понимание физических терминов, определение явления.
его признаков или объяснение явления при помощи имеющихся знаний
Билет №9
1. Возникновение атомистической гипотезы строения вещества и ее
экспериментальные доказательства. Идеальный газ. Основное
уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. Абсолютная
температура как мера средней кинетической энергии теплового движения
частиц вещества
2. Качественная задача по теме «Магнитное поле»
3. Текст по разделу «Механика», содержащий описание использования законов
механики в технике. Задание на понимание основных принципов, лежащих в
основе работы описанного устройства
Билст№10
1. Давление газа. Уравнение состояния идеального газа
(уравнение Менделеева — Клапейрона). Изопроцессы
2. Экспериментальное задание по теме «Динамика»: проверка зависимости
периода колебания маятника от длины нити (или независимости периода
от массы груза)
3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание
использования законов электродинамики в технике. Задание на понимание
основных принципов, лежащих в основе работы описанного устройства
Билет № 11
1. Испарение и конденсация. Насыщенные и ненасыщенные пары.
Влажность воздуха . .....
2. Экспериментальное задание по теме «Электромагнитная
индукция»: наблюдение явления электромагнитной индукции
3 Текст по разделу «Квантовая физика и элементы астрофизики»,
содержащий описание использования законов квантовой, атомной
или ядерной физики в технике. Задание на понимание основных
принципов, лежащих в основе работы описанного устройства
Билет №12
1. Работа в термодинамике. Внутренняя энергия.
Первый закон термодинамики. Адиабатный процесс
Второй закон термодинамики
2. Качественная задача по теме «Строение атомного ядра»
31
31
31
34
34
35
35
39
39
40
40
■ * •» •
3. Тскс
опыта,
гипотс:
Билет Л*]
1.Взаи
Закон с
2. Эксг
измере
3. Тскс
наприл
транш
среды.
обсепс1
устроЙ1
ВОЗДСЙ1
Билет № 1
1.Кош
заряже
2. Качс
3. Текс
о возле
Задали
и выяв.
двигал
43 Билет №1
1. Элеь
Закон (
2. Каче
3. Тскс
механи
лежащ|
Билет № 1
I.Man
заряди
Manor
2. Каче
3. Текс
физиче
или вп
термин
объясн
Билет № 1
1. Полз
2. Эксг
и твер/
в каши
3. Тскс
физиче
или в п
термин
явлепи
44
44
44
50
51
52
52
53
54
55
55
60
4

3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание
опыта. Задание на определение (или формулировку)
* j гипотезы опыта, условий его проведения и выводов 60
. 3|Билет№13 61
-. 1. Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона.
"" ** Закон сохранения электрических зарядов. Электрическое поле 61
2. Экспериментальное задание по разделу «Молекулярная физика»:
измерение влажности воздуха при помощи термометра 63
34 3. Текст по разделу «Механика», содержащий информацию,
"« например, о мерах безопасности при использовании
транспортных СреДСТВ или шумовом загрязнении окружающей
35 среды. Задание на понимание основных принципов,
обеспечивающих безопасность использования механических
1ы 39 устройств, или выявление мер по снижению шумового
цд воздействия на человека 64
1ни. Билет № 14 6S
1. Конденсаторы. Электроемкость конденсатора. Энергия
39 заряженного конденсатора. Применение конденсаторов 65
...........40 2. Качественная задача по теме «Строение атома. Фотоэффект» 68
3. Текст по теме «Тепловые двигатели», содержащий информацию
о воздействии тепловых двигателей на окружающую среду.
*ая Задание на понимание основных факторов, вызывающих загрязнение,
я и выявление мер по снижению воздействия тепловых
40 двигателей на природу 68
43 Билет*! 15 69
жонов I. Электрический ток. Работа и мощность в цепи постоянного тока.
их в Закон Ома для полной цепи 69
44 2. Качественная задача по теме «Элементы астрофизики» 72
44 3. Текст по разделу «Механика», содержащий описание законов
механики в технике. Задание на понимание основных принципов,
44 лежащих в основе работы описанного устройства 72
™ Бнлет№16 73
1. Магнитное поле. Действие магнитного поля на электрический
50 заряд и опыты, иллюстрирующие это действие.
Магнитная индукция 73
ie 2. Качественная задача по теме «Электромагнитные волны» 76
^' 3. Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий описание
........... 52 физических явлений идя процессов, наблюдаемых в природе
или в повседневной жизни. Задание на понимание физических
..... эг терминов, определение явления или его признаков,
объяснение явления при помощи имеющихся знаний 77
■ 53 Билет № 17 ., 78
1. Полупроводники. Полупроводниковые приборы 78
2. Экспериментальное задание по теме «Свойства жидкостей
с, и твердых тел»: наблюдение явления подъема жидкости
' -- в капилляре 81
.... ^ текст по разделу «Механика», содержащий описание
физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе
ее или в повседневной жизни. Задание на понимание физических
gQ терминов, определение явления, его признаков или объяснение
явлений при помощи имеющихся знаний 82

3. Тею
Билет №18.........№..„.».......w............ ...............................................83 физич<
1. Явление электромагнитной индукции. Магнитный поток или в i
Закон элсктромашитной индукции. Правило Ленца 83 термм
2. Качественная задача по теме «Кинематика» 85 объяа
3. Текст по раз телу «Молекулярная физика», содержащий Билет №
описание опыта, задания на формулировку гипотезы опыта, 1. Сое
условий его проведения и выводов _ 85 связи:
Билет № 19 . . ....... ... ........ ............86 2. Экс
1. Явление самоиндукции. Индуктивность. време]
Энергия магнитного поля ...... .. .. 86 отугл
2. Качественная задача по теме «Законы термодинамики» 88 3. Тею
3. Текст по разделу «Квантовая физика и элементы астрофизики», явлсш
содержащий описание использования законов квантовой, атомной или в
или ядерной физики в технике. Задание на понимание основных термн
принципов, лежащих в основе работы описанного устройства 89 явлсш
Билет № 20 90 Билет Jfe
1. Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный 1. Рад
контур Превращение энергии при электромагнитных колебаниях 90 их per
2. Экспериментальное задание по теме «Динамика»: построение графика на жи<
зависимости силы упругости от удлинения (для пружины или резинового 2. Экс
образца) 92 постр*
. 3. Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий описание 3. Тек
физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе или Задан
в повседневной жизни. Задание на понимание физических терминов, прове
определение явления, его признаков ита объяснение явления Билет №
при помощи имеющихся знаний 93 1. Coj
Билет №21 93 2. Кал
1. Электромагнитное поле. Электромагнитные волны. Волновые свойства 3. Тек
света. Различные виды электромагнитных излучений и их практическое инфо[
применение 93 среды
2. Качественная задача по теме «Строение газов, жидкостей и твердых тел» 96 элект]
3. Текст по теме «Квантовая физика и элементы астрофизики», эколо
содержащий описание физических явлений или процессов, Шлярга
наблюдаемых в природе или в повседневной жизни.
Задание на понимание физических терминов, определение
явления, его признаков или объяснение явления при помощи
имеющихся знаний 97
Билет №22 „ 98
1. Опыты Рсзсрфорда по рассеянию альфа-частиц.
Ядерная модель атома. Квантовые постулаты Бора Лазеры.
Испускание и поглощение света атомами. Спектры 98
2. Экспериментальное задание по теме «Постоянный ток»:
измерение сопротивления при последовательном и параллельном
соединении двух проводников 102
3. Текст по разделу «Механика», содержащий описание
физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе
или в повседневной жизни. Задание на понимание физических
терминов, определение явления, его признаков или объяснение
явления при помощи имеющихся знаний 103
Билет№23 104
1. Квантовые свойства света. Фотоэффект и его законы.
Применение фотоэффекта в технике 104
2. Качественная задача по теме « Электрический ток» 106
6

3. Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий описание
.............83 физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе
или в повседневной жизни. Задание на понимание физических
83 терминов, определение явления или его признаков,
85 объяснение явления при помощи имеющихся знаний.. .... 106
Билет №24 107
1. Состав ядра атома. Ядерные силы. Дефект массы и энергия
85 связи ядраатома. Ядерные реакции. Ядерная энергетика 107
............. 86 2. Экспериментальное задание по теме «Кинематика»: проверка зависимости
времени движения шарика по наклонному желобу
86 от угла наклона желоба 113
88 3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание физических
явлений или процессов, наблюдаемых в природе
или в повседневной жизни. Задание на понимание физических
терминов, определение явления, его признаков или объяснение
89 явления при помощи имеющихся знаний 114
.....90 вялет№25 115
»ный 1. Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений и методы
90 их регистрации. Влияние ионизирующей радиации
а на живые организмы 115
о 2. Экспериментальное задание по теме «Постоянный ток»:
92 построение графика зависимости силы тока от напряжения 119
3. Текст по разделу «Механика», содержащий описание опыта.
Задание на формулировку гипотезы опыта, условий его
проведения и выводов 119
Билет №26™ „ 120
93 1. Солнечная система. Звезды и источники их энергии. Галактика 120
............93 2. Качественная задача по теме «Законы динамики» 122
ia 3. Текст по теме «Электромагнитные потя», содержащий
информацию об электромагнитном загрязнении окружающей
93 среды. Задание на определение степени воздействия
ел» 96 электромагнитных полей на человека и обеспечение
экологической безопасности 122
Шпаргалка ............................................................................................................. 124
»••■
.97
98
98
.102
103
104
104
106

БИЛЕТ № 1 Ни од
юй навес
1. Научные методы познания окружающего мира. Роль экспе--ре5уЮТ 1
римента и теории в процессе познания. Научные гипотезы.
Физические законы. Физические теории 2. Ка1
" Физика — наука о неживой природе. Любое природное явление в окру- Желе:
жадощем нас мире имеет множество характеристик и признаков. Желанисггалкива^
систематизировать их, понять причины различных проявлений, предсказатыежду пл
их стимулировали научное познание. а этом пр
Начало научному познанию в физике как науке положил итальянский Кинс
ученый Галилео Галилей, поставивший первые физические эксперименты щиальнув
предложивший теоретическое объяснение движения тел. Изучая падение тел
разной массы, он впервые провел измерения физических величин при паде- ^. *е
нии тел с высоты и получил количественные соотношения между ними. Иию °б
Объем информации, получаемый человеком с помощью органов чувствяие на с
оказывается недостаточным для того, чтобы выявить ту или иную законо-ских yci
мерность. Дополнительную информацию можно получить лишь с помощью
экспериментальных установок. Суть любого эксперимента — наблюдение пюб<
явления и получение данных, характеризующих результаты исследований. „_ ts«
_ „ тока, ко
Физический закон — описание соотношении в природе, проявляющихся -
при определенных условиях в эксперименте. Особенность закона состоит в~
том, что с его помощью можно описать другие явления, с которыми не
были поставлены эксперименты. р
Т1 v КОрОТКО<
Научная гипотеза — предположение о том, что существует связь г
£ s*s цепи пр
между известным и вновь объясняемым явлением. *
Галилео Галилей дал количественное описание падения тел на Зсмлю,тивленИ1
но не выяснил причину их падения. сила ток
Исаак Ньютон, основоположник фундаментальной физической теории,этог0 ж
высказал гипотезу: причина падения тел на Землю — притяжение тел «храните.
Земле. * С*У*°цс
Научная теория содержит постулаты, определения, гипотезы и зако- ГлаЕ
ны, объясняющие явления. фарфор<
Любая созданная теория должна быть подтверждена экспериментом, вает ту
Расхождение теории с практикой приводит к совершенствованию старой пустимс
или созданию принципиально новой теории, дающей новые законы и более разомкь
глубокое понимание физической реальности. Особенно ценной в науке счи-храните
тается теория, предсказывающая новые экспериментальные данные, кото- q^,
рыс не могут быть объяснены в рамках старой теории. j г
Примсром такой теории в физике является теория относительности вож
\льберта Эйнштейна, предсказавшая и количественно описавшая измене- « г
ние массы движущегося тела со скоростью, соизмеримой со скоростью евс- - ,
та, явление, которое нельзя было объяснить в рамках теории классической "
физики. Особенность фундаментальных теорий — их преемственность. а С
Теория может иметь границы применимости. Например, классическая
механика справедлива для описания движения тел, скорость которых много
меньше скорости света, но с помощью законов Ньютона нельзя описать i jc
процессы в микромире. быть из
8

Ни одна научная теория не может быть признана окончательной и вер-
гой навсегда. Всегда существует вероятность, что новые наблюдения по-
[ь экспе-фе5уют поправок к теории.
>i. Фнзи-
2. Качественная задача по теме «Законы сохранения в механике»1
ie в окру- Железнодорожная платформа, движущаяся с некоторой скоростью,
Желанисталкивастся с другой платформой и останавливается. Буферная пружина
'едсказатюежду платформами сжимается. Какие преобразования энергии происходят
в этом процессе?
альянский Кинетическая энергия движущейся платформы преобразуется в потсн-
именты ишальную энергию пружины.
денис тел
при пале- 3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий информа-
:ми. пню об использовании различных электрических устройств. Зада-
)в чувствяие на определение условий безопасного использования электричс-
о законо-скнх устройств
помощью Короткое замыкание. Плавкие предохранитеш
i дение Любое электрическое устройство рассчитывают на определенную силу
юваний. г» « -
тока. Во время эксплуатации прибора, если произойдет увеличение силы
* ^мхс\ока больше допустимого значения, может возникнуть короткое замыкание. -
_ возрастание силы тока в цепи может произойти при соединении оголенных
проводов, при ремонте электрических цепей под током. В любом случае
и>т маа короткое замыкание возникает тогда, когда соединяются концы участков
f£ m связь
цепи проводником, сопротивление которого мало по сравнению с сопро-
ta Землю тивлснием самого участка цепи. При коротком замыкании резко возрастает
сила тока в электрической цепи, что может стать причиной пожара. Чтобы
и теорииэтого не случилось, применяют плавкие предохранители. Плавкие предо-
тис тел кхралители при возникновении короткого замыкания отключают
электрическую цепь.
ы и зако- Главная часть предохранителя — свинцовая проволока, находящаяся в
фарфоровой пробке. В зависимости от толщины проволоки, она выдержи-
иментом.вает ту или иную силу тока, например 10 А. Если сила тока превысит
дога старой пустимос значение, проволока в пробке расплавится, и элстсгрическая цепь
а и более разомкнётся. Если перегоревшую проволоку заменить, то плавкий предо-
аукс счи ■ хранитель можно использовать снова
ые, кото- Ответьте на вопросы к тексту.
1. Почему в плавких предохранителях применяют именно свинцовую
•елыюсти п
проволоку?
i измене- 0 r n
2. Где в квартире устанавливают предохранители?
стыо све- t -mi v
3. Имеют ли автономные электрические устройства, например
телевизоры, предохранители?
.—,.." _„ 4. Существуют ли другие конструкции предохранителей?
• L-rl iCt^KB-Я
ых много _
описать
1 Тексты заданий вторых и третьих вопросов билетов примерные. Они могут
быть изменены учителем.
9

БИЛЕТ № 2
1. Механическое движение и его виды. Относительность движ<
ннн. Система отсчета. Скорость. Ускорение. Прямолинейное pai
ноускоренное движение
Механическое движение — изменение пространственного попожени
тела относительно других тел с течением времени.
Положение материальной точки в пространстве в произвольный момен
времени можно определить, если ввести систему отсчета.
Система отсчета — совокупность тела отсчета, связанной с ним сисп
мы координат и часов.
Положение точки можно задать с помощью вектора. Радиус-вектор - Пеюем
вектор, соединяющий начало отсчета с положением точки в произвольны^ но^
момент времени. ^ :а-векторг
Проведем из начала отсчета О в точку А радиус-вектор г , который та
же как и координаты х, у, z, характеризует положение точки в произвол!
ный момент времени. "
Уравнение движения в векторной форме — это зависимость радиусе еш,
вектора от времени. Координатное описание механического движения тел ехаи
эквивалентно векторному. Зная закон движения в векторной форме, можнмяо скаля
получить закон движения в координатной форме, и наоборот. Рассмотри "
связь радиус-вектора и координаты тела в произвола
ный момент времени (рис. 2.1).
^^__ Длина радиус-вектора характеризует расстояние Движс
^""^ на котором точка А находится от начала координат. Нмгью за б
\ таком же расстоянии от точки О находятся все точку
\ лежащие на окружности радиусом г. Положение точк
\ А характеризует угол «, который образует вектор г Для oi
'—г+- осью X. Координаты х и у точки А связаны с г и а слезеличино!
" 'х л дующими соотношениями: Скоро
Рис21 x = rcosa, y = rs\na. перемете
изошло:
Вектор г можно представить в виде суммы его составляющих по ося*
X и У: г = г„ 4- г„.
Проекция радиус-вектора на координатную ось равна координате тел; Прсдп
по этой оси: гх - х, Гу = у. же систег
Рассмотрим движение одного и того же тела относительно разных сие8™*301 ° Р1
тем отсчета, которые могут двигаться относительно друг друга Пусть i При д
начальный момент времени начало координат подвижной и неподвижности равен
систем отсчета совпадают и материальная точка находится в начале коор
динат. За время А/ материальная точка в неподвижной системе отсчет
перемещается на j,, в подвижной — на si. Начало отсчета подвижной сие
темы переместилось на s\> значит
Из рис. 2.2 видно, что перемещение относительно разных систем отсче
та различно.
1
10

/ = 0
ГЬ ДВНЖ4
шое pai
юложени
ли момен
1им систе ОХ О А'
Рис. 2.2 Рис. 2.3
вектор - Перемещение — вектор, проведенный из начального положения мате-
изв0ЛЬНЬЧиальной точки в конечное. Перемещение характеризует изменение ради>-
;а-вектора материальной точки (рис. 2.3):
горый та д?г _ р2 __ ^
[рОИЗВОЛ! „
Перемещение показывает, на какое расстояние и в каком направлении
умещается тело из начального положения заданное время.
сения тел
Механическое движение характеризуется средней путевой скоростью —
то скалярная величина, равная отношению пути к промежутку времени.
we, можн
1ссмотг>и?атРач€ННОго на его прохождение:
.роизволь в,»-, [!>„,] = -.
I С
1ССТОяни( Движение характеризуется мгновенной скоростью — средней скоро-
>динат. Н?тью за бесконечно малый интервал времени:
все точки ,. .. Ау
ние точк л*->и cp ш-»и д^
;ктор г Для определения скорости как вектора воспользуемся другой векторной
г и а елсэеличиной — перемещением.
Скорость — векторная физическая величина, равная пределу отношения
перемещения тела к промежутку времени, за которое это перемещение про-
X ПО ОСЯФ
изошло:
v = Нгпд^о
А?
Af
шате тел Предположим, что скорость двух тел ц и и2 определена в одной и той
же системе отсчета. Относительная скорость первого тела относительно
зных сисвтоРого Равна разности скоростей тел: д12 = Ц ~ &2 •
. Пусть i При движении тела в одном направлении модуль относительной скоро-
одвижноБти равен разности скоростей (рис. 2.4.)
[але коор о, V,
е отсчет* ______
ЖНОЙ СИС
и-
V
ем отече
■
Рис. 2.4
и.
v.
V*
"i-v,
Рис. 2.5
II

тку врег
При встречном движении тела сближаются с относительной скоростьюцоветш
оавной с>"мме их скоросгей (рис. 2.5).
При любой скорости движущихся тел релятивистский закон сложен»
скоростей имеет вид
Скорое
ет с тсче
vx =
vx + v
1 + -Л
V
где v'x <> с, vx < с .
При прямолинейном движении вектор скорости не изменяется по направ
лению, модуль скорости при этом может оставаться постоянным или изме
няться с течением времени. При равномерном прямолинейном движении з»,
любые равные промежутки времени тело совершает равное перемещение.
Равномерное прямолинейное движение — движение, при котором тело пе
ремещается с постоянной по модулю и направлению скоростью. В этом случак
скорость не изменяется, т.е. является константой (рис. 2.6). О
Расстояние, которое пройдет тело за время Д/,
численно равно площади прямоугольника под графи
ком скорости. Площадь под графиком зависимости
проекции скорости движения от времени равна перс
мещению тела за соответствующее время. При рав-
Рис. 2.6
номерном прямолинейном движении тела по оси X зг
время t перемещение можно рассчитать так:
Такка
Это ур
ия. При х
Ax = vx-t,
Зная, что по оси X перемещение равно разносп
конечной и начальной координат тела, т.е. Ax = x-Xq, получаем зако*
равномерного прямолинейного движения, который определяет положение
материальной точки в любой момент времени:
г = r(t) или х = x(t\ у = y(t\ z = z(/).
Если совместить начало отсчета по оси X с начальной координатой
(jc0 = 0), то закон равномерного прямолинейного движения примет вид
x = vxt.
График линейной зависимости координаты тела от времени x(t) —
прямая линия, проходящая через начало координат (рис. 2.7).
Чем больше скорость движения тела, тем больше угол наклона а пря-
д; м+ мой к оси х, т.е. чем круче график, тем больше
скорость движения тела: сс3 > ссг > а,.
Изменение скорости с течением времени
характеризует физическая величина, называемая
ускорением:
- v
а = —.
t
Векторная физическая величина, равная
пределу отношения изменения скорости к проме-
Уравн<
Графи
Таким
ПрИС!
Рис. 2.7.
12

тку времени, в течение которого это изменение пооизошло, называют
;коРостьгеповенным ускорением:
Ди г -, м
сложсни: а = um -7-; [а\ = -у ■
3= lim
Д/-»0 Д*
V-Vn
по направ
или изме
ижении з,
цение.
та тело пе
пом случен.
(ремя Д/,
юд графи
ЗИСИМОСП'
шна пере
При рав
Скорость тела при равноускоренном прямолинейном движении возрас-
ет с течением времени линейно. Рассмотрим прямолинейное
равноускоренное движение с начальной скоростью и0.
График зависимости v(t) — прямая линия
(рис. 2.8).
Площадь под графиком зависимости
скорости движения от времени численно равна
у = Vo+at перемещению тела по оси X за время г при
равноускоренном движении. Так как площадь
трапеции равна полусумме оснований на ее
высоту, то в нашем случае
Дх =
Так как Ах = х - х0> то х = х0 + ц/ +
1>0 + (и0 + at)
г, Дх = ц>/ +
at
at1
оосидг Это уравнение координаты равноускоренного прямолинейного движс-
ия. При xq = 0 график такого движения будет выглядеть так (рис. 2.9):
V, Мк
разносп
1см зако*
сложение
>рдинатой
вид
О — пря-
а а пря-
и больше
гмени ха-
1зывасмая
max
max
Рис. 2.10
Уравнение координаты равнозамедтенного движения
at2
x = xQ + v0t
L
График равнозамедленного движения представлен на рис. 2.10.
Таким образом, закон равнопеременного движения имеет вид:
.2
X = _Г0 + VQxt +
<V
При свободном падении тела в поле тяжести Земли уравнение примет вид
вная пре-
к проме-
13
/

2* Экспериментальное задание по теме «Элементы
электростатики»: наблюдение явления электризации тел
В вашем распоряжении имеется оборудование для наблюдения
явления электризации тел: два электростатических маятника на
изолирующих штативах, стеклянная и эбонитовая палочки, кусочек шелковой ткани,
кусочек меха.
Потрем эбонитовую палочку о шерсть и поочередно прикоснемся к
электростатическим маятникам. Будем сближать маятники. Уже на
некотором расстоянии они начнут отталкиваться. Отталкиваются они потому, что
при соприкосновении эбонитовой палочки с электростатическим
маятником произошла электризация тел одинаковым зарядом. Следовательно,
электрический заряд возник при трении эбонитовой палочки о шерсть и
получил название отрицательного.
Электрический заряд, возникающий при трении стеклянной палочки о
шелк, получит название положительного.
Повторим опыт теперь уже с заряженной стеклянной палочкой.
Электростатические маятники вновь отталкиваются.
Делаем вывод: одноименные электрические заряды отталкиваются.
Если к одному электростатическому маятнику прикоснуться
заряженной эбонитовой палочкой, а к другому — заряженной стеклянной палочкой,
то электростатические маятники при сближении будут притягиваться друг к
другу. Возникшие при электризации тел электрические заряды разного
знака притягиваются.
3. Текст по разделу «Квантовая физика и элементы
астрофизики», содержащий описание опыта. Задание на формулировку
гипотезы опыта, условий его проведения и выводов
Изучение космических лучей
В 1896 г. французский физик А. Бскксрсль открыл ионизирующее
действие быстрых заряженных частиц на эмульсию фотопластинки.
Фотоэмульсия содержит большое количество микроскопических кристалликов
бромида серебра. Быстрая заряженная частица, пронизывая кристаллик,
отрывает электроны от отдельных атомов брома, Цепочка таких
кристалликов образует скрытое изображение, при проявлении в этих кристалликах
восстанавливается металлическое серебро и цепочка зерен серебра образует
трек частицы.
Эт и опыты Ескксреля легли в основу создания метода изучения
космических лучей и ядерных процессов, разработанных Л.С. Мысовским,
А.П. Ждановым и др. Наблюдения показали, что а -частицы, попадая в
эмульсию фотопластинки под острым углом к ее поверхности, оставляют в
ней характерный след, становящийся видимым в микроскоп после
проявления. Пробег а-частицы в фотоэмульсии вследствие большой плотности
среды составляет несколько десятков микрометров. У обычных
фотопластинок слой светочувствительной эмульсии имеет толщину всего около
20 мкм. Для ядерных исследований изготавливают пластинки с тридцати-
кратной и более толщиной светочувствительного слоя (до 600 и даже
14

1000 мкм) и применяют мелкозернистые эмульсии, позволяющие
запечатлеть след протонов.
Изучение следов космических частиц в толстослойных фотопластинках,
поднятых с помощью ракет на высоту 100 км, не оставляет сомнения в том.
что первичными частицами космического излучения являются главным
образом протоны и в меньшем количестве ачьфа-частицы и ядра других
более тяжелых элементов.
Интенсивность первичных космических лучей равна примерно
100 000 МэВ/мин на 1 см в единице телесного угла.
По порядку величины энергия, приносимая на Землю космическим
излучением, примерно равна энергии, получаемой Землей о г звезд.
Отве гьтс на вопросы к тексту:
1. Можно ли для регистрации космических лучей использовать фото
пластинки, применяемые при обычном фотографировании?
2. Как, изучая трек частиц, можно определить массу частиц?
3. Как, изучая трек частиц, можно определить энергию частиц?
4. Каковы преимущества метода фотоэмульсий перед другими методами
исследования частиц?
БИЛЕТ № 3
1. Первый закон Ньютона. Инсрциальные системы отсчета.
Взаимодействие тел. Сила. Масса. Второй закон Ньютона. Третий
закон Ньютона
Для того чтобы тело, находящееся в покос, изменило положение в
пространстве, необходимо оказать на него некоторое воздействие. Еще
Аристотель утверждал: «Движущееся тело останавливается, если сила, его
толкающая, прекращает свое действие». Это подтверждал повседневный опыт и
непосредственные наб.иодения: например, тележка, которую перестают
толкать, быстро останавливается на шероховатой дороге.
Движение по инерции — движение тела, происходящее без внешних
воздействии.
В земных условиях такое движение практически не встречается.
Обобщив результаты изучения движения тел при максимальном уменьшении сил
трения, Галилей сформулировал принцип инерции.
Если на тело не действуют внешние силы, то оно сохраняет
состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.
Равномерное прямолинейное движение и состояние покоя физически
эквивалентны в том смысле, что они существуют без внешнего воздействия.
Кроме того, понятия «движение» и «покой» относительны и зависят от
выбора системы отсчета. Например, стол в комнате, неподвижный
относительно системы отсчета, связанной с домом, движется вместе с Землей вокр^т
ее оси и вокр\г Солнца, а вместе с Солнечной системой вокруг центра
Галактики в расширяющейся Вселенной.
15

Однако эквивалентность и взаимозаменяемость состояния покоя и
равномерного прямолинейного движения возможны лишь в инерциальных
системах отсчета, покоящихся или движущихся равномерно и прямолинейно
относительно чруг друга.
Системы отсчета, в которых принцип инерции не выполняется,
называют негшерциа чьными.
При резком трогапии с места автобуса пассажира отбрасывает назад, в
сторону, противоположную направлению движения. Следовательно,
скорость пассажира относительно автобуса изменяется в отсутствие внешних
сил. Система отсчета, связанная с автобусом, явтястся неииерциальной.
Инсрцнальпая система отсчета — система отсчета, в которой тело, не
взаимодействующее с другими телами, сохраняет состояние покоя или
равномерного прямолинейного движения.
Во всех инерциальных системах отсчета законы классической динамики
имеют один и юг же вид. В этом состоит принцип относительности
Галилея.
П 1687 г. принцип инерции Галилея был сформулирован Ньютоном в
виде первого закона динамики (закона инерции).
Материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или
равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со
стороны других тел не заставит ее (его) изменить это состояние.
Тело движется прямолинейно и равномерно, так как все действующие
на него силы скомпенсированы. Пока такая компенсация сохраняется,
скорое гь тела либо постоянна (при прямолинейном равномерном движении),
либо равна нулю (в состоянии покоя). Первый закон Ньютона объясняет
ряд опытов. Например, монета, лежащая на картонке, закрывающей
горлышко бутылки, при резком щелчке по картонке в горизонтальной
плоскости натает в бутылку. При резком торможении автомобиля
пассажиры, не пристегнутые ремнями безопасности, продолжают по
инерции движение вперед, что может привести к травме.
Таким образом, из первого закола Ньютона следует, что тело
может двигаться как при наличии, так и при отсутствии внешнего
воздействия. Следовательно, скорость сама по себе не показывает,
действуют па тело внешние силы или нет.
При воздействии на движущееся тело других тел его скорость
может изменяться не только по модулю, но и по направлению.
Направление внешнего воздействия может не совпадать с направлением скорости
тела
Сила — векторная физическая величина, являющаяся мерой
механического воздействия на тело со стороны других тел, в результате которого
тело приобретает ускорение или изменяет форму и.размеры.
Физическая природа взаимодействий может быть различной.
Существует четыре фундаментальных взаимодействия: гравитационное, слабое,
электромагнитное и сильное. Сила является количественной мерой
взаимодействия. Силы взаимодействия различной природы можно измерять в одних и
тех же единицах с помощью одних и тех же приборов.
16

д У Пропорциональность между силой F
и ускорением а справедлива для сил
р "* ^" различной физической природы. Иа-
/ ^ ^ правление ускорения совпадает с на-
^^^ правлением силы независимо от направ-
т ления скорости тела (рис. 3.1).
Рис- 3-1 Коэффициент пропорциональности
между силой и ускорением для данного
тела является постоянной величиной, не зависящей от модуля и
направления силы. Он характеризует меру инертности тела.
Инертность — физическое свойство, заключающееся в том, что любое
тело оказывает сопротивление изменению его скорости (как по модулю,
так и по направлению). Количественной мерой инертности является масса
тела.
Масса тела — физическая величина, являющаяся мерой инертности
тела.
Чем больше сила, действующая на тело определенной массы, тем
большее ускорение оно приобретает. При прочих равных условиях чем больше
масса тела, тем труднее его сдвинуть. Чем больше масса тела, тем
меньшее ускорение оно приобретает при одной и той же действующей на него
силе.
Связь между ускорением тела и силой, действующей на него, можно
представить в виде
_ F
а = —.
т
Единица силы — ньютон (Н). 1 Н — сила, которая сообщает телу
массой 1 кг ускорение 1 м/с2 в направлении действия силы:
[F\ = [m][a] = 1кг-1м/с2 =111.
В общем случае, если на тело действуют несколько сил, то
результирующее ускорение тела определяется суммарной равнодействующей силой.
Второй закон Ньютона читается так:
В инерциалыюй системе отсчета ускорение тела прямо
пропорционально векторной сумме всех действующих на тело сил и обратно
пропорционально массе тела
а = ——.
т
При решении задач динамики второй закон Ньютона удобнее применять
в следующей записи
^F = та .
Произведение массы тела и его ускорения равно векторной сумме
всех действующих на него сил*
Сила, сообщающая телу ускорение, является мерой внешнего
воздействия на него другого тела. Эта сила возникает при взаимодействии между
этими телами. Так как объекты взаимодействия равноправны, то на второе
тело со стороны первого также действует сила — сила противодействия.
17

Два одинаковых шара из пласти-
-^ v о ,-*. Ж, лина (массой т каждый), движутся с
т 1 » + [т
—^ - .. - к^л=- \Zs одинаковой по модулю скоростью v
— < ПСч?) 21 ^ ° » М (рис 3.2). при встречном столкнове-
//V* ^-^ нии останавливаются. При столкновс-
Рис. 3.2 нии наблюдается равенство сил тейст-
вия и противодействия. Покажем это.
Изменение скорости первого шара Avl = 0-0 = -v направлено влево.
Изменение скорости второго шара Av2 = 0 - (-v) = v направлено вправо и
равно по модулю &щ. Ускорения шаров, характеризующие изменение их
скорости в единицу времени, равны по модулю и противоположны по
направлению: Д/ = -а*
Согласно второму закону Ньютона, сила, действующая на первый шар со
стороны второго, FI2 = таj. Ан&гогично сила, действующая на второй шар со
стороны первого, F2j - ma2.
В этом состоит третий закон Ньютона.
Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по модулю,
противоположны по направлению и действуют вдоль прямой, соединяющей
эти тела'.
Эти силы приложены к разным телам, всегда действуют парами и
являются силами одной природы.
11ыотоном этот закон был сформулирован так; «Любому действию
всегда препятствует равное и противоположное противодействие».
Физическая природа действия и противодействия одинакова, так как они
являются результатом взаимодействия тел. Третий закон Ньютона справедлив
при любом соотношении масс взаимодействующих тел, движущихся со
скоростями, много меньшими скорости света В качестве примеров действия и
противодействия можно рассматривать любые столкновения и удары. Ускорение,
приобретаемое телами в результате их взаимодействия, зависит от соотношения
масс тел: чем больше масса одного тела, тем труднее его сдвинуть другому,
менее массивному телу.
2. Экспериментальное задание по теме «Оптика»: наблюдение
изменения энергии отраженного и преломленного лучей света
В вашем распоряжении имеется оборудование для наблюдения
отражения и преломления света: плоское зеркало, источник света, экран со
щелью, плоскопараллельная стеклянная пластинка.
Направим свет от источника света на экран со щелью. Выделенный луч
света направим под некоторым углом на плоское зеркало (рис. 3.3).
Наблюдаем отраженный луч. Он слабее падающего, потому что часть
световой энергии поглотилась зеркалом.
Заменим зеркало плоскопараллельной стеклянной пластиной (рис. 3.4). В
зависимости от угла падения луча преломленный, луч изменяет свою яркость.
Чем больше угол падения, тем яркость преломленного луча меньше.
18

о
Рис. 3.3
Рис. 3.4
3. Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий
описание использования законов МКТ и термодинамики в технике.
Задание на понимание основных принципов, лежащих в основе
работы описанного устройства
Тепловая машина
В современной технике механическую энергию в основном получают за
счет внутренней энергии топлива. Устройства, в которых происходит
преобразование внутренней энергии в механическую, получили название
тепловых двигателей. Если в цилиндре есть поршень, который может свободно
перемещаться, то можно застазить перемещаться этот поршень за счет
расширения газа, т.е. газ совершает работу. В этом случае газ называют
рабочим телом. Чтобы двигатель работал непрерывно, необходимо, чтобы
поршень после расширения газа каждый раз возвращался в исходное
положение, сжимая газ до первоначального положения. Сжатие газа может
происходить только под действием внешней силы, которая при этом совершает
работу. После этого вновь могут происходить процессы расширения и
сжатия газа. Следовательно, работа теплового двигателя должна состоять из
периодически повторяющихся процессов расширения и сжатия.
Рассмотрим принцип работы поршневого двигателя. В таком двигателе
рабочим телом является газ, который давит на поршень, вследствие чего
поршень перемещается. При расширении газа возникает движение поршня,
которое передается валу двигателя с укрепленным на нем маховиком. Для
сжатия газа поршень должен переместиться под действием внешней силы в
противоположном направлении. Это движение совершается за счет
кинетической энергии, запасенной маховиком в процессе расширения газа.
Если работа сжатия газа меньше работы
расширения газа, то мы получим полезную работу,
т.е. каждому значению объема газа при сжатии
должно соответствовать меньшее давление, чем
при расширении. Давление газа при одном и том
же объеме тем меньше, чем ниже его
температура. Поэтому газ перед сжатием должен быть
охлажден. Для этого его необходимо привести в
контакт с телом, имеющим более низкую
температуру. Это тело называют холодильником.
Нагреватель, рабочее тело и холодильник —
основные части теплового двигателя. На рис. 3.5
в координатных осях pV графически представлен
19

процесс расширения газа (линия АВ) и сжатия до первоначального объема
(линия CD).
Ответьте на вопросы к тексту:
1. Чему численно равна площадь фигуры ABEF7
2. Чему численно равна площадь фигуры DCEF1
3. Чему численно равна площадь фигуры ABCD1
4. Может ли коэффициент полезного действия тепловой машины быть
больше единицы? Ответ обоснуйте.
БИЛЕТ № 4
1. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное
движение в природе и технике
При движении материальной точки вдоль оси А'действующая на нее сила
F зависит как от координаты тела х, так и от времени /. Это означает, что
сила является функцией координаты и времени: F = F(x, t).
Рассмотрим, как на движение тела влияет длительность действия силы
Для упрощения математических оценок будем считать, что
• модуль силы не зависит от координаты х: F& F (х),
• сила, начиная действовать в момент времени / = О, остается
постоянной в течение времени At и затем прекращает свое действие, т. е.
становится равной нулю при / > А/.
Временной характеристикой действия силы является импульс силы.
F\ Импульс силы — произведение силы на длитель-
А ность ее действия:
p = FLt.
Импульс силы — временная характеристика дей-
i ствия силы. Единица импульса силы — ныотон-
j секунда (Н ■ с).
1 Импульс силы р численно равен площади прямо-
■
О Ы t угольника со сторонами F и Д/ (рис. 4.1).
Рис 4 1
* Импульс тела — векторная физическая величина,
равная произведению массы тела на его скорость и имеющая направление
скорости: р = тд. Единица импульса — кшограмм-метр в секунду (кг • м/с).
Изменение импульса теча определяется импульсом силы, действующей
на него; импульс силы характеризуется произведением силы на время ее
действия. Следовательно, аналогичное воздейсгвие на тело может оказать небольшая
сила, действующая значительный промежуток времени, и большая сила, которая
действует кратковременно. Этот эффект хорошо известен хоккеистам. Скорость,
приобретаемая шайбой при сильном броске, когда время контакта клюшки с
шайбой оказывается порядка секунды, примерно совпадает с ее скоростью при
мощном, но кратковременном щелчке. Если импульс силы /^A'i при броске
шайбы равен импульсу силы при щелчке F2At2t то плошади заштрихованных
прямоугольников равны (рис. 4.2).
20

О Дг2 Ых t
Рис. 4.2
Рис. 4.3
Замкнутая система — система тел, для которой равнодействующая
внешних сил равна нулю.
Силы взаимодействия между телами системы называются внутренними
силами. При столкновении шаров сила F^ которая действует на первый шар
со стороны второго (рис. 4.3), по третьему закону Ныотона равна по модулю и
противоположна по направлению силе F2j, действующей на второй шар со
стороны первого: Fl2 = -F2l.
Запишем выражения для этих сил. Согласно второму закону Ньютона
Fn =/«!«,, F2I = /п2я2.
Обозначим скорость шаров после столкновения ц и и2, длительность
столкновения At . Ускорение шаров
я _Ац_ц-Ри - _*g2_ga-gM
1 Д/ At г At At
Объединяя эти выражения, находим
т,
^2-^20
Д* * At
Сократив обе части уравнения на At и перегруппировав слагаемые в
обеих его частях, получим закон сохранения импульса:
трх + m2v2 = трю + m2v26.
В правой части равенства содержится суммарный импульс системы в
начальный момент времени, а в левой — сумма импульсов тел в произвольный
момент времени, приобретенных в результате взаимодействия (столкновения).
Это означает, что при столкновении суммарный импульс системы сохраняется.
Суммарный импульс замкнутой системы тел остается
постоянным при любых взаимодействиях тел системы между собой*
Одним из основных примеров проявления закона сохранения импульса
является реактивное движение — движение, возникающее при отделении от
тела (какой-либо его части) с некоторой скоростью. Например, отделение
снаряда от ствола оружия. Отдачу испытывают пожарные, направляя
водяную струю на горящий объект. Именно благодаря закону сохранения
импульса перемещается водный транспорт. В природе встречаются живые
организмы, которые перемещаются за счет реактивной отдачи, например медузы.
21

Движение ракеты — это тоже пример реактивного движения.
Отделяющейся частью тела (ракеты) при таком движении является струя горячих
газов, образующихся при сгорании топлива.
2. Экспериментальное задание по теме « Молекулярная физика»:
наблюдение изменения давления воздуха при изменении
температуры и объема
В вашем распоряжении имеется оборудование для наблюдения
изменения давления при изменении объема и температуры: гофрированный
сосуд, манометр, регистрирующий давление внутри сосуда, термометр,
сосуд с горячей водой.
Соберите установку согласно рис. 4.4.
Вращая винт, изменяем объем газа, содержащийся в гофрированном
сосуде. Обращаем внимание на показания манометра.
Опускаем гофрированный сосуд с газом в сосуд с горячей водой
(рис. 4.5). С повышением температуры газа показания манометра
изменяются.
Делаем вывод: с уменьшением объема газа давление увеличивается при
постоянной темперагуре, т.е. вполняется закон Бойля — Мариота:
A = ii; Г = const.
Рг К
При постоянном объеме с увеличением температуры давление
увеличивается, т.е. выполняется закон Гсй-Люссака:
£l=1±; F = const.
Рг Ti
3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание
физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе или в
повседневной жизни. Задание на понимание физических терминов,
определение явления при помощи физических знаний
Молния
Наблюдали ли вы молнию? Красивое и небезопасное явление природы!
Уже в середине XIII в. ученые обратили внимание на внешнее сходство
молнии и электрической искры. Высказывалось предположи гис, что молния —
это электрическая искра. Когда же она возникает? Соберем установку: к двум
шарикам, закрепленным на изолирующих штативах и находящимися на неко-
22

Рис. 4.6
тором расстоянии друг от друга,
подключим батарею конденсаторов (рис. 4.6).
Начнем заряжать конденсаторы от
электрической машины.
По мере заряжения конденсаторов
увеличивается разность потенциалов
между электродами, а следовательно,
будет увеличиваться напряженность
поля в газе. Пока напряженность поля
невелика, между шариками нельзя
заметить никаких изменений. Однако при
достаточной напряженности поля
(30 000 В/см) между электродами появляется электрическая искра,
имеющая вид ярко светящегося извилистого канала, соединяющего оба
электрода. Газ вблизи искры нагревается до высокой температуры и расширяется,
отчего возникают звуковые волны, и мы слышим характерный треск.
Опыты с атмосферным электричеством, проводимые М.В. Ломоносовым
и Франклином независимо друг от друга, доказали, что грозовые облака несут
в себе большие электрические заряды и что молния — это гигантская искра,
ничем (кроме размеров) не отличающаяся от искры между шариками.
Ответьте на вопросы к тексту:
1. Зачем в описанном опыте применяли батарею конденсаторов?
2. К какому виду разрядов можно отнести молнию?
3. Когда между облаками проскакивает молния?
4. Может ли возникнуть молния между облаками и Землей? Объясните.
БИЛЕТ № 5
1. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Невесомость
В 1685 г. И. Ньютон предположил, что движения земных объектов н
небесных тел подчиняются общим закономерностям: все тела
притягиваются друг к другу гравитационными силами. Единые универсальные
законы справедливы для всей Вселенной: свободное паление яблока на
землю и движение Луны имеют общую причину — гравитационное
притяжение к Земле. В отличие от упругих сил и сил трения гравитационное
притяжение является взаимодействием тел друг с другом на расстоянии.
Радиус действия гравитационного притяжения неограничен.
Выясним зависимость силы притяжения от расстояния между
телами. Для этого точно сравним ускорение тел, притягивающихся к Земле
и находящихся от нее на известном расстоянии. Зная зависимость
ускорения от расстояния, с помощью второго закона Ньютона (F = та)
можно определить зависимость силы гравитационного притяжения от
расстояния. Тело, свободно падающее на Землю под действием силы
притяжения с ускорением g — 9,8 м/с2, находится от центра Земли на
расстоянии R = 6400 км. Луна вращается вокруг Земли с периодом
Т = 27,32 дня = 2,36 - 106с по орбите радиусом г = 384 000 км = 60 Я
23

Под действием гравитационного притяжения Земли Луна
приобретает нормальное (центростремительное) ускорение.
4п4
<*п =
-г = 0,0027 м/с'
Найдем отношение ускорений, приобретаемых Луной и свободно
падающим телом, находящимся от Земли на расстоянии,
отличающемся в 60 раз:
а„ ^ 0,0027 = 1
g 9,8 3600 *
Следовательно, увеличение расстояния между притягивающимися
телами в 60 раз приводит к уменьшению их ускорения в 602 раз. Это означает.
что ускорение тела под действием гравитационной силы F обратно
пропорционально квадрату расстояния между телами. Согласно второму закону
Ньютона, ускорение тела прямо пропорционально действующей на него силе.
Следовательно, сила гравитационного притяжения двух тел обратно
пропорциональна квадрату расстояния между ними:
an~F—j.
г
Так как все тела падают на Землю с постоянным ускорением g, то
гравитационная сила, действующая на тело массой т со стороны Земли, согласно
второму закону Ньютона, имеет вид
F=mg.
Если сила, действующая на тело массой т. пропорциональна его массе, то
сила, действующая на Землю, пропорциональна массе Земли М. По третьем>
закону Ньютона эти силы равны по модулю. Следовательно, сила
гравитационного взаимодействия тела и Земли пропорциональна произведению их масс.
И. Ньютон определил силу притяжения двух материальных точек.
Между любыми двумя материальными точками действует сила
взаимного притялсения, прямо пропорциональная произведению масс этих
точек и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними:
г
где G — гравитационная постоянная. Гравитационная сила притяжения
направлена вдоль прямой, соединяющей материальные точки.
В 1798 г. гравитационную
постоянную измерил английский
физик Г, Кавендиш с помощью
крутильных весов (рис. 5.1).
Два шарика /, имеющих
одинаковую массу тх, укреплены на
концах легкого коромысла 2,
подвешенного на упругой нити 3.
Шарики находятся на расстоянии
Рис. 5.1. т\ г от более массивных шаров 4
24

гра-
массой т2. Под действием сил притяжения малых шаров к большим
коромысло поворачивается. По углу закручивания нити определяют силу
гравитационного притяжения F{2 шариков массами т\ пт2. Кавендиш нашел
числовое значение гравитационной постоянной. Последующие эксперименты
лишь несколько уточнили его результат: G = 6,67 -Ю~и HmVkt2.
Гравитационная постоянная численно равна силе гравитационного
притяжения двух тел массой по 1 кг каждое, находящихся на расстоянии 1 м
одно от другого. Эта сила столь мала, что мы не замечаем притяжения между
окружающими нас телами и сами не испытываем к ним притяжения.
Значительным оказывается лишь притяжение тел к Земле благодаря ее огромной
массе. Гравитационное притяжение определяет характер движения тел вблизи
Земли.
Все тела притягиваются друг к другу гравитационными силами. Сила
тяжести — гравитационная сила, действующая на тело.
Ускорение, приобретаемое телом под действием гравитационной силы,
можно найти из второго закона Ньютона
ag=G
(Л3 + А)-
Вблизи поверхности Земли (h « R)
fle=G^ = 9,8M/c2.
Ускорение свободного падения (гравитационное ускорение) —
ускорение, приобретаемое телом под действием гравитационной силы вблизи
поверхности небесных тел (планет, звезд). Сила тяжести,
действующая на тело массой т вблизи поверхности Земли, равна F = mg .
Вес тела — это сила, с которой тело действует на опору или подвес.
Все тела равен по модулю и противоположен по направлению силе реакции
опоры или подвеса, т.е. силе упругости опоры или подвеса.
Сила упругости приложена к телу, а вес тела — к опоре или подвесу
(рис. 5.2.).
N
4.
77777
Р
7*77777
img
Рис. 5.2
а
77777Ш7777
а
mg
Рис. 5.3
О
При движении тела вместе с опорой вес тела изменяется. Если тело
вместе с опорой движется вниз с ускорением (а ф g), то вес тела станет
меньше, чем когда тело покоилось. На тело действует сила тяжести mg и сила
реакции опоры N (см. рис. 5.3).
По второму закону Ньютона
Л' + mg = та
25

В проекции на ось ОХ:
-N + mg — та, N = mg - та.
Вес тела Р по модулю равен силе реакции опоры N (по третьему закону вт
Ньютона), поэтому энс
P = m(g-a). "P1
Если тело вместе с опорой или подвесом движется с ускорением,
которое направлено так же, как ускорение свободного падения, то его вес мень-
X ше веса покоящегося тела. Если тело с опорой мае
резко поднять вверх, сообщив ускорение, на- Пер
правленное вверх (рис. 5.4), то вес тела увели- peai
чивается. за в
По второму закону Ньютона жал
N
>777.
*m5
а
/7777.477777
О N + mg = ma. ПЛУ
„, Mg 242
^Т В проекции на ось ОХ: я<
Рис. 5.4 # _ mg = та> N = mg + та. '
По третьему закону Ньютона вес тела Р по модулю равен N, поэтому 1
P = m(g + a). вич!
Если тело движется с ускорением, направленным противоположно ус- на м
корению свободного падения, то его вес больше веса покоящегося тела. весь
Увеличение веса тела, вызванное его ускоренным движением, называют запа
перегрузкой. n*xv
Если груз с опорой заставить свободно падать, то вес тела становится ся в
равным нулю. При свободном падении и груз, и опора движутся с одинако- ное J
вым ускорением g . Опора не деформируется, и нет силы реакции опоры, ния
действующей на груз, а груз не деформируется и не действует на опору. Вес --
исчезает. Говорят, что груз стал невесомым. Всякое тело, на которое
действует только сила тяжести, находится в состоянии невесомости.
Всякое свободно падающее тело находится в состоянии невесомости
-х , СрСД1
В состоянии невесомости находится человек во время прыжка (в момеш
ч г х- \ OHH0
отрыва от земли до момента приземления).
2. Качественная задача по теме «Электростатика» kotoj
Как направлен вектор напряженности электростатического поля, соз- ^^
данного двумя одинаковыми по модулю, но противоположными по знак) ^
зарядами в точке Л, одинаково удаленной от зарядов (рис. 5.5). ^
Как направлен вектор напряженности электростатического поля,
созданного двумя одинаковыми отрицательными зарядами, в точке В, одина- _
ково удаленной от зарядов (рис. 5.6).
о о ради<
жаты
Аи Вт диац.
0+q O^ перш
Л
Рис. 5.5 Рис. 5.6." ное з*
после
26

закону
Э. Текст по теме «Ядерная физика», содержащий информацию о
влиянии радиации на живые организмы или воздействия ядерной
энергетики на окружающую среду. Задание на понимание основных
принципов радиационной безопасности
, кото- Экологические последствия на Чернобыльской АЭС
: мень- Авария на Чернобыльской АЭС является не только крупной по своим
>пороЙ масштабам, но и классической по опасным экологическим последствиям.
ие, на* Первичное парогазовое облако, образовавшееся в результате разрушения
увели- реактора, содержало всю гамму радионуклидов, накопившихся в реакторе
за время его работы, а также компоненты ядерного топлива. Облако
содержало большое количество образовавшихся биологически опасных изотопов
плутония и других актинидов (нсптуний-237, америций-242, -245, кюрий-
242,-244 и другие), опасных газообразных изотопов (ксенон-133, криптон-
85, Йод-131,-132). При подъеме этого облака и его движении образовались
два радиоактивных следа: западный и северный.
>му Безусловно, что радиационному воздействию за счет прохождения
первичного парогазового облака подверглись люди и окружающая среда. Причем
vc- на малых расстояниях от аварийного облака доза облучения на его следе была
весьма значительна, о чем свидетельствует гибель хвойных пород леса на
зывают запаДН0М следе облака В дальнейшем значительные выбросы радионуклидов
продолжались еще 9 суток. Все эти выбросы радионуклидов при
меняющихся ся в этот период метеорологических условиях и вызвали в целом неравпомер-
ншако- нос РаДиоактивпое загрязнение огромных территорий. Значимые с точки зре-
___„, ния экологических последствий для населения и территорий выпадения ра-
С/ЕГОР/О!*
диоиуклидов были ограничены расстоянием 100-200 км от аварийного энер-
^' „ гоблока. На дальних расстояниях преоблачала конденсация компонента вы-
а ЯСЙСТ"
падения, характерной особенностью которой является преимущественный
вклад цезия-137 в суммарную активность загрязнения объектов окружающей
' среды после распада короткожив>тцих радионуклидов. В развитии
радиационной обстановки после аварии на Чернобыльской АЭС принято выделять
два основных периода: период «йодовой опасности» и «цезисвый» период,
который наступил спустя два месяца после аварии. В «йодовом периоде»,
кроме внешнего облучения, за счет которого формировалось до 45% дозы за
* первый год, основные проблемы были связаны со снижением уровней
внутреннего облучения, которое определялось в основном употреблением молока
— главного «поставщика» радионуклида йода в организм человека, и листо-
ля, соз- г
вых овощей. Для примера отметим, что корова ежесуточно съедает на паст-
, од и на* с 2
бище корм с площади около 150 м и является идеальным концентратором
радиоактивности в молоке.
«Цезиевый период», наступивший в конце июня 1986 г., будет
продолжаться длительное время, и цезий будет являться основной причиной
радиационного воздействия на население и окружающую среду. Как известно,
. период полураспада цезия-137 составляет 300 лет.
Анализ чернобыльской аварии убедительно подтверждает, что
радиоактивное загрязнение окружающей среды является наиболее важным экологическим
последствием радиационных аварий с выбросами радионуклидов, основным
27

фактором, оказывающим влияние на состояние здоровья и условия жизнсдея- ^
тельности людей на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению.
Ответьте на вопросы к тексту:
1. Когда произошла авария на Чернобыльской АЭС?
2. Какие наиболее опасные изотопы актинидов?
З.Что значит принцип обоснования обеспечения радиационной
безопасности?
4. Что значит принцип аварийной оптимизации обеспечения
радиационной безопасности?
БИЛЕТ № 6
тела
1. Силы трения скольжения. Сила упругости. Закон Гука нап|
Сила трения — сила, возникающая при соприкосновении поверхно* ПРИ
стей тел, препятствующая их относительному перемещению,
направленная вдоль поверхности соприкосновения. F[ =
При соприкосновении твердых тел возможны три вида трения: трение
покоя, трение скольжения, трение качения.
Сила трения скольжения всегда направлена
в сторону, противоположную относительной
скорости соприкасающихся тел (рис. 6.1).
Когда возникает движение одного тела по ного
поверхности другого, связи между атомами нач;
первоначально неподвижных тел разрываются, *
трение уменьшается. При дальнейшем относи- ния
тельном движении тел трение остается
постоянным и становится меньше силы трения по- -
коя. Сила трения скольжения пропорциональна силе нормального давления приз-
и, следовательно, силе реакции опоры:
где ц — коэффициент трения скольжения, который меньше коэффициента
трения покоя и зависит от свойств соприкасающихся поверхностей. сжат
Коэффициент трения не зависит от площади соприкасающихся поверхно- ь
стей и от относительного положения тел. Сила трения зависит от относитель- мод,
ной скорости тел. Эта зависимость состоит в том, что при изменении направо мате
лсния скорости изменяется и направление силы трения. Трение между сопри- ьяол,
касающимися телами называют сухим трением. Для уменьшения трения мап^
применяют смазку. В результате смазки тело движется, соприкасаясь с
жидкостью или газом. В этом случае тоже возникает сила, параллельная поверх- е
ности соприкосновения и направленная против движения. Сила жидкого трс-
няя, иногда ее называют силой сопротивления, много меньше сил сухого
трения. Например, порой невозможно сдвинуть плот, находящийся на берегу,
и довольно легко это сделать, если плот находится в воде.
Для уменьшения сил сопротивления движущимся телам придают обге*
каемую форму. Обтекаемую форму имеют самолеты, подводные лодки, к
рыбы и животные, обитаемые в воде. При деформации тел изменяются рас*
28


недеянию.
\N\N\\\\N\\
\ без-
[иашь
грхно-
аправ-
грение
авлена
глыюй
ела по
-омами
(аются,
ГШОСН-
посто-
[ИЯ ПО-
влекия
F^-F
Ъ
-$//,"//'/0
[циента
верхно-
ситель-
направ-
г сопри-
трения
>сжид-
повсрх-
оготре-
сухого
l берегу,
эт обте-
; лодки,
тся
расстояния между молекулами вещества, в
деформирующем теле возникает сила, препятствующая
деформации.
Сила, вызванная деформацией тел и
препятствующая изменению объема тела, называется силой
упругости. Причиной деформации является движение
одних частей тела относительно других. Особенность
силы упругости состоит в том, что она направлена
перпендикулярно поверхности соприкосновения тел.
В пружинах, стержнях и шнурах сила упругости
направлена вдоль их осей (рис. 6.2).
Сила упругости, возникающая при деформации
тела, пропорциональна удлинению тела и направлена противоположно
направлению перемещения частиц тела относительно других частиц
при деформации. Эта зависимость носит название закона Гука.
Если тело восстанавливает
первоначальные формы, то оно обладает
упругой деформацией, если не
восстанавливает — пластической.
Рассмотрим деформацию растяжения
твердого тела (рис. 6.3).
В любом сечении
деформированного тела действуют силы упругости, препятствующие разрыву этого тела
на части.
Отношение модуля силы упругости F к площади поперечного
сечения S тела называют механическим напряжением:
o = F/S.
Экспериментально было установлено: при малых деформациях
напряжение прямо пропорционально относительному удлинению:
о = £|е|.
Относительное удлинение с берется по модулю, так как закон Гука
справедлив не только для деформации растяжения, но и для деформации
сжатия. В этом случае относительное удлинение будет меньше 1гуля.
Коэффициент пропорциональности £, входящий в закон Гука, называют
модулем упругости, или модулем Юнга. Модуль Юнга для большинства
материалов определен экспериментально, исходя из последней формулы
Модуль Юнга характеризует сопротивляемость материал упругой
деформации растяжения или сжатия.
Если в формулу а = £|е| подставим о = — и е = -—-, получим:
Рис. 6.3
'О
Отсюда
S /0
SE
'О
29

SE
°m
E
A
\*
—»»
Обозначим — = A:, тогда F = А|Д/|.
h
о
Таким образом, жесткость к стерж*
3.
вой р>
О Q
Р £
НИИ ДВ
прямо пропорциональна произведени
модуля Юнга на площадь поперечног з.
сечения стержня и обратно пропорци^ание
налыга его длине. Закон Гука выполняете
при небольших деформациях. Максимам
ное напряжение (рис. 6.4), при которо
выполняется еще закон Гука, называк Во
Рис. 6.4 пределом пропорциональности. суд m
Если увеличивать нагр^ку, то дефоросуда
мация становится нелинейной, напряжение перестает быть прямо пропо|псрсм<
циональным относительному удлинению. Однако при небольших нелинеш дн<
ных деформациях после снятия нагрузки форма и размеры тела практичлорше
ски восстанавливаются (участок АВ диаграммы). По мере увеличения н«увцю
грузки деформация нарастает быстрее. При некотором значении напряж
ния, соответствующем на диаграмме точке С, удлинение нарастав
практически без увеличения нагрузки. Это явление называют текучесть {
материала (участок CD).
С увеличением деформации кривая напряжений начинает немного во
растать и достигает максимума в точке Е. Затем напряжение резко спадае
и образец разрушается (точка К), т.е. разрыв происходит после того, ка
напряжение достигает максимального значения, называемого предело^^ ^
прочности. Эта величина зависит от материала образца и от качества ei '——
обработки. Тела, не обнаруживающие остаточных деформаций при сравн!
тельно больших напряжениях и деформациях, называют упругими.
On
1.1
2.1
3. '
2. Экспериментальное задание по теме «Магнитное поле»: hi
блюдение взаимодействия постоянного магнита и катушки с токе
(или обнаружение магнитного поля проводника с током при пом<
щи магнитной стрелки) ния ил
В вашем распоряжении имес *• I
ся проволочная катушка, соедин1гатс;1С|
тельные провода, разъединител
НЫЙ КЛЮЧ, ИСТОЧНИК ПОСТОЯННО!
тока, дугообразный магнит, ми
лиамперметр. ^
Соберем электрическую M^^j,^
Рис. 6.5 согласно рис. 6.5.
1. Поднесите к висящей к
тушке магнит и после этого замкните ключ. Пронаблюдайте движеш
мотка.
2. Выберите несколько вариантов относительно катушки и магнит.
Укажите направление магнитного поля, направление тока и предполагаемс О
движение катушки относительно магнита.
г
30

г 3. Применив правило правого винта (правило буравчика) и правило
левой руки, проверьте правильность предположений о характере и направле-
стсРжрции движения катушки,
ведени
гречно! з. Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий опи-
торци(сание опыта. Задание на формулировку гипотезы опыта, условий
•> пня рте
его проведения и выводов
геимал!
которо Огонь из «ничего»
азывак Возьмем толстостенный сосуд, сделанный из оргстекла (рис. 6.6).
Сосуд имеет диаметр порядка 40 мм и высоту около 160 мм. Вблизи дна
э дефо^осуда имеется плотно закрывающееся отверстие. Внутри сосуда может
пропортсремещаться хорошо пригнанный к стенкам поршень с ручкой. Положим
^елииеша дно цилиндра смоченный эфиром кусочек ваты и быстро опустим
рактич<поршень вниз. Сквозь стенки прозрачного сосуда мы видим ярко вспых-
ения нгнувшес пламя. Нагревание воздуха при быстром сжатии нашло
применение в двигателях Дизеля. В цилиндр двигателя
засасывается атмосферный воздух, и в гот момент, когда
наступает его максимальное сжатие, туда
вспрыскивается жидкое топливо. К этому моменту температура
воздуха так велика, что горючее самовоспламеняется.
Двигатели Дизеля имеют больший коэффициент
полезного действия, чем обычные, но более сложны в
"^ * изготовлении и эксплуатации. Сейчас все большее
количество автомобилей снабжается двигателями
Дизеля.
апряж\
оастае
учесты
юго воз
спадае*
гого, ка
1редела-з=^"з
гства ег "—-
i сравш
Рис. 6.6
Ответьте на вопросы к тексту:
1. Почему опыт не удастся, если воздух в цилиндре сжимать медленно?
2. Почему для проведения опыта берется именно эфир?
3. Какой из двшателей: карбюраторный двигатель внутреннего
сгорания или двигатель Дизеля более эколо1 ичный?
га имея 4* Почему у двигателей Дизеля больше КПД, чем у карбюраторных
двигателей?
ле»: ш
с tokoi
т помф
соедиго
[инитеш
ггоянног
ГИТ, МИЛ
БИЛЕТ № 7
1. Работа. Механическая энергия. Кинетическая и потеициаль-
ую цеп|1ая ЭНСрГИЯв Закон сохранения механической энергии
ащей кг
цзиженк
магнит*
шатаемо 0
А
X
Рис. 7.1
Если на тело действует постоянная сила F
и тело в направлении действия силы
совершает перемещение s , то говорят, что сила
совершает работу А, равную произведению
модулей векторов силы и перемещения на
косинус угла между этими векторам, (рис. 7.1):
A-F scosa.
31

«1
Единица измерения силы — джоуль (Дж). Работа равн. тела
1 Дж, если она совершена силой 1 И на нуги в 1 м: выс<
1Дж = 1П1м. рабе
Работа — величина скалярная, т.е. не имеет направления лы т
Пели па тело действуют несколько сил, то под F подразуме ческ
вастся результирующая всех сил. Если сумма всех сил равн. *
О, значит равна 0 и суммарная работа всех сил. хотя кажда рабо
действующая сила совершает работу, если тело перемещает
ся в пространстве. В этом случае работа одних сил положи
тельна, а других отрицательна. Положительной считаете
работа сил, которые сонаправлены с перемещением, отрица
тельной, если работа сил противоположна перемещению ^а °
тт ^ шает
Например, при подъеме груза раоота силы натяжения положительна, а ра
бота силы тяжести — отрицательна (рис. 7.2). альм
Если направление действия силы перпендикулярно перемещению, то iальн<
НО RI
работа этой силы равна 0 (cos90° = 0 ). Например, не совершает работь
сила, которая заставляет тело двигаться по окружности, рис. 7.3
как о
п _ л
А
Рис. 7.2
F
взят*
о
\
■<}•
личи
ИЗМС1
Рис. 7.3
Рис. 7.4
ЛИЧИ]
ние с
полом
\ом:
Рассмотрим работу силы тяжести (рис. 7.4). Пусть тело массой т сво
бодно падает с высоты fy до высоты h> относительно выбранного иулево
го уровня. Направление перемещения и действия силы тяжести F - mg P;
совпадают, следовательно, работа силы тяжести равна
A = mg(hl-h1).
Если тело брошено вверх, то работа силы тяжести будет отрицательная ииро!
A = -mg(hi-h2). »«срп
При движении тела по наклонной плоскости работа силы тяжести равна
А — mgscosa,
где а — это угол между вектором силы и вектором перемещения. Н
5 cos а = А, следовательно, работа равна А = mgh .
„ „ ория
Если тело движется по некоторой произвольной траектории, то ее моя t
но разбить на множество наклонных плоскостей. Полная работа на вес *
- 1ИС Mi
пути равна
а г . I . mien
А = mgfh + mgh-i +...,
1 " седв
где h — общая высота подъема, т.е. А - mgh.
1-5611
32
Ра

Значит, работа силы тяжести не зависит от формы траектории движения
а равн: тела. Работа силы тяжести равна произведению силы тяжести на разноси»
высот в начальном и конечном положениях. Если тело движется вверх, ю
работа отрицательна, при авижении вниз работа положиicibiia. Работа см-
тленил лы тяжести па замкнутой траектории равна 0, так как происходит алгебраи-
„001„,, ческос сложение равных величин с разными знаками,
[раз j mi,
[л оавн; Величину mgh называют потенциальной энергией тела. Выражение ия
каждш работы силы тяжести можно переписать
мешает а - -mg(h, - А,).
толожи п ^ ...
Раоота силы тяжести равна изменению потенциальной энергии тела.
1итастс1 „ „ ..
взятой с противоположным знаком. Знак минус означает следующее. Ьсли
отрица * J
раоота силы тяжести положительна, то потенциальная энергия тела умень-
■шению^ , ' . „
шается (при падении потенциальная энергия тела уменьшается). Потснци-
ш, a pa „ „
альнои энергией обладают и покоящиеся тела, так как от скорости
потенциальная энергия не зависит, а зависит только от положения тела
относительно, то i ^ ■
r iio выбранного нулевого уровня. Однако работа, которая совершается при
перемещении тела, от выбранного потенциального уровня не зависит, га*
как она равна изменению потенциальной энергии.
Для вычисления работы силы упругости надо среднее значение этой
величины умножить на перемещение, так как силы упругости при движении
изменяются, поскольку изменяется удлинение пружины:
Среднее значение силы унрупости находят из определения средней ве-
кх + lex fci х "Ь х I
личины в математике F.„ =—■ 1 = —LJ 11 Подставим среднее шаче-
р 2 2
нис силы упругости в выражение для работы и получим*
• нулевсь 2 2
F = mg Работа силы упругости зависит от координат начального и конечного
кх2
положений тела. Величину называют потенциальной энергией дефор-
тельная мированного тела. Работа силы упр}гости равна изменению потенциальной
энергии упруго деформированного тела, взятому с противоположным
знаком:
™РаВНа л = -(М_М)
лшя. Hi v ~ - /
Работа силы упругости не зависит от формы траектории, а если
траектория замкнута, то работа равна 0. Способность тела совершать механиче-
\ се мож _
:кую работу характеризует физическая величина, которая получила пазва-
!ис механической энергии. Полная механическая энергия складывается из
сиистичсской и потенциальной энергии Кинетической энергией обладают
ice движущиеся тела.
2-5611

Если на тело дейС1вуе1 сила F и тело совершает перемещение £ . то
работа данной силы А = F scosa , cos а = I .
Согласно втором) закону Ньютона, F = ma- Подставим jto выражение
. г . rnvl mv2 п ти2
в форм\лу работы, получим A-L— -■ Величину называют
2 2 2
кинетической энергией тела Ек - Энеркия (так же как и импульс) имее
свойство сохраняться. Рассмотрим замкнутую систему тел, т.е. систему, где
тела взаимодействуют только друг с другом. Тела в такой системе могут
обладать и потенциальной энергией, и кинетической. Изменение
потенциальной энергии тела, взятой со знаком минус, равно изменению
кинетической энергии системы, т.е. совершенная работа силами тяжести и упругости
записывается
А = -[Ер2-ЕрХ)> 01
но эта же работа равна А = £^2 ~ &k\ ■ Отсюда видно, что при
возрастании одной энергии другая уменьшается, т.е. происходит превращение
одного вида энергии в другой. Сумму кинетической и потенциальной энергш гд
называют полной механической энергией. Полная механическая энерги?
замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения или силам!
упругости, остается неизменной. Это формулировка закона сохранения "Л3
энергии. Закон сохранения механической энергии справедлив при отсутст- *Р
вии сил трения, т.е. в системе не происходит перехода механической энер ЧТ|
1 ии в другие виды энергии. Законы сохранения позволяют по начальном;- пе]
состоянию системы определить ее конечное состояние, не выясняя
величины сил взаимодействия. При рассмотрении работы силы трения надо ис ГИ1
пользовать закон сохранения полной энергии. эн<
ма
2. Качественная задача по разделу «Мо
лекуляркая физика»
На рис. 7,5 представлен график измснени
давления в зависимости от температуры для не
которой массы идеального газа. Как при это1
изменялся объем газа?
Соединим начато координат с нескольким
точками на графике. Проведенные прямые явл*
клея изохорами . Выделим прямую 1-2. Очевщ
но, ч то при температуре Т2 объем К2 больше, че. (JaF
V\. т.е. объем газа в этом процессе увеличивался. ви$
3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описан»
использования законов электродинамики в технике. Задание и наш
понимание основных принципов, лежащих в основе работы ошна31
санного устройства
Какое хочу, такое и получу мая'
При практическом использовании энергии электрического тока очет83™
часто возникает необходимость изменять напряжение, даваемое каким-ли(чес1<
lenepaiopoM В одних случаях нужны напряжения в тысячи или даже coti
V / /
1 / '
■ /| h
Рис 7 5 .
У
Г;
*
1
34
2*

s . io
ажение
зывакл
\ имеет
чиу, где
г могут
отенци-
истине-
ругости
тысяч вольт, в других необходимы напряжения
в несколько вольт или несколько десятков
вольт. Осуществить такого рода
преобразования можно в устройствах, которые называют
[у | ё трансформаторами. В основе работы транс-
Nii -оЬй
Рис. 7.6
озраста-
ие одно-
энерп™
энергш
[ силам!
:ранени1
отсутст
ой энер-
[альном)
величи-
надо ис
лу «Мс
зменсни.
1 для не
три это*
й— £• Ф°Рмат0Ра лежит явление электромагнитной
ji-fc> о индукции. Трансформатор состоит из двух
*™* обмоток, надетых на магнитомягкий стальной
сердечник. Сердечник собран из пластин. Одна
из обмоток, называемая первичной,
подключается к источнику переменного тока. Вторая
обмотка, к которой подсоединяют «нагрузку»,
называют вторичной (рис. 7.6).
Для трансформаторов, работающих на холостом ходу, справедливо со-
ртношение
где I/, и U2 — напряжения на первичной и вторичной обмотках
трансформатора, a Ni и N2 — число витков на первичной и вторичной обмотках
трансформатора. Величину К называют коэффициентом трансформации.
Трансформатор преобразует переменный электрический ток таким образом,
что произведение силы тока на напряжение приблизительно одинаково в
первичной и вторичной обмотках.
Электрическая энергия — самая универсальная и удобная форма
энергии для передачи на большие расстояния. Удвоение потребления
электроэнергии происходит в среднем за 10 лет. Эго означает, что роль
трансформаторов как повышающих, так и понижающих будет возрастать.
Ответьте на вопросы к тексту:
1. В чем заключается явление электромагнитной индукции?
2. Может ли трансформатор работать от постоянного тока?
3. Каковы потери передаваемой мощности в трансформаторах?
4. Почему сердечник трансформатора набирается из пластин?
БИЛЕТ № 8
кольким
1ые явлх
. Очевил 1. Механические колебания. Свободные и вынуждепные келе-
1ьше, не бання. Резонанс. Превращение энергии при механических колебаг-
чивался. виях
шмсаин Механические колебания происходят под действием силы, пропорцио-
|ание и нальной смещению и направленной ему противоположно. Такие колебания
>ты опв называют гармоническими.
Гармонические колебания можно рассмотреть на примере пружинного
маятника. В отсутствие сил трения колебательная система является консср-
оча ватмвной, поэтому для нее выполняется закон сохранения полной механн-
аким-ли^^ои^Р"™:
аже сотк Ek+ Ep = Eko + Epo
2*

Полная механическая энергия гармонических колебаний
пропорциональна квадрату их амплитуды
Е.Я..
2
С ростом энергии колебаний возрастает их амплитуда.
А =
где к — жесткость пружины. Как видно из формулы, чем жестче пружина
тем меньше амплитуда колебаний. Полная механическая энергия
гармонических колебаний пружинного маятника сохраняется, а его кинетическая и
потенциальная энергии непрерывно изменяются.
Потенциальная энергия гармонических колебаний зависит от координаты
£Р =
кх'
Кинетическая и потенциальная энср| ия маятника {рис. 8.1), согласно
закону сохранения энергии, равна полной механической энергии:
mv
kxJ
= £ =
Ы
Рис. 8.1
Рис. 8.2
На рис. 8.1 изображены графики зависимостей Ер (х) и ЕК(х). смс
Потенциальная энергия максимальна в точках поворота, когда х = ±At и mi Г0С1
нимальиа в положении равновесия при х = 0. Кинетическая энергия, наоборо Зак<
минимальна в точках поворота и максимальна в положении равновесия.
Колебания, происходящие под действием внутренних сил в систем
выведенной из положения равновесия и предоставленной самой себе, назь
вают свободными.
Уравнением координаты дгижения маятника является уравнение
Х = ЛС05С00'>
где coq — циклическая частота; щ = 2ttv. Циклическая частота показы
число колебаний за 2я секунд.
Свободные колебания являются затухающими, т.е. амплитуда уменыи
ется с течением времени, так как в реальной системе механическое движ
ние всегда сопровождается трением (рис. 8.2).
ифг
(
раже
36

DpUHO-
a
»ужина
LpMOHH-
еская и
данаты
асно за-
(/=7)
F
УФ 1
v = 0 _
•■■*!*
Рис. 8.3
Рис. 8.4
±Л, и ми
наоборот
я.
систем!
гбе, назы
ие
оказывас
. уменын
сое движ
Силы трения, направленные противоположно перемещению маятника,
совершают отрицательную работу, уменьшая его механическую энергию.
Рассмотрим характерные особенности вынужденных колебаний в
системе, в которой возможны собственные колебания с частотой со0 в
отсутствие внешнего воздействия. Такой системой является, например,
пружинный маятник (рис. 8.3).
Предположим, что на горизонтальный пружинный маятник массой т
(жесткость пружины к) по оси X действует периодическая внешняя сила
F х = F0cos со0Л Для определенности будем считать, что в начальный
момент времени пружина максимально растянута (х0 - А) и неподвижна
( v о - 0). В этот момент сила упругости пружины Fynp > F x- Fa.
Если маятник отпустить, то он ускоренно начнет двигаться влево, а
потом, сжимая пружину, возвратится в первоначальное положение. Затем
процесс повторится. В системе возникнут вынужденные гармонические
колебания с частотой со вынуждающей силы и с амплитудой А:
x=Acos со t.
Чтобы найти амплитуду вынужденных колебаний маятника,
воспользуемся вторым законом Ньютона. По оси X на маятник действуют сила
упругости пружины F = -кх и внешняя периодическая сила Fx, поэтому второй
закон Ньютона имеет вид:
тах — -кх + F0 cos со t.
Используя выражение для ускорения при колебательном движении
ах=-со A cos со t
и формулу x^Agos со f, запишем второй закон 11ьютоиа в виде*
-таз1 A coscot = -kAcosot + F0cosu)t
Сокращая выражение на cos со t и учитывая, что к = та>\ . по Я) чаем
выражение для амплитуды вынужденных колебаний:
4 =
т(а$-о>г)

Как следует из этой формулы, амплитуда вынужденных колебаний
зависит от частоты вынуждающей силы. Для построения графика полученной
зависимости рассмотрим предельные случаи малых и больших частот.
• При co = 0F х = Fo, т.е. на маятник действует постоянная сила, не
зависящая от времени. В этом случае х = А
А=-^
л г •
mcoQ
Полученное соотношение определяет статическое смещение маятника.
• Если частота вынуждающей силы меньше частоты собственных
колебаний ( со < со0), то при увеличении частоты со0 оразность ( coq - со2 ) в
знаменателе дроби уменьшается. Это означает, что при частоте т<щ
амплитуда вынужденных колебании увеличивается с ростом частоты
(рис. 8.4, кривая /).
•. При большой частоте со частота вынуждающей силы существенно
превосходит частоту собственных колебаний со > щ. В этом случае величиной
со0 в знаменателе выражения можно пренебречь по сравнению с со:
таг
Аналогичное выражение амплитуды было получено при описании
вынужденных колебаний тела, не имеющего положения устойчивого равновесия,
т. е. при отсутствии пружины.
Амплитуда вынужденных колебаний обратно пропорциональна
квадрату частоты со.
При частоте а>> со$ амплитуда вынужденных колебаний убывает с
ростом частоты. Закон убывания — квадратная гипербола (см. рис. 8.4,
кривая /).
Если частота вынуждающей силы приближается к частоте собственных
колебаний (со -> щ ), то знаменатель выражения стремится к нулю. В этом
случае амплитуда колебаний резко возрастает, стремясь к бесконечности
при со - со0.
Резонанс— явление резкого возрастания амплитуды вынужденных
колебаний при совпадении частоты внешней силы с частотой
собственных колебаний системы.
Резонансная кривая •— график зависимости амплитуды вынужденных
колебаний системы от частоты изменения внешней силы (рис. 8.4, кривая 2).
При резонансе внешняя сила действует синхронно со свободными
колебаниями системы. На протяжении всего периода свободных колебаний
направление внешней силы F совпадает с направлением перемещения Лт
колеблющегося тела.
Работа, совершаемая внешней силой, при резонансе положительна»
поэтому полная механическая энергия системы
E = Eq+FAx

постоянно возрастает из-за резонансного поглощения энергии. Быстрое
увеличение энергии колеблющегося тела ведет к резкому возрастанию
амплитуды вынужденных колебаний: A~v£ . Именно с этим приближением
связано стремление к бесконечности амплитуды вынужденных колебаний
при резонансе.
Потери энергии на трение приводят к уменьшению полной
механической энергии колебаний и соответственно к уменьшению их амплитуды.
Известно, что для прекращения расплескивания воды в ведре
необходимо изменить темп ходьбы, при этом изменяется частота внешней силы,
вызывающей резонансные колебания воды. Избежать нежелательного
резонанса можно, изменяя частоту собственных колебаний системы. Пластилин,
прикрепленный в центре оконного стекла, предотвращает его дребезжание,
возникающее при проезде автомашин мимо окон, так как эффективное
увеличение массы стекла изменяет частоту его собственных колебаний.
Мосты в Анжере в 1750 г. и в Петербурге в 1906 г. были разрушены в
результате резонанса. Частоты строевого шага марширующих военных
совпали с частотой собственных колебаний моста. При землетрясении
разрушаются здания одинаковой высоты, так как их собственная частота колебаний
определяется высотой и совпадает с частотой колебаний почвы.
Явление резонанса позволяет с помощью сравнительно малой сипы
получить значительное увеличение амтттуды колебаний и поэтому
используется в вибромашинах, в горнодобывающей промышленности, а
также при разработке мерзлого грунта. Используется явление резонанса
в радио, телевидении, медицине, исследованиях Вселенной.
2. Экспериментальное задание по теме «Элементы
термодинамики»: построение графика зависимости температуры от времени
остывания воды
В вашем распоряжении имеются стакан с горячей водой, большой
стакан с холодной водой (стакан с горячей водой должен пометаться в стакан
с колодной водой), термометр, часы с секундной стрелкой.
Опустите термометр в стакан с горячей водой и через равные
промежутки времени снимайте показания термометра. Для ускорения процесса
можно опустить стакан с горячей водой в стакан с холодной водой, при
этом необходимо непрерывно помешивать горячую воду. Постройте график
зависимости температуры от времени остывания воды.
3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание
физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе или в
повседневной жизни. Задание на понимание физических терминов,
определение явления, его признаков или объяснение явления при
помощи имеющихся знании
Огни святого Эльма
В природе наблюдается интересное явление. Иногда в тропическую ночь на
мачтах и реях кораблей появляются кисточки холодного пламени. Эти огни
известны очень давно. Их видели Колумб и Магеллан, о них писал даже Юлий

Цезарь, который однажды видел такое свечение на копьях своих солдат во
время ночного похода через горы. Не составляет большого труда самим полугить
такое свечение. Если хорошо натереть лист оргстекла сухой тканью и после
этого к листу поднести полураскрытые ножницы остриями к листу, то в
затемненной комнате можно увидеть как на остриях ножниц появляются дрожащие
пучки нитей, светящиеся лиловатым пламенем. В тишине можно услышать
легкое шипение или жужжание. Если вместо ножниц к листу оргстекла
поднести спичку, то она не зажжется, хотя огонь будет плясать прямо на головке
спички. Возникшее свечение холодное. Такое же свечение часто появлялось на
шпиле церкви святого Эльма в одном из городов Франции и считалось доброй
приметой. Подобное свечение получило название огней святого Эльма
Ответьте на вопросы к тексту и выполните задание:
1. Какое физическое явление лежит в основе появления огней святого
Эльма?
2. Почему не возникает такого свечения на плоской металлической крыше?
3. Опасно ли находиться вблизи возникших огней святого Эльма на
корабле?
4. На каком физическом приборе можно получить огни святого Эльма?
Продемонстрируйте.
БИЛЕТ № 9
1. Возникновение атомистической гипотезы строения вещества
и ее экспериментальные доказательства. Идеальный газ. Основное
уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа.
Абсолютная температура как мера средней кинетической энергии
теплового движения частиц вещества
В основе молекулярно-кинетической теории строения вещества лежат
три утверждения: вещество состоит из частиц, эти частицы беспорядочно
движутся, частицы взаимодействуют друг с другом.
Определим размеры молекул.
Если наблюдать расплывание капельки масла, например оливкового, по
поверхности воды, то масло никогда не займет всю поверхность, если сосуд
велик. Нельзя заставить капельку объемом 1 мм3 расплыться так, чтобы она
заняла площадь поверхности более 0,6 м2. Можно предположить, что при
растекании.масла по максимальной площади оно образует слой толщиной
всего лишь в одну молекулу. Толщину этого слоя нетрудно определить и
тем самым оценить размер молекулы оливкового масла.
Объем У слоя масла равен произведению его площади поверхности S
на толщину d слоя, т.е. V =* Sd Следовательно, размер молекулы олив*
, 0,001см3 , _ 1П_7
кового масла равен: а = =-«It7-10 см.
6000 слГ
Размеры молекул, в том числе и оливкового масла, больше размеров
—Я
атомов. Диаметр любого атома имеет порядок 10 см Эти размеры так
4С

ю вре-
тучить
после
затем-
жашие
ышать
юднес-
оловке
юсь на
доброй
малы, что их невозможно себе представить. В таких случаях прибегают к
помощи сравнений. Вот одно из них.
Если пальцы сжать в кулак и увеличить его до размеров земного шара,
то атом при том же увеличении станет размером с кулак.
При очень малых размерах молекул число их в любом макроскопическом
теле огромно. Подсчитаем приблизительное число молекул в капле воды
массой I г и, следовательно, объемом 1 см3. Диаметр молекулы воды равен
-3 ■ 10 см . Считая, что каждая молекула воды при плотной угаковкс моле-
кул занимает объем (3 10 см ) , можно найти число молекул в капле,
разделив объем капли (1 смэ) на объем, приходящийся на одну молекулу:
.3
// =
I СМ'
вятого
)ыше?
на ко-
Эльма?
(3-10"8)3см3
= 3,710
22
При каждом вдохе вы захватываете столько молекул, что если бы
все они после выдоха равномерно распределились в атмосфере Земли, то
каждый житель планеты при вдохе получил бы 2-3 молекулы,
побывавшие в ваших легких.
Массы отдельных молекул и атомов очень малы. Например, в 1 г воды
содержится 3,7-1022 молекул. Следовательно, масса одной молекулы
воды (НгО) равна:
1г
т =
аг
= 2,7-10~23г.
цества
Еювное
за. Аб-
исргии
* лежат
)ЯДОЧНО
вого, по
in сосуд
обы она
что при
лщиной
[елить и
юсти S
1Ы ОЛИВ-
3,7-10'
Массы такого же порядка имеют молекулы других веществ, исключая
огромные молекулы органических веществ, например, белки имеют
массы, в сотни тысяч раз большие, чем массы отдельных атомов. Но вес равно
их массы в макроскопических масштабах (граммах и килограммах)
чрезвычайно малы.
Так как массы молекул очень малы, удобно использовать в
расчетах не абсолютные значения масс, а относительные. По международному
1
соглашению массы всех атомов и молекул сравнивают с — массы атома
углерода (так называемая углеродная шкала атомных масс).
Огносителыюй молекулярной (или атомной) массой вещества М
называют отношение массы молекулы (или атома) т0 данного вещесгва к — массы
12
атома углерода т0
>азмсров
[еры так
Относительные атомные массы всех химических элементов точно
измерены. Складывая относительные атомные массы элемеюов, входящие в
состав молекулы вещества, можно вычислить относительную молекулярную
массу вещества. Например, относительная молекулярная масса углеки-
41

слого газа С02 приближенно равна 44, так как относительная атомная 3
масса углерода равна 12, а кислорода 16:12 + 2-16 =44.
Кочичестео вещества наиболее естественно было бы измерять число*
молекул или атомов в теле. Но число молекул в любом макроскопиче- д
ском теле так велико, что в расчетах используют не абсолютное числе «„„«.
расе»
молекул, а относительное. сматт
В Международной системе единиц количество вещества выражают улове
молях. Один моль — это количество вещества, в котором содержите) творр
столько же молекул или атомов, сколько атомов содержится в углерод пораэ
массой 0,012 кг Значит, в 1 моль любого вещества содержится одно и то ж когда
число атомов или молекул. Это число атомов обозначают Л^ и называю тело |
постоянной Аеогадро (в честь итальянского ученого XIX в.). Для определе Щ
ния постоянной Авогадро надо найти массу одного атома углерода. Груба титьс
оценка: массы может быть произведена так, как это было сделано выше дл Д<
массы молекулы воды (наиболее точные методы основаны на отклонени и мол
пучков ионов электромагнитным полем). притя
Постоянную Авогадро можно определить, если разделить массу угле газ00<
шеств
рода, взятого в количестве одного моля, на массу атома углерода:
' малы>
N = а012 =6,02-1023моль-'. талки
1,995-10"26 куски
Наименование моль-1 указывает, что NA — число атомов в одном мол
г г -1С части!
любого вещества. Если количество вещества v = 2,5 моль, то число моле „
' нейтр;
к*лвтсле значт
^ = vNA ■ и атом
Отсюда видно, что количество вещества V равно отношению чис.ъ Ecj
молекул N в данном теле к постоянной Авогадро, т.е. к числу молекул ,СК0ЛЬК(
1 моль вещества: электрх
> На
Л
v = . лы при
^А ГфИТЯЯ
Огромное значение постоянной Авогадро показывает, насколько мальДО нул
микроскопические масштабы по сравнению с макроскопическими ТелсСум^]
обладающее количеством вещества 1 моль, имеет привычные для нас маг *ф1
роскопические размеры и массу порядка нескольких десятков граммов. начиш
Наряду с относительной молекулярной массой М в физике и химии илгчаРасТ£
роко используют понятие молярная масса. Молярной массой М веществ
называют массу вещества, взятого в количестве одного моля.
Согласно такому определению молярная масса вещества равна произв(
дению массы молекулы на постоянную Авогадро:
А/ - ikqNa.
Mucca m любого количества вещества равна произведению массы одно
молекулы на число молекул в теле:
с
т s-fHfltf
ш

атомна* Заменив NА и N в формуле их выражениями, получим
v =
т
зло моле
ь числе*
жопиче- Английский ботаник Р. Броун впервые наблюдал это явление в 1827 г.,
ое яисл( рассмаТрИвая в микроскоп взвешенные в воде споры плауна. Позже он
рассматривал и другие мелкие частицы камня. Сейчас для наблюдения бро-
»ажают i уиовского движения используют частички краски гуммигут, которая иерас-
хержита творима в воде. Эти частички совершают беспорядочное движение. Самым
углерод поразительным и непривычным для нас является то, что это движение ни-
0 и то ж когда не прекращается. Мы ведь привыкли к тому, что любое движущееся
называю тело рано или поздно останавливается.
шределе Броуновское движение — тепловое движение, и оно не может прекра-
а. Груба титься. С увеличением температуры интенсивность его растет,
выше дл! Доказать существование значительных сил притяжения между атомами
клоненш и молекулами несложно. Если бы между молекулами не существовало сил
притяжения, то все тела при любых условиях находились бы только в
газообразном состоянии. Но одни силы притяжения не могут обеспечить су-
* . шествования устойчивых образований из атомов и молекул. На очень
р малых расстояниях между молекулами обязательно действуют силы
отталкивания Благодаря этому молекулы не проникают друг в друга и
куски вещества никогда не сжимаются до размеров одной молекулы,
мол Молекула — это сложная система, состоящая из отдельных заряженных
частиц: электронов и атомных ядер. Хотя в целом молекулы электрически
нейтральны, тем не менее между ними на малых расстояниях действуют
значительные электрические силы: происходит взаимодействие электронов
и атомных ядер соседних молекул.
чю чист Если молекулы находятся на расстояниях, превышающих их размеры в не-
нолекул |СК0ЛЬК0 Р33»то силы взаимодействия практически не сказываются. Силы между
электрически нейтральными молекулами являются короткодействующими.
На расстояниях, превышающих 2-3 диаметра молекул, действуют
силы притяжения. По мере уменьшения расстояния между молекулами сила
притяжения сначала увеличивается, а затем начинает убывать и убывает
гько малДО нуля, когда расстояние между двумя молекулами становится равным
ми Телосуммс радиусов молекул.
1 нас маг ^Ри дальнейшем уменьшении расстояния электронные оболочки атомов
1мов начинают перекрываться, и между молекулами возникают быстро
имии хп^Щрястжяинс силы отталкивания.
2. Качественная задача по теме
«Магнитное поле»
В однородное магнитное поле с индукцией В
со скоростью и влетает частица массой т и
зарядом q перпендикулярно линиям магнитной
индукции. Как будет двигаться эта частица в
магнитном поле?
На движущуюся заряженную частицу в
магнитном поле действует сила Лоренца, которая
веществ
а произк
ссы одно
/ 1 г
* * t Т
■ ,. -
Рис. 9.1
43

направлена перпендикулярно скорости движения частицы, следовательно,
частица будет двигаться по окружности (рис. 9.1).
3. Текст по разделу «Механика», содержащий описание
использования законов механики в технике. Задание на понимание
основных принципов, лежащих в основе работы описанного устройства
От Галилея до современности
Маятник обладает удивительным свойством — оно казалось
удивительным Галилею, измерявшему время по числу биений пульса, оно кажется
таким же и современному человеку, пользующемуся секундомером. Заклю*
чается оно в том, что колебания маятника и с малой амплитудой и с
большой амплитудой совершаются практически за одно и то же время. Если
сначала колебания происходят с очень большим отклонением, скажем на
80° от вертикали, то при затухании колебаний до 60...40...20° период
уменьшится лишь на несколько процентов; а при уменьшении отклонений
от 20° до едва заметного период изменяется меньше чем на 1%. При
отклонениях меньше 5° период остается неизменным с точностью до 0,05%.
Это свойство маятника оказалось не только удивительным, но и
полезным. Галилей предложил использовать маятник в качестве регулятора \
часах. Лишь столетие спустя после Галилея часы с маятниковым
регулятором вошли в обиход. Однако мореплаватели нуждались в точных часах для
измерения долготы на море. Была объявлена премия за создание морских
часов, которые позволяли бы измерять время с достаточной точностью.
Премию получил Гариссон за хронометр, в котором для регулирована
хода использовалось маховое колесо (баланс) и специальная пружина.
Свойство независимости периода колебаний маятника от амплитуды
называется изохронностью.
Ответьте на вопросы к тексту:
1. Одинакова ли скорость движения маятника?
2. Постоянно ли ускорение при движении маятника?
3. Отчего зависит период колебаний?
4. В чем заключается свойство изохронности?
БИЛЕТ № 10
1. Давление газа. Уравнение состояния идеального газа (уравне
нис Менделеева — Клапейрона). Изопроцессы
За идеальный газ принимают модель, состоящую из материальных то
чек, между которыми отсутствуют силы, действующие на расстоянии, i
которые сталкиваются между собой как упругие шары. При такой модел
свойства различных газов не должны существенно отличаться друг от др)
га. Свойства различных разреженных газов не зависят от специфики си
взаимодействия между отдельными молекулами.
Молскулярно-кинетическая теория выясняет взаимосвязь микро- и мш
роскопических параметров.
44

зательно,
исполь-
е основ'
жства
швитель
► кажсга
и. Заклю
и с боль
?л*я. Есл1
кажсм я
i° перио;
клонеии!
ри откло
5%.
> и полез
улятора i
регулято
часах да
г мороси)
эчностью
шрованш
ина.
итуды на
Свободный газ может неограниченно расширяться, занимая весь
предоставленный объем, так как силы притяжения между молекулами малы.
Давление газа — результат ударов молекул. Найдем давление газа,
находящегося в цилиндрическом сосуде, на поршень площадью 5 (рис. 10.1).
Если поршень расположен перпендикулярно оси X, то давление
газа равно отношению силы Fx, действующей на поршень вдоль оси X, к
его площади S: р = ——.
S
Сила Fx является
результирующей силой ударов молекул
jf- о поршень: Fx = F^&N ,
где F\ — сила удара одной
молекулы, AN — полное число
ударов молекул о поршень. Черта
сверху (знак усреднения) означает среднее значение силы Fx по скоростям
молекул.
Найдем сначала силу удара о поршень одной молекулы. Согласно
второму закону Ньютона, на молекулу (атом) со стороны поршня действует сила
= Ди
А/
где Ди — изменение скорости молекулы за время удара Д/.
По третьему закону Ньютона на поршень со стороны молекулы
действует сила F[ = ~Fa:
ДО
'а
Рис. 10.1
F\ =-/я.
Ы
При упругом ударе молекулы о поршень компонента ее скорости по оси У
не изменяется, а компонента по оси X изменяет направление на
противоположное. Изменение скорости за промежуток времени Д/ равно:
Ди = |и-у0| = 2^,
где I? и ц, — скорости молекулы до и после удара о поршень, vx —
проекция скорости молекулы на ось А! Тогда Ft=mt
At
; (уравне
льных то
ггояиии, I
ОЙ МОДСЛ1
>уг от дру
ИЕфиКИ СЯ
:ро-и Mai
Рассчитаем теперь полное число ударов молекул о поршень. За
промежуток времени Дг с поршнем сталкиваются только те молекулы, которые
успевают долететь до него за это время. Они находятся в цилиндре объемом ДГ с
основанием S и образующей Vx Д/. Следовательно, полное число ударов
молекул о поршень равно числу этих молекул:
AN=-nAV=-nSVxAt,
2 2 х
где п — концентрация частиц (число частиц в единице объема). Множитель
— введен в формулу в связи с тем, что среди всех молекул, хаотически дви-

жущихся по оси X, лишь половина их движется в положительном
направлении оси. Объединив уже известные формулы, находим давление газа на пор- иосл
шень: <
\nSVx№mavx 2
2"—5д/ " темг
Вследствие хаотичности теплового движения молекул их движение
может происходить равновероятно в любом направлении. Поэтому средние
квадраты скорости по осям X, Утл Zравны: 5£ = Щ = v*. гдс
Но и1 = v] ■+■ v* + и*. Усредняя это выражение по скоростям, имеем ской
ся к<
и2 =5* + uj? + «? =35* , энер!
соответственно i£ =—. можс
3 щает
Подставляя полученное равенство в выражение (IX получаем основной равне
уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа: гемп<
1 -2 А
p--?wnzV - долж
МИЧС1
Макроскопическая величина (в данном случае давление) с помощью Связ[
модели идеального газа определяется этой формулой через микроскопические сооть
параметры: массу молекулы, концентрацию молекул и средний квадрат
скорости их хаотического движения. Умножив и разделив правую часть
равенства на 2, можно получить еще одну форму записи основного уравнения В
молекулярно-кинетической теории идеального газа: термо
2 - Д-
р = ~и£А, В прс
■* тепло
где Ек — средняя кинетическая энергия молекул. В данной формуле кон- тур п|
центрация частиц характеризует число ударов молекул о поршень, а средня! РатУР;
.кинетическая энергия молекул определяет интенсивность одного удара. мосфе
Давление идеального газа равно двум третям средней кинетической энер теРМ0
яш поступательного движения молекул, содержащихся в единице объема, нш РС1
Если газ представляет собой смесь идеальных газов, молекулы каждой Дл
газа ударяют поршень независимо друг от друга. В соответствии с принципом УД°б*н
суперпозиции, силы давления газов, составляющих смесь {парщшяъньи таяни*
давления), суммируются по закону Дальтона» создан
Давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлент а<
входящих в нее газов, ми ,аз
Например, атмосферное давление складывается из парциальных давле лед ПР
ний азота, кислорода и других газов. новитс
В результате большого числа столкновений между молекулами устала» ленис '
ливастся стационарное равновесное состояние газа — состояние, при кото
ром число молекул в заданном интервале скоростей остается постоянным.
Важнейшим макроскопическим параметром, характеризующим стацио гле т _
нарное равновесное состояние любого тела, является его температура.

аправле- Температура тела — мера средней кинетической энергии хаотического
\ на пор- поступательного движения его молекул.
Средняя кинетическая энергия хаотического поступательного
движения молекул тела пропорциональна термодинамической (или абсолютной)
(1) температуре:
—2 -2
сние мо- maP =z.fcx
средни 2 2
где к = 1,38-10~23Дж/К — постоянная Больцмана. Единица термодинамиче-
леем скои температуры — кельвин (К); I К = 1 °С. Постоянная Больцмана
является коэффициентом, переводящим температуру из градусной меры (К) в
энергетическую (Дж) и обратно.
Кш!етическая энергия не может быть отрицательной. Следовательно, не
может быть отрицательной и термодинамическая температура. Она
обращается в нуль, когда средняя кинетическая энергия молекул становится
ccnowot равной нулю, являясь абсолютным нижним пределом термодинамической
температуры.
Абсолютный нуль температуры (О К) — температура, при которой
должно прекратиться движение молекул. Абсолютный нуль
термодинамической температуры по шкале Кельвина соответствует -273,15 °С.
помощью Связь между температурными шкалами Цельсия и Кельвина определяется
шические соотношениями:
дратско. t°C = T~21X T = t°C + 273.
часть pa-
'равнении ^ быту чате всего для измерения температуры используют жидкостный
термометр. В качестве наполнителя используют ртуть, спирт, пентап.
Для измерения температуры тела термометр приводят в контакт с ним
В процессе теплопередачи между телом и термометром устанавливается
тепловое равновесие. За Международную практическую шкалу темпера-
муле кон- гур принята шкала Цельсия. В качестве основных точек приняты темпе-
ш ратура плавления льда и температура кипения воды при нормальном ат-
/даоа мосферном давлении (105 Па). Существенный недостаток жичкостпых
дскойэна ТСРМ0МСТР0В — различные изменения объема жидкостей при одинаковом
ъема нагревании.
кажлоп Для описания состояния идеального газа шкала Цельсия оказалась не-
тжниило* УД°бн°й из-за произвольных точек температурной шкалы (гемперапура
. таяния льда и температура кипения воды). Возникшую необходимость в
создании новой шкалы решил в 1848 г. У. Томсон (лорд Кельвин).
АвАлент Рассмотрим три разных по вместимости сосуда, наполненных
разными газами: азотом, кислородом и гелием. Поместим сначала эти сосуды в
яавле лел ПРИ темиеРатУРс О °С и подождем, когда между газами и льдом
установится тепловое равновесие. Для каждого газа можно измерить ого дав-
стана& ленис и объем. Концентрацию газа выразим по формуле
при кенпо N _ т
1нным. Г MV А'
1м стацио гле т — масса г а3а, М — молярная масса, VA — постоянная Авогадро
'ра

Выражение pV/N оказалось для всех грех газов одинаково и равно
3.76 ■ 1(Г21 Дж Если сосуды перенести в кипящую воду, то выражение pV/N
тоже будет для всех грех газов одинаково и равно 5,14 ■ 10~21 Дж
Величина pV/N зависит только от температуры, т.е. можно считать, что
pV/N пропорционально температуре. За единицу абсолютной температуры
взяли 1 К. значение которого равно градусу Цельсия: i
N
где к — коэффициент пропорциональности, который называют постоянной
Больцмана Для вычисления постоянной Больцмана найдем разность
отношения величин pV/N при 0 и 100 °С: с
,v2 Л', ~к{Т> 7,)'
П
г;
отсюда
п<
ли
к _ (5,14-3,76)10-21Дж 3g 10_23 Дж м
100 К ' К <с
Зная постоянную Больцмана, можно найти температуру по шкале Цельсия
кТх = 3,76 10~21Дж, 7j = 3'76'10 =237,15 К -0°С
1,38 Ю-23
Достичь абсолютного нуля невозможно. В настоящее время удалось
ру мс
достичь температуры, равной 0,0001 К. Выражение —— = кТ можно пере-
TV
писать так
р = пкТ.
Сопоставив эти выражения с основным уравнением МКТ, получим
_ 1 лег
Е = -кТ.
2
Среоияя кинетическая энергия хаотичного поступательного движепш
молекул газа пропорциональна абсолютной температуре. ля
Уравнение состояния идеального газа связывает между собой толькс
макроскопические параметры: давление/;, объем Г и температуру Т.
Давление идеального газа определяет уравнение
р = пкТ (2)
1дс п — концентрация молекул в единице объема паз
п = —, (3)
у . газе
а ич количество Лг = Л'*. (4)
М л
п. — масса газа. V/— молярная масса газа, Л'д — постоянная Лвогадро
Подставляя уравнения (2) и (3) в (4), получим выражение
рГ = -2-АЛ'А7' (^
Л/
зак1
отн
янт

> и равно Произведение постоянной Больцмана к и числа Авогадро NA называют
ениеpV/b универсальной газовой постоянной и обозначают R:
Л = 1,38.1(Г21^.6,02-1023-!- = 8,31. ДЖ
итать чте ^ моль моль-К
шературы Подставив универсальную газовую постоянную в уравнение (4),
получим
Ы'=— RT .
У М
остояннои Это уравнение называют уравнением Менделеева — Клапейрона.
эсть отно- Универсальная газовая постоянная показывает, какую работу надо
совершить над молем газа, чтобы изменить его внутреннюю энергию на 1 К.
Уравнение состояния идеально!*) газа не выполняется при низких
температурах и высоких давлениях, т.е. в том случае, когда нельзя
пренебрегать размерами молекул и силами взаимного притяжения.
Многие процессы изменения состояния газов в природе и в тепловых
машинах происходят так, что один из трех макроскопических параметров
(объем, давление или температура) остается (или специально поддерживается)
Цетьсия П0СТ0Я1ШЫМ- Два других параметра при этом изменяются.
Изопроцесс — процесс, при котором один из макроскопических
параметров состояния данной массы газа остается постоянным.
Рассмотрим последовательно возможные изопроцессы.
[я удалое1 Изотермический процесс — процесс изменения состояния определенной
массы газа при постоянной температуре.
>жно пере |^рИ этих уСЛовиях из уравнения Менделеева — Клапейрона
рК= — RT.
М
учим Для. газа данной массы при постоянной температуре произведение
давления газа на его объем постоянно:
P\v\=PlV2-
движепы Давление газа при изотермическом процессе, как следует из закона Бой-
ля — Мариотта, обратно пропорционально его объему:
юй тольк const
1 Т. Давле Р = -р— -
(2) График такой обратно пропорциональной зависимости — гипербола,
называемая для данного процесса изотермой (рис. 10.2).
/лч Изобарный процесс — процесс изменения состояния определенной массы
газа при постоянном давлении.
При этих условиях из уравнения Менделеева — Клапейрона следует
закон Гей-Люссака: для газа данной массы при постоянном давлении
отношение объема газа к его термодинамической температуре
постоянно:
(4)
адро
7, Т2

. График такой линейной зависимости — прямая, называемая для
данного процесса изобарой (рис. 10.3). При изобарном расширении
температура газа и соответственно средняя квадратичная скорость молекул
возрастают за счет количества теплоты Q подводимого к газу. -
I
i
с
Рк
Vk
0
0
Рис. 10.2
Рис. 10.3
Рис. 10.4
(
ка
от
ве
ме
Изохорный процесс — процесс изменения состояния определенной массы
газа при постоянном объеме.
При этих условиях из уравнения Менделеева — Клапейрона следует зака
Шарля: для газа данной массы отношение давления газа к его термодина
мической температуре постоянно:
График такой зависимости — прямая, называемая для данного процессе
изохорой (рис. 10.4).
2. Экспериментальное задание по теме «Динамика»: проверю _
зависимости периода колебания маятника от длины нити (или не —
зависимости периода от массы груза) —
В вашем распоряжении имеется штатив с закрепленной лапкой, к кото ""
рой привязана нить длиной 1 м (на конце нити закреплен металлически} ~"
шарик), секундомер, сантиметровая лента. Период колебаний математичс ""
/7
ского маятника определяется по формуле Т = 2я |— . —
8 i
1. Установите штатив на краю стола. Шарик должен висеть на рассто*
нии 3-5 см от поверхности стола.
2. Отклоните маятник от положения равновесия на 5-8 см и огпуститс его.
3. Измерьте длину подвеса сантиметровой лентой (можно другим измезд i
рительным прибором). При
4. Рассчитайте период собственных колебаний маятника, например, прмаю
длине нити I м. Возьмите значение g на вашей широте. ЧИС)
5. Измените длину маятника, например 0,25 м. у™
6. Снова рассчитайте период колебаний маятника.
7. Сравните результаты.
8. Сделайте вывод о том, как зависит период свободных колебаний mi
ятника от его длины.
еяв
2
3
50

10.4
ной массь
угует зако}
хермодит
Рис. 10.5
для дан- з. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание
[ии темпе- использования законов электродинамики в технике. Задание на
кул возрас понимание основных принципов» лежащих в основе работы
описанного устройства
Действие магнитного поля на проводнике током
Воспользуемся магнитным полем
дугообразного магнита, а электрическую цепь
соберем согласно рис. 10.5.
Проводник АВ представляет собою
прямолинейный участок цепи, находящийся в
магнитном поле дугообразного магнита.
При пропускании электрического тока
наблюдается отклонение проводника с током в
магнитном поле. Меняя направление тока,
можно наблюдать изменение направления
отклонения проводника с током в
магнитном поле.
В 1820 г. французский физик Ампер экспериментально установил, от
каких физических величин зависит эта сила.
Сила, с которой магнитное поле действует на помещенный в него
отрезок проводника с током, равна произведению силы тока, модуля
о процесс; ве|СГОра магнитной индукции, длины отрезка проводника и синуса угла
между направлениями тока и магнитной индукции:
F = /BA/sina.
Существует правило, по которому
определяется направление силы Ампера. Если в
магнитном поле будет находиться рамка с током,
то на нее действует пара сил, которая создаст
вращающий момент для рамки (рис. 10.6):
A/ = /Sffsma.
Поворот рамки с током в магнитном поле
используют в электроизмерительных приборах
магнитоэлектрической системы, например в
амперметрах. В магнитном поле между
постоянным магнитом и цилиндром из мягкого желе»
проверк;
* (или не
ой, к кото
шлически!
атематичс
на расстоя
Рис. 10.6
стите его.
угим измеза располагается катушка, способная вращаться вокруг горизонтальной оси.
При такой конструкции вращающий момент» действующий на катушку,
римср, пр максимален. Вращающий момент пропорционален силе измеряемого тока в
числу витков в катушке. Измеряемая сила тока прямо пропорциональна
углу отклонения стрелки.
Ответьте на вопросы к тексту:
1. Почему магнитное поле действует на проводник с током,
находящийся в этом магнитном поле?
2. Сформулируйте правило для определения направлення силы Ампера.
3. В каких единицах измеряют магнитную индукцию?
ебаний М8
51

4. Возможно ли использовать поворот рамки с током в магнитном пол<
в приборах для измерения напряжения в электрической цепи? Как называ- тра
ют такие приборы? же
БИЛЕТ №11
вла
воз
1. Испарение и конденсация. Насыщенные и ненасыщенные па
ры. Влажность воздуха
Процесс перехода молекул из жидкости в пар называют испарением
Молекула пара испаряется с поверхности жидкости в воздух, если ее
кинетическая энергия больше потенциальной энергии притяжения к другш
молекулам. Испарение происходит при любой температуре жидкосп-. £рс
Средняя кинетическая энергия молекул определяется как Е=3/2кТ. Есл
энергия молекул больше этого значения, они покшгут жидкость, т.е. испа
рятся. Количество теплоты, необходимое для испарения (парообразования "
1 кг жидкости при постоянной температуре называют удельной теплото!
испарения (г): ста,
Q = ни. сто
При парообразовании подводимое количество теплоты расходуется н пин
разрыв связей между молекулами жидкости. Испаряющиеся из жидкосп го г
молекулы образуют над ней пар. В результате их хаотического движени тре!
часть молекул возвращается на поверхность жидкости за счет сил притяже кни
ния (процесс конденсации), увеличивая энергию жидкости. Количество тег-
лоты, получаемое жидкостью при конденсации, равно количеству теплоть
теряемому при ее испарении Если наблюдать процесс испарения жидкости ^
закрытом сосуде, то концентрация пара может достигнуть такого значени
когда число молекул пара, конденсирующихся за определенный промежуто эле*
времени, равно числу молекул жидкости, испаряющихся с ее поверхности з сер.*
это же время. Так как р = пкТ, то при данной температуре давление пар Сфе
большим быть не может, и пар в таком состоянии называют насыщенным. '
При одной и той же температуре содержание в воздухе водяного пар
может изменяться от нуля до состояния насыщения. С ростом температур вды
жидкости увеличивается число испаряющихся молекул и соответственн пеР'
конденсирующихся молекул пара, поэтому давление насыщенного пар
ник
возрастает при увеличении температуры жидкости.
Давление насыщенного пара зависит от молекулярной структуры жк
кости. Давление насыщенного пара жидкости, состоящей из сильно взаим(
действующих друг с другом молекул, меньше, чем давление насыщенног
пара жидкости, состоящей из слабо взаимодействующих молекул. В окр)
жающей нас атмосфере пар редко бывает насыщенным из-за иарушенв
равновесия процессов испарения и конденсации. Этому способствует пер
мещение слоев воздуха в атмосфере. При одной и той же температуре а
держание в воздухе водяного пара может изменяться от абсолютно сухи
воздуха до состояния насыщения. Степень влажности характеризуется с
носитсльиой влажностью.
52 .

итиом пол Относительная влажность воздуха — процентное отношение концен-
[ак называ трации водяного пара в воздухе к концентрации насыщенного пара при той
же температуре:
<р = — -100%.
п
ъп
Так как концентрация пара связана с давлением, то относительную
енные павлажность можно выразить как процентное отношение давления пара в
воздухе и давления насыщенного пара при той же температуре:
<р = -^-.100%.
спаренис
ли ее кипе
[ к другие Существуют три способа определения влажности воздуха: метод точки
WHITm„ росы, волосной гигрометр и (наиболее точный из них) психрометр Августа.
\/2кТ Fcr "г влажности зависит интенсивность испарения влаги с поверхности кожи
человека. Испарение влаги имеет большое значение для поддержания тсм-
>. т.е. исги „ ., - —
пературы тела постоянной. Наиболее благоприятная для человека относи-
Jj тельная влажность воздуха 40-60 %. Знание влажности помогает метеоро-
т пл логам правильно предсказывать погоду. На производствах, где возникает
статическое электричество, например изготовление радиодеталей из
текстолита, существует служба, отвечающая за влажность воздуха в цехах. В
сдуется пищевой промышленности для поддержания нормального тсхнологическо-
з жидкост го процесса необходима определенная влажность. Влажности порядка 70 %
у движенц требует и хранение книг, произведений искусства. В музеях и хранилищах
ш притяж( книг на стенах висят психрометры — приборы для определения влажности.
гчество тег л ^
тепло-н 2. Экспериментальное задание по теме «Электромагнитная ин-
ж кости дукция»: наблюдение явления электромагнитной индукции
о значени) В вашем распоряжении имеется оборудование для исследования явления
тромежуто электромагнитной индукции: дугообразный магнит, 2 проволочные катушки с
срхности сердечниками, миллиамперметр, соединительные провода, ключ, магнитная
шение пар стрелка (компас), реостат.
хенным. Соберем электрическую цепь (рис. 11.1).
иного пас *• Приставьте сердечник к одному из полюсов дугообразного магнита и
;мператур ВДвипьте внутрь катушки, наблюдая одновременно за стрелкой миллиам-
гветственн пеРмстРа.
шого пар 2* Повторите наблюдение за стрелкой, но при этом выдвигайте
сердечник из катушки.
3. Повторите опыт, меняя полюса магнита.
4. Примените для всех четырех случаев
правило Ленца.
5. Вставьте в обе катушки сердечники»
L-асположитс их так, чтобы оси совпадали,
и присоедините вторую катушку через
выключатель к источнику питания.
6. Наблюдайте отклонение стрелки при
замыкании и размыкании цепи.
Рис 11.1 7. Сделайте вывод.
ктуры жц.
ьно взаимс
1СЫЩСННОГ
ул. В окр\
нарушена
твует пер<
ературе а
ггно сухог
'изуется о*
53

3. Текст по разделу «Квантовая физика и элементы
астрофизики», содержащий описание использования законов квантовой,
атомной или ядерной физики в технике. Задание на понимание
основных принципов, лежащих в основе работы описанного
устройства
к<
Пока еще недоступная энергия те|
При слиянии легких ядер выделяется энергия. Как научиться
управлять этой энергией? Задача состоит в том, чтобы, преодолев электриче- го
ское отталкивание, сблизить легкие ядра на достаточно близкие рас- <и*
стояния друг от друга, где уже начинают действовать между ними
ядерные силы притяжения. Если бы можно было заставить два протона и два не!
нейтрона объединиться в ядро атома гелия — или же четыре протона с ниа
соответствующими превращениями, — то при этом выделилась бы ог- скс
ромная энергия. Заставить сблизиться ядра можно с помощью нагрева
до высоких температур, когда в результате обычных столкновений ядра
смогут сблизиться на столь малые расстояния, чтобы ядерные силы
вступили в реакцию, и произошел синтез. Начавшись, процесс синтеза,
по-видимому, сможет дать такое количество теплоты, которое нужно
для поддержания высокой температуры, необходимой для дальнейших
слияний ядер. Этот многостадийный процесс «горения» водорода, в
результате которого происходит синтез ядер гелия, является источником
непрерывного потока солнечной радиации. Проблема использования
синтеза ядер в мирных целях, например для производства электриче- ]
ской энергии, упирается в очень трудную проблему удержания
реакции. Газ должен быть раскален до температуры порядка 50 000 000 °С, я полл
любая твердая оболочка, соприкоснувшись с ним, обратится в пар. Еслр
к тому же при синтезе выделяется полезное тепло, то задача удержанга
реакции еще более усложняется.
В настоящее время ведутся исследования по удержанию реагирую- I
ших веществ с помощью электромагнитного поля. Можно подвешивал го м<
в воздухе магнит с помощью других магнитов, хотя такое равновесно* *
положение и является неустойчивым. Если пропускать ток достаточне выра
большой силы через газ, то образуются потоки электронов и положи*
тельных ионов, движущихся навстречу друг другу. Под действием маг
нитного поля, которое окружает ток, такой поток движущихся зарядо! р
будет сжиматься в узкий шнур. В этом заключается так называемы? егоМ(
пинч-эффект. Пинч-эффект и силы, создаваемые магнитными полями ное ,
меняющимися по определенному закону, можно использовать для удер Свял
жания плазмы — смеси быстро движущихся ядер и электронов в «магчисло
нитной бутылке», где происходит реакция синтеза. фХа
Ответьте на вопросы к тексту:
1. Что означает слово синтез?
2. Всегда ли при ядерной реакции выделяется энерпъ.. Соотв
3. Что такое плазма?
4. Каковы проблемы управления термоядерным синтезом?
54

астрофи- БИЛЕТ № 12
зантовой « _ _ _ „ „
1. Работа в термодинамике. Внутренняя энергия. Первый за-
эиимание **. ^ «*-
кон термодинамики. Адиабатный процесс. Второй закон
термодинамики
Внутренняя энергия тела — одна из основных величин, используемых в
термодинамике,
ься управ- Внутренняя энергия тела — сумма кинетической энергии хаотическо-
шектриче- г*> (теплового) движения частиц (атомов или молекул) тела и потении-
«кис рас- ольной энергии их взаимодействия
[ими ядер Для идеального газа потенциальная энергия взаимодействия частиц
протона и два яебрежимо мала по сравнению с их кинетической энергией теплового движе-
протона сния- Поэтому внутренняя энергия- идеального газа определяется янетиче-
ась бы ог- ской энергией движения частиц,
ю нагрева Средняя кинетическая энергия одного атома
гений ядра - _ 3^
>ные силы * 2
"С СИНТСЧЯ
1 распределяется по степеням свободы, по осям X, У, Z одинаково. Внугрен*-
эое hvtkho
i няя энергия U одноатомного газа, состоящего из N атомов, в N раз больше
шьнейших и одного атома.
>дорода, £
сточникоы и - щ^ = -NkT.
шьзованш 2
электриче- Разделив и умножив это выражение на молярную массу
ния реак- М=тМЛ>
Э000°С,1!П0лучим
i пар. Есл* 3 NmN kT з (Nm){NAk)T ,, 3w„
удержанш U = -— =* — /v A ' . или (/ = ЯГ.
7 * г м 2 м гм
реагирую- Внутренняя энергия данной массы идеального газа зависит лишь от одно-
двешивать 2° макроскопического параметра—термодинамичеасой температуры.
шновеснос Используя уравнение Менделеева — Клапейрона, можно представить
юстаточж выражение для внутренней энергии идеального одноатомного газа в виде:
и положи- ,, 3 _г
[/ = — ру
гвием маг- 2
ся зарядов г*аз называют двухатомным, если каждая его молекула состоит из двух
азываемый атомов. Каждый атом может двигаться по трем направлениям, поэтому
полги полями, ное число возможных направлений движения такой молекулы равно 6.
■ Для УДеР* Связь, существующая между атомами в двухатомной молекуле, умсньшас!
юв в «маг-число степеней свободы на единицу. Поэтому число степеней свободы для
двухатомной молекулы равно пяти. Средняя кинетическая энергия
двухатомной молекулы Ек=—кТ.
Соответственно внутренняя энергия идеального двухатомного газа равна:
иЛШвтЛру.
гм г^
55

Формулы для внутренней энергии идеального газа можно обобщить:
гм 2
где i — число степеней свободы молекул газа.
Известно, что изменение температуры тела приводит к изменению его
внутренней энергии. Изменение В1гутрснней энергии tJJ равно разности ее
конечного и начального значений
га
да
pet
AU = U2-UX.
Существует два способа изменения внутренней энергии системы:
теплообмен и совершение работы. hoi
Теплообмен — процесс передачи энергии от одного тела к другому без со- пря
вершения работы. Мерой такой передачи энергии является количество теплоты.
Количество теплоты, получаемое телом, — это энергия, передаваемая net
телу извне в результате теплообмена. При нагревании тела увеличивается СГВ
его температура и внутренняя энергия. Для уменьшения внутренней энер- ^^
гии тела можно привести его в контакт с более холодным телом. В результате -
теплообмена температура и внутренняя энергия горячего тела уменьшаются,
но работа не совершается, так как тела не перемещаются. *£™
За счет изменения внутренней энергии тела работа при теплообмене ш '
соееришется м
За счет совершения работы может происходить увеличение температуры
и внутренней энергии системы, например, при вращении лопастей в
жидкости и сжатии газа в сосуде. Для перехода внутренней энергии тела в
механическую работу необходимо хаотическое движение его молекул
преобразовать в упорядоченное движение другого тела. В качестве такого тела
наиболее целесообразно использовать поршень в цилиндре, перемещающийа
■юд давлением газа, заполняющего цилиндр. Сила давления газа совершая
работу при его расширении за счет изменения внутренней энергии газа
Вычислим работу, совершаемую силой давления F газа при его расширо
нии от начального объема УЙ до конечного V2 (рис. 12.1).
Будем считать, что поршень, площадь поперечного сечения которого I
перемещается на высоту А, а сила давления газа в процессе перемещения оста
ется постоянной. Работа силы давления газа при таком перемещении равна:
A = FhcosG = —Sh
S
г.
д
vAf
* ' > * >
р'
I
*
п
Vi\f
*
v\f / / / Г
Рис. 12.1
чюбо
Так как среднее давлс^ф
- F В
ние газа р = —, изменена
S *° кг
его объема *ерш
AV = V2-Vl=Sh, n
то выражение для работ
газа можно представить г
виде: готг"
А = рАУ. *ЮЩ
56

:нснию сп
шности е(
Работа, совершаемая газом, равна произведению среднего давления
а на изменение его объема:
А = р{У2~Ух).
При расширении (АУ >0) газ совершает положительную работу, от-
щая энергию окружающим телам.
При сжатии {АУ <0 ) работа совершаемая газом, отрицательна Внут-
нняя энергия газа при сжатии увеличивается.
При изохорном процессе (V- 0) работа газом не совершается: А =0.
темы: Terij Рассмотрим изобарное расширение газа, имеющего давление р, от иачаль-
Ьго объема Vs до конечного V2. Работа, совершаемая газом, равна площади
ому без со|нмоуголышка под изобарой со сторонами р и (У2 - У\) (рис. 12.2).
теплоты. При изотермическом расширении газа его давление изменяется но ги-
редаваема^рболическому закону. Вьщслим на изотерме небольшой участок, соответ-
пичиваетс^ВуЮщИй малому изменению объема А У (рис. 12.3). Проведем перпенди-
ннси энерА.ддрщ из концов участка до пересечения с изотермой и обозначим через
результату среднее давление газа при таком изменении объема. Работу, совершае-
jto газом при расширении, определяет площадь заштрихованной трапеции.
опб гР таи&№& подобных трапеций складывается полная площадь под изотер-
toft, численно равная работе при изотермическом расширении газа:
жыш
;мпературы
A = -^RTlu^
Й В ЖИДК(
i
М
Уг
1
гла в меха-
прсобразо
гела наибо-
щающийс
. соверша
газа
о расширс
которого »
пения оста
in равна:
р A=pV(V2~Vx)
2
Рис. 12.2
Рис. 12.3
ИЗМСНСНИ.
Работа, совершаемая газом в процессе его расширения (или сжатия) при
фобом термодинамическом процессе, численно равна площади под кривой,
1нее ЛЪЪ№$обраэ1сающей изменение состояния газа нарУ-диаграмме (рис. 12.3).
В общем случае внутренняя энергия может изменяться одновремен-
io как за счет теплообмена с окружающими телами, так и за счет со-
кршения работы внешними силами.
= Sh Первый закон термодинамики (закон сохранения энергии для те-
- пловых процессов): изменение внутренней энергии системы при ее
* мрёходе из одного состояния в другое равно сумме количества теп-
чоты, подведенного к системе извне, и работы внешних сил,
действующих на нее:
AU = Q+AeH.
57

Для изолированной системы, которая не обменивается теплотой с а поэте
ружающими телами (Q = 0) и над которой не совершается работдошм
внешних сил {Ави - 0), внутренняя энергия равна ^
емп<
Д£/ = С/2-Е/,=0, или U2-Ub n
т.е. внутренняя энергия замкнутой, изолированной системы сохраняется, лоты
В термодинамике наибольший интерес представляет преобразован верш
внутренней энергии в работу, совершаемую газом. Эта работа отличает
ся от раооты внешних сил только знаком: п
А = -А
в" увели
Действительно, пусть при сжатии газа внешней силой Fm поршенчсм и
смещается в направлении силы на h. Тогда д
Аы = FgJicosO = F^h. совер
По третьему закону Ньютона сила давления газа на поршень равннеи Э1
F = -FeH. Следовательно, работа, совершаемая силой давления газа, ~L'
А = Fh cos 180° = ~Faik окруЭ1
Первый закон термодинамики можно сформулировать так: ко/шчшан, т
ство теплоты, подведенное к системе, идет на изменение «окру»
внутренней энергии и на совершение системой работы над внеи Ас
ними телами: ванне
Q = AU + A. Ui
При изохорном процессе объем газа остается постоянным (AV =» О
поэтому газ не совершает работу (А = 0). Изменение внутренней знергь П|
газа происходит благодаря теплообмену с окружающими телами: ел!
Q=AU.
Если начальная температура газа 7J, а конечная Г2, то
AU = Ut-Ux =* — RT2 --—RTX =-— RAT, срави
гм гм гм рмр
гл ' m пат резко,
Нагревание газа (AT £ 0) происходит при подведении к нему количес 4
ва теплоты (Q £ 0). При изохорном нагревании давление газа возрастает и„,
за увеличения средней кинетической энергии молекул. Если от газа отв
дится количество теплоты (Q < 0), то газ охлаждается (AT i 0) и его да
ление падает.
При изотермическом процессе температура постоянна (AT =» 0), поэт
му внугренняя энергия не изменяется (AU
цессе количество теплоты, переданное газу от нагревателя, полностью ра
ходуется на совершение работы Q^A. При изотермическом расширен
газа, находящегося -в цилиндре под поршнем, молекулы газа, сталкиваясь р
поршнем, уменьшают свою скорость и соответственно среднюю энерги
0). При изотермическом прр ~
гт нагревателя, полностью pa I—
58

гплотой с олоэтому для поддержания постоянной температуры raja к нему подводится
ается рабодополнительное количество теплоты.
При изотермическом сжатии газа (А < 0) для сохранения постоянной
температуры от газа отводится определенное количество теплоты (Q < 0).
При изобарном расширении газа подведенное к нему количество теп-
'охраняегпеяюты расходуется на увеличение его внутренней энергии (A U > 0) и на со-
еобразоватмршение работы газом (А > 0):
отаотличае; Q=AU+A.
Для изобарного расширения газа от объема Fj до объема У2, при котором
увеличивается его температура, необходимо большее количество теплоты,
F*h поршочем при изотермическом процессе, где температура газа не изменяется.
Для наиболее эффективного преобразования внутренней энергии газа в
совершаемую им работу следует предотвратить возможные потери внутрен-
пав1|ней энергии в результате теплопередачи окружающим телам. Поэтому сис-
ния гячя гемУ теплоизолируют.
ния газа, _ -. -
Теплоизолированная система — система, не обменивающаяся энергией с
окружающими телами {Q = 0). Даже если газ недостаточно теплоизолиро-
так: /со/шчоан, то при его быстром расширении или сжатии теплообмен между газом и
вменение шкружагощими телами за малый промежуток времени не успевает произойти.
м пад «не Адиабатный процесс — термодинамический процесс в
теплоизолированной системе.
Первый закон термодинамики для адиабатного процесса имеет вид:
ым (AV = Q AU + A = 0, или A = -AU .
*.нней энерги При адиабатном расширении газа работа увеличивается (А > 0), следо-
пвлами: вательно,
AU =
i m
RATZQ
Это означает, что температура газа уменьшается (AT < 0) по
сравнению с первоначальной. Понижение температуры газа при
адиабатном расширении приводит к тому, что его давление уменьшается более
резко, чем при изотермическом процессе.
На рис. 12.4 приведена адиабата 7-2, проходящая между двумя изотер-
эму количес
юзрастает я -
от газа отн
0) и его да
Г =» 0), поэте
ическом пр. р
шноегью ра
f расширена
сталкиваясь
[юю энерги
Рис, 12.4
мами. Площадь под адиабатой численно равна
работе, совершаемой газом при его адиабатном
расширении от объема V^ до объема V2.
Адиабатное сжатие приводит к повышению
температуры газа, так как в результате упругих
соударений молекул газа с поршнем их средняя
кинетическая энергия возрастает. Например,
при быстром сжатии воздуха в цилиндре
кусочек ваты, смоченный эфиром,
воспламеняется.
Резкое нагревание воздуха при адиабатном
сжатии используют в дизельных двигателях.
59

235 п
92 U-
^0 кВ,
1>ис. 12.5.
2. Качественная задача по теме «Строение атомного ядра»
Сколько протонов Z и сколько нейтронов N в ядре изотопа урана
Нижний индекс указывает на порядковый номер элемента, порядковый
номер определяет число протонов в ядре . Таким образом, в ядре элемента
урана находится 92 протона (Z = 92).
Верхний индекс определяет число нуклонов в ядре элсмепта. Число
нейтронов найдем как разность между числом нуклонов и числом протонов
Таким образом, в ядре урана находится N = 235 — 92- 143 протона.
3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание
опыта. Задание на определение (или формулировку) гипотезы
опыта, условий его проведения и выводов
Разделение атомов в газовом разряде
На рис. 12.5 представлена
разрядная стеклянная трубка, в которую
впаяны два электрода Л к В в виде
металлических пластин, между
которыми подается высокое напряжешь
порядка 40 000 В для создания
сильного поля в области Y между
электродами. Трубка наполнена газом при по
ниженном давлении. По обе сторонь
электродов впаяны по две, параллель
ные между собой, пластины, к которым подается постоянное напряжение.
Предполагается, что во внешних областях Хи Z горизонтальное
электрическое поле отсутствует. В области Y находится небольшое количсстк
газа, в котором образуются электроны и положительные ионы.
Большинство электронов, увлекаемые полем, ударяется в пластину Ву но некоторые
проходят через отверстие, образуя пучок в области Z. Вертикальное
электрическое поле, создаваемое пластинами PzuPz , отклоняет этот пучо|
вниз. В области Z действует и магнитное поле, перпендикулярное плоска
сти страницы; это поле также отклоняет пучок электронов вниз. Эти пот
действуют и на положительные ионы, проходящие через отверстие в
пластине А в область X. Наличие магнитного поля в области X приводит к то
му, что в пучке движущихся зарядов происходит разделение зарядов. От
клонения зарядов будут пропорциональны значениям е, т, и.
Ответьте на вопросы к тексту:
1. Между пластинами РхиР£ действует такое же электрическое поле
как между пластинами PzuPz1 В каком направлении будут отклонятьа
положительные ионы электрическим полем?
2. В области X действует такое же магнитное поле, как и в области 2
Куда это поле будет отклонять положительные ионы — вверх или вниз1
Почему?
60

ipa»
а 2Ци.
порядковы
ре элемент
гпта. Чис;
м протона
на.
iописан»
>тезы опы
[еиа разряд
в котору!
и Б в вц
гежду коте-
напряжет
ния сильно
г электрод»
ом при по
»бе сторою
, параллель
яжение.
лыюе элск
количеств!
Большинст
нскоторьь
льное эле*
этот пучо!
ное плоско
з. Эти пол
стие в пла
[водит к то
арядов. От-
3. По какой траектории будут двигаться отклоняющиеся частицы?
4. По какой формуле можно рассчитать радиус кривизны траекторий
частиц?
БИЛЕТ № 13
1. Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона. Закон
сохранения электрических зарядов. Электрическое поле
Способность частиц или тел к электромагнитному взаимодействию
характеризует электрический заряд.
Электрический заряд — физическая величина, определяющая
силу электромагнитного взаимодействия. Единица электрического
заряда — кулон (Кл).
Существует два вида электрических
зарядов — положительные и
отрицательные. Носителями зарядов могут быть
элементарные частицы, атомы,
молекулы, макроскопические тела.
Экспериментально было установлено,
что существует минимальное значение
электрического заряда, одинаковое по модулю для положительных и
отрицательных зарядов. Отделить часть этого заряда невозможно. Наименьший
электрический заряд имеют элементарные частицы: протон (обладает
минимальным положительным зарядом +е), и электрон (минимальным
отрицательным зарядом -е). Результирующий заряд атома (или молекулы)
складывается из зарядов протонов и электронов, входящих в их состав:
Q = ne9
гае я — целое число, е = 1,6 ■ 10~19Кл, т.е. суммарный заряд пропорционален
минимальному заряду.
Электрический заряд дискретен. Согласно современной квантовой
теории протон и нейтрон соответственно являются комбинацией других
элементарных частиц — кварков undo зарядом (рис. 13.1):
Рис. 13.1
2
н = +—е
3
3
ескос поле
)тклонятьа
области Z
; или вниз'
Макроскопические тела, состоящие из нейтральных атомов,
электронейтральны.
Электризация — процесс получения электрически заряженных
макроскопических тел из электронейтральных.
Степень электризации тел в результате взаимного трения
характеризуется модуисм и знаком электрического заряда, полученного телом. Например,
каучук, натертый о мех, заряжается отрицательно, а стекло, потертое о шелк,
положительно. Опыты показывают, что тела, имеющие электрические
заряды одинакового знака, взаимно отталкиваются, а тела, имеющие заряды
противоположного знака, — взаимно притягиваются.
€1

Знак заряда тел в результате электризации определяется тем, что одни
вещества при трении отдают электроны, а другие их присоединяют. Причина этогс
явления—в различии энергии связи электрона с атомом в этих веществах.
В атомах тех веществ, где электрон находится далеко от ядра и слабо с
ним связан (например, в стекле), энергия связи электрона с атомом мала
Электрон может легко оторваться от атома. Атом при этом превращается в
положительный ион, а вещество заряжается положительно. В других
веществах (например, в шелке) ядро атома сильно удерживает электрон так,
что энергия связи электрона с атомом велика. Атом может присоединить
дополните тьный электрон, образуя отрицательный ион. Вещество при этом
заряжается отрицательно. При трении стекла о шелк часть электронов от
атомов стекла, имеющих малую энергию связи, переходит к атомам шелка,
которые эти электроны присоединяют. В результате трения стекло заряжаета
положительно, а шелк отрицательно. В результате взаимного трения
электронейтральных тел, образующих электрически изолированную систему, заряды
перераспределяются между телами.
Электрически изолированная система тел — система тел, через границ
которой не проникают заряды.
Уменьшение числа электронов в одном теле равно увеличению их числа
в другом. Полный заряд такой системы не изменяется, оставаясь равным
нулю.
Закон сохранения заряда: алгебраическая сумма зарядов электрически
изолированной системы постоянна:
Q + бг+...+£>*= const.
где п — число зарядов в системе.
Закон сохранения заряда выполняется и в том случае, если электрически
изолированную систему образуют заряженные тела. В соответствии с законом
сохранения заряда разноименные заряды рождаются или исчезают попарно.
сколько родилось (исчезло) положительных зарядов, столько родилось
(исчезло) и отрицательных.
Закон сохранения заряда справедлив в любой инерциалъпой системе от-
счета. Первые количественные результаты по измерению силы
взаимодействия зарядов были получены в 1785 г. французским ученым UL Кулоном,
Ш. Кулон для измерения этой силы использовал крутильные весы,
основной элемент которых был легкий изолирующий стержень (коромысло'
3, подвешенпый за его середину на серебряной
упругой нити 4 (рис. 13.2). Маленькая тонкая
незаряженная золотая сфера / на одном конце коромысла
уравновешивалась бумажным диском 5 на другом
конце. Поворотом коромысла она приводилась i
контакт такой же неподвижной заряженной сферой
2, в результате чего ее заряд делился поровну
между сферами. Диаметр сфер выбирался много
меньше, чем расстояние между сферами, чтобы
исключить влияние размеров и формы заряженного тел!
Рис. 133. на результаты измерений.
То*
стоят
Сф
чивая
руемы
сферу
nOBOJX)
Ра:
ВИЖНО!
4, 8. ..
женны
В резу
вижны
впосле
Си
ми, н*
модул*
HUMUI
где qx
циент
назыв;
Ку
ние пр
В
А = 9-
Со
ных в
силой
оцеп к
ПОЭТ01
2.
зика»
В
насып
От
где р
лавле*
£2

у одни веще- Точечный заряд — заряженное тело, размер которого много меньше рас-
тчина этого стояния его возможного действия на другие тела,
щестеах. Сферы, имеющие одноименные заряды, начинали отталкиваться, закру*
за и слабо с чивая упругую нить. Максимальный угол а поворота коромысла, фикси-
гомом мала русмый по наружной шкале 6, был пропорционален силе, действующей на
(ращается в сферу /. Кулон определял силу взаимодействия заряженных сфер по углу
\ других ве- noBojxrra коромысла
тсктрон так, Разряжая сферу 1 после измерения силы и соединяя ее вновь с непод-
>единить до ВИЖной сферой, Кулон уменьшал заряд на взаимодействующих сферах в 2,
ю при этом 4t 8, ... раз. Установка позволяла также изменять расстояние между заря-
[ектронов от Женными сферами поворотом коромысла с помощью градуировочной шкалы 7.
>мам шелка, g результате многочисленных измерений силы взаимодействия двух нспод-
э заряжается вижных точечных зарядов в вакууме Кулон установил закон, названный
гэлектронеи- впоследствии сг0 именем.
заряды пере- Сила взаимодействия между двумя неподвижными точечными
зарядами, находящимися в вакууме, прямо пропорциональна произведению
ре границ мооуле% зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между
ними и направлена по прямой, соединяющей заряды:
ию их числа -г г -г
ясь равным f2 = k^2 ,
ектрически Где g{. q2 — модули зарядов, г — расстояние между зарядами, к —
коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц. Силу Fa
называют силой Кулона.
Кулон — электрический заряд, проходящий через поперечное сече-
шектрическн ние проводника при силе тока I А за 1 с:
и с законом 1 Кл = 1 Ас.
от попарно: g q\\ коэффициент пропорциональности в законе Кулона равен
дилось (ио . оо?
истеме от- Согласно закону Кулона два точечных заряда по 1 Кл, расположен-
взаимодей- ных в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, взаимодействуют с
Кулоном* силой F= 9-109H, примерно равной весу египетских пирамид. Из этой
ie весы, ос- оценки ясно, что кулон — очень большая единица заряда. На практике
коромысло) поэтому обычно используют дольные единицы кулона.
Р * уп- 2. Экспериментальное задание по разделу «Молекулярная фи-
сдеря зика>>; измерение влажности воздуха при помощи термометра
коромыслз
на другом В вашем распоряжении имеется: гигрометр, термометр, эфир, таблицы
водилась в насыщенного водяного пара, психрометр.
ной сферой Относительную влажность определяем по формуле
ровну меж- п
<р = -^--100%,
Pun
шого мень-
эбы исклю-
гиного тела гдс Р — давление пара в воздухе при окружающей температуре, рпп —
лавление насыщенного пара при той же температуре (табличные данные).
63

Чтобы определить давление пара при температуре окружающего
воздуха, налейте в гигрометр эфир, прокачайте воздух, увеличивая испарение
эфира, и отметьте температуру, при которой появится первая роса на
поверхности гигрометра (например, 12 °С). Посмотрите в таблице давление
насыщенного пара при 12 °С — это давление водяного пара при
окружающей температуре, т.е. р = ptmn- Полученные данные сравните с
относительной влажностью, которую показывает психрометр Августа..
3. Текст по разделу «Механика», содержащий информацию,
например, о мерах безопасности при использовании транспортных
средств или шумовом загрязнении окружающей среды. Задание на
понимание основных принципов, обеспечивающих безопасность
использования механических устройств, или выявление мер по
снижению шумового воздействия на человека
Шумовое загрязнение среды
Остановитесь и прислушайтесь: по улице с шумом проносятся
многотонные МАЗы и ЗИЛы, хлопают двери парадных на мощных стальных
пружинах, со двора несутся крики детворы, до глубокой ночи бренчат
гитары, оглушают магнитофоны и телевизоры, заводские цеха встречают нас
грохотом станков и других машин... Картина вроде обыденная. Но
нормально ли это?
Наш век стал очень шумным. Трудно сейчас назвать область техники,
производства и быта, где в звуковом спектре не присутствовал бы шум, т.е.
мешающая и раздражающая нас смесь звуков. За определенный комфорт,
удобства связи и передвижения, благоустройство быта и
совершенствование производства современному человеку приходится слушать не скрип
телег, а вой автомобилей, лязг трамваев, рев реактивных самолетов.
Внедрение в промышленность новых технологических процессов, рост
мощности и быстроходности транспорта, механизация производственных
процессов привели к тому, что человек в производстве и быту постоянно
подвергается воздействию шума высоких уровней.
Шумом является всякий нежелательный для человека звук. При
нормальных физических условиях скорость звука в воздухе 344 м/с. Звуковое
поле — это область пространства, в которой распространяются звуковые
волны. При распространении звуковой волны происходит перенос энергии.
Уровень шума измеряется в единицах, выражающих степень звукового дав- \\
лепия, децибелах (дБ), это давление воспринимается не беспредельно. Шум ралле
в 20-30 дБ практически безвреден для человека и составляет естественный i^a). Б
звуковой фон, без которого невозможна жизнь. Допустимая граница под- хом,;
нимается примерно до 80 дБ. Шум в 130 дБ уже вызывает у человека боле- ся к
вое ощущение, а достигнув 150 дБ, становится для него непереносимым одног.
Недаром в средние века существовала казнь «иод. колокол»; колокольный зиции
звон убивал человека. На многих оживленных магистралях даже ночью ной Е
шум не бывает ниже 70 дБ, в то время как по санитарным нормам он не
должен превышать 40 дБ.
3-561

дсго возду-
испаренис
юса на по-
е давление
[ окружаю-
тноситсль-
ацизо, на-
спортных
здание на
опасность
е мер по
гея много-
. стальных
;нчат гита-
■ечают нас
I. По нор-
Шум, даже когда он не велик, создает значительную нагрузку на нервную
систему человека, оказывая на него психологическое воздействие. Отсутствие
необходимой тишины, особенно в ночное время, приводит к
преждевременной усталости, стойкой бессоннице и атеросклерозу. Под воздействием шума
85-90 дБ снижается слуховая чувствительность на высоких частотах.
Недомогание, головокружение, тошнота, чрезмерная раздражительность — все это
результат пребывания в шумных условиях. В настоящее время воздействие
звука, шума на функции организма издает наука аудсология. Было
установлено, что шумы природного происхождения (шум морского прибоя, листвы,
ртождя и др.) благотворно влияют на организм, успокаивают его, нормализуют
сон. В 1980 г. был принят закон «Об охране атмосферного воздуха», в
котором в статье 12 отмечается, что «в целях борьбы с производственными и
иными шумами должны, в частности, осуществляться: внедрение
малошумных технологических процессов, улучшение планировки и застройки городов
и других населенных пунктов, организационные мероприятия по
предупреждению и снижению бытовых шумов».
Ответьте на вопросы к тексту:
1. Какой уровень шума безвреден для человека?
2. Какой допустимый уровень шума для человека?
3. Как называется наука, изучающая воздействие звука и шума на человека?
4. Как влияют сверхдопустимые уровни шумов на человека?
ь техники,
>i шум, т.е.
i комфорт,
иепствова-
не скрип
етов. В
пест мощно-
ix процес-
ю подвер-
При нор-
. Звуковое
звуковые
с энергии,
о во го дав-
1ыю. Шум
хтвенный
лица под-
века боле-
вносимым
(ОКОЛЬНЫЙ
же ночью
via\i он не
БИЛЕТ № 14
1. Конденсаторы. Электроемкость конденсатора. Энергия
заряженного конденсатора. Применение конденсаторов
Конденсатор — система двух проводников с равными по модулю и
противоположными по знаку зарядами,
В конденсаторе накапливается электрический заряд и, соответственно,
энер1 ия электростатического поля. Способность конденсатора к накоплению
заряда характеризуется его -электрической емкостью.
Электрическая емкость конденсатора — физическая величина, равная
отношению заряда одного из проводников к разности потенциалов между
этими проводниками:
с-Я..
и
Найдем электроемкость плоского конденсатора (система двух
плоскопараллельных пластин площадью S, находящихся на расстоянии d друг от
друга). Будем считать, что пространство между пластинами заполнено
воздухом, для которого с й*1. Вычисление электроемкости конденсатора
сводится к расчету разности потенциалов V между пластинами. Напряженность
однородного поля внутри конденсатора складывается (по принципу
суперпозиции) из напряженностей поля, созданных положительной Е+ и
отрицательной Е пластинами:
Е+=Е_ =
а
2сг
3-5611
65

1,
1
-г
+
+
+
1
+
+
-г
г*—
а
— J4 Р,
—ч!!__
~Г^^
+*
и
,1
1
—
—
ТГ
—
—
—
—
—
-е
—►
Рис. 14 I
Рис. 14.2
CKOI
заря
мой
S,p;
редс
]
торс
НИМ]
на к
тивс
Вне пластин поле отсутствует, так как напряженности £+ и £_ полей
компенсируют друг друга. Таким образом, электростатическое поле
конденсатора сосредоточено между его пластинами Зная результирующую
напряженность поля в конденсаторе
£ = £+ + £_= —,
Ч
найдем разность потенциалов между пластинами:
Сле;
а
U = Ed=—d,
Q
где а = -.
Находим электроемкость плоского воздушного конденсатора
r_EoS
где f0 — электрическая постоянная вакуума.
Зависимость электроемкости конденсатора от расстояния между его
пластинами используют в схемах кодирования клавиатуры персонального
компьютера. Микросхема, подключенная к каждой клавише, при изменении
электроемкости выдает кодированный сигнал, соответствующий данной букве. Если
между пластинами конденсатора поместить диэлектрик с диэлектрической
проницаемостью е, то электроемкость конденсатора с диэлектриком возрас
тает в г раз по сравнению с электроемкостью воздушного конденсатора:
с _ ее»-?
d
Этот способ увеличения электроемкости конденсатора объясним с
микроскопической точки зрения. В результате введения диэлектрика в про
странство между пластинами конденсатора связанные заряды диэлектрик
притягивают дополнительные заряды на обкладки конденсатора, увсличива
его электроемкость. Электроемкость конденсатора зависит не только (г
площади пластин, расстояния между ними, но и от относительной диэлск
трической проницаемости вещества, заполняющего пространство между пла
стинами, и не зависит от заряда на пластинах и разности потенциалов, при
ложенной к ним
Г
ные
полу
циат
I
ранг
Г
равн;
3i
сенн)
К
НОС 1
jiiepr
ламп;
бужд.
ТОрОЕ
колеС
тивне
фазы
мой ь
66
3*

и £_ полей
)е поле кон-
ьтирующую
кду его пла-
ого компью-
1ии
электробукве. Если
гктричсской
ikom возрас-
:1сатора:
Электроемкость конденсатора не зависит от внешнего электростатиче
ского поля, не проникающего внутрь конденсатора.
Работа, совершаемая при разделении положительных и отрицательных
зарядов, сообщаемых пластинам конденсатора, равна энергии,
приобретаемой конденсатором. Положительная и отрицательная пластины площадью
5, расстояние между которыми d, притягиваются одна к другой, обладая
определенной потенциальной энергией.
Рассчитаем энергию электростатического поля, накопленную
конденсатором, если заряды на его пласгинах +Q и -Q, а разность потенциалов между
ними U (рис. 14.2). Силы кулоновского притяжения F+ и F_, действующие
на каждую пластину, определяются напряженностью поля, созданной
противоположной пластиной:
" 2 2d
Следовательно,
F+ = F_=Q
2 d
Под действием сил кулоновского притяжения пластины,
предоставленные самим себе, сблизятся. Считая их конечную энергию равной нулю,
получаем, что работа сил электростатического поля равна начальной
потенциальной энергии пластин: A — W.
Найдем работу по перемещению каждой пластины в центр
конденсатора на расстояние d/2:
A+ = F+
А Г d
Полная работа и потенциальная энергия сил электростатического поля
равна
А = А.+А-= —.
2
Зная электроемкость, получаем энергию электростатического поля,
запасенную в конденсаторе:
W =
CUl Q
сним с мик-
рика в про-
циэлсктрикс
увеличивал
с только от
»ной диэлек
между пла-
доалов, при
2 1С
Конденсаторы могут накапливать энергию более или менее
длительное время, а при разрядке через цепь малого сопротивления отдают
энергию практически мгновенно. Это свойство широко применяют в
лампах-вспышках при фотосъемках. Конденсаторы применяют для
возбуждения квантового источника света — лазеров. С помощью
конденсаторов переменной емкости в радиотехнических цепях изменяют частоту
колебаний. В электрические цепи переменного тока, содержащие
индуктивное сопротивление, включают конденсаторы для уменьшения сдвига
фазы между током и напряжением, что приводит к увеличению
снимаемой мощности.
67

2. Качественная задача по теме «Строение атома. Фотоэффект»
Катод вакуумного фотоэлемента освещается потоком
монохроматического света Что произойдет с максимальной кинетической энергией
фотоэлектронов при увеличении частоты падающего светового излучения?
Проанализируем формулу Эйнштейна для фотоэффекта*
.2
hv = Ав +
wo
При увеличении частоты (v) падающего света увеличивается энергия,
так как работа выхода электронов для данного вещества постоянна, то
кинетическая энергия вылетающих фотоэлектронов с поверхности веществ"
будет увеличиваться
3. Текст по теме «Тепловые двигатели», содержащий
информацию о воздействии тепловых двигателей на окружающую среду
Задание на понимание основных факторов, вызывающих
загрязнение, и выявление мер по снижению воздействия тепловых
двигателей на природу
«Грязный» транспорт
Число автомобилей на дорогах растет. Все возрастающая интенсивносп
движения приводит к увеличению вредных выбросов, что негативно
отражается на качестве воздуха: 1 т бензина, сгорая, выделяет 500-800 кг
вредных веществ. В атмосферу ежегодно выбрасывается порядка 5 млрд. т С03
В состав выхлопных газов входит 1 200 компонентов, в том числе окси
углерода, оксиды азота, углеводороды, альдегиды, оксиды металлов
(наиболее вредный — оксид свинца), сажа и пр.
Молекулы оксида углерода способны поглощать инфракрасное
излучение, поэтому увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере
изменяет ее прозрачность. Инфракрасное излучение, испускаемое земной
поверхностью, все в большей мере поглощается в атмосфере. Дальнейше
увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере может привести
так называемому «парниковому эффекту». Ежегодно температура
атмосферы Земли повышается на 0,05 °С. При сжигании топлива уменьшается со
держание кислорода в воздухе. Более половины всех загрязнений
атмосферы создаст транспорт. Кроме оксида углерода и соединений азота при рабо
тс двигателей сгорания ежегодно в атмосферу выбрасывается 2-3 млн.
свинца. Содержание серы в топливе напрямую влияет на выделение в оь
ружающую среду диоксида серы. Диоксид серы вызывает образована
сульфатных частиц, которые оказывают целый ряд негативных последствн.
- на здоровье человека. Диоксид серы также может превращаться в высокс
коррозийную серную кислоту («кислотный дожчь»), которая, среди проче
го, способна повреждать даже здания. Так как автомобильные двшател
играют решающую роль в загрязнении окружающей среды в городах, т
проблема их усовершенствования является одной из наиболее важных ш
учно-технических задач. Один из путей уменьшения загрязнения атмосфе
ры — использование дизелей вместо карбюраторных бензиновых двиган
леи, т,
другие
приме
топли
нечноъ
От
I.]
НИЯ, 01
2..
шин в
3.1
4.'
1. '
тока.'
д™
ловия:
заряжс
частиц
электр!
ченное
взаимо,
долго,
поддер
тока) II
работу,
зывать
Рас
водник.
где U -
работу
Раб
«/)ИП1
Сог
измене!
Есл]
ператур
торос в
передав
формул
68

>хроматичс-
ргисй фото-
еиия?
гоэффект» лей, так как в дизельное топливо не добавляют свинец. В перспективе и
другие способы уменьшения загрязнения окружающей среды, например,
применение электродвигателей на транспорте или двигателей, в которых
топливом является водород, создание автомобилей, работающих на
солнечной энергии.
Ответьте на вопросы к тексту:
1. Какие еще тепловые двигатели, кроме двигателей внутреннего
сгорания, оказывают отрицательное влияние на окружающую среду?
2. К каким последствиям приводит широкое применение тепловых
машин в энергетике и транспорте?
3. К чему может привести повышение температуры Земли?
4. Что предпринимается для охраны природы?
я энергия, а
янна, то ки-
ги вещества

информацию среду,
к загрязне-
IX двигате*
генсивпосп
тивно отра-
800 кг вред-
ллрд. т СО-
теле оксид
•аллов (на»
нос излуче-
сфере измс-
земной по
[Дальнейшее
привести ь-
ра атмосфе
ьшастся со
ли атмосфе-
га при рабо
i 2-3 млн.
ление в ок
эбразованис
юследстви
я в высоко
реди проче
е двигатсл
городах, т
важных На
ня атмосфе
ых двигатс
БИЛЕТ № 15
1. Электрический ток. Работа и мощность в цепи постоянного
тока. Закон Ома для полной цепи
Для существования электрического тока в веществе необходимы два
условия: наличие свободных заряженных частиц и силы, действующей на
заряженные частицы в определенном направлении. Привести заряженные
частицы в движение способно электрическое поле. Как правило, именно
электрическое поле внутри проводника вызывает и поддерживает
упорядоченное движение частиц. Если бы заряженные частицы при движении не
взаимодействовали с другими частицами, то они двигались бы бесконечно
долго. При столкновении теряется часть кинетической энергии частиц. Для
поддержания постоянного упорядоченного движения частиц (постоянного
тока) необходимо пополнять энергию заряженных частиц, т.е. совершать
работу. Эту работу совершает электрическое поле. Эту работу принято
называть работой тока.
Рассмотрим участок цепи. За время Д/ через поперечное сечение
проводника проходит заряд Aq. Электрическое поле совершает работу
A = AqUy
где U — разность потенциалов на участке цепи. Учитывая, что Aq = /Д/,
работу тока можно записать так
А = ЛУД/.
Работа тока на участке цепи равна произведению тока (I), напряжения
(U) и промежутка времени ( Дг)» в течение которого совершалась работа.
Согласно закону сохранения энергии работа тока должна быть равна
изменению энергии (тепловой, механической, химической).
Если работа тока пошла на нагревание проводника, то изменяется
температура проводника, т.е. увеличивается внутренняя энергия. Спустя
некоторое время температура проводника перестает изменяться, и он начинает
передавать окружающим телам количество теплоты, равное работе тока, т.е.
формула A=IU определяет количество теплоты, передаваемое проводником
69

другим телам. Если в этой формуле заменить силу тока или напряжение по
закону Ома (I=UfR, где R — сопротивление проводника), то получим три
эквивалентные формулы
А = IU А/ = I2RAt. = Д/.
R
Для последовательного соединения проводников удобно использовать
формулу
А = I2RAt.
так как именно сила гока остается постоянной величиной при
последовательном соединении. При параллельном соединении удобно использовать
формулу
R
так как напряжение на всех участках одинаково.
Закон, определяющий количество теплоты, которое выделяет
проводник, был впервые установлен английским ученым Д. Джоулем и русею»
ученым Э. Лснцсм.
Закон Джоуля — Ленца гласит: количество теплоты, выделяемое про
водником с током, равно произведению квадрата силы тока,
сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику:
Q = I2RAt.
Для характеристики электрических приборов удобнее пользоваться м
работой тока, а физической величиной, которая получила название мощно
сти тока. Мощность тока (Р) равна отношению работы тока (А) за единив1
времени А/ к этому интервалу времени:
/> = — =Я/.
А/
Для того чтобы ток в цепи быт постоянным, необходимо носгоянн
поддерживать постоянное электрическое поле. Для этой цели необходим
устройство, которое получило название — источник тока.
Источник тока представляет собой устройство, в котором на элсктри
ческис заряды действуют сторонние силы. Любые силы не олектростатиче
ского происхождения называют сторонними силами. Сторонние силы все
гда направлены противоположно электростатическим силам. Сторонни
силы могут иметь разнос происхождение. В химических источниках он
возникают благодаря химическим реакциям между электродами и элсктрс
литом. В фотоэлементе они возникают под действием света на электроны.
генераторах сторонние силы возникают при движении проводников в мш
ннтном ноле. Во время работы источника тока сторонние силы постоями
перемещают положительные заряды от отрицательного электрода к поле
жителыюму. Чем больший заряд перемещается при этом, тем больше ст
роннис силы совершают работу. Отношение работы сторонних сил (Аст)
переносимому заряду остается величиной постоянной для данного исто1
ника. Эту величину приняли за характеристику источника тока и назвач
электродвижущей силой источника (ЭДС); обозначают ее 8.
где А„
внутри
— воль
Ког
водник<
точникг
Рабе
так: Аст
ление с^
При
нем г со
чество т
По зако!
ЭДС
стках цс
Сила
го сопро
Из зе
с сопрот
гока, то 1
70

пряжение по
получим три
использовать
три поелсдо-
дспользовать
1яет провод-
и и русским
лясмое про-
а, сопротнв-
*ку:
ьзоваться не
анис мощно-
) за единиц)
о постоянно
необходимо
на электри-
ктрос гатиче-
лс силы все-
, Сторонни
эчниках спи
и и электро
шектроны. I
шков в маг-
ы постояннс
)0да к поло
больше сто
: сил (A^)
1НОГО ИСТОЧ
са и назвал!
я
где Лст — работа сторонних сил по перемещению положительного заряда
внутри источника тока, q —переносимый заряд. Единица измерения ЭДС
— вольт.
Когда к полюсам источника тока присоединяют проводник, то в
проводнике заряды движутся под действием электрических сил, а внутри
источника тока — под действием сторонних и элекгростатических сил
(рис. 15.1).
Найдем связь между силой тока в цепи,
ЭДС источника тока и полным сопротивлением
цепи. Полное сопротивление цепи
складывается из внешнего сопротивления цепи R
(сопротивление проводников) и внутреннего
сопротивления г (сопротивление источника тока).
Сопротивление источника тока — это
сопротивление обмоток в генераторе или
сопротивление электродов и электролита в
гальваническом элементе.
Пусть за время At через поперечное сечение
проводника пройдет электрический заряд q:
Ад
Рис. 15.1
/ =
Д/
Работа сторонних сил по перемещению заряда q запишется
так: Аст = Eq (из определения электрической силы). Или, используя
определение силы тока, работа сторонних сил будет равна:
Ас,п=еш.
При совершении работы сторонними силами на внешнем R и
внутреннем г сопротивлениях, согласно закону Джоуля — Ленца, выделяется
количество теплоты
Q = I2RAt + I2rAt.
По закону сохранения энергии Аст - Q. Таким образом получим
ЭДС равна сумме падений напряжений на внешнем и внутреннем
участках цени. Эта запись носит название закона Ома для полной цепи.
Сила тока в цепи зависит от трех величин: ЭДС, внешнего и
внутреннего сопротивлений:
R + r
Из закона Ома следует: если к источнику тока подсоединить вольтметр
с сопротивлением /?в много больше внутреннего сопротивления источника
тока, то вольтметр покажет приближенное значение ЭДС:
8 = /^.

Гели внешнее сопротивление цепи будет стремиться к нулю (явление
короткого замыкания), то сила тока в цепи возрастает в несколько раз, что
может вызвать перегрев проводов и пожар. Сила тока короткого замыкания
/„-*
г
Для предотвращения пожара, как следствия короткого замыкания, на
практике в цепь включают предохранители, которые плавятся при
критической chic тока и размыкают цепь
2. Качественная задача по теме «Элементы астрофизики»
Что удерживает Луну и планеты при их движении по орбитам?
На орбите Луну и планеты удерживает их собственная сила тяжести
(рис. 15.2).
Мои
лоты, пс
и его мс
альиую
пластма
Отвс
1.П<
2. Ю
находит
3. ГЪ
тов труб
4. Кг
Яблоко
7.
g = 9.81 м/с2
Рис. 15.2
3. Текст по разделу «Механика», содержащий описание законов
механики в технике. Задание на понимание основных принципов,
лежащих в основе работы описанного устройства
Опыт Джоуля
В начале прошлого века английский ученый Д. Джоуль впервые
установил закон сохранения энергии. Ему удалось экспериментально доказать, что
механическая энергия переходит в тепловую, тепловая в механическую в
эквивалентных соотношениях. Баланс сходился всюду: химическая энергия
превращалась в тепловую или сначала в электрическую, а затем в
тепловую, электрическая энергия в химическую, а затем в тепловую.
Многочисленные опыты проверялись и перепроверялись. Перед вами описание
опыта, проведенного Джоулем, по измерению перехода потенциальной энергии
силы тяжести в тепловую при падении свинцовой дроби. Горсть свинцовой
дроби помещалась в закрытую картонную трубку и быстро
переворачивалась так, чтобы дробь пролетела всю высоту трубки. Трубку резко
переворачивали подряд порядка 50 раз. После этого дробь высыпали в картонный
стаканчик. Ртутным термометром измеряли температуру дроби до и после
опыта. При каждом переворачивании трубки дробь приобретает
потенциальную энергию за счет переворачивания. При падении дроби ее
потенциальная энергия превращается в кинетическую, которая при неупругом ударе
о дно картонной трубки переходит в теплоту.
1.М
заряд и
ция
В 18
ворачив;
дящийся
что два
тягиваю'
ваются,
проводи
чсскими
током в:
гласно i
заряд со
ствовать
Man
висимо с
вне меж
пос поле
вастся п<
тромапн
Mart
янными
нитной и
стрелку
дукции.
леиис от
навливаи
Напр
редсляет
если пап
72

) (явление
:о раз, 410
гмыкания
шания, на
\ критичс-
I»
)
а тяжести
Можно рассчитать полную потенциальную энергию и количество
теплоты, по {ученное дробью в конце опыга. Это очень неточным эксперимент
и его можно усовершенствовать. В промышленности используют
потенциальную энергию поднятого молота при штамповке деталей из металла и
пластмасс, а также при ковке деталей на кузнечных молотах.
Ответьте на вопросы к тексту:
1. Почему не обязательно в этом опыте измерять массу дроби?
2. Копа дробь заканчивает свое движение, почему дно трубки должно
находиться на твердой поверхности?
3. Почему Джоуль пришел к выводу, что оптимальное число
переворотов трубки 50?
4. Как можно усовершенствовать опыт?
с законов
инципов,
ые устано-
казать, что
ическую в
ая энергия
л в тспло-
Многочис-
:анис опы-
)й энергии
свинцовой
гворачива-
ко перево-
картонный
*о и после
г потенци-
2
потенциям ударе
БИЛЕТ № 16
1. Магнитное поле. Действие магнитного поля на электрический
заряд и опыты, иллюстрирующие это действие. Магнитная
индукция
В 1820 г. датский физик X. Эрстед заметил, что магнитная стрелка
поворачивается при пропускании электрического тока через проводник,
находящийся около нее. В том же году французский физик Л. Лмпер установил,
что два проводника, расположенные параллельно друг другу, взаимно
притягиваются при пропускании по ним токов одного направления и
отталкиваются, если токи противоположно направлены. Взаимодействия между
проводниками с током, т.е. взаимодействия между движущимися
электрическими зарядами, называют магнитными. Силы, с которыми проводники с
током взаимодействуют друг с другом, называют магнитными силами.
Согласно представлениям теории поля, всякий движущийся электрический
заряд создает в окружающем пространстве магнитное поле, способное
действовать на другие движущиеся электрические заряды.
Магнитное поле — это особый вид материи, который существует
независимо от нас. Посредством магнитного поля осуществляется
взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами. Магнит-
нос поле порождается движущимися зарядами. Магнитное поле
обнаруживается по его действию на движущиеся заряды. Факт существования
электромагнитных волн является доказательством реальности магнитного поля.
Магнитное поле создастся не только электрическим током, но и
постоянными магнитами. Доя характеристики магнитного поля введен вектор
магнитной индукции. Ориентирующее действие магнитного поля на магнитную
стрелку используют для определения направления вектора магнитной
индукции. За направление вектора магнитной индукции принимается
направление от южного полюса S к северному N внутри магнитной стрелки,
устанавливающейся в магнитном поле.
Направление магнитного поля прямолинейного проводника с током
определяется с помощью правила буравчика, которое состоит в следующем*
если направление поступательного движения буравчика совпадает с на-
73

правлением тока в провоонике, то направление вращения
ручки буравчика совпадает с направлением вектора
магнитной индукции.
Линию, в любой точке которой вектор магнитной
индукции направлен по касательной к ней, называют
линией магнитной индукции.
Картину линий магнитной индукции можно увидеть,
воспользовавшись мелкими железными опилками
(рис. 16.1).
Линии магнитной индукции не имеют ни начала, ни
конца. Они всегда замкнуты.
Поля с замкнутыми силовыми линиями называют вихревыми.
Магнитное поле — вихревое поле.
Магнитная индукция (В)- силовая характеристика магнитного поля.
Магнитная индукция - векторная величина. Модуль вектора магнитной
индукции равен отношению максимального значения силы ( F ), действующей
на прямой проводник с током, к силе тока в проводнике и его длине:
_ F
о _ шах
Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током,
называется силой Ампера (FA). В Международной системе единиц за единицу
магнитной индукции принята индукция такого магнитного поля, в котором не
каждый метр длины проводника при силе тока 1 А действует максимальная
сила Ампера 1 Н. Эта единица называется тесла (Тл)
1 Тл = 1 .
Для максимального значения силы Ампера справедливо выражение
Fa = ВП.
л
Если проводник расположен под углом а к вектору магнитной индук
ции, то модуль силы Ампера определяется выражением FA = IB Ism a
Направление действия силы Ампера определяется с помощью правит
левой руки (рис. 16.2): если левую руку расположить так, чтобы перпендику
лярная к проводнику составляющая вектор
магнитной индукции входила в ладонь, а че
тырс вытянутых пальца были направлены г.
направлению тока, то отогнутый на 90п боль
шой палец покажет направление силы Ампе
ра.
Ориентирующее действие магнитной
поля на контур с током используют в эле»
троизмерительных приборах.
На прямоугольную рамку намотана ка
Рис. 16.2 тушка, которая помещена между полюсам
постов
cnHpaj
ритель
СИЛЫ )
редели
коне /
гих др1
Эч\
тицы.
го полз
закона
Ест
получи
Си;
тока в i
щед -
личесп
нос сеч
Сле
где yroj
HanpaBj
Еслз
дукции,
пальца
тый на *
Дсй<
электро
правлен
ние ско]
Соп
отсюда
где т —
индукци
равен
74

ле вращения
гктора маг-
гнитной ин-
1вают лини-
:но увидеть»
опилками
[ начала, ни
того поля.
\ магнитной
пютвующей
\е:
сом, называ-
диницу маг-
котором на)
хксимальная
шсние
гной индук-
'sin a
ыо правила
перпеидику
пая вектора
адонь, а че
[равлены пс
на 90" боль-
силы Амп
магиитног
уют в элек
шотана ка-
f полюсам
постоянного магнита. В положении равновесия катушку удерживают две
спиральные пружины. При прохождении электрического тока через
измерительный прибор катушки с током бутут поворачиваться до тех пор, пока
силы упругости не уравновесят силу Ампера. Силу тока в цепи можно
определить по углу поворота катушки, если проградуировать прибор. На
законе Ампера основана работа электродвигателя, громкоговорителя и
многих других технических устройств.
Электрический ток — это упорядоченно движущиеся заряженные
частицы. Силу, действующую на заряженную частицу со стороны
магнитного поля, называют силой Лоренца {Ft). Эту силу можно найти с помошью
закона Ампера.
Если силу Ампера разделить на количество заряженных частиц ГУ», го
получим модуль силы Лоренца:
л N
Силу Ампера выражаем, согласно закону Ампера, F = IBlsina. а сил>
тока в проводнике
I = qnvS,
где q — заряд, прошедший через поперечное сечение проводника, п —
количество заряженных частиц, о — скорость движения частиц, S -
поперечное сечение проводника.
Следовательно сила Лоренца будет равна
F = \q\vB sin a,
где угол а - угол между вектором скорости и вектором магнитной индукции
Направление силы Лоренца определяется с помощью правила левой руки
Если левую руку расположить так, чтобы составляющая магнитной
индукции, .перпендикулярная скорости заряда, входила в ладонь, а четыре
пальца были направлены но движению положительного заряда, то
отогнутый на 90" большой палец покажет направление силы Лоренца.
Действие силы Лоренца можно наблюдать, поднося электромагнит к
электроино-лучевой трубке. Под действием силы Лоренца изменяется
направление скорости движения заряженной частицы, но не меняется
значение скорости.
Согласно второму закону Ньютона (F = та\
отсюда
mv>
г =
= Ыи*
/ни
АВ
где т — масса заряженной частицы, q — заряд, В — вектор магнитной
индукции. Период обращения (7) частицы в однородном магнитном поле
равен
2кг 2пт
Г = -^- =
q\B
75

Период обращения час ицы в однородном магнитном поле не зависит
от скорости и радиуса траектории частицы. Этот факт используют в
ускорителях заряженных частиц - циклотроне.
Протоны или альфа-частицы разгоняются переменным электрическим
полем между двумя электродами, которые находятся между полюсами
электромагнита. Действие магнитного поля на электрический заряд
используют в кинескопах, где движущиеся электроны отклоняются магнитным
полем, и масс-спектрографах - приборах, которые позволяют разделять
заряженные частицы по удельным зарядам. Магнитное поле можно
получить не только с помощью движущихся зарядов, но и с помощью
постоянных магнитов. Пели любое вещество поместить в магнитное поле, то это
вещество будет намагничиваться. Это означает, что магнитное поле в среде
будет отличаться от магнитного поля в вакууме.
Магнитная проницаемость среды и. характеризует магнитные свойства
вещества.
Магнитной проницаемостью ц называется отношение вектора
магнитной индукции в однородной среде В к вектору магнитной индукции в
вакууме 50:
В
Это объясняется тем, что помимо собственного магнитного поля,
которым обладает электрон, он при своем вращении вокруг ядра атома создает
еще очно магнитное поле. Если эти магнитные поля скомпенсированы, т
такие вещества называют диамагнетиками. Если диамагнетик попадает вс
внешнее магнитное поле, то скомпенсировашюсть магнитных полей
нарушается, и диамагнетик вытачкивастся из внешнего магнитного поля. Есл-
магнитные поля электрона не скомпенсированы, то каждый атом
становится маленьким магнитом, произвольно ориентированным. Если такое
вещество поместить во внешнее магнитное поле, то все маленькие магниты со
риеитируются по внешнему полю, и магнитное поле в веществе усилится
Такие вещества называют парамагнетиками.
В некоторых кристаллах происходит ориентация собственных
магнитных полей электронов в одном направлении, что приводит к возникновс
нию областей намагничивания. При внесении такого кристалла во внешне
магнитное поле происходит увеличение областей намагничивания. Эт
вещества называют ферромагнетиками. Если внешнее поле с ферромагне
тика снять, то значительная часть намагниченных областей сохранит своь
намагниченность, и кристалл становится постоянным магнитом. Для изг
товления постоянных магнитов используют оксиды железа, сплавы желез
иикелч, кобальта и других металлов.
2. Качественная задача по теме «Электромагнитные волны»
На каком физическом явлении основана радиолокация и для каких це
лей се применяют?
Радиолокация — обнаружение объектов с помощью ультракоротки
электромагнитных воли сантиметрового и миллиметрового диапазоне
(Ю10 -
облако)
ях, нагт
орбита
3. 1
сание<
или в
минов.
нияпр
Вам
ются на
альных
ют? Бо*
Вед1
лезвие \
очень с
только j
Значит,
Мол
ся. В тв
что над<
деления
В ж
вполне (
А капля
припод!
молекул
притяжс
как мож
пленкой
ет повер
Пул
ление в
ния. На
жать лег
Пуст
водой, h
пытаетез
либо ела
Отве
l.Ka
на воде i
двигатьс
2. Пс
76

не зависит
эт в ускори»
ктричсским,
полюсами
ряд исполь-
магнитным.
г разделять
ожно
подурю постоян-
юле, то это!
юле в среде
»ic свойства
>ра магнит-
укции в ва-
поля, кото-
ома создаст
грованы, то
попадает во
полей нару-
поля. Если
м становит-
гакое веще-
лагниты со-
е усилится
ых "магнит-
зозникновс-
во внешне
.вания. Эт
[>ерромагнс
ранит сво
г. Для изго
авы железа,
)ЛНЫ»
я каких це-
ракороткю
диапазоно
(10ю - 1011 Гц). Радиолокаторы применяют для обнаружения скопления
облаков, кораблей, самолетоз, локации планет, в космических исезедовани-
ях, например для определения скорости вращения планет, для определения
орбитальной скорости.
3. Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий
описание физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе
или в повседневной жизни* Задание на понимание физических
терминов, определение явления или его признаков, объяснение
явления при помощи имеющихся знаний
Пузыри
Вам наверняка приходилось наблюдать за пузырями, которые
образуются на поверхности пенных растворов, при выдувании из трубочки
специальных растворов. Какой они формы? Долго они живут или быстро
исчезают? Большие они или маленькие?
Ведь вы наверняка наблюдали, как иголка или, например, скрепка, или
лезвие может держаться на поверхности воды. Надо сделать это — только
очень осторожно: положить эти предметы строго горизонтально, стоит
только начать опускать эти предметы наклонно, как они сразу идут ко чну
Значит, в первом случае что-то поддерживало их, но что?
Молекулы, расположенные не очень близко друг к другу,
притягиваются. В твердых телах межмолекулярные силы притяжения настолько велики,
что надо приложить очень большое усилие для расцепления молекул и
разделения твердого предмета на части.
В жидкостях притяжение не настолько сильное, но оно существует и
вполне ощутимо. Наблюдая капли росы, вы замечали их округлую форму0
А капля воды, растекаясь по ровной поверхности, образует круг, а в центре
приподнятый холмик. Несомненно, существует какое-то притяжение между
молекулами воды, которое заставляет их собираться в единое целое. Силы
притяжения сближают молекулы, находящиеся на внешней поверхности,
как можно ближе к центру капли. В результате поверхность служит как бы
пленкой, стягивающей всю массу жидкости. Говорят, что жидкость
обладает поверхностным натяжением.
Пузыри тоже образуются за счет сил поверхностного натяжения.
Добавление в воду моюших средств, например мыла, ослабляют силы
притяжения. На поверхности такого раствора уже практически невозможно у
держать легкие предметы.
Пусть сначала поверхностное натяжение велико, как в случае чистой
водой. Наружный слой воды давит на воздух и сжимает его. Сжатый воздух
пытается прорваться через пленку и, в конце концов, прорывает се в каком-
либо слабом месте — пузырь лопается.
Ответьте на вопросы к тексту и выполните задание:
1. Каким образом некоторые насекомые, например stcnus, удерживаются
на воде и даже используют силы поверхностного натяжения для гого, чтобы
двигаться?
2. Почему пузырь имеет всегда шарообразную форму?
77

3. Зависят ли силы говерхностного натяжения от температуры?
4. Как можно измерить силу поверхностного натяжения?
БИЛЕТ № 17
1. Полупроводники. Полупроводниковые приборы
К полупроводникам относятся вещества, удельное сопротивление
которых является промежуточным между проводниками и диэлектриками.
Проводимость чистых полупровочников в отсутствие примесей называют
собственной проводимостью, так как. она определяется свойствами самого
полупроводника. Существует два механизма собственной проводимости —
электронная и дырочная.
Электронная проводимость осуществляется направленным
перемещением в межатомном пространстве свободных электронов, покинувших
валентную оболочку атома в результате нагревания полупроводника hih под
действием внешних полей.
Вакантное электронное состояние в атоме, образовавшееся при
возникновении свободного электрона, обладает положительным зарядом и
называется дыркой. Валентный электрон соседнего атома, притягиваясь к дырке,
может перескочить в нее (рекомбинироватъ). При этом на его прежнем
месте образуется новая цырка, которая затем может аналогично
перемещайся по кристаллу. Дырочная проводимость осуществляется при
направленном перемещении валентных электронов между электронными
оболочками соседних атомов на вакантные места (дырки). Собственная
проводимость полупроводников обычно невелика, так как мало число свободных
зарядов.
Примеси в полупроводнике — атомы посторонних химических
элементов, содержащиеся в основном полупроводнике. Дозированное введение е
чистый полупроводник примесей позволяет целенаправленно изменять его
проводимость. Примесная проводимость — проводимость
полупроводников, обусловленная внесением в их кристаллическую решетку примесей.
Изменяя концентрацию атомов примесей, можно значительно изменить
число носителей заряда того или иного знака. Знак носителей заряда
определяется валентностью атомов примесей.
Различают донорные и акцепторные примеси. Валентность атомов до
норной примеси больше вапенгности основного полупроводника. Валент-
ность атомов акцепторной примеси меньше валентности основного
полупроводника.
Типичным примером донорной примеси в четырехвалентном германи,
являются пятивалентные атомы мышьяка (рис. 17.1).
Четыре валентных электрона атома мышьяка связаны попарно
сильными ковалентными связями с электронами соседних атомов германия. Пятые
валентный электрон слабее связан с атомом примеси. При внесении
полупроводника с донорной примесью в электрическое поле этот злектроь
легко отрывается от атома, становясь свободным. При добавлении одно!
десятимиллионной доли атомов мышьяка в германий при комнатной
температуре концентрация свободных электронов, поставляемых атомами
примеси, вт
чисто?
Пс
п-тип,
стыо.
ные ai
ближа
Недос
лентнь
герма*-
цатель
лентнь
приоб{
лупрос
р-типс
жите.п
В м<
рчг-хщ.
и-типа.
няя про
лении.
Hanj
/ыюлун
лению з.
Зани
до в, соз,
болном)
от iranpj
р~п-пер
Полу
жащий}
78

ение кото-
ками.
Протают соб-
самого по-
имости —
псрсмсщс-
1увших ва-
ка или под
ри возник-
эм и назы-
сь к дырке,
о прежнем
но персме-
[ри
направки оболоч-
я проводи-
свободных
их элемен-
введение в
менять его
упроводни-
примесей.
> изменить
фяда опре-
атомов до-
<а.
Валентного полу-
л германии
но сильны-
ния. Пятый
ении полу-
т электрон
;нии одной
гной темпе-
ами
примеси, в тысячу раз превышает концентрацию свободных электронов и дырок в
чистом полупроводнике.
Полупроводник с донорной примесью называют полупроводником
п-типа, так как он обладает преимущественно электронной
проводимостью. Примером акцепторной примеси в германии являются
трехвалентные атомы индия. Для образования парноэлектроиных связей с четырьмя
ближайшими соседями у атома германия не хватает одного электрона
Недостающая вакантная связь является дыркой. Ее может заполнить
валентный электрон соседнего атома. При этом электронен тральный атом
германия, получивший дополнительный электрон, превращается в
отрицательный ион, а дырка возникает у соседнего атома, потерявшего
валентный электрон. Из-за этого число дырок возрастает, и полупроводник
приобретает преимущественно дырочную проводимость (рис. 17.2).
Полупроводник с акцепторной примесью называют полупроводником
р-типа, (от лат. positivus — положительный), так как дырка имеет
положительный заряд.
Донорная
электроны
Валентные / i Акцепторная
Рис. 17.1
Рис. 17.2
В месте контакта примесных полупроводников образуется особый слой
р-л-переход —контактный слой двух примесных полупроводников р- и
«-типа. Характерной особенностью р-и-перехода является его
односторонняя проводимость: он пропускает ток практически только в одном
направлении.
Напряженность ноля этого запирающего слоя направлена от п— к
р-полупроводнику (от плюса к минусу), препятствуя дальнейшему
разделению зарядов (рис. 17.3).
Запирающий слой — двойной слой разноименных электрических
зарядов, создающий электрическое поле нар-и~псрсходе, препятствующее
свободному разделению зарядов. Зависимость силы тока через р-я-переход
от напряжения, приложенного к нему, или вольт-амперная характеристика
р-я-иерехода приведена на рис. 17.4.
Полупроводниковый диод — элемент электрической системы,
содержащий р-п-переход и два вывода для включения в электрическую цепь.
79

Обратное
включение
/, мА
60-■
40-
п
»s
о *=
Is
Г»*
rt
СО
:©©
: ©
:©е
+ u ©
20-■
-40 -20
i t _
ч>к
Дырки Свободные
электроны
Рис. 17.3
Прямое
включение
Гф-г1^
Н 1 » *■
0.6 1,2 1,8 ЦБ
Рис. 17.4
Способность р-л-перехода пропускать ток практически только в
одном направлении используют для преобразования (с помощью диода
переменного тока, изменяющего свое направление, в постоянный (тонне
пульсирующий) ток одного направления Если необходимо преобразоват
или усилить переменный ток в электронных схемах, используют
транзистор.
Транзистор — полупроводниковый прибор с двумя р-л-переходами и
тремя выводами для включения в электрическую цепь. Транзистор образуе
три тонких слоя примесных полупроводников: эмиттер, базу и коллектор
Эмиттер, являющийся в п-р «-транзисторе источником свободных элек
тронов, изготавливают из полупроводника к-типа с высокой концеитрацие
примеси. База, регулирующая силу тока в транзисторе, представляет собо
особенно тонкий слой (толщиной порядка 10 мкм) полупроводника р-типа
небольшой концентрацией примеси. Коллектор, перехватывающий пото
носителей заряда, от эмиттера через базу, имеет с этой целью наиболын)
площадь контакта. Коллектор изготавливают из полупроводника «-типа
небольшой концентрацией примеси.
В «-р-л-транзисторе основными носителями заряда являются свобо-
ные электроны, движущиеся от эмиттера к коллектору. Соответственно та
за направление которого принимают направленное движение положитель
иых зарядов, протекает от коллектора к эмиттеру. Поэтому на условно
обозначении и-р-и-транзистора стрелка направлена от базы к эмиттер
(рис. 17.5.)
При подключении транзистора в электрическую цепь по схеме, прим
денной на рис. 17.6, на л-р-переход эмиттер — база подастся небольш
прямое напряжение и& а на р~«-переход база — коллектор обратное н
пряжение UK.
При прямом включении напряжения UbJ свободные электроны
эмиттера диффундируют в базу и благодаря се малой толщине почти в
достигают коллекторного перехода. Под действием положительного noTCF
SO

ямос
НОЧСНИС
Oh
b -
I р~
.8 U. В
циала источника Г/^ электроны притягиваются к коллектору, так что через
сопротивление RH протекает сила тока 1К =1Э (см, рис. 17.6).
п
К " ^1Э
Электроны
п
Ток
Рис. 17.5
Рис. 17.6
лько в од
,ыо диода,
ый (точне I
образовать
от транзи
исходами и
)р образуе
коллектор
цных элск
центрацие
ляет собо
[кар-типа
щий пото
шбольшу*
са «-типа
хя свобод
гвенно ток
оложител
1 условно
к эмиттер
:мс, приа.
небольше
5ратное н:
ктроны v
: почти в
юго потен
Сила тока, протекающего через коллектор, значительно превышает силу
тока через базу. Небольшая сила тока через базу вызывает значительную
силу тока в нагрузке, поэтому транзистор может быть использован для
усиления электрических сигналов. Напряжение на сопротивлении нагрузки
значительно превышает напряжение, приложенное между базой и
эмиттером.
Отношение изменения выходного напряжения к изменению входного
называется коэффициентом усиления.
Транзистор используют в генераторах на транзисторах для получения
электрических колебаний высокой частоты. Полупроводники
малогабаритны, поэтому они находят широкое применение в интегральных схемах,
являясь их составной частью. Компьютеры, радио, телевидение, космическая
связь, системы автоматики созданы на базе этих схем и могут содержать до
миллиона диодов и транзисторов.
2. Экспериментальное задание по теме «Свойства жидкостей и
твердых тел»: наблюдение явления подъема жидкости в капилляре
В вашем распоряжении имеется: набор стеклянных капиллярных трубок
разного сечения, стакан с водой, стакан с очищенным растительным
маслом.
1. Опустите одну из трубок в воду (рис. 17.7).
Рис. 17.7
Рис. 17.8
81

2. Проделайте то же самое с трубкой другого сечения.
3. Сделайте вывод: смачивает или нет вода стенки трубок, как зависш
высота поднятия воды в капиллярах от радиуса капилляра? •
4. Опустите сразу две трубки в растительное масло.
5. Сделайте вывод.
6. В какой из трубок, изображенных на рис. 17.7 и 17.8. наблюдается
явление смачивания и в какой несмачивания?
3. Текст по разделу «Механика», содержащий описание
физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе или в
повседневной жизни. Задание на понимание физических терминов,
определение явления, его признаков или объяснение явлений при
помощи имеющихся знаний
Резонанс
Вы наблюдали, что при вращении велосипедного колеса, начиная с
некоторой скорости вращения, невозможно различить спицы колеса. Они
стали как бы шире и сливаются воедино. Представим себе, что между двумя
брусочками закрепим четыре упругие гибкие пластинки разной длины
(пластинки можно нарубить из металлических линеек). На концах пластинок
имеются, сделанные из легкой жести, белые флажки. Пластинки могут
совершать упругие колебания. Для своих наблюдений прибор укрепим на
центробежной машине (рис. 17.9).
Начнем плавно вращать рукоятку
центробежной машины, медленно и равномерно увеличивая
скорость. При этом пластинки нашего прибора
испытывают периодические толчки, частота
которых равна числу оборотов машины. Наблюдаем,
что при постепенном увеличении скорости
вращения, визуальная ширина закрепленных пластинок
поочередно увеличивается. Чем больше частота
вращения центробежной машины, тем у более
короткой пластинки наступает эффект увеличения
полоски флажка, и наоборот. Увеличение ширины
полоски флажка можно объяснить тем, что у
пластинок наблюдается максимальное отклонение от
положения равновесия при определенной частоте
вращения центробежной машины. Когда собственная частота пластинки,
определяемая ее параметрами, совпадает с частотой вращения
центробежной пластины, наступает явление резонанса.
Ответьте на вопросы к тексту:
1. За счет чего можно добиться гибкости пластинок?
2. Что называется резонансом?
3. Почему в резонанс вступает короткая пластина при большей частоте,
а длинная — при меньшей?
4. Приведите примеры полезного применения резонанса
Рис. 17.9
82

lk зависит
дастся яв-
физичс-
в повсе-
db, опре-
при
погнал с не-
еса. Они
ту двумя
яны (ила-
[ластинок
могут со-
эспим на
тгробеж-
еличивая
прибора
эта кото-
5людаем,
и враще-
пастинок
частота
у более
-личсния
ширины
о у пла-
чсние от
частоте
астинки,
пситро-
частоте,
БИЛЕТ № 18
1. Явление электромагнитной индукции. Магнитный поток.
Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца
В 1831 г. английский физик М. Фарадей установил, что электрический
ток может возникать в конт>ре не только при движении проводника в
магнитном поле, но и при любом изменении магнитного потока в контуре. Им
было открыто явление электромагнитной индукции.
Электромагнитная индукция — физическое явление, заключающееся в
возникновении вихревого электрического поля, вызывающего
электрический ток в замкнутом контуре при изменении потока магнитной
индукции через поверхность, ограниченную этим контуром.
Электрический ток, возникающий при электромагнитной индукции,
называют индукционным. Изменение магнитного потока через поверхность,
ограниченную контуром, возможно при изменении с течением времени: 1) площади
поверхности, ограниченной контуром; 2) модуля магнитной индукции;
3) угла, образуемого вектором индукции с вектором площади этой поверхности.
Один из опытов Фарадся заключался в том, что при вдвигании
постоянного магнита в катушку, замкнутую на гальванометр, наблюдалось
появление электрического тока в катушке (рис. 18.1).
ДФ<0
Рис. 18.1.
Рис. 18.3
Электрический ток возникающий в замкнутом контуре при изменении
магнитного потока, пронизывающего этот контур, называют
индукционным током.
Объяснить природу индукционного тока можно следующим образом.
Если в однородном магнитном поле движется проводник перпендикулярно
вектору магнитной индукции В, то на находящиеся в проводнике
свободные электроны и положительно заряженные ионы действует сила Лоренца,
направленная в разные стороны (рис. 18.2). В результате разделения
зарядов внутри проводника возникает электрическое поле.
Рассмотрим прямолинейный проводник длиной /, движущийся со
скоростью v в однородном магнитном поле с индукцией В, которая
направлена перпендикулярно направлению движения (рис. 18.3). Под действием
силы Лоренца заряды приходят в движение. Величину, численно равную
83

отношению работы А по перемещению заряда к этому заряду, называют
электродвижущей силой индукции £ :
6-Д (1)
ч
Сила Лоренца выражается
F,=gvBl, (2)
где / — путь, пройденный стержнем. Подставив уравнение (2) в (1),
получим
£ = vBl. (3)
Учтем, что магнитный поток, который пронизывает замкнутый контур,
равен
Ф = BS. (4)
Так как вектор магнитной индукции В перпендикулярен площади 5
контура, то cos а = 1. За время At площадь контура меняется на AS = -IvAL
Знак минус появляется потому, что площадь уменьшается. Изменение
магнитного потока
Ф = -BlvAt. (5)
Подставив уравнение (5) в (3), получим:
АФ
Е = , или 8 = -Ф'(0 .
A/ W
Это математическая запись закона Фарадея.
ЭДС индукции в контуре равна скорости изменения магнитного потока
через поверхность, ограниченную контуром, взятой с противоположным
знаком. Если постоянный магнит выдвигать из катушки, направление
индукционного тока изменяется на противоположное. Правило, позволяющее
определить направление индукционного тока, было установлено в 1833 г. X. Лсн-
цем.
Индукционный ток в контуре имеет такое направление, что созданный
им магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром,
препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.
Препятствие изменению магнитного потока выражается знаком минус в
законе Фарадея.
Явление электромагнитной индукции широко используют в
многочисленных технических устройствах и приборах, например, в
трансформаторах, детекторах (обнаружение металлических предметов). В поездах на
магнитной подушке сверхпроводящие катушки с током, размещенные на
дне вагона, индуцируют ток в катушках на полотне дороги. В результате
отталкивания сверхпроводящих катушек на полотне дороги вагон
приподнимается над землей.
Индукционные токи, возникающие в проводниках, используются для их
нагревания. Этот эффект используют в электропечах для плавки металлов.
Тот же эффект используют в бытовых микроволновых СВЧ-псчах. Явление
электромагнитной индукции позволяет считывать видео- и аудиоинформа-
84

называют
о)
(2)
(1), полу-
(3)
ш контур,
(4)
лошади S
S - -IvLt.
не магнит-
(5)
цию с магнитных лент. Применяют явление электромагнитной индукции и
в генераторах переменного тока.
го потока
юложным
гас индук-
щее опре-
г. X. Леи-
озданный
, препят-
и минус в
дкогочис-
формато-
эездах на
с иные на
езультате
\ припод-
*СЯ ДЛЯ ИХ
металлов.
. Явление
информа-
у,м/с
2. Качественная задача по теме «Кинематика»
На рис. 18.4 представлен график
зависимости модуля скорости тела от времени
его движения. В какой из следующих
промежутков времени сумма сил,
действующих на тело, была постоянна и не
равна нулю?
На промежутке времени от 2 до 5 с
тело двигалось с постоянной скоростью и,
следовательно, согласно первому закону
Ньютона, геометрическая сумма сил,
действующих на тело, была постоянной и
равна нулю.
3. Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий
описание опыта, задания на формулировку гипотезы опыта, условий
его проведения и выводов
Давление воздуха
Когда мы обращаем внимание на то, что вокруг нас воздух? Тогда,
когда мы начинаем быстро двигаться, или тогда, когда нам дует ветер в лицо.
Но самый наглядный способ убедиться в наличии воздуха — увидеть, как
он давит на находящиеся в нем предметы.
Приготовим емкость с водой. Возьмем стакан, наполненный водой до
краев, погрузим его в воду вверх дном. Медленно начнем вытаскивать
стакан из воды. Вода поднимается вместе со стаканом, и уровень се намного
выше, чем уровень воды в емкости. Казалось, что воду в стакане ничто не
поддерживает. Но тогда бы она вылилась из стакана. Что ото за сила,
удерживающая воду?
На несколько сотен километров вверх простирается над нами
воздушный океан. Хотя воздух нам кажется совершенно невесомым, он оказывает
значительное давление на все предметы, окружающие нас. На каждый
квадратный сантиметр он оказывает давление порядка 9,8 Н. Таким
образом, воздух давит на поверхность воды в емкости и удерживает столб воды
в стакане. Если возьмем трубки высотой 15, 30 см, 3 м, то при повторении
опыта мы убедились бы, что и в трубках такой высоты атмосферное
давление удерживает столб воды в них. Однако есть предел высоты водяного
столба, который может быть удержан атмосферным давлением. Вода, как и
воздух, давит на находящиеся в ней тела. На глубине примерно 10 м сила
давления воды становится равной 98 Н, что совпадает с нормальным
атмосферным давлением. Значит, давление столба воды высотой 10 м (а точнее
10 м 33 см) как раз уравновешивает атмосферное давление, которое
удерживает воду в сосуде. Таким образом, высота столба воды не может
превышать Юм.
85

01ветьте на вопросы к текст)" и выпочните задания:
1. Можно ли давление воздуха измерять высотой столба воды?
2. Изменение атмосферного давления означает вероятное изменение
погоды?
3. Почему используют ртутные барометры, а не водяные?
4. Измерьте атмосферное давление в кабинете, в котором сдаете
экзамен.
БИЛЕТ № 19
1. Явление самоиндукции. Индуктивность. Энергия магнитного
поля
В 1832 г. американский ученый Д. Генри наблюдал возникновение
индукционного тока в катушке, когда магнитный поток в ней увеличивался
или уменьшался вследствие изменения тока, протекающего в самой
катушке. Это явление получило название самоиндукции.
Самоиндукция — возникновение ЭДС индукции в проводящем контуре
при изменении в нем силы тока. ЭДС индукции возникает при изменении
магнитного потока. Если это изменение вызывается собственным током, то
говорят об ЭДС самоиндукции:
Индуктивность соленоида постоянна.
Если через соленоид протекает постоянный ток (/ = const), ЭДС
самоиндукции отсутствует (ЕД7 - 0). Так как катушка наряду с индуктивностью
обладает электрическим сопротивлением R, то сила тока через нее / - — .
ЭДС самоиндукции оказывается тем больше, чем больше скорость
изменения силы тока. Особенно быстро сила тока изменяется при замыкании
— размыкании цепи.
При замыкании ключа (рис. 19.1, а) магнитный поток сквозь соленоид
возрастает: А Ф > 0.
о)
б)
Рис. 19.1
Согласно правилу Ленца, возникает индукционный ток It, создающий
индукцию Bit направленную против внешней индукции В. Полярность
ЭДС самоиндукции препятствует нарастанию силы тока через катушку, так
как э
само!
сдела
ИЗМС1
навл*
П
ту же
инду*
само!
сдела
зомкн
С(
Ее
значи
ности
скому
ческа*
запазд
ключе
ся, тш
искры
в элек
искано
Яа
рыть (
тормо
ченав
Др
наводя
умены
стин, v
ИНДуК!
Фа
поля п
поле л
была :
Электр
поле п<
рождае
друга.
менног
86

[сиенис
подаете экза-
1ГПИТНОГ0
эвение ин-
:ЛИЧИВался
юй катуш-
:м контуре
изменении
током, то
С самоин-
гивностью
/-■£.
R
эрость из-
амыкании
соленоид
здающий
ыярность
^шку, так
как эта ЭДС включена встречно ЭДС внешнего источника. Реально ЭДС
самоиндукции тормозит движение электронов в проводнике, из которого
сделана катушка. С течением времени, когда магнитный поток перестает
изменяться ( А Ф = 0), ЭДС самоиндукции становится равной нулю, и
устанавливается значение силы тока
/-.£.
R
При размыкании ключа (рис. 19.1, б) ток самоиндукции протекает в
ту же сторону, в которую протекал ток в цепи до размыкания. ЭДС
самоиндукции поддерживает магнитный поток без изменения. Реально ЭДС
самоиндукции ускоряет движение электронов в проводнике, из которого
сделана катушка. Поэтому в течение некоторого времени релаксации в
разомкнутой цепи продолжает протекать ток самоиндукции.
Согласно закону Ома, для L-R цепи
'*/ =
_ е* -
LV
R R
Если у соленоида большая индуктивность, ЭДС самоиндукции может
значительно превысить ЭДС источника тока. Появление значительной
разности потенциалов в месте размыкания цепи часто приводит к
электрическому пробою воздуха, т. е. возникновению электрической искры.
Электрическая лампа, соединенная последовательно с соленоидом, загорается с
запаздыванием при включении тока и гаснет не мгновенно после его
выключения. Но визуально заметить запаздывание погасания лампы не
удается, так как энергия магнитного поля соленоида расходуется на образование
искры. Процесс самоиндукции задерживает увеличение (уменьшение) тока
в электрических схемах и линиях передачи сигналов, тем самым приводя к
искажению передаваемой информации.
Явление самоиндукции подобно инертности в механике: тело нельзя
ускорить (или затормозить) мгновенно, как бы ни велика была ускоряющая (или
тормозящая) сила, действующая на тело. Если катушка индуктивности
включена в цепь переменного тока, то она оказывает сопротивление
Xh = 2nvL.
Другое проявление электромагнитной индукции — токи Фуко. Эти токи
наводятся в металле, помещенном в изменяющееся магнитное поле. Для
уменьшения токов Фуко сердечники трансформаторов набирают из
пластин, изолированных друг от друга. Токи Фуко находят свое применение в
индукционных печах промышленного и бытового назначения.
Факт возникновения электрического поля при изменении магнитного
поля привел Дж. К. Максвелла к выводу, что переменное электрическое
поле должно порождать магнитное. Справедливость гипотезы Максвелла
была экспериментально доказана обнаружением электромагнитных воли.
Электромагнитные волны существуют потому, что переменное магнитное
поле порождает переменное электрическое поле, которое в свою очередь
порождает переменное магнитное поле и т.д. Эти поля не существуют друг без
друга. Нельзя создать переменное магнитное поля без возникновения
переменного электрического поля.
87

Независимо электрическое и магнитное поле может существовать
только по отношению к определенной системе отсчета. Если электрический
заряд покоится в одной системе отсчета, то относительно другой он
движется. Факт существования (или отсутствия) электрического или
магнитного поля справедлив, если указано, относительно какой системы отсчета эти
поля рассматриваются. Электромагнитное поле — особая форма материи,
осуществляющая взаимодействие между заряженными частицами. Оно
существует реально, независимо от нашего сознания.
На основе закона электромагнитной индукции сконструированы
генераторы постоянного тока.
Металлическая рамка ABCD под действием внешних сил вращается в
магнитном поле. Согласно закону электромагнитной индукции в рамке
наводится ЭДС индукции,
следовательно возникает ток. Для
получения постоянного тока рамку
разрезают и ее концы выводят на два
изолированных полукольца 1, 2
(рис. 19.2). Получается
постоянный по направлению» но
изменяющийся по амплитуде ток.
Если несколько рамок
расположить под небольшими углами,
то пульсация тока по амплитуде
сглаживается. Это — принцип работы генератора постоянного тока.
Если форма контура рамки остается неизменной, то магнитный поток
изменяется только за счет изменения силы тока Д/. Тогда
АФ = LAI.
Элементарная работа определяется площадью
фигуры под графиком зависимости магии гного
потока Ф от создающего его тока / (рис. 19.3):
г2
Рис. 19.2
А =
LV
О
Такая же энергия магнитного поля Wm
накапливается в контуре с индуктивностью L при
силе тока /:
Рис. 19.3
*Vm =
LI'
2. Качественная задача по теме «Законы термодинамики»
Как изменяется внутренняя энергия идеального газа при изохорном
нагревании?
Согласно первому закону термодинамики AV = A + Q* так как
А = рЬУ, а изменения объема нет (процесс изохорный), го
Ш = Q. Если Q>09 т.е. идет процесс нагревания, то внутренняя энергия
тела бу
внутрем
3. Т
ки», с
атомно
новньн
ства
Разд
сопряже
щие соб
чески вс
торыхр
в поведс
щество i
ния при:
Наг
чины: ci
топа в с
гашения
нужным
ная масс
в обогаи
ненный
ДЫДуЩС!
случае i
желаемо
ходное i
телыюст
МИ И бот
про из во;
дов разд
газового
мя вторе
применс]
скорости
по массе
можно б
и с тяже
отношен
Поэт<
пичные с
уменьше
ности. В
разделен
88

ITb ТОЛЬ-
1ИЧССКИЙ
он дви-
агнитно-
:чета эти
иагсрии,
ли. Оно
i гснера-
цается в
амке на-
слсдова-
получе-
;у разре-
: на два
да 1, 2
гюстоян-
о изме-
Ж.
с распо-
углами,
гплитуде
гй поток
ющадыо
гнитного
19.3):
7т нака-
э L при
эном на-
гак как
1Й), ГО
энергия
тела будет увеличиваться. Если Q<0, то идет процесс охлаждения, и
внутренняя энергия тела уменьшается.
3. Текст по разделу «Квантовая физика и элементы
астрофизики», содержащий описание использования законов квантовой,
атомной или ядерной физики в технике. Задание на понимание
основных принципов, лежащих в основе работы описанного
устройства
Центрифугирование
Разделение изотопов (например, извлечение Li-6,U-235,D) всегда
сопряжено со значительными трудностями, так как изотопы,
представляющие собой чуть различающиеся по массе вариации одного элемента,
химически ведут себя практически одинаково. Но скорость прохождения
некоторых реакций отличается в зависимости от изотопа элемента. Но различия
в поведении изотопов настолько малы, что за одну стадию разделения
вещество обогащается на сотые доли процента и повторять процесс
разделения приходится огромное число раз.
На производительность подобной каскадной системы влияют две
причины: степень обогащения на каждой из ступеней и потери искомого
изотопа в отходном потоке. Поясним второй фактор. На каждой из стадий
обогащения поток разделяется на две части — обогащенную и обедненную
нужным изотопом. Поскольку степень обогащения крайне низка,
суммарная масса изотопа в отработанной породе может легко превысить его массу
в обогащенной части. Для исключения такой потери ценного сырья
обедненный поток каждой последующей ступени попадает снова на вход
предыдущей. Существует несколько методов разделения изотопов. В любом
случае количество произведенного обогащенного материала зависит от
желаемой степени обогащения и обеднения выходных потоков. Если
исходное вещество имеется в большом количестве и дешево, то
производительность каскада можно увеличить за счет отбрасывания вместе с
отходами и большого количества неизвлеченного полезного элемента (пример —
производство дейтерия из обычной воды). Эффективность различных
методов разделения зависит также от свойств исходного вещества. Технология
газового центрифугирования впервые была разработана в Германии во
время второй мировой войны и в начале 60-х годов получила промышленное
применение. Если газообразную смесь изотопов пропускать через
высокоскоростные центрифуги, то при вращении произойдет разделение изотопов
по массе: легкие и тяжелые частицы будут вращаться в разных слоях, где их
можно будет собрать. Центрифуга одинаково хорошо работает и с легкими
и с тяжелыми элементами. Степень разделения пропорциональна квадрату
отношения скорости вращения к скорости молекул в газе.
Поэтому желательно, как можно быстрее раскрутить центрифугу.
Типичные скорости вращения центрифуг от 250 до 600 м/с. Этот метод имеет
уменьшенное энергопотребление, большую легкость в наращивании
мощности. В настоящее время газовое центрифугирование — основной метод
разделения изотопов.
89

Ответьте на вопросы к тексту:
1. Где находят применение изотопные технологии?
2. Как используют изотопы в медицине?
3. За счет какого действия происходит разделение изотопов в центрифуге?
4. Какие методы оазделения изотопов вы еще знаете?
БИЛЕТ № 20
1. Свободные и вынужденные электромагнитные колебания.
Колебательный контур. Превращение энергии при
электромагнитных колебаниях
Электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных
катушки индуктивности L и конденсатора электроемкостью С, называют
колебательным контуром.
X
w =
ж
/ = Г
Рассмотрим
последовательные стадии
колебательного процесса в L-C-
контуре. Для возбуждения
колебаний в контуре
конденсатор предварителънс
заряжают, сообщая еп.
обкладкам заряды ±q§
Тогда в начальный момигг времени t—0 (рис. 20.1) между обкладками конденсатор
возникает электрическое поле. Полная энергия в контуре определяется
энергией электрического поля конденсатора:
2
р гс
При замыкании ключа в контуре возникает возрастающий со временен
ток. Этот ток нейтрализует заряд на пластинах конденсатора, приводя к егс
разрядке. В результате энергия электрического поля уменьшается, а энергш
магнитного поля катушки возрастает. Полная электрическая и магнитна
энергия в контуре сохраняется. Энергия электромагнитного поля в любоь
момент времени остается равной электрической энергии конденсатора
начальный момент времени:
нию маг
же напр
перезар)
мящесс;
В этот м
ния, npi
Далее тс
межутоь
этого на
Вор
ническш
тока в ка
Если
умсныш
Расе
происхо
силы. Та
Пол*
пая пол!
Скор
сти измс
что, ког.
умсныш
но произ
Поде
Это (
ные коле
W =
LV
гс
1С
В момент времени / — 774, когда конденсатор полностью разрядите
энергия электрического поля обращается в нуль, а энергия магнитного поя
(следовательно, и сила тока) достигает максимального значения:
1У = ]У„=—^.
т
Начиная с этого момента, сила тока в контуре убывает; следовательно
уменьшается магнитный поток в катушке. Согласно правилу Ленца,
изменено

;нтрифуге?
олсбания.
юмагнит-
единснных
называют
i последо-
[ии
колебался в L-C-
озбуждения
жгуре кон-
1варитсльно
эбщая его
вды ±qQ.
>нденсатора
гея энерги-
► временем
шодя к его
, а энергия
магнитная
я в любой
нсатора в
>азрядится
пюго поля
ювательно.
la,
изменению магнитного потока препятствует индукционный ток, протекающий в том
же направлении, что и ток разрядки конденсатора. Конденсатор начинает
перезаряжаться, между его обкладками возникает электрическое поле,
стремящееся ослабить ток, который в момент времени t — 7/2 обращается в нуль
В этот момент времени заряд па обкладках достигнет первоначального
значения, при этом знак заряда окажется противоположным первоначальному.
Далее те же процессы начнут протекать в обратном направлении. Через
промежуток времени t — Т система вернется в первоначальное состояние. После
этого начнется самопроизвольное повторение рассмотренного цикла.
В отсутствие потерь на нагревание проводов в контуре совершаются
гармонические незатухающие колебания заряда на обкладках конденсатора и силы
тока в катушке индуктивности. Такие колебания называют свободными.
Если же потери существуют, свободные колебания будут совеошаться с
уменьшающейся амплитудой тока (рис. 20.2)
Рассмотрим электромагнитные колебания в колебательном контуре,
происходящие под действием внешней периодической электродвижущей
силы. Такие колебания называют вынужденными.
Полная энергия такой системы остается постоянной, поэтому
производная полной энергии будет равна нулю:
Li2
2
■ + ■
я2
2С
= 0, или
2J [2с\-
Скорость изменения энергии магнитного поля по модулю равна
скорости изменения энергии электрического поля. Знак минус указывает на то,
что, когда энергия магнитного ноля растет, энергия электрического поля
уменьшается. Вычисляя производные, получим
■яя\
2 2С
но производная заряда но времени равна силе тока.
Подставляя первую и вторую производные заряда, получим
1
Я =
LC
•я
Это основное уравнение, которое описывает свободные
электромагнитные колебания в.контуре. Решение этого уравнения имеет вид:
9 = 9» cos,
1
LC
Рис. 20.2
Периодические изменения физической
величины в зависимое!и от времени,
происходящие по закону синуса или косинуса,
называют гармоническими колебаниями.
Величину, равную о= . ,
называют собственной частотой колебательной
системы. Гогда q = qmQOS(ar.
91

Промежуток времени Т, через который процесс полностью повторяется
называют периодом колебаний. Период собственных колебаний заряда г
колебательном контуре определяется формулой, полученной в 1853 г.
английским ученым У. Томсоном
Т0 = 2пуЦс .
Величину, обратную периоду колебаний, называют частотой колебаний v
1
v= —.
Т
Единица частоты — герц (Гц). Собственная частота и частота
колебаний связаны соотношением
со = 2rcv .
yi Колебания тока и напряжения в колебательном
контуре имеют сдвиг по фазе на —. На векторно
диаграмме (рис. 20.3) видно, что колебания силы тока
изменяющиеся по закону i = /mcos(co0f + 7i/2),
опережают колебания заряда на п/2.
Колебательный контур является одной из основ*
ньгх частей любого радиопередающего и
радиоприемного устройства.
*4^
*m
а
о
Чт
Рис. 20.3
X
2. Экспериментальное задание по теме «Динамика»: построение
графика зависимости силы упругости от удлинения (для пружины
или резинового образца)
В вашем распоряжении имеется
оборудование для проведения работы: набор гру
зов, масса каждого равна 0,1 кг, пружина, закре
пленная на дощечке (нижний конец пружин
снабжен стрелкой-указателем), линейка с мил
лиметровыми делениями, штатив с принадлеж
ностями.
I. Соберите установку как показано и
/Ц -==к ■ рис. 20.4.
£—* •—' 2. Подвесьте сначала один груз, потом д.
груза, три и четыре.
3. Каждый раз отмечайте, насколько удлн
пилась пружина.
4. В каждом случае сила тяжести грузо
уравновешивается силой упругости пружины:
Fyr,P\ = mS\ Ру„рг - 2mS и тл
5. Постройте график зависимости силы упру
гости от удлинения (рис. 20.5).
3. Т
сание (]
или в г
минов,
ния npi
В ев
ЗИИ 1
(засолка
веществ
ученый
взвешен
и в газе.
«HeMiioi
движет
соверша
Пере
ного чи<
шис час
продвип
направж
Их выст
постоят
ТСМЫ ИЛ1
лягощес
СКИМ ДБ!
пых при!
лей при
броунов(
Отве
l.Ka
2.Ка
З.На
4. Кт
рименгаг
Рис. 20.4
F*H
X. СМ
Рис. 20.5
1. Э.
вые сво
и их nps
Англ
существе
практиче
92

вторяется,
i заряда в
553 г. анг-
■баний v
га колсба-
эательном
векторной
;илы тока,
2), опсрс-
нз основ-
шоприем-
строение
тружнны
обору-
ia6op
груша, закре*
пружипы
ка с мил-
эииадлеж-
сазано на
ютом два
ько удли-
ги грузов
ужины:
•
илы упру-
3. Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий
описание физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе
или в повседневной жизни. Задание на понимание физических
терминов, определение явления, его признаков или объяснение
явления при помощи имеющихся знаний
Броуновское движение
В своей повседневной жизни мы часто сталкиваемся с явлением
диффузии — проникновением молекул одного вещества среди молекул другого
(засолка продуктов, окраска тканей и т.д.). Причем чем выше температура
веществ, тем процесс диффузии происходит быстрее. В 1827 г. английский
ученый Р. Броун впервые наблюдал это явление, рассматривая в микроскоп
взвешенные в воде споры плауна. Броуновское движение можно наблюдать
и в газе. Вот как описывает броуновское движение немецкий физик Р. Поль.
«Немногие явления способны так увлечь наблюдателя, как броуновское
движение. Здесь наблюдателю позволяется заглянуть за кулисы того, что
совершается в природе.
Перед ним открывается новый мир — безостановочная сутолока
огромного числа частиц. Быстро пролетают в поле зрения микроскопа
мельчайшие частицы, почти мгновенно меняя направление движения. Медленнее
продвигаются более крупные частицы, но и они постоянно меняют свое
направление движения. Большие частицы практически толкутся на месте.
Их выступы явно показывают вращение часгиц вокруг своей оси, которая
постоянно меняет свое направление в пространстве. Нигде нет и следа
системы или порядка. Господство слепого случая — вот какое сильное,
подавляющее впечатление производит эта картина на наблюдателя».
Броуновским движением является дрожание стрелок чувствительных
измерительных приборов, которое происходит из-за теплового движения атомов
деталей приборов и окружающей среды. Молекулярно-кинетическая теория
броуновского движения была создана Л. Эйнштейном в 1905 г.
Ответьте на вопросы к тексту:
1. Какова причина броуновского движения?
2. Как влияет температура вещества на броуновское движение?
3. Наблюдается ли броуновское движение в твердых телах?
4. Кто окончательно построил теорию броуновского движения и
экспериментально ее подтвердил?
БИЛЕТ №21
1. Электромагнитное поле. Электромагнитные волны.
Волновые свойства света. Различные виды электромагнитных излучений
и их практическое применение
Английский ученый Дж. Максвелл в 1864 г. теоретически предсказал
существование электромагнитного поля. Немецкий физик Г. Герц в 1887 г
практически доказал, что между изменяющимся во времени электрическим
93

полем и полем магнитным существует взаимосвязь. Переменное
электрическое поле порождает переменное магнитное поле (магнитоэлектрическая
индукция), а переменное магнитное иоле порождает переменное
электрическое, иоле (электромагнитная индукция). В результате в соседних областях
пространства возникает единое электромагнитное поле. Электромагнитное
поле может распространяться от одной области к другой и в отсутствии
вещества между ними. Возникает волновой процесс переноса энергии
электромагнитного поля без переноса вещества,
Электромагнитная волна — переменное электромагнитное поле,
распространяющееся в пространстве.
Максвелл рассчитал скорость распространения в вакууме электромаг-
о
нитных волн. Эта скорость совпадает со скоростью света с ~ 3 • 10 м/с.
Источником электромагнитной волны является переменный ток.
Излучение электромагнитных волн возникает при ускоренном
движении электрических зарядов.
Энергия излучаемой электромагнитной, волны пропорциональна
квадрату ускорения излучающей заряженной частицы:
<yall ~ a2.
Расстояние, на которое распространяется волна за время одного
периода, называют длиной волны ( X ).
При постоянной скорости распространения волны за период она
проходит расстояние X = оГ. Диапазон частот, излучаемых электромагнитными
волнами, от звуковых частот (0 - 104 Гц) до у -излучения (3-1020 Гц).
Видимый свет — единственный диапазон электромагнитных волн,
воспринимаемый человеческим глазом. Световые волны занимают достаточно
узкий диапазон: 380-780 нм ( v = 3,85 ■ 10м -7,89• 10" Гц ).
Источником видимого света являются валентные электроны в атомах
и молекулах, изменяющие свое положение в пространстве, а также
свободные заряды, движущиеся ускоренно. Именно эта часть спектра дает
человеку зрительное восприятие окружающего мира.
По своим физическим свойствам световые волны аналогичны другим
волнам электромагнитного спектра. Излучение, имеющее разную длину
волны (частоты) в диапазоне видимого света, оказывает физиологическое
воздействие на сетчатку человеческого глаза, вызывая ощущение цвета.
Например, электромагнитное излучение в диапазоне длин волв
Л =620-780нм вызывает у человека ощущение красного цвета. В спектре
видимого света семь основных цветов: красный, оранжевый, желтый,
зеленый, голубой, синий и фиолетовый.
Видимый свет влияет на протекание химических реакций в организмам
животных и человека. Например, голубой свет вызывает деление билиру-
бина. Поглощение растениями углекислого газа в результате процесса
фотосинтеза и выделение кислорода способствует поддержанию
биологической жизни на Земле. Это оказывается возможным благодаря энергии,
излучаемой естественным источником видимого света — Солнцем.
Пс
НЫ И I
экспе[
волны
светоЕ
щение
котор!
В:
гу. В е
и мап
лярны
светов
ского
топлас
Пр
волны
деленн
Сш
рентнь
интер^
Ест
ны оги
сти рас
циальн
На гра
(прело?
ный по
Вд
ВЫХ В(
(л = о,:
персме1
боль ш и
Ми
тотЮ9
сокоча*
иия спи
вещее т
микров<
Инс|
310м -
ИК-
лем. Ис
веществ
94

пектриче-
гричсская
аектриче-
областях
тгнитнос
гсугствии
или элск-
юе поле,
ектромаг-
•8м/с. Ис-
соренном
ia
квадратного
лена прохо-
гнитными
ц)-
ВОЛН, BOC-
остаточно
в атомах
%кже сво-
а дает че-
ы другим
ую длину
огическое
ие цвета.
ин волн
В спектре
тый, зеле-
рганизмах
ie билиру-
>цесса фо-
1иологиче-
ергии, из-
Послс того как Герц экспериментачьно получил электромагнитные
волны и измерил их скорость, электромагнитная теория света получила первое
экспериментальное подтверждение. Было доказано, что электромагни гны~
волны при своем распространении обнаруживают тс же свойства, что и
световые: отражение, преломление, интерференцию, поляризацию,
поглощение, дифракцию. Электромагнитные процессы подчиняются законам,
которые были открыты Максвеллом.
В электромагнитной волне векторы Е и В перпендикулярны друг
другу. В естественном свете колебания напряженности электрического поля Е
и магнитной индукции В происходят по всем направлениям,
перпендикулярным направлению распространения волны. За направление колеб-ший в
световой волне принято направление вектора напряженности Е
электрического поля, так как экспериментально доказано, что на сетчатку глаза,
фотопластинку действует именно электрическое поле световой волны.
При пропускании света через кристаллы было доказано, что световые
волны поперечны. Световая волна, в которой колебания происходят в
определенной плоскости, называется поляризованной.
Световые волны, имеющие постоянную разность фаз, называют
когерентными. При наложении когерентных волн друг на друга наблюдается
интерференция света.
Если размеры препятствий соизмеримы с длиной волны, световые
волны огибают препятствия. Это явление отступления света от
прямолинейности распространения получило название дифракции света. С помощью
специальной дифракционной решетки можно измерять длину световой волны.
На границе раздела двух сред световая волна изменяет свое направление
(преломляется). Отношение скоростей света в этих средах есть
относительный показатель преломления двух сред.
В диапазоне частот электромагнитных волн помимо звуковых и
световых волн существуют радиоволны диапазона частот 2-10 -10 Гц
(Я = 0,3-1,5 10 м). Большая частота радиоволн (источником является
переменный ток) позволяет использовать их для передачи информации на
большие расстояния (радиовещание, телевидение, радиолокация).
Микроволновое излучение возникает в диапазоне
частот 10 - 3 ■ 10 Гц (Л = 1 мм - 0,3 м). Такое излучение называют
сверхвысокочастотным (СВЧ). Источник СВЧ-излучения — изменение
направления спина валентного электрона атома или скорости вращения мояекуч
вещества. СВЧ-излучение используют для космической связи, в бытовых
микроволновых СВЧ-печах.
Инфракрасное излучение имеет частотный диапазон
3-10П-3,85-1014Л* (Я = 780нм-1 мм).
ИК-излучение было открыто в 1800 г. английским астрономом Герше-
лем. Источник инфракрасного излучения — колебание и вращение молекул
вещества, поэтому инфракрасное излучение дают нагретые тела, молекулы
95

ко^орыч движутся особенно интенсивно. ИК-излучение применяют для
измерения температуры различных объектов, в биноклях ночного видения,
для прогноза урожая в сельском хозяйстве, в медицине для обнаружения
инородных образований в организмах, для дистанционного управления
аудио- и видеоаппаратурой.
Ультрафиолетовое излучение занимает диапазон частот
8-10и-31016Гц (Я = 10-380 нм). Это излучение было открыто в 1801 г.
немецким ученым Риттсром. Он экспериментально обнаружил, что
хлористое серебро чернеет не только под действием видимого света, но еще более
эффективно оно чернеет в области, находящейся за фиолетовой частью
спектра. Это невидимое излучение и было названо ультрафиолетовым.
Учьтрафиолетовое излучение дают валентные электроны атомов s
молекул, а также ускоренно движущиеся свободные заряды. У Ф-излучснис
в малых дозах синтезирует витамин Д в организме, обладает
бактерицидным действием, уничтожает микроорганизмы. В больших дозах
ультрафиолетовое излучение может вызвать ожег кожи, раковые новообразования
ослабить иммунную систему организма.
Рентгеновское излучение возникает в диапазоне частот
Об
,20
v-12
,-8
3-10,о-3-1(гиГц (Я = 1(Г -10~°м). Рентгеновское излучение было
открыто в 1895 г. немецким физиком Рентгеном. Источник рентгеновского
излучения — изменение состояния электронов внутренних оболочек атомы
или молекул, а также ускоренно движущиеся свободные электроны.
Рентгеновское излучение обладает большой проникающей способностью и
нашло применение в рентгеноструктурном анализе кристаплических решеток,
при изучении структуры молекул, в дефектоскопии, в лечебной и
диагностической медицине, криминалистике, в астрономии.
Гамма-излучение — самое высокочастотное излучение, его частота
v = 3 ■ 10 Гц, что соответствует длинам волн X = 10 м.
у -излучение было открыто французским ученым П. Вилларом в 1900 г
Как и свет это излучение не отклоняется магнитным полем.
Источником у -излучения является изменение энергетического
состояния атомного ядра, а также ускорение свободных заряженных частиц.
Это излучение обладает самой большой проникающей способностью
Оно проходит через метровый слой бетона, слой свинца толщиной
несколько сантиметров. Практически все у -излучение, приходящее к нам из
космоса, поглощается атмосферой Земли.
2. Качественная задача по теме «Строение газов, жидкостей и
твердых тел»
Чем отличаются агрегатные состояния веществ друг от друга?
Молекулы одного и того же вещества в твердом, жидком и
газообразном состоянии не отличаются друг от друга. Агрегатное состояние
вещества определяется расположением, характером движения и взаимодействш
молекул.
В г.
го боль
маю. (
преодо
весь пр
В я
молску
недоел
куля pi и
не мог;
форму
* свою ф
3.1
содери
даемы
ние фг
ООЪЯС!
Вая
тов явл
телах п
ДОМ МО
светиле
лучу з[
циспер!
нитпых
вует он
личивзд
0,7 мкм
не вид*
волны
инфрак
фракра<
Для
пом и
графом
изл) че!
но про'
ные cm
опрелс.
мента j
НЯЮТ С1
дай поп
го газа
качеств
96
4-5611

Я1ЯЮТ ДЛЯ
о видения,
наружепия
правления
частот
э в 1801г.
*то хлори-
еще более
эй частью
вым.
атомов и
излучение
истерицид-
'льтрафио-
разования,
частот
нис было
геновского
ек атомов
оны. Рент-
ггыо и иа-
<. решеток,
и диагно-
о частота
л в 1900 г
ю состоя-
хстхщ.
обностью,
й несколь-
ам из кос-
[КОСТСЙ И
газообраз-
fe вещест-
одействш
В газах при атмосферном давлении расстояния мсжд> молекулами
много больше размера самих молеклл. В связи с этим притяжение молск>л газа
мало. Сречияя кинетическая энергия молекул достаточна для того, чтобы
преодолеть силы молекулярно!о притяжения. В силу этого газы занимают
весь предоставленный объем.
В жидкостях и твердых телах плотность много больше плопюстч газа,
молекулы расположены ближе друг к другу, и их кинетической энергии
недостаточно для того, чтобы совершить работу по преодолению сил
молекулярного притяжения. Молекулы в жидкостях и особенно в твердых телах
не могут далеко удаляться друг от друга. Поэтому жидкости принимают
форму сосуда, в который н&тита эта жидкость, а твердые тела сохраняют
свою форму.
3. Текст по теме «Квантовая физика и элементы астрофизики»,
содержащий описание физических явлении или процессов,
наблюдаемых в природе или в повседневной жизни. Задание на
понимание физических терминов, определение явления, его признаков или
объяснение явления при помощи имеющихся знаний
Какие они, звезды?
Важнейшим источником информации о большинстве небесных
объектов является их излучение. Наиболее ценные и разнообразные сведения о
телах позволяет получить спектральный анализ их излучения. Этим
методом можно установить качественный и количественный химический состав
светила, его температуру, наличие магнитного поля, скорость движения по
лучу зрения и многое другое. Спектральный анализ основан на явлении
цисперсии света. Известно, что свет распространяется в виде
электромагнитных волн. Причем каждому цвету, вхочящему в спектр света,
соответствует определенная длина электромагнитной волны. Длина волны света
увеличивается от фиолетовых лучей до красных приблизительно от 0,4 до
0,7 мкм. За фиолетовыми лучами в спектре лежат ультрафиолетовые лучи,
не видимые глазом, но действующие на фотопластинку. Еще меньшую длину
волны имеют рентгеновские лучи. За красными лучами находится область
инфракрасных лучей. Они невидимы, но воспринимаются приемниками
инфракрасного излучения, например, специальными фотопластинками.
Для получения спектров применяют приборы, называемые
спектроскопом и спектрографом. В спектроскоп спектры рассматривают, а
спектрографом его фотографируют. Для спектрального анализа различных ви юв
излучения в астрофизике используют и более сложные приборы.
Достаточно протяженные плотные газовые массы звезд дают непрерывные
сплошные спектры в виче радужных полосок. Каждый газ излучает свет строго
определенных длин волн и дает характерный чля данного химического
элемента линейчатый спектр. Наблюдения показывают, что звезды порой
меняют свой блеск. Изменения в состоянии газа дают изменения и в спектре
данного газа. По уже составленным таблицам с перечнем линий для
каждого газа и с указанием яркости каждой линии определяют количественный и
качественный состав небесных светил
4-5611

Ответьте на вопросы к текст}
■ 1. Как определяется химический состав звезд?
2 Как определяется качественный состав звезд?
3 Можно ли считать качественный анализ по спектрам излучения
точным
4 Чем отличается спектроскоп от спектрографа?
отталк
кинетн
где к
лится
Рис. 22 1
БИЛЕТ № 22
1. Опыты Рсзсрфорда по рассеянию альфа-частиц. Ядерная
модель атома. Квантовые постулаты Бора. Лазеры. Испускание и
поглощение света атомами. Спектры
Наименьшей частью химического элемента, определяющей его
основные свойства, является атом. Судить о том, как масса и заряд распределены
внутри отдельного атома, можно, например, по отклонению заряженных
частиц, пролетающих мимо атома
В первых эксперимента?*
по изучению внутренней
структуры атома,
осуществленных в 1910-1911 гг.,
золотую фольгу 4 облучали а -
частицами 2, пролетающими
через щель в свинцовом экране
(рис. 22.1); а -частицы,
испускаемые радиоактивным
источником, представляют собой ядра атома i елия, состоящие из двух протонов и
двух нейтронов После взаимодействия с атомами фольги а -частицы попадали
на экраны, покрытые слоем сернистого цинка ZnS. Ударяясь об экраны, а •
частицы вызывали слабые вспышки света (сцинтилляции). По количеств}
вспышек определялось число частиц, рассеянных фольгой на определенный
угол Низуачьный подсчет (б, 7) показал, что большинство а -частиц
проходит фольгу- практически беспрепятственно, отклоняясь на утлы менее 1°.
Однако некоторые а -частицы (одна из 8 000) резко отклонялись от
первоначального направления, даже отражаясь назад (на угол 180е). Столкновение
а -частицы с электроном не может так существенно изменить ее
трас-торию, так как масса электрона много меньше массы а -частицы.
Э Резерфорд предположил, что отражение а -частиц обусловлено их
отталкиванием положительно заряженными частицами, обладающими массой,
соизмеримой с массой а -частицы Малая доля частиц в общем потоке, испытывающих
значительное рассеяние, означает, что положительный заряд атома
сосредоточен в очень малом объеме но сравнению с объемом атома.
Опыты Рсзсрфорда позволяют оценить максимальный размер радиуса];
атомного ядра При центральном столкновении а -частицы (с зарядом -i 2 ё]
с ядром, имеющим заряд -Ze, она останавливается силами кулоновского
Ли
зерфор
атома
вращая
женны
Ат<
нов.
Планеп
не поз
круг
щийся
электр
этом
атомы
неогра]
Kpi
ром. Р
ную м
вокруг
еткуло
Да-
Пе]
лишь
магнш
Пр
циогщ
coomet
гдеп-
98
4*

104-
отталкивания на расстоянии г от центра ядра (г > R). В точке ост. ювки
кинетическая энергия Ек а -частицы переходит в потснциальн>'ю:
г
где к = 9 • 10 Н • м /Юг. Следовательно, размер атомного ядра R
определится соотношением
R<.
2k - Ze2
мо-
II ПО-
о основ-
риментах
енпей
гг., золо-
а-
экране
, испус-
источ-
и
попадали
юны, а -
личеста
Линейный размер ядра в 10 000 раз меньше размера атома Из опытов Ре-
зерфорда непосредственно следует планетарная модель атома. В центре
атома расположено положительно заряженное атомное ядро, вокруг которого
вращаются под действием кулоновских сил притяжения отрицательно
заряженные электроны.
Атом элсктронейтрален: заряд ядра равен суммарному заряду
электронов. Размер атома определяется радиусом орбиты валентного электрона
Планетарная модель атома, обоснованная опытами Резерфорда, проста, но
не позволяет объяснить устойчивость агомов. Электроны, вращающиеся
вокруг ядра, обладают центростремительным ускорением, а ускоренно
движущийся заряд излучает электромагнитные волны. Теряя энергию на излучение,
электроны должны упасть на ядро, а атом прекратить существование. При
этом частота излучаемого света должна увеличиваться. В действительности
атомы устойчивы и в состоянии с минимальной энергией могут существовать
неограниченно долго.
Кризис в теории атома в-1913 г. был преодолей датским физиком II
Бором. Разрабатывая теорию атома водорода, ученый использовал
планетарную модель Резерфорда. Согласно этой модели, на электрон, вращающийся
вокруг ядра с зарядом +е по окружности радиуса г со скоростью V,
действует кулоновская сила, которая сообщает электрону цеитростремителыюе ускорение
и2
а = —.
прохо-
е Г. Од-
первона-
траскто-
частицы.
.. отгалки-
, соизме-
ывающих
чхредото-
R
дом -1-2 е)
чшвекого
Датский ученый Н. Бор предположил несколько гипотез.
Первый постулат Бора: в устойчивом атоме электрон может двигаться
лишь по особым, стационарным орбитам, не излучая при этом электро-
магнитной энергии.
Правило квантования орбит Бора: на длине окрулености каждой
стационарной орбиты укладывается целое число п длин волн де Бройля
Л —*-
соответствующих движению электрона
2пг
ч =
/-,
где п — главное квантовое число: п - I. 2. 3....
4*
99

Целое число волн, укладывающихся на стационарной орбите, необходимо
из соображений симметрии для плавного замыкания гармонической кривой.
Условие л = учитывает волновые свойства электрона, хотя было
предложено II. Бором до появления гипотезы де Бройля в виде правила
квантования орбит: на стационарной орбите момент импульса электрона
квантуется (кратен постоянной Планка h):
mtvr = nhy
где h = hl2n.
Н. Бор определял орбитальный момент импульса как условие
квантования. Кроме движения вокруг ядра по орбите электрон вращается вокруг
собственной оси. При этом его собственный (или спиновой) момент
импульса равен h /2. Говорят, что электрон обладает полуцелым спином
(в единицах п ), Являясь вращающейся вокруг своей оси заряженной
частицей, электрон создает собственное магнитное поле. Из системы двух
уравнений
— = л и AEvAt>h
можно найти две неизвестные величины — радиус стационарной орбиты г и
скорость электрона v.
Радиусы стационарных орбит квантованы, т.е. имеют дискретные
значения, пропорциональные квадрату главного квантового числа.
Атом имеет минимальный размер, когда п — 1. Радиус первой орбиты
электрона, ближайшей к ядру, равен г = 0,53-10' 10м.
Скорость движения электрона по л-й орбите определяют по формуле
П п
Энергия электрона в атоме складывается из его кинетической энергии и
потенциальной кулоновской энергии взаимодействия с ядром
Е^гпеУг ке2
2 г
Нуль потенциальной энергии электрона выбран на бесконечном
расстоянии от ядра. Знак минус соответствует энергии притяжения
отрицательного и положительного зарядов. Подставляя в последнее выражение
значения радиуса стационарных орбит и скорости движения по ним
электрона, получаем возможное значение энергии электрона в атоме:
кгт/
2Гг2пг '
где л=1,2, 3, ... . Энергия электрона в атоме принимает не любые, а
дискретные зпачения, т.е. квантуется. Энергетический уровень — энергия,
которой обладает атомный электрон в определенном стационарном
состоянии.
100

Атом водорода имеет определенный спектр энергий. Состояние ai. »ма с п =*.
назьгашот основным состоянием. Основное состояние атома (молекулы) -
состояние с минимальной энергией. В основном состоянии электрон находится
ближе всего к ядру и его энергия связи с ядром максимальна по модулю.
Возбужденные состояния атома — состояния с п > 1. Чем больше
главное квантовое число п, тем дальше от ядра находится электрон, тем выше его
энергетический уровень.
При и->со электрон удаляется от ядра на бесконечно большое
расстояние, а его энергия связи с ядром стремится к нулю. Это означает, что при
энергии Е = О электрон уже не связан с ядром, становясь свободной частицей.
Свободные состояния электрона — энергетические состояния с
положительной энергией электрона.
Двигаясь по орбите вокруг ядра, электрон связан с атомом, или, говорят,
находится в связанном состоянии.
Связанные состояния электрона — энергетические состояния с
отрицательной энергией электрона. Энергетический спектр связанных
состояний дискретен.
Второй постулат Бора: излучение света атомом происходит при
переходе атома из стационарного состояния с большей энергией Ек в
стационарное состояние с меньшей энергией Е„; энергия излученного
фотона равна разности энергий стационарных состояний:
hvhi = Ек - Еп-
Частоты излучения можно рассчитать по формуле:
Vto~ 4пЪ3 [п2 к2 У
где л= 1,2,3,...; к> п.
Все возможные частоты, определяемые этим выражением, дают спектр
излучения атома водорода, согласующийся с экспериментальными данными.
Спектр поглощения вещества определяется в результате сравнения
спектра излучения, падающего на вещество, со спектром излучения,
прошедшего через него. Атом вещества поглощает излучение той же частоты,
которую излучает. Атомы каждого химического элемента излучают
определенные длины волн и имеют линейчатый спектр, характерный именно
для этого элемента.
Линейчатый спектр — спектр излучения, состоящий из отдельных
узких спектральных линий различной интенсивности.
Исследование линейчатого спектра позволяет определить состав
химических элементов. Спектральный анализ позволяет наличие вещества с
точностью до 10 г. В настоящее время составлены таблицы спектров всех
атомов для сравнения с ними исследуемых спектров. На фоне непрерывных
спектров может появиться линия поглощения. По спектрам поглощения
определяют состав уд&аенных небесных объектов.
В 1917 г. А. Эйнштейн предсказал возможность индуцированного
(вынужденного) излучения света атомами под действием падающего на них
света. Особенностью этого излучения является то, что возникшая при ин-
101

дуцированном излучении световая волна не отличается от волны,
падающей на атом, чи частотой, ни фазой, ни поляризацией. Переход атома из
высшего энергетического состояния в низшее происходит под влиянием
внешнего воздействия.
В 1940 г. советский физик В.А. Фабрикант указал на использование
вынужденного излучения для усиления электромагнитных волн.
В 1954 г. советские ученые Н.Г. Басов и A.M. Прохоров и независимо от
них американский физик Ч. Таунс использовали индуцированное излучение
для создания микроволнового генератора радиоволн с длиной волны
А = 1,27 см. За создание квантового генератора — лазера в 1963 г. они были
удостоены Нобелевской премии. На примере рубинового лазера
рассмотрим принцип работы лазера. Из кристалла рубина изготавливается стержень
с плоскопараллсльными торцами. От батареи конденсаторов емкостью в
несколько тысяч микрофарад питается газоразрядная лампа, дающая яркую
вспышку. В результате чего ионы хрома, частично замещающие атомы
алюминия в кристалле оксича алюминия Л!203 переводятся из основного
состояния Е\ в возбужденное £3. Через 10" с ионы переходят на уровень
£2 < Е3, на котором они начинают накапливаться (рис. 22.2). Через некото-
рос время энергетический уровень Е^ становится «перенаселенным».
Возникают самопроизвольные переходы с уровня Е2 на уровень Е]. Волна,
идущая вдоль оси кристалла, многократно
отражается от его торцов и вызывает индуцированное
излучение возбэокденных ионов хрома и быстро
усиливается. Через полупрозрачный торец
рубинового стержня в течение сотни микросекунд
выходит мощный импульс красного цвета.
Рубиновый лазер работает в импульсном режиме.
Существуют лазеры непрерывного действия:
газовые, полупроводниковые, газодинамические.
Лазерные лучи применяют для космической связи, для испарения
материалов в вакууме, для точечной сварки, в медицине при проведении
хирургических операций, для воспроизведения голографических изображений, с
помощью лазеров измеряют расстояние до предметов с точностью до
нескольких миллиметров. Создание лазеров — это прорыв в области техники
и технологии.
2. Экспериментальное задание по теме «Постоянный ток»:
измерение сопротивления при последовательном и параллельном
соединении двух проводников
В вашем распоряжении имеется оборудование для проведения
работы: источник постоянного тока, два проволочных сопротивления, 3
амперметра, 3 вольтметра, соединительные провода, разъединительный ключ,
для регулирования тока в цепи можно использовать реостат. (Если пет
возможности включить сразу все измерительные приборы, включайте
поочередно по одному.)
1.
Рис. 22.2
2.
З.Ра
4.
5. С
6. Ра
3.
ских
мощи и
Заду
кулаком
ние, есл
баться,
ция).
резинов
из норм
она
она
останов
ния. Tei
после
Под
гов, есл
ния.
части.
102

, падаю-
1тома из
пиянием
ание вы-
1СИМ0 ОТ
(лучение
( ВОЛНЫ
ни были
рассмот-
ггержень
остью в
1Я яркую
е атомы
новного
уровень
некото-
м». Воз-
пна, иду-
отража-
юванное
i быстро
ец руби-
х)секунд
зста. Ру-
режиме.
[ействия:
ические.
ия мате-
и хирур-
жений, с
о до
нетехники
jк»: из-
[СЛЫЮМ
юния ра-
1я, 3 ам-
1Й КЛЮЧ,
нет воз-
е пооче-
1. Соберите электрическую цепь согласно рис. 22.3 с последовательны*
соединением двух проводников.
<У>
ЯГ
К
R2
Еф
R1
н ь
R2
CZZb
ъ
5
Рис. 22.3
Рис. 22.4
2. Снимите показания амперметра и вольтметра.
3. Рассчитайте сопротивления по формулам
и2
-1-й
и R-, =
R -U°
*о-Т
4. Соберите электрическую цепь согласно рис. 22.4.
5. Снимите показания вольтметра и амперметра.
6. Рассчитайте сонротиваенис по формулам
U
U
Rl = "Г» ^2 - —-
7 Сделайте вывод.
3. Текст по разделу «Механика», содержащий описание
физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе или в
повседневной жизни. Задание на понимание физических терминов,
определение явления, его признаков или объяснение явления при
помощи имеющихся знаний
Звуки
Задумайтесь о происхождении звуков — вот стукнула дверь, ударили
кулаком по столу, проехала машина, стучат каблучки по иолу. Звук всегда
вызывается каким-либо механическим движением. Доски, стол, стены,
большинство других предметов от толчков не приходят в видимое
движение, если только они не очень сильны. Но они способны несколько
прогибаться, и в результате возникает их легкое движение вперед-назад
(вибрация). Хорошо иллюстрирует природу колебаний туго натянутая струна или
резиновый шнур. Предположим, что мы оттянули середину струны гитары
из нормального положения. Струна натягивается, и, когда мы ее отпустим,
она вернется назад, но в момент возвращения в свое нормальное положение
она будет двигаться. Продолжая движение, постепенно замедляясь, она
остановится, но уже по другую сторону от своего первоначального
положения. Теперь струна снова натянута и должна двигаться назад. Со временем,
после многих таких колебаний струна вернется в состояние покоя.
Подобным способом происходят колебания твердых упругих
предметов, если какой-то участок тела толкнуть и вывести из нормального
состояния. Колебания одной части предмета оказывают влияние на остальные
части. Колеблющиеся участки тянут и толкают соседние, а те тоже начина-
103

ют колебаться В свою очередь, они приводят в движение окружающие их
участки и т.д. Таким образом, колебания, созданные в одной точке тела,
передаются другим его точкам по всем направлениям, так что через какое-
то время колеблются все точки внутри сферы с центром в источнике
колебаний. Так распространяется звуковая волна в твердом материале.
Ответьте па вопросы к тексту и выполните задание:
1. Одинакова ли скорость распространения звука в различных твердых
материалах?
2. Только ли в твердых материалах распространяется звук?
3. Можно ли на Земле услышать гул дви1ателя космического корабля,
пролетающего в открытом космосе?
4. Получите звуковые колебания на одном из физических приборов.
БИЛЕТ № 23
1. Квантовые свойства света. Фотоэффект и его законы.
Применение фотоэффекта в технике
Явление вырывания электронов из твердых и жидких веществ под
действием света называют фотоэффектом. Если вырванные электроны
вылетают за пределы вещества, то такой фотоэффект называют внешним.
Фотоэффект был открыт в 1887 г. Г. Герцем, а затем его
экспериментально исследовал русский ученый А. Г. Столетов.
Принципиальная схема для исследования фотоэффекта приведена на рис. 23.1, а.
Падающее
излучение
Катод
<0 б)
Рис. 23.1
В вакуумной трубке помещены два электрода — катод из
исследуемого металла и анод (в схеме Столетова применялась металлическая
сетка), подключенные к источнику напряжения. Напряжение между
электродами измеряли вольтметром, а силу тока в цепи —
гальванометром. Без освещения катода в цепи тока нет- При освещении электроны,
вырываемые светом из катода под действием электрического поля,
притягиваются к положительно заряженному аноду. Возникающий в цепи
электрический ток называют фототоком, а вырванные электроны
фотоэлектронами. Фототок возникает даже в отсутствие разности
потенциалов между анодом и катодом.
104

их
тела,
какое-
коле-
твердьгх
корабля,
ров
Приме-
пол
ь-
\,а.
U
между
шномет-
ктроны,
ля, при-
в цепи
фо-
потен-
С увеличением разности потенциалов между анодом и катодом
сила тока возрастает. При некотором напряжении она достигает
максимального значения, называемого фототоком насыщения /н (рис.
23.1, tf).
Были установлены законы фотоэффекта.
1. Фототок насыщения прямо пропорционален интенсивности света,
падающего на катод.
2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов прямо
пропорциональна частоте света и не зависит от его интенсивности.
3. Для каждого вещества существует минимальная частота света,
называемая красной границей фотоэффекта, ниже которой фотоэффект
невозможен.
Явление фотоэффекта и его законы были объяснены на основе
предложенной Эйнштейпом квантовой теории света. Согласно этой теории,
распространение света следует рассматривать не как непрерывный волновой
процесс, а как поток дискретных световых квантов — фотонов с энергией
hv. Интенсивность света прямо пропорционачьна числу фотонов Л^ и
энергии каждого из них hv. Каждый фотон поглощается целиком только
одним электроном. Поэтому число вырванных светом фотоэлектронов (а
стало быть, и фототок насыщения 1н), пропорционально N0, т е.
интенсивности света (первый закон фотоэффекта).
Объяснить второй и третий законы фотоэффекта Эйнштейну удалось с
помощью закона сохранения энергии. Энергию связи электрона в металле
характеризуют работой выхода 4д, Работа выхода — минимальная работа,
которую нужно совершить для удаления электрона из металла.
Энергия фотона идет на совершение работы выхода и на сообщение
вылетевшему фотоэлектрону кинетической энергии
.2
h\ = Л_ +
то
шых
\ 2
где h — постоянная Планка связывает энергию излучения кванта и час-
тоту Л = 6,62-10 Дж-с. Закон сохранения энергии называют уравнением
Эйнштейна для фотоэффекта. Кинетическая энергия фотоэлектрона
линейно зависит от частоты света (второй закон фотоэффекта:
= п\и-Авых
Еъ
0
Ек =
то
2 \ h
График зависимости кинетической энергии
от частоты Е£у) приведен на рис. 23.2.
Кинетическая энергия всегда положительна.
Это значит, что фотоэффект будет наблюдаться
для частот
Рис 23.2
пио
вых
105

Предельная частота vm;r. определяет красную границу фотоэффекта, ниже
которой фотоэффект невозможен (третий закон фотоэффекта):
v =
1ШП
еъа
Излучение такой длины волны находится в красном диапазоне видимого
спектра, чем и объясняется название — красная граница.
Фотоэффект нашел широкое применение в технике. Вакуумные
фотоэлементы используют в турникетах метро, системах защитной и аварийной
сигнализации, фотоэкспонометрах, военной технике, системах связи,
считывания светового сигнала, проходящего через звуковую дорожку
кинопленки, и т.д.
2. Качественная задача по теме « Электрический ток»
На рис. 23.3 представлена зависимость силы тока /от напряжения U на
некотором сопротивлении. На каком участке выполняется закон Ома?
ДА*
£/,В
Согласно закону Ома для участка цепи, /= U/R, где ^-сопротивление
участка цепи, сила тока прямо пропорциональна напряжению, а графиком
такой зависимости является прямая . На графике такая зависимость
выполняется на участке до напряжения 4 В.
3. Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий
описание физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе
или в повседневной жизни. Задание на понимание физических
терминов, определение явления или его признаков, объяснение
явления при помощи имеющихся знаний
О природе теплоты
Задумывались ли над тем, как тепло проникает через твердые тела?
Почему испарение приводит к охлаждению?
Молекулы веществ находятся в непрерывном движении и все время
взаимодействуют друг с другом. В жидкостях и газах они способны
передвигаться на большие расстояния, причем в газах движение происходит
более свободно, чем в жидкостях. В твердом теле молекулы только
совершают колебания вблизи определенных мест. Чем быстрее движутся
молекулы,
риал
гда
ной т
толла
свою
верхн
ное
А
кость
в них
сами
молек
телах.
время
гом.
сти, п
вылете
сти ос
низкая
От
l.i
2.1
рую пс
3. ]
или по.
4.1
1. (
связи
Огн
ядро; i
тронно
изучен
бардир
вылета
крытой
Ne, Mg
вичны*
106

кулы, тем выше температура тела. При передаче тепла через твердый
материал распространяется не вещество, вроде воды или воздуха, а изменяется
интенсивность колебаний молекул. Наблюдали ли вы, чго проиехотит,
когда пища в кастрюле, поставленной на газовую плиту, разогревается?
Движение молекул горящего газа намного быстрее, чем у предметов с
нормальной температурой. Эти быстрые молекулы сталкиваются с молекулами
металла у дна кастрюли. И те начинают двигаться гораздо быстрее. Затем, в
свою очередь, начинают двигаться быстрее молекулы, расположенные в
верхних слоях металла и так от молекулы к молекуле быстрое
колебательное движение распространяется через металл и достигает содержимого
кастрюли.
А почему происходит охлаждение, когда вода или любая другая
жидкость испаряется? Жидкости отличаются от твердых тел тем, что молекулы
в них могут вырываться из своего окружения и двигаться более или менее
сами по себе. Межмолекулярных сил уже не хватает, чтобы удерживать
молекулу в одном определенном положении, как это имеет место в твердых
телах. Но силы притяжения в жидкости еще достаточно велики, чтобы
удерживать молекулы все вместе в объеме жидкости, налитой в сосуд. Во
время своих перемещений по жидкости молекулы соударяются друг с др>-
гом. Может случиться, что молекула, находящаяся недалеко от
поверхности, получит при соударении настолько большую скорость, что сможет
вылететь из жидкости в воздух. Происходит процесс испарения. В
жидкости остаются более медленные молекулы, которым соответствует более
низкая температура. В результате при испарении жидкость охлаждается.
Ответьте на вопросы к тексту и выполните задание:
1. Что вы чувствуете, когда протираете кожу своей руки спиртом?
2. При одной и той же температуре, когда нам кажется теплее — в
сырую погоду или в сухую?
3. Когда быстрее растает кусочек льда — закутанный в теплый шарф
или положенный на тарелку?
4. Каков принцип работы холодильника?
БИЛЕТ № 24
1. Состав ядра атома. Ядерные силы. Дефект массы и энергия
связи ядра атома. Ядерные реакции. Ядерная энергетика
Опыты Резерфорда, проведенные в 1910 г., показали, что атомное
ядро, находящееся в центре атома, в 10 000 раз меньше размера
электронной оболочки и сосредоточивает 99,9 % массы атома. Последующее
изучение состава ядра проводилось экспериментально с помощью
бомбардировки ядра а -частицами. При подобной бомбардировке из ядра
вылетали частицы, входящие в его состав. Первой такой частицей,
открытой Резерфордом в 1919 г. при бомбардировке ядер В, F, Na, AI, Р,
Ne, Mg и других элементов, был протон (от греч. protos — первый,
первичный), или ядро самого легкого изотопа атома водорода. Протон р
107

имеет положительный заряд, равный заряду электрона (е =1,6-10 Кл ),
—27
масса покоя протона тр =1,67-10 кг = 1 а.е.м. Протоны встречаются в
земных условиях в свободном состоянии как ядра атома водорода.
Однако считать, что атомное ядро любого атома (за исключением |Н)
состоит только из протонов, было бы неправильно. Если, например, заряд
ядра атома V\Q равен +6 е, то это означало бы, что ядро состоит из
шести протонов с общей массой 6 а.е.м. Однако опыт показывает, что масса
атома "С равна 12 а.е.м. Следовательно, кроме протонов, в состав ядра
входят и другие частицы общей массой 6 а.е.м. В 1932 г. английский
физик Дж. Чедвик установил, что при облучении ядер атома бериллия
а -частицами из ядра вылетают нейтральные частицы массой, близкой к
массе протона. Эта частица была названа нейтроном. Масса покоя
свободного нейтрона т„ - 1,6749286 - Ю"27кг- 1,008664902 а.е.м.
превосходит массу протона на 2,5 массы электрона, отличаясь от массы
протона всего на 0,14% . Нейтроны в свободном виде в земных условиях
практически не встречаются из-за их неустойчивости. Нейтрон
достаточно быстро самопроизвольно распадается: среднее время жизни
нейтрона близко к 15,3 мин.
Согласно протонно-иейтронной модели ядра, предложенной в 1932 г.
Д. Иеаиенко и В. Гейзенбергом, ядро атома любого химического элемента
состоит из двух видов элементарных частиц: протонов и нейтронов.
Вследствие электронейтральности атома число Z протонов в ядре
(зарядовое число), имеющих заряд (+Ze), равно числу Z электронов с полным
зарядом (-Ze), движущихся вокруг ядра. Например, один электрон атома
водорода удерживается вблизи ядра одним протопом. При этом в ядре
различных изотопов (от греч. isos — одинаковый, topos — место) атома
водорода может находиться не только протон, но и разнос число N
нейтронов.
Изотопы — атомы одного и того лее химического элемента, имеющие
одинаковое число протонов в ядре (зарядовое число Z) и разное число N
нейтронов. Например, водород имеет три изотопа \н - протий, \Н-
дейтерий, j//-тритий.
Рассмотрим состав ядра гелия. В электронной оболочке гелия
находятся два электрона, а в ядре соответственно два протона (рис. 24.1, а).
Однако ядро, состоящее из двух протонов, неустойчиво из-за кулоновско-
1ft
го отталкивания протонов (такое ядро существует менее 10" с). Два
нейтрона, входящие в состав ядра 2 Не, стабилизируют ядро. Силы их
ядерного притяжения между собой и к протонам препятствуют кулонов-
скому отталкиванию протонов. В основном энергетическом состояний
ядра 2Не, обладающего минимальной энергией, находятся две пары
протонов и нейтронов с противоположными спинами (рис. 24.1, б).
Поде
заполнен
атомов,
С0СТ0ЯН1
ренный
ский ур(
(нечетн
всего че
TopbtxZ
Неч<
протоно
ЯВЛЯЮТС
ного ни
Особой
ядра —
из чисел
ми. Ма
энергеп
тронах»
теме хи]
Чем
сильнее
того ч
стабилр
число i
даже 31
прспят<
максим
Эне
шения
При лс
оказыв
каст не
108

«) б)
Рис. 24.1
Подобное парное размещение нуклонов соответствует максимальному
заполнению соответствующей энергетической оболочки. Энергия ядер, как и
атомов, квантуется, т.е. ядра обладают дискретным спектром энергетических
состояний. В случае нечетного числа протонов или нейтронов в ядре неспа-
ренный 1гуклон может занять лишь следующий, более высокий
энергетический уровень. Обладая большей энергией, ядра с нечетными числами Z и N
(нечетно-нечетные ядра) оказываются менее стабильными. Существует
всего четыре стабильных нечетно-нечетных ядра jH, з^ь^В и *7^» Д™ к0*
торых Z=Nta нечетно-четных стабильных ядер не существует вообще.
Нечетно-четные ядра — ядра, состоящие из нечетного (четного) числа
протонов и четного (нечетного) числа нейтронов. Наиболее стабильными
являются четно-четные ядра, состоящие из четного числа протонов и
четного числа нейтронов. Известно около 160 стабильных четно-четных ядер.
Особой устойчивостью среди четно-четных ядер отличаются «магические»
ядра — ядра, у которых число Z протонов или N нейтронов равно одному
из чисел 2, 8,20, 28, 50, 82, 126. Сами эти числа также называют
магическими. Магические числа отражают периодичность заполнения нуклонами
энергетических оболочек ядра, подобную периодичности заполнения
электронами электронных оболочек атомов, отраженной в Периодической
системе химических элементов Д. И. Менделеева.
Чем больше протонов в ядре, т.е. чем больше заряд Ze ядра, тем
сильнее кулоновское отталкивание между протонами. Поэтому, для
того чтобы они не разлетались под действием кулоновских сил, для
стабилизации ядра требуется большее число нейтронов. При малых Z
число нейтронов N « Z, а при больших Z (в ядрах тяжелых элементов)
даже значительное число нейтронов в ядре (N « 1,6Z) уже не может
препятствовать его распаду. Последним стабильным ядром, имеющим
максимальное число протонов, является свинец (Z = 82).
Энергию связи нуклона в ядре можно оценить с помощью соотно
шения неопределенностей Гейзснбсрга для координаты и импульса.
При локализации нуклона в ядре неопределенность его координаты
оказывается порядка диаметра ядра Ах»2Д = 10~ м. При этом возни
каст неопределенность импульса
h h
дрхЪ
Ах 2RM
109

Энергия связи ядра раина минимальной работе, которую нужно
совершить, чтобы разделить ядро на составные части — протоны и
нейтроны. Такая энергия выделяется при образовании ядра из протонов и
нейтронов и определяет уменьшение массы ядра по сравнению с массой
протонов и нейтронов, входящих в его состав, или дефект массы.
Удельная энергия связи — энергия связи, приходящаяся на один
нуклон.
Энергия связи определяется уравнением Эйнштейна и зависит от
массового числа*
Есв=Атс2,
где Am — дефект массы.
Максимальная энергия связи 8,795 МэВ у никеля 28^1» наиболее
стабильного из всех ядер.
Ядра тяжелых элементов могут делиться на ядра меньшей массы при
внешнем воздействии. В 1938 г. немецкие ученые О. Ган и Ф. Штрассман
наблюдали деление ядер урана под действием медленных нейтронов.
Использование именно нейтронов для деления ядер обусловлено их
электронейтральностью.
Захват нейтрона ядром нарушает хрупкую стабильность ядра,
обусловленную тонким балансом сил кулоковского отталкивания и ядерного притяжения.
Избыток нейтронов в ядре приводит к делению на ядра меньшей массы,
называемые осколками деления Массы осколкоз деления отличаются друг
от друга примерно в 1,5 раза. В результате реакции деления ядра урана
92 U образуются два или три нейтрона. Типичными примерами таких
реакций являются следующие ядерные реакции:
^.и 235тт _. 23бТ1* . 144R_ 89- -> 1
0Л+ 92и-> 92и ~* 54Лс+38г>г + /0"-
Реакция деления ядер урана сопровождается выделением
значительной энергии. Выделение энергии обусловлено различием удельных
энергий связи ядер урана и осколков реакции. Удельная энергия связи нуклона
в ядре урана 92 U около 7,6 МэВ, а осколков реакции около 8,5 МэВ.
Поэтому в результате реакции деления выделяется энергия (8,5 — 7,6) МэВ
= 0,9 МэВ, приходящаяся на один нуклон. Учитывая, что полное число
нуклонов около 235, можно оценить полный энергетический выход реак-
ции деления 92 U. При делении ядра урана энергия выделяется в
основном (около 90 %) в виде кинетической энергии разлетающихся осколков
Остальная энергия (около 10 %) уносится возникающими нейтронами.
Любой из двух нейтронов второго поколения, вылетающих из ядра
92 U в процессе деления, может в свою очередь вызвать деление
соседнего ядра.
110

Четыре образующихся нейтрона третьего поколения способны вызван*
дальнейшее деление. В результате число делящихся ядер начинает лав1-
нообразно нарастать. Возникает цепная реакция деления. Цепная реакция
может возникать также при делении искусственно созданных изотопов
урана адU и плутония %^Ри .
Деление ядра урана 92 U происходит под действием медленных
^тепловых) нейтронов с энергией порядка 0,1 эВ. Эффективноеib воздействия
таких нейтронов на ядро связана с большим временем их взанмо гействия из-
ja малой скорости относительного движения. Для деления ядер урана "у21 ■
наиболее часто встречающегося в природе (составляющего 99.275%
естественного урана), требуются быстрые ней фоны с энергией, превышающей
1 МчВ.
Скорость цепной реакции деления ядер характеризуют коэффициентом
размножения нейтронов. Коэффициент размножения нейтронов —
отношение числа нейтронов в данном поколении цепной реакции к их числу
в предыдущем поколении:
*--£-.
Необходимое усювие для развития цепной самоподдерживающейся
реакции: k > 1. При к = 1 реакция протекает стационарно: число нстронов
сохраняется неизменным. При к > 1 реакция нестационарна- число
нейтронов лавинообразно нарастает.
Число нейтронов, образующихся при делении ядер, зависит от объема
урановой среды. Чем больше этот объем, тем большее число нейтронов
выделяется при делении ядер. Начиная с некоторого минимального
критического объема урановой среды, имеющего определенную критическую
массу, реакция деления ячер становится самопоодерживающейся (к = \).
Самоподдерживающаяся реакция деления ядер возникает, если за время
пролета нейтроном среды с линейным размером L успевает образоваться
новый нейтрон в результате реакции деления.
92 U За время пролета среды первичный нейтрон столкнется чолько с
теми ядрами радиуса R, центры которых находятся в прсчелах цилиндра с
п'ющадыо поперечного сечения nR2 и данной образующей /. (рис. 24.2).
Зная концентрацию ядер пя, найдем число ядер в объеме К (V = nR21.),
равное числу столкновений нейтрона с ядрами в
единицу времени:
Nc ~пяУ =nMnR"L
Каждое столкновение приводит к обра-
. зованию вторичного нейтрона,
самоподдерживающаяся реакция возникает при
Рис. 24.2 условии: Лгс= 1.
Ill

Следовательно, минимальный критический размер активной зоны (в
которой протекает цепная реакция)
г 1
ь = Т.
Считая, что активная зона имеет форму куба со стороной L. можно
оценить критичсск\то массу:
Значение критической массы зависит от формы, структуры и внешнего
окружения активной зоны. Если уран прослоен полиэтиленовыми
пленками, замедляющими выход нейтронов из активной зоны, и окружен берил-
лневой оболочкой, мешающей вылету электронов наружу, критическая
масса уменьшается.
Выделение ядерной энергии может происходить не только при реакции
деления ядер, но и при реакции соединения (синтеза) ядер. Выделяющаяся
энергия оказывается наибольшей при синтезе ядер легких элементов,
обладающих минимальной энергией связи. При соединении чвух легких ядер,
например дейтерия \ 11 и трития \ Н , образуется более тяжелое ядро гелия
При таком процессе ядерного синтеза выделяется значительная энергия
(17.6 МэВ). рапная разности энергий связи тяжелого ядра *Не и двух
легких ядер *ц и 'Н . Образующийся при реакции нейтрон приобретает 70 %
этой энергии. Сравнение энергии, приходящейся на один нуклон в реакциях
ядерного деления (0,9 TvbB), и синтеза (17,6 МэВ) показывает, что реакция
синтеза легких ядер энергетически более выгодна, чем реакция деления
тяжелых Слияние ячер происходит под действием сил ядерного
притяжения. Поэтому они должны сблизиться до расстояний, меньших 10~мм, на
которых действуют ядерные силы. Этому сближению препятствует куло-
новское отталкивание положигельпо заряженных ядер. Для его
преодоления ядра должны обладать кинетической энергией, превышающей
потенциальную энергию их кулоновского отталкивания. Средняя кинетическая
энергия ядер определяется температурой
Ё = -кТ.
2
Тогда преодолеть кулопоиское отталкивание смогут лишь ядра, имеющие
кинетическую энергию: Е > W , где
е2
W = k~.
г
Термоядерный синтез —реакция* в которой при высокой
температуре, большей 107 К, из легких ядер синтезируются более тяжелые.
Термоядерный синтез — источник энергии всех звезд, в том числе и Солнца
В 1942 i. в США под руководством итальянского физика С. Ферми была
осуществлена первая в мире управляемая цепная реакция в ядерном
реакторе. Сейчас их в мире около 1000 различных типов и назначений. Ядерное
112

1ВЭЛ
e££b
A
)
Таблс! ка Топливный
урана стержень
Рис. 24.3
топливо (уран) располагается в активной зоне в виде вертикальных стержней
(рис. 24.3), называемых тетовыделяюгцтт элементами (ТВЭЛ). Число ТВО-
Лов определяет максимальную мощность реактора. В активной зоне
реактора может находиться до 90 000 ТВЭЛов.
Наиболее эффективное деление ядер ^U
происходит под действием медленных
нейтронов. Однако вторичные нейтроны,
образующиеся в результате реакции деления,
являются быстрыми. Чтобы их последующее
235
взаимодействие с ядрами 92^ в ценной
реакции было наиболее эффективно, их
замедляют, вводя в активную зону замедлитель. В
качестве замедлителя часто используют
обычную (Н20) и тяжелую (D20) воду. Это связано
с тем, что ядром атома водорода в молекуле
воды является протон, масса которого близка
к массе нейтрона. В этом случае потеря
энергии нейтрона оказывается максимальной.
Хорошим замедлителем считается также графит,
ядра которого не поглощают нейтронов.
Для уменьшения утечки нейтронов и увеличения коэффициента
размножения активную зону окружают отражателем нейтронов —
оболочкой, отражающей нейтроны, внутрь зоны.
Управление скоростью цепной реакции осуществляется с помощью
передвижения в активной зоне регулирующих стержней. Такие стержни
изготавливают из материалов, сильно поглощающих нейтроны (кадмий, карбид
бора). При увеличении глубины погружения регулирующих стержней в
активную зону число поглощаемых нейтронов возрастает, вследствие чего
цепная реакция ослабевает. При полностью погруженных в активную зону
стержнях цепная реакция должна прекратиться.
Ядерные реакторы нашли применение в силовых установках кораблей и
подводных лодок, АЭС, для производства искусственных радиоактивных
изотопов, для научных исследований и в медицинских целях.
2. Экспериментальное задание по теме «Кинематика»: проверка
зависимости времени движения шарика по наклонному желобу от
угла наклона желоба
В вашем распоряжении для
выполнения работы имеется
оборудование: желоб наклонный
металлический длиной 1,4 м, шарик
металлический диаметром 2 см, цилиндр
металлический, метроном, лента
измерительная.
Соберите установку согласно
рис. 24.4.
Рис. 24.4
113

Пустите несколько раз шарик по желобу, меняя при этом >гол наклона
желоба.
Промежуток времени измеряйте с помощью метронома. Настройте
метроном на 120 ударов в минуту, следовательно, промежуток времени
между двумя после човательными ударами равен 0,5 с.
Удар, вместе с которым шарик начинает свое движение, не считайте
Сделайте вывод, как зависит время движения шарика от угла наклона
желоба.
3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание
физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе или
в повседневной жизни. Задание на понимание физических
терминов, определение явления, его признаков или объяснение явления
при помощи имеющихся знаний
Тлеющий разряд
Кто из нас не любовался огнями ночного города? Красные, зеленые,
.. огни в рекламных трубках. Как они создаются?
Если из трубок, которым можно придать разную форму, откачать
воздух до давления порядка десятых и сотых долей миллиметров ртутного
столба и на впаянные в трубку электроды подать напряжение порядка
нескольких сотен вольт, то в трубке возникает свечение. Возникшее
таким образом свечение получило название тлеющего разряда.
При тлеющем разряде почти вся трубка, за исключением небольшого
участка возле катода, заполнена однородным свечением, называемым
положительным столбом. Когда мы соединяем электроды трубки с
источником высокого напряжения, то свободные положительны^ ионы,
имеющиеся в газе даже при пониженном давлении, устремляются к катоду
При определенном разрежении, когда длина свободного пробега
значительна, скорость положительных ионов достигает такого значения, что с
поверхности катода вырываются электроны, устремляющиеся к аноду.
При своем движении электроны, сталкиваясь с нейтральными молекулами
газа, возбуждают свечение газа и частично его ионизацию.
Если трубка наполнена пеоном, возникает красное свечение, аргоном
— синевато-зеленое свечение. В лампах дневного света используют
разряд в парах ртути.
Тлеющий разряд получил применение в квантовых генераторах —
газовых лазерах.
Ответьте на следующие вопросы к тексту:
1. Для чего понижается чавление в газоразрядных трубках?
2. От чего зависит цвет свечения?
3. Почему при возникшем тлеющем разряде не вся трубка заполнена
положительным столбом?
4. Где применяют трубки с тлеющим разрядом?
114

БИЛЕ Г №25
1. Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений и методы
их регистрации. Влияние ионизирующей радиации на живые
организмы
Процесс распада ядер атомов на другие ядра и частицы называют
радиоактивностью. Радиоактивность — явление самопроизвольного
превращения одних ядер в другие с испусканием различных частиц. Различают
естественную и искусственную радиоактивность.
Естественная радиоактивность — радиоактивность, наблюдаемая у
неустойчивых изотопов, существующих в природе.
Искусственная радиоактивность — радиоактивность изотопов,
полученных искусственно при ядерных реакциях. Нестабильными
радиоактивными являются тяжелые ядра с зарядовым числом Z > 83 или
массовым числом А > 209, которые могут спонтанно распадаться.
Радиоактивный распад — радиоактивное (самопроизвольное)
превращение исходного (материнского) ядра в новые (дочерние) ядра.
Причиной радиоактивного распада является нарушение в ядре
баланса между числом Z протонов и числом N нейтронов. Во всех
стабильных ядрах (за исключением JH) Z<N(ZfN<\) поле ядерного
притяжения нейтронов компенсирует кулоновское отталкивание
протонов. При нарушении требуемого баланса ядро обладает избыточной
энергией, избавиться от которой оно может в результате перехода в
состояние с меньшей энергией. Ядра, содержащие избыточное число
протонов, освобождаются от этого избытка в результате а -распада а -
распад — спонтанное превращение радиоактивного ядра в новое ядро с
испусканием а-частицы; Р -распад — спонтанное превращение
радиоактивного ядра в новое ядро с испусканием электрона и антинейтрино.
При а -распаде радиоактивное (материнское) ядро X превращается в
новое (дочернее) ядро К, испуская при этом а -частицу (ядро атома J Не ).
С учетом законов сохранения электрического заряда и числа
нуклонов запишем уравнение а -распада:
IX - t$ + 'Не.
В результате а -распада порядковый номер элемента в
Периодической таблице химических элементов Д. И. Менделеева уменьшается на
две единицы, а массовое число на четыре единицы. Широко
применяемым источником а -частиц является радий. При распаде он
превращается в радон:
»Ra-.»Rn + jHe.
Энергия распада — суммарная кинетическая энергия продуктов
распада. Кинетическая энергия продуктов распада определяется
разностью масс материнского ядра и продуктов распада реакции
115

При р -распаде радиоактивное (материнское) ядро л превращается в
новое (дочернее) ядро Y с испусканием электрона В результате бета-распада
порядковый номер элемента в Периодической таблице химических элементов
Д. И. Менделеева увеличивается на единицу:
Электрон не содержит нуклонов, поэтому его массовое число равно
нулю. Появление вопросительного знака в уравнении реакции не случайно.
В процессе распада один из нейтронов превращается в протон. При этом
вследствие закона сохранения электрического заряда образуется электрон. В
результате процесса \п -* \р + _°е (выделяется энергия распада):
Ек=(т„-тр-те)с2.
Гамма-излучение — электромагнитное излучение, возникающее при
переходе ядра из возбужденного в более низкое энергетическое состояние.
Радиоактивный распад — статистический процесс. Нельзя сказать,
какие именно атомы в радиоактивном образце, состоящем в начальный момент
времени из N0 атомов, распадутся за определенное время. Но можно
практически с полной достоверностью предсказать, сколько атомов независимо друг от
друга распадется за этот промежуток времени. Например, половина атомов
радона распадется за 3,82 дня. Чем больше Nq , тем точнее будет выполняться
это вероятностное предсказание.
Период полураспада — промежуток времени, за который распадется
половина первоначального числа атомов. Предположим, что в начальный
момент времени (t = 0) их было Щ - Тогда по истечении периода полураспада
Tj/2 нераспавшимися останутся N(/2 атомов. Атомы распадаются независимо
друг от др>та Существует вероятность распада каждого атома в отдельности,
поэтому период полураспада не зависит от начального числа частиц. Спустя
еще один полупериод (в момент времени t2 = T) число нераспавшихся (радио-
2 2 Т
активных) атомов —^-— = —§-. Через п периодов полураспада в момент врс-
N
мени t = nTy2 таких атомов останется N = ~~. Учитывая, что t = пТи2,
получаем закон радиоактивного распада — закон убывания числа
радиоактивных атомов со временем
N = N02 '" .
Период полураспада для разных изотопов меняется в широких пределах,
например от 10"16 с до 3,7-Ю10 лет .
Зависимость числа радиоактивных атомов от времени для изотопов с
разным периодом полураспада Г приведена на рис. 25.1 а> б. График этой
зависимости — экспонента
Зная число N нераспавшихся атомов и их начальное число, можно найти
число атомов Л^,, распавшихся к моменту времени /: N — N0 — N .
116

О ЪгЪ:
а) б)
Рис. 25.1
Скорость радиоактивного распада определяется производпой N^ =А,
называемой активностью радиоактивного вещества. Активность
радиоактивного вещества — число распадов радиоактивных ядер за 1 с.
Единица активности — беккерель. 1 беккерель — активность
радиоактивного вещества, в котором за I с происходит 1 распад:
1.44т;/2 ■
Чем быстрее распадаются ядра, тем меньше период полураспада, а значит,
тем больше активность вещества Активность пропорциональна числу нерас-
павшихся атомов, которое убывает с течением времени. Следовательно,
активность радиоактивного вещества убывает с течением времени. Активность
одного грамма радия равна 3,7 ■ Ю10Бк. Эту величину часто используют на
практике в качестве единицы активности — кюри (1 Ки); ! Ки = 3,7 ■ 10!0Бк.
Промежуток времени t - 1,447Уя характеризует среднее время жизни
радиоактивного изотопа.
Один из первых методов регистрации излучений — метод
сцинтилляций. Наблюдение производится в спинтарископе Крукса. Это трубка, дно
которой покрыто люминофором — веществом, светящимся под ударами
а -частиц, число которых можно сосчитать.
В настоящее время основной счетчик элементарных частиц — счетчик
Гейгера — Мюллера. Главная его часть — газоразрядный промежуток
между цилиндром и нитью, к которым приложено высокое напряжение. Из-за
отсутствия достаточного количества свободных зарядов в трубке не
-возникает самостоятельный разряд. Пролетающая частица па своем пути
ионизирует газ, цепочка ионов медленно стекает к катоду и нейтрализуется, а
цепочка электронов, разогнанных электрическим полем, создает
одностороннюю электронпуго лавину — искровой разряд, который регистрируется
специальным устройством. Такой счетчик обладает одним недостатком:
если частицы следуют друг за другом очень часто, то счетчик не успевает
их регистрировать. Счетчики соединяют в группы, которые включают по
различным схемам совпадения, что позволяет не просто сосчитать число
частиц, но и определить, по какому направлению и с какой энергией
прилетели зарегистрированные частицы.
117

Камера Вильсона — один из старых и надежных приборов для
регистрации частиц, создающих ионы на своем пути. В камере находится
насыщенный водяной пар. В момент исследования резко увеличивают объем,
температура скачком падает, пар становится пересыщенным, но еще не
конденсируется, так как нет центров конденсации. Если в такую атмосферу
пересыщенного пара влетает ионизирующая частица, на пути ее следования
образуется цепочка ионов, которые становятся центрами конденсации;
водяной пар конденсируется, и образуется туманный след пролетевшей
частицы — трек. По длине и толщине трека можно судить о массе частицы и ее
энергии. Советские физики П.Л. Капица и В.В. Скобельцын предложили
накладывать на камеру магнитное поле — тогда можно судить о заряде
частицы.
Пузырьковая камера работает аналогично камере Вильсона, только в
ней используют перегретую жидкость. Регистрируемая частица создает на
своем пути цепочку ионов, которые являются центрами парообразования,
— цепочка пузырьков закипевшей жидкости образует трек частицы. Камеру
заполняют сжиженным газом. В такой среде трек короче, чем в газе,
поэтому удается проследить частицу даже с большей энергией до ее остановки,
что позволяет рассчитать важнейшие ее характеристики. Такие камеры в
настоящее время используют для регистрации частиц, полученных на
мощных ускорителях.
Метод толстослойных фотоэмульсий позволяет судить об энергии
частицы и ее судьбе по фотоследу, оставленному в толстом
фоточувствительном слое.
Излучения радиоактивных веществ оказывают сильное воздействие на
живые организмы. Даже при слабом излучении клетки существенно
повреждаются, что может привести к серьезным заболеваниям {лучевым
болезням). При большом облучении живые клетки погибают, видимо, ионизация
атомов и молекул приводит к изменению химической их активности.
Костный мозг особенно чувствителен к излучению радиоактивных веществ,
поэтому сразу нарушается процесс образования крови, клеток
пищеварительного тракта и других органов. Поражая гены в хромосомах, облучение
пагубно сказывается на наследственности. Однако излучение подавляет
быстро размножающиеся клетки. (Для лечения раковых опухолей
применяют у -лучи.)
Действие излучения на живые организмы характеризуется его дозой.
Поглощенной дозой излучения D называют отношение поглощенной
энергии Е ионизирующего излучения к массе т облучаемого вещества:
т
Излучение измеряют в грэях (Гр). 1 Гр равен поглощенной дозе
излучения, при которой облученному веществу массой 1 кг передается энергия
ионизирующегося излучения 1 Дж. Предельно допустимая доза облучения
за год для лиц, работающих с излучением, составляет 0,05 Гр. Доза,
полученная за короткое время в 3-10 Гр, смертельна.
118

2. Экспериментальное задание по теме «Постоянный ток»:
построение графика зависимости силы тока от напряжения
В вашем распоряжении для выполнения задания имеется
оборудование: 4 источника постоянного тока, разъединительный ключ» реостат,
амперметр, вольтметр, соединительные провода.
1. Соберите электрическую цепь согласно рис. 25.2.
i Я—в—-—1
Рис. 25.2.
2. Меняя реостатом сопротивления цепи, пронаблюдайте, меняется ли
сила тока и напряжение на реостате.
3. Включите сначала один источник тока.
4. Снимите показания амперметра и вольтметра.
5. Включите два источника тока, потом три и четыре источника тока,
каждый раз при этом снимая показания амперметра и вольтметра и не
меняя сопротивление.
6. Постройте график зависимости силы тока от напряжения на данном
сопротивлении.
7. Выполняется ли закон Ома для участка цепи?
3. Текст по разделу «Механика», содержащий описание опыта*
За дан л е на формулировку гипотезы опыта, условий его проведения
и выводов
Нет веса?
Проведем наблюдения за несколькими опытами.
Опыт № 1. Возьмем литровую пластиковую бутылку, проделаем в ней
по вертикали несколько отверстий. Начьем в нее воды. Из отверстий будут
бить под разными углами струи воды. В силу того, что давление на разных
высотах разнос, поэтому и углы разные.
Сбросим наполненную водой бутылку с некоторой высоты, например,
можно встать на стул и сбросить бутылку с высоты вытянутой руки.
Почему-то струи воды не хотят больше выливаться.
Опыт № 2. Напьем в бутылку с отверстиями снова воду. Подбросим
бутылку вверх.
Увы! Воча при движении бутылки вверх снова не выпивается.
Опыг № 3. Бутылку с отверстиями наполним водой и бросим ее под
углом к горизонту, в заранее приготовленное ведро (можно вместо бутплки в
этом опыте взять наполненный водой теннисный шарик). Вода снова не
хочет выпиваться через отверстия. (Во всех опытах бутылка, наполненная
водой, не закрывается пробкой.)
119

Во всех трех опытах стало отсутствовать давление верхних слоев воды
на нижние. Проверим эти наблюдения на следующем опыте.
Опыт № 4. К дощечке прикрепим пружину от школьного динамометра,
а к ней гирю порядка 300 г. Отметим фломастером насколько растянулась
пружина. Снова встанем на стул и с-высоты вытянутой вверх руки сбросим
дощечку вниз. Предварительно попросим товарища последить за
поведением пружины. А ведет она себя «странно». Она во время своего падения не
растягивается Значит, грузы не оказывают действия на пружину во время
свободного падения.
Ответьте на вопросы к тексту:
1. Что объединяло все эти опыты?
2. Почему при свободном падепии отсутствовало давление внутри
падающей системы?
3. Как называется состояние свободного падения?
4. Где встречается состояние невесомости? Имеет ли оно полезное
применение?
БИЛЕТ № 26
1. Солнечная система. Звезды и источники их энергии.
Галактика
Солнечную систему составляют Солнце и планеты с их спутниками.
Восемь больших планет обращаются вокруг Солнца по эллипсам почти в
одной плоскости. В порядке удаления от Солнца планеты расположены:
Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Кроме них
в Солнечной системе находится много мапых (астероидов), большинство
которых движется между орбитами Марса и Юпитера. Спутниками Солнца
являются также кометы — небольшие тела, окруженные обширной
оболочкой из разреженного газа Кроме этого, вокруг Солнца обращается
бесчисленное количество метеорных тел размером от песчинки до мелких
астероидов.
Пространство между планетами заполнено разреженным газом и
космической пылью. Его пронизывают электромагнитные излучения — носитель
магнитного и гравитационного полей.
Солнце в 109 раз больше Земли по диаметру и примерно в 333 000 раз
массивнее Земли. Масса всех планет составляет 0,1 % от массы Солнца,
поэтому оно силой своего притяжения управляет движением всех планет
Солнечной системы.
Среднее расстояние от Земли до Солнца принимается за одну
астрономическую единицу (1 а.е.) 1 ае.= 1,496 • I08 км. Единицей измерения
расстояния в астрономии является также парсек (пк):
1 пк - 206 265 а.е. = 3,25 светового года.
Расстояния до небесных светил определяются геометрическим
способом, основанным на явлении параллактического смещения, и с помощью
радиолокации.
120

Кроме Меркурия и Венеры все планеты имеют спутники.
Раздел астрономии, в котором изучают происхождение и развитие
небесных тел, называется космогонией.
В настоящее время ученые пришли к выводу, что планеты возникли из
вещества огромного холодного газопылевого облака, частицы которого
обращались по самым различным орбитам вокруг незадолго до этого
сформировавшегося Солнца — гипотеза академика О.Е. Шмидта. Эта гипотеза
происхождения Солнечной системы из газопылевого облака позволяет
объяснить различия физических характеристик планет земной группы и
планет-гигантов.
Видимые на небе звезды образуют обособленную звездную систему —
Галактику. Существуют одиночные, двойные, кратные звезды, переменные
звезды различных типов, новые и сверхновые, сверхгиганты и карлики,
звезды разных размеров, светимостей, температур и плотностей. Все звезды
находятся от нас на различных расстояниях: ближайшая к нам звезда (не
считая Солнца) Проксима в созвездии Центавра.
Согласно современным представлениям, энергия звезд пополняется за
счет термоядерных реакций, происходящих в их недрах. В результате
протон-протонного цикла образуются ядра гелия, при этом выделяется
энергия.
Число звезд в Галактике порядка триллиона. Самые многочисленные из
них — это карлики, их массы много меньше массы Солнца. В Галактике
наблюдаются звездные скопления, которые движутся как единое целое. В
настоящее время их насчитывается около тысячи. В состав Галактики
входят также туманности, состоящие из газа и пыли.
Существуют диффузные и планетарные туманности. Пример светлой
диффузной тумшгаости — большая газопылевая туманность в созвездии
Ориона. Расстояние до нее около 500 пк. Пример планетарной туманности
— туманность в созвездии Лиры.
Подавляющая часть звезд и диффузной материи Галактики занимает
линзообразный объем. В центре Галактики расположено ядро, которое
современная наука исследует в инфракрасном, радио- и рентгеновском
диапазонах длин волн. На спиральных ветвях Гачактики находятся наиболее
горячие и яркие звезды, а также массивные газовые облака. Диск со
спиральными ветвями образует основу плоской подсистемы Галактики. В
Галактике известны и другие подсистемы, их существование неразрывно связано с
образованием и эволюцией новых звезд и, наконец, с эволюцией структуры
Галактики. При измерении скоростей звезд было обнаружено вращение
Галактики вокруг своей центральной области. Центр Галактики находится в
созвездии Стрельца.
В начале XX в. было доказано, что некоторые туманные пятна, видимые
в телескоп в разных участках неба, находятся вне нашей Галактики и
представляют собой другие галактики, каждая из которых, подобно нашей,
состоит из многих миллиардов звезд.
По внешнему виду галактики условно разделены на три основных типа:
эллиптические, спиральные и неправильные.
121

2. Качественная задача по теме «Законы динамики»
На рис. 26.1 показаны направления скорости и ускорения движущегося
тела в некоторый момент времени. Как направлена результирующая всех
сил, действующих на тело?
Согласно второму закону Ньютона, результирующая всех сил F-та,
таким образом результирующая всех сил, действующих на тело, направлена
так же, как и ускорение.
и а
Рис. 26.1
3. Текст по теме «Электромагнитные поля», содержащий
информацию об электромагнитном загрязнении окружающей среды.
Задание на определение степени воздействия электромагнитных
полей на человека и обеспечение экологической безопасности
Невидимое загрязнение
В последние годы повышенное внимание уделяется вопросам влияния
электромагнитных полей на состояние здоровья населения и объекты
природной среды. Основным источником электромагнитных полей на Земле
является Солнце. Суммарная плотность потока электромагнитной энергии у
поверхности Земли составляет 10~10 — КГ* Вт/м~2 в период мощных
солнечных вспышек. Использование электромагнитной энергии в различных
областях человеческой деятельности привело к тому, что к существующим
природному электрическому и магнитному полям добавились
электромагнитные поля искусственного происхождения, уровень которых в несколько
десятков раз превышает уровень естественного электромагнитного поля.
В последнее время отмечено резкое увеличение количества и видов
новой техники, оборудования и устройств, эксплуатация которых
сопровождается излучением электромагнитной энергии в окружающую среду. Это
оборудование развивающегося радио- и телевизионного вещания, систем
подвижной и персональной радиосвязи, энергетическое оборудование,
современная бытовая техника, линии электропередачи.
Являясь биологически активным фактором, электромагнитное поле
искусственного происхождения оказывает неблагоприятное воздействие на
человека и окружающую природную среду, что и было отмечено в 1989 г.
Всемирной организацией здравоохранения, включившей этот фактор в
число значимых экологических проблем.
Помните, что электромагнитные поля различаются по длине волны и
частоте колебаний. Чем короче длина волны, тем больше частота
колебаний, и наоборот. Их подразделяют на высокочастотные,
ультравысокочастотные и сверхвысокой частоты. Биологическая активность
электромагнитных излучений возрастает с уменьшением длины волны, что приводит к
122

большей «агрессивности» действия полей радиочастот по сравнению с
полями промышленной частоты.
По предварительным оценкам, в России электромагнитному облучению
гигиенически значимых уровней подвергаются приблизительно 70 % обшей
численности населения, облучаемого вне производственной сферы
(проживающие вблизи воздушных линий электропередачи, в домах с
электроплитами и т.д.).
Самые опасные — поля СВЧ диапазона, волны миллиметровые,
сантиметровые и дециметровые. По санитарным нормам в диапазоне СВЧ при
круглосуточном облучении предельно допустимые уровни
электромагнитного излучения достигают 5 мкВт/см2.
Между интенсивностью электромагнитных полей, продолжительностью
их воздействия и состоянием здоровья населения имеется однозначная
связь. Она выражается в снижении иммуинологической реактивности
организма, увеличении общей заболеваемости, распространенности болезней
органов дыхания, нервной системы, болезней кожи, разрушения сетчатки
глаз, увеличения онкологических заболеваний.
Применение американскими полицейскими радиотелефонов,
работающих в СВЧ диапазоне, привело к значительному увеличению числа
заболеваний раком мозга.
Размещение садовых и дачных участков вблизи ЛЭП и радарных
установок приводит к тому, что электромагнитные поля воздействуют на
человека не только снаружи, но и внутри здания.
Дети в возрасте до 15 лет в 2,7 раза чаще страдают злокачественными
заболеваниями, подвергаясь действию электромагнитного поля с индукцией
свыше 0,2 мкТл.
Регулярная работа с компьютером без применения защитных средств
приводит к заболеванию органов зрения, к болезням сердечно-сосудистой
системы и желудочно-кишечного тракта.
Не дс конца изучено воздействие ЭМП на сельскохозяйственные объекты.
Недооценка электромагнитных полей как загрязнителя окружающей
природной среды привела к ухудшению экологической ситуации в стране.
Необходимо научно обосновать нормативные оценки степени загрязнения
окружающей среды элетромагнитными полями.
Чтобы в дальнейшем обеспечить экологическую безопасность и
защитить население и природную среду от повреждающего действия ЭМП,
необходимо детальное нормирование уровня электромагнитных полей
различных диапазонов в жилых помещениях, общественных зданиях и на
прилегающих к источникам ЭМП территориях.
Ответьте на вопросы к тексту:
1. Что значит магнитное поле промышленной частоты?
2. Какие из бытовых приборов создают наиболее опасные
электромагнитные поля?
3. Почему магнитные поля создаются лишь работающими приборами и
установками?
4. Каковы предельно допустимые нормы электромагнитного излучения?
123

ШПАРГАЛКА
Содержание
г
л
1
с
э
Д
п
и
м
а
я
2
a
X
и
9
о
г
3
г
л
о
а
г
н
и
т
о
|KriltUfPl4»nfl>»n|ltil»'l pa**l>'
ЕИЛЕТМ!...,
1. Научные метаны познания окружающего икра. Роль
эвсперямигга ж теорян ■ процессе познания. Научные
гипотезы. Фнзяческяс законы. Физические теория
2. Качественная задача по теме «Законы сохранения в
механике»
3. Текст по разделу «Элсетроднкамяжая,-содержащий
«форм алию об использования различных электрически
устройств. Задакпс ва определение условий безопасного
■соольэовакня здежтрическнх устровств
БИЛЕТ JA 2 м™ 2-4
1. Механическое движение н его виды. Отаосктсльяость
движения. Система отсчет». Скорость. Ускорение.
Прямолинейное раеноусхорскаое движение
2. Эксперкыекталмсое задание во теме «Элементы
эдепростатнжда: наблюдение ол кня электризации те*
билет мз„ ■ ■■itllHhlltl Р**В В«4»«Ч 1*ЯМ< *В*Я/Я ■ НИЩ Н ■—■■■■ .5-7
L Первый закон Ньютона. Инерцнальныс системы отсчет».
ВмммодеКсттяе тел Сила. Масса Второй закон Ниотоы*.
Третий закон Ньютона
2. Экспериментальное злдалк по теме «Оптика»:
наблюдение кшекекаа энергии отраженного ■
Яретоыл нн го туч й света
1. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное
движение в природе к технике
2. Экспериментальное задание по теме « Ькзлекулярная
флюса»: габлюдекне изыеи им давле «я воздуха 1пж
вешенстш теыператури н объема
БНЛЕТМ 5...,„.„ «.... «. 10-12
1. Закон всемирного тяготсния. Сила тяжестя. Невесомость
2. Качественна* задача по теме «Электростатика»
1. Силы трети скольжепи. Сила упругости. Закон Гука
2. Экспериментальное ладанке по теме «Магнитное поле»:
иСлклсние взаимодействия постоянного магнита я катушки с
током (нлн об иружегок магнитного поля проводника с током
при помощи магнитной стрс кн)
БИЛЕТУ» 7...
I. Работа. Механически энергия. Кинетическая и
поте шкальная энергия. Зако i сохранения ыехадкческоя
энергии
i а*г *'■ ■-■»■!-«•*■ •!*■»*! ■••»»(■
■#ЬГ***Н#*»1
17-19
БИЛЕТ №8
1. Механические колебания. Свободные н вынужденные
колсба ни. Резонанс. Прсвраще те энергии прн механических
■ояебатмх
2 Эксперкм:1тлы1ое задание по теле «Элементы
термод] намнкк»: построенке графика завнеимостн
температуры от времени остывания воды
БИЛЕТ Jft 9 .. .....20-21
1. Вочникнов"! не атомистической гипотезы строения вещества
и ее экспер гмеитал кие доказательства. Идеальный газ.
Основное сравнение ыолекуларно-кнкстическом тсорнн
идеального газа. Абсолютная температура как мера срелнен
кинетической энергии тентового движения частиц вешества
2. Качественная задача по теме «Магнитное поле*
22-25
1. Дзвленне газа Уравнение состояния идеального газа
(уравис iKe Менделеева — Клапейрона). Июпроцоссы
2. Эхспер [ментальное задание по теме «Динамика*: проверка
зависимости периода колебания маяла ка от длины нити
(или независимости периода от массы груза)
БИЛЕТ М 11 ...26-27
1. Исплрскнс и кондснешия. Насыщенные н ненасыщенные
пары Влажность вочдуха
2. Экспериментальное эадаттс по теме (Олсктролгагяптнля
кнд}юц1я»: наблнисн с явления эзсктромагшгтнон кндуышн
БИЛЕТ М 12 28-31
I.Работа в тсрыодшимкхс Внутрс1гнм знергия.
Первый закон термодкнамнкн. Адиабатный гроцехх.
Второй замок термодинамики
2. Качествсаная задача по теме «Строение атомного ядра»
БИЛЕТ Xt!3- .. 32-»
1. Взаныоденствмг заряженных тел. Закон Кутона. Закоа
сохранения электрических зарядов. Электрическое поло
2, Экспернментадьнос задание по разделу «МолскулярЕая
фнзнкв»: юмеренне влажности воздуха прн поыоош
термометра
БИЛЕТ Л14 „.. 34-35
1. Конденсаторы. Электроемкость конденсатора. Экерги
заряженного вондсневюра. Прныененве ко1цкмсатороа
2. Качественна» задача по теме «Строение впша. Фотоэффект»
1. ЭлсжгрнческкВток. Работа ■мощность вцегптпосгояияого
тока, Заков Ома для полной пега
Z. 1Сачественная задача по теме «Элемеаты встрофвзижи»
БИЛЕТ Хя 16. *•« P44B1B ЦЫП BIHIII •** B4 BJ ВЧ« *-■»* *«*»*«>**В«ВГ| 38-4*
■.Магнитноеполе Действиеыагннтногопол»на
злектркческнн заряд и опыты, вллюстряруюаще это денствже.
Магнитни fov^ynnu
2. Качествсаная задача по теме О.тсктромагннтнък волны»
БИЛЕТ Л1Т«„
tBp«W»4B B»4»tB4*tPPlBl
чтв^МИнаЧрнв^я+ячавнв^лввта
4I-4J
1. Полтпроаоднгкя. Полуттроводяпсовив приборы
2. Экспериментальное задание по теме «Свойства жидкостен ■
твердых тел»: наблюдение яшлення подъема маркости ■
асапнаирс I
БИЛЕТ» П.™. 44-45
1. Явление электрокллштиов нядуктшн, Магшггнин поток.
Закон элекгромлгнитной нндукцнн. Пражмло Ленца
2. Качествеиная задача по теме «Кижмотнка»
БИЛЕТ № 19.„ «»
#»«*■■ t*BB|f«t| ■••-■•«•ll OBB-ftB*<
...46-4Т
1. Явление самонндутоднж. Индуктивность. Энергия ыаппгталга
поля
2. Качественная задача по теме «Законы термодинамики» \
БИЛЕТ Xi20..w.M... 4«4)**H*«4tl B**B •*ВВ*Я»Ча*В>|аВ1 ■BtTlBaB» В »*■ >**
1. Свободные н вынужденные эдектромлгнктпые колсбакнж,
КатебателышВ коят>р. Превращение энергии прн
электроыагкнтиых кмебаннях
2. Экспериментальное задание по теме «Дннамюса»:
построение графика эависшостя силы упругости от удлнневаш
(для пружшш «ля резинового образца)
БИЛЕТ Л 21 50-51
1. Экктроыагннгное поле. Элеггромапиггныс волны.
Волновые свойства света. Различные виды электромагнитных
ттуч шй и кх практическое пркмен 1не
2. Качестекяая задача по теме «Строение газов, жидкостей ■
твердых тел»
БИЛЕТ №22. 5Э-5С
1. Опыты Рсэерфорда по рассеянно альфа-частиц.
Ядерная модель атома. Квантовые постулаты Бора. Лазеры.
Истусканкс к поглощение света птомаин. Спектры
2. Экспериментальное задание по теме «Посто к шй ток»:
измерение солротюлення при последовательном и
параллельном соеджкнкл дв)3( проийдников
БИЛЕТ M2J..-_W 57-Я
1. Квантовые свойства света. Фотоэффект н его законы.
Приме к пче фотоэффекта в технике
2. Качественная задача по теме «с Электрический ток»
БИЛЕТ*. 24 S9-63
1. Состав ядра атома. Ядерные силы. Дефект массы н энергия
евгж ядра атома. Ядерные реакции. Ядерная энергетика
2. Экспериментальное задание по теме «Кшкматнка»:
проверка э ненности времени движения шарика по
наклонному желобу от утла наклона желоба
БИЛЕТ Hi 25 - „ 64-tt
1. Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений
ы методы лх регистрации. Влияние ионизирующее"
радиации на живые организмы
2. Эксп рнме ггалъное задание по теме «Постоянный ток»:
построение графика зашюшостн силы тока от напрлжеивш
БИЛЕТ JftK г. ».. .67-CI
1. Солнеч ии система Звезды и всточкнкн кх эиергвя.
Галактика
2. Качественная задача по теме «Законы динамика»
&
£
К
■
В
с
124

x-
1
Научвые
&
БИЛЕТ №1
I. Научны* методы всовввшя окружающего nipt.
Рол* эксяервммта ■ тсоряа а шродесс вставая.
Гвиотезд. Фвзичсгкясмк'овы. Фв»чссквс теория
Фкэнка — няухв о неживой природе. Любое природное явление *
сядошкчцеи кве мире имеет ыкожсепч» характеристик и
припасов. Желание смстскятиткрпввть их, понять причины различных
проявления, предсказать юс сгнмуафоваян тучное поушпт.
Цлчапо научному пошшнкк) I физике как науке положил
итальянским ученый Гаянлоо Галилей, ткстжпклшки первые физические
эксперименты н прел ижигияД теоретические объяснение
двкжекхя тел. Изучая шдаис тел рейки массы, ш впервые
пропел юкереюи физических величин при пискни тел с кисеты м
получки кйличеелкюок соошопмкня между нккн. Объем
информации* получаемый человеком с помощью оргмюе чувств,
спаивается нелретятйчкыы дд* того, чтобы яиявнть ту или иную
«прономерноегь. Дотшаггслькую м формацию можно получить
лишь с поноса» экспериментальных устшлок. Суть люОого
эксперимента — ю&иоденне кв-кнм» и получение данных,
дарадтернэукчякх ретульткгы исследования.
Фюичял/й жиган — отканчш соо/тюии 0 ш природ», нрояе-
щиощыхея яры опредемн до усяоаш 4 чтпшрштктв.
Особенность ьысока состоит ■ той, что с его помощью можно описать
другие явления, с которыми не были поставлены жепернмапы.
Йиу^швж гщпотпа — тредпаяоясети о мац что £уцвствуея
etxn между нмеашшм к шиавь сб\*енЛ£Лшм лмгнкм-
Галндео Галилея ди количественное «шсаине пядеккл тел на
Землю, но не выяснил причину их паленка Исаак Ньютон,
основополсаасик фундаментальной фотмческой теории, высвыал
гкнетсту: причина гшдекня тел кв Землю — притяжение ты ж
Земле Нфчмая теория сЫкржм/п лжягупаты, определения,
«ипоак»! и явками, объясняющие меленая. Любая созданная теория
должна быть подтверждай экслернмшгом. Расхождение теории с
Протасов приводит ж ссвершактвовшкю стере* юн соддвкио
■жмащпналыю ноаой теории, дающей повис законы к более
пгубокое понимание физический рсаль юстн. Особенно LicioicA ж
науке считается теория, гдодопгывыооая новые экелернметмь*
кие данные, которые не могут бить обменены в рамках старой
теории. Примером тшиЯ теории а физкхе является теория
относительности Альберта Эйшлсйа, прслск-шлиии к
количественно оиииолы юм^ыгае массы движущегося тела со
скоростью, союмерккон со скоростью оста, ядленнг, которое нслыа
било объяснить ■ рамках Теория классической фкшхн.
Особенность ф}нд*мс1гтшш(ьк гееркй—нх прссмствсвяость.
Движение характеризуется мгновенной скоро- «■*
спим — средней скоростью за Сескон чно JMa.it О «J
нтереал времени: v=Kiail_tiv пгПц-м—
Д/
Дтя опредсленмя скорости как вектора востюльз)еыся
другой векторной велн иглой — перемещением.
Скорость — векторная физическая величию, равная
пределу отлошеши перемещения тела к промежутку
арсис ш, за которое это перемещение произошло'
С slim.
>*-*
ДГ
Предположим, тго скорость даух тел Р, н £>а опредслеш
в сопок п той же системе отсчета. Огноснтслыи* скорость
первого тела относительно второго равна р»з юстн
скоростей тел: ц^ц-Г,
При движении тела в одном направлемги модуль
относительное скорости равен djjjiocth скоростей (рнс. 2.4.)
При встречном движении тела обчнжлются с
относительной скоростью, рамой суыыс на скоростей (рнс. 2 5>
ft ft
ъ
При яюбтяР 2 * РнсскЪростн
движущихся тел реллтивнетский школ сложения скоростей
внествцл
У. ^
1 +
l/.-V
. где i/<c. V.St
При прямолякЛиом движении вектор скорости не юыенв-
егся по нвораавсавю, модуль схороств при этом может
БИЛЕТ №2 *J
1. Ммаввчикое яважевяе ■ его ввдьь
Отвосательаость дввжепвн. Система отсчета. Скорость.
Ускорение. Праиоливеввтос равноусагорсвиое 1еащевве
Механическое div^tothur — тиснение простраястлииного
положения тела относи е ъно других шея с течением
времени.
Положение материальной точки в пространстве в проаз-
волькиА момент врем нн можно определить, если ввестя
систему отсчета. Система отсчета — совокупность тела
отсчета, связанной с ним системы коорллит и часов.
Положение точка можно задать с помощью вектора.
Радиус-шекпор — шгмпар, соединяющий начат отсчета е
наложением пючхы в произвольный момент времени.
Проведем го начата отсчета О я точку-Л радн>с-в«тор ?
который так же как н координаты х, у, ж. харлггершуст
положение точки в произвольный момент времени.
Уравнение джнже uu в векторной форме — это л&еися-
ыость радиуса-вектора от времени. Координатное огшеакво
ыехаюпеского движения тела экБнваяскпю векторному.
Зная закон движения а векторной форме, можно получить
закон движения в> координатной форме, ■ наоборот.
Рассмотрю* связь рддау'С-векторв н координаты тела ■
произвольный момент времени (рнс. 2.1).
Длина радиус-вектора характеризует расстояние, п
котором точка А находится от
начала координат. На такой ж*
расстоянии от точка О находятся
вое точки, лежащие на окружноста
рзд1тусом г. Положение точки А
характеризует угол а. который
образ)'Ст вектор Я с осью Л".
Коордннаты х и у точки А связаны
с г к а слодукхцнмн
соотношениями:
х*>гсоза, у=п\па
Pik.21
Л
Я
Векторная фткческая величина, равная преде» л
лу отношения кшскення скорости к промежутку "тг
времени, в течение которого это кешенение
произошло, шзшают мгновенным ускоренней:
Й- lim—; [о] = — . Скорость тела при
равноускоренном прхмолинеяноч даиже гня вотрастаст с течением
времени линейно. Рассмотрим пряисаннсниое
равноускоренное движение с начальной скоростью is. График
зависимости v{f} — прямая тнння (рнс. 2 8).
«V
IV»
О 4С в (С
Рнс. 2.7. Рнс 2 &
Плогдадь под граф или зависимости скорости данженяя от
времени численно равна перемещению тела по осн X тл
время / при равноускоренном движения. Так как гиишкдь
тралецнл раина полусумме оснований на ее высоту, то а
VM+lv.+al) at*
вашем случае дх-_1_!_2 if. Дг«(у+—. так юж
2 2
&x=x-xt, то x = xu+vj+~. Это уравнение ■мрдиив-
ты гввиоусгарегаюго гф^атяяснного движения. При л ■ в
график такого движения будет выглядеть так (рнс 2.9)-
*, ш
X
я
X
о
Рнс 2.9
Рве 2.10
125

я
Вектор f можно irpejacra ить в виде суммы сто
составляющих по осям X и Г г е Рш ■* г^ Проекция радиус-
вектора на координатную ось рама координате тел» по этой
Оси- г, - х. г - у. Рассмотрим дднже не одного К того же
ты* относительно разных систем отечем, которые могут
двигаться относительно друг ^руга. Пусть ■ иачаяы ы!
момент времени мчало коорди! от лодпнжи В и
неподвижной систем отечем совпадают в материальная точка
находится н начале коорди! ат. За время А/ материальная
точка о неподвижной системе отсчета перемещается па я(. в
подвижной — на л, Начало отсчета подвижной системы
переместилось на Ji, значит 5 = л( +J, Hi рис 2.2 видно,
что перемещение относительно разных систем отсчета
разлнчно.
Рис. 2 2
Рас 23
Перемещ ни* — вектор, проведенный ю начального
положения материальной точки в конечно*. Перемещение
характеризует измен пне радоуса-псктора материальной
точки (рис. 2 3); &P^?J~rl. Перемещение показывает, ка
какое расстояние я в каком направления смещается тело яз
начального положения за данное время.
Механическое движение характеризуется средней
путевой скоростью — элю скалярная величина, ратая
отношению пути к промежутку времени, затраченное на шгв
прохождение:
+-';. Ы=7
к-
*
Теория мажет имея» ера мьм нримсяы.чостн. Например,
классическая механика слрвндлиы для m еанмя движения тея.
скорость которих иного меньше скорости света, но с помощью
шшип Ньютона ильзя они ть процессы ■ микромире. Ни одна
нвуч вя теория не м жег быть прн-шаид окоычвтсльчоП и верно*
навсегда. Всегда существует вероятность, что новые иаблмдеина
Истребуют поправок к теории.
2. Качественная задача во теме «Закчаы евзрвисияя в меавии-
ке>
Жслсяголгрожмя платформа, дпижущался с иокотсроН
скоростью, ста. вветел с другой платформой и останавливается,
Буферии npyatni а между платформами сжимается. Какие
преобразования энергии происходят в этом процессе?
Кинетическая эй ргия движущейся платформы преобразуется в
потении -ьнуто энергию тгружипн.
J. Теист но разделу «Электродинамики», содержа щи I ияфош-
мвник об использован я я рахшчпыз электрически» устройств.
Зал няе на оаределсян* у слоев! безопасного исиользиияниа
ЗЛеВьТрЯЧеСКВЯ уггрсЯст»
Короткое юныттте. Плтгом нреФохраннтея»
Любое эаситрнчосеос устройство рассчитывают m слрсаелсину»
силу тока. По время эксплуатация Прибора, сем произойдет увсличо-
иис силы топ больше допустимого значения, может яотяпогутъ
ицхлки. замыкание Возрастание силы той в цели может произойти
вря соелткяки отжатых проколов, при ремонте аясжтгжческан
испей под током. В любом случае короткое замыкание вомикаст
тогяв, айда соединяются концы участков цели проводин ним,
сопротивление которого мало по сраяисишо с сопротивлением самого
участка цела. При коротком замыввнив резю возрастает сила тока в
жижтричоокоЯ цепи, что ыохст стать причиной пожара. Чтобы этого
мс случилось, применяют плавкие предохранители. ГЬмоян) лрело-
храммтшщ ори епаннкновеаим короткого звыывжтл отключают
вяехтрмчоскуаэ вкпь. Ггвмвш чисть прелевфакитсля — саннцовм
■роволокя, нжкодашаяся в фермерской, пробке. В жлвюсности от
толщнки проволоки, сна ■млержиааст ту bum иную салу тока,
например 10 А. Если сила тока превысит допустимое значение,
проволока и нровке расшиимгтеа. N жкжтрячоскы цепь разомкнётся.
Если перегоревшую проволоку заменить, то плавкий предосримтся*
аккио иепользовать снова.
Ответьте на вопросы «тексту
I. Почему в плвакза предохранителях ирнивияют имение
свинцовую проволоку? 2. Где я кпартирс >стаюялнввют предотоя-
нители? 3. Имеют ли автономные эдектричоекке устройство,
например телеа эоры. прсдскраннтслиТ 4. Существуют ии другив
«хн струкции пргдгкгр! иитслси7
X
Уравнение коорди аты равпоимслпешюго движения
я/1 _ .
jrMjg-iiV—— График рваихгцмедлеяиого движения
представлен на рис. 2.10. Таким образом, ззхол равиоасре-
мсниого двнэвхнка ■мест вид: гшх + ivj+^iL. . При
2
свободном падешш тела в поле тяжести Земли уравнение
пркыст вид у =-у9 +(%>'+
»/
2. Эксасрвмсаттвяьвзое задание во тем* «Элсмсвты
злектростатвкв»: ■жблюдеиве явленам элсастризаква
тел
В вашем распоряжения имеется оборудование
для наблюдения явления элсктрнтацнн тел: два алекгроста-
notccKHx маятника на кюдир>к)шнх штативах, стеклянная я
эбонитовая палочки, кусочек шелковая ткани, кусочек акха.
Потрем эбонитовую палочку о шерсть м поочередно
прикоснемся к эмвлростатнческнм ыаятиккам. Булем
сближать маатнлкж. Уже на некотором расстоянии они
начнут отталкзежвться. Отталиокиотся они потому, что яри
сопрнкосиовенни эбонктоаой падочки с эдезлроспггячеамм
маятником ттроюоюла хтсктркзацня тея одинаковым
зарядом. Следовательно, электрический заряд возник при
трении эбонитовой палочки о шерсть н получил название
огприцательнаго.
Электрический заряд, вознюаюшнн при трении
стеклянной палочки о шелк, получня на шиите позюжитсд ноте.
Повторим опыт теперь рте с заряженной стеклянной
палочкой Электростатические маятники вновь
отталкиваются Делаем вывод: одноименные элсатрнчеспге заряды
отталкиваются. Если к одному электростатическому
маятнику прикоснуться заряженной эбонитовой палочкой, а
к другому — заряженной стеклянной палочкой, то
электростатические маятники при сближении будут притягиваться
друг к другу. Возникшие прн хзсктрнзацил тел
электрические эзряды разного знака прнтягнлактгея.
оставаться постосоош зим йзмекяться с теченмем временя.
При равномерном пряэюяшаениом движеннн и дюСые
равные ттромежуткн времени тело солсритает равное
персмещеняе.
Равномерное прямолинейное движение — движете, яри
котором тело перемещается с настоянной ею модулю и
направлению асоростыо. В эюаы случат скорость не
изм яястся. т.е. являеяеея константой (рас. 2 С).
Рассгожнке, которое ороДасг тело ш
время hi. чмедемно равпо пяопшш
1К5ямо>тодьняка под графиком
осоростн. Площадь под графиком
знааасммостн проекции скорости
ддижения от времени равна переме*
- пеняю тела за cooiBciuayTotncc
а время. При раяяоыерноа! прямоля-
Рис 2.6 мой! он димження тела по оси Л* за
время / жжфсыящтвшз можно рассчитать тик: Ax^DM-t
Зкая, что по оси X персметдеяже раило разноспг мжечно&м
начальной коордкиат тсда, т.е. Лг с х-х,, получаем эажов
рааноиерного прянатнненного движения, который
определяет полоасенио матерлальной точки в любой момент
времени: *-г<г) айв х-к{0,у yiO.i^^r)
Беля соакеспль качало отсчета по оси X с ввчальной коор-
дкнатоВ 0*"ОХ то закон рвяномерного шзямсиюкйкого
дявжеккя примет вид х ■ vt ■/ . График jraHcflnot) завиглоао-
стк координаты тела от времени х(г) — прямая тнжия,
проходящая через начал» коордшиг (рис. 2.7). Чем болъпгс скорость
движения тела, тем больше >тод наклона а прямой к оси к.
т.е. чем apj-че график, тем больше скорость движения теяяс
а, >а, >а,. Изменение скоресгн с течмвиеы времени
xapaiocpKiycT ^нанчесжая Bcjornora,
t
усжореяв-
126
К-

БИЛЕТ №3 £
I Нервы! закон Ньютона. Нпс| naa.ii.BUc
Системы отсчета. 0»имолсыствяе тел. Сила. Мясса.
ВторсЛ зякоп Ньютона. Трсгив эакол №>кповя
Дпд того чтобы тезо. находящееся ■ покос, изменило
положение в пространстве, необходимо оказать на него
некоторое во действие. Ьще Аристотель утверждал
«Лвижу1цссч.я тело сстанавлпв стен, если сз та. его
толкающая, прекращает свое дейстиис». Это подтверждал
повседневный опит и непосредственные наблюдения: например.
тележка, которую перестают толкать, быстро
останавливается нл шероховатой дороге
Движение по инерции - движение тела, происходящее без
внешних воздействия,
В земных условиях тикос движение практически не
встречается Обобщив резутьтаты шучення движения тел при
максимальном уменьшении сил трення. Галилей сформулн-
ровэл принцип инерции
Если па тело не действуют внешние сшы. то оно
сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейною
движения.
Равномерное прямолинейное движение н состояние покоя
физически эквивалентны в то i смыс ic, что они существуют
без внешнего воздействия Кроме того, понятия «движение»
и «покоил относительны н зависят от выбора системы
отсчета Например, стол в комнате, неподвижный относн-
тстьно системы отсчета, свяыхкон с домой, движется
вместе с Зсм 1 К вокруг ее оси и вокруг Со-ища, а вместе с
Солнечной системой вокруг центра Галактики в
расширяющейся ВсеченноЙ Однако эквнва. ентность н взанмозамс-
нясмость состояния покоя и равномерного прямолинейного
движения возможны лишь в инерциальных системах
отсчета, покоящихся или движущихся равномерно ■
прямолинейно относительно друг друга.
Системы отсчета, в которых принцип инерции не
выполняется, называют нсингрциальными
При резком троганнн с места автобуса пассажира отбрасывает
назад, в сторон}. прсткжоположиую направлению движения
х-
к
Изменение скорости первого шара aw
Дц 0-y*-iJ нл правлено втево Изменение ■
скорости второго шира Ад. ■ О-(-г?) з v направлено
вправо и равно по модулю \vt Усмирения шаров.
характеризующие изменение нх скорости U единицу
времени, равны по мотелю и прстньотююжны по
напрполс1кю
а, а -at
Согласно второму заклну Н; к-гонп, сиза, денет и>ю-
щэя из первый шар со сюрини второго. Fn ~ «wfi-
Аналогично енча. действующая но второй шар со
стороны первою.
Fn = mtti
В этом сое гон i третий закон Ньютона
Сичы, с которыми два тела действуют друг ив друга.
равны по модулю, противоположны по направлению и
деистах ют вдоль прямой, соединяющей jmu теяа
Я.—5.
Эти сизы приюжени к разным телам всегда
действуют i арами н я шлются сними одной природы
Ньютоном этот закон бьи сформутнрован так- *Лю-
бому действию всегда препятствует равное и
противоположное протыводеыствив».
Физическая природа чскствня и противодействия
одинакова, так как они яв1яются результатом вззнмо-
денствнл тст. Третий .закон Ньютона справедлив при
ЛЮООМ СООТНОШСНИН чаСС В13НМОЛСНСГВ>ЮШИХ TCI.
двнжущк.чся со скоростями, много меньшими скорости
света. В качестве примеров действия и
противодействия можно рассматривать любые столкновения и
удары. Ускорение, приобретаемое телами в результате
их взаимодействия, гпвиент от соотношения масс тел
чем больше масса одного тс та. -хсы труднее его
сдвинуть дру гому менее массивному телу
Сипа — векторная физическая величина, я*- м
ъмющаяся м*рой механического воздействия на fQ
тсю со ст>роны других тех в результате
которого mew приобретает ускорение или из.и няст фирму
и размеры.
Физическая природа ■шшоденствкн может быть различи й
Существует четыре фундамечггалъных вхишодействня
гряшгпщноююс, слабое, электромагнитное и сильное Сила
является количественной мерой взаимодействия. Силы
викмодействия рашгоюй природы можно кикрять в одних н
тех же едгошиах с помощью одних и тел же приборов
а о Пропорциональность
между енлон F н
ускорением и
справедлива дчя сил различной
физической природы
Направление ускорения
Гне 3 1 совпадает с каправлскн-
см силы независимо от
направления скорости тела (рис. Э. I).
Коэфф цнент пропорциональности между силон н
ускорением для данного тела является постоянной ветнчикой. не
зависящей от модуля и направления силы Он характеризует
керу инертности те ча.
Инертность — физическое свойство, заключающееся в
том, что лыбое тела vKajneaem сопротивление изменению
ею скорости (как по модулю, так и по направлению)
Каискствскнон мерой инертности является масса тела.
Масса т то — физическая величина, являющаяся мерсВ
ин pttmncmu теяа.
Чем больше сила, действующая на тело опреде-чнной
массы, тем с~атьш« ускорение ыно приобретает. При
прочил равных условиях чей больше масса тела, тем
труднее его сдвинуть. Чем больше масса теяа, тем м ныисе
ускорение оно приобретает при одной и той .»t деи т-
вующей на него силе.
Связь между ускоренн м тела и силой, действующей на
него, можно представить в виде о
а
т
X
БИЛЕТ Xs 4
8
X
1. Имвульс тела. Закон сохравеввв вмвульса.
Рсактвввое звижеиве о природе ■ технике
При движении материальной точки вдоль оси X дейст-
вутошдя на нес сила F зависит как от коорднматы тела х. так
н от времени г Это означает, что сила является функцией
координаты и ременн: F ~F(x. ij.
Рассмотрим, как на такженкс тста влияет д.1итель юсть
действия силы. Для упрощения матсмл1кчсскнл оьсиок
будем считать, что
■ модуль силы нс зависит от координаты x.F *■ F (х);
• сипа, начинал чействооап. в момент иременк / *■ О. остается
постоянной в течение времени ы и затем прсфашэст свое
действие, т. с стана нтся равной нулю при г д/
Временной характеристикой действия
силы является импу, ъс силы.
Импу. ъс силы — произведение силы
на длительность ее действия
p-F&/
Импу |ьс силы — временная \ар ктс-
рнстнга действих силы. Еигннца
импульса силы — ныит т-стнда (II *
с).
Импутьс ciLiu p чкезенно равен
площади прямоугольника со сторонами/7 и д/ (pic. 4 1).
Импу к те та — ееклюрная физическая величина, равная
произведению массы nxia на его скорость и имеющая
i оправление скорости: р mv Еднн1 ил км л узься —
KUtospuuu-Mi mp в секу иду (кг ■ м/с).
Изменение импульса теяа определяется имтяном силы,
действующей но него; нмп} тьс ciltm xapaxTqjinycTca прокзведс-
мнем сизы на время се дснетинл. Следов:1тсльно, aicnoiirmoe
ВО-1ДСЙСТВНС на тело может оказать небольшая енза.
действующая ыач1ггсль [ЫН промежуток времени, и болышл сила.
которая дснстяусг кратковременно Этот эф<рсь;т
хорошо твестсн хоккеистам Скорость, приобретаемая шайбой
Af f
Рис. 4 1

Глицина силы — iiiiiioii (Н) I H — сил п. которая coofi-
%-
наст тс! у массой I
действия силы*
KI
jcKi-j с и« : чА: v iMiipas.1 .шн
I ыс' - I H
[fi-ww-:h-
П об нем случае, если i п тело действуют югко.и.ка сил то
pCJVTbTI!pYK>l КС уСКОрОНИС ТСТЛ СПрС 1С1МСТСЯ J>'M^iJ 1ЮЙ
равнодействующей силой
1)то|юй такой Ньютона чит еп:и так
В ■нерцнальяоы! системе ысчем ускорение теля прямо
пропоравспалыш пекг«| ион сумме всех 'кнсгв^юшш
aaiv 10cm ■оГцнтвопропоро.нОпдльво чассетсм
л 2Z
m
Мри решении плдач динамики второй 1акол Ньютона
удобнее Пр1 М~ 1ЯТ1 В СЛСД)! >] Н.Н UIIHCH
IJpomtcdtttu* массы теча и егя ускорения равно
векторной сумме всех действующих на него сил.
Сила, сообщающая телу ускорение, является мерой
внешнего ьотле-истоня I в и I о труi ого тела Эта сила возникает
при ел имодскствии между пнми телами. Так как hGi^kth
вэлнмолсЯстбНя равноправны, то на второе гею со еторл' in
nepBiH о татке Действует сила — сила противодействия Дип
одинаковых шора ю нл стнлниа (массой т каждый),
движутся с одинаковой го модулю скоростью V (рис 3 2).
При встречном столкновении оста гпилнвлютсл. При
столкновении наблюдается рапенство сил действия и
противодействия Покажем что.
Рис. 3 2
= ©
а
к-
Следоиатсчъно. скорость пассажира тгнпентелыю авт?*1С4
HiMc иктся и отсутствие янсынкл сил. Система стсч-ла
срязанмы с втобусом. является цен icpHHuiLiioU,
Писрцмальная сис1сча о г счет а — скстсмэ отсчета в
которой тело, не и-мимгденстыющсс с др>гимн тс. им и
сохраняет спетое те покоя или раш омерною крячс-Киин-
НОГО 1ВНЖСШМ
Но iicc\ инерции! ны\ системах отсчета пэкоиы
классической типамикн нмсот одни и ют же ьнд 13 этом состоит
ПрК lll'iil ОТНОСИТС ТЬНОСТ И Г ДЛИЛСЯ
В 1687 i нриниш: ш ерцнн Галилея Сил сформулирован
Ньютоном в пиле первого закона динамики Закона
ИКфШНО-
Материалъная точка (течо) сохраняет состояние
покоя или par номерною прямолинейного движения до
тех пор, пока еоздеы чпвие со стороны других тел не
заставит ее (его) изменить что состояние.
Тело движется прямолшгей in и риинимерио, так как все
действующие на него силы ckomhci жированы Пока такая
коыпен ация со\ра:1ястея, скорость лкля либо постоянна
(при i рямолннсином раш oMq'HOM дон женин), либо равна
i viEo (в состоянии покоя) Первый закон Ньютона
объясняет ряд О 1ЫТОВ. Например, монета, лежашая на
картонке, закрывающей горлышко бутылки, при релком щелчке
по картонке в гор понтзльнон плоскости падает в
бутылкл При релком торможении аогомабилд
пассажиры, не прнстепгутыс ремнями безопасности, продолжают
но инерции движение вперед, что может привести к
травме.
Таким образом, ш первого закона Ньютона следует,
что mcw молсин двигаться как при наличии, так и при
отсутствии внешнего воздействия. Следовательно,
скорость само по себе не покалывает, действуют па тело
внешние силы или нет
При воздействии на движущееся тело других тел его
скорость может измениться не только по модулю, но и
по нап/tnewm ю. Направлен к внешни и иоиекствия может
не сопн тать с i Di рлвленкем скорости тела.
*
К
при снль ом броске, когда время контакта клюшки с
шайбой созывается порядка сск>тыы. примерно совпадает
с ее скоростью при мощном, но кратковрим*. шоч щелчке
Если имл}чье силы fiyjl при броске шайби равен
импульсу силы нрп щелчке f\ у , то площидн заштрихованных
прямоугольников равны (рис 4.1).
Замк гутая система — CHt.rc.4ii тел. пя котсроЯ равнодси-
стьукщая инси ш ч сил рвв! а нулю
-ч» шу^
о ль .v, »
Рис 4 2 Рис. 4 3
Силы взаимодействия между телами снасмы называются
внутренними cuisuu. При сп^кновенин шаров сила FH,
которая тсГклвуст на i ерьыи ш р со сгоцо! ы brnpuio (рис
4 3). го третьему закону 111- шит pjBiia по модулю и
п;ч>1.1нпгимож11л i о hjnjjlici 1:41 ch.ic F'-i. чейсти^и щей на
втотой шар со стороны первого: /";. - -FM
Запишем тираже! ifl им этих etui. Соглаг ю пторому
MKoiiv Ньютона F„=trS,. P, = ma,
Обозначим скорость шарог после ciwikiiobci w \> и t>„
дштслыюст^ стел к[юг-£ пня д/ Упорен не niapoB
2. Эиепсрямснтальвое задатке но теме «Оптика»:
наблюдение нлиевсяая эвершн отрлжецного ■ ореюм-
леянош лу ей свете
П вин ч рлс\ прлжения имеется оборудование
ллк iiifwh^uiiLfl отражения и преломления света" плоское
перккло. hcti i:ihk с ста. экран со шелмо, плоскоп^р 1лсл»^
пая стеклят зя пластинка.
Е-Ьпраьнм спет ел источника света на лхрон со щелью
Уыдслсн] ый jij-ч с е?я папраичм под некоторым )глом из
плоское теркало (рис 1 J).
Наблюдаем отражен: иII л>Т. Он сгзбес падающего,
Гото«%' что часть световой энергии псилнтнлпсь зеркалом
3 мс им зеркало шюскопараллси i ой стекля шой п.~астн-
ноК ошс 1 4) В зависимости от угта iij.,ciih« туча
преломленный туч HSMei ет си ю яркость. Чем faii.Lic yiui
пя.чс 1ИЯ. тем ркоегь 1 релоч chj ого луча меньше
Рис 3 1
Рис 3 4
Ли, v, - v _ Ли.
Л — ^' * = ' — _ ГА ■
II,
ОГист^ияя "*"| выражения, hjvcthm
Ли.
At
Л/
Pi. -J * - -М- ~* а-
Л/ ' .V
Сократил обе части \pani нкя на v и ne^rjiynnHpooaB
слагаемые в nficn\ его частях, получим 1вкон сохранения
иящу.зьса: mjv, + m^v, = w,i»l0 + /«;f'w
128
Х-

x-
9
13 правой ч сто pJneiicroa содержится слммпр-
llblll !1V|1-,.[LC CHCTCMU R IU' J I IMll МОКСНГ
иремеш. л в . ci ой — сумма kmhv.il ч и км и
НрОИНМЛЫНЛН МПМС1ГТ ВГН-МЫГ!. I pilOlipcICKHUX II рС"1\ЛЬТЛГС
виичилсНствмя {столкновения) 'Это означает, что при
стп-ihinm нки суммарный i".:i у -ьс с гстсчи сохраняется
СУ-чмирпый н,нлг.тьс замкнутой системы те i остается
пвстрняннч при .1К'0ых vtauMOUeucmmwtx met системы
между ci*"nH.
Одт им «1 осиолнмх примеров проявления iaro ie
сохранения импульса кплаетсн реактшшое движение — движение,
возникаю^ с при опскnun иг тела (кзхон-лнбо его чашн)
с некигигкк скоростью lhipiiMv), oTicjicii.ic снаряда от
cnutfa upj н.ин Отдачу испытывают ппжзрш.л:. направляя
по,1д:<>к1 vrpyio на горящпн объект Кмшю Гиагодцря
закону coxpai -имя нмкутьса [крсмсныстсч ikuimim трэнс-
порт В природе встреч оют.:я жниис пргзтпми. которые
пером*, i1лч>г;ч за счет реактивно!! тдачи, нлпр ivivp медузы
Движение ракеты "— это тоже призер реактивней
движения ОгчелякчцсИея часть» тела (р кеты) при таком
щи жегши нюн^^и стр>н горячих гаюе. образуют 1\ся при
сгорашм 10111 а.
2. Зкснсрниспгалмнк делите nu теме « Молскуднриам
физика >: oadiHucBBe наж'псиия |двлсвим воиу*а ирв
■ ннгшшвк температуры н o6i сча
II вашем рлепиркжч' iiiii имеется обор п u u i п и с
для наблюдения Н1Ч1 пения да в. к шя гри шмеИеннн объема
и темпгратурн i офрирпвшн ь.н соелл. маночегр. рипстрк-
руюшии щллънис bnj ij и скула, термометр, «oci t с
ЮрЛЧСН ВОДОЙ.
Cotx-psirc усглпояку coi menu рис 4 -1
Рис A 4
P« 4.j
a<-
БИЛЕТ .Ys 5
10
1. "iiiK-H НССЧН| 1ШГ0 ТЯГОТСГНЯ. Си.IU 1НЖССГИ.
llcftlTCO-MUCI Ь
13 1685 г. И. Ньюгон гредположнт;. но движения
1CMHLIX ОбЪСКТОВ И ИСбсСНЫХ Т^ ПОДЧИНЯЮТСЯ OU-HIM
закономерностям: все те\а прнпмги тмкм друг к *>/>iw
*р типещиинными силами единые универсальные
)лконы справедливы для всей Вселенной: свободное
njjcifn ■ иблокц на тем по и динжысгс Л>иы и меют
сотую причину — гравнт.щионное тнигтяженне к Зсчэе
В отличие от упругих сил и сил трешш гравитационное
пртмжснис явтястся вчанмоденствлсм тел др>г с другом
на расстоянии. I\uir>c действия iputiifiaiuioiuioro
ПрОТЯЖСН И НСОГрШШЧСН.
Оыясы-м ЧЧВНСНМСН.-П1 ънлы притяжения от расстояния
между телами 1,14 тгого точно сравним jCKOpcHiit; тел.
прнтящваюишхеч к Земле и кахоояиитчея от нес ил
kibccthom poccTOHHiyt- Зная зависимость ускорения от
рдесто иия. t помощью второго лаконл Hi4OT0if.!i (F- н;а)
можно опрсчеьггь ывненмостъ ситы ipaiurijunoioioro
пр1Ггяжоння от расстояния. Тело, сео^олло iuujoiucc на
Землю пол действием cilui гр+гтяжнил с ускорением g
9,8 м/сг. н1\одится от цстли Зс.млк на расстоянии R -
6400 км. Луна врихистся noxpjr Земли с периодом
Г- 27.32 дня - 2,3й ■ ltfc по ороиге радиусом *■ = ЧН4
ОООкм-бОЛ
Под деисты ie v грзвипшюиного притяжения Земли
Чуня ирноирстл~т нормальное (кснгростремитсльнос)
ускорение
а =-^-г =0.0027 м/с1
" 1*
Нанлсы отношение ускорений. цриибрстлсмы\ Луной и
свобод* о падающим телом, находящимся от Земли на
расстоянии, отличающемся в fiO pvi*
п, _ 0 fift27 _ 1
а
У.8
*
К
IWIVrtJ 341 03СТ1.Л По углу 1 Кр> 1ИШ11П1Я ИПН ж л
оирсдс.1Я1.1т еияу ipaBiirauHLiiinino nji гглжг. шя Щ 1
1'и шиньон мпеелчи int и .■.-. K-iiiiMtiiim и imi
ЧИСТОЦОС Э la-It. HlC lp ЩИТ ILIHOIIIJCH ПОСТОЯННОЙ n.lCJIt.'iyiO-
и;ис ?кспсрнмсш1.( i и ь iiceKiubKo утичинли егоptiy-iir.ir
fi-«u67 .10" Им'кг1
Ipr ашюниая постоянная чис тю paw/a силе ^pasu-
inaiji iwtn '.*o притллгапт &fw mei массой ha I h— каждое.
ноге te' {кхся i n /KKt. и нанки I v йЛчи um (ipy.vfo *}тя um
столь мм. ito мы не
ЮМСЧПСМ ПрИТИЖС! ИМ
МСЖДУ С*.р\ *iUOJ[.'MH
нас телами и с л мн не
НСЗШТЫЙЛСМ К ИИЧ
Притяжения. Знйч I-
re.it.iiuM oKJiLiajcTCM
-1WHL ирнтнженнс тел к
Зсм ie Слаюдаря се
ОГ]к<М1К>й ЫаССС
: равшли'о шж нритяжеш'с опрелещъг \ р rrcp tbi жснни
тел nfciuiH Зем ги.
Псе leu ирщ-ягииэюгея .ipvr к лр>1> грлвитащчшнмчн
силами Cuii'i тяжеат гриншгнцынная £и.:а. Л- ■ г-
eihjifau ii инею.
Ускорение, i p .lCiperni-irnc телом но t дейетв км rpai ита-
ЦНОННОН СК.1Ы. МОДНО ИЛИ Г И I I if^l'IO 13 KOHU 11ЫИУПНД
а ка Л/1 .
ПСлщи ! >ui-p\i№£T>i Земли h « &"
I/,
12
Рис S.I
a =G- ,
У.8 М.С1
По 1[)«тьеиу юкоиу Ньютон* вес re.ii V но
модулю ранен А'. 1кпгому
Пели тело движется с ускорением, направлении» прптнло-
ггаложни ускорению своС'идною нл.киня. tu его все Сч.и.шс
всел покоя) [си ем гстд
Уинпичсш е r;eta том. гытвеннос его у^-когкн ium чинже-
игеы. напыя мг герс[р>1коЙ
Lc-и ip>i с Ш1,чН 1:!.Т1вить сеоболио из.итъ. го вес те~а
становится равным пупс При сэоГюдгмм па.'сшш и ij'Vi, n
oiopn ижу|ся с u U'H а копим ус клеплем g Oi.ojia «с
деформируется, и нет скли реакции опори. -к11сте>к»ие t мл
|руэ. a ipyi IK дс | .рми,>уется и не дсИетв\ег на onopv lice
кече1 ст Говорят, что ip\i ег и невесомым № кос тело, ил
которое денствуст только «ил тяжести, наодипся в
состой шн невесомости
Еснкое свойогно i:a.i;in шее тело находится п еосн>я1.ни
ксиесомости II есч:гоанкн пенсе ыогтн 1и\од11и.я чеюс к
во грен к npM».i:j (d момент отрыва от ii.-m.ik ,10 ыименга
нриземле шя)
2. Кнчссты.'иияя яадячэ ни теме «O.icKipoc гатнка»
Как iiaiijijiuicii LLhu-p 1.11 ряженhluth >. cicip ктагкческого
ГИ1Я. tO 1^3 II ЮГ О ДГуМЯ О Щ HKOBUMIl ПО МО IV НО. НО
I ротной 1,!зожпыми по пику зарядами в точке t. uliiiijk. но
Y.'U'iciiiioii от эзрц.ь и (р с 5 5)
Как направлен исктор «л рхжепиостн i.iCKipoerai ifiнекого
и m. с^планпого ..и\мч и.ншаковимн .принято;» нмчн
i рч.чдмн. в гочке И Ллпилкиио v'lareiniolt oi i-p>uos
о_л
Ускорение ceoHadii i.-<j nadvmvt iiywuUMaijUt wive ххкирс-
tuc) fCKitpcmti, ttpaafpenusevoc tncjj.u :ot> cteixruwv
jjjaemr:. цшнмоИ citm eCiti x ;>на-р\'икши HiCiti ых тех
(пмвмм. jt»it>/. I'via vuxi'^w ,ieR--d-i :-_ая на xw
ujccoh m иг\щ и It Bcpxiioerit JeU.lli.; .ища
!•
U'
H
К"
5-5611
129

С кл ватечыга увеличение рзестоя тя между нрнтяш-
нающимксц Челами н CD раз приводит к уменьшению их
ускорения и WJ pat ТЭто означает, что ускорение /пела под
действие» гравитационной силы /■" обратно
пропорционально Htaitpaim, расстояния между тгъачи Согласно
второму закону Ниотонд ускорение тела прями нропориис-
налыю г-йствукнцей на него силе Сдсчолитсльно, сила
гравитационного притяжения д«ух тел я * прапор-
циоиаэьыа Knadpatttv расстояния между ними
Idk как вес тсяи пзлиоп на Землю с постоянный
ускорением g, то ipa нтанисяншя сила. действующ.™ ia тело масса!
hi со стороны Земли сопаспо второчу закину Ньктгона
имеет вил F - pig
Если сил*. текетиуюнця из тело массой т.
пропорциональна civ мзосе, то сила лебетаующая на Зсм~ю.
пропорциональна массе Земли A/ П« третьему закону Ньютона '/ти
силы равны но модулю Следователь ю. сияа грая аци -
мол? gjauuoaeucmevs тела, и Земхи прапорци ал а
произведению их масс
JI Нъюпт)! отслелнл chjiv притяжения двуч маТСриаЛЬ-
НЫХ ТО*1С«
Между любыми двумя материальными точк \ии деВаяву-
еп. сила шюимнаго рритяжхчия пряли> пропорциональная
произведи гию масс эягаг точек и обратно пр п рциожиъ-
,тм,
_»
%-
ноя Komtyxunv расстояния между ними f = С-
. гдсО
— грамггацноЕн ая постоянная Г| аннтвшюмная ош
Притяжения направлена - вдоль пряной соединяющей
ыатср luiiiiuc точки
В I7<j$ i гравитационную иостояш по изморпя английский'
фюик Г. Калемдиш с помощью крутыяшъа веса* <рис. 5 1\
Два шарика /. имеющих одинаковую массу щ,.
укреплены на концах лс! киго кгромнеча 2 подвсигениото на
vnpvroft нити 3 Шарики |амалтея па расстоянии г oi
Лолсс млеет иных tuapuu 4 uaccofl in,- Под денегьнем сил
притяжении чалыч шаров к болыниы коромысло
к-
Вращая вмп. нэменксы объем гам. содержащийся в
[\h]ipnposai ном сосуде Обращаем ш til на л не на локалгимя
нанометра
Опускаем гофрнрошипшн сосут, с raiON и сосул с горячем
водой (рис 4 5). С шиышешнч тсыперзтурн rata покамнкя
манометра изменяются
Делаем вьшед с yuciii.fuciiHCu оГплма га*» давлп ве
увеличивается при постоянной температуре 1 с виолылется
закон БоНяя — М-рнша
Д- *•*. Г-сяш1
А '.
При постоянном обьсис с увеличением температуры
даалепке \вслнчнвастся т с выполняется ikkui Гсй-
Люесака
£l-1l
Pi V
~ tuast
*
X
Вес юсы Jiitu сила с которой тело действует но опору
клг подвес Вес тела равен i о модулю к противоположен но
направлению силе рсакиин опоры пли полвеса т.с силе
упрътостк опори или подвеса
Сила улртгостк приложен» к телу * ко. тела — к споре
h'ik noiuccv (jpiio 5.2 )
. О
Л
S777.
It
и
777/77.
Ф^
А
Ги-. 5 2 Гис 5 3
Пр» движении тела вместе ч, опоро* вес тела итмешкгся
1-*ли тело «месте t on pull движется bhhi с уско(нмшеи
la ж g) то iwx тела егпнст мо ыне -км котям тело
покоились На тело rchctbvci сила тяжесгн
"Я
я сила
А"
1 Т
f, У
П 1
V//S
•£
О
Рис 5 4
реакции опоры V (см рш. 5.3 J
д 1 lo bicjk mi iJk4>nv Ньютона
A'+Mj^sma
13 проскипн па <ед ОХ
—.\' + mg та. А" = mg—яю
Вес хела Р ни мелуяю равен
саде реакции инори Af (по
третьему элхокх Нывдчшд),
ткгэтому Р т m{g -л)
КЛМ ГС1 > ИМС-ГС Z ОПОрОН ИЛИ 1Ш.1Г1ССЧМ ЧЗНЖС1СЯ С
wкожанки которое i anpai ici п тик *с kjk ускорение
ъВгГчяншо н^чения тс wo цес мешяс iic.es покоите к с я
гсла 1-сли тс:ю *. oirajioh pcivo полнить tocpx со«Гицип
\с1п>рс.1Ке нинраГчс! ног всерь (рис S 4) то нес тела
ibcih4m:iucIi:iI*
Но iic^cwv з л KOI И lti-^ТчЦа £' + nt~l=ma
Ь проекции на .«I. ОХ ,\ ~mg -ни A -atg-rma
К-
130

БИЛЕТ №6
13
Х-
.я
^сле^лк*^
£
it
'С.
Рис 6.1
S. Co- u треашш скильахаая. Cb.ii упругости.
Заков Гуса
Сала гпрсниж — сияа, шсгиштчицая при е р остяс-
ямм нощшиам! таъ лрглямстф'кмчая до «т#госм-
тсинанф перемещению, тсигро&тешмя шдаяш коеерхно-
епш сминимсмовсжки.
Пр соприкосновенен твегиых ты возможны три bhji
трения, трение пока*, трети скольжения, трение квчсиия
Сидя трения сколъже тя
Всегда направлена в сторону.
противоположную относитсль-
Lr* ноя скорости соприкасающихся
тм(рис 6.1).
Копи возимпст днжаои
одного тела со поверхности
другого, связи между втсйшм
посоовлчишо неподвижных тел
рвэяьшвклся. трсвне уменьшается. При Д*ньисЯив?м относи-
тельаем движении тел трата остается посгаяшлш м
становится меньше вазы трения иокоа. Сила троима скольжения
проперинияыыи силе иорьшыюге дввасши м,
следовательно, силе реакакн споры: F ■ р N, где р — коэффициент
трсним евпяьжеяня. яяторый меньше вмэффяявситя тревня
покоя я эаикит от свойств солримешошкея поверхностей.
Ко>ффкии гг трения не гввжнт от площади
соприкасающихся поверхностен н от отноекгслънего положения тел.
Сняв трели зависят от отноентел ой скорости тел. Эта
зависимость состоит в том. что при изменении направления
скорости тыснястм ■ направленно силы транш Трские
между соприкасающимися телами наливают сухим трением.
Для уменьшат* тремия применяют смазку. В результате
сма ва тсяо движется, соприкасаясь с жидкостью нлн газом.
В этом случае тоже возникает сила, параллельная
поверхности соприкосновения н i правления против движения.
Силе жидкого трения, ш огда се называют силой сопротив-
лс 1ия, много м им с сил сухого
х-
14
Эксверямсапгальяо была установлено: вря
малых деформациях ■аяряяшвас ярямо
■ваиорввояадьво отжесятслышму удлявевинс
Опюоятелшсс удлинение с Сера он сю модулю, так вэп
аякон Г «а справедлив не только для деформации
растяжения, но и. для дефоры цяк сжатия. II этом с~)чос
относительное удла ис будет мсныие нуля.
Коэффициент ирадорцлопа.-ц,цостн Е. входящий в ironi
Гуха. игылшит ыид^леч упругости, и, н модулем Юша
Модуль. Юнга для болииннства материалов опрелсден
экспериментально, исходя из nouiiyyicfl формулы. Моду ь
Юпгя хдрактерюуст сопротивляемость материале упругой
д <3" и»мацнн р стяжен ы к. и *-жагня.
F Ы
■ = — и e-C-t,
.V /.
Еа R в формулу о ш е\е\ подставим а- =
псяучтш:
S L
Отсюда f
■fM
Оболяэткм
Тлюш обрнхш, жяалжость к
^ = й .тогда F.ftjiiJ
сгержш прямо ттропорцноюлькл протседсиню мод>'ля Юнга
п ллооаихь поперечного сечепйя стержня и обратно глршгор-
цноналъна сто длине Закон Гута исполняется при пеболыпнк
дс^юрмлхиях. Мнкснмнлыше шпрексяис (рис 6.4), при
котором викшняется сип закон Гута, называют сфедсяоы
пропорцнопалыюстк Если
увеллчнхзтк иагр)тяу. то дефориа-
опя становится ислш1сПной.
напряжение перестает бить прямо
■фоннртдональкым сткосктсльмо-
ку тдлняепнп. Однвяв при
небатыинх йслшейных тйрорми-
ккдх после стеггия нагруии
формл и размери тел* прг!л«чс-
скн восстанавлвяшотся (участож
АВ диаграммы).
Рас 6.*
&
К
EHvlFTJ«7
I. Работа. Мсхвав-кскяя эвтргжя.
cvbb ■ ■отевпва. вая эвергва.
мгхяевчсской эвер вв
15
Залов сшрявевяш
А
Рас 7.1
Есля кв тело действует
постоянная сила р и тело в
вапраиленин действия силы
сов ршзст перемещеико 5 , то
говорят, что оста совершает
работу А. равную пронтведс-
нню MOTyicR векторов силы н
перемещения на косинус утла межа? этими
векторам. <Р"с ?■№ Л«=/"*сова.
Едшлиа пзмерсныя силы — джоуль (ДяО.
Работа равна 1Дж, если она совершена
силой 1 Н iu пути в 1 и:
1м 1Дж-1Н-1ы
Работа — веппнка сжадярная. т.е. ас
нмсст капраяленнд. Если на тело действуют
■вхтэтлько сил, то под Р подралучевэстся
резуштнрующля всех сил. Если сумы*, всех
сил равна 0, зяа'Шт равна 0 н суммарная
работа всех сил, хотя каждая действующая сила, совершпет
работу, если тело перем шается в пространстве. В атом
случае работа одних сил ползхопелыа. в других отрниа-
тельях Положительноа считзггел работа сил, воторые
сонаправлскы с пвреысакякем. отрицательной, если робота
сил противоположна перемещению, Налрамор, оря подъеме
груза работа силы пзтяжсыкл положительна, а работа силы
тяжести—отрицательна (рис 7.2).
г
(при паденнн иотенцналъиая энергия тела уиснь- * л
ишегса). Нотснцпальной SHqirncii обллдают н щ Q
покоящиеся тела, так как от скорости
потенциальная энерпи ис зпймскг, а эавнент только от положения тела
относктстьно выбранного нулпого уровня. Однако работа,
которая совершается ори перемещении тела» От выБранмо о
потскшильного уровня не зависит, тая как она равна
нзмспскию потенциал ной энергии. Дтя вычис сши работы
сады упругости подо среднее значение этой величины
ум ожнть на перемещение, так как силы упругости при
двкжнян ммеизаотся, оосхатььу кшскястся удлинение
пружины: A*/-' (xi-xl). Среднее значение сиди
упругости находят in огределстм средней величины о математике
" г 1
сред! сс шаченис
силы
ynpjTOCTU
-1 Ах?
в выражение для ркботы и получим:
S-«
Работа си. и )Ир«тостп твнечт от коорля-
Pnc.7J
протняополошидм знаком л
~9-
\
Рис М
.и
Рис. 7.4
ват начллыюто и точечного патожтлшй теп Бстлчипу
— наливают потенцилльной- 1сргнсй дефорштрованиого
тела. Работа силы уор>тииги равна нэмслснюо-
потенциальной энергии ynpiTo деформированного' тма, витому с
^i_S.| ГаСспаеилы
,2 г)
утру гости нс la исит от формы траектории, а ест трвеьто-
ряя иыхпута. то работа равна 0 Способность тела
совершать нманкческую работ} upjErcpKJver фнанчеоом
вслкчмма, которая получила наив с мехдннческой
знергнн. Полная кеханнч-с и анерпи схллдываст на
кинетической и потеццшиыий >1сргик, Кинстнч.с«сЙ
анергией обладают все движу caicca тела. Если на гсдо
действует сила J- и тело совершает исрсмещ не ^ то
работа данной силы 4-F*uaa сою = I
Согласно второму «коку rUioroiia. F-та
К-

По мерс увели1 ckiw гагруэкн деформация нарастает
быстрее. При некотором значении напряжения,
соответствующем на ди&'рамие точке С, удлинение нарастает
црактически Безулехича ия нагрузки. Эта явление
называют текучестью матсриаяи (участок СО}.
С увеличением деформации кривая напряжений начинает
немного возрастал» и достигает максимума ■ точке Е. Затем
1сшрхжсинс pciko спадает, и обра.кц разрушается (точка К),
к. разрыв происходит после того, как напряжение достигает
максимального значения, кпываемого преде ом прочности.
Эта величина зависит от материала обозлю и от качества сто
обработки. Тел, не обнаруживающие остаточных деформаций
вря сравнительно больших налряжеишх и деформациях,
«взывают упругими.
2. Эьхперимсогязьвое задание во теме «Магивтвос
воле»: ваблюясвве влавмодействвв постоянного
магната ■ кятушкв с током (шла обнвружевве магватвого
вола проводнике с током ыра buhooib мягявтаов
стрелки)
В вашем распоряжении иисстса проволочная катушка,
соединительные провела, разъедините, ышй ключ,
источник постоянного тока, дугообразный мапигг, ындлиаьшер-
ыстр
Соберем
электрическую цепь согласно
я рис. 6.S.
I. Поднесите к внеа-
шей катушке напоят ш
после этого замкните
ключ. Пронаблюдайте
движение мотка.
2. Выберите несколько вариантов относительно катушки я
магнита. Укажите напраалагке van юного подл,
направление тока и предполагаемое движение катушки относительно
магнита.
3. Применив правило правого винта (правило буравчика) в
правило девой рукн, проверьте правильность
предположений о характере и направ, шш движения катушки.
к-
&
PHC.6.J
х-
УЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ
Ркс.6 2
трети. Например, воров невозможно
CIU ШуТЬ ПЛОТ, КЛХОДИПОЙСЯ ИЯ
берегу, н довольно легко это сделать,
если плот находится в воле.
Для уме u>mcifiu сил солротаале ни
движущимся телам прчдлют
обтекаемую форму. Обтекаемую форму
имеют самолеты, подводные лодки,
рыбы ■ животные, обитаемые в воде.
При деформации тея изменяются
расстояния между молекулами
вещества, в деформирующем теле возникает силл.
препятствующая деформации.
Сила, вызванная деформацией тел и препятствующая
изменению объема тела, называется силой упругости.
Причиной деформации является движение одних частей
тедл относительно других. Особенность силы упругости
состоит в тон. что она направлена перпендикулярно
поверхности сопрнкос ювення тел. В пружинах, стержнях
и и) урах сила упругости направлена вдоль нх осей (рис
6.2).
Сила упругости, втникиншяв ара дефариаввв теля,
врипорцяовяльая уллввеовю теле а ■яорввлева врота-
вовчьзожао ■ааравлеяаи нсрсмсщсвва часта* тела
отнисятельво друз на частая ара деформанвв. Эта
ваввсазюстъ яоевт вазвяивс эакова Гукв.
Если тело восстанавливает первоначальные формы, то оно
обладает упругой деформацией, если вс восстанавливает —
пластическое! Рассмотрим деформацию растяжения
твердого тела (рис. С.Э).
В любом сечекнн дефор-"
шгрованного тела
действуют силы упругости
препятствующие разрыву
этого тела ил части.
Отво-лснас модуля евлы увругоста F к влоталн
яомречвого сечепая S тела вяэываип неяяввческвм
вапрвжевнем: <т ™ЛК
р--МщШ2£~
15
Рис.6.3
*
Я
Подставим это выражение в формуту работы, гюлучим
на1ывают кннетнчесюй
A^HzL-UlL гзанчниу ?¥.
11 2
энергией тела Et - Энергия (так яс кик и импульс) имеет
свойство сохраняться. Рассмотрю! замкнутую систему тел,
т.е. систему, гче тем взаимодействуют только друг с
другом. Тсча в таком системе могут обладать и
потенциальной энергн it, и кинетической. Изменение- потенциальной
энергии тела, витой со знаком минус, райю тиснению
кинетической энергии системы, тс. совершенная работа
силами тяжсези ■ >пругости записывается
Л~-{Е„-Е„) . во эта же работа раякя A-E„~Ft,
Отсюда видно, что при возрастания одной энергии другая
уменьшается, т.е происходит превращение одного вида
■ергии в другой. Сумму шнсчичс.хии и потенциальной
энергии нзлывают потней механи^ыскоб энергией. Полная
ысхлнычесыд энергия замкн>тсГ> системы тел, аинмолсПст-
в>тошкх силами тяготения или силами утф}тостн. остается
mchiwcki н Это формллировка эаизнэ сохр, ненля э^гсргин.
Закон сохранения механической э ергин сир iw.xub при
отсутстаин сил трения, т.с в системе не прон хсгнт
перехода Mcxai ческой энергии а др>гнс веш анерг ih.
Элтоны сохранения позволяют по нл ильному состоянию
системы олредеЛ1ггь се коксч юс состоим к. не выясняя
величины сил виииолейсг&ия При риссмотрскии работы
силы треннл надо использовать закон сохранения полной
энср( ни
X. Кячкгтвсвввв зягачв во разделу «Милекулярчая фгоик*»
На рис. 7.5 пгэсдспвлсн гра<1)« *п гененля давления в
засисиыостн от тсмпсрлт>ры ля некогерой массы кдеаль-
hojo газа. Как при эюм юиснллса
объем газа?
Соелинш начала ксордннзт z не-
■ / •- ска, ьнми точкакн на графике Прове-
Ч*7*у денные прямые являются гшхорамн
V/ • LbuciuM прямую 1-2. Очсшино, что
при темиерат тк 7\ объем 1\ больше,
чем Г), т.с объем пш а э~ом процессе
>т5слячнвался-
/
г, г г
■'7'
К
■ L
Рис. 7.5.
V
Если ндлравлеготе деПствня силы перпендякутяр-л) пере*
ысшекию, то и работа этой силы равна О ( созФй°~0 X
Например, вс совершает работы сила, которая заставляет
тело дичиться по охружжктц рис. 7.3.
Рассмотрим работу силы тяжести (рис. 7 4). П)тгъ тело
ыассой т свободно гадает с высоты 4 до высоты А,
отно^нтсльно выбранного нулевого уровня. Направление
псрсмсшскня я действия силы тяжести F = i*g совпадают,
следовательно, работа силы тяжести равю Abmsffy-h^
Если тело брошено вверх, то работе силы тяжести будет
сгрнштильная A^-mn{ht-hl).
При двнже ыш\ теля по наклонной плоскости работа силы
тяжести равна A = mgscosa . где а — тс* угол между
вектором силы н векторсм псрсксщснля Но хсоса-Д,
следовательно, работа равна A *=mgfi Если тело движется
но некоторой произвольной траектория, то ее можно
ршбить ьш ы южестжо наклонных плоскостей. Полная
работа па всем пути ровна A -mgh, *mgh1 +.., где Л —
общая высота подъема, т.е. А = mg.h. Значит, работа силы
тяжести ие зависит от формы траскторнн тшокския тела.
Работа силы тяжести рав ia пронзведенню силы твх;сстн io
разность высот в начальном и конечном положении. Бела
тело движется вверх, то работа отрицательна, при движении
вню работа ооложкгслыа. Работа силы тяжести на
замкнутой траектории равна (I, так как происходит алгебраическое
сложение равных величии с разными знаками Величину
m.£h iLTibroaioT поте [опальной энергией тела. Выражение
для работы силы тяжести можно переписать
Работа силы тяжести равна кзмакшоо потегеиналъпо!
энергии теле, взятой с противоположньш знаком. Знак
иннус означает слелукхцее. Если работа силы тяжести
положительна, то потенциальная эверли тела умеиьошетев
5^

БИЛЕТ Jfe S
17
1. Мсхаиачсскас шх-сбаваи. Свободные
выпуж-и |иые колебания. Резонанс, Прсвращсвас
Kepi aa ара мнааачссквх колебаниях
Механические колебания происходят под действием силы.
Пропорциональной смешению н направленной ему протннопо-
яонаю. Такие колебания называют хармогтчестми.
Гармонические колебшои можно рассмотреть на примере imyxouuiora
■ситника. В отсутствие енл трети колебательная система
ямдался консервативной, поэтому дм нес выполнясти закон
сохранения полной механической энергии:
Et*E = ЕЫ+Е Полни* механически энергия прыоин-
чоскнх колебаний гролорскокальна квадрату их амтпитувд:
Еш^~— Сростоы энергии колебаний возрастает ил пмплк-
г
тзла: А - J— . гае к — жесткость пружины. Ках видно ю
формулы, чем жестче пружина, тем меньше амплитуда
пйобакнй. Полная механически энергия гфмоинчсскнх
яшебаннй пружинного маятника сохраняете*, а его
кинетическая и потенциальная энергии непрерывно изменяются.
Потенциальная энергия гармоюгесма колсшнкй зависит от
fa1
■вордккаты: f =— КннетнчссоГ и потошкальна*
эыфгпя ыаягкнха (ряс 8. IX согласно закону сохранения
энергии, равна полном механической -мкргкп.
mvx кх1 ^ tut4
2
2
£
К
к
■А 1
г
Жи
) А У
Рнс.В.1
Рис 8 2
»
Дч определенности будем считать, что ■ начал-
18
растянута (xt- Л) п неподвижна ( v * " 0). В этот
момент сила упрутости пружины /у^ > F. т Г..
Если маяткнк отпустить, то он ускоренно начнет двигаться
влево, а лотом, сжимяд пружину., возвратится в
первоначальное положение. Затеи процесс повторится. В системе
возникнут вы гужденкыс глрмомгческис колебания с
частотой о вьшуждаюшей силы к с амплнтулой Л:
r=.-1cos а I.
Чтобы наГп-ii амплитуду вынужденных колебаний
маятника, воспользуемся вторым законом Ньютона- По оси Л" иа
маятнкх действуют сила упругости пружины F -*-Jfcx ш.
внешняя л рнодичеекдя сила Г„ поэтому второй икон
Ньютона имеет вид; me*" -fa* /-".cos ui /.
Используя выражение для ускоренна при колебательном;
движении tu - а1 А со» o/i формулу х /fees * Г,
запишем второй закон Ньютона в виде:
~та>'Ао(аоЯ **-kAzasat + EtQQsaH
Сокращая выражение иа cos "l и учитывая, что к
- та,4 . получаем выражение для ампл1птды вынужденных
колебаний:
А —&
wC^i - ft"')
Как следует из этой" формулы, амплитуда вынужденны*
колебаний зависит от частоты вынуждаю цей силы. Для
построения гр фикя полученной завненчистн рассмотрим
гфсдсльиис случаи малых и Больших частот
• При «■ OF,- ft. Т.е. иа ыаятилк действует постоян! а*
сила, не зависящая от времени. В этом случае к -Л
*-\
mtut
Получен! пс соотношение определяет статическое слеще) ис
HU1HHKJ.
&
>*
При резонансе внешняя еп* действует старой- л g*
но со свободными колебаниями системы. 11а щ JJ
протяжении всего периода свободных колсб» ий
вяарашгсннс внешней силы F совпадает с направлением
перемещения Ах колеблющегося теле.
Работа, совершаемая внешней сияой. яри резонанс*
положительна, поэтому полная мечзн псская - энергия
системы E-Et+F&x постоято возрастает из-за
резонансного погяоще пи энергии. Быстрое увеличение энергии
колеблющегося тела ведет к резкому возрастанию амл. иту-
ди выпужделиьос колсбиий- Л-J^ Именно с этим
приближением ашоио стрсмленне ■ бесконечности
амолнт>-1Ь1 вы 1уждсш1ых колебания ори резопяисе
Потери энергии на mjXHUt приводят кумгнытиша полней
механической энергии колебаний н соответсюфекно к
уменьшению юс амплитуды.
Изшсстко.. что для прскраякиня раеллескявакия воды в ведре
необкодичо изменить темп кожбы, при этом шысяяется
частота внешней силы. &ьпы ающкй резонаксцые коясСаюи
■ОДЫ- Избежать нежелательного резонанса можно, кшоиа
частоту сибспминых колебаний системы. Пластн, ни. прнгрс-
пвенный а црпре окоешого стекла, проотир-иддет елъ
Арсбезжаняс. huu игакхцее при проезде аатоматшт мимо окон.
tu кок эффективное- увешчаию ыяссы стекла изменяет
частоту его собствсшплс колиба гнй. Мосты в Лнжсре в 17S0
пив Петербурге в 1906 г. были рлзрушеиы в результате
резола! са. Частоты строевого шага марширующих военных
совпали с частотой сибстаениых кодсбаний моста. При
венлетрясешеи разрушаются здания однивхоеоВ высоты, так
как ах собствешмя частота колебаний оорсчедястса
высотой и совладает с частотой колебаний оочвы. Явление
реюнцней кеъшоялат е помощью сраеиителька малой
силы танучить питательное у*с.шч*ниш вмюиту&ы
шапеНагшй и вюэтоиу асполыустса т аабршмшважх, ■
гораолобивамшей аромышдснаости, • также врв
аязрабапса мерзлого грунта. Вснолиусгса аалеяве
реэоааася а раава, тслевалсвиа, мсдацвяс, ассаедоваив-
■я. Вселеввх)*.
20
БИЛЕТА 9
1. Возввквовснне атомистическое" гнаотезы
строевна всшества в ее экспервчсажальиые
доказательства. Н^вльни! т. Освоваое ураввенве мазесуларао-
квветнческой тсораа вдси.и.яо10 газа. Абса1нлтвва
температура как мера срелаей квастаческой эусргва
теп -locum дважевнв частиц вещества
В осно с ма1скуляр1Ш-кннстнчсскоЙ теории строения
вещества лежат три утверждения: вещество состоит из
частиц, эти частицы беспорядочно движутся, частной
вмнмсдеЯствуют друг с другом. Определим ралмери
не скул. EaiH иаСзюдать. рлеплыванис к ислькн масла,
например оли кового, по поверхности веды, то масло
никогда не займет асн> поверхность, если сосуд клик.
Нельзя заставить капельку объемом 1 мм расплыться тая;
чтобы она звнялз площадь поверхности более 0,6 м1 Можно
цредцоложнть, что при рдстскаиии млела по максимальной
площади рно образует слой тшщииий всего лишь в одну
молекулу. Тазщи iy этого слоя нетрудно определи гь V тем
самим оцепить размер молекулы олм кового масла. Объем
V слоя масля ровен П(ютоедсиню его площади новерм осп
S на толншну d слоя, т.е. V ^ Sd Слсюоатслиго. размер
молекулы оливкового М2сли раьсн:
J _: ^-j*L7-10"tcm Размеры молекул больше
6000 сы'
размеров атомов. Диаметр любого атома имеет порядок
Ю"*см Эти размеры так малы, что HV невозможно себе
Гфсдсгавнть. Если паяьны сжать а кулак и увеличить его
до размеров земного шара, то атом при том яга
увеличении станет размером с кулак. При очень малых размерам
молекул число их в любом макроскопическом теле
огромно. Подсчитаем приблизительное число моясгуя в
капле волы массой 1 г и. следовательно!, объемом I см'
Диаметр молекулы воды равен — V10~*cm Считая, что
каждая молекула воды при вдеткой упаковке «олс*ул
заннчвет объем ( у.щ #см )*. можно ивнти число молекул в
капле, разделяв объем капля <1 см') на ибьс*. чглгиииняиЙ-
с* иа сдн> ысосгу-у
К-
133

• Бслн чистота вьшгатакчиея силы меньше частоты
собственных колс&а! В I о <с\ ). то при увеличении
частоты а^ ораапость ( д^ -а>: ) В Э тмеоатслс дроби
уменьшается Это означает, члк» при частоте ака,
амплитуда вынужденных колебаний увеличивается с
ростам частоты (рис 8.4. крипал /).
• Мри большой частите ы частота шлгуждаюшей силы
существе [но нревосхолит частоту собственных колеба-
u«B &>аь В этом случ с вешчм! ofi <ц в знаменателе
выражения можно пренебречь по cpiuucmwc 0
'-А
пиа
Аналогичное выражение амплитуды было получено при
описании вынужденных колсби ни тела, не имеющего
положения устойчивого равное сит, т. с ирн отсутствии
пр>укиы.
Алтлит Од яынуж&енных колебаний обратно
пропорциональна квадрату частоты а При частою? a»OL
амплитуда вынужденных колебаний убывает с ростом
частоты. Загон уБнвапия — к вдратнпл гипербола (см.
рис 8 4. кривая /).
Гели чястста вынуждающей силы приближается к
частоте собственных килебаниВ ( *j -»«ц, ). то
знаменатель вираже шя стремится к кулю D этом случае
амплитуда колсбд! itfl резко возрастает, стрсылсь к
бесконечности при о>-=щ
Резонанс — жвяеми* рсяксяо швярасШтния амшныгяуды
шыпужОеыных колебаний шгри совпадении частот н
та ишгй килы с частотой с бсипеьшшх колебаний
системы.
Рпаиансная кривая — график завис имое&и амплиту&ы
вынужденных колебаний септеты вт частоты ихнен*-
ныл внешней силы (рис. 8.4. кривая 2}.
Я
к-
Нкрмс.8 I изображены графики зависимостей Е, (*) ш Е. (г)
I втещгнальная 'urcpnu максимальна в течках поворот*,
когда х - *А, и ми иы^льла в положении равновесие при
т - 0 Ки1 стнчечеая л ргнл. наоборот, минимальна в точках
поворота и максима, па в положении равновесия.
Колебания, щ« сходящие под ■кЯстииеы виутренннх сил в
системе, вы еде В И1 j сложения равновесия и кредостая-
лсшон сомой себе, наэи шаг свободными
Уршкинсм коорди вты движения маятника валяется
уравнение к к Асоно/. <Д£ ль — циклическая частот*;
C^c2jrv. Циклическая частота покатывает чнеяо яслеба-
Пйв'Эа 2я секунд.
Свободные колсбаи и являются затухающим!, т.с
амплитуда уменьшается с течением времени, так, как в реально*
системе механическое движение всегда сопровождается
трением (рис. 8.2Х
г-*
VTV
.-II',
■д.
1 *
и
F,
--с
1
\'-
',-*\
■А в X « Щ. 1
Рис. 8 3 Ряс. 8.4
Сияй трения, тшравленжые аротнвалоложтю оерсмеше-
иню маятника, совершают отрниатсдыгую работу, уменьшил
cm механическую энергию.
Рассмотрим характерные исобенности вынужденных
колебаний в системе, в которой возможны собственные
колебания с частотой юЛ в отсутствие внешнего гшдейст-
вид. Такой системой является, например, пружинный
маятник (рис. 8 3).
Предположим, что на горнюнталыгыв пружявныЯ моятнл
ыаосоП и (жесткость пружины к) по оси. X действует
периодическая ш сшнял скла/^^/доэ Л I.
*
н
А'--
1см"
■-3.7-10"
Р-11Г")'сы*
Прат каждом вдохе вы захватываете столько молекул, что
если бы все опн после выдоха, равномерно раондосшямсь в
атмосфере Земли, то каждый житель пдврсты при «дохе
палу он бы 2-3 ыалскуяы, побмвавшис в тяшкх депо».
Массы отдельных молех] i и атомов очень малы.
Например, в 1 г волы содержится 3 7-10° ыолску1. Скдоввтеяыю,
масса одчой ыояск> ты воды (Н30) равна'
\7-ltf1
Массы такого же порядка имеют молст^эы ярутЛ леохств,
всклочвя огромные молекулы ехквническнх вешеав. Так как
массы модолл очень «алы. добю встюяьтовать ■ расчеии вс
вСсодилмыс ткачеяд масс, в спюевтавшые. По мекаушрцдмэ-
му соглаохшво массы всех игонов и ыодсхуд ершпивзкл* с
12
массы атома >тлсрола (так квывиеки угзеролнзл иошизлшмыя
масс) Относителен П ыолсигу ирной (или' атомной) массе*!
вещества И начывакэт отношпас массы молскуты (нам жкшц)
2. Э«н пвмевггалыаое шдаввге во теме «Элемсагты
термоджввмввтви*: жоетроевше грвфвкв иаяевмоствт
темвературы от времевш остыяянаа воды
В вашем рас цэрлженнн имеются сгаин с говвчеЯ ваяоМ.
СалииоЛ craraii о холодноЯ вадоП (стмаа с горячей водой1
доджа! помещаться в стакаи с кололноа водой), термометра
чаои С CCjcyiLliitfl лрелкоЙ.
Oitj'cthtc TcpMoitLTp в стаглп с горячсИ родов н через
равные оромежуткв времени ипшантс покжзвши т«рмомст-
ра. Дав ускорения провесов можно опустить стакаи с
Гвинеи водом в стекая с холодней водоИ. при этим нооЛко-
днмо иедр*д)ы*но помеши ать горячую воду. ПоотроЯт*
график ЭВЯШС11МОСП1 теиаср11т>ры от времевш осгыояннд
води
sv данного вочесгоа к —
12
массы атома угдерода в^
М-
Й,
I
12 *
Огиоситсяиом; атомные кассы всем xHVinacun шемошоя
точно гаиерскы. Склалижм егтноентедьиые атомные массы
элвмсшти, в-уодяпак в состав можжуяы веяясствэ, можно
вычнепжть относктслыг>х> ыолжулдрвую массу вещества
Количество вещества изйбадес естоственво было бы ■mccpm
чмехм молекул или атемоа в тепе Но число модскуд в якяпы
ыакроскопнчесхоч тек так оешко. что в расчетах используют
we абсолютное число молскуя a on оситеяьное. Ъ Мсхлукл-
ралкан систем" единиц количество вепкегса - вырамиот
в молях. См-м моль — это количество вещества, в
котором содержится столько же молск>' жян лтомов, сколько
К-
134

•томов содержится в упероде «весов 0.012 кг 0%Л
Значит, и 1 копь любого всшссгм содержится о.тло ^ |
и то же число атомов или молекул Это число атомов
обешгачаот NA я называют роетиянней Леовадро (в чсогь
iminuoKKura ученого XIX в.) Для опредеиеяня поаспвт-Л
Авогэдро надо шнтк массу <VD го тома углерода. Грубят
оценка; наосы может быть 1фгиювсдсна так. как это бьш>
сдеяано lLnae дм массы могсхуды воды (наиболее точные
методы основаны и» отк. омский пучков ионов эадаромагннт-
иым миэсмХ Гкжггсишную Аяогадро можно определить, если
разделить массу углерода, витого в количестве одного паля,
на массу атома угтер-адз: « —°:Р|Д._- 6,02- 10дммь~*
"* 1.99* Ю*
Непмлкямшке ноль"1 указывает, что N* — чвеяо итоыав в
одном мопс яобоге вещества. Если количество- вешесла v »
2 .5 моль, то число молекул в те~е дг =, у.у^ Отсюда видно,
что мгипестмо явячжтяя у рояяо отношению чнеяя
шиаекря /V я Латам теле К поаяоянкой Леогяйро. т.е. к
числу яюяафя ш /лап eeupemea: vmNISA Огромное
значите постоянной Апотддро показывает, наскидько калы
шисрссвотпсскис масштабы по сравнению с ыэхросхоииче-
скнмя. Тело, ойаадающее количеством вещества t моль, имеет
привычные дм нее м ягросг<з|цчдскне размеры и. массу
порядка лоокотыотх десятков граммов.
Наряду е относительной калехудяр fol массой J/ в физике
и кнмии широко мспааыуют понятие моариая масса.
Молярная массой М вещества называют массу
вещества, взятого в количестве одного ыоан.
Согласно такому оиреде ск ио молярная касса вецдовв
равна прок ведению ывесы ыолехулы из постоянную
Авосадро: A/ =mJiA Масса л любого количества
вещества равна иртягзяедевмэ шхеах онпсЯ молекулы па число
молекул в теле ni = nt^V Заы« ив Кл и А' в формуле их
выражениями, получим v*tnf\l Английский ботаник
Р Броун впервые i иЬдюлтл это явление в 1827 г.. ртосмат-
рниал в микроскоп b-eccic птые в киле с юры i звука.
х-
к-
БИЛЕТА Ю
22
1. Давление газа. Ураввеннс состояния
идеального газа (уравнение Менделеев* — КлавсЁровв)
Нюороцссси
За ндсаяьниН пц принимают ыадсль, состоящую га
материальных точек, между которыми отсутствуют силы, дейстиую-
щис па расстоянии, и которые сталпвактгея между собой как
упругие шары. При токов модели свойства рахигчних гама не
должны существенно отличаться друг от лруга Свойства
различ ujx pi реженньст газов не iattiic>rr от а синфикн сил
взаимодействия между отделы ымн мозекутаын.
Могскуллр о-кинстичесхая теория выяспист взаимосвязь
мокро- и ыавроскоаичеехкх оэрзмлров. Свободный газ может
ксофдннчеи ю расширяться, занимая весь npciocriDJCiiaufl
cOiiCM. Так кк силы прктхжсння между ма1скулз.мн мали
Лаклеикс газа — резуилат ударов молекул. НпГиом
jxaaiCHiic газа, находящегося с цн-игидрихсском сосуде,
напоршекв площадыо 5(рнс 10 I)
Если по-игень раепазожгм лерпецдто тярео ос i X to
даалешк газа ра ю отношен во силы М дсйствчсуасЙ
на поршень влоль ОСИ X, к его площади S: „ ■ —i .
S
Скпа FM является рстультцруюшсП сило i ул ров
молекул О поршень: ft »^ЛУ . где Fx — си. а угара щ| о9
молскули. л -V— полное- чысно уиров кил клл о поризега..
Черта с ерку (знак усреднения) означает среднее якп*:и.йс
силы F, по скоростям молсху-1.
Илйдсы с [ачзла сил улара о поршень одной молскули.
Соглос ю второму закону НыеФли, на молекулу (атлы) со
Га
стороны аоршпя -снет-
вуст сила
Рис 1П I
, Ли
гае Д1> — нзменспис
скорости ыолекуты за
время м-pa А/
*
К
Подставляя полу>1 гп ое рти гезво в выражение л п
(I), ncny'iacu ветошное ура*м ни* момщуяярио- £А
жинетичакой теории идеального газа:
Макроскопическая аелнчияв (в данном случае давление) с
Помощью модели идеального газа определяется зтза
форм)лой через ынкроскошпееше ггарамстры: массу
мазекулы, кот страшии ыашл я срелняй квадрат
ско^^остн их холнческого дяз]жсш1Я. Ум южив и разделив
правую «асть равенства на 2. можно палуигт» еще оде у
форму эвпнен оспоьного урависиня молскутярно-
2 _
кянстячесхоя теории ндслпьаого гззвг „. = _„£. , где
3
£t - средняя кнксткчсскм иергня зкшекуя. В дишав
4зорму1с кокцептрация чоеттш хгроктертусг число ударов
ма.екз'1 о Поршень, я сткглкяя кинетически энергия
нолску1 опрелсляет шгтеысниность одтгого yjupa.
Дсжягние идеального пив раено двум третям средней
кинетической энергии рост папеяъного Леиясения
мачегуя, содержащихся е единице объема.
Если газ представляет соСюЯ смесь ндсальлнх газов.
молекулы каж,юго г»5« ударяют пор^^иь независимо друг
от лр>та R соответствия с принципом суперпозпиин, силы
давления газов, соствялаоших сыесь (парииаяьиые дтле-
нмяХсум круклел по закону Да. ьтона.
Двепение смеем идеальных газов равно сумме порцяояь-
наск давленый входящих в нее «то*»
Наср мер, атмесфериое да ici ис складывается Ш парои-
ялышх даалсянВ взвтв. аэюл^ч>лп а друптя газов
В результате баплюго лсла столкыавонна меащу
молекулами уетзяавлнвае*ФЯ стищиинориог равтеесно* соакая-
чше маа — состилпш», яри котором числа моя куп в
юЛлмиом ишт-рваяе скаростгй оапасгяся постоянным.
Валенсии км макроскиггичрсхим гарлшткш. xnrui^cpn-
зушцкм стацкона| нес раановес] ое евстоянце люиого тела.
ЯВ..ЯСГСЯ его темнеравурл
Температура /тела — м ра средней кинетической энергия
taomtivtcxodo поступямедьшно движения еео момекуя.
Х-
Рассмотрим три разных по вместимости сосу за. а м
капол гм тих р з ими газами- азотом, кнсюраюм ita4
и (сг ,тч. Поместим сначала зги сосуды в Лсд при
температуре 0 ТС и подождем, когда между газами и льдом
устаповнтся тсолооос равновесие Для каждого iau mi-#iio
измерить cio давление и объем Коицситраиию i аза выразим
по формузе
Л' к
я» — .V, .
У \tV * '
где я> — масса газа. Л/ — мвдяриля MJttJ, Л'Л — постоднннл
Агогадри. Пыр^жа не рГ-Л' оказалось xi» btcx \\ cs i зов
идннаково и ра ио 3.76-Ш 'Д« • ^слр' сосуды ncpei сети в
кипящую DOjy. то выражение jil'X тоже булег д;ся v-zc\ трех
гитов оди ш-оео н рашю 5,14-10""Дж величина pVN
завншг занко от температуры, т.е. ыожио считать, что
pV/ti гропсцщлока. ю Tcuncpaivpe За слшыиу nCvit-iior-
иой темпервтури взллм I К. зиачсиие которого раяпо
1радусу Цс. 1.сил
ГЛС к К1Х>||/фнШ1СЫТ npOQOJJIIHOIiill.HtKni. К^Гч^рЫЯ
называют ростияттнсЯ Бильиыана Для вычисления но
-шлицов Ёольцмаиэ паЛдсм раиголь отношения вечнчип /jI'.V
При*« 100 "С-
отсюда в-АН"1.«Н0"Ди.. ,.|Д *£* 3»ая
IWK К.
Ностоин [>ю Бслкцмана, можи^ наигн температуру на шкале
Цельсия
t?;*3.76 1и!,дж т.-*,Т6'|ц»«137.1з1С-оч:
4 1.38 10-"
Достичь вбеолмтпого |(}.1я невозможно В тетошцее
время уд чесь достичь т<.ыпе]нггуры равно* JUOUt К
Вьфажснне E—^tf mcxiiu itcpci иса^ъ »вж в*оУ2
К
135

lo третьему закону Ниотопв па порше п> со стороггы
»
ыолекглы дсНсгвует сила У? - ~Р\ F, - _Ж-
Л/
При
упругом ударе молекулы л порше п. комполагга cc скорости
по оси У не изменяется, а компонента по оса X изменяет
мпраола яе на противоположное Изыа сине скорости за
промежуток времени Д< рад кг Ду «= \v - v,\ ■ 2f„ , ИВ в
и юш — скорости молекулы ло к после удара о поршскь,
vM — проседи скорости мелскуты на ось X. Тогда
2v_
Ь-«.
Ы
Рассчггг ей теперь полное число ударов молекул о
поршень. За промежуток врсыс га Ы с поршнем сталкиваются
только тс молекулы, которое успевают долететь до пего н
это время. OtiH иихолятся в цилнцдре объемом &У о
оскооиниси S и образукндсв V. &t Сделомтслыю, полное
число уларов молекул о порам ь равно числу этих молекул:
A.V ■ — п&У ш — нЭТ'^д/ где я — концентрация чвепщ
(чвело частиц в единице объема). Множитель — введен ■
формулу в езлн с тем, что ередж всех молекул, хаатнчоскш
движущихся по оси X, дгепь поло или язе движется *
положительном и [фввяенкы осн. Объединив ухе кисетные
фориуяы. находим дамелне газа и поршень'
1 r$VwAi2M,v, _,
Вследствие хаотичности теплового чвкжсшш натекал та
движс| не может происходить рал юверогщо ■ любом
напряяле кя. Поэтому средние квадраты иоростн по ослы
X. Г и Z раины: *2~КЯ°! Но Г--и1+и) + 0шш
равны:
это выражение
но
v* ч. F; +EJ +i£ ■ 1\?ж
скоростям.
. соответственно vt = —-
Усред-
ШМССМ
х-
Сейчас дти пзЛно, пня броуновского движения
используют частички кроет гуммигут, которая «"рдстрорима в
воле. Эти частички совершают беспорядочное движение
Это движение 1шк> г а 1 с прс-ращзстсл.
Броуновское двнже гас—тепдооос движение, в опо tic может
ирофлптгьсд. С уьелкчагаем температуры ютенси кхть сто
растет. Доказать сущеелкжшшс значительных сил ирнтяжсинл
мск^у атомами в мсгехупами несложна Пет бы между
молекулами lie существовало сил прктяжешы. то нес тела ирн
любых условиях находились бы только в пиооГрчзкон
состоянии. Ио одли cuiu притяжения не могут оГххиечшъ
существования устойчивых образовании из атомов и молекул
1Ь очень малых расстохлнях между молекулами ойяиге. uio
действуют сшы отталкивания. благодаря этому молекулы не
нроннюют друг в друга и куски вещества ннкогла ис
сжимаются до размеров tw-ой молекулы. Молекула — это слоит
система, состоящая п отдельных эаряжо них частн:1
электронов к атомных ядер Если молегуты находятся ш расстояниях,
превьаааюшш их размеры в несколько раз. то силы взакмо-
действпя практически не сказываются. Силы между агеггране-
ски нейтральными молекулами яеляотся корогко'кйствую-
паын.
При дкщеЯдкм уменьшения рвестояши ятапрош ые
оболочки атомов i чннают исрскриБэться. в межл)' ишекулв-
мн вшпкхают бистро нарастающие силы отталкишюм.
2. вСвчесгасвяяа задача во теме «Магявгвое вате»
И однарвдлос малитпое поле юцухцмея t со оосростио v
влетает чветнпа массой м к зарядом щ
перпаинкупярно янтшям млюгпюй
щндукцнн. Как булет ялигаться эта
частиц» в MiTHHTHtw nme?
На лвиж>1зуюся заряяхиную частнцу »
малютки поле ляктиует сн-.n Лоренца,
которая яалравлаи н^^поит^'лярко
схоросгл движения члетиии. ciuceurcib-
ио, чястнцв будет даипшея оо с^ружио-
стн(р«с,9.1Х
Рис 9.1
%
К
Сопостаянв эти виража ня с оыювпым уравнением МКТ,
получки Е--АТ
2
Средняя кинетическая энергия хаотичном гюступателъ-
мо.-о &аиж4иия молекул газа пропорциональна аОсолютной
телтературе.
Уравнение состояния KiexiL юго та связывает между
собой только мвкроскогипсские параметры: давление р.
объем Г н температуру Т. Л'Олеике идеального газа
определяет ураш сине
Р»/ЛГ. (2)
тле п — концентрация молекул D едшп це объема
-£ «
Срслкхя кйпетшеспя энергия хаотического пгступпмь-
1юго движения молекул тела пропорциональна терчодниа-
m.V
ыичсскоЁ (или аСсодютиоЙ) температуре-
.1кТ
2
где
а их количество
Л'<
--■а;.
W *
<«
ш — масса газа, А/— молярная масса газа, Л*Л — осегояинал
Апогалр»
Подставляя уравнещи (2) к (1) о (4). получки выражение
m
вК = —JLV.F
(5)
Прокзвсдспис [юстоялноП Болышаия к я числа Аьоголро
W» называют универсальной газе ой постоянюЛ п
обозначают Л |?-1.38-10 "— 6.0210"-i—-8.31 Д*
К моль ноль-К
Подставив универсальную газовую nocrosiliiyu в уровне-
вам (4). получим еУ ■* ~ RT
Ошю уриснгние называют ура гением Мыделела—
Клипгйрапа.
Уммгрстътхя готовая пос/гоячияя локтивает. какую
работу надо сиреритя » над мохем газа. чтоБы изменить
<jo ммутр* иною зиер.'ию на I К
Vpatt к 1мс сйсшшкш нл^и-Ч'нчх) газа не выполняется при
euikiix TCMtic;>aiy[i94 и ui-jcokkx длиленкях, т.с в том
случае, кеч ia iicjii.'ie npciivfJjKi ать pa^McpjMH молекул и
силами ьыимниго i ритяжс ihm
К-
*-138.10"" ДжЛС — аостокл |вя Eaibiuiaiia. Ед]«(яц»
тсрмочииамрчсскоП тоыпербтури — кммин (К): 1 К ■ I 'С
Постоянная Ёолышана шияется ксоф^ишге! гом. пс]>«водя-
1гич температуру in rpa,Tyci:ufl меры (К) в энергетическую
(Дж) и обратно.
Кнпстнчссгия jKepi-ня не может быть отрицатель шй.
С-гсловатсг!. ю. пс может f ыть отрииатаЕьноВ и термодннв-
млческая TCMnqiBTypa. Она обраи тел в нуль, когда
средняя кинетическая энергия молекул craiiotHTi;» рьяной
иуию. яиллясу аосолютаым нижним пределом термодиив-
мкческой тсипературы.
Абсолютный нуль температуры (ОЮ-*- температура,
при которой должно прекратиться £*ижекиг люяхкул.
ЛОсоль^тииВ ну ь термолинвынческон температуры во
школе Кспьиши соответеткует -271.15 *С. Свлзь между
температурными нхкаломн Цельсия и Кельвина опрослясг-
СЯ COOTliOlUC 1НЛМИ
г°СвГ-273. 7,-1'^ + 273.
Б Сыту чаше всего для измерения температуры пс (ильзуют
жнлкостиии термиыетр. D качестве наполнителя и-"ю.-:ы>у-
1от ртуть, спнрт, пентак Л"Я him pci их темгерлт>ры тела
термометр ирииодят в коггтвкт с нкм. В процессе tci n>acpo-
дачи между тсюм и терночегром устаиавливлстсх тпиивое
раоновсенс. За Мсждуи родную пр»кткчсскт! шкалу
темпертгур и н 1ята шкллд Цсльскя В кячсстес оеноп их
точек приняты тсм1срвт\ра илгплсикм льдо и тем cpaTvpi
ки геннх воды прк пормольном атмосфер! оы даллс шн (10
Па) CyioecTDCi ■ ий не, остаток жндхостних термометров —
разл! чиис изменения оСъсм! жн-цтстеН при o^jii эконом
нагрева [>:н
Дчя oi нсликя состоягпя ндеольного газа шкала Цельсия
сжаюлаа. ис>доСнсП ш-ia нрокзьачьных точек
температурной шкалы (температура талнмя тьда и тсмнерлт\']м кипения
■оды). Ьоз нхшую исобчйпимость о сохпинкн нсиоП шкалы
решил в 1S-1B г V Томсои (лорд Кельвин)

Miогкс пронесен "зме|cinu состояния газов a OP
upipojc н в тсяшвых машинах происходят так, jbw
что одны нз трех макроскопических параметров
ДОъсм. давление или тщкритург) остается (или
специально поддерживаете*) постол! ныч. Два .других параметра ори
ЭТОМ ИЗМЕНЯЮТСЯ.
Июпроцссс — процесс, i\px котором од н из махроскопи'
чески* параметров состояния домной массы газа остается
постоянным.
Рассмитрли иослеюватслыю возможные кэоироцессы.
// it- рм ский процесс — процлес ишчкгния состояний
епр?дсл i ней массы лги при постоянно!! температур*.
При этих условиях кэ уравнения Менделеева —
Клапейрона;»:'- Л. ЛГ.
М
Дхм лов данной массы при постоянной температуре
произведение давления газа на eso оОъем постоянно:
Ff\ ' ГУ*
Давление газа при i ютермпческом процессе, как следует
нэ MKoiui Бойлл — Мл uotti. обратно оронорцкопальпо сто
объему: р а 5!£п", График такой обратно пропоршюн», ь-
ясП эаонси-чости — п чсрСолв, называемая для данного
процесса tnam рмоВ (рис. 10.2).
Изобарный процесс — процесс изменит* состояния
определенной массы «ля яри постоянном даляент.
Прн этих услиинлх иэ уравнения Менделеева — КлалсЙро-
ш следует жакон Гей-Люссахаг для лаза данной массы яры
постоянном давлении считаете объема газа к его терио-
V V
динамической температуре постоянно: -ь в -I
Г. Г,
График твжоН линеЙмсН зависимости — прямая,
вшиваемы для данного процесса юаСарой (р с, 10.3). При
изобарном расширении температура газа и соответственно сведши
квядратнчиад скорость молекул Возрастают за счет
количеств пилоты Q. ыодаодкмого к газу.
Изохорный процесс — провес и-щемения состояния
определенной массы газа при постоянном объеме.
х-
х-
БИЛЕТА II
26
I. Ткэарспке в конгевсацня. Пасышппые
■ веаасывгеноые игры. Влажность позлухн
Процесс перехода молскуч ki жкдкесгп в тар называют
испарением. Молск>та пора испаряемся с поверхности
яшдкостк в воздух, если се яжнегическая энерпш Go тыле
nOTCKUiuuMtoIl энергии притяжения к другкм молскутам
Испврснис про сходит при лкбон температуре жидкости
Средняя кинетическая энергия мс-зекул определяется как
Е"3/2кТ. Если энергия молекул бол шс этого знэчс! ия. оии
пмпкут жидкость. т.е. испарятся- Количество теп ота
необходимое для" исп-реюц (тироо^раювзння) 1 ах жидко-
стл при постоял] ой TtuccpaTjpe нахывают уде. мюй
теплотой испарения (г): Q - гт.
Прн парообрпэовалчи подводимое количество теплоты
расходуется на ра рцо связей между молекулами жидкости.
Испаряющиеся in маикостн молекулы образуют нал ней
гор. В результате их хаотическсго лякжсння часть молекул
воагращастся на поверхность жидкости за счет сил
притяжения (прочесе конденсации), увеличивая энергию
жидкости. Количество теплоты, получаемое жидкостью при
вдиенсацни. равно ксличгству теплоты, теряемому при ее
испэренкн Если няблюлать процесс испарения жхдьости в
закрытом сосуде, то коицяггращи пара может достигнуть
такого значения, когда число ыолскул tupa. хонде с рую-
ишхея ia определенный промсж)тох времени, равно числу
ыолскул жидкости, нсиаряющкхся с ее поверхности за это
■ей рсия. Так их р т РлТ, то при дллшм! температуре
дэвлсшге пара (кмъшны быть ис может, к пар в таком
состоянии называют насыщенным.
При одной и той же температуре содержание в возду\с
водяного тира может изменяться от ну in до состояния
насыщения. С ростом температуры жидкости \пеличивз-
стся число и<.паряк]щх\ся мсекул at соог спгтве по
коидсысир^ллхся молекул пара, поэтому ляилсвае
ввсыщеввлю а«рв Bojpaciacr ирв увечячепши ichuc-
рятуры жидкое f в.
&
к
D пнщеяей лроиышлеттюств для поддержаиня 0%щш
иормиького техпологнческого 1ф0цссса всобхо- ^ щ
дн.ма определенная влажность. Влалспоств порядка
70 V* требует н хр ие |нс кнкг. промзпсденнй нскусепа. В
музеях н xpai нлнщах книг ия стенах висят нсихромстри —
цриСиры дня определеши вллж! ост
2. Эксисримсвтяльвое задяляе во теме «Электромагавт-
ввя вцдукцвя»: ваолю.инве авлевва электрочягввтво!
hil'U тты
U вашем распоряжении имеется оборудование
дчя ясслсиовалия явлс ия электромалоггнон мндукцин:
дугсоср&эниП метит. 2 npoaai04 шс катушки с
сердечниками, мн.глиаыгтеристр. соелм гтелышс провода, ключ,
мяпигтиоя стрелса (коми с), рсосгат.
CvOepcM элсггричсск1'Ю цель (рис, 11.1).
1. Приставьте сердсчи ik к одн иу вз полюсов лугооораз-
иого ызп1ито и шяаш ые внутрь катуш», иопдюдая одно*
врсмеиио за стрел спи мнл.1нвмгсрме[ря.
2. Пситоритс 1 Олк-лсi не за стрелкой, по при этом
Выдвигайте серлеч! нк из кггушки.
3. Повторите опыт, пеняя полюса м п ига
4. Pi umc^htc для ксех четырех сл^асв прлвило Jlutm.
5 Ъ тэвьте в обе квтушкн серлечиики, расположите их так,
чтибм оси севпядали, и нрнсосдишгге втор>ю катушку через
выхлюч^тсть к нсточняк)' питания.
6, Наблюдайте отклепе те стрезхл еры ымык^нил в
рлзмыхпннн шин.
7 СдалвЙтс вывод.
БЦЛЬТЛз 12
28
I. Ряботв в терчодввамвкс. Ввутревпяя
заергвв. Первый зякоя терматвнамвкв. А.1ВвЛятпыЙ
вроаесс. BroptiS икав тсрмодвиаивкв
инутрешии энергия тела — одна из ос ювиьгх величин,
и пользуем ы* и термслинзмике. Внутренняя энергия мела
— сумма ки кпшческои энергии хаотического (т nioeoso)
движения частиц (атомов ч.ш мочгкул) тела и noirci циамг-
ноР энергии их лшнмодеВствия,
Для идеальис-лэ гаэл norei цна:ыая sicpinn uvmucrcTicT-
ВИЯ ЧЗ«.ТИЧ ITJ4-I сбрсЖИМО МЯЛО ПО cpOHIiCIIIIIO С ИЧ KH1ICTH-
ческий nncprHi.fi iciuwuore дзнасния. Поэтому n i)-it<i«ijuj
эиср1ня fUcd-iLiicro газа оп]х^(с.1кегся кинстичгекиЯ
aic])n ей движения частиц, Срсдшт киш-тичехкая анспжя
СД1Г0Г0 ДТОМВ
Г, - — JtT" ра ■прсдслястсв
по стгпеиям
свободы, по осям X, Y. Z однизкепо. Ruyipen тя oi ергия V
Q,litOr>TCMinjro гвзз. состоящего из Л' атояео. в Л' раз Сольшс
лс,=-.иг
дкргнн одного птоиа: {J ■.
Гагчс.-нс и ymhcwhd зто выражение па молярнпо массу И
\л пияучнм О
А/
кпи
U
(J - —pj" Внутренняя энергия данной массы чЛгсаыю-
2 А/
го газа зависит яишь от одного макроскопического яара-
м тра — термо динамической температуры
Используя >pasiKi ис Менделеева — К ипейрен я. можно
np&iKTo ИТ1> вираже ше для внутрешкл змершл ндсагьноя!
U-lpV
одхоатомного газа о вндс"
Гас. Ill
К-
ГШ тзьалют двухатомным, если каждая его молекула
состоит нэ дсуч ятоыов. КяждыЗ атом может лпшэгггеи по
трем ышфавлсипям, ооотону поднос число нозможиич
lurpecieinfi движения ташН wcciO-iU p оно 6 Связь,
сущестяуюшяя между апшами к двухтомной молекуле,
уменьшает число стсоеией свободы на синицу
437

Дашгчис i асыще того л ра заносят от ыолскулярноЯ
структуры жидкости. Давление насьнцс [ного пара
жидкости, состав цсй кз сюти о вз пхолсПстяуююнх друг с
другом молекул, меньше, чем дааленн псыщешкхо пора
жидкости, состоящая из слпСо взаимодействующих наяс-
К)л Ц окружающей те атмосфере пор редко бывает
Насыщенным из-за napnuci кк. равновесии процессов
испарения и кайла сации Этому способствует перо еще-
ннс cues воздуха в. атыосфч с. Прн ошоВ и тоЭ же темпе*
рягуре содерж нне в воздухе bqasjiolo пара ыожст
изменяться, от абсолютно сухого воздуха ш состодши
насыщения Степень влажности характеризуется относительное
влажностью
Откос ггелышя влажность воздуха — процентное огноше-
иве кониситрквяв волдкош пар* в воздухе в воишнтршюн
насыщенного пара при той же тсмлерат.'рс
р = — -[00%
и-
Так как концентрация пора сля? i* с давлением, то отась
ентслыгую влажность ложно выразить вас процентное
отношение давления пара в воздухе я давления цгеищенло-
го пара прн тон же температуре
Я*
Сущсстгутаг тря способа опрелслепкл влажности воздуха
метод точки росы, волосной пчгюметр н (наиболее точный
из инк) психрометр Августа. От влажности зависит илтел-
сивнестъ itci apcuiu влаге с поверхности кожи человека
Испарение влаги имеет большое л ачешс для поддержания
температуры тсдв постоям toft ИаиСилсс благоприятная для
человека относительная плижнесть воздуха 40-60 W Знгняв
влажности помогает метсороло1вм пр вклыю предсказм-
Ban. noru.ty Hi производствах, где воз ихдет статическое
эл ггрпчество например иаготовлс тс радиодеталей кз
текстолита сущеетпует cvnifia. спи чающая за влажность
воздуха г иечах
х-
х-
и v о та т
Рис I0.2- Рнс 103- Pi»c, иц
При этих условиях ю урааясния Мсцдслсаи — КлагеПроид
следует зеков Шарля- для гжм дянвов массы огвоанчгве
длнлеинв газ» к его герчодвшямическо;] тсмосрагурс
постшвяа £l-Ei График тасеН ивиснмпсгя — прямая.
з; т,
называемая для гшюго процесса вжаороО (рис 10.4).
X Энсвсрямсетолыгас задам? яи теме чДввамвка»:
проверка эавясямоста оервола киле&ипи ыавтпшка от
длввы ввтя (или воянвсямости вервии от массы гр>1л)
В вашем распоряжении имеется нттптнв с эакренле itioQ
дагатВ к которой прквязат нить длиной I м (на KotfUe ингя
эакрештся маталличеокн* шараж). секундомер, сшггииетро-
вдя ленте Период колебании математического маятника
оаределяется по формуля Т=2ж
1- Установите штатив ни краю втола Шарик должен висеть
В£ расстоянии 3-5 см от поверхности стола
2 Отклоните маятник от вопожс шя ривиоосспя па 3-8 си.
■ отпустите его
3 Измерьте длину подвеса сантиметровой4 лентоВ (можно
другим нт-черктсдышм ■пшбором)
4 Рассчитайте период собственных колебании аистника
например, п*н длине нити I м Возьмите значение g ва
еашсЯ широте
S. Измените д, илу маяттшо. например 0.25 ы
€ Скота рассш жлПхс период жолсбапнй маяпп.ка
7 Сравните результаты
8. Слс.ийтс вывод о том, к к -члене гг период свободных
колеОв! ни маятиика от civ длипи
&
X
Поотому чисто степеней слоСаЛы Ли дфхатомной
молекулы рално пяти СрслиАи к нетнчески энергия
двухатомной молекулы
Е. »-ИТ
энергия идеального
1 V
^
Соотвстетвсшю внуришяя
двухагамногс газа равна
Опрмули дня ai iTpeiiii й ot ср-ии
ИДедгьною газа1 можно обобщить-
1\{ г
Дв
J — чис и еспенея caiifioji mutckvi газа
Изисстно что нзм н тс темперл-уры тела природкт к
изменению no BiiyrjK'i nilu "ггнн. Himchchhc внутренней
энсриы U.U равно разности ее конечиага и начиьмиго
значений д/' - Сг - L:t Сзшестауст два способа, изманшнв
Bi «трет ett энст-ши системы теплообмен н coDcpDieuHe
pnCoiu
Т lunftwH — процесс передачи энергии am одном вкза к
другою без совершения раПаты. MqwA твкпя перелачи
11|фГИ I ЯгЛЖЛСЯ K<l И'МГь. 14 ICIL 01Ъ1 K«XIH4CCI"dO TCIL"*OTU,
nu/iv^cMiM: илом. —- эти зисрЕил, гередавасмал телу извне п
резутьтлге TciLXtt&Hciia. Пт* i naj|KBJj ин т<- н ул^тм шюлея
сю тичпсрлтупз в пугрешыя знертя. Для уменьшения
Biryrpciuicfl энергии тела можно привести его в контакт с более
холеща-х тстом В результате тсплоиЦмсн i темнерлгура и
• ryii>ciii яя лкрпш юрячыи тела уменьшаются, но работа не
совершали), так кактелв не перемс цдютл
Зо счет ьяисжния внутренней энергии тела работа при
теплы&мсие не сямершекчтя.
За счет совершения рвРоты может происходить уселкчеино
кмт-рят^ы м RiivTp«i{HcQ знсогии системы i ■ ример, крч
врд! it и ни лопастей и жюкост i н сжатии rcia в сосуде Для
iicpc^tv " «iivrpciutcn энергии тел в в мсканнчсис)'» р Сагу
«с»-fixолнми чвтвческос n*tii с их, mu.icii:>^i нцечГ^лю-
Bitr, в |кт*-1,че <к>е IbHTbei не дт'чго!* itw li качестве
такого TC'ia n«tiC«viee uc-сообразно иена ьзеазть поршень
в ни. HiLipv >иремеии шйч* пол двилением rasa, tm иЯ-
HXkiini.ro 1.№1иилр Сила лан. -нил газа сомерниет раялту
«рк ег» раинирен н за «,чег изменении ннутренн Й энергии
гвза
К-

Вычислим работу, ожкр васмую силой давления /■" ^ ^
геш при сто расширении от пет ьлого объема ^i то ^ У
конечного tj (рис 12.1) Будем считать, что порчкяь,
ОЛОШаЛЬ ПСПСрСЧНОГО ССЧСНЛЛ КОГОроГО Я IKpCMfSflfCTC* ID
высоту А. ■ сила давления гвза в гвзоцоесс персмеща им остегся
постоянной. "Работа алы давления газа при такт перемещении
j?
равна: A = FhcaaO = ~Sh Так ак среднее чввленнс пш
о
p,j_ . шжиашс его об1-сли W =j',-I'j-5Л .то вцриге-
вЪ
вне ди работы та можно приставить ■ mute: "^ к JJuI'
РаПспч, совершаемая газом, равна праишедеяню среднего
давления 1жзаш изменившего объема. А*=ф{Уш-У,)
При расширении ( др > о J газ совершает пояожнтсяь-
пую работ/, спидола* энергию окружающим малой. При
сзкткии ( др- <0 J работа, совершаемая газом,
отрицательна. Внутренняя змергнм газа прт езкатиш увеличивает-
ся. При азохорнам процессе (V - 0) работа газом 1К
совершается. А «О.
Рассмотрим ызабарт* расширекве газа имиопито давление
р. отмчвлъясгоейьемв Vt дотянлнмо V* Работа,спвершво
ыад газом, равна-площади прямоугольника лещ юабарсА со
сторонами р -щ {Vj - УЦ (рве 12.2) При изотермическом
расширении гто его дввл пне изменяется «о
гиперболическому закону. Выделим на изотерме ikOusuuoB участок,
соответствующий малому мшенешио объема ЪУ {рис. 12.3).
Проведем (нрпгоавкуяяры Rt концом участка до пересечения с
изотермой ■ вбоавичим черв "р среднее давление газа inm
П f твиом шэыовоини обьем*.
Работу совершаемую
газон ори расширелип,
жшяхжяяя ияаиял
шшгржксспниоП
трапеции.
Ьк. 12.1
/гч
х-
Дскствнтстъно. пусть при сжатии ппа внешнее" «% л
силон Гм поршень смещается в нэпрзатеннн «jU
сиам на А Тогда А^, в /*^AcosO ■= FJi. По
третьему закону Ньютона сила давления газа на поршень
равна /-"е-/'" . Стеловатстьно. работа, совершаемая
силой давления газа. Л ■ /-А cos IR0" ш -F_A
Первый закон тгрмоОинамики можно сформулировать
так: количество теплоты, подведенное к системе,
моет та тмснение ее внутренней энергии а но
совершение системой работы над внешними телами:
Q-L.U+A
При нзохернаи ароцессв объем гаи остается
постоянным ( дг ^ О), поэтому газ не совершает работу (А - О)
Или пение внутренней энергии газа я шасид т
благодаря меллааймсну с окружающими телами:
Если i ичальлвя температура газа 7J, а конеч! ах 7", . го
UU ~U%-U% ш^-Ю1 -LJ^ht, = l^PjJ
* ' 2 А/ ' 2« 2 Af
ml Q -—ЛАГ
* 2 Л/
Нарекшие гаи (Д7" 2 U) происходят при подладс и к к
нему количества теплоты (£) £ О) При кзохорном иагрс-
в инв давяспис пг» воэрветост ю-за уаслнчсияя cpcuiefl
KiuicTH4ccKoB энергии матскул. Ес;ш ш гпза агаодится
количество Ttiuioru (QsO) . то газ охлаж.1астся
ti7"SO) и сто давление тяпает.
При изотермическом процессе температура постоя ша
(дУ - О) . пеягому внутренняя энергия wc i
-«меняется тДС/ —О]. При «патерикческои процессе калнчестйо
теплоты, пореши ос ту от а греввтеля. пиличктыо
расходусгся нл «миершенис рзСкпи QbA.
»
X
14 V
Понижение температуры газа при адиабатном *% а
расширения приводит к тому, что «го давление «J |
уменьшается Солее роко. чем пры тотормнчесхом
процессе.
На рис 12.4 приведена алюБчгта
1-2. цроходятквд между двумя
наотермамк. Площадь под
«диабетов чпел*. то pJBiia работе, совср-
IE euitlt газом 1грн его цднабатиом
ришнренмм от объема V. до
объема Vj. Адиабатное сжатие
приводит к повышению
температуры газа, так кдк в результате
>| ругкх слулареишН молекул гаи с
ооршн м ал средняя кинетическая энергия возрастает.
Например, оря Систром сжатии воздуха в цнлшарс кусочек
ваты, смочснвыВ эфиром, воспламеняется.
Резкое вагремтк воадуха при адкабатиом сжатнн ислоль-
яуют в лнмльиых двнптслах.
2> Кячфствеашва задачж во теме «Сгроевве атомного
ядра»
Сколько протонов Z и сколько нейтронов N в ядре изотопа
урана "и
НижлиВ индекс указывает к поряяковыХ номер аясмента,
порадсооиН номер определяет чпело протонов в ялре
Такям образом, в ядре элемента урана находится 92 протонд
<Z-«2).
ВоркинВ мцлекс определяет число нумоыов в ядра
элемента. Число нейт;» iod найдем как рашостъ иежлу числом
кукяоиов н числом протонов Твкжм образом, в ядре урана
ва?гадитсяА'-235-*2 • 143 нротояа.
БИЛЕТ-М 13
32
Ряс 13 I
I. ИмвнаиЛ idh* заражении! тел. Заятя
Кулояя. Закон соавмевшн хк-нтряческвк 1врялов.
Элс*л рнчееяюс воле
СпосиОпость частиц клн тел к ■лсктромвгтнггпому кгдиыо-
денст о характеризует адсгтрдчосинй мрид
ЭлеюпртескмЯ зврмд — физическом величина, онрейе-
ятвщам стяу % юпр ты игипого азаимоИеостеиж.
Ьдкннш -щеггр^ческого
заряда — х>«ом (Кл)
Существует два вила длмс-
тркческнх mj>xjiub — ппмжи-
тепьные и о риц тья*гс
Т-кхктелямк зарядов могут
«Зьпъ элемсктарчие -частицы.
атомы, молекулы, м кроеккпн iccKirc тела. Экспс^нмсШаль-
пв было установлено, что оушест ует минимальное шпе-
rhc шектрнческого чаряда, одипаковис пи модулю для
(киитжктсльных ■ отрнцлг,1Ы1ьгд зарядов. Огдшп п. Чмегь
этого наряда ксктикно. Наияспыння электрплестп *вркл
имеют элементарные части си: протон (обладает иш ималь-
пым ттоложнтслытым vpKaOM +f). н электрон
(минимальным чттриивтел вым "прялош -г) Результирующ] Ч aajiu
атома (ляп молекулы) склвдыаастси ю «ра-юв i ротонов к
электронов, кхааяиаа » их состав. V ~ лг< где л — иелос
числу, в - lj6 - 1« "Кл. т с суммарный иряд кропорциояа-
лен ынкнмалыяму заряду.
Элекци^ческжВ чарвл дискретен Согааено ыпрсм mol
KBomouoil теории протон н iichtjkhi соответстветию
являются конбивацяеЯ jBvyrKX элемептагтых часыц — кларкош и и
2 t l
Jcзарядом (rue, 13.1): **+-* J---*
К-
иакраагааыщесжж теза, сааыичцие •#] не тралькч*
вшпвмов. азгкщрамейярямчны.
Электршацмм — ttpoifecc получения яяектрлчмекы *врл-
зкжинва млвроекопичеекых тел т» sjeum нешлра. ьимк
Стеясиь акалраоаоим тел а результотв взаимного трения
згарвктершуетеж кодутем и знаком злсгграяссксчи чоряда

При изотермическом pa шнрсикя гам, находящегося
iuuii ндре под порю ем. молекулы та, ст-иисниаяч-ь с
nOpmilCM, уМСШЛПДЮТ СВОЮ СХОрОСТЪ II СООГЬСТСТОСННО
среднюю энергию, поэтс-uy гзя полдержм чя постоянной
температуры газа с нему подводится дополнительное
количество теплоты
При изотермическом сжатии гам (Л < 0) лдк сохранения
постоя! пой температуры от газ* отводится определен юс
КОЛИЧССТВО TC1L10TU (Q < 0).
При изобарном расширении газа подведенное к псыу
количество теплоты расходуется I а увс пепис его
внутренней энергии ( д U > С) н на со ершенке работы тазом (Л
>W QmAU + A
Для изобарного рэ uuipci кя газа от объема Г, До объема
Vj. при котором увстич! вастся его Температуря, необходимо
GaiLii.ce нал! честно теплоты, чем при изотермическим
процессе, где температура газа кс изменяется.
Для i анСолсс эффективного преобразования внутренней
энергии пза в совершаемую им работ)' следует
предотвратить возможные потери виутре ihcr" энергии в результате
теплопередачи окружающим телам Поэтому систему
теплоычояируют.
Тсаюичолиро пая система — система, не
обменивающаяся нергией с окружающими телами (Q. » 0). Даже если
газ недостаточно теплоизолирован, то нрм его быстрой
расширении или сжатии теплообмен Между газом н окру*
жлклцнмк телами 34 малый промежуток времени не
успевает произойти
Ad-i атныВ процесс — термодинамический процесс ш
теплоизолированной системе.
Первый закон термодинамики для адиабя того процесса
■шествид. &U + A-0. юя A = -tU
При адиабатном расширении газа работа увеличивается (А
> 0). следовательно,, д!/с ——Дд7"£0 Эп» означает.
2JW
что температура газа ученыпастся { дт- *. О) по
сравнению с первоначальной
Я
к-
Из площадей подобных трапеции складывается полни
площадь под юотсрмоИ. численно рапная работе при
m V
вэлтсрмтгчесяоыр ошяре ия гам. A-—RT\n '
К
I 1
Г;
-к
feu
г. дк v, у
Гнс 12.2
Рис. 12 3
*
Работа, совершаемая газом в процессе гго раеширс ия
(или сжатия) при любом термодинамическом процессе,
численно равна площади под кривой, ч СрамаюцеО.
ихиеыение состояния гам на pl'-диагралшг (рис 123).
В общем случае внутренняя энергия может изменяться
одновременно как за счет теплообмена с окружающими
тезами, так и за счет совершения работы внешними
силами
Первый закон терыодш змшея (закон сохранения
энергии для тепловых процессия): изменение внутренней
энергии системы при ос переходе к\ одного состояния ■
другое рав to сумме количества теплоту, подведенного к
системе извне, и работы внешних сил. действующих на
км- AU=Q+A^
Для изолированной системы, которая не обменивается
теолотоБ с окружающими телами {Q ■= 0) ■ над которой
не совершается работа внешних екд /д_ в о) .
внутренняя энергия раина AU^L'i-U^O. мш L\-t\,
т.е. внутренняя энергия замкнутой, изолированной
системы сохраняется
В термодинамике ванбольшиВ интерес представляет
преобразование внутренней элергни в работу,
совершаемую газом. Эта работа сличается от работы внешних
сил только знаком. Ат~-А
К
полученного телом. Например, капуте. натертый о Hex,
заряжается отрицательно, я стекло, потертое о шелк,
положительно Опыты покиэьвают. что тел в. кмскш;нс
электрические з ряды олм зке ого 3 |ака, взаимно оттоякм-
валптся, а тела, имеющие зирнди противоположного знака.
— взаимно прнтягнв ются.
Знзк ирчдд тел в результате элсктрнтацнн определяется тем.
что «ини вешестяа при тра кк спаяют электроны, а другие их
прИ(х«гДИ1ЫЮТ. Причини чвико явления — в различии энергии
сети ыехтрина с агяампм в этих веществах. В лтомях тех
веществ, где электрон находятся далеко от ядра я слабо с ни
связан (например, а стекле), энергия сакш ancvrpoiu с атомом
мала Электрон может легко оторваться от атома. Атом крь
этим превращается в положительный мок а вядестви заряжя-
г .ся положительно. В других веществах (например, в шелке)
■дро атома сильно удерживает электрон так, что экершя связи
электрона с атомом ослика. Атом мажет присоединит.
дополнительный элсктрол, образуя отрицательный шоп
tluuoLTiKt щж этом 1а|>яжастся отрнцисыю. При трелим
стекла о иклк часть электронов от атомов стекла, нмеющих
мал)Ю:« ерпоо аигш, iiepucu'Lvr к атомам щелка, киторие .mi
элсктрою! прнсослиляит. I) результате трепня стекло
заряжается положительно, а шс.х отринатс-ило. U результате
взшм кто трения здестроаейгрвлышх тел, образукыюое
элсюрическх mo.i«poBDjiiiyi4> емсгсыу. ззршы f чкраспреле-
лячтея ысжяу тсламы.
Электрически изолированная система пел — система
тел черчч границу которой не про икают заряды
Уменьшение числа электронов в одном теле равно увели-
ча ню ш числя в другом ПазпмЙ злрял такой системы не
изменяется, оставаясь равным нулю
Заков согравеям заршис алпСравчески сумма зарядов
злеаггряческя вэолароваявой елстемы вогпмяок
Q, *Qt * *Qm •= сопл . где я — число зарядов в системе
Закон сохранения заряда выполняется н в том случае, если
эйектркчеекм ьгкиИ|>ова и ую систему dQwij-rtt заряженные
тела В соответствии о законом сохранения заряда рамаимен*
те заряды рождаются шли исчезают попарно' сколько
родилось (исчезло) толожшжилыпа зарлдош. столько
родилось (исчетло) ш отрицательных. Закон v/храчгяшл
140
К-

Рис 13.2
наряда справедлив я любой ннсрциаягмоВ систем* м а%
отсчета Первые количествсюше результаты но «^О
юиеренсю силы взанмоденстскя зарядов былн
получены в 1785 г. французский ученый Ш. Кулоном. Ш.
KV10H ДЛЯ КЗКСрСННЯ ЭТОЙ СИЛЫ НСГОЛЬЭОБаЛ КруТКЛЬНЫС
■ОСЫ, ОСНОВНОЙ ЭДСМСКТ КОТОрЫХ был СГКИЙ ЮОЗНруЮШНП
стержень (коромысло) 3, подвеш кный
эд его середину нд серебряной упругой
шли ■/ (рис. 13.2). Маленькая тонки
кстаряженная эа стал сфера J нз одной
■юнце коромысла уравновешивалась
бумажным диском 5 на крутом конке.
Поворотом коромысла ока
приводилась ■ Koirrarr такой же неподвижной
заряженной сферой 2J я результате чего
ее заряд делился поровну между
сферами. Диаметр сфер выбирался
иного меньше, чем расстояннс между сферами, чтобы
исключить влияние размеров и формы заряженного тола на
результаты измерений.
Точечный зарлд — эаряжстия тех?, рот р которого
vttoi-o меньше расстояния его возможного действия на
другие пкьтт. Сферы, имеющие одноименные заряды,
iia4iuia.ni отталкиваться, закручивал упругую иить.
Максимальный угод а поворота коромысла, фиксируемый по
наружной шкале б. был пропорционален силе, действующей
на сферу /. Кулон определял силу взаимодействия
заряженных сфер по углу noiopoTi коромысла.
Рас^ижа* сферу I после измерения сипы и скати ее вновь
с неподвижной сферой. Кулак уменьшал заряд на вгвнывде*-
спу-.оииа сферах в 2,4, 8, .„ рва Установка позиатхла также
вамсиять расстояние мосту заряженными сферами поворотом
«цромы-ча с помощью градукровочваб шкалы 7. В результата
■шагочясленных нзмеренкй силы взаимодействия двух
«подвижных точечных зарядов в вакууме Кулоя установил
ажио*, натвдияый впоследствии сто именем.
Сила взаимодействия между двумя неподвижными
точечными зарядами, находящимися в вакууме, прямо
х-
х-
БИЛЕТ №14
34
1. Конденсаторы. Электроемкость kooicqcbto-
рв, Эисрги зараженного конденсатора. Применение
коадспсаторов
Конденсатор — система двух проводника* сравним на
модулю и противоположными по знаку ыряйалш.
U ксндснсптсрс наканлш) сген электрический за;-ад н,
соотистств шга. энергии злектростятнч кого ноля.
Способность колдс сатира к накоплению заряда хараггериэустся
его электрической емкостью.
Электрическая емкость кондг катара фчшческая
величина, равная отношению заряда одного ит проводников
кра ностипот нниалов между этими проводниками:
Найдем электроемкость плоского конденсатора (система
двух плоскопира-псльны* пластин площадью S.
находящихся на расстоянии d друг от друга). Будем считать, что
пространство между нл станами заполнено воздухом, для
которого с * I Вычисление электроемкости конденсатора
сводится к расчету разности потсисщвлав V мезклу
пластинами. Напряжсимсеть однородного поля внутри
конденсатора складывается (но пркшцщу суперпозиции) из напря-
жснностсВ поля, соэдш пых положительной Е, и отпицд-
тельноП Е власти! амн: £ к £ ■
#? . <п
Pua H.4
>—ft
шщ
i»r
(£—а—4]
Рис 14.3
&
эк
Электроемкость конденсатора ве зависал от л% шт
внешнего здсзггростаткчссяого поля, яе пронн- jQ
квющего внутрь коцдеисаторк,
Работа, совершаемая при разделении положительных «
отриштслыплс заря, ов. сообщаемых пластниам
конденсатора, paaita энергия. (Изобретаемой конденсатором.
Поаожагтсльная ■ отрицательна* аистнны площадью S,
расстояние между которыми d, притягиваются одля
я лругой, пЯдвдая опрелсли НОЙ потенцкальпой энергией.
Расоштасм эыергнн) jH простлтнчеишго ноля, iracoiucmryio
KDiuiciicaTojXBi, селн заряды на его пластших +Q ш -Q, а
разность потенциалов ыеяду шши V .(ряс 14.2). Силы
жулоиовского прктяхеши F. я F_j, вЛстаующие на каждую
пластику, определготся лапряжашосшо подл, сегиашюй
1фотипопшож11сЙ гаасти! ой: £. ■ Е_т — Е ■
БИЛЕ Г №15
36
Следователи о. Fm ■ F = Q'
If/
2J
Под дсВспшси сил куло го OCUI4) притяжения' иистнны.
прелоставл плие самим себе, сблизятся. Считая кх
конечную энергию ран В нулю, получаем, что работа сил
влекгростатнческого поля paniu лачалыюй иотскикалъиой
анергни bjucthh: A"W
Нвндсм р боту по осремапению каждой сяаепшы в цептр
конденсатора иг р cctusjjhc dil:
■"■f
*.*i
Зная эаекгросм-
Полная работа н потенцняльная stiepnu сил злектросгатя-
.Si
2
кость, получасы энергию электростатического исля,
запасенную в хонленсаторо:
CI/* Q*
2 "гс
Конденсаторы могут вшеаоливать ш ергию Соле* млн
мсъседл1Ггсцык)оврсмя1а прл разрядке через цепь малого
ческого поля равиа А = А.+А_в-
W <
к-
I. Электрический ток. УвОота ■ мощность
■ квн востожвяого тока. Закон Ома для волиой цепи
Для существо^! ня исктрнческого тока в вещеегьс необ-
ходкмы два условнх на. нчис саободньгх аарнжеш ых
чаеттш. силы, дсЯсгвуютдсЙ ял заряженные частицы в
определенном нагфавлашм. Привести заряжеишм частицы
в ллкженне способно зшектрнчесхое паю Kjk гранило,
■менпо электрическое поле внутри ириячоника визыиает и
опддержиоиет у№фчдочс1Н ос дапженис чостнп Рели бы
заряженные частицы при движа ми ыс швнм{1.-1свс1-ио1иии и
другими части |ачн, то о iu дннголш* Gu Ccckci счно долго
При стояк ю н и теряется часть khiici нческий энергии
частиц. Для оодлержинкя постоянного уш'рчл^'ченною
ДВИЖСИНЯ ЧВСП И (КОСТОЯН ОГО ТОХЯ) HCu6\(L1»U0 IIUIlU-lltBTb
энергию мркже! них частил, т.е. совершать работу *>г)
работу совершает электрическое поле Эту работу ирннято
Называть работой тока.
Россыотркм участок цепи. За рсмя Д/ чс\чп ticiic]ic4imc
«еченне проводника преходит заряд hq *ялсктричессое
оато совершает работу A*AqU ГЯс U — puiii кль
потенциалов ни участке цсин. Учитиоая. что д^ я J_\j^
работу токе ыож1 о записать так л ш= /UAt.
Работа тока на участке цеаи pamia Brxmiecicj uo тока (I).
нопряжс 1кя (U) и ороыежутха времени {&/).» icichhc
которого ссясршглась робота. Coriactio 1акон> сохранения
эиерсни работа тока лоажнв быть рав и изменению -»нергии
(тешювой. ЫсхвнхчсскоВ. хжмичсисоЙ) Lcjih раГюга тока
DOUL а на иагрсвакне проводника, то изменяется теш cpart-
ра проводника, т.е. увеличивается внутренняя ргня
Спустя и которое время темиервтура иронолннка перестает
■ меняться, в он начинает передавать охруьоюшнм телам
количесгпо теплоты, равное работе тле. т с <]-npM);ia A-IV
определяет количество тешюты. передагаемис прч*»о, мгим
другим телам

Вне пластин пане отсутствует, так иг напряжа ioctii Е* и
Е_ полей компенсируют jijr друга. Таким образом.
ъягкЬ^ростттчкгв? поле конденсатора сосредоточена
мядгг)* cv пластвнами. 3i оя рстультнруютук! иппряжнт-
Hocifc пиля в кокдеисаторс
£»^+£ — ."
«в
ваялсм разность нотмсцииов между пластяпамн
К-
U -£</-—€/.
Пачулям электроемкость плоского воздушного
конденсатора с = -^ . тое- fj — электрическая постоянная
d
Зависимость элеггроемкостп конденсатора от расстояпи
межлу era пластиками: используют о схемах кодирован-ся
клавиатуры персонального компьютера Микросхема,
подключенная к каждов клавише, при кзмоненгт
электроемкости выдает кодиров ппыВ сигпяя, соответствующий
дашюн букис. Если между пл епш ми KOitfcih-аторо
поместить днэдектрик с дичлсктричесаюИ срок цае юстью
е то электроемкость сопле ic тора с диэлектриком
возрастает В «■ раз НО СрвВНСНКЮ С ЭЛСКТрОСМКОСТЫй ВОЗДуШИОГО
d
Этот tngcoG увеличения эл ктроемкостн конлоиелтора
объясним с микроскопическое точки зрения. В результате
введения лиааектрака в пространство между нласти |амн
конденсатора связанные мряли ляэлектрятя прнтягниают
дополшггельвис ырялы па обкладки гоцденсатора,
увеличивая сто электроемкость. Электроемкость конденсатора
зависит не тогько от плоиццш пластин, рпсстоянкя между
ними но и от относится кой диэлектрической
проницаемости рещества, заполняй] цего простра ictbo между
пластинам» и ле зависит от з рддл на пластинах к рамгости
потсииналои, приложенной к пни
конденсатора: с
к-
пропорциона. ьнв произведению модулей зарядов, оЛрятво
пропорцнонмьпа квадрату расстояния между шош ■ яяпряв-
леяа во прш а, соединяюще заряды. F„ «A^f*-. где
ft
ф — ыод>я i зарядов, г — расстояние между зарядами, к —-
коэффициент вролорпнонзлыгасти, зависящий от выбора
системы смякла Силу Гц называют силой Кулона. Купли —
электрический заряд, проходящий через поперечное
ссчсннс провадвоа при силе тока 1 А за 1 с: I Кл ■ 1 А-с,
В СИ ко>}к|нвдкит пропорциональности в законе Кулона
равен д-»9-10*11-м'/Кл' Сопвсно закону Кулона два
точечных заряда по I Кл, расположенных ■ вакууме на
расстоянии I м друг от друга, взаимодействуют с силой F
■ 9-10* Н, примерно родной весу египетских пирамид. Из
этой оценки ясно, «то кулон — очень большая елнхнцв
заряда. На практике поэтому обычно «пользуют дольные
единицы кулона
2. Экспервиевткльиос задавая во рягтеду «чМолекулир-
вав физяка»: язмерсяик влажнчктя воздуха ара аомощя
термометра
В вашем распоряжепвш вместся: гигрометр, термометр,
эфир, таблицы иасыщешеого водяного пара, психрометр
Относительную влажность оиределлсы по формуле
давление пара в воздухе при
окружающей температур*, рт — давление васыщеяното
пар* при той-же температуре (таБлич-гие длиные) Чтобы
определять дав. сыне пара при тсмлсрятурс- окружающего
воздуха, пплелте в гигрометр эфир, прокачайте воздух.
уъемгшыя aennpetme эфира, я отметьте температуру, при
которой появится перотя роса на поверхности гигрометра
(например. 12 "С) Посмотрите в таблице давление в сы-
шенного пара" п н II "С — зге давление водяного пара при
окружаю icfl тем пературе, т.е. р т р„п. Полученные данные
сравните с относительной влажностью, которую показы вет
психрометр Августа
*
К
Если о это!* формуле заменить силу тока или напряжение
по закачу Ома {l=t ',7t, г, с R — ujr-югивленне проводится),
то поллчгм три экапвале гтные формулы
A /LW
Я
V Л--Ш посяслоаателыюга ооедя-
nei на проводников удобно испол*зоаать формулу
А - /аКЛ/ . г к как ямелпо сила тоа остается постоянной
величиной при пос-зедолзтелыюм соедтгетпти При пзрал-
асль ом соединении удобно леполыояать форм>'яу
d = —.\j . так как и пряжи tic на всех участках одннако-
R
во Закон, определяющий количество тсилогы. которое
выделяет проход! нк, Оыл сп раис усти1ош1сн ангтыНским
V4C 1ым 1 Джоулем а р>ссм1Ч ук tuu Э. SI п^м.
Зак>л1 Джоуля-Леш а г ci т: кллнчестяо колоты, пыще-
лясмос ароводавкам с такой, равно пров**пслсйяш
квя1ратв силы тока* еппрнтввлсавя вроаоданка в
времена прохожлсвяв тока ио вр ошвыку Qi^R&i.
Для ча^лктсрясгики ■ысьтрячюсих прибЧ^ров удоСисе
п*Л1.1"»ити:я ite раПотнй tiwj, а фи нчсскоН всчичяиоП.
которАя получила наэавнне мощности тока. Мощность тока
(Р) ровна отношению работы тока (Л) >" единицу времени
Л/ к '•тому интервалу премсни" р ■—*/(/
йг
Для того чтобы ток в цепи был постоянным. нсоОкодимо
постоянно поддерживать постолн юе здектрическоо ооде
Для ?iufl цели коооходкмо устройство, которое получило
emiKHHC — источник тока Источник тока врелстлвляст
собой устройство, в угором us электрические заряды
действуют стороияие си ы. Лтбые силы не злектростатиче-
скота происхождения начинают стерт тми силами
Сторонние силы всегча iianpHUTaiu противоположно
элептю^ттгичеехкм с ыам Сторохнио силы могут иметь
pei me пглшехежлслие. D х мнческих неппнихах вин
возникают Склвгодаря химическим реакциям между
электродами я пя.тролитом В фотаисмыгте сив вошкксют пад
действием света на элсктракы-
сатфотивленкя отдают мертв» практически мгновенно. Это
свойство широко применяют в ааыпах-вслышхах при
фотосъемках. Конлс наторы применяют для возбужденна
квантового источника света — лазеров. С помощью
конденсаторов переыснноя емпстн в риднотехнмчесжтгл цепях
итменяют частоту колебания. В электрическве цели
переменного тока, содержащие ккяукташнос гапротюитетге,
включают мыле саторы для уменьшения сдвига фазы
между током ■ напряжением, что прнводт- к увеличению
стппсасмой ыопоюстн.
2. Кячсствснааа задача во теме «Стросвве атома.
Фотоэффект»
Катод вакуумного фотааэемыгга освещается потоком
монохроматического света. Что сроиюйдстс максимальной
кын тической эмертцсй фотоэлеалроиоя ори уяелпчемш
члетоты падающего светового итл>-чсння7
Проа шинируем фориуту Эпшптсннл для фотоэффекта*
Прн утес, нчеинн частоты М падающего света уаелкчпва-
етск эвергна, а так как работа выхода хтекгроноя дтя
ддикого вевдесгаа постоянна, то оиютнческая энергия
вылетающих фотоэ. сктрокоя с пояерхностн вещества Судет
увеличиваться.
К"
142

Ь£
Рис 15 I
чсских скл (рн\ 15.1). ILuueu свять
между силой тока в цепи, ЭДС
источника тока н полным
сопротивлением иелн Полное сопротивление
цели cuia.ibuwCT.-j из внешнего
сопротивления испи И (сопротивление проводников) н
внутреннего юпрогинленпд г (сопротниснне источника
тока). Сопрстиячение источника том — это сопротивление
обмоток в генераторе или сопротивление электродов н
электролита в 1альваннчсеком элементе Пусть за время
Д/ через поперечное ссчсннс проводника пройдет
электрический заряд q: i ^'—L Работа сторонккх сил по перемс-
Л/
■ценню заряда ц запишется так: j^ - Сц (ип определения
Электр: ческой ciliu). И "in. к пользуя определение сизы
тока, работа сторонних сил будет равк;г ^ - £/Д/.
х-
силе заряды.
Магнитное поле — это особый вид аеггерин, ьоторын
существует независимо от нас. Посредством магнитного
hoju осуществляется взаимодействие между движ> ни мися
электрически наряженным i частицами. Мигкнтное но. с
порожистся двнжмцнмнел зарядами Маг гнтнос пояс
обнаруживается по его денстаню мл движущиеся i. ряды
Факт существования электромагнитных gout является
доказательством реальности ыашнпюго полл.
Магнитное naic создастся не только электрическим током,
но н постоят ими маг нгамн. Для хярактеркстм
магнитного поля введен вектор магнитной индукшн
Ориентирующее действие магнитного поля на wai игл ую стрелку
используют для определения направления вектора м гнлт-
ной нндукштн. За направление вектора иагнктноП ицдукщм
принимается направзенне от южного полюса S к cctwpi ом)
А" Ш1>три чапигтнеи строки, уст^нав 1кп.иошс№я э w пнгт-
ном ноле.
Я
К
39
Рнс 1(3 2
Для максимального значения сиди Ампера
справедливо выражение Рл = ВП .
Если проводник расположен под утлом 7 к вектору
магнитной яплукиин, то модуль силы Ампера определяется
выражением FA = IBIsina
Направление действия силы
Ампера определяется с
помощью правила левой руки
(ркс 16.2): если левую руку
расположить так. чтобы
перпендикулярная к проводнику
сеглавлягюспая вектор:!
магнитной гндуьш™ вход) та в ладонь,
в четыре вытя гутых падыдя
были направлены по
направлению тока, то отогнутый ни УО? ботыхой палец покажет
направление силы Ампера.
Ориентирующее д истине мапптгого подл на коптур с
током используют в э. екттхмпмеритсльных приборах.
На прямоугольную рамку намотана катушка, которая
помещена между полюсами постоянного магнита 13
положении равновесия катушку уд рж! вают две
спиральные пружины. При прохождении электрического тока 1срсз
■пмернтсльныа прибор катущкн с током бутут
поворачиваться до тех пор. пока силы упругости не уравновесят силу
Ампера. Силу топ в цепи можно опредс. ить по углу
■опорота катушки, если лроградунроввть прибор. На "иконе
А.чшгра основана работа хпсктродиигатслл.
громкоговорителя и многих других технических устро. тв.
Эяпгнричгажй ток — это упорядочение дтижущыеся
щряясенные частицы
Силу, действуки/ую на заряясемумг чветицу си cm ронш
M£i.iti£tnrm?o поля, птиеают тяой Лоречца {Гя\ Эту силу
можно найти с поыошью закона Ампсрл Ее и силу Ампер»
рвтдеяхть на количество i рллсенных члетнц <\), то позу чнм
модуль силы Лорсния: р-La.
МО
Действие магнитною пои ни электрический
алрял используют в кинескопах, где движущее
электроны отклоняются мат иктныы позем, и
масс-спектрографах - приборах, которые пошоляют
разделять ззряжы ные частицы по удельным ирлддм
Магнитное поле можно поручить не тозькй с гомощыо
движущихся члрядов, но it с помошью постоянных
магнитов. Ест ito&oc вещество поместить в мап нтнос
иоле, то это вещество будет намагничиваться. Это
о нлч ст, что магнитное поте и среде будет от.зич. г- х от
магнитною по.-я в вак>умс
Маг itrr ал гтронпплемс-егь срелы ft характеризует
мап нтпые свойства вещества Магнитной nrj i щзсмо-
стькз и на ывастся отношение вектора млгннтн i индук-
цди в оянОролн в среде В к вектору магнитной ннл\к-
В
цнх в вак)-уме Bt : ft ■
В.
Это обкяснягген тсы. что помимо собственного иапнгг-
ного поля, которым обтлдаст электрон, он i p:i своем
вращении вокр>г ялрл атома сохддет еще ото и тип юс
■ Оле. Et ш зги магнитные no is ikomiichci роэ^ны, то
такие Б1.щгства нашвлюг диа\ц1.-н?нш\<ши_ 1£ьли дн.1млг-
нстик попадает' во внешнее магнитное поте, то lnomikii-
снровишость магнитных полей юрлнпстся. н ■пмдгне-
тик выталкивается hi в icuiii.ro магнитного пстя. Ести
магнитные поля >лсктроиа ic скомпенсированы, то
каждый атом становится ы?лс1'ькнм магнитом. RpoHt-
вольио ориентированным. Если т жое вещество
поместить во внеишее магнитное note, то все mi 1снькис
магниты сориентируются по внешнему попе, и
магнитное ноте в веществе >снлнтся Тлкнс вешестоа илзыв, ют
пара магнетикам н
В некоторых кристаллах происходит ориентации
собственных мш шгтны.х пелен электронов в одном напр ш ■ и ш. что
приводит к вегп iKHOflCKHK) об.исген иамагнтнванш
К-

Направление мтмнггного поля ггрячолн-
l i кого проводи! ка с током опрсдстяст-
Сн С гомошью правила Сл>ряечика. которое
состоит в следующем: если но р в.'ешм
поегтпателъно.и Иоылссиия (л рябчика
совпадает t штрям -пнем токи в
проводнике та паи; tuacnut врищения
р) чки бураеччка ciietuithiem с
направлением секторы магнитной индукции.
Линию, о tjcwh точке которой вектор
магнитно i индукции нзпраилси по
касатст1>1 ой к ней, называют линией
м (1ШТНС11 шиукцкк Карги ■} линий магнитной шшкшш
МОЖНО >UIUCTb ВОСЛОЗЬЗО lEUIHtb МСЛКЮШ КС.1С1НЫМ11
оли 1кЛми (рис 16 1) Линии манит о t нндукши- не имеют
ни iia-CLia ни конщ Они всегда jjmkhvth.
х-
Пиля <
0tW.Mli
Мя.юппное ito.it
амкнутыми сшатлчи лтняии на ыеаюп вихре-
ихревос «о гг
HapUumiiA/ ин^кция (Д ) си.юлая характеристика
McVMimiio.ti поля
\Luttutiu%in ин?)укиия векмврпця ветчина. Модуль
вектора Магниткой индукция раеен отношению максил1и*ь-
чо.'О чиа'и-кия с иль ( h' У дейс-пиуу/щгй на прямой tipo«od~
ник с ршкаи к с u.v тока « проводник? и е.-о длине:
и
С ил j с lOTopoi машнтнос поле действует щ проводнике
током называется силой Ампера ( РА ). В Международной
citncMf единиц за единицу м гнптной индукции принята
1ИЛ>ки!я такого магнитного полл. в котором нп каждый
метр длннь проводника пр I силе тока 1 А действует
ызкеишлыия с -и Ампера I М Эта единица нлшвастсл
//
В--
тесла (Т л) 1Тл-1-
/1-м
х-
При совершении работы сторонними силами на внешнем Н
к внутреннем г сопротивлениях, согласно л 1кону Джоуля —
Лент, выделяется количество теплоты Q- 1гЦ,\1 + 1гг.\1
По закону сохранения энергии ,-i ■£>. Таким образдм
полу>н м £ /ft t!r_ Э1С равна сумме палений
напряжений кл Bi ешмеч и вн1трсннсм учлетках цстс Эта ian га.
носит название закона Омз ли полной цепи.
Сндл тока в цег f зависит от трех везши к. ЭДС. еисишсго и
€
внутреннего сопротивлении- / с.
R + t
Ki закона Ома
следует, если к hctomioikj токз подсосленитъ вольтметр с
сопротивлением Кш много больше внутреннего сопротиллс-
кнл источника том, то вольтметр покажет приближенное
значение ЭДС £ = Щт Если внешнее сопротивление цепи
буДСТ СТрСЫНТЬСЯ К НЛ'ТЮ (ЯВ. C1IIIC КОРОТКОГО заЧЫКПлия). ТО
сита TOKii в испн возрастает о несколько раз, что может вьеишь
перегрев проводов И тгожэр. Сила той короткого замыкания
/ Для предотвращения погкара. как следствия
короткого лдыыкштя, iq практик в нет, включают предохратггелн.
которые игшятся при критической силе токз и рпмыклют
цепь.
ЖЕ.¥Чл
у
ж-1
2. Качсспмшвая задача по теме
<0-1СЧ(МиЫ BCI|XXj)E 1ВКИМ
Что >лсржива«т Луну- и
планеты при их движении по
орбитам?
На орбите Луку и планеты
удерживает к\ собственная
екча тяжести (рис 15.2).
Рис. 15.2
&
К
При втесни! такого 1фистал.и во внешнд: м шитнОс
поле П{к.>нсход1п увсиг сине оСластен илмагншшваши
Эти |ц.шссты нлзивлот |]»срромэгн -л камн.
Есш В1К.ШНСС поле с ферроиннет iiui сктть. то
значите тьннч ч:>еть намигш ченных обплеге i covpaHirr спою
iuvt.ilit 1чсн кктъ t крнст-Lii сл~1НОвнтся постоянным
ыаи итом Д-u нчготевления постоя шых ызгншоп
испол1-1>кп оксиды жепегч, сливы железа, никеля,
коб.пыд и другич металлов
2 hViccTDtiiajB мязчл uo fe»n." «'Злекг^чагнвщыс
На к,!ком физическом явлении 0CHOB1HJ род|Юлок.1ыи и
для К.1КИЧ uc it се применяют-'
Раднолоклни — обнаружение объектов с помощью
j л ьтрз коротких Электрой гмитных вози сантиметрового
н MitT-HivicipoeOfO днапа онон (10 - К)1 Гц)- Радиоло-
K,iTopi.i rpimciiMioT для обнаружения скопзсиия облаков.
корлО-зей самолетов локац] и пзпист. и космических
исслсдоил1111Я\ например для определен! я скорости
вр мнения нинл д:(я с-преледення оринта плюй скоро-
CTI.
Силу Ампера выражаем, согласно закону Avicpa.
['Л в lEIsina . а силу токя в проводнике / = gwS , где q
— ларлд. про.аедш н ч рез поперечное сечение проводника,
и количество злрмже шы\ ч.1стнц, о — скорости движения
части, S - поперечное cckj.hc проводника. Следователь) о
сила Лоре та будет равна
где угол ? - угол между лскторсм скорости и исктороч
мап [аион i кд}кшги. Направление силы Лоренца
определяется с помощью пр шила зс oii р^и.
1£слн левую руку расположить так, чтобы сосгавлязоиия
мап итнин индукции, перпенликулярмл скорости здряла,
и\од1иа в ладонь, а четыре пальца были направлены по
динжеш ю по. ож] тезьного 3-1рнда, то отогнутый на 9t)?
большой палец покажет направление Ciliu Лорснцл
Действие силы Лоре! ш можно наблюдать, поднося
электромагнит к электронно-луквой трубка Под действием
Силы Чорсицд шмеклется напраи. снас Скорости движения
заряженно i чапкцы. но не меняется значск.к: скорости
Согхзсно второму икону Ньютона <Г . та).
отсюда Т
~\ч\,я.
где л — м оса зарижегнон ■lictiii ы
q - 1лряд. И — вектор М1ПНПН0Н нилукиии Пср| од
обращения {/) частоты в однородном магнитном поле рай и
__ 2яг 2r.rn
V ~\0\Й
Пери ид оРращен -л ча:т и u J л едп- родном магнитном игле
ни jj hlhi о г скорости 1. радиуса iju ширин часп цы 'У\\л
чйкт №1 vLiyioT D укорителях ларяженнмч част ни -
цнклотри1:с
Протомил in и eiL^a-^acii-iu разгоняются персме шым
■»лектрчч1.ч:ы1ч IKvicm между дпумя зисктро.ичи. кити^ые
1 а\и;ит;л между нолю^мн ■. скттч>мапн 14
К-
4ь

х-
БИЛЕТ №17
41
I. По.!} ПрОВОДЧИКи. П0 1)11рОВОД011КОПЫС
приборы
К псчунроводн! кам относятся вещества, удельное сопро-
пшле шс которых является промежуточным между
проводниками и диэлектриками. Проводимость чистых
полупроводников б отсутствие примесей называют собственной
проведнмостыо, так как о ш определяется свсистсами
ымого полупроводника Существует два механизма
собственной провод! чостн — электронная и дырочная.
Электронная проводимость осуществляется i правленным
перемс ш. нем в межатомном пространстве свободных
электронов, покш уишнх валентную оболочку атома в
результате нагревания полупроводник или под дс ствнем
внешних полон.
Еаглл I ос электронное состояние в атоме, образовавшееся
при иолшыгевен ш свободною электрона, обладает
положите льным зарядом и называется дыркой. Валагтный
электрон соседнего атома, притягиваясь к дырке, может
перескочить в нее (рскомбипироеатъ). Прн этом на его
прежнем месте образуется новая дырка, которая затем
может аналогично перемещаться по кристаллу. Дырочная
ирааодизнхтъ осуществляете* прн направленном
перемещении валентных электронов между электронными
оболочками соседних атомов ка вакантные места (дырки).
Собственная проводимость полу проводников обычно невелика,
так как мало число свободных зарядов
Примеси в полупроводнике — атомы посторонних
химических элементов, содержащиеся в основном
полупроводнике. Дозированное введение в чистый полупроводник
примесей позволяет целен rpamcmio изменять его
проводимость. Примесная проводимость — проводимость
полу проводников, обусловленная внесением в их
кристаллическую решетку примесей. Изменяя концентрацию
атомов примесей, можно з и ihtc. lho изменить число
носителей паряда того или иного знака. Знак иоаггелек
заряда опрьдгллегся валентностью атомов примесей.
х-
электрон, гтпеярлщлстся в отрицательный net. а я л
дыры иОлнньжт у соседнего атоты. потерявшего 4^
ва. ситный электрон. Ил--» этого чисю дырок
возрастает, и полупроводн) к приобретает преимущественно
■ttlpO IHyJO ПРОВОДИМОСТЬ (рИС. 17 2) ПОЛуПрОВОДИНК С
акцепторной при\ есью нллывают nannpoeuOi икай р-п una,
(от лат. rxnilivm — потожителькын). так как дырка имеет
по лежите л LKt (i ирод.
В месте контакта примесных полупроводников образуется
особый слои — р п переход —контактный слон двух
примесных полупроводников р- и Л-ТПЛ1 Характер сю
особе нестъю /7-л-псрсхсда является его односторонняя
про олнмость: он пропускает ток практически только в
ОДНОМ НДПр1ВЛСИИ I.
Напряженность поля этого запирающего слоя направлена
от и- к p'l олупроводанку (от плюса к чн lycy). препятствуя
дальнейшему разделсшио зарядов (рнс. 17.3).
г
уо:
°о-
О -
О 0=
%
Р "С. 17 3
3jii [ip.uoi_[}i(i стой — двойной слой paiKOHMCin ых
электрических ?, рядов, создающий электрическое поле на р~п-
п.рсходс препятствующее свободному ратдезенюо ъзрядоа
Зависимость сипы тока через р-п- переход
от напряжения, прклож-ежгого к нему, или вольт-змперн я
характеристика р п перехода приведена на рнс 17.4.
Полупроводника ыб &joO — зяемечт эхектрической
системы, содержащий р-n переход и два лыви&а д.ы
вКЛЮЧСЧЧЯ « J.4fKmpWiCi.niO ЦСЛЬ-
Способность р п перевода пропускать ток практически
TO;iLKO в однем напраи. е ни используют для прсобратооа-
нил (с помощью диода) переменного тока, изменяющего
К
Прн прямом включении напряжения C/M И[0
СВОООДНЫС ЭЛСКТроНЫ ИЗ ЭМ1ПТСрЭ ДХфф) НЛ!(Р)10Т
в Сазу и благодаря ее ма. oii толщине почти вес достигают
кохлектэриого псрс.чо.ц Под действ ism положительного
потенцилла источника ип электроны притягиваются к
кол. ектору, так что через сопротивление R„ протекает
сила тока /ж. t3 (.см. рис. 17.6).
Сила токл, протекающего через коллектор, эначнтсл но
превышает силу тока через балу. Небольшая сила тока через
Сазу вызывают значительную силу токл в нагрузке, поэтому
транзистор может Сыть использован для усиления
электрических с тна. ов. Шлряжс шс на сопрогивлсинн нагрузки
знэ 1итслы10 превышает напряжение, прнложышос между
Салон и эмиттером.
Отношен1 • ншенення выходного напряжения к
изменению входного называется коэффициентом yci тения.
Транзистор кшользуют в ген раторах на транзисторах для
получения хлектркчеемгх колебании высокой частоты.
Полупроводники ма. огабаритгш, поэтому они находят
широкое применение в интегральных схемах, являясь нх
составной ч елью. Компьютеры, радио, телсшисние.
космическая свя ь. системы явтоматнкн созданы на баз"
этих схем н могут содержать до чнлдкоиа диодов и
транзисторов.
2. "Эк-сисрнмсптяльвое звдапвс do icmc «Свойства
ЖЯЛКОС1СИ в тперлмх тс.и»: п &1юдсвве волевая яолглчц
КВДКОС1В В К8ВВЛЛЯ|К
В вашем глепоряженнн имеется' i абор стеклянных кагпьл-
дярных трубок pjn ого сеч: ил. сгакан с водой, стакан с
Очищенным pncTtrrc'ibHbiM маслом.
1. OnycTine одну Hi трубок в воду (рис. 17.7)
2. Ироде тлите то же самое с трубко i дру гого сечення
3 Сдс.ийтс вы од: смачива-т нлн ист вода стенкн трубок,
как злен иг вь.сота поднятия воды в каииллярач от радиуса
капилляра?
44
БИЛЕТ .Yt IS
1. Яи.к-лыс э.лс»с11СмагиитпоЙ впл^кцвв.
Магниты и dutok. Закон э.ккгримагБнтой ввдуко.Ев.
Правело Jlvuaa
В 1831 г. am utfiCKHH фтик SI. Фарадей устлнолп л, что
этектрлческнй юк может во^ннхагь в контуре не только, при
движении гроводлнка в магнитном поле, но и прн 110004
и шененни м п нтного потока в кокпрс. Им было открыто
явление ллехтрмиинигчиай индукции.
Э.гектро.иа читная индукция — физическое ттте.
1ак.тча>ищееся в еозмжносении вихревого э.ихн ричгс-кого
поля, гьпыенющего злектрн'ческий ток в ш:кч} ча.м
контуре при ихи^неиии потока магнитной индукции ч рея
поверхность, с.-рипиченаую этим контуром.
Эл ктрический ток, вон Н1ающлн прн элсктронэгннтной
И1иул\цин. называют индукционным. Изменение магнитного
потока через поверх юсть, огр.шк'кнную контуром,
возможно при изменении с течением времени: 1) плошадн
поверхности, огр ннчс нон контуром; 2) мод\.гч мзпитной
Я1иукш1н: 3)уттл, образуемого вектором шиулздни с
вектором плэцади этой поиср\ности.
Одни ил опытов Фарадея заключался в том. что прн
вдвигании 1 остояниого магнита в итушку. замшутуго на
гальванометр, наблюдалось nosaJieiaic элсьлрнческою тока
в катушк ■ (рнс. IK I).
ЛФсИ
Рнс. 18.1.
К
•а
Рнс. 18.2 Рнс 1В.З
Электрический ток. возникающий а юмкнупюм контур*
при ихм ении ми.-нит:юго потока, пронинывающсго jmvm
контур, на ыаают индукционным током.
Объяснить природу индукционного тока можно следуто-
uoui образом. Lea» в однородном магнитном по. с до сжегся

свое н npiucoK. в постоянный (точнее пульсирующий)
ток одного направления. Eciii необходимо прсобра.ювать
илн усилить переменный ток ■ э.1 ктранных схемах.
используют трактат р.
Транзистор — полупроводниковый прибор с двумя р-п-
перехешык н тремя выводами для включения ■
электрическую цепь Транзистор образует три тонких слоя приносных
полупроводников эмиттер, базу и кол, спор. Эмиттер,
являющийся в п-р в-траизнсторе нсточ шкоы свооодкых
электронов, нзготавзнвдют m полупроводника п-тнла с
высокой концентрацией примеси Бага, регулирующая силу
токз в транзисторе, представ ист собой особенно тонкий
слон (толщиной порядка 10 мки) полупровод! кка /«-типа с
небольшой концентрацией примеси. Коллектор,
перехватывающий поток носителей заряда, от эмиттера через базу.
имеет с этой целью канбояыплм площадь Koirrarra
Коллектор изготавливают hi полупроводника л-ткла с небольшой
концентрацией примеси
В п-/>-п-тран1исторе основными носителями заряда
являются свободные электроны, движущиеся от эмиттера к
коллектору. Соответственно ток, за направление которого
принимают направленное движение положшелькых
зарядов, протекает от коллектора к эмиттеру. Поэтому на
уело ном обозначении п-р-п- транзистора стрелка
направлена от базы к эмиттеру (рис. 17.S.)
LK
|К
>
д?_
Элехтрош
И
■Э
Рнс. 17.5
и.
Ряс. 17.6
При подключении тратнетора в электрическую цель по
схеме, приведенной на рнс. |7 б, ш п р переход эмиттер —
база подастся небольшое прямое напряжен к L'a. а на
/?-и-псрс\од база — коллектор обратное напряжение IV-
к-
Pax ичают декорные и акцепторные nyituecu Валентность
атомов донорной принеси больше валентности основного
пот)проводника Валентность атомов акцепторной примеси
меньше валит ости основного полупроводника.
Типичным примером донорной примеси в четырехв и нт-
ном германии являются гиттмвадентные атомы ыышыпа
(рнс 17.1).
Рис. 17.1
Рнс 17 2
*
Четыре валентных электрона атома мышьяка связаны
попарно сильными жовалентнынн связями с электронам*
соседних атомов гермзккд. Пятый валентный электрон
слабее связан с атомом примеси. При внесении
полупроводника с донорной примесью а электрическое поле этот
электрон легко отрывается от атома, становясь свободным.
При добавлении одной досятиыиллномиой доли атоьюв
мышьяка в германии при комнатном температуре концсв>
ттнщкя свободных электронов, поставляемых атомами
лримесн, в тысячу раз превышает концентрацию свободных
ЭДСКТрОНОВ КДЫрОК-В ЧИСТОМ П0.1)Т1рОВОДЫНКС.
Полупровод1шк с донорной примесью называют палупро-
водникам п-типа. так как он обладает преимущественно
электро ной проводкмоегкю.
Примером акцепторной примеси и германии являются
трехвалентные атомы нндня. Для образования парноэлеж-
тронных связсВ с четырьмя ближайшими соседями у атома
германия не хватает одного электрона. Недостающая
вакантная csaib является дыркой. Ее мо.хет заполшггь
валентный электрон соседнего атома При этом здектронея-
тральный атом германия, получивший дополн1псль.1Ь.н
К
проводнюс ncpncHjj к) ирно вектор) магнитной ннтукцнк
R ло ил находящиеся в проводнике с ободиые электроны и
положительно заряженные ионы действует сидз Лоренца,
направленная в разные стороны (рнс. 18 2). В результате
разделения зарядов внутри провод] нха возникает
электрическое пате. Рассмотрим прямолинейный проводннх длиной L
дв окущнйсл со скоростью и в однородном мапппном поле с
индукиией в . которая вдправ. сна перпендикулярно
направлению движения (рнс. 18.31. Под действием силы Лоренца
заряды приходят в движем к. Величину, численно равную
отношению работы Л по перемещению заряда, к этому заряду
наливают зягктредотушей силой н (дукцкн £ :
Рис 17.7
Рнс. 17 8
4 Опустите сразу две трубки в рэспггелыюс масло.
S. Сделайте вывод.
б В какой на трубок, изображенных на ряс 17 7 ж 17.1,
ics6.iicjaeTCJ явление сыачншнкя кв како! неемзчнвагаи?
I
(1)
е=-.
ч
Сила lopcinp выражается рд с gvBL СО
где / — путь, пройденный стержней Подставив уравнение
(2)в(1). получим E=vBl. О)
Учтем, что ыагнкткыВ поток, который пронизывает замк-
и>тый ко iryp. равен ф ■- BS. (4)
Так кзк вектор магнитной индукции fj перпендикулярен
плошал» S контура, то ома = 1 - За время д/ площадь
контура меняется на &Sm~Jv&t. Знак минус по вдастся
потому, что площадь уменьшается. Измс кннс магнитного
ПОПОКЗ ф а -Jilvbl. (5)
Пвдспенв уравнение (5) в (3). получим: £ = . иди
£ -Ф\1} Это математическая запись "икона Фараде*.
ОДС tnujKunH в контуре равна скоросги изменения
магнитного потока через поверхность, ограниченную
контуром, взятой с противоположным знаком. Ее in
постоянный магнит выдвигать из клтушкн. направление
ННЛЛКШ(011НОГО ТОКЗ НЗЫ ИСТСИ lia ГфОТНВОЛОЛОЖНОС.
Правило, позволяющее определить направление
индукционного тока, было «стаиовяе о в 1833 г. X. Лсннсы.
*

45
Индукционный ток * тктуре имеет такое
навраеяаше, что сотдаг ии им лиииипишВ поток
через поверхность, оуюничснную контурам,
препятствует тм нию иаги со потока, выминаем
этот ток
Препятствие нлмс 1С ню магнитного потока выражаете*
шиком минус в законе Фарадся.
Явление аюстромагннтнон индукции широко используют в
многочисленных технических устройствах и приборах,
гагажмер, в трщефоршггорах, детекторах (обнаружение
ыяаллнчвсии предметов), В поездах на магнитной подушке
сжрхлрооодящнс катушки с током, размещенные вв дне
аагаиа. кндуинрунл ток а катушках из полотне дороги. В
результате отталкивания сверхпроводящих катушек на полотне
дорога юта приподнимается вдд эемлея.
Индукнно! иые токи, возникающие ■ проводниках, нсполь-
эуютсл для кх нагревания Этот эффект используют ■
электропечах для плавки металлов. Тот же эффект
используют в бытовых микроволновых СВЧ-псчах. Явление
элсюроыагнягной индукции позволяет считывать видео- я
здднонифор ацкю с магнитных лент. При» ихют явление
электромагнитной кндукцян н в генераторах переменного
тока
2. Квчсстяеяяяв задача во теме (ДГияпмвтвка»
На рис, 18.4 представлен график зависимости модуля
скорости тела от времени его движений. В какой из
следующих промежутков времени сумма сил. действующих на
та»,, была постоянна к ке ровна нулю?
На промежутке врсыеш! от
2 до 5 с тело двигалось с
постоянной скоростью и.
следовательно, согласно
первому чакону Ньютона,
геометрическая сумма сна,
девствующих на тело, была
постоянной н равна куна.
X
«:*
а з я j * *■■
Рис. 18.4
X
Другое проявление электромагнитной пцдукики я м
— токи Фуко. Эти токи наводятся в металле, *ff
помещенном в гаменяютссед магнитное поле. Для
учел ьшення токов Фуко сердечники траисформаторои
набирают «1 пластик, вэолнроваикых друг от друга Токи
Фуко наладят свое при снапвз в индукционных печах
вромышлашого я бытового назначения. Факт
возникновения электрического потя ори юысненкн магнитного поля
привел Дж. К Максвелла к вывод)', что переменное элек-
тртесхос поле jtt.тюю порождать магнитное.
Справедливость гипотезы Максвелла была экспериментально доказана
обнаружением электромагнитных воли. Электромагнитные
волны существуют потому, что переменное магнитное поле
порождает переменное электрическое поле, которое в свою
очередь порождает переменное магнитное поле к т.д. Эти
поля нс существуют друг без друга. Нелыя создать перс-
ыешюо магнитное поля без возникновения персыеплого
электрического пола. Независимо электрическое в
магнитное поле ьюжег существоват* только по отношению к
определенной системе отсчета. Если электрический заряд
покоится в одной системе отсчета, то стюситслио другой
он движется. Факт существования (или отсутствия)
электрического клн ыдпеятоого потя справедлив, если указало,
относительно какой скстсыы отсчета эти поля
рассматриваются- Электромагнитное пола — особая форма материн,
оеушссгвдкядаа взаимодействие между заряжеиныыя
чаепщаин. Око существует реально, независимо от вашего
сознания.
На основе закона э. ектромагнлтноЯ индукции
сконструированы генераторы постоянного ton.
Металлическая рамка ABCU под действием внешних сил
вращается в магнитном голе. Согласно эакону электро-
ыагнвтчой нилукикн а ранке наводится ЭДС нидукянл.
Слсдоаагеяьно возникает ток Для получения поствкщюго
тока рамку разрезают и се концы выводят на два аполк-
рово1 ных полукольца 1, 2 (рис. 19.2). Получ стсв
постоянный по направлению, ко изменяющийся по амплитуде
ТОК
БИЛЕТ Л 19
46
1. Явление самовидукпяв. Индуктивность.
Эисргви магвятвого воли
В 1832 г. амсрикансккЗ ученый Д Генри наблюдая
возникновение индукционного тока в катушке, когда
магнитный поток в ней увеличивался или уменьшался всклетв»
тиснения тока, прэтекаюпито в самой катушке Это
явление получило название самииндукцаи.
Самоиндукция — возникновение ЭДС индукции в
проводящем контуре при тиснении в нем силы тока. ЭДС
индукции возникает при изменении ыагшггного потока.
Еслн это взмеденке вызывается собственным током, то
говорят об ЭДС самоиндукции:
Индуктн пость соленоида постоянна.
Если через соленоид протекает постоянный ток
(/ * const], ЭДС самоиндукции отсутствует ( Сй " Ч). Так
как катушка наряду с индуктивностью обладает электрнче-
сышет!фоткааеш1ем ft то сала тою через вес /-—
- Л
ЭДС самоиндукции оказывается тем больох, чем больше
скорость нзыояения силы тока. Особенно быстро сила тска
изменяется при замыкании — размыкании цел*.
При замыкания ключа (рис. 19.1, а) магнитный поток
сквоть СОЛТ.ИОНД возрдстист* д Ф > О.
о) О
PHC.19.J
Согласно правилу Леша, аашикэет наауишонный ток
]{, создающий юиухцнк» fft , направленную против
внешн и индукции g .
&
к
БСЛЕТ№20
48
К
]. Свободные в яыпуждеяяые засктроыагянт-
вис кшиЯвняв. КоибятельвыМ коитур. Прсврвшсанс
Эвергав рра электромагватвых водебавянк
Эле1птлгкхгку10 цепь, состоящую из последовательно
Соединенных катушки индуктивности L я кондсисатора
электроемкостью С. иаты»а10Т1шлебзтеяышм коктурои.
Рассмотрим последовгтедьные стадия колебательного
процесса в L-C-конггре. Для возбуждеяня колебзкнй а
контуре конденсатор предварительно заряжают, сообщая
его обкладкам заряды ±?а. Тогда в начальный момент
времени г = 0 (рис. 20.1) между обкладками юкоенслорн
аоэшраст &яжгахчсское поле. Полная эмергня а контуре
определяется энергией электрического поля впнденсаторв:
1Г-»',»-Зв.
4Dt3tD
гс
(-г/а
Рис. 20.1
Пры ламыхакки ключа в контуре возникает возрастаюлпк
со временем ток. Этот ток нейтралпует заряд па пластинах
ютшеиептора. приводя к его разрядке. В реэутплатс эигрпш
электрического поля уменьшается, а энергия магнитного
поля катушки возрастает. Полная электрическая и
магнитная шергн* в квитурс сохраняется. Энергия
электромагнитного поля в любой момент времени остается равной
электрической энергии конденсатора в начальный момент
времени: W ..S-+— жЗя.
В момент времени г ■■ 774, когда конденсатор полностью
разрядится, энергия электрического поля обраиззется в куль.
К 2
1*0 1*7iA
гс 2
l»T/2 f»3/*T
av-A
1С
1*Т
147

Полярность ЭДС сама пдукцнн препятствует нпрлстакюо
силы тока через катушку, так как эта ЭДС включена
встречно ЭДС внешнего источника Реально ЭДС самоин-
думыш тормспнт движение элсктро ■ ■ проводнике, in
которого сделана катушка. С тс*кннсм времени, когда
ыалптгиый поток перестал' юч иггься { Д Ф - О). ЭДС
самоиндукции спи овйтс! равной нулю, м устанавливается
. е
значешк салы тога I - —
Л
При рхоигслкш! ключа (рис. 19 I, P) ток самоиндукции
протекает ■ ту же сторону, в которую протеки ток в испи до
рюммкмия. ЭДС сшонкд>юс4Н поддерживает мэгнкгиын
поток без тмсленмя. Реально ЭДС самоиндукции укоряет
движение электронов ■ проводнике ю которого сделана
квтушка. Поэтому в течение некоторого времени релаксации в
разомкнутой цепи продохнет протает, ток самокндукшш.
Б ij'
Согтасно заявку Ома, дм L-R цепи 1М = —°- =
Н л
Если у соленоида бслилая юцуктивнесть, ЭДС
самоиндукции может эиачггелыю прельенть ЭДС всточгапа тока
Появление значительной pro ости потенциалов в месте
рагшыкяюи цепи часто приводит к апсктрнчсокшу пробою
вкплучд, т. с аолкнкновенкю электрической искры.
Электрическая лампа, соедкнешеи пеоедоьтгельно с соленоидом,
загорается с залатлидакнем при включения токз в гаснет но
мгновенно после сто выключекиж. Но визуально заметить
запаздывание погасания язмлы не >достся, так кгк энергия
магнитного поем солегокза рэстадустс» на обраюкмтс искры
Процесс самонндукш ■ задерживает увеличение (уыеиьшенне)
тока в элсктртсчссюо: схемах н тнниях передачи снпитов, тем
самым приводя к искажению передаваемой информации.
Явление езиолктутаим подобно инертности в механике' тело
нельзя ускорять (иди заториошть) мпшт to, как бы не
ведкка была усхоряюши (и. н тормозящая) сила, действующа»
на тела Если взгупла нндуктил tocni swBO>tna в цепь
переменного тока, то ока окалывает сопротивление
X
к-
*
X
эпачс им* W = Wm ■
Рис. 20.2
а энергия магтпгпюго поля
(следовательно, и сила тока)
достигает максимального
г
Начиная с этого момента,
см. в том в контуре убывает,
елслоютслыю. уменьшается
или чппиЯ ноток в катушке.
Сеч *сни пргвилу Лен [a. нзм iei ню мплнгшого иотокв
препятствует нидумшош ый ток. ьригехаюишН в том же
направлении, что и тик разрядки хокдемсптерв. Конденсатор
яачи1 аст терсмряжаться. между его обкладками возникает
электрическое п^ле, стремящееся ослебить ток. который в
момент времени / ■ Г/2 обращается в |>ль, В этот момент
вренсин заряд ид обкладках доегкл ст первокэчвлыкнчг
значения, при этом э як заряда скажется противоположным
первоначальному. Далее те же процессы начнут протекать в
обратном направленна. Через промежуток времена t ш 7
система вер плел в иераонлчя. ьное состоя; не. После этого
начнется сшонроиэвояы ое повторение рассмотренного
цикла.
В отсутстЕ! с потерь на ншре аные проводов в контуре
COBCfiuuitoTcfl ivpNu ifl юскне незатухающие кплсбднкя
заряда на обкладках кеидсчедгер» и сели топ в клтушхе
индуктивности Твкке tccJicuai ия называют, свободными.
Если же потерн с>лссп'уют. саобиоиьк вяасбвиия будут
соиеришься с уменьшающейся амшнтудой текд (рис 20 2.)
Рассмотрим электромагнитные колсоаши в колебитсльном
контуре, происходящие под дспс-тикем внешней i еркодкче-
скоВ электродвижущей СЦ.1Ы. 1акнс коасбаыня ызылакл1
вынужденными.
Ikciiiu энергия такой системы остастсл иостоишоН,
псогому прои^ватпая цатой эиерш ■ Будет равна нулю:
Если несколько
В ^*Uc^r рамок рвегго.чожжгь
под иеболыпкьш
i'J] |^5^ /~\ утпюа. то пульоиаш
тока но жмплнтуав
сглаживается. Это —
" /" /-*&- \L——^bf \првлш1Л работы
-* yBfr'-'-tW^ генератора POCTOJH-
* ' с ноготохв.
Рис. 19.2 Если форма контура
рамки остается
нешмскиоЭ. то магнитный поток тиеняетсл только ал счет
нльгенення силы тока Ы Тогда ДФ = L£J. Элементарны
робота определяется пзошадью фигуры под графиком
зависимости магнитного потока Ф
от создающего сто тока / (рис 19.3)
Л a Тахак же энергия иагннт-
вюго поля (♦'. накапливается в
«> коятуре с видуктивиесгыо L при
CR.ieTOui: и7."—-
2. Кячсствгвнаяэхичжвотсмс^акоаытсрнодввхмякв»
Как юмеияется вмутрсикм эиерпи идеального газа пр>
(покорном кагреватиш? Согласно первому закону термодя-
ьамнхн bU*=A+Q. так как A-ptv . ш юмснекм
объема нет (процесс шолоряын), то АС ■ Q. Если Q > О.
т.е. воет процесс нагревания, то виутрепияя энергия тела
б>дст увслпчикггься. Если Q<0. то идет процесс охлаж-
деннд, и виутрсиняя зиергия тела уменьшистсл
148
Х-

Скорость изменения энергия магнитного поля по м л
ыодутю равна скорости изменения энсрпш 4v
электрического сом. Знак минус указывает на то,
■по, когда энергия магнитного поля растет, энергия
электрического поля уменьшается. Вычисли лрогавошше,
получим —-2j/"«=—от'
г гс
времени равна силе той.
Подставляя первую н вторую производные заряда, полу*
X
но производная заряда do
Y
/J
чкм
v LCH
Это основам
Д»
Ч
уравнение, которое описывает
свободные электромагккпше
колс&а! нл в контуре. Решение этого
уравнения имеет вид;
О.
о Чт
Рис. 20.3
q = ft, cos
viz*
Лерисинческие
юнелекна физической величины ■
зависимости от времени,
происходящие по закону синуса или. косинуса, называют гармонвче-
скимк келсбаянямн. Величину, равную а ~ -J— • иазы-
■тот собственной частотой колебательной системы. Тогда
q = qmcosot. Проусжутог времени Т. через которым
процесс полностью повторяется, называют периодом
колебаний Период собственных колебаний заряда ■
тлебатслиюи контуре определяется формулой, получен-
вой в 1В53 г. английским ученым У. Тоысоноы
Величину, обратную периоду колебание называют
частотой крлсбацин v ъ/в— . Единица частоты — герц (ПО.
Собственная частота к частота" колсбаннЛ связаны соотно-
пепкем ще2яу
к-
ЕПЛЕТК21
50
I, Элылтючвгавгиос воле Электромагнитные
мины. Шиповые свойства света. Разлнчакк: визы
элсктромагватвыя а1лучевай ■ м ■рактическос
■ранпевне
Английский учекык Дне. Максвелл в 1864 г. теоретически
предсказал существование электромагнитного поля.
Немецкий, физик Г. Герц в 1887 г. практически доказал, что
ыевду нзысклошнмея во времени электрическим полем ■
полем магнитным существует взаимосвязь. Перемен toe
электрическое поле порождает переменное магнитное поле
(магннтоэ. егтрнческая индукция), в переменное ыагннп ос
поле порождает перемскхое электрическое пале
(электромагнитная индукция). В результате в соседних области
пространства возникает единое электромагнитное пазе.
Электромагнитное поте может распространяться от одной
области к другой м в отсутствш вещества между иным.
Возникает волновой процесс переноса энергии
электромагнитного поля без переноса вещества.
Эл ктромягаятвая воли — асрсисввос зисктронаг-
втвтвое воле* рвевростражаюимеев а простриистве.
Максвелл рассчитал скорость распространенкя в вакууме
элсктроыапнтшх волн. Эта скорость совпадает со скоро-
стью света с^З-ЮЧЛ. Источником электромагнитной
волны является переменный ток.
Излтчсвве электромагнитных аола возаиккт ара
ускоренном дпвжеяаа электрическая зарядов.
Энергия излучаемой электромагнитной волны
пропорциональна квадрату ускоренна излучающей заряженной
частицы: е^-аЯ
Расстояние на которое распространяется волна за время
одного периода, называют длиной волны ( х ). При
постоянной скоросгв распространения волны эк период она
проходит расстояние A*vT. Диапазон частот, излучаемых
элеатромагшггньшн волнами, от звуковых частот (0 - 10*
Гц)до у -излучения (Э10и Гц).
&
К
В электромагкилюК волне векторы ЁиВ С4
перпендикулярны друг другу. В естественном ** "
свете колебания напряженности электрического пола £ и
млгшггной индукции в происходят по весы напраалегоиы,
перпендикулярным направлению растфостраненна волны.
За мдлравленне колеб!шкй в световой волне принято
китравленк вектора напряженности Е мектрнчесхого
поля, так как. экспернмнпллыю доказано, что на сетчатку
глаза, фотопластинку действует именно электрнческос поле
световой волны
При пропускании света через кристаллы было доказано,
что световые волны поперечны. Световая волна, в которой
колебания происходят в определенной плоскости,
называется полярнзоаагаой.
Световые волны, имеющие- постоянную разность фаз,
вшивают когерентными. При наложения когерс глшх волн
друг на друга наблюдается интерференцня света.
Если размеры препятствий соизмеримы с длиной волны,
световые волны огибают препятствия. Это явление отступ-
дення света от тфямолннейиостн распространения получило
название дифракция света, С помощью спсцнальиоВ
дифршшионнон решетки можно измерять длину световой
волны. На границе раздела двух сред световая волна
•сменяет свое азлраяленне (прелоыдяется). Отошснне
скоростей, света в этих средах есть относительный
показатель преломления двух сред.
В диапазоне частот электроыагкнтяых волн помимо
звуковых а остовых вода существуют радиоволны
диапазона частот I-IO'-IO1 Гд I Л-СЗ-и-Ю'")•
Большая частотв радноволп (источником является персмев-
аый ток) позволяет использовать ш для передачн информа-
аош на большие расстояния (радиовещание, телевидение,
радиолокация).
Микроволновое ашгучеаях вкпаавгает в двшвдовс
частот 10*-з-10"Гв(Дв1 км-0.3 ы) . Такое взл}чение
ввзьосиот свсрхяшасокочастотвын (СВЧ>
Источник рентгеновского из/учения — измене- и а
ныв состояния электрона* шнутрентя оболочек Oat*
стомой или мая€ф.\ а также ускоренно
движущиеся слоСодньт злектроны. Рентгеновское излучение
Обладает большой проншакмцеи способностью и нашло
применен с в ренттсноструктурном анализе
кристаллических решеток, при изучении структуры молекул, в дефсктор
скошш. в лечебной м диагностической медицине,
криминалистике, а астрономии.
Гаыма-вапучснкс. — самое высокочастотное киученпе,
его частота v ■ 3 ■ Ю" Гц, что соответствует длинам волн
X ■ 10'пы. у -лзлученяе было открыто французским
ученым П. Внлларом в 1900 г. Как и свет это излучение не
отклоняется магнитным оолеы.
Источник у -излучения яеляется изменение зиерхтине-
скога состояния атомного ядра, а также ускорение
с+ободных заряженных част и.
Это излучен] с обладает самой большой проникающей
сяоеобноегью. Оно проходит через метровый, слой бетона,
слой свинца толщиной несколько сантиметров- Практически
все у -излучение, приходящее к нам из космоса, попоша-
стся атмосферой Земли.
Z. Качествсвваа задача ВО теме «Строение газов,
жидкостей а твердых тел»
Чем отличаются агрегатные состояния веществ др>т от
друга?
Mojckj'tu одного в того же вещества в твердом, жидком ■
таэообрашом состоянии не отличаются друг от друга.
Агрегатное состояние вещества определяется
расположением, карактерои двнжекяя а взалыодействяя молекул
В газах при атмосферном давлении расстояния между
молекулами много больше размера самих молекул. В связи с
этим црятяхенкг молекул газа мало. Средняя взоглмческы
энергия молекул достаточна для того, чтобы преодолеть
силы молекулярною ормтяжеякя. В силу этого газы
шошают весь оредоехквлевжый объем.
X
149

Видимый свет — единственный дналтюн электромагнит-
ных волн. ооспркннмаснын человеческим глазом. Световые
•ояны занимают достаточно уний диапазон: 3B0-7R0 км
< b--S,85-!0"-7 89-10чГц )
Источником видимого света мявяю/нея еякмтныв -ал№
троны т атомах и маяекуяас, ыыкюиищы свое пояожяюы ш
пространстве, а также свободные хржды. движущиеся
ускоренно. Именно эта часть ел при дает человеку тритедь-
нос восприятие окружающего мира.
По своим фщичесиш свойствам световые волны
аналогичны другим волкам электромагнитного спектре.
Получение, имеющее ртагую длину волны (частоты) в диапазоне
видимого света, оказывает физиологическое воздействие па
со часку человеческого глата. вызывая ощущение цвета.
Например, злетпроьштоггяое излучен» в диапазоне длин
волн л-б20-780кы аьгшпзет у человека ощущение
взженого ивсо- В спектре видимого света сап осшпиых
цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубо*,
синий ■ фиолетовый.
Вялимый свет влияет ш пропжаяис химических реакции в
организмах жияигных в человека Например, голубой свет
вызывает деление билирубина. Поглощение растениями
углекислого гаи ш результате процесса фотосинтеза и
выделение кислорода способствует поддержанию биодош-
ческой жизни ва Земле Это окашввегся возможным
благодаря аиергня, юяучзсшА -естественным ишочмякш
инзимого света — Солнцем.
После того как Герц звЕперимсвтально получив хкхтро-
ызгнитхыс волны и юмернл юс скорость, электромагнитная
теория света получила первое экслеркменгалыюе
подтверждение. Было доказано, что элеггромжгнкп ые солкы при
Своемрлс11рис1ра1кнняо^н1ружиаа1оттеж«саи1|цлва,чт011
световые: отражение, преломление, ижтсрферонцню,
тллризацвкх якн-жяжса*е, дмфраяиюо. Элехтромагаатгныс
процессы подчлиоотеж законам, которые были открыты
Максвеллом.
>
£>_
к-
Колебания тока и напряженка в колебательном контуре
имеют сдвиг по фазе ва — На векторном диаграмме (рис
203) видно, что колебания силы тока, изменяющиеся по
икону 1 = 1тсаЦау+1г/1), опережают колебания заряда
ка я72.
Кшкботслышй контур является одной из основных частей
любого радиопередающего н радиоприемного устройства.
2. Экл'исрвмситвльяюе задана* во теме чЦаииммкап:
вюстросаие графики зависимости силы упругости от
уд. иие ия Саля пружины или реэиаового ибрища)
В вашем распоряжении имеется
оборудование для
провелсенл работы, набор грузов,
масса каждого рзвги 0.1 кг.
пружена, закреплсшал ка
дощечке (нижний конец пружины
снабжен стре, кон-указатслсм),
/^ -ЛДа. ■ лнкейга с ммлянметровыкв
делениями, шштатка с пршадлеж-
■*вс- 20-4 костями.
1. Соберите установку как поьлзано на рнс. 20.4.
2. Подвесьте сначала одни груз, потом дна труэа, три ■
четыре
3. Каждый раз отмечайте, насколько удлинилась пружина.
4. В важном случае сила
тяжести грума >раяиоввиш-
ваотсл " силой упругости
пружины:
F*rtc *чя: ^ =• 2mg и та
5. Постройте график яаялси--
мости силы упругости от
удлинения (ряс, 20.5).
Рис. 20.5
*
К
В жидкостях * тверды* телах плотность иного больше
плотности газа, молекулы расположены ближе друг к другу,
к их кинетической энергии недостаточно дчя того, чтобы
совершить работу но преодолению сна молекулярного
притяжения. Молекулы в жидкостях ■ особенно в твердых
телах не могут далеко удаляться друг от друга. Поэтому
жидкости принимают форму сосуда, а который налита за
жидкость, а твердые тела сохраняют свою форму.
Источ чк СВЧ-измучвта — юмененш итроллеыия спиыо
«аяеюянмо лч&апром шлака или скорости «раицта
мояяхуч еище&мя. СВЧ-юлучсннс нсполмуют для
космической святи, в бытовых микроволновых СВЧ-псчпх.
Лнфракр снос излучение имеет частотный диапазон
3-10,,-3.851О"Гц (Д-780нм-1 мы).
ИК-н.ллучскне было открыто я 1800 г. англи схим
вгтрокомом Гсртелем. Источник hi фракраспого иэлуче-
иня — колебание и вращение кодеку! вещества, поэтому
инфракрасное излучение дякт нэгретыс тела, молекулы
которых движутся особенно интенсивно. ИК-пзчученвяэ
применяют для измерения температуры различных
объесто», в биноклях ночного яплекпя, для прогноза
урожая в сельском хозяйстве, в медицине для
обнаружения инородных образований в оргалнзмях. для днетакдн-
ониого управяеиня аудио- и внлсо-плпаратуроВ
Ультрафиолетовое излучение зажимает диапазон
частот 8-10н-3-Ю"Ги (Д"=Ю-ЗВ0 им). Это язлучеяшв
Сыто открыто в IS0I г. яеисшиш ученым Ркттсром. Ои
экспериментально обнаружил, что хлористое серебро
чернеет не тстько под действием видимого света, во еще
бочес эффективно оно. чернеет а области, находящейся за
фиолсто ой частью спектра. Это и видимое излечение н
было названо ультрафиолетовым.
УяыярофиоясяюФас ызяучепт дают жакитяыв
электроны атоме* и молекул, а также ускоренно даихфщтс-
ел свободные заряды. УО-излучепие в малых деих
синтезирует витамин Д в организме, обладясг бактерн-
илдным действием, уничтожает ынхраоргакн мы. В
больших дозах ультрафиолетовое излучение может
вызвать ожег «ожв. раковые новообразования, ослабят»
вьпгунную систему оргаиняих
Рептгеновское получение воампкает в диапазоне частот
З-Ю^-З-Ю^Гц (чаГО^-Ю^м). Peinreiroaaoe
■гзлучсиле было стхрыто
Решпп.ом.
в 1895 г. немецким фи тиком
150
-«/^

БИЛЕТ №22
53
х-
I. Ооьли Рслсрфорда во рассс в» альфа-
частиц. Ядер аи модель атимв. Квантовые востуляты
Боря. Лахры. Ucaycntttaie ■ пиглошедае света атамана.
Спектры
Наименьшей частью хнмш сского элемента,
определяются его основные свобстча, валяется атом. Судить о том,
как ыхха м заряд распреде ны внутри отдельного атома,
можно, например, по отклонен по заряженных частиц.
гфолстшогг-тх мимо атома.
В первых экспериментах по изучении внутренней
структуры атсыа. OCyniocnurei шх в 1910-1911 гг.. золотую
фольгу J еблу.-эдн а-частнизми 2, пролстающнчн через
цель и cntiiuoiOM экране (р с. 22 1): а-частшгы.
испускаемые радиоактивным источником, предстявдлют собой ядра
атома гелия, состоящие ri двух протонов н двух нейтронов,
После шл маа-нстши с стонами фольги а-чзстииы
попадали кз экраны, покрытые слоем сернистого цинка ZnS.
Ударяясь об экраны, ж-чвепшы виз волн слабые вспышки
свел (сцинтилляция). По котячестиу вспышек
определялось число частая, paccemi ых фольгой нн определенный
угол. ВкзуьльиыП подсчет (б, 7) показал, что большинство
очастиц проходят фольгу практически беспретитстииня,
отклоняясь на углы менее 1°. Однако некоторые и-частнпы
(одна m 8 ООП) резко отклонялись от первоначального
направления, лаже отражаясь назад <нз угол I805*).
Столкновение а.-частишч с электроном ее может так существенно
изменить се траекторию, ток как масса электрона много
ыеньше илесы а-часпгды.
Рис. 22.1
>Z
55
где** 1.2,3. ... Энергия электрона ь атоме принимает не
любые, а лисхретиые значеннв. т.е. квантуется.
Энергетический уротнъ — энергия, которой обладает атомный
электрон * оярвдемнномстациоиарном состоянии.
Атом водорода н. =sT определенный спеггр энергий.
Состояние атома ел * I называют основным состоянием.
Основное состояние атома (ы у ) — состояние с
номинальное энергией. В основном состояние пектрон
находится ближе всего к ядру ы его энергия-связи с трон
максимальна по модулю.
Возбужденные состояния атома — состояния с п "> 1.
Чем больше пааыос квантовое число п, том дальше от
ядра находится электрон, тем выше его нсргстичссхмн
НМВСНЬ.
При гт-»<ю электрон удаляется от ajpa на бесконечно
Большое расстояние а его энергия связи с ядром стремятся
к нулю. Это одичает, что при энергии Е О электрон уже
не связан с ядром, становясь свободной частицей.
Свободные состояния электрона — энергетические
состояния с паяижятеяыюО энергией зяешуярона.
Двигаясь по орбите вокруг ядра, электрон связан с отоьгам,
НЛН. ГОВОРЯТ, НЛХОДНТСИ Я СВХЗаН ЮМ СОСТОЯКНН.
Связанны состояния хкхтрона — энергетические-
состояния с отрицательной энергией электрона. Энерее*
тичесхий спектр связанных состояний дискретен
Второй i остулат Сора: излучение света атомом
происходит три переходе атома из сяищианарпаво состояния с
большей анергией £» ш стационарное состояние с
меньшей тер.'цеН Ея энергия ипучеишио фатой» роена
рщзносты 1кергмй стационарных сасмоян й,-
Частогы нзлуче! на можно рассчитать по форму»:
и*ш*'/I И , , , ^
Кртппс в теории атома в 1913 г. Сил преодолен кт л
датским фшкхом //. Борам. Разрабатывая теории» 04
атака водорода, ученый использовал планетарную
модель Рсзсрфордя. Согласно этой модели, на электрон,
врящгаощяйся вокруг ядо с зарядом +в но окружиостн
радиуса г со скоростью в , действует кузоновсаая сила.
кшорая сообщает электрону шнтрастремителысое ускоре-
нкс
и1
л.= —
г
Датский ученый Н. Бор предположил несколько гипотез
ПсрьыД постулат Бора: « уетотчиеом атоме электрон
может двигаться лить то особым, стационарным
орбитам, не тхгучая трн ятам злеаяраматвтпоЯ
энергии
Пралнло ягнавтонаянв ирбнт Боря: на дяине акрряеяе-
стм каждой стицноналшош орбиты укладывается целое
число п длин вапп дс БроЛяя
*iB
mjj
coomecmemt} югцих движению уяектрона
2ят
где п — главное квантовое число: п ж 1. 2.3. ..
Целое чкело волн, укладывающихся на стационарное
сречгге. необходимо вз соображений симметрии для
плавного замыкания гармонической кривой,
Устоинс л з учитывает волновые своИсты эл=ктро-
**я
на, хот» было предложено И. Бором до появления гипотезы
де БроПля в виде правн.13 клантава ня орбит: та стацио»
тарной орбите момент импульсе электрона квантуется
(кратен постоянной Пленка hj:
Л1.1ТСЛП. ГЯО Л-MlX
%
К
56
Рис 22.2
На примере рубинового
принцип р боты laxpa. Из кристалла рубина
тготявлнистсд стержень с плоскопараллельншн
торный- От батарен конденсаторов емкостью в несколько
тысяч микрофарад питается гакразрядная лпмла. дающая
apxyio вспышку. В резутьтато чего ноны хрома, чистнчно
эаыешиооше атомы алкмпния в чгнеталле оксида
алюминия Al:Oj порсводятся m оси виого состояния Ft в вообуж-
JKI нос Е*. Через 10* с кош
переходят на уровень Ej <■ Et, на
котором они начинают ка>ак-
плнвзться (рис 22 2). Через
чскоторое время «(ергепгческнв
ypoaeiu £j ставоэится олсренл-
сслсниык!» Возяняяют само-
прошяолшые переходы с
уровня £i уровень F,. Вола,
bjtjiuu вдоль оси кристалла, многократно отражается от его
торцов и вышгает индуинровинное 1пл}ч1снне
возбужденных нон ■ хроми н быстро усиливается. Через
полупрозрачный торец рубинового стержня в течение сотня ьгикросс*
кунд отолит ы щпый нмлульс красного цвета. Рубиновый
лазер работает в нмпутъсяоы режиме
Существуют лазеры непрерывного денстаия* газовые,
полупроводников е, галэдкнаиггческне.
Лазерные лучи применяют ди космической cbxih, для
испарения материалов в вакууме, для точечной сварки, в
мед|.и»нс при проведения хярурпгчоехмх ОгграинЕ. для
•оспронзве,* и гологр, фнческнч изображеинн, с
помощью лазеров намеряют расстояние до предметов с
точностью до иескольклх миллиметров. Создание лал:рэв — это
прорь'в в обнести техники и тсхнологнн
2. Эь'спгримснталыюс М>1яввс по теме «Посюяваыб
юк»: aswdKBHC савротвв-icnfen с pa иислезовительпоч в
евря.г.'ьелыюм соелваеввн поух ирогадшжко*
В вашем распоряжении имеется оборудование
для проведен 1Я работы- источник гшегоянного юкл два
х-
1SI

Н. Бор опрсдслдл орбитальный" момент импульса как
уставие кпантоеанкя Кроме движения вокруг ядра го
орбите электрон вращается вокруг собственной оси. Прн
этом сто собственный (идя спиновой) момент кмлулься
равен л 12. Говорят, что электрон обладает тфцелъш
спинам (■ единица * ). Являясь еращаютеИся вокруг
своей оси заряженной частицей, электрон создаст
собственное нагшггнос ооле. Из спстемы двух уравнений
можно копти две неизвестные величины — радкус етадно-
нарноя орбиты/-нстшрость электрона v
Радиусы стационарных орбит пантожаны. те. имеют
дискретные значения, припарциональнъи квадрату главного
клан/полого числа
Атом имеет ыкшшдльныя размер, когда л « 1. Радиус
первой орбиты электрона, бдлжайшей к ядру, равен г -
е,5310,еы.
Скорость движения электрона оо л-Д орбите определяют
по формуй
X
V-
* л
Энергия электрона в атоме схладиваетса вз его кшетнче-
схоА энер'ии ■ потенциальной кулоновскоЙ энергии
взаимодействия с ядром
"l г '
Нуль потенциалы об энергии электрона выбран ва бесжо-
вечном расстоянии от ядра. Звак минус соответствует
анергик ернтяжсынл отрицательного ш воложитспного
харждоя. Подставляя в последнее выражена* значения
радиуса стационарных орбит ■ скорости движения оо иш
алейрона, получаем возможное значение энергии электрона
вагомс
к-
Э, Рсзсрфорд лгкдположнл. что отражение а-чэспщ
обусдоадс о их отталкиванием положительно зэрзженнимн
чзстицдмя. обладающими шесой. соизмеримой с массой а-
частнцы Мали доля частиц в общем потоке,
испытывающих тначнтешюс рэссе пне, означает, что положительный
зарод атома сосредоточен в очень малом объеме по сравио-
кнюсобъсиэм атома
Опыты Резсрфорда псаволлот оценить ьякснмалыаай
размер радиуса ft атомного ядра- Прн центральной
столкновения а-часткцы (с зарядом *2е) с ядром, кнекхшш заряд
*2с, они останавливается силами кулоновского отталжлва-
■пи на расстоянии г от остра ядра (г > RX В точке
остановка кинетическая энергия £ч u-частнцы переходит в логсшш-
=■ ^е-2ш
■дьпукх Et -А .
где к ■ 9 ■ 10* Н * м'ЛСл1. Следовательно, размер атомного
ядре Я определится статюпюшеы Я£-
Ъ
ЛынеВный размер ядра ш 10 000 раз меньше размера атх>-
мл. Из опытов Роерфордя вспосрсдствсмно следует
планетарная люде ь атома В центре стоил расположено
соложктслъно заряженное атомное ядро, вокруг которого
вращаются пи действием кулоиоасью сил притяжения
отрицательно заряженные электроны.
Атом элеггро! Йтрдлсн: заряд ядра рпэсп суммарному
заряду электронов. Размер атома определяется радиусом
орбиты валентного электрона. Планетарная модель втомд,
обоснованная олытамн Резсрфорда, проста, но ос позволяет
объяснить устойчивость атомов. Электроны, враивкоитес*
вокруг ядра, облазают центростремительным ускорением, а
ускоренно двяжущяйся заряд яилучает электромагнитные
■одни Теряя эяерпао на излучение, электроны должны
упасть на ядро, • атом прекратить сугаествовлсйе. Прн этой
частота излучаемого светя должка увеличиваться. 8
действнтслыюстя атомы устойчивы в а состояния с
минимальной энергией могут существовать ucorpai нчесно
долга
*
К
проволочных сопротивления, 3 амперметра, 3 вольтметра,
соединитель оде провода, разъелннительныШ ключ, для
регулирования тока в цепи можно использовать реостат.
(Бели нет возможности включить сразу вое воморнтсльные
приборы, включайте поочередно do одному.)
I. Соберите электрическую цепь согласно рас. 22.3 с
воследоватслъкмм соединенней длух лроводннхеа.
Нг-
I
I—0
Рис. 22.3
м>
Рис 22 4
2. Снимите ооказания амперметра ■ вольтметра.
3. Рассчитайте сопротивления па формулам
R,
4. Соберете электрическую цепь согласно pitc 22 4.
5. Снимите псказшаи кзльтистра и амперметра.
6. Рассч!гтилтс сапрегпшленке по формулам
**
7. Сделайте вывод.
Все возможные частоты, определяемые зткч выражением,
дают спектр излучения атома водорода, согласующийся с
экспернмеиталацыми данными.
Спектр попкдаепна вещества определяется в результате
сравнеши спектра шхтучекня. оаддюшего на вещество, со
спектром излучения, прошедшего через него. Атом
вещества поглощает излучение той же частоты, которую излучает.
Атомы каждого химического элемента излучают
определенные длины волн и имеют линейчатый спектр,
характерный именно для этого элемента.
Лмевчатыв евсктр — сигктр излучения, состоягая! ва
«тлели ыя узьвх сниггра, ьиых линий раз. нчвой
ватевевинсств.
Исследование линейчатого спектра позволяет определить
состав химических элементов. Слектрхль<(ыя анализ
позволяет наличие вещества с точностью до 10 г. В
настоящее время состаалски таблицы спектров всех атомов
для сравнения с ними осследуемь» спектров На фона
непрерывных спектров может появиться линия поглощения.
По спектрам поглощения оирсдедмот состав удзленнж
кебеских обьектов.
В 1917 г. А. Эгшитейн предсказал возможность кидлтагро-
ванною (вьшужаениого) издучення света отомоын под
действием падаюшего на них саета. Оообсииос-гью этот
излучения является то, что вози) косая при шиуинроаакком
ватучеинл световая волна не отличается от волки,
подаются на «том. ни чэстотоа, ни фазой, вя поляршлциея.
Переход атома ю высшего энергетического состояния в
низшее происходит пол влиянием внешнего воздействия.
В 1940 г. со стеккв фнзнд В.Л. Фийрконт указав ва
вспользова im вынужденного излучения вл* уснл ння
элегггюкагтштных волн.
В 1954 г. сопетскне ученые Н.Г. Басов в А.М Проясров в
везавнеиыо от юл вмериканскнй физик Ч. Tajnc
использовали аклуцкроышюе взлусснис для оплакал
микроволнового генератора рвд| волн с дткпай водны
Л " 1,77 см За создание квантового генератора — лазера в
1963 г. она били удостоены Нобелевской премии.
152
Х-

БПЛЕТМ23
57
X
I. Квяятовые свойства свел. Фоттоффснт в его
законы. Применение фштоффектв ■ текввкс
Явлскхс яирьшашя элсктрс гов на твердых в жидких
веществ new действием света называют фотоэффектом. Если
вырванные электроны вылетают а пределы вещества, то
таков фотоэ^рфчкт называют внешних.
Фото^крсхт был открыт в 1887 г. Г. Герцем, а затем сто
экаюрнмекталы о нсстсдовал русский ученый А.Г
Столетов. Принципиальная счеиа для исстидоваши
фотоэффекта иризеденэ ил рис. 23.1, а
а)
в)
Рис. 23.1
В вакулиной трубке, помещены два электрода — катод
ял исследуемого металла ■ анод (• схеме Столетова
применялась металдаксклд сети), подключенные к
источнику шярлженкд. Напряженке между электродами
измеряли вольтметром, я силу той ■ цепи —
гальванометром. Без освещения катод» в иеви тока нет lip*
освещении электроны, вырываемые светоы ю кптода под
ДеЯсТВКСЫ ЭЛеКТрЯЧеСКОГО НОЛЯ, ПрКТЯГИВ1ЮГСЯ ■
положительно заряженному «моду. Возникающий в цепи
элсктрическкВ то* называют фототокаы. а вырванные
электроны фатозпектроиа/4И Фототек возникает даже в
отсутствие разности потенциалов ыежду анодом в
катодом.
х-
*
Закон сохранения энергии называют уравнением
Эйнштейна &я фотоэффекта К гнетичеекдя
stiepnu фотоэлектрода линейно зависит от
частоты света (второб закон фотоэффекта*
58
'-^■"Иг)
График -sarHCFMOCTH юпкгптчсскоЯ энергии от частоты
EJy) приведем на puc. 23 2
Кннстнчсснзл эиергкз всегда
пглоипттспьиа. Это аначпт. что
фотоэффект будет мабякдагъся
л
Предельная частота vM
определяет красную границу фото-зффекта.
О
для частот v
Ряс 23.2
шоке которо к фотоэффят невозможен (третий закон фотоэф-
фегга): v т Цав.. Излучение тажоВ длпны волны нахешгтея
л
в красном диапазон: видимого спектра, чем в объясняется
кгшанж — красны граница Фотоэффект наше-т широкое
применение в технике. Вахууыные фотоэлементы используют
в турникетах метро, евстсиах защитной и авзркйнай енгнаян-
зацин, фотоэкспонометрах, военной технике, кгстсыигс слязн,
считывания светового синила, проходящего через звуковую
дорожку кнношткккя. кто.
2. Качественная ituava во теме * Электрическая ток»
На рис 23.3 представлена зшикн-
мость СП.1Ы тока / от {отражения U гш
некоторой сопротивлении. На каком
участке выполняется закон Оыл?
Согласно закону Ома для участка
пели, J» СВД, где Л-сотгршнвление
участка цел». сн.и тока прямо
тдюпоршюиальиа иалряженню,
а графиком таков зависимости
валяется прямая. На графике такая эаамекмостъ вылолняст-
сл ка участке до напряжения 4 О.
Рве. 23.3
БИЛЕТ №24
59
L Состав ядра атома, fticpuuc если, Дефект
массы ■ эяергвв связа яицм «тома. Ядерлыс реакцнв.
Ядерная энергетика
Опыты Рскрфорда, проведсикыс в 1910 г.. показали,
«то атомное ядро, находящееся в центре атома, в 10 000
раз меньше размера э, сктрогшэн обол чкя я
сосредоточивает Vi.t % мессы адом*. Постсдующес 'изучение
состава ядра проводилось экспериментально с помощью
бомбардировки ядра а-частнилын. При подобной
бомбардировке vi ядра вылетала частицы, входящие в его
состав. Первой такой частицей, открытой Рсзсрфордом •
1SIV г при бомбардировке ядер В. F. Na, Al. P. Ne, Mg щ
других этсыснтов, был протон (от грсч protoi — первый,
первичный), или ядро самого jK.rv.oro изотопа втома
водорода. Прогон р яысет положительны! здрад, равный
заряду электрона, («- |.6 10"'*Кл ). Mi«* покоя протока
ятАж1.67-10"гкг-1 ас.м. Протоны встрсчзются ■
хмкых условядч в свобод! ом состоаика как ядра атома
водорода Однако считать, что атомное ядро любого
атома (in неключениеи |Н ) состоит только ш протоков,
было бы ксл| авидьно. Если, малрхмер, злрлд ядра «тома
^С Р»л=и +6 с то это означало бы. что ядро состоит ю
шести протопов с обгдей ы ссой б а.* м. О.тшго опыт
яюх^зы-тет. что масса вте-ма ^С роана 12 а.с.м
Следовательно, кроме протонов, в состав ядра входят и другие
частицы ойшей массой & в.е.м. В I )Ъ2 г. ампнйскяй
фнлвк Дзк. Чедвик установит, что прп облучении ятср
•томя бериллия a-чэстмщшн из ядра вы. стают чсЯтрц'и»-
яые чястнцы мясссЯ. Сл згоР к мнхе протова. Эта
частица была названа нейтротхи. Плеса пекол Соободко-
го нвйгрока ш. - I.674V2S6 ■ 10''кг- I.O0S66+902 в.с.м.
превосходит массу кротона но 2.5 массы электрона,
отличали от массы протона всего на 0,14 %
;не
о) б)
Рис 24!
Подобное парное размсакяие мухпоноя соответствует
млксиыллькому засолнекию ссстгсгств.исгцсй зк-.тжтнчо-
скоб о&олочкл. Энергия мер, как и атомов. кк1нтугтся, т.е
ядра облдддют дискретным cncrrjx»i э«1сргетическг«
состояний. В случае нечетиого числа протонов или
нейтронов а ядре нс(.парс ишй нуклон может занять лишь сле-
д>-юш,иД, более высоким анергетнчеекми jpoec^v. Обдяддя
бо.г<ы1кн энсргксИ, ядра с исчстны»н числами Z т N
(кгчетио ичепты* ядра) оказываются менее стлбнльнымв
Существует всего четыре стайнльндо нсчстио-нсчстных
ядра |H.*Li."B ■ '*N . для которых Z- .V. я нечетно-
нет ых стабялькых ядер не существует вообще
Н«.четно-четньс ядра — ядра, состоящие из нечетного
(четного) числа протонов и четного (нечетного) чвела
нейтронов. Наиболее стабильными яиляотся четно-четны*
ядра, состоящие из четкого числа протонов и четного ч ела
вс гро ов Известно около 160 сггёч.шихч чепю-четных
шпр. Особой устоичпюсгью средо четко-четних ядер
отякчаются *мат\ескыс» ядра — яд;т. у когпорьв •пюа Z
протинош вон V ntO/яронов рати однауу вл чисел 2. 8, 20,
2К, 50, 42, 125. Сами эти числа также кыы&шот магически-
*и. Магичсскне числа отражают иерчаднчиос-ь saiKmteiuu
нуклоламн эиерплтрискнх обозочек ядра, подобную
лсрисок-тоств эагюлжлиа хтектронпия электронных
оболочек отоков, отраженное в Псрнсдкческоя системе
кнмнчесип элементов ДИ. Менделеева.
Чем бо.'иаие протонов о ядре, то. чем больше заряд
Ze ядра, тем сильнее кулоновское отталюпиише ыежду
х-
153

X
х-
С увеличением разности потенциалов между анодом в
катодом сила, тока встрлетает При некоторой
напряжении она достигает максимального значения, наэыи мого
фототоком насыщения /* (ряс 23. J. б).
Была уствяввдены законы фотоэффекта.
1. Фототек насыщены» прямо пропор киям
интенсивности света, подающего на катод.
2. Мтхи^еелная кинетическая энергия фотоэяаапранж
прямо пропорцооначьна частоте света а ив яавжшп рт его
иит нсивнпсти.
1. Дяж каждого вещества существует минимальная
частота света, называемая Краснов граница!!
фотоэффекта, ниже которой *}лтепффехт невозможен.
Явление фотоэффекта я его законы были объяснены ш
основе предложенной Эйнштейном кзаитовон теории света.
Согласно Этой тсорнн. раотрострзнскна евпа следует
рвесмлтрнрэтъ не как непрерывный волновой процесс, а как
поток дискретных светосьы квантов — фотон в с энергией
hv. Интенсивность света прямо пропорциональна числу
фотонов Л", я энергии каждого ю них ftv. Каждый фоток
поглоодегся целиком только одним электроном. Поэтому
число вырванных светоч фотоэлектронов (а стало быть, н
фототоя насыщения L), пропорционально Л*,, т. е
интенсивности света (первый закон фотоэффекта).
Объяснить второй и третий -тахокы фотоэффекта
Эйнштейну удалось с помощью закона сохранения энергии.
Энергию связи эвехтрова и металле характерна)»! работой
выхода А^. Рабата выхода — минимальная работа,
которую нужно совершить для )1дажниж эзхктраяа из
металла.
Энорпи фотона идет к> совершение работы выхода к m
соабшенпе вылетевшему фата-иектрану кинетической
энергии hf^A^* ■ г<» А
связывает энергию нхтученна
А^6.С2-10"'Джс
- постодкнаж Планка
пакта и частоту
*
К
протоками. Поэтому, для того чтобы они не разтетались
пол действием култговенс* сил, для стабилизации ядра
требуется большее число нейтронов. При малых Z число
нейтронов N т Z, ■ при больших Z {в ядрах тяжечых
элементов) даже значительное число нейтронов в ядре
(N ■ 1.6Z) ужа ив может препятствовать его распаду.
Последним стабильным ядром, имеющим максимальное
число прото to», является енвгсц (Z * 82). Энергию связи
куклою с ядре можно оцсшпъ с помощью соотношения
нсопрсдсЕнностеД Геизси&рга для координаты н
импульса. При лохалиишш 1гуклонв ■ ядре
неопределенность его координаты оказывается порядка диаметра
ядра Дх*2Д-10~"м, При этом вшкнкаст неодределен-
^в>.ъ—* Энергия связи ядра
Ах 2Р.
ность импулася
равна минимальной работе, которую нужно совершить,
чтобы разделить ядро ка составные части — протоны и
нейтроны. Такая энергия выделяется при образовании"
ядра ш прогонов н нейтронов и определяет уменьшение
массы нар* по сравнению с массой протонов н
нейтронов, входящих в его состав, клн дефект массы.
Удельная энергия связи — эпертыи свята,
приходящаяся на одни нуклон.
Энергия- свят опредсиется ур впекнем Эйнштейна н
зависит от ывесового числа: Етя&тсг. где йа —
дефечт массы. Максимальная энергия связи 8 795 МэВ
у кителя £Ni . наиболее стабильн о m всех ядер.
Ядра тяжелых элементе! могут дшштьви на ядра
меньшей ыяссы при вмешмем яазаейемни В 19Э8 г. немецкие
уч пые О. Гаи и ♦. Штрассыан нивдюдллн дело не ядер
урана поп действием медленных ноятрякоя Исяо.тмява-
нне именно пентрямвв для деления ядер обусловлено их
эяектронентра ыгостио Захват неитравя ядром нарушает
хрупк>к> стабильность ядра, обусловленную токпш
балансом сил кулоновског о дпадяваяния и ядеряогд
Нейтроны в свободном виде в земных условиях прлкпгче-
скн нс встречаются из-за ах неустойчивости. Нейтрон
достаточно быстро сшплфопводьяо расладлстся. среднее
время явонн нейтрона бл .гн> к 1S.3 мкн.
Согласно гфотонно-лсйтронноя модели ядра,
предложении*, в 1932 г. Д. Иваяеяхо и В. ГеОжмбсргам, ядро атома
любого химического элемента состоят яз двух видов
меч ктзрных частно: протонов и нтронов. Вследствие
элБятронеитральяостн атома число Z протонов в ядре
(зарядова число), имеющих заряд (+ЗД, равяо числу Z
электронов с полным зарядом (-Z*), данж^щихся вокруг
ядро. Например, один э. сктроя атома водовода
удерживается нблнзя ядра одним протоном. Прн этом я ядре рахлкчних
изотопов (от грсч isga — сдкивкоаыИ, topos — место) атома
водорода может находиться не только протон, по и разное
чис. о А: иентронов.
Изотопы — атомы одного и mwa лея химического
шлемеята, нлшещив одинаковое чисЛо протоков а ядре
(гарядоло* числа Z) и разное число N пейтропо*. Напри*
мер. водород имеет три изотопа ,7/ - протай, \Н -
дейтерий, [//-тртий.
Рассмотрим состав ядре гелия. В электронной обо точке
геяня находятся ива алск-рока, а в ядре соответственна два
протаю (ряс. 24.1, о> Однако ядро, coctoiyisc из двух
протонов, настойчиво и>за кулоновокого отталилиняя
протонов (такое ядро существует менее 11Г'*с ). Два
нейтрона, входящие в еяетав ядра jHe . стаПнлиНфукгг
Ялра Силы их ядерного прнтяжешы между собой н к
протонам пр«1ятствуют .■улонозысому оттвдкнвдыкю
протонов. В основном эиергстнческои состоянии ядра
J1 Ге . облддахяксго инкиыальной энергией, нал-одятс* две
пары протонов и нейтронов с протнвополохнымн спинами
(рис. 24.1.6).
154
*

прнтяжсяш. Избыток нейтронов в ядре приводит к £*Л
делению ид ядра меньшей массы, называемые 01
сскояками деления. Млссы осколков деление
отличаются друг от друга пр ерко в 1.5 раза. В результате
рсакцян деления ядра ураня %V образуются два или три
нейтрона. Типичными примерами таких реакций пляотся
следующие ядерные реакции:
х-
;и+£и->«;и*
'ЕВа+^Кг+з;*,
Реакция деления ядер урана сопровождается выделением
значительной энергии. Выделе ше нергни обусловлено
ролличнсы удельных энергий связи дщр урана н осколков
реакции. Удельная энергия связи нуклона в ядре урана
™U около 7.6 MjB. я осколков реакции около 8,5 МэВ.
Поэтому ■ результате ров паи деления вьитвгтп энергия
(8.5 - 7.6) МэВ - 0.9 МэВ. пркходяшыся на один нуклон.
V4HTWUX, что паяное число нуклонов около 233, можно
оиенкгь палмшЛ энергетический *шЫ> реакции деления
™U . При деленин ядра ура» знерткя выделяется в
опешим (около 90%) в воле юоютичосио* анергия
разлетающихся осколков. Ослиыш энергия (около 10 %)
умоется »0тякж2кжюшм нейтронами.
Любой из двух нейтронов второго поколения, яилстакноих
из ядро *%U * процессе делали, может в свою очередь
вызвать деление соседнего ядра. Четыре обра-Т}кншскся
нейтрона третьего покатали способны вызвать дальнсяоке
яеленнс. В рпудьтас число делящихся ядер начинает
лаяинообрадю недостать. Возникает цепная реакция
деления. Ценная вемконя может вешшкагь также еря
делении искусственно сотдаиньк изотопов урана
*£U я плутония ^Рп •
Дсжкие ядра урана ™и лронехолнт под действием
медленных (тепловых) нейтронов с энергаей порядка 0.1 эВ.
к-
62
Зная KotnjcinpauHK) ядер п.. нипдсы число ядер >
объеме 1'. (!'•: я-А1!. ), рдяное числу
столкновений нейтрона с ядрами в единиц) времени
Каждое CTOiKHOBCiiHC приводят к образованию вторнч гого
нейтрона, самоподдерживающаяся реакция возникает при
условии- К ж 1.
Следовательно, мииима ьныЯ критический размер актттм-
twtt sarin (в которой протекает цепная реакция)
Считал, что активная зона ямоет форму куба со стороной
Lt можно оиеннть критическую массу:
Заа нне критической массы зависит от форчы. структуры
н внешнего окружения активной зоны Если уран прослоен
сшян7гялс*10нымн пленками, замедляющими выход
нейтронов во активной зоны, н окружен бсоиллисвой ободочков,
■яешгкхцеи вылету электронов наружу, критическая ниссв
уменьшается.
Вьисяенне ядерной энергии может лромехйлмть не только
ирв реакции деления ядер, но и при реакции сселим нкя
(синтеза) ядер. Выделяющаяся энергия ояазынпегся нам-
большей при синтезе ядер легких цементов, обладающих
нямнмалыюя энергией свяли. При соеднненкн двух легких
ядер, например дейтерия 'Н н трнтня *Н обрадуется
Солее тяжелое ядро гелия
При таком процессе ядеряого синтеза ямяеляется аыачн*
тельная энергия (17,6 МэВ]. равная разности энергий связи
тяжелого ядра jHe ■ двух легких ядер *Н н \И
Обрзт*юшиЛся при реакции нейтрон приобретает 70 % этой
энергии
*
К
Наиболее эффективное даленнс ядер ™U фоне- СО
ходит пцд действнем медленных нейтронов. Однако
вторичные нейтроны, образуккцлеся в результате резкими
деления, являются быстрыми Чтобы ю оосдедуюоке взахио-
денсткне с ягами ^TJ а остдюй uijuuor Сняв нвхязаасе
гивяьи О*!1
эффективно, их замедляют, вводя в активную мну w«fdw-
Ktc'k. В качестве замедлителя часто нсподьзуюг обычную
(HjO) в тяжел}1» (DiO) воду. Это связано с тем, что ядром
атома водорода в молекуле воды является проток, масса
которого близка к массе нейтрона. "В этом случае потеря
энергии неПтрощ сказывается мвкаоявдьной. Хорашим
замедлителем считается также трэфнт, ядра которого не
поглотают не&троноя. Для ученыясння утечня нейтронов н
увс;и1чония коэффициента размножения нктнянтю зону
окружают атралаяяелем нейтроном — оболочкой, атро-
жающеи нейтроны, внутрь зоны.
Управление скоростмо ценной рсакцян сс>т«ествлястся с
помощью передвнжекня в активной зоне регулирующих
стержней. Такие стернош нагопвлмвАЮТ на материалов,
сильно поглоасиоашх нсктрош (кадмий, карбид бора). При
увеличении глубвны погружения регулирующих стсрлокЛ в
активную зону число гюглошышых нейтронов возрастает,
вследствие чего исшил ргакши ослябслас-г. Прн полностью
яккружскиых в ami ную зону стержнях целкяя реакши
должна орекратнться. Ядерные рсаюгры нзиик оряменсине
в енловил установках коршкй н подводных лодок. АЭС.
ддя прошводства искусственных радноактюмьк изотопов,
для научных исследова mft и в ысздщи; wn% uenxx.
2. Эксасрнмспальаос зикдянве но теме «Хаяемятяка»:
вроверня аявневыостн времевн двнжеявн шдрккн яо
■axvrodHOMy желобу от угля наклона «кслоба
В ваикы распоряжении ддя вьтолнс! ня работы имеется
обарудовяннс: желоб наклонный металлический
длиной 1.4 ы, шарнк металлический диаметром 2 см,
взинцдр мстадлнческий. метроном, лента нэмсрн"1ельная,
Соберле остановку согхкао рнс 24 4.
БИЛЕТ JA 25
L Ряляодитявность. Веды рвлнонгп
нзлучевнй в методы ах решетряшон. Влнянве ягоияпн-
рунщей ршваяиа на живые органнэмы
Провесе распада ядер атомов на другие ядра ы частицы
назияеют радиоактивностью. Рядновктнвность — явлекас
сямогфонэна-кяого яяхвряшеши однже ядер • другяс с
■спусканием ряхтнчкых частиц. Различают естественную я
яскусствскнузо гдадиооптапость.
Естестяснкгя радновктишость — радиснялтшность, на-
блюяасмея у неутлойчнвьа мэатопоа, супестяуюшнх в
природе. Искусственная радкоактнвность — раат&хтнв-
ность нэотолов, получешвая нехусспенно прн ядерных
рсакцнхх Нсстаймльнимн раднсаятнлнымл яплиотся
тяжелке ядра с зарядовым числом Z > Ю вля массовым
числом А > 209, ноторыс могут спонтанно распадаться.
Радыоакт *v*x* распад — радиоахяшиакт (cavonpota-
шальное) превращены исходная) (мятеринск о) яЬра ш
новые (дочерние) ядра
Причиной ридноактнляоп) распала является иарутленпс а
ядре баланса между числом Z протонов н числом V
нейтронов. Во всех стабильных ядрах (за асхлючашем [н >
ZiA'CZ/.Vsl) волк ядерного тлнпяиеяня нентропов
номпонснр>ст кулонеяское ептлдккввнме протонов. Прн
нярудкнян требуемого баланса ядро обладает нэбыточной
элергвен, нзбаянться от которой оно может в результате
перехода в состояние с мсниией эмвргней Адра, оиорявь
шне нэбыточ! ое число протонов, освобождаются от этого
аобытка в рс^льташе а -распада, а -распад —
спонтанное превращение радиоактивного мора а ммве мЛро с
тепуежжмч и в-частищш, fi •распад — стиинапное вре-
еращеиие радиоактивного ядра ш нооое ядро с игяусконюем
з/ехтрона и антинейтрино.
При о-рйсладс радношлнянос (матерпссяое) ядро X
ареяраптдгтея в новое (дочернее) ядро Г, нсоуская пря этой
а-члетнцу (ядро дтонв jHe )
х-

Сравнение энергии, приходящейся tts один нуклон
реакциях ядерного деления (0.9 МэВ). к синтеза (17,6 МэВ)
показывает, что реакция синтеза легких ядер омргетическя
боже выгодна, чем реакция деления тяжечъес. Слияние ядер
происходит под действием, сил ядерного npvruKCHiuL
Поэтому они должны сСлшнться до расстояний, меньших
10'" и, на которых действуют ядерные силы. Этом;
сближению препятствует кулоновскос етталкиваше
положительно заряженных ядер. Для его преодоления ядра
должны обладать кинетической энергией, превышающей
потенциальную энергию их кутоновского сттэлкнваяня.
Средни кинетическая энергия ядер определяете!:
температурой Ё=-кТ . Тогда преодолеть купоновское отталпом-
ине смогут тишь ядра, имеющие кинетическую энергию:
г
Термоядерный сайта — реакция, в которой три
высокой температуре, большей 10т К, т лееких ядер
синтезируются более тяжелые. Термоядерный оштез — нсточшск
энергии всех звезд, в той числе и Солнца
В 1942 г. в. США под руководством итальянского финта
С. Ферми была осуществлена
первая в мире управляемая цепная
реакция ш ядерном реакторе.
Сейчас их в икре около 1000
различных типов ■ назначении.
Ядерное топливо (урон)
располагается в активной зоне ■ виде
вертикальных стержней (рис.
24.3), называемых пккювыдеяяю-
щимы элементами (ТВЭЛ). Число
ТВЭЛов определяет аохскяаль-
1гую мощность реактора, В
ахгнвыон зоне реактора может
находиться до 90 000 ТВЭЛов.
X
тети
-^0
О
ToSw
Т<ми—mjl
Pit. 24.3
х-
Эффективность воздействия таких нейтронов на ядро
связана с большим временем нх взаимодействия tn-ia малой
скорости опюсктстького движения. Дпл деления ядер урана
*JJU, наиболее часто встречающегося в природе
(составляющего 99,275 % естественного урана), требуются-
быстрые нейтроны с энергией, превышающей I МэВ. Скорость
цепной реакции деления ядер характеризуют
коэффициентом размножения иентро ов. Коэффициент размножения
нейтронов — отношение чпела нейтронов в данном
поколении цепной реакции ж их числу в предыдущем поколении:
Л',
*-■
■V,.,
Необходимое ycAOevt для развития цепной самоподдержи-
лающейся peayijmi: * г I. Про * ■ I реакция протекает
стационарно: число нейтронов сохраняется неЕпмснньш
При к >-] реакция ясстацио iapna: число нейтронов
лавинообразно нарастает.
Число нейтронов, образующихся при делении ядер,
зависит от объема урановой среды. Чем больше этот объем, тем
большее чнедо нейтронов выделяется при деления ядер
Начиная с некоторого минимального кр1тгнчсского объема
урановой среды, имеющего определенную критическую
массу, реакция деления ядер становится
самоподдерживающейся (к ■* 1). Самоподдерживающихся реакция деления
ядер возникает, если за время пролета нейтроном среды с
линейный размером L успевает образоваться новый
нейтроне результате реакц в деления.
™U За время пролета среди первичный нейтрон
столкнется только с теми ядрами
радиуса F. центры которых
находятся в пределах цилиндра с
площадью поперечного сечения
ягЛ* ш длиной образующей I
(рис. 24.2).
QEB
L
Р с. 24.2
»
К
С учетом ззхояов сохранения электрического заряда и
числа нуклонов запишем равнение е-распада:
£Х -* £JK + jHc. В результате а-рзспада порядковый
номер ээснеита ■ Периодической таблице химических
элементов ДИ. Менделеева уменьшается на две едншщы, а
ыассоиое чиста на четыре единицы. Широко применяемым
источником а -частиц является радий. При распаде он
преврзтаетеяврадон: ~Рл-*™Яп + ;Нс
Энергия распада — суммарна! кинетическая энергия
продуктов распада Ютетичесоя энергия продуктов
распада сзфсдслястся разностью масс штсриясшго ядра и
продуктов распада реалия ^(/п^-м^-ж.)^ При
Р -регцдг ралиоактлв ое (материнское:) ядро X
превращается в новое (дочернее) ядро Y с испусканием электрона.
В результате бета-распада порядковый номер элемента ■
Периодической жабшщс химических элеыеито*
Д И. Менделеева увеличивается на единицу:
Эдектроа не содержит нуклонов, поэтому его ыэссомо
число радио нулю. Появление яйароентсдыюго знака я>
уравнении реакция не случайно. 6 процессе распада озли из
нейтронов превращается ■ протон. Прн этап вследствие
aaxoua сохгдяеыкя электрического заряда образуется
электрон. В результате процесса 1я-*[р±'с (выдсляетсл
эвергиярзспада): £t-tmm-jf^-vrjc1
Гамма-излучение — электромагнитное нзлучсннСг яозии-
пюшее при переходе ядря ю вх>збуяс1Счш(го ■ блмее юпяж
жергетическос состояние.
Радиоактивный распад — статнсгичсстяВ епюпесс,
Нельзя сказать, какие ныеаш) атомы в радиоактивном
образце, состоящем ■ начальный момент времени hi tffl
•томов, распадутся за определенное время. Но можно
ирактичестя с полной достовсриостыо предсказать,
сколько атомов незавненно друг от друг» распадется а
Пустите несколько раз шарик по желобу, менян прн этом
угол наклона желоба.
Промежуток времени измеряйте с помощью метронома.
Настройте метроном на 120 узаров в минуту,
следовательно, промежуток яре енн между двумя постсдоватсльными
удагшиг равен 0,3 с
Удар, имеете с которым шарик взчяиает свое движение, не
считайте.
Слезайте вывод, как зависит время движения шарика от
угла наклона же. оба.
Рис 24 4
156
Х-

этот промежуток временя И пример, половина ^ _
атомов радоиа распадется за 3.82 дня Чем больше R5
tJ . тем точнее будет выполняться это
вероятностное предекпзкяс.
Период полураспада — лрдомкз- чок времени, за который
распадется половина первоначальною числа атомов.
Предположим, fro в начальны i момент времени (t ■ 0) их
было Л',. Тогда по истечении пер года полураспада 7м
исрцчпл»ишнкл« останутся ЛУ2 огонов. Атомы распадаются
во нтсио друг от друга. Сущестиуст вероятность распада
каждого «томе ■ отдельности, поэтому период полураспада
не зависим от начального числа частиц. Спустя еще одни
пол) период (в момент времени ft ■ 7) число нераспавшнхея
(радиоактивных) атомов ,и.1-_а. Через я периодов
2 2 2*
полураспада в ыо кит времени 1«лГ1Л таких атомов
2'
закон ралноакгкя ого распада — закон убывания чиста
X
останется ft'a^-i. Учитывая, что !■«?;,. получаем
радиоактивных атаыоа со временем М = ,V02 ^J - Период
полураспада для разных изотопов меняется > широких
пределах например от Ю"мсдо 3,7-10" дет -Зависимость
числа радиоактивных атомов от времени дм тотопов с
разным периодом полураспада 7* приведена ш рис 25.1 а, С
График згой зависимости — экспонента
ьс
0
Рис. 23.)
х-
66
включают по различным схемам совпадения, что
позволяет нс просто сосчитать число частиц, но и
о грелечкть, по пикшу направлению и с каков
энергией гриястсш зарегистрированные частицы
Камера Е -акта — один m старых н ицдежша приборов
для регистрации частно, coruuoowc нош на своей Пути. В
шкре находится касыиккнын водяной пар. В момент
исследовэкня резко увеличивают объем, температура еючком
падает, пар становится ncpccuiuciuiuu. ко еще не ■сомдепенру-
стся. так ках нет центров конденсации. Если и такую
атмосферу пересыщенного пара влетает «оптирующая частит, из
пути се следяшои образуется исночга ионов, которые
становятся центрами говдагацин; водоюа пар
конденсируется, к образуется туиаюшй след пролетевшей частицы — трех
По Д1НК н толщ] и трека можно судить о массе частицы и се
энергии. Советские физики ПЛ. Капица и В.В. Скобельцын
предложили накалывать из камеру магнитно: пате — тогда
нож) о судить о заряде частицы.
Пузырьковая камера работает аналогично камере
Вильсона, только в licit используют перегретую жидкость.
Регистрируемая частица создаст га своем пути цепочку ионов,
которые являются центрами парообразования, — цепочхв
пузыр ков замшевшей жидкости образует трек частицы.
Камеру заполняют onc*£i hum газом. В такой среде трен
короче, чем а газе поэтому удается проследить частицу
даже с большей энергией до се остановки, что позволяет
рассчитать важнейшие ее характеристики. Такие камеры в
настоящее врсыя используют для регистрации частиц,
полученных на мощных ускорителях
Метод толстостенных фотозиульенв позволяет судить об
энергии частицы и ос судьбе по фотоследу, естзвлеююыу ■
толстом фсточуъстпнтсльком слое.
Излучения радиоактивных веществ окалывают сильное
всздсВсгвне на жквые органный. /Даже при слабом излучении
клетки сутцестзоою восреждиотся, что макет прквести к
серьезным эаболсвшаим {лучевым болезням). При болкпоы
облучении жквые клетки погибают, видимо, но imami* атомов
н молекул приводит к изменению химической их активности
»
К
БПЛЕТ№26
67
I. Солнечная система. Звезды в источники вх
эвергнв. Галактика
Солнечную систему составляют Солнце я планеты с кх
спутниками. Восемь больших планет обралокггея вокруг
Солнца оо эллипсам оочтн в одной плоскости. В порядке
удаленна от Солнца пла icni расположены- Меркурий,
Бснерл. Земля, Марс. Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Кроме
них в Солнечной системе нахешггея много малых
(астероидов), большинство которых движется между орбитами
Марса и Юпитера. Сггутклкамя Солнца являются также
кометы — иебол шне тела, окруженные обширной
оболочкой hi разреженного газа. Кроме лого, вокруг Солнца
обращается бесчисленное количество метеорных тел
размером от песчинки до метких астероидов.
Пространство между планетами заполнено разреженным
газом н космической пылью. Его пронизывают злектромаг-
внличе излучения — носитель магнитного я гравнташюн-
вюго полей. Солнис в 109 раз больше Зсмлн по диаметру в
примерно в 333 000 раз массивнее Земля Масса всех планет
составляет 0.1 % от массы Солнца, поэтому оно склоа
своего притяжения управляет движением всех планет
Солнечной системы. Среднее расстояние от Земля до
Солнца пр гннмаетса за одну астрономическую единицу (I
ах.) 1 ас " 1.496 - 10 км Еднюлдей измерения расстояния в
астрономии является также парсек (пк):
1 пх - 206 265 в.е. - 3,25 светового года.
Расстояния до небесных светил определяются геомстряче-
скни способом, основднкьгм на явлении пйраллахпмеского
смещения, и с помощью радио, окашш. K|vuc Меркурия м
Венеры вое пллксты имеют спутш и. Раздел астрономии, в
котором изучают происхождение и рхлнтне небесных тел,
называется кослюгонкгн.
В настоящее время ученые пришли к выводу, что планеты
возникли кз вещества огромного холодного газапылсвего
облака, частицы которого обращались i о самым различным
орбитам вокрут незадолго до этого сформяровавшегоса
Солнца — гипотеза академика О Е Ш-днла.
В начале XX а. было докапано, что некоторые м q
туманные пятна, вндкмыс в телескоп в разных ПЛ
участках кеба, находятся вис нашей Галактики ■
представляют собой другие галактика, каждая из которых,
подобно нашей, состоит из многих миллиардов звезд
По внешнему виду галактики условно разделены на тра
основных типа: зл.тнтгпг>1ссхис, спиральные н нсправняь-
кькх
2. Квчссгмввва задача во теме «Заколы юваивкв»
На рис. 26 I показаны капраялення скорости н ускоренжа
движущегося тела в некоторый момент врсисни. Как
направлена результирующая всех сил, действующих мв
тело?
Согласно второму закону Ньютона, результирующая всех
сна Р^та , таким образом результирующая всех сна,
действующих на тело, гапраелена так же, как н ускораот
v В
£
1
Рнс. 26.1
Х-
157

Костный мог особенно чувствителен к излучению радноак-
тивямх веществ, позтому сразу нарушается вроиесс аВршашл-
кня кроен, клеток нншеяаршелытго тракта и других оргию*.
Поражая гскы в хромосомах, облучение пагубно сказывается
ва шедаитватосга. Однако волучеиме полваляст быстро
разшкшамшнесх клетки. (Дм лечеми раковых опухолей
применяют г -лучи.) Действие юдучотя hi авяпг оргаша-
ны jupucnpxqvfCB его дозой Поглоакннобг дозой излучения
D называют опюдеинс полошенной энергии Е ношешрую-
X
шего галученвя к
m облучаемого вещества: /) =—
ю
Излучение измеряют ■ тражх (Гр). I Гр равен поглощение*
дне юлучаом, пря которой облученному веществу ивосоВ I
«г передаете! энерпи нонкифумшегос! излучения I Дк.
Предельно допустныаа доза облучения за год дм лнц,
работающих с излучением, составляет .0.05 Гр. Дота, подученная за
норолсос время я 3-10 Гр. смергепио.
2. Экспериментальное задание во теме «Постовлиыя
ток»: построение грвфякя ивиевмоств еялы тока от
напряжения
В вашем распоряжения дм выполнения задания имеете*
оборудование: 4 источника постоянного той,
рззьедихитедьмый ключ, реостат, амперметр, вольтметр,
соеякимтсдьяыс провода.
1. Соберите адектрическую цепь согтасно рис 25-2.
2. Мстя реостатом сопротивления цепи, пронабякивАте.
меняется лч сила топ н няпряжепве на реостате
3. Включите сначала один источник тока.
4. Сюгакте покамамя амперметре и вольтметра.
5. Включите два источника тока, потом три в четыре
источника тока, каждый раз при этом снимая показания
амперметра и «министра в ве мсияя сопротивление
. л^ в.Постройте графят тшн-
| Ч"ч "*" ™" | симостн сипи тока от квпря-
1 женка на дакион сопротняде-
*■ ■■■J /д\ I Т. Выло, няется ли загон
^ Ома для участка цепи?
Рис. 25.2
х-
Зная число N иараеллядаяся атомов и их начальное число,
ыокмо найти числе атомов ¥_., рвпданпихся к моменту
времени/: X^*N,-N - Скфост» рядиоактнаного рвепадэ
огвжлеляется пронаводиай д*^ ЕЛ.иазьвямл«ойакгхкнос1Ып
радиоактивного вещества. Антивмтою радшкитншяоло
шещнагна — числе распадов рядшиатияяых ядер и 1 с
Вднинця вжтивностн — беккерель. I беххорель — активность
радиоактивного вепвстяа. в котором за I с происходят I
распад: и--
N
Чем Сыстрее распадаются ядра, тем
неяыое период oairypacicua. а значит, тем больше активность
асхосстав. Активность пропорциональна числу нерасгожшшея
атомов, которое убывает с течением времени Стсдолательно.
актнвност* радмоактжаяого вешествя убывает с течениям
времени. Активность од» го грамма рялкя равна 3,7 • Ю"Бя.
Эту величину часто используют на ттактше в качество
единицы активности — кюри (1 Юг£ 1 Кя ■ 3,7 ■ КГ*Бх.
Промежуток времени / - l-ftfu характеризует epedms вртмт
жизни радиоаюпшжге юотопа. Один ю вервых ыетшов
репктряаия тп>чсний — метод синнтнлляинк. Иаблкиеняе
производится в атшгхрмскапс Крукса. Эта трубка, дно
которой покрыто /аомхкофороч — веществом, светящийся
яоа ударами а-частнн, число воторых моашо сосчитать. В
настоящее время основной счетчик аяеыаггяршп частиц —
счетчик Гейгера — Мюллера. Главная сто часть —
газоразрядный промежуток между цилиндром в нитью, к которым
■приложено высокое напряжение. Из-за отсутегяня
достаточного кш1нчсства свободных зарядов в трубке не ютшоэет
самостоятельный разряд.
Пролетающая частица на своем лутн ноншнр^чгг гах
иелочхя ненов ыедлемпо стежает к катоду к тлтралмлуется,
в цепочка злектропов, разогнаинмх элсктрнческим полем,
создаст одностороннкжо хлектропкум дшииу — некревой
разряд, который регистрируется специальным устройством.
Такой счетчнк обладает одющ нздетаткои: если частицы
caejjTOT друг за другим очень ч..ето. то счетчик не jcnccacT
их регнстрнромть. Счетчики соединяют в группы, которые
*
К
1S8
х-
Эта гнпотеи гсроисхсокдсюи Солнечной системы из
гязопыясвого облака позволяет объяснить различия
физических ирактернстнк планет зсмкоВ группы и планет*
гкпштов. Видимые на исбе твезды образуют обособленную
-лкпднун» систему — Галактику. Сущгстятют одиночные,
двойные, кратные звезды, переменные звезды различных
тылов, новые и сгерхнооые, еяерхгатаняы и кярлкян, заезды
разных размеров, схегямостеи, температур и п. trntocrcft.
Все звшы находятся от нас на различных paccTOui etc
блияаяшая к вам заезда (не считая' Соляш) Проксныа в
созвездии Центавра.
Сог~1эсио сояреыеикьш ттг^едстлвленням, энергия заезд
пвподнйстсл за счет терыоядермьгл реакций, происхоллююс
в их кедрах. В реэузьт&те протои-оротоиного цикла
образуются ядра гелия, при этом выдеиется энергия.
Число заезд в Галактике порядка триллиона. Самые
многочисленные in них — это карлики, их массы много меньше
массы Солнца. В Галактике шбшвдаклея заеадныя
скопления, которые движутся как единое целее В настоящее время
их юечнтывается около тысячи. В состав Галактики входят
также туманности, состоящие ьп газа и пыля. Существуют
диффузные н синстариые туманности. Пример светлой
дафф>гз юн туыашюстн — большая газопыжяаа 1>тчлнность
в созаезяни- Ориона. Расстояние до нее около 500 пк.
Пример планетарной туманности — тл-мцнкость а созаездни
Лиры.
Подаязякипдя часть заезди ^ф^пноП штср.ш Галапнхи
занимает лнн10образюий объем. В центре Галзкппл
расположено ядро, которое современная itaytui исследует в
н фракрасном. радпо- н. рентгеновском диапазонах длин
волн Iia спиральных вегаях Г злхшхн находятся накболес
горячие и яркие э»с-\ды, а также масснвшде тазояые облака.
Диск со спиральными ветвями образует осно у плоской
подсистемы Галактики В Галактике изпестны л др>тно
шиенстсмы. их сушествоаание неразрывко свяино с
обрл^ованн-ы ■ эао.ткн01С11 новых заезд н. каконец, с
эм.тюцн б структуры Гллзктщо». Прн Н1чсрснин скоростей
заезл бы. о об шруже ю враше не Галактики вокруг своей
центрлльней ооластн. Центр Галактика находится в сои
дни Стрельца.

Учебное издание
Соколова Светлана Антоновна
Московских Наталья Борисовна
ФИЗИКА
Ответы на экзаменационные билеты
11 класс
Издательство «ЭКЗАМЕН»
i
j Гигиенический сертификат
I Хв 77.99.60.953.Д.013269.П.07 от 13.11.2007 г.
i
J Выпускающий редактор ДД Ла'ппо
Редактор А. И. Юдина
J Корректор О.Ю. Казанаева
1 Дизайн обложки Л.В. Демьянова
Компьютс пая верстка Т.Н. Меньшова, О. В. Попова
105066, Москва, ул. Нижняя Красносельская, д. 35, стр. 1.
1 www.exaincn.biz
E-mail: по общим вопросам: info@examen.biz;
по вопросам реализации: sale@examen.biz
тел./факс 641-00-30 (многоканальный)
Общероссийский классификатор продукции
ОК 005-93, том 2; 953005 — книги, брошюры, литература учебная
i Текст отпечатан с диапозитивов
в ОЛО «Владимирская книжная типография»
600000, г. Владимир, Октябрьский проспект, д. 7
' Качество печати соответствует
качеств) предоставленных диапозитивов
По вопросам реализации обращаться но тел.:
* 641-00-30 (многоканальный).

IS'-
УН УЖ. iE.Ml.li: ТЮКУ И I TF.IH!
Кпш it издательства «ЭКЗАМЕН» можно прпоорссш
оптом и в розниц) в слсл>ющи\ книгогорювмх организациях
'/ Москва
ТД «Бнблно-глоиуе» — Тел (495) Ч2К--J1-5I
ДК Me шедково - Тел. ( №5) 176-16-90
ООО «Ьиолиосфсрз» — It i. (495) 670-52-17
«Молотая гвардия» — Тел. (495) 780-33-70
«Шаг к пятерке» — Тел. (495) 111-08-29
ГУП «Эдельвейс» — Гел. (495) 932-74-00
Сеть масашнов «Мир школьники»
Архангельск*
АВФ-киига — Тел. (8182) 65-41-34
Г» iptiiivji
ООО «Летопись» — Тел (3852) 33-60-70
Благовещенск
411 Калугин — Гел. (4162) 35-25-43
Влаливост ок
ОАО ПТДК — Тел. (1232) 63-73-18
Волгоград
П1ЮЮЛ Гр ькланкии 11II. — Тел. (8142)95-54-11
ООО «Кассандр!» — Тел. (S442) 97-55-55
Вологда
Гросс — Гел (8172) 72-17-43
Воронеж
ООО « \миталь» — Тел. (4732) 23-00-02
ООО «Риикет» - Тел. (4732) 21-08-66
Екатеринбург:
ПО «Кришн, — Тел. (343) 369-29-25, 369-22-22
ООО «Фолиант» — Теп. (3432) 74-45-33
ООО «Алис» — Гел. (3432) 55-10-06
Ессентуки
411 Зинчснко - Тел. (87961) 5-11-28
Ижевск
000«УМК» Тот. (3412)78-35-04
Иркутск
«Предали! Ь» — Тс.1. (3952) 21-17-77
«Антей кнш а» — Гел. (3952) 24-20-95
Казань
ООО «Лист-пресс» — Тс 1. (8432) 43-12-20
ООО « Ганс» Гел. (S П2) 72-34-55
Кприн
«Книги тетям» I ел. (8332) 51 -30-90
Краснодар
ООО «БукПресс» — Тел. (8612) 62-55-48
ООО «Когорта» Тел. (8612) 62-54-9'
Перепек швы образования — Гел. (8612) 54-25-67
Краснеирск
ООО «Гра„ь» — Гел (3912) 59-11-52
Лспииск-Кузнсцкнн
Кругозор — Тел. (38 156) 3-30-97
Мурманск
ООО «Тсзсй» — Тел. (8152) 43-63-75
Новосибирск
ООО « Гсп-кшн а» — Тел. (3832) 36-10-28
ООО «Мод» с-2» — Гел. (3832) 44-31-11
Нижний Hobi ород
«Учебная книга» — Ic i. (8312)46-38-66
Дирижабль — Тел. (831 1) 33-68-82
Оренбург
«Фолиат» Тел (3532) 77-46-92
Пенза
ООО «Апогеи» -Тел (8412) 49-31-21
Пермь
ООО «Tin p» — Гел. (3422 ■ 45-24-37
Не гроплшюоек-Камч.! i скин
ЧП Кожан - Тел. (1152) 11 -12-60
Прокопьевск
Кнп.кш in дом — Гел. (38466) 2-02-95
Исков
ООО «Гслиос» — Тел (8112) 44-09-89
Пя 1 in врск
ПЮЮЛ Бсрчннкова — Тел. (87933) 3-05-86
Г1Б010Л Борископский — Гел. (87933) 9-02-53
I'oi i вв-на-Дону
«Фаэтон-пресс» — Тст (8632) 65-61-6-1
«Млистр» — Те I. (8632) 99-98-96
Рязань
ТД «Просвещение» — Тел (4912) 44-67-75
ООО «Барс» — Тел. (4912) 93-29-51
Самара
«Реал <» — Гел. (8462) 11-87-30
«Чакона» — 1с i. (8462) 42-96-30
Санкт-Петербург
Дом Книги Сп-Б — Тел (812)"449-28-74
ООО «Букпое I» — Ген. (812) 346-53-2"
Гаратов
Полш-рнфист —Тел. (8152) 29-43-96
ООО «Стрелец и К"» — Гст. (8452) 52-25-24
«Гемера» — Гел. (8452) 64-37-37
Смодспск
ООО «Кругозор» — Тел. (4812) 65-86-65
ООО «Книжный мир» — Тел. (4812) 38-29-96
ООО «Эрудш » — Тел. (4812) 65-62-94
Сыктывкар
ООО «Комнкнита +» —■ Тел. (8212) 2»-37-Зо
Тверь
«Книжная лавка» — Гел. (4822) 33-93-03
Тула
«Галатея» — Тел. (4872) 35-60-87
«Система +» — Тел. (IS72) 3 I -29-23
Тюмень
ООО «Друг» — Тел. (3452) 21 -34-39
ООО «Знание» — Ген. (3452) 25-23-72
Улан-Удэ
ООО «Полином» — Гел. (3012) 55-15-23
Уфа
ООО «Эдвис» — Гел. (3472) 82-89-65
Хабаровск
ООО «Мире» — Гел. (4212) 39-19-60
Челябинск
ООО Интерсервис ЛТД — Тел. (3512)21 -34-53
Череповец
Питер 1Ьн — Тст (8202) 28-20-08
Чн га
ООО Генезис Тел. (3022) 26-08-51
«Экслибрис» — Тед. (3022) 32-59-64
ЧП Гулин — Тел. (3022) '5-31-20
Яку'!СК
ЧП Аксёичук — Тед. (4112) 42-89-60
«Якутский книжный дом» — Тел. (4112^31-10-12
Ярославль
Академия Тел. (4852) 31-43-26
По вопросам прямых оптовых 'закупок обращайтесь
но гел. (495) 641-00-30 (многоканальный), salc@c\anicn bi/.
ww\v cxanicn.biz

24 ЧАСА ДО ЭКЗАМЕНА
ОТВЕТЫ НА ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ
БИЛЕТЫ
т-т-гттТ! 1 1 гП MM n ^
Т Учебные пособия для 11 ктасса, выпушенные в этой серии, содержат не
только ответы на все вопросы экзаменационных билетов, предлшасмых _|_
Министерством образования и науки РФ для проведения устной итоговой
аттестации выпускников 11 классов общеобразовательных школ, но и
подробный разбор типового теста ЕГЭ. а также сборник необходимых для
сдачи экзамена материалов, оформленных в виде шпаргалок.
-\ Предлагаемые издания полностью удовлетворяют требованиям,
предъявляемым на экзаменах в школах, и помогут учащимся в краткие сроки
(24 часа) рационально и эффективно подготовиться к экзаменам,
систематизировать и укрепить свои знания. ■_ '_
1 Серия "24 часа до экзамена" предназначена для выпускников
общеобразовательных школ, профессионально-технических училищ и других
средних и среднсспсциальных образовательных учреждений, а также
абитуриентов. Г
БИ0Л0ГИЯ-11 ,— ОБЩЕСТВОЗНАНИЕ-11
ответы на экзаменационные билеты
—]—Ь ГЕОМЕТРИЯ-11
ZZT
ответы на экзаменационные билеты
I I ГЕОГРАФИЯ-11
ответы на экзаменационные билеты
-I—I ИНФОРМАТИКА-11 J 1—
ответы на экзаменационные билеты
~~М [ ИСТОРИЯ-11
ответы на экзаменационные билеты
l_ АНГЛИЙСКИЙ ЯЗЫК-11
ответы на экзаменационные билеты
АЛГЕБРА и НАЧАЛА АНАЛИЗА-11
ответы на экзаменационные билеты
| МАТЕМАТИКА-11
J— экспресс-курс подготовки к ЕГЭ
Л-'
ответы на экзаменационные билеты
~Г~ РУССКИЙ ЯЗЫК-11
экспресс-курс подготовки к ЕГЭ
РУССКИЙ ЯЗЫК-11
ответы на экзаменационные билеты
ЛИТЕРАТУРА-11
ответы на экзаменационные билеты
1 I Г ФИЗИКА-11.-
ответы на экзаменационные билеты
ХИМИЯ-11
ответы на экзаменационные билеты
ОБЖ-11
ответы на экзаменационные билеты
ФИЗКУЛЬТУРА-11 Г
ответы на экзаменационные билеты
К
По вопросам оптовых поставок
Обращаться: тел./фсакс (49т5)г64'1 -00*30
E-mail :tsale@examen. biz
ГСОМ_ТРИЯ И К ФИ
К И Р Я ОЬщ
ISBN 978-5-377-02306-7
785377И023067