Система отсчета: тело отсчета, система координат, связанная с ним, и прибор для измерения времени.

Билет № 1

1. Механическое движение и его относительность. Уравнения прямолинейного равномерного и равноускоренного движения.

Механическое движение тела - изменение его положения в пространстве относительно других тел. Основная задача механики- определять положение тела в любой момент времени.

Материальная точка - тело, размерами которого в данных условиях движения можно пренебречь. Тело можно принять за материальную точку, если размеры тела во много раз меньше расстояния, которое оно проходит, и если движение тела поступательное.

Движение тела, при котором все его точки движутся одинаково (то есть тело не вращается и не поворачивается), называется поступательным.

Система отсчета.

Положение тела можно задать только относительно какого-нибудь другого тела, которое называют телом отсчета. Его можно выбирать произвольно. Когда тело отсчета уже выбрано, через какую-нибудь его точку проводят оси координат, и положение любого объекта в пространстве описывают ее координатами.

Система отсчета: тело отсчета, система координат, связанная с ним, и прибор для измерения времени.

Траектория - линия, описываемая телом при движении.

Перемещение - направленный отрезок прямой, соединяющий начальное положение тела с его последующим. Проекции вектора перемещения на оси координат равны изменениям координат тела.

Путь - скалярная величина, равная расстоянию от начального пункта движения до конечного, измеренному вдоль траектории.

Скорость V - величина, характеризующая быстроту движения, равная отношению перемещения к промежутку времени, за который оно совершено.

Ускорение a - это величина, характеризующая быстроту изменения скорости. Оно равно отношению изменения скорости тела к промежутку времени, за которое это перемещение произошло. В СИ ускорение выражается в метрах в секунду за секунду или в метрах на секунду в квадрате (м/с²)

Положение каждого тела в пространстве всегда рассматривается относительно других тел.
Тело может находиться в состоянии покоя относительно одного тела и одновременно - в состоянии движения относительно другого тела.
Например, человек, сидящий в кресле летящего самолета, находится в состоянии покоя относительно самолета, но одновременно - в состоянии движения относительно земли. И " виноваты" в этом разные системы отсчета! В этом и состоит относительность движения.
Относительность движения проявляется и в том, что скорость, траектория, пройденный путь и некоторые другие характеристики движения относительны, т. е. они могут быть различны в разных системах отсчета.

Прямолинейное равномерное и равноускоренное движение.

Равномерное прямолинейное движение - движение, при котором тело (точка) за любые равные промежутки времени совершает одинаковые перемещения.

При таком движении не изменяется ни модуль, ни направление скорости.

; ; уравнение движения:

Равноускоренное движение - движение с равномерно изменяющейся скоростью, то есть с постоянным по модулю ускорением.

Движение с возрастающей по модулю скоростью называют равноускоренным, с убывающей скоростью - равнозамедленным. Мгновенная скорость: =V₀_x+a_x t.

Уравнение движения: ; перемещение ,

Билет № 2.

Билет № 3

1. Первый закон Ньютона.

Закон сохранения импульса.

Геометрическая сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остается постоянной при любых движениях и взаимодействиях тел системы.

Замкнутая система тел - совокупность тел, взаимодействующих между собой, но не взаимодействующих с другими телами.

Реактивное движение - движение, которое возникает, когда от тела отделяется и движется с некоторой скоростью какая-то его часть. Типичным примером реактивного движения может служить движение ракет. Пример – движение ракет. В головной части ракеты помещается полезный груз. В следующей части находится запас топлива и различные системы управления. Топливо подаётся в камеру сгорания, где оно сгорает и превращается в газ высокой t и высокого давления. Через реактивные сопла газ вырывается наружу и образует реактивную струю. Газ – это и есть отделяющаяся часть ракеты. Перед стартом ракеты её импульс относительно Земли = 0. Вырывающийся газ получает некоторый импульс. Ракета представляет собой замкнутую систему, и общий её импульс должен оставаться = 0. Поэтому ракета получает импульс, равный по модулю импульсу газа, но противоположен по направлению. m_г V_г - m_р V_р = 0

Билет № 5

Билет № 6

Билет № 7

Билет № 8

Билет № 9

1. Перечислите основные положения молекулярно-кинетической теории и приведите примеры их экспериментального доказательства. Дайте определение идеального газа. Сформулируйте основное уравнение МКТ идеального газа. Дайте определение абсолютной температуры как меры средней кинетической энергии движения молекул.

Молекулярно-кинетическая теория (МКТ) – это учение, которое объясняет тепловые явления в макроскопических телах и внутренние свойства этих тел движением и взаимодействием атомов, молекул и ионов, из которых состоят тела. В основе МКТ строения вещества лежат три положения:

Вещество состоит из частиц – молекул, атомов и ионов.
Частицы, из которых состоит вещество, находятся в непрерывном хаотическом (беспорядочном) движении.
Частицы вещества взаимодействуют друг с другом – притягиваются и отталкиваются.

Эти основные положения подтверждаются экспериментально и теоретически.

- Доказательствами первого положения являются: наблюдение молекул в электронный микроскоп, испарение, растворение, дробление веществ.

- Доказательствами второго положения являются: диффузия (процесс взаимного проникновения молекул или атомов одного вещества между молекулами или атомами другого вещества),

броуновское движение (беспорядочное движение микроскопических видимых взвешенных в жидкости или газе частиц твердого вещества),

Давление газов.

- Доказательством третьего положения является сопротивляемость тел упругой деформации.

ИДЕА́ ЛЬНЫЙ ГАЗ - теоретическая модель газа; в которой пренебрегают размерами частиц газа, не учитывают силы взаимодействия между частицами газа, предполагая, что средняя кинетическая энергия частиц много больше энергии их взаимодействия, и считают, что столкновения частиц газа между собой и со стенками сосуда абсолютно упругие.
Предельную температуру, при которой давление идеального газа обращается в нуль при фиксированном объеме или при которой объем идеального газа стремится к нулю при неизменном давлении, называют абсолютным нулем температуры. Это самая низкая температура в природе, та «наибольшая или последняя степень холода», существование которой предсказывал Ломоносов.
Абсолютная шкала температур. Английский ученый У. Кельвин (1824-1907) ввел абсолютную шкалу температур. Нулевая температура по абсолютной шкале (ее называют также шкалой Кельвина) соответствует абсолютному нулю, а каждая единица температуры по этой шкале равна градусу по шкале Цельсия.
Единица абсолютной температуры в СИ называется Кельвином (обозначается буквой К).

Один кельвин и один градус шкалы Цельсия совпадают. Поэтому любое значение абсолютной температуры T будет на 273 градуса выше соответствующей температуры t по Цельсию

Т= t +273, К

Но изменение абсолютной температуры равно изменению температуры по шкале Цельсия

.
Абсолютному нулю соответствует температура t = -273, 15 °С.

Абсолютный нуль температуры недостижим!
Абсолютная температура есть мера средней кинетической энергии движения молекул.

Средняя кинетическая энергия хаотичного поступательного движения молекул газа пропорциональна абсолютной температуре. Чем выше температура, тем быстрее движутся молекулы.

Газы в технике, применяются главным образом в качестве топлива; сырья для химической промышленности: химических агентов при сварке, газовой химико-термической обработке металлов, создании инертной или специальной атмосферы, в некоторых биохимических процессах и др.; теплоносителей; рабочего тела для выполнения механической работы (огнестрельное оружие, реактивные двигатели и снаряды, газовые турбины, парогазовые установки, пневмотранспорт и др.): физической среды для газового разряда (в газоразрядных трубках и др. приборах). В технике используется свыше 30 различных газов.

Билет №10

Билет № 12

Билет № 13

Билет № 14

Элементарный электрический заряд; два вида электрических зарядов, закон сохранения электрического заряда; закон Кулона. Электрическое поле: напряженность электрического поля, линии напряженности электрического поля.

Электрический заряд обычно обозначается буквами q или Q.

Совокупность всех известных экспериментальных фактов позволяет сделать следующие выводы:

· Существует два рода электрических зарядов, условно названных положительными и отрицательными.

· Заряды могут передаваться (например, при непосредственном контакте) от одного тела к другому.. Одно и то же тело в разных условиях может иметь разный заряд.

· Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются.

· Одним из фундаментальных законов природы является экспериментально установленный закон сохранения электрического заряда.

В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной:

q₁ + q₂ + q₃ +... +q_n = const.

Закон сохранения электрического заряда утверждает, что в замкнутой системе тел не могут наблюдаться процессы рождения или исчезновения зарядов только одного знака.

С современной точки зрения, носителями зарядов являются элементарные частицы. Электрические заряды протона и электрона по модулю в точности одинаковы и равны элементарному заряду

e =1, 6 .

Заряд может передаваться от одного тела к другому только порциями, содержащими целое число элементарных зарядов.

В опытах Кулона измерялось взаимодействие между шариками, размеры которых много меньше расстояния между ними. Такие заряженные тела принято называть точечными зарядами.

Точечным зарядомназывают заряженное тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь.

На основании многочисленных опытов Кулон установил следующий закон:

Силы взаимодействия неподвижных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними:

Силы взаимодействия подчиняются третьему закону Ньютона:

Взаимодействие неподвижных электрических зарядовназывают электростатическим или кулоновским взаимодействием.

Опыт показывает, что силы кулоновского взаимодействия подчиняются принципу суперпозиции.

Если заряженное тело взаимодействует одновременно с несколькими заряженными телами, то результирующая сила, действующая на данное тело, равна векторной сумме сил, действующих на это тело со стороны всех других заряженных тел.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ - существует вокруг электрического заряда, материально.
Основное свойство электрического поля: действие с силой на электрический заряд, внесенный в него.
Электростатическое поле - поле неподвижного электрического заряда.
Напряженность электрического поля - силовая характеристика электрического поля.
- это отношение силы, с которой поле действует на внесенный точечный заряд к величине этого заряда.
- не зависит от величины внесенного заряда, а характеризует электрическое поле!

Направление вектора напряженности
совпадает с направлением вектора силы, действующей на положительный заряд, и противоположно направлению силы, действующий на отрицательный заряд.

Силовые линии электрического поля - непрерывные линии, касательными к которым являются векторы напряженности эл.поля в этих точках.
Однородное эл.поле - напряженность поля одинакова во всех точках этого поля.
Свойства силовых линий: не замкнуты (идут от + заряда к -), непрерывны, не пересекаются,
их густота говорит о напряженности поля (чем гуще линии, тем больше напряженность).

Билет № 15

Билет № 16

Сила Лоренца

- сила, действующая со стороны магнитного поля на движущуюся электрически заряженную частицу.

где q - заряд частицы;
V - скорость заряда;
B - индукции магнитного поля;
α - угол между вектором скорости заряда и вектором магнитной индукции.

Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки.

Если заряженная частица движется параллельно силовым линиям магнитного поля, то Fл = 0, и заряд в магнитном поле движется равномерно и прямолинейно.
Если заряженная частица движется перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, то сила Лоренца является центростремительной и создает центростремительное ускорение.

В этом случае частица движется по окружности. Радиус окружности:

Билет № 17

Билет № 18

Дайте определение свободных и вынужденных электромагнитных колебаний. Из каких элементов состоит колебательный контур? Опишите процесс превращения энергии при электромагнитных колебаниях. Формула периода электромагнитных колебаний.

Электромагнитные колебания — это колебания электрического и магнитного полей, которые сопровождаются периодическим изменением заряда, силы тока и напряжения. Простейшей системой, где могут возникнуть и существовать свободные электромагнитные колебания, является колебательный контур. Колебательный контур — это цепь, состоящая из катушки индуктивности и конденсатора (рис. 29, а). Если конденсатор зарядить и замкнуть на катушку, то по катушке потечет ток (рис. 29, б). Когда конденсатор разрядится, ток в цепи не прекратится из-за самоиндукции в катушке. Индукционный ток, в соответствии с правилом Ленца, будет иметь то же направление и перезарядит конденсатор (рис. 29, в). Процесс будет повторяться (рис. 29, г) по аналогии с колебаниями маятника.

Таким образом, в колебательном контуре будут происходить электромагнитные колебания

из-за превращения энергии электрического поля конденсатора ( ) в энергию магнитного поля катушки с током ( ), и наоборот. Период электромагнитных колебаний в идеальном колебательном контуре (т. е. в таком контуре, где нет потерь энергии) зависит от индуктивности катушки и емкости конденсатора и находится по формуле Томсона . Частота с периодом связана обратно пропорциональной зависимостью .

В реальном колебательном контуре свободные электромагнитные колебания будут затухающими из-за потерь энергии на нагревание проводов. Для практического применения важно получить незатухающие электромагнитные колебания, а для этого необходимо колебательный контур пополнять электроэнергией, чтобы скомпенсировать потери энергии.

Билет № 19

Билет № 20

1. Дайте определения электромагнитного поля и электромагнитных волн. Дайте характеристику волновых свойств света. Приведите примеры практического применения различных видов электромагнитных излучений.

Английский ученый Джеймс Максвелл на основании изучения экспериментальных работ Фарадея по электричеству высказал гипотезу о существовании в природе особых волн, способных распространяться в вакууме. Эти волны Максвелл назвал электромагнитными волнами.

Билет № 21

Основные понятия, используемые для описания хода лучей через линзы

Главная оптическая ось - прямая, проходящая через центры кривизны С ₁и С _2.

Билет № 22

1. Дайте характеристику явления фотоэффекта. Объясните законы фотоэффекта, основываясь на представлении о световых квантах. Приведите примеры применения фотоэффекта в технике.

В 1900 г. немецкий физик Макс Планк высказал гипотезу: свет излучается и поглощается отдельными порциями — квантами (или фотонами). Энергия каждого фотона определяется формулой Е = hv, где h — постоянная Планка, равная , ν — частота света.

Гипотеза Планка объяснила многие явления: в частности, явление фотоэффекта, открытого в 1887 г. немецким ученым Генрихом Герцем и изученного экспериментально русским ученым А. Г. Столетовым. Фотоэффект — это явление испускания электронов веществом под действием света.
В результате исследований были установлены три закона фотоэффекта.
1. Сила тока насыщения прямо пропорциональна интенсивности светового излучения, падающего на поверхность тела.
2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.
3. Для каждого вещества существует минимальная частота (максимальная длина волны), называемая красной границей фотоэффекта, при которой фотоэффект прекращается (начинается)
Теорию фотоэффекта создал немецкий ученый А. Эйнштейн в 1905 г. В основе теории Эйнштейна лежит понятие работы выхода электронов из металла и понятие о квантовом излучении света. По теории Эйнштейна фотоэффект имеет следующее объяснение: поглощая квант света, электрон приобретает энергию. Часть поглощенной энергии тратится на работу выхода электрона из металла. Работа выхода — это работа, которую необходимо затратить, чтобы удалить электрон из металла. Максимальная кинетическая энергия электронов после вылета (если нет других потерь) имеет вид: . Это уравнение носит название уравнения Эйнштейна.

Если энергия кванта меньше работы выхода, то фотоэффекта не происходит.

Красная граница фотоэффекта равна
Приборы, в основе принципа действия которых лежит явление фотоэффекта, называют фотоэлементами. Простейшим таким прибором является вакуумный фотоэлемент. Недостатками такого фотоэлемента являются: слабый ток, малая чувствительность к длинноволновому излучению, сложность в изготовлении, невозможность использования в цепях переменного тока. Применяется в фотометрии для измерения силы света, яркости, освещенности, в кино для воспроизведения звука, в фототелеграфах и фототелефонах, в управлении производственными процессами.
Существуют полупроводниковые фотоэлементы, в которых под действием света происходит изменение концентрации носителей тока. Они используются при автоматическом управлении электрическими цепями (например, в турникетах метро), в цепях переменного тока, в качестве невозобновляемых источников тока в часах, микрокалькуляторах, проходят испытания первые солнечные автомобили, используются в солнечных батареях на искусственных спутниках Земли, межпланетных и орбитальных автоматических станциях.
С явлением фотоэффекта связаны фотохимические процессы, протекающие под действием света в фотографических материалах.

Билет № 23

Билет № 24

1. Какое строение имеет ядро атома? Какими особенностями обладают ядерные силы? Дайте определение дефекта массы и энергии связи ядра атома. Приведите примеры ядерных реакций.

В 1932г. после открытия протона и нейтрона учеными Д.Д. Иваненко (СССР) и В. Гейзенберг (Германия) была выдвинута протонно-нейтронная модель ядра атома

Согласно этой модели:
- ядра всех химических элементов состоят из нуклонов: протонов и нейтронов
- заряд ядра обусловлен только протонами
- число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента
- число нейтронов равно разности между массовым числом и числом протонов (N=A-Z)

Условное обозначение ядра атома химического элемента:

X – символ химического элемента
А – массовое число, которое показывает:
- массу ядра в целых атомных единицах массы (а.е.м.)
(1 а.е.м. = 1/12 массы атома углерода)
- число нуклонов в ядре (A = N + Z), где N – число нейтронов в ядре атома
Z – зарядовое число, которое показывает:
- заряд ядра в элементарных электрических зарядах (э.э.з.)
( 1э.э.з. = заряду электрона = 1, 6 х 10^-19 Кл)
- число протонов
- число электронов в атоме
- порядковый номер в таблице Менделеева
Ядерные силы - силы притяжения, связывающие протоны и нейтроны в ядре.

Свойства:

1.На расстояниях порядка 10^-13см сильные взаимодействия соответствуют притяжению, при уменьшении расстояния – отталкиванию.

2.Независимы от наличия электрического заряда (свойство зарядовой независимости).

Одинаковая сила действует и на протон и на нейтрон.

3.Взаимодействуют с ограниченным числом нуклонов (свойство насыщения).

4.Короткодействующие: быстро убывают, начиная с r ≈ 2, 2^.10^-15 м.

Энергия, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны, называется энергией связи. Энергия связи очень велика. При синтезе 4 г гелия выделяется такое же количество энергии, как при сжигании двух вагонов каменного угля.

Масса ядра всегда меньше суммы масс покоя свободных протонов и нейтронов, его составляющих.
Разность между массой ядра и суммой масс протонов и нейтронов называется дефектом масс.

Формула для вычисления энергии связи:

- дефект массы.

m_p_–масса покоя протона_;m_n_–масса покоя нейтрона. М_я- масса ядра атома.

В атомной физике массу удобно выражать в атомных единицах массы:

1 а.е.м.=1, 67·10^-27 кг. Коэффициент связи энергии и массы (равный с²): с²= 931, 5 МэВ/а·е·м.

Ядерные реакции - превращения атомных ядер, вызванные их взаимодействиями с различными частицами или друг с другом.

Символическая запись: А + а = В + b. При написании ядерных реакций используются законы сохранения заряда и массового числа (числа нуклонов).

Примеры:

Энергетический выход ядерной реакции - разность между суммарной энергией связи частиц, участвующих в реакции и продуктов реакции.

Реакции, происходящие с выделением энергии, наз. экзотермическими, с поглощением - эндотермическими.

Билет № 25

Опыт Резерфорда

Поведение радиоактивного излучения было изучено в магнитном поле. Радиоактивный элемент был помещен в узкий свинцовый стакан, напротив которого размещалась фотопластинка. Вся установка размещалась в вакууме.
В отсутствие магнитного поля на фотопластинке было обнаружено в центре одно пятно засветки от излучения.
В магнитном поле пучок излучения распался на три. Составляющие отклонялись в противоположные стороны: пятно на фотопластинке посередине оставляла составляющая, не имеющая заряда, две другие составляющие радиоактивного излучения отклонялись в противоположные стороны, что доказывало присутствие заряженных частиц в излучении.
В результате опыта Э.Резерфорд доказал, что радиоактивное излучение является неоднородным.