Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Рабочие программы / Дистанционный курс по физике для 9 класса "Работа с физическим текстом"

Дистанционный курс по физике для 9 класса "Работа с физическим текстом"


  • Физика

Поделитесь материалом с коллегами:

hello_html_m2a7690f7.gif
hello_html_m2a7690f7.gif
hello_html_m2a7690f7.gif
hello_html_m2ebb4538.gifhello_html_5889d3f.gifhello_html_7ef2fd52.gifhello_html_102e586d.gifhello_html_134404f3.gifhello_html_5f7dc303.gifhello_html_72d1d9e3.gifhello_html_69e59f0d.gifhello_html_m54f20e70.gifhello_html_m5ccda599.gifhello_html_4e3fbe25.gifhello_html_6b43f826.gifhello_html_eb76d54.gifhello_html_m3254508c.gifhello_html_1fd97dc7.gifhello_html_m36f861c0.gifhello_html_653a17d2.gifhello_html_2cf5ae92.gifhello_html_200dc32c.gifhello_html_221cc9a1.gifhello_html_272f5589.gifhello_html_34f7f5a9.gifhello_html_m1d24fd7b.gifУправление образования Администрации

Города Глазова


Рассмотрено на заседании ГМО

учителей физики

«____»_____________2015г.

Протокол №________

Руководитель ГМО

_____________/__________/



Принято на заседании

экспертного совета

«____»______________2015г.



Программа курса по выбору

Работа с физическим текстом

для учащихся 9 класса


Составители:

учителяфизики

ГильмановаЕ.Н., МБОУ «Гимназия №14»

Захарова И.И., МБОУ «СОШ №15»

Ившина Е.В., МБОУ «СОШ №11»

Караваева О.А., МБОУ «Гимназия №6»

Князева Е.Н., МБОУ «СОШ №16»

Максимова С.М., МБОУ «СОШ №15»

Семушина Р.Л., МБОУ «СОШ №9»

Снигирева Т.С., МБОУ «СОШ №3»

Шумова Е.В., МБОУ «СОШ №2»



Глазов, 2015

Содержание


Стр.

Пояснительная записка ………………………………………..

3

Тематическое планирование………………………………….

5

Введение ……………………………………………………….

6

Раздел 1. Механические явления……………………………..

8

Раздел 2. Тепловые явления……………………………………

45

Раздел 3. Электромагнитные явления………………………..

89

Раздел 4. Оптика и квантовые явления………………………

128

Итоговое тестирование………………………………………

179

Список используемых источников для учителя .………….

189

Список литературы для учащихся………………………….

190



Пояснительная записка.

Актуальность курса связана с тем, что согласно концепции профильного обучения в профильной школе вводятся элективные предметы для построения индивидуальных образовательных траекторий. В рамках данного курса рассматриваются нестандартные подходы к решению физических задач, овладение которыми поможет в подготовке к олимпиадам и конкурсам по физике и подготовиться к сдаче ГИА. Необходимость разработки данной программы вызвана отсутствием типовых программ таких курсов.

Цель данного курса углубить и систематизировать знания учащихся 8-9 классов по физике путем решения разнообразных текстовых задач и способствовать их профессиональному определению.

Дистанционный курс по выбору "Работа с физическим текстом" прежде всего ориентирован на развитие у школьников интереса к занятиям, на организацию самостоятельного познавательного процесса и самостоятельной практической деятельности.

Программа курса предназначена для учащихся 9 класса, выбирающих дальнейший профиль обучения, и рассчитана на 34 часа.

Отличительной чертой формы экзамена по физике для 9 классов, начиная с 2008 года, является использование специальных серий заданий на основе текстов физического содержания. Эти задания направлены на проверку сформированности различных информационных умений (понимание смысла использованных в тексте физических терминов, перевод информации из одной знаковой системы в другую, применение информации из текста в измененной ситуации и т.п.) и являются хорошей основой для перехода в дальнейшем на широкое использование в экзаменационных материалах компетентностно-ориентированных заданий. По результатам Государственной итоговой аттестации (ГИА) именно задания по работе с текстом вызывают наибольшую трудность.

В связи с этим при организации изучения курса физики в основной школе в предпрофильной подготовке учителю следует обратить особое внимание на формирование у учащихся умений по работе с текстовыми задачами физического содержания. К сожалению, такие задачи практически не содержатся в учебниках и сборниках задач по физике. Поэтому для того, чтобы научить школьников работать с текстовыми задачами, нужно пользоваться материалами, представленными в контрольно измерительных материалах единого регионального экзамена по физике; фрагментами из научно-познавательных книг для школьников, научно-популярных статей и изданий. Материалы можно брать либо целиком, либо адаптировать. Для адаптации материала учителю необходимо знать методику конструирования текстовых задач по физике и уметь ей пользоваться. В данном курсе собраны и систематизированы тексты физического содержания по всем разделам физики, что позволит учащимся развивать навыки смыслового чтения.

Цели курса:

Совершенствование познавательной сферы обучающихся и обеспечение таких условий, где одарённый ребёнок сможет самостоятельно достигнуть максимально возможного для него уровня развития.

Задачи курса:

1.Создание условий для устойчивого интереса к физике, к решению задач.

2.Формирование навыков самостоятельного приобретения знаний и применение их в нестандартных ситуациях.

3.Развитие общеучебных умений: обобщать, анализировать, сравнивать, систематизировать через решение задач.

4.Развитие творческих способностей учащихся.

5.Обеспечить подготовку учащихся к сдаче основного государственного экзамена.


Методы и организационные формы обучения и контроля знаний.


Курс опирается на знания, полученные при изучении базового курса физики. Основное средство и цель его освоения - решение задач. Кроме практикумов по решению задач при проведении занятий используются и такие формы учебной деятельности, как: лекции (обзорного плана), самостоятельные работы учащихся с физическим текстом, работа с учебной литературой.


Во время изучения курса учащиеся имеют возможность оценить собственные силы, «испытать себя». Данный курс позволит подойти осознанно к выбору физико-математического и физико-химического профиля обучения на старшей ступени.


Ожидаемые результаты.

- создание условий для развития творческого потенциала ребенка;

- развитие познавательного интереса детей;

- повышение уровня знаний, навыков, умений и качества обучения по физике;

- участие через дистанционные обучения в конкурсах, олимпиадах по физике;

- профориентационная направленность работы;

- успешная сдача ГИАпо физике.


После изучения курса учащиеся должны:

- знать применения основных достижений физики в жизни, историю развития физики, физические законы;

- понимать роль физики в жизни, науке и технике, смысл и сущность физических законов;

- уметь работать со средствами информации, в том числе компьютерными (рефераты, доклады, справочники);

- готовить сообщения и доклады и выступать с ними, оформлять их в письменном и электронном виде, применять различные физические законы при решении задач, решать тестовые задачи.


Календарно-тематическое планирование курса

занятия

Тема

Количество часов

1/1

Введение

1


Раздел 1. Механические явления (8 часов)


2/1

Повторение теоретического материала по теме

«Механические явления»

1

3/2

Движение тел.

1

4/3

Силы в природе

1

5/4

Свойства твердых тел и жидкостей

1

6/5

Звуковые явления

1

7/6

Воздействие звука на человека

1

8/7

Колебания и волны

1

9/8

Итоговое занятие по разделу «Механические явления»

1


Раздел 2. Тепловые явления (8 часов)


10/1

Повторение теоретического материала по теме

«Тепловые явления»

1

11/2

Проверка знаний по разделу «Тепловые явления»

1

12/3

Внутренняя энергия. Виды теплопередачи.

1

13/4

Изменение агрегатных состояний вещества

1

14/5

Кристаллические и аморфные тела

1

15/6

Парообразование

1

16/7

Физические приборы

1

17/8

Итоговое занятие по разделу «Тепловые явления»

1


Раздел 3. Электромагнитные явления (8 часов)


18/1

Повторение теоретического материала по теме «Электромагнитные явления»

1

19/2

Природные явления.

1

20/3

Ускорители элементарных частиц.

1

21/4

Как работает прибор.

1

22/5

Электричество в природе.

1

23/6

Из истории…

1

24/7

В мире интересного.

1

25/8

Итоговое занятие по разделу «Электромагнитные явления».

1


Раздел 4. Оптика и квантовые явления (8 часов)


26/1

Повторение теоретического материала по теме

«Оптика и квантовые явления»

1

27/2

Проверка знаний по теме «Оптика и квантовая физика»

1

28/3

Геометрическая оптика

1

29/4

Волновая оптика

1

30/5

Излучение. Спектры

1

31/6

Открытия в квантовой физике

1

32/7

Физические приборы

1

33/8

Итоговое занятие по разделу «Оптика и квантовая физика»

1




34

Итоговое тестирование

1


Итого

34


Занятие 1. Введение.

  1. Характеристика структуры и содержания КИМ

Каждый вариант КИМ состоит из двух частей и содержит 27 заданий, различающихся формой и уровнем сложности.

Часть 1 содержит 22 задания с кратким ответом, из которых 18 заданий (1-18) с ответом в виде одной цифры, 4 задания (20-23), к которым требуется привести краткий ответ в виде набора цифр, и 1 задание (19) с развернутым ответом. Задания 20 и 21 с кратким ответом представляют собой задания на установление соответствия позиций, представленных в двух множествах. Задания 22 и 23 предполагают выбор двух правильных утверждений из предложенного перечня (множественный выбор).

Часть 2 содержит 4 задания (24-27), для которых необходимо привести развернутый ответ. Задание 24 представляет собой практическую работу, для выполнения которой используется лабораторное оборудование.

При выполнении заданий ОГЭ наибольшую трудность вызывают задания, содержащие текст с физическим содержанием.

Задания такого вида можно условно разделить на следующие группы:

1. Тексты с описанием различных физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе или в повседневной жизни.

Задания к ним могут проверять:

  • понимание информации, имеющейся в тексте;

  • понимание смысла физических терминов, использующихся в тексте;

  • умение выделить описанное в тексте явление или его признаки;

  • умение объяснить описанное явление при помощи имеющихся знаний.

2. Тексты с описанием наблюдения или опыта по одному из разделов школьного курса физики. Задания к ним могут проверять:

  • понимание информации, имеющейся в тексте;

  • умение выделить (или сформулировать) гипотезу описанного наблюдения или опыта, понимание условий проведения, назначения отдельных частей экспериментальной установки и измерительных приборов;

  • умение определить (или сформулировать) выводы.

3. Тексты с описанием технических устройств, принцип работы которых основан на использовании каких-либо законов физики.

Задания к текстам могут проверять:

  • понимание информации, имеющейся в тексте;

  • понимание смысла физических терминов, использующихся в тексте;

  • умение определить основные физические законы (явления, принципы), лежащие в основе работы описанного устройства;

умение оценивать возможности безопасного использования описанных технических устройств.

4. Тексты, содержащие информацию о физических факторах загрязнения окружающей среды или их воздействии на живые организмы и человека.

Задания могут проверять:

  • понимание информации, имеющейся в тексте;

  • понимание смысла физических терминов, использующихся в тексте;

  • умение оценивать степень влияния описанных в тексте физических факторов на загрязнение окружающей среды;

умение выделять возможности обеспечения безопасности жизнедеятельности в условиях воздействия на человека неблагоприятных факторов.

Данный курс разработан для подготовки учащихся к решению текстовых задач.

Рассмотрим критерии оценивания заданий с развернутым ответом.

Прочитайте текст.

Сейсмические методы исследования

Механические волны, распространяющиеся в Земле от очагов землетрясений или каких-нибудь мощных взрывов, называются сейсмическими волнами.

Для исследования землетрясений и внутреннего строения Земли наибольший интерес вызывают два вида сейсмических волн: продольные (волны сжатия) и поперечные. В отличие от продольных волн, поперечные волны не распространяются внутри жидкостей и газов. Скорость этих волн в одном и том же веществе разная: продольные распространяются быстрее поперечных. Например, на глубине 500 км скорость поперечных сейсмических волн примерно 5 км/с, а скорость продольных волн: 10 км/с.

Распространяясь из очага землетрясения, первыми на сейсмическую станцию приходят продольные волны, а спустя некоторое время - поперечные. Зная скорость распространения сейсмических волн в земной коре и время запаздывания поперечной волны, можно определить расстояние до центра землетрясения. Для более точных измерений используют данные нескольких сейсмических станций. Ежегодно на земном шаре регистрируют сотни тысяч землетрясений.

Сейсмические волны используются для исследования глубоких слоёв Земли. Когда сейсмические волны проходят через среду, плотность и состав которой изменяются, то скорости волн также меняются, что проявляется в преломлении волн. В более плотных слоях Земли скорость волн возрастает; соответственно, возрастает угол преломления. Характер преломления сейсмических волн позволяет исследовать плотность и внутреннее строение Земли. Отсутствие поперечных волн, прошедших через центральную область Земли, позволило английскому сейсмологу Олдгему сделать вывод о существовании жидкого ядра Земли.

Сейсмический метод отражённых волн используется для поиска полезных ископаемых (например, месторождений нефти и газа). Этот метод основан на отражении искусственно созданной сейсмической волны на границе пород с разными плотностями. В скважине, пробуренной в исследуемом районе, взрывают небольшой заряд. Возникающая сейсмическая волна распространяется по всем направлениям. Достигнув границ исследуемой породы, волна отражается и возвращается обратно к земной поверхности, где её «ловит» специальный прибор (сейсмоприемник).На рисунке схематически изображено распространение сейсмической волны от очага землетрясения. Какой из слоёв (А или Б) имеет большую плотность? Ответ обоснуйте.

Образец возможного ответаC:\Users\6145~1\AppData\Local\Temp\FineReader12.00\media\image33.jpeg

  1. Плотность слоя Б больше.

  2. Согласно рисунку на границе областей А и Б сейсмическая волна преломляется таким образом, что угол преломления больше угла падения. Следовательно, скорость распространения волны и плотность вещества в области Б больше.

Содержание критерия




Баллы

Представлен правильный ответ на вопрос, и приведено достаточное обоснование, не содержащее ошибок





2

Представлен правильный ответ на поставленный вопрос, но его обоснование не является достаточным, хотя содержит оба элемента правильного ответа или указание на физические явления (законы), причастные к обсуждаемому вопросу.

ИЛИ

Представлены корректные рассуждения, приводящие к правильному ответу, но ответ явно не сформулирован



1

Представлены общие рассуждения, не относящиеся к ответу на поставленный вопрос.

ИЛИ

Ответ на вопрос неверен независимо от того, что рассуждения правильны или неверны, или отсутствуют



0

Максимальный балл

2


Желаем успехов в прохождении курса.


Раздел 1. Механические явления

Занятие № 1.

Повторение теоретического материала по теме

«Механические явления»


Задание 1. Прочитайте опорный конспект.

Кинематика прямолинейного движения.


  1. Механическое движение – изменение пространственного положения тела относительно других тел с течением времени. Кинематика даёт математическое описание движения тел.

  2. Материальная точка как физическая модель – это тело, размерами которого можно пренебречь.

  3. Тело отсчёта – тело, относительно которого рассматривается движение.

  4. Система отсчёта – это совокупность тела отсчёта и связанной с ним системы координат и часов.

  5. Траектория – линия, вдоль которой движется тело.

  6. Радиус-вектор – вектор, соединяющий начало отсчёта с положением точки в определённый момент времени.

  7. Перемещениехарактеризует изменение радиуса-вектора материальной точки.

Перемещениепоказывает на какое расстояние и в каком направлении смещается тело за данное время. Перемещение – вектор, проведённый из начального положения материальной точки в конечное.

Результирующее перемещение равно векторной сумме последовательных перемещений.

  1. Путь – длина участка траектории, пройденного материальной точкой за данный промежуток времени.

Путь равен модулю перемещения только при прямолинейном движении в одном направлении.

  1. Скорость

  • Средняя скорость равна отношению пройденного пути ко времени, за которое этот путь пройден. V = S/ t

  • Мгновенная скорость – средняя скорость за бесконечно малый интервал времени. V = ∆S/ ∆t.Мгновенная скорость направлена так же, как и перемещение в данный момент времени.

  • Относительная скорость – скорость первого тела относительно второго, равна векторной разности скорости первого тела и скорости второго тела.скорость второго тела относительно первого, равна векторной разности скорости второго тела и скорости первого тела.

  1. Ускорениехарактеризует изменение скорости.

  • Ускорение показывает, как изменяется скорость за единицу времени.

  • Мгновенное ускорение – векторная физическая величина, равная пределу отношения изменения скорости к промежутку времени, за которое это изменение произошло. a= (V – V0)/t

  • Вектор ускорения при прямолинейном движении параллелен или антипараллелен вектору скорости.

  • Прямолинейное равноускоренное движение. a= (V – V0)/t; a – const. Равнопеременное движение.

Скорость при прямолинейном равнопеременном движении.Vх = V + axt. Модуль вектора скорости численно равен его проекции на координатную ось, вдоль которой происходит движение.

  • График зависимости скорости при равнопеременном движении есть прямая линия.

  • hello_html_227205de.gifhello_html_m47a9dd42.gifhello_html_3889b7d9.gifПеремещение численно равно площади фигуры ограниченной графиком скорости.hello_html_m534c45aa.gif



График2уравнение движения






Уравнение равнопеременного движения. x= x0+ Sx



Законы Ньютона. Масса. Силы.


  1. Динамика занимается количественным описанием взаимодействия тел

  2. Высказывания Галилея. «Нет действия, нет изменения скорости. Есть действие, есть изменение скорости. Каждому действие есть противодействие.»

  3. Инерция – явление сохранения скорости тел при отсутствии действия со стороны других тел.

  4. hello_html_m225f6d8.gifПервый закон Ньютона: «Тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока на него не действуют другие тела».

5. Сила – физическая величина, характеризующая действие одного тела на другое, в результате которого возникает ускорение, или деформация. Чем больше сила, тем больше ускорение. F = ma. Измеряется в Ньютонах Н

  1. Инертность – свойство тел сопротивляться изменению скорости.

  2. Масса – мера инертности. m = . Измеряется в кг.

  3. Зависимость изменения скорости от массы. Чем больше масса, тем меньше изменение скорости.

  4. Равнодействующая сила равна векторной сумме всех, действующих на тело сил.

  5. hello_html_m14c30b6d.gifВторой закон Ньютона:«В инерциальной системе отсчёта ускорение тела прямопропорционально равнодействующей силе и обратно пропорционально массе тела».

  6. hello_html_18f7e1a6.gifТретий закон Ньютона:«Силы, с которыми два тела действуют друг на друга равны по модулю, противоположны по направлении и действуют вдоль прямой, соединяющей эти тела».

  7. Электромагнитные и гравитационные взаимодействия определяют все механические явления в макромире

  8. Механическая модель кристалла – это упругие молекулы, расположенные в узлах кристаллической решётки. Взаимодействие молекул в кристалле, взаимодействие заряженных частиц, носит электромагнитный характер.

  9. Сила упругости – сила, возникающая при деформации и направлена противоположно смещению частиц при деформации. Fупр= - kx, х – деформация тела, k – жёсткость, которая определяется упругими свойствами тела. Сила упругости – это сила реакции тела на внешнее воздействие. Упругое воздействие на тело – это воздействие, после прекращения которого, тело восстанавливает форму.

  10. Сила нормального давления опоры N– сила упругости, действующая на тело со стороны опоры, перпендикулярно её поверхности.

  11. Сила натяженияT – сила упругости, действующая на тело со стороны нити или пружины.

  12. Явление трения – это явление взаимодействия молекул соприкасающихся поверхностей, препятствующее их взаимному перемещению.

  • Сила трения– сила, возникающая при соприкосновении поверхностей тел, препятствующая их относительному перемещению, направленная вдоль поверхности соприкосновения.

  • Сила трения покоя – сила, препятствующая возникновению движения одного тела по поверхности другого. (Она всегда по модулю равна силе, приложенной к телу, но противоположна ей по направлению). Максимальная сила трения покоя не зависит от площади соприкосновения и пропорциональна силе нормального давления. (Fmp.n.)max = μп N, где μп – коэффициент трения покоя, который зависит от качества обработки поверхности и сочетания материалов, из которых изготовлены соприкасающиеся тела.

  • Сила трения скольжения– сила, возникающая при движении и направленная в сторону, противоположную относительной скорости соприкасающихся тел. Она прямо пропорциональна силе нормального давления, но всегда несколько меньше максимальной силе трения покоя. Fmp = μN

  • Сила трения качения пропорциональна силе нормального давления и обратно пропорциональна радиусу вращения. Fmp = μкачN/R Коэффициент трения качения во много раз меньше коэффициента трения скольжения, т.к. молекулярные связи разрываются при подъёме колеса гораздо быстрее чем при скольжении.

19. Гравитационное взаимодействие – это взаимодействие тел, обладающих массой. Масса – мера гравитации. Сила, с которой тела во Вселенной притягиваются друг к другу, прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними F = G M m/R2- закон всемирного тяготения .G = 6,67 ∙ 10-11 Нм2/кг2 гравитационная постоянная, которая показывает, с какой силой два тела массой по 1 кг притягиваются друг к другу на расстоянии 1 м. М - масса тела, которое притягивает к себе другие тела, m – масса тела, которое притягивается, R – расстояние между центрами тел.

  1. Сила тяжестисила, с которой Земля притягивает к себе тела. На Земле и на различных планетах Fm =mg, где g – ускорение свободного падения на планете. G M m/R2 = mg, отсюда g = G M /R2

  2. Для преодоления силы тяжести телу необходимо сообщить скорости:

  • 7,8 км/сек – 1-я космическая скорость (тело становится спутником Земли).

  • 11,2 км/сек – 2-я космическая скорость (тело становится спутником Солнца). G M m/R2 = mv2/R, v2= G M m/R. Около поверхности Земли v2= Rg

  • 42 км/сек – 3-я космическая скорость (тело покидает Солнечную систему).

  • Вес теласила, с которой тело действует на опору (сила нормального давления), или подвес (сила натяжения). Вес тела в случае горизонтального движения на горизонтальной опоре P=mg;

  • вес тела в случае вертикального движения на горизонтальной опоре или вертикальном подвесе а) движение вверх с ускорением – P = m(g+a), без ускорения - P=mg б) движение вниз с ускорением – P = m(g-a), без ускорения – P = mg.

  • вес тела, движущегося на негоризонтальной опоре и на невертикальном подвесе

  1. Закон гидродинамики:

Давление текущей жидкостив трубах разного диаметра тем больше, чем больше площадь сечения трубы. Это следует из закона сохранения энергия и свойства неразрывности струи воды в трубах. Так как через поперечное сечение трубы в единицу времени протекает одинаковое количество воды, то в трубах малого диаметра скорость течения увеличивается. Полная механическая энергия воды складывается из кинетической энергии движения и потенциальной энергии взаимодействия со стенками трубы и остаётся постоянной в любой части трубы. При увеличении кинетической энергии уменьшается потенциальная энергия, а следовательно и давление.


Динамика колебаний. Резонанс. Механические и звуковые волны.


  1. Механическими колебаниями называют движения тел, повторяющиеся точно (или приблизительно) через одинаковые промежутки времени. Закон движения тела, совершающего колебания, задается с помощью некоторой периодической функции времени x = f(t). При гармонических колебаниях изменение координаты тела происходит синусоидально, или косинусоидально. x = xm cos (ωt + φ0). Графиком этой функции является косинусода. Такие колебания являются незатухающими.

  2. Главная особенность систем, в которых происходят свободные колебания – наличие в них положения устойчивого равновесия.

  3. Свободные колебания совершаются под действием внутренних сил системы, после того, как система была выведена из

  4. состояния равновесия. Колебания груза на пружине или колебания маятника являются свободными колебаниями.Колебания, происходящие под действием внешних периодически изменяющихся сил, называются вынужденными.

  5. К колебательным системам относится пружинный маятник и математический маятник (см. рис). Математическим маятником называется материальная точка, подвешенная к тонкой нерастяжимой нити. К собственным параметрам пружинного маятника относятся жёсткость пружины – k и масса груза – m. (При параллельном соединении nпружин жёсткость увеличивается в nраз k = nk1, а при последовательном соединении уменьшается в nраз. К собственным параметрам математического маятника относится его длина – l.

  6. Необходимые условия возникновения колебаний:

  • При выведении тела из состояния равновесия возникает сила, возвращающая тело в положение равновесия.

  • Работа сил трения в системе очень мала по сравнению с избыточной энергией системы

  1. Основные характеристики колебательного движения:

- Т - период – время, в течение которого происходит одно полное колебание,

  • υ - частота – число колебаний в единицу времени,

  • xm - амплитуда – максимальное отклонение тела от положения равновесия,

  • x – смещение (координата) – отклонение тела от положения равновесия в данный момент времени.

  • ω - циклическая частота (угловая скорость) – число колебаний за 2π сек,

  • ωt - фаза (угол поворота) – величина, положение колеблющейся величины в данный момент времени.

  • φo- начальная фаза колебанийC:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 1\content\chapter2\section\paragraph1\images\2-1-1.gif

  1. Изменение параметров колебания пружинного маятника в течение одного колебания:

  • ¼ Т – смещение, ускорение и потенциальная энергия уменьшаются до 0, скорость и кинетическая энергия увеличивается до максимальной.

  • ½ Т – смещение, ускорение и потенциальная энергия увеличивается до максимальной., скорость и кинетическая энергия уменьшаются до 0.

  • Повтор в обратном направлении.

  • При незатухающих колебаниях полная механическая энергия системы остаётся неизменной E= Ek+Ep = Ekmax = Epmax = mvmax2/2= kxmax2/2

9. Циклическая частота и период собственных колебаний системы определяется параметрами самой системы.

hello_html_71b46a4d.gifhello_html_b1fb368.gifC:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 1\content\chapter2\section\paragraph4\images\2-4-2.gifC:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 1\content\javagifs\63135650289988-3.gifC:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 1\content\javagifs\63135650289957-2.gif



  1. Вреальной колебательной системы колебания будут затухающими.

  2. Для получения незатухающих колебаний необходима внешняя вынуждающая периодическая сила.C:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 1\content\chapter2\section\paragraph5\images\2-5-2.gif

  3. Если частота собственных колебаний совпадает с частотой вынуждающей периодической силы ωо= ω, то амплитуда вынужденных колебаний увеличивается. Это явление называется резонансом. На рис. изображены резонансные кривые в зависимости от сил сопротивления, действующих на колебательную систему.


Механические и звуковые волны


  1. Способы передачи энергии и импульса между двумя точками пространства: перемещение частиц вещества и перенос энергии без переноса вещества.

  2. Волновой процесс – процесс переноса энергии без переноса вещества. В среде возникает механическая волна – возмущение, распространяющееся в упругой среде. Существую продольные и поперечные волны. Их вид определяется направлением колебания частиц среды.C:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 1\content\chapter2\section\paragraph6\images\2-6-1.gif

  3. Продольная волна (частицы колеблются вдоль распространения возмущения) – возникает во всех средах.

  4. Поперечная волна (частицы колеблются перпендикулярно распространению возмущения) – возникает в твёрдых средах и на поверхности жидкости.

  5. Скорость механической волны – скорость распространения возмущения в среде. Гармоническая волна - волна, порождаемая гармоническими колебаниями частиц среды.

  6. Длина волны – расстояние, на которое распространяется волна за время, равное периоду колебаний её источника. λ =VT =V/ ν

  7. Плоскость поляризации – плоскость, в которой колеблются частицы в среде.

  8. Стоячие волны образуются при наложении (интерференции) двух гармонических волн, распространяющихся навстречу друг другу. Частицы в стоячей волне колеблются синхронно, имеют постоянную амплитуду колебаний, одинаковые период и поляризацию.

  9. Пучности стоячей волны имею максимальную амплитуду, в узлах стоячей волны точки не перемещаются.

  10. Особенности колебаний струны. В струне, закреплённой с двух концов, возникает стоячая волна, длина которой зависит от длины струны. На длине струны должно разместиться целое число полуволн стоячей волны. l= /2. В струнах разной длины возникают стоячие волны разной длины. Эти поперечные стоячие волны в струнах называются модами собственных колебаний. C:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 1\content\chapter2\section\paragraph6\images\2-6-6.gif

  • n=1основная мода (основной тон) или первая гармоника собственных колебаний,

  • остальные называются n-oй гармоникой или n-ым обертоном.

  1. Всякое звучащее тело колеблется, но не всякое колеблющееся тело звучит. Частота звуковых колебаний 20 – 20000 Гц. Эти колебания создают в упругой среде звуковые волны, которые вызывают у человека слуховые ощущения. Ниже 20Гц – инфразвуки, выше 20000 – ультразвуки.

  2. Звуковая волна является продольной волной, поэтому распространяется во всех упругих средах. Самая большая скорость распространения звука в твёрдых телах, самая маленькая – в газах. Причина – упругие свойства среды.

  3. Высота звука определяется частотой волны.

  4. Тембр звука определяется наличием обертонов.

  5. Громкость звука определяется амплитудой колебаний давлений в звуковой волне. Порог слышимости – при 1 кГц 10-5Па . Болевой порог – 10 Па.



Задание 2. Выполните тест.


1. Кинематика - это:

а) раздел механики, в котором изучается механическое движение с учетом взаимодействия тел.

б) раздел механики, в котором изучается механическое движение без учета взаимодействия тел.

в) Раздел механики, в котором изучается механическое движение тел.


2. Механическое движение происходит:

а) физическая величина.

б) физический процесс.

в) свойство тела.


3. Механическое движение происходит:

а) мгновенно.

б) в течении некоторого промежутка времени.


4. Два автомобиля движутся по прямолинейному участку шоссе друг за другом с одинаковой постоянной скоростью. Движется ли шофер первого автомобиля относительно шофера второго автомобиля?

а) движется.

б) не движется.

в) однозначного ответа нет.


5. Из письменного стола выдвинули ящик. Движется ли в это время стол относительно ящика?

а)движется.

б) не движется.

в) однозначного ответа нет.


6. Тело отсчета - это:

а) тело, которое не движется.

б) тело, относительно которого рассматривается изменение положения других тел.

в) тело, размерами которого можно пренебречь.


7. Какое тело в механике может быть принято в качестве тела отсчета?

а) только Земля.

б) любое тело.

в) тело, размерами которого можно пренебречь.


8. Существуют ли в природе абсолютно неподвижные тела?

а) существуют.

б) не существуют.


9. Может ли тело одновременно совершать механическое движение и покоиться?

а) может.

б) не может.

в) может относительно разных тел отсчета.

10. Система отсчета - это:

а) Система всех тел, относительно которых рассматривается движение других тел.

б) система, состоящая из тела отсчета, системы координат и системы отсчета времени.


11. Основная задача механики состоит в:

а) Определении положения тела в произвольный момент времени.

б) Определении времени движения тела.


12. Материальная точка - это:

а) тело малых размеров.

б) тело, размеры которого меньше расстояний на которые перемещается тело.

в) модель реального тела.


13. В каком из экспериментов шар можно принять за материальную точку.    1 Измеряется объем шара. 2 Измеряется время падения шара диаметром      1см с высоты 5м.

а) в первом случае.

б) во втором случае.

в) и в первом, и во втором.


14. Траектория - это:

а) линия, которую описывает тело в следствии своего движения.

б) линия по которой движется тело.


15. Траектория это:

а) Физическая величина.

б) физическое явление.

в) физическое понятие.


16. В зависимости от формы траектории все механические движения делятся на:

а) прямолинейные.

б) криволинейные.

в) прямолинейные и криволинейные.


17. При поступательном движении:

а) все точки тела имеют одинаковые скорости.

б) все точки тела имеют разные скорости.

в) разные точки тела могут иметь разные скорости.


18. Путь - величина:

а) векторная.

б) скалярная.


19. Путь в международной системе единиц измеряется в:


20. Движение называется равномерным, если:

а) за любые равные промежутки времени материальная точка проходит одинаковые пути.

б) за равные промежутки времени материальная точка проходит неодинаковые пути.


21. Мяч упал с высоты 1м, отскочил от пола и был пойман в той же точке, откуда упал. Чему равен общий путь, пройденный мячом?

а) 0

б) 1м

в) 2м


22. Перемещение - это величина:

а) векторная.

б) скалярная.


23. В СИ перемещение измеряется в:

а) см.

б) м.

в) км.


24. Модули векторов перемещения разных точек тела:

а) всегда равны между собой.

б) равны только при вращательном движении.

в) равны между собой только при поступательном движении.


25. Механические волны - это..

А. Колебание маятника.
Б. Периодически повторяющийся процесс.
В. Колебание, которое распространяется в упругой среде. 


26. Звуковая волна — это...

а) Волна, распространяющаяся в пространстве с частотой от 16 Гц до 20 кГц.
б) Волна, распространяющаяся в пространстве с частотой меньше 16 Гц.
в) Волна, распространяющаяся с частотой больше 20 кГц. 


27. Максимальное отклонение тела от положения равновесия называется ...

а) Амплитуда.  

б)Смещение.

в) Период.


28. Какое из перечисленных ниже волн не являются механическими?

а) Волны в воде.

б) Звуковые волны.

в) Волны в шнуре.


29. Найдите скорость распространения звука в материале, в котором колебания с периодом 0,01 с вызывают звуковую волну, имеющую длину 10 м.

а) 1100 м/с

б) 1010 м/с

в) 1000 м/с


30. В каких средах могут возникать продольные волны?

А. В твердых.

Б. В газообразных.       

В. В твердых, жидкостях и газообразных. 


31. От чего зависит громкость звука?

а) От частоты колебаний.
б) От амплитуды колебаний.
в) От частоты и амплитуды.

32. С какой частотой колеблется источник волн, если длина волны 4м, а скорость распространения 10м/ с?

а) 2,5 Гц

б) 0,4 Гц

в) 40 Гц. 


33. Период свободных колебаний нитяного маятника зависит от...

а) От массы груза.

б) От длины нити.

в) От частоты колебаний.


34. Ультразвуковыми называются колебания, частота которых…

а) Менее 20 Гц.

б) От 20 до 20 000 Гц.

в) Превышает 20 000 Гц. 


35. Может ли при распространении волны переноситься энергия и вещество?

а) Энергия - нет, вещество - да
б) Энергия - да, вещество - нет
в) Энергия и вещество – да



Занятие № 2.

Движение тел.

Текст 1. Равномерное прямолинейное движение


В природе существуют два общих вида механического движения — равномерное и ускоренное. Самым простым из них является равномерное прямолинейное движение.

Равномерным прямолинейным движением называют движение, при котором тело за любые равные промежутки времени совершает одинаковые перемещения.

Следует заметить, что все реальные движения не являются равномерными, т.к. слишком много факторов оказывают на них влияние. Однако для упрощения теоретического рассмотрения основ кинематики вводят понятие такого движения, как один из видов моделей.

Скоростью равномерного прямолинейного движения называют отношение перемещения ко времени, за которое это перемещение произошло.hello_html_f5261ad.png

Раздел механики, в котором изучаются характеристики движения без выяснения причин того или иного вида движения, называется кинематикой. Основной задачей кинематики является определение характеристик движущегося тела в любой момент времени, если известны характеристики движения в начальный момент времени. Основное уравнение кинематики, или уравнение движения, представляет собой зависимость координаты движущегося тела от времени. Уравнение равномерного прямолинейного движения имеет следующий вид:hello_html_63ac8832.png

Здесь х0— начальная координата тела.

Зависимость координаты от времени для равномерного прямолинейного движения описывается линейной функцией. Графиком такой зависимости является прямая линия.


Задание 1. Является ли движение по окружности с постоянной по модулю скоростью ускоренным?

  1. является, т.к. не меняется модуль скорости

  2. не является, т.к. скорость меняется по направлению в каждой точке

  3. является, т.к. скорость как вектор не остается постоянной

  4. оно равномерное, но не прямолинейноеhello_html_m73f21c6a.png


Задание 2. На рисунке приведен график зависимости координаты тела от времени. Чему равно ускорение при таком движении?

1)0hello_html_m7303e3cc.gif

2)2hello_html_m7303e3cc.gif

3)3hello_html_m7303e3cc.gif

4)6hello_html_m7303e3cc.gif


Задание3. Уравнение равномерного прямолинейного движения тела имеет вид:hello_html_mb8507b2.png

Какой путь пройдет тело за 20 с?

1) 20 м

2) 80 м

3) 100 м

4) 40 м


Тест 2. Исследования дорожного движения


Питер работает в Австралийском Совете по исследованиям дорожного движения. Один из способов, который использует Питер для получения информации о движении на узкой дороге — съёмка движения видеокамерой. Камеру устанавливают на столбе высотой 13 метров. На видеоплёнке Питер может наблюдать за тем, как быстро движутся машины на этой дороге, на каком расстоянии друг от друга они едут и какую часть дороги они используют при движении.

Затем на дорогу наносятся разделительные дорожные полосы. Теперь Питер сможет увидеть на видеоплёнке, изменилось ли движение после нанесения полос: движутся машины быстрее или медленнее, чем раньше; ближе или дальше друг от друга располагаются машины; ближе к краю дороги или к центру движутся теперь машины. Когда Питер определит, какие произошли изменения, он сможет дать рекомендацию, наносить ли разделительные линии на все узкие дороги или нет.

Задание1. Если Питер хочет быть уверен в том, что он дал хорошую рекомендацию, ему нужно собрать дополнительную информацию. Что из перечисленного ниже поможет ему быть более уверенным в своей рекомендации относительно нанесения разделительных линий на узких дорогах?

А. Провести видеосъёмку на других узких дорогах

да/нет

Б. Провести видеосъёмку на широких дорогах

да/нет

В. Определить изменение числа аварий до и после нанесения разделительных линий

да/нет

Г. Определить количество машин, использующих дорогу до и после нанесения разделительных линий

да/нет


Задание2. Предположим, что на одном участке узкой дороги после нанесения разделительных линий Питер обнаруживает следующие изменения:

Скорость

Движение стало быстрее

Расположение машин на дороге

Машины держатся ближе к краям дороги

Расстояние между машинами

Нет изменений

На основании этих результатов было решено нанести дорожные линии на все узкие дороги. Согласны ли вы с тем, что это лучшее решение? Обоснуйте своё согласие или несогласие.


Задание3. При большой скорости водителям рекомендуется между своей и движущейся впереди машиной оставлять большее расстояние, чем при движении с небольшой скоростью, так как быстро движущейся машине требуется больше времени, чтобы остановиться.

Объясните, почему быстро движущейся машине требуется больше времени, чтобы остановиться, чем машине, которая едет медленно.


Задание4. Питер видит на видеоплёнке, что машину А, скорость которой 45 км/ч, обгоняет машина Б, движущаяся со скоростью 60 км/ч. Насколько быстрее едет машина Б по сравнению с машиной А?

  1. 0 км/ч

  2. 15 км/ч

  3. 45 км/ч

  4. 60 км/ч

  5. 105 км/ч



Текст 3. Законы движения небесных тел


С античных времен считалось всё связанное с небом божественным, а потому — идеальным. Согласно одной из древнейших систем строения мира, разработанной александрийским астрономом Клавдием Птолемеем, в центре мироздания находится Земля, а вокруг нее по идеальным кривым — окружностям — движутся Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн. Остальные планеты во времена Птолемея еще не были открыты. Однако в 17 веке выяснилось, что на самом деле орбиты планет отличаются от окружностей. Это важное открытие совершил немецкий астроном Иоганн Кеплер.

Свои выводы об орбитах планет он сделал, основываясь на результатах многолетних астрономических наблюдений датского астронома Тихо Браге за планетой Марс. Также наблюдались расхождения между вычисленными заранее и наблюдаемыми реальными положениями остальных планет. Чтобы объяснить эти несоответствия, Кеплер предложил считать, что орбитой каждой планеты является эллипс, в одном из фокусов которого находится Солнце (см. рис.). Это утверждение получило название 1-го закона Кеплера.hello_html_ac72a7d.png


Степень отличия эллипса от окружности (его вытянутость) показывает величина, называемая эксцентриситетом е. При е = 0 эллипс превращается в окружность. Орбиты Венеры и Земли близки к окружностям: их эксцентриситеты 0,0068 и 0,0167 соответственно, орбиты других планет более вытянуты. Другие два закона Кеплера описывают скорости движения планет по орбитам и периоды их обращения вокруг Солнца.

Законы Кеплера изучил Ньютон и не только подтвердил их правильность, но и доказал, что они являются следствием закона всемирного тяготения. Более того, их можно применить не только для движения планет вокруг Солнца, но и для движения спутников планет и даже искусственных небесных тел. В формулировке Ньютона 1-ый закон Кеплера звучит так: под действием силы тяготения одно небесное тело по отношению к другому может двигаться по окружности, эллипсу, параболе и гиперболе.

При различных начальных скоростях, направленных перпендикулярно земному радиусу, получаются различные формы орбит искусственных небесных тел: круговая при скорости 7,9 км/с, эллиптическая в диапазоне скоростей от 10 км/с до 11,1 км/с, параболическая в диапазоне от 11,1 км/с до 12 км/с и свыше 12 км/с — гиперболическая.

XX век, ставший эпохой космонавтики, блестяще подтвердил и эмпирические законы Кеплера и теоретические выводы Ньютона, так как траектории движения искусственных спутников Земли, полетов к Луне, планетам Солнечной системы рассчитываются на основе этих законов.


Задание1. Какая кривая является траекторией движения Венеры вокруг Солнца?

1) парабола 2) гипербола 3) эллипс 4) окружность


Задание2. Какой будет орбита искусственного космического зонда, которому сообщили начальную скорость 11,6 км/с относительно Земли за пределами атмосферы перпендикулярно земному радиусу?

1)параболическая 2)круговая

3)эллиптическая 4)гиперболическая


Задание 3. Какую скорость должен развить космический корабль, чтобы отправиться за пределы Солнечной системы к звездам?

1) 10км/с 2) 15км/с 3) 8км/с 4) 11,8км/с



Текст 4. Движение тела, брошенного горизонтально


Движение тела, брошенного горизонтально с начальной скоростью υ0с высоты Л, можно рассматривать как комбинацию двух движений:

  1. горизонтального (равномерного) со скоростью υ0;

  2. вертикального свободного падения (равноускоренного движения с ускорением g.

Сопротивление воздуха при расчетах не учитывается. Если в системе координат Оху (см. рис. 5) построить траекторию тела, брошенного горизонтально с начальной скоростью υ0, то координаты

hello_html_m49edbf22.png


hello_html_5aea2779.gifУравнение траектории тела, брошенного горизонтально:

hello_html_5940ded9.png


График этой зависимости — парабола (см, рис. 5). Дальность полета


hello_html_m4b4edfd0.png














Время tравно времени свободного падения, которое находится по заданной высоте

hello_html_5a2f6b0c.png




hello_html_m55f2d599.png


Скорость в каждой точке траектории



Вектор мгновенной скорости vв каждой точке траектории направлен по касательной к траектории.

Модуль скорости в каждой точке траектории в момент времени t

hello_html_44714afe.png


Задание 1. Движение тела, брошенного горизонтально, происходит...

  1. с постоянной скоростью

  2. с постоянной скоростью вдоль горизонтальной оси

  3. с постоянной скоростью вдоль вертикальной оси

  4. с возрастающей скоростью вдоль горизонтальной оси

Задание 2. Траектория тела, брошенного горизонтально, — это...

1) прямая 2) дуга окружности

3) парабола 4) гипербола

Задание 3. Тело брошено горизонтально со скоростью 3 м/с. Дальность полета тела составляет 6 м. С какой высоты брошено тело?

1) 2 м 2) 3 м 3) 6 м 4) 20 м


Занятие № 3.

Силы в природе.

Текст 5. Действие жидкости и газа на погруженное в них тело


Если погрузить в воду мячик, наполненный воздухом, и отпустить, то мы увидим, как он тут же всплывет. То же самое произойдет и с щепкой, пробкой и многими другими телами. Какая сила заставляет их всплывать?

Когда тело погружают в воду, на него со всех сторон начинают действовать силы давления воды (рис. а). В каждой точке тела эти силы направлены перпендикулярно его поверхности. Если бы все эти силы были одинаковы, то тело испытывало бы лишь всестороннее сжатие. Но на разных глубинах гидростатическое давление различно: оно возрастает с увеличением глубины. Поэтому силы давления, приложенные к нижним участкам тела, оказываются больше сил давления, действующих на тело сверху. Преобладающие силы давления действуют в направлении снизу вверх. Это и заставляет тело всплывать.

Рассмотрим тело погруженное в жидкость. Для простоты выберем тело, которое имеет форму параллелепипеда с основаниями, параллельными поверхности жидкости. Силы, действующие на боковые грани тела, попарно равны и уравновешивают друг друга. Под действием этих сил тело только сжимается. На верхнюю грань давит столб жидкости высотой h1c силой F1. На уровне нижней грани тела давление производит столб жидкости h2. Следовательно, на нижнюю грань тела снизу вверх действует сила F2. Так как h2 >h1, то модуль силы FF1. Поэтому тело выталкивается из жидкости с силой hello_html_95180c0.png

hello_html_12ea1306.gif

Силу, выталкивающую тело из жидкости или газа, называют архимедовой силой (FА), в честь древнегреческого ученого Архимеда. Сила, выталкивающая тело из жидкости или газа, направлена противоположно силе тяжести, приложенной к этому телу.

Выталкивающая сила целиком погруженного в жидкость тела равна весу жидкости в объеме этого тела: hello_html_m20ba7590.gif

Архимедова сила зависит от плотности жидкости, в которую погружено тело и от объема этого тела.

Архимедова (выталкивающая) сила действует на тело не только во всех жидкостях, но и в газах, благодаря чему летают воздушные шары и дирижабли.

Благодаря выталкивающей силе вес любого тела, находящегося в воде (или в любой другой жидкости), оказывается меньше, чем в воздухе (а в воздухе меньше, чем в безвоздушном пространстве).

Задание1. Если сила тяжести, действующая на погруженное в жидкость тело, меньше архимедовой силы, то тело

1) Всплывает;

2) тонет;

3) находится в равновесии внутри жидкости;

4) в зависимости от жидкости может всплывать, тонуть или плавать внутри жидкости.

Задание2. К коромыслу весов подвешены два алюминиевых цилиндра одинакового объема. Нарушится ли равновесие весов, если один цилиндр поместить в воду, а другой – в спирт?Безымянный

1) Не нарушится;

2) перевесит цилиндр, помещенный в воду;

3) перевесит цилиндр, помещенный в спирт;

4) все зависит от объема цилиндров.

Задание3. На рычаге уравновешены разные по объему бруски. Нарушится ли равновесие рычага, если бруски опустить частично в керосин?

1) Перетянет больший по объему брусок;

2) перетянет меньший по объему брусок;

3) равновесие не нарушится;

4) все зависит от уровня погружения.

Текст 6. Сила тяжести. Вес тела. Невесомость.


В повседневной жизни мы достаточно часто слышим слово «вес тела». Что же означает понятие веса в физике? Известно, что все тела испытывают силу притяжения к Земле. Эта сила носит название силы тяжести. Очень часто ее путают с весом.

Весом называют силу, с которой тело давит на опору или растягивает подвес. Если сила тяжести приложена непосредственно к телу, то вес приложен к опоре или подвесу.

Невесомость — это состояние отсутствия веса у тела. В этом случае тело не давит на опору и не растягивает подвес. Для возникновения состояния невесомости необходимо, чтобы на тело действовала только одна сила — сила тяжести.

Если сила тяжести является постоянной величиной на поверхности Земли, то вес тела зависит от состояния опоры, на которой находится тело. Например, в лифте, в зависимости от направления его движения с ускорением, вес тела может либо уменьшаться, либо увеличиваться.

Задание1. В каком случае возникает состояние невесомости?

  1. если на тело не действуют никакие силы

  2. если все силы скомпенсированы

  3. если на тело действует только сила тяжести

  4. если тело находится в космическом пространстве


Задание2. К чему приложен вес тела?

1) к самому телу 2) к Земле

3) к опоре 4) зависит от тела


Задание3. Если в два раза уменьшить массу воды в стакане, находящемся в искусственном спутнике Земли, то изменится ли вес воды?

  1. вес всегда там равен нулю

  2. да, увеличится в два раза

  3. да, уменьшится в два раза

  4. да, уменьшится в четыре раза


Текст 7. Силы трения


Из опыта известно, что всякое тело, движущееся по горизонтальной поверхности другого тела, при отсутствии действия на него других сил с течением времени замедляет свое движение и в конце концов останавливается. Это можно объяснить существованием силы трения, которая препятствует скольжению соприкасающихся тел относительно друг друга. Силы трения зависят от относительных скоростей тел. Силы трения могут быть разной природы, но в результате их действия механическая энергия всегда превращается во внутреннюю энергию соприкасающихся тел

Различают внешнее и внутреннее трение. Внешним трением называется трение, возникающее в плоскости касания двух соприкасающихся тел при их относительном перемещении. Если соприкасающиеся тела неподвижны относительно друг друга, говорят о трении покоя, если же происходит относительное перемещение этих тел, то в зависимости от характера их относительного движения говорят о трении скольжения, качения или верчения.

Внутренним трением называется трение между частями одного и того же тела, например между различными слоями жидкости или газа, скорости которых меняются от слоя к слою. В отличие от внешнего трения, здесь отсутствует трение покоя. Если тела скользят относительно друг друга и разделены прослойкой вязкой жидкости (смазки), то трение происходит в слое смазки. В таком случае говорят о гидродинамическом трении (слой смазки достаточно толстый) и граничном трении (толщина смазочной, прослойки «0,1 мкм и меньше). Внешнее трение обусловлено шероховатостью соприкасающихся поверхностей; в случае же очень гладких поверхностей трение обусловлено силами межмолекулярного притяжения.

Рассмотрим лежащее на плоскости тело (см. рис), к которому приложена горизонтальная сила F. Тело придёт в движение лишь тогда, когда приложенная сила Fбудет больше силы трения Fтp. Французские физики Г. Амонтон (1663—1705 гг.) и Ш. Кулон (1736—1806 гг.) опытным путём установили следующий закон: сила трения скольжения Fтpпропорциональна силе N нормального давления, с которой одно тело действует на другое:hello_html_73039f3a.pnghello_html_25f84a7f.png

где f— коэффициент трения скольжения, зависящий от свойств соприкасающихся поверхностей.

Трение играет большую роль в природе и технике. Благодаря трению движется транспорт, удерживается забитый в стену гвоздь и т. д.

В некоторых случаях силы трения оказывают вредное действие, и поэтому их надо уменьшать. Для этого на трущиеся поверхности наносят смазку (сила трения уменьшается примерно в 10 раз), которая заполняет неровности между этими поверхностями и располагается тонким слоем между ними так, что поверхности как бы перестают касаться друг друга, а скользят относительно друг друга отдельные слои жидкости. Таким образом, внешнее трение твёрдых тел заменяется значительно меньшим внутренним трением жидкости.

Радикальным способом уменьшения силы трения является замена трения скольжения трением качения (шариковые и роликовые подшипники и т.д.).

Задание1. В каком из приведённых случаев наблюдается трение скольжения?дети съезжают на санках с горки

  1. течение вязкой жидкости

  2. мальчик пытается сдвинуть камень с места

  3. мальчик едет на велосипеде

Задание2. На тело массой 200 г, скользящее по горизонтальной поверхности, действует сила трения, равная 0,4 Н. Чему равен коэффициент трения скольжения?

1) 0 2) 0,2 3) 0.4 4) 1

Задание3. Почему легче снять кольцо с пальца, вращая его, а не просто стаскивая?

  1. уменьшается коэффициент трения скольжения

  2. исчезает сила трения покоя

  3. трение скольжения превращается в трение качения

  4. сухое трение превращается в вязкое



Текст 8. Флотация

Чистая руда почти никогда не встречается в природе. Почти всегда полезное ископаемое перемешано с «пустой», ненужной горной породой. Процесс отделения пустой породы от полезного ископаемого называют обогащением руды.

Одним из способов обогащения руды, основанным на явлении смачивания, является флотация. Сущность флотации состоит в следующем. Раздробленная в мелкий порошок руда взбалтывается в воде. Туда же добавляется небольшое количество вещества, обладающего способностью смачивать одну из подлежащих разделению частей, например крупицы полезного ископаемого, и не смачивать другую часть — крупицы пустой породы. Кроме того, добавляемое вещество не должно растворяться в воде. При этом вода не будет смачивать поверхность крупицы руды, покрытую слоем добавки. Обычно применяют какое-нибудь масло.

В результате перемешивания крупицы полезного ископаемого обволакиваются тонкой пленкой масла, а крупицы пустой породы остаются свободными. В получившуюся смесь очень мелкими порциями вдувают воздух. Пузырьки воздуха, пришедшие в соприкосновение с крупицей полезной породы, покрытой слоем масла и потому не смачиваемой водой, прилипают к ней. Это происходит потому, что тонкая пленка воды между пузырьками воздуха и не смачиваемой ею поверхностью крупицы стремится уменьшить свою площадь, подобно капле воды на промасленной бумаге, и обнажает поверхность крупицы.

Крупицы полезной руды с пузырьками воздуха поднимаются вверх, а крупицы пустой породы опускаются вниз. Таким образом происходит более или менее полное отделение пустой породы и получается так называемый концентрат, богатый полезной рудой.

Задание1. Что такое флотация?

1) способ обогащения руды, в основе которого лежит явление плавания тел

2) способ обогащения руды, в основе которого лежит явление смачивания

3) плавание тел в жидкости

4) способ получения полезных ископаемых


Задание2. Почему крупицы полезной руды с пузырьками воздуха поднимаются вверх из смеси воды и руды?

 

1) на них действует выталкивающая сила, меньшая, чем сила тяжести

2) на них действует выталкивающая сила, равная силе тяжести

3) на них действует выталкивающая сила, большая, чем сила тяжести

4) на них действует сила поверхностного натяжения слоя воды между масляной пленкой и пузырьком воздуха


Задание3. Можно ли, используя флотацию, сделать так, чтобы пустая порода всплывала вверх, а крупицы руды оседали на дно? Ответ поясните.


Занятие № 4.

Свойства твердых тел и жидкостей


Текст 9. Закон Бернулли

Этот важный закон был открыт в 1738 году Даниилом Бернулли — швейцарским физиком, механиком и математиком, академиком и иностранным почётным членом Петербургской академии наук. Закон Бернулли позволяет понять некоторые явления, наблюдаемые при течении потока жидкости или газа.

В качестве примера рассмотрим поток жидкости плотностью ρ, текущей по наклонённой под углом к горизонту трубе. Если жидкость полностью заполняет трубу, то закон Бернулли выражается следующим простым

уравнением:

 

ρgh + ρv2/2 + p = const

 

В этом уравнении h – высота, на которой находится выделенный объём жидкости, v — скорость этого объёма, p — давление внутри потока жидкости на данной высоте. Записанное уравнение свидетельствует о том, что сумма трёх величин, первая из которых зависит от высоты, вторая — от квадрата скорости, а третья — от давления, есть величина постоянная.

В частности, если жидкость течёт вдоль горизонтали (то есть высота h не изменяется), то участкам потока, которые движутся с большей скоростью, соответствует меньшее давление, и наоборот. Это можно

продемонстрировать при помощи следующего простого прибора.

 

C:\Users\Я\Desktop\Безымянный.jpg

 

Возьмём горизонтальную стеклянную трубу, в центральной части которой сделано сужение (см. рисунок). Припаяем к отверстиям в этой трубе три тонких стеклянных трубочки – две около краёв трубы (там, где она толще) и одну – в центральной части трубы (там, где находится сужение). Расположим эту трубу горизонтально и будем пропускать через неё воду под давлением – так, как показано стрелкой на рисунке. Из направленных вверх трубочек начнут бить фонтанчики. Поскольку площадь поперечного сечения центральной части трубы меньше, то скорость протекания воды через эту часть будет больше, чем черезлевый и правый участки трубы. По этой причине в соответствии с законом Бернулли давление в жидкости в центральной части трубы будет меньше, чем в остальных частях трубы, и высота среднего фонтанчика будет меньше, чем крайних фонтанчиков.

Описанное явление легко объясняется и с помощью второго закона Ньютона. Действительно, частицы жидкости при переходе из начального участка трубы в центральный должны увеличить свою скорость, то есть ускориться. Для этого на них должна действовать сила, направленная в сторону центральной части трубы. Эта сила представляет собой разность сил давления. Следовательно, давление в центральной части трубы должно быть меньше, чем в её начальной части. Совершенно аналогично рассматривается и переход жидкости из центральной части трубы в её конечную часть, при котором частицы жидкости замедляются.

При помощи закона Бернулли могут быть объяснены разнообразные явления, возникающие при течении потоков жидкости или газа. Например, известно, что двум большим кораблям, движущимся попутными курсами, запрещается проходить близко друг от друга. При таком движении между близкими бортами кораблей возникает более быстрый поток движущейся воды, чем со стороны внешних бортов. Вследствие этого давление в потоке

воды между кораблями становится меньше, чем снаружи, и возникает сила, которая начинает подталкивать корабли друг к другу. Если расстояние между кораблями мало, то может произойти их столкновение.

Задание1. Жидкость течёт по горизонтальной трубе переменного сечения, полностью заполняя её. При увеличении скорости потока жидкости давление в ней

1) увеличивается

2) уменьшается

3) не изменяется

4) может как увеличиваться, так и уменьшаться — в зависимости от плотности жидкости


Задание2. Между двумя параллельными листами бумаги, свободно подвешенными вертикально, продувают поток воздуха.

Какое(-ие) утверждение(-я) справедливо(-ы)?

А. Листы будут «притягиваться» друг к другу.

Б. Давление между листами будет больше, чем снаружи от них.

1) только А

2) только Б

3) и А, и Б

4) ни А, ни Б


Задание3. Прибор, изображённый на рисунке в тексте, освободили от воды и перевернули так, что трубочки оказались направленными вертикально вниз, и погрузили трубочки в сосуд с водой. При продувании через горизонтальную трубу воздуха оказалось, что в трубочки всосалось некоторое количество воды из сосуда. Длиннее или короче окажется столбик жидкости, оказавшийся в средней трубочке, по сравнению со столбиками, оказавшимися в крайних трубочках? Ответ поясните.



Текст 10. Упругие свойства твердых тел


Деформация — изменение формы и размеров твердых тел под действием внешних сил.

Упругая деформация — деформация, при которой после прекращения действия внешних сил тело принимает первоначальные размеры и форму.

Пластическая деформация — деформация, которая сохраняется в теле после прекращения действия внешних сил.

Все виды деформаций (растяжение или сжатие, сдвиг, изгиб, кручение) могут быть сведены к одновременно происходящим деформациям растяжения или сжатия и сдвига.

Относительная деформация ε — количественная мера, характеризующая степень деформации и определяемая отношением абсолютной деформации Δх к исходной длине х (характеризует первоначальные размеры и форму тела).hello_html_688815d7.png

Относительное продольное растяжение (сжатие):

где Δl— изменение длины тела при растяжении (сжатии), l—длина тела до деформации.hello_html_m91996dd.png

Относительное поперечное растяжение (сжатие):


где Δd— изменение диаметра стержня при растяжении (сжатии), d— диаметр стержня.

Сила упругости Fynp — сила, возникающая при деформации тела и направленная противоположно смещению частиц.

Напряжение σ— физическая величина, определяемая силой упругости, действующей на единицу площади поперечного сечения тела:hello_html_m1fda22a4.png


Напряжениеназывается нормальным, если сила направлена по нормали к поверхности, и тангенциальным,если сила направлена по касательной к поверхности.

Закон Гукаhello_html_5b41690c.png

Напряжение прямо пропорционально относительной деформации:

гдеЕ— модуль Юнга (определяется напряжением, вызывающим относительное удлинение, равное единице).

Закон Гука выполняется только для упругих деформаций. Из приведенных формул вытекает, чтоhello_html_6b25795b.png



или

Это выражение также задает закон Гука, согласно которому абсолютное удлинение тела при упругой деформации пропорционально действующей на тело силе — коэффициент упругости).


Задание 1. При деформации может (-гут) изменяться...

1) только форма тела 2) только размеры тела

3) и форма, и размеры 4) ни форма, ни размеры


Задание 2. Длина стальной проволоки до деформации была равна 120 см. При растяжении длина увеличилась на 0,37 мм. Каково относительное удлинение проволоки?

1) 3∙10-4 2) 3∙10-3 3) 44 4) 440


Задание 3. Модуль Юнга определяется напряжением, при котором...

  1. абсолютное удлинение равно 1 м

  2. абсолютное удлинение равно относительному

  3. длина тела увеличивается в два раза

  4. относительное удлинение равно начальной длине тела


Текст 11. Поверхностное натяжение жидкостей


Если взять тонкую чистую стеклянную трубку (она называется капилляром), расположить её вертикально и погрузить её нижний конец в стакан с водой, то вода в трубке поднимется на некоторую высоту над уровнем воды в стакане. Повторяя этот опыт с трубками разных диаметров и с разными жидкостями, можно установить, что высота поднятия жидкости в капилляре получается различной. В узких трубках одна и та же жидкость поднимается выше, чем в широких. При этом в одной и той же трубке разные жидкости поднимаются на разные высоты. Результаты этих опытов, как и ещё целый ряд других эффектов и явлений, объясняются наличием поверхностного натяжения жидкостей.

Возникновение поверхностного натяжения связано с тем, что молекулы жидкости могут взаимодействовать как между собой, так и с молекулами других тел — твёрдых, жидких и газообразных, — с которыми находятся в соприкосновении. Молекулы жидкости, которые находятся на её поверхности, «существуют» в особых условиях — они контактируют и с другими молекулами жидкости, и с молекулами иных тел. Поэтому равновесие поверхности жидкости достигается тогда, когда обращается в ноль сумма всех сил взаимодействия молекул, находящихся на поверхности жидкости, с другими молекулами. Если молекулы, находящиеся на поверхности жидкости, взаимодействуют преимущественно с молекулами самой жидкости, то жидкость принимает форму, имеющую минимальную площадь свободной поверхности. Это связано с тем, что для увеличения площади свободной поверхности жидкости нужно переместить молекулы жидкости из её глубины на поверхность, для чего необходимо «раздвинуть» молекулы, находящиеся на поверхности, то есть совершить работу против сил их взаимного притяжения. Таким образом, состояние жидкости с минимальной площадью свободной поверхности является наиболее выгодным с энергетической точки зрения. Поверхность жидкости ведёт себя подобно натянутой упругой плёнке — она стремится максимально сократиться. Именно с этим и связано появление термина «поверхностное натяжение».

Приведённое выше описание можно проиллюстрировать при помощи опыта Плато. Если поместить каплю анилина в раствор поваренной соли, подобрав концентрацию раствора так, чтобы капля плавала внутри раствора, находясь в состоянии безразличного равновесия, то капля под действием поверхностного натяжения примет шарообразную форму, поскольку среди

всех тел именно шар обладает минимальной площадью поверхности при заданном объёме.

Если молекулы, находящиеся на поверхности жидкости, контактируют с молекулами твёрдого тела, то поведение жидкости будет зависеть от того, насколько сильно взаимодействуют друг с другом молекулы жидкости и твёрдого тела. Если силы притяжения между молекулами жидкости и твёрдого тела велики, то жидкость будет стремиться растечься по поверхности твёрдого тела. В этом случае говорят, что жидкость хорошо смачивает твёрдое тело (или полностью смачивает его). Примером хорошего смачивания может служить вода, приведённая в контакт с чистым стеклом. Капля воды, помещённая на стеклянную пластинку, сразу же растекается по ней тонким слоем. Именно из-за хорошего смачивания стекла водой и наблюдается поднятие уровня воды в тонких стеклянных трубках. Если же силы притяжения молекул жидкости друг к другу значительно превышают силы их притяжения к молекулам твёрдого тела, то жидкость будет стремиться принять такую форму, чтобы площадь её контакта с твёрдым телом была как можно меньше. В этом случае говорят, что жидкость плохо смачивает твёрдое тело (или полностью не смачивает его). Примером плохого смачивания могут служить капли ртути, помещённые на стеклянную пластинку. Они принимают форму почти сферических капель, немного деформированных из-за действия силы тяжести. Если опустить конец стеклянного капилляра не в воду, а в сосуд с ртутью, то её уровень окажется ниже уровня ртути в сосуде.


Задание1. В стакан с водой погрузили концы двух вертикальных стеклянных трубок — с внутренними диаметрами 0,5 мм и 0,2 мм. Стекло перед этим было тщательно обезжирено. Можно утверждать, что

1) вода поднимется выше в трубке диаметром 0,5 мм

2) вода поднимется выше в трубке диаметром 0,2 мм

3) вода поднимется в обеих трубках на одинаковую высоту

4) уровень воды в обеих трубках будет ниже уровня воды в стакане


Задание2. При погружении конца тонкого пластикового капилляра в сосуд с жидкостью её уровень в капилляре оказывается выше, чем в сосуде. Из этого следует, что

1) данная жидкость хорошо смачивает пластик, из которого изготовлен капилляр

2) данная жидкость плохо смачивает пластик, из которого изготовлен капилляр

3) данная жидкость полностью не смачивает пластик, из которого изготовлен капилляр

4) плотность жидкости меньше, чем плотность пластика, из которого изготовлен капилляр


Задание 3.Космонавт, находящийся на орбитальной космической станции, летающей вокруг Земли, выдавил из тюбика с космическим питанием каплю жидкости, которая начала летать по кабине станции. Какую форму примет эта капля? Ответ поясните.


Тест 12. Гидравлический удар на службе человека


Явление гидравлического удара, заключающегося в резком увеличении давления при внезапном падении скорости потока жидкости, нашло свое воплощение в устройствах, называемыми гидравлическими таранами.

Это, в сущности, насос без двигателя, который, не требуя подключения дополнительного источника энергии, использует только потенциал небольшой плотины или даже просто естественного рельефа реки. Гидротаран способен нагнетать жидкость на высоту в 10—20 раз большую, чем высота используемой плотины. Вода от источника самотеком подается по длинному напорному трубопроводу, идущему с небольшим понижением. Под действием нарастающего динамического напора воды закрывается отбойный клапан, расположенный на нижнем конце трубопровода, и вследствие инерции движущейся воды и её несжимаемости давление здесь резко повышается. Кратковременного повышения давления достаточно для подъема небольшой части воды через напорный клапан на высоту более 50 м. Затем отбойный клапан открывается, и все повторяется сначала.

Гидравлический таран действует только за счет импульса движущегося столба воды, без какого-либо двигателя. Применяется для полива сельхозкультур, для водоснабжения небольших строек, для подачи воды на пастбища, расположенные в 10-20 км от реки и т.д.



Задание1. Что представляет собой явление гидравлического удара? Каковы условия его возникновения?

Задание2. Назовите причину возникновения повышения давления в нижнем конце трубопровода гидравлического тарана.

Задание3. Гидротаран использовали еще в начале XX века, однако потом он был не заслуженно забыт. С какими проблемами связан наряду с использованием новейших технологий возврат к старым изобретениям человечества?

Задание4. Чем обусловлена необходимость установления в трубах теплосетей специальных устройств — стабилизаторов давления?



Занятие № 5.

Звуковые явления

Текст 13. Звук

Механические колебания, распространяющиеся в упругой среде, — газе, жидкости или твёрдом — называются волнами или механическими волнами. Эти волны могут быть поперечными либо продольными.

Для того, чтобы в среде могла существовать поперечная волна, эта среда должна проявлять упругие свойства при деформациях сдвига. Примером такой среды являются твёрдые тела. Например, поперечные волны могут распространяться в горных породах при землетрясении или в натянутой стальной струне. Продольные волны могут распространяться в любых упругих средах, так как для их распространения в среде должны возникать только деформации растяжения и сжатия, которые присущи всем упругим средам. В газах и жидкостях могут распространяться только продольные волны, так как в этих средах отсутствуют жёсткие связи между частицами среды, и по этой причине при деформациях сдвига никакие упругие силы не возникают.

Человеческое ухо воспринимает как звук механические волны, имеющие частоты в пределах приблизительно от 20 Гц до 20 кГц (для каждого человека индивидуально). Звук имеет несколько основных характеристик. Амплитуда звуковой волны однозначно связана с интенсивностью звука. Частота же звуковой волны определяет высоту его тона. Поэтому звуки, имеющие одну, вполне определённую, частоту, называются тональными.

Если звук представляет собой сумму нескольких волн с разными частотами, то ухо может воспринимать такой звук как тональный, но при этом он будет обладать своеобразным «окрасом», который принято называть тембром. Тембр зависит от набора частот тех волн, которые присутствуют в звуке, а также от соотношения интенсивностей этих волн. Обычно ухо воспринимает в качестве основного тона звуковую волну, имеющую наибольшую интенсивность. Например, одна и та же нота, воспроизведённая при помощи разных музыкальных инструментов (например, рояля, тромбона и органа), будет восприниматься ухом как звуки одного и того же тона, но с разным тембром, что и позволяет отличать «на слух» один музыкальный инструмент от другого.

Ещё одна важная характеристика звука — громкость. Эта характеристика является субъективной, то есть определяется на основе слухового ощущения. Опыт показывает, что громкость зависит как от интенсивности звука, так и от его частоты, то есть при разных частотах звуки одинаковой интенсивности могут восприниматься ухом как звуки разной громкости (а могут и как звуки одинаковой громкости!). Установлено, что человеческое ухо при восприятии звука ведёт себя как нелинейный прибор — при увеличении интенсивности звука в 10 раз громкость возрастает всего в 2 раза. Поэтому ухо может воспринимать звуки, отличающиеся друг от друга по интенсивности более чем в 100 тысяч раз!


Задание1. Какие механические волны могут распространяться в твёрдых телах?

1) только продольные

2) только поперечные

3) и продольные, и поперечные

4) никакие


Задание2. Два звука представляют собой механические волны, имеющие одинаковые амплитуды, но разные частоты. Эти звуки обязательно имеют одинаковую

1) интенсивность

2) громкость

3) высоту тона

4) интенсивность и высоту тона


Задание3. Громкость звука, при которой человеческое ухо начинает испытывать болезненные ощущения, называется болевым порогом. Некоторая звуковая волна имеет интенсивность, соответствующую половине болевого порога. Будет ли превышен болевой порог, если интенсивность этой звуковой волны увеличится в 5 раз? Ответ поясните.



Тест 14. Анализ звука


При помощи наборов акустических резонаторов можно установить, какие тоны входят в состав данного звука и каковы их амплитуды. Такое установление спектра сложного звука называется его гармоническим анализом.

Раньше анализ звука выполнялся с помощью резонаторов, представляющих собой полые шары разного размера, имеющих открытый отросток, вставляемый в ухо, и отверстие с противоположной стороны. Для анализа звука существенно, что всякий раз, когда в анализируемом звуке содержится тон, частота которого равна частоте резонатора, последний начинает громко звучать в этом тоне.

Такие способы анализа, однако, очень неточны и кропотливы. В настоящее время они вытеснены значительно более совершенными, точными и быстрыми электроакустическими методами. Суть их сводится к тому, что акустическое колебание сначала преобразуется в электрическое колебание с сохранением той же формы, а следовательно, имеющее тот же спектр, а затем это колебание анализируется электрическими методами.

Один из существенных результатов гармонического анализа касается звуков нашей речи. По тембру мы можем узнать голос человека. Но чем различаются звуковые колебания, когда один и тот же человек поёт на одной и той же ноте различные гласные? Другими словами, чем различаются в этих случаях периодические колебания воздуха, вызываемые голосовым аппаратом при разных положениях губ и языка и изменениях формы полости рта и глотки? Очевидно, в спектрах гласных должны быть какие-то особенности, характерные для каждого гласного звука, сверх тех особенностей, которые создают тембр голоса данного человека. Гармонический анализ гласных подтверждает это предположение, а именно: гласные звуки характеризуются наличием в их спектрах областей обертонов с большой амплитудой, причём эти области лежат для каждой гласной всегда на одних и тех же частотах независимо от высоты пропетого гласного звука.


Задание1. Гармоническим анализом звука называют

А. установление числа тонов, входящих в состав сложного звука.

Б. установление частот и амплитуд тонов, входящих в состав сложного звука.

Правильный ответ:

1) только А

2) только Б

3) и А, и Б

4) ни А, ни Б


Задание2. Какое физическое явление лежит в основе электроакустического метода анализа звука?

1) преобразование электрических колебаний в звуковые

2) разложение звуковых колебаний в спектр

3) резонанс

4) преобразование звуковых колебаний в электрические


Задание3. Можно ли, используя спектр звуковых колебаний, отличить один гласный звук от другого? Ответ поясните.


Текст 15. Молния и гром


Атмосферное электричество образуется и концентрируется в облаках — образованиях из мелких частиц воды, находящейся в жидком или твёрдом состоянии. При дроблении водяных капель и кристаллов льда, при столкновениях их с ионами атмосферного воздуха крупные капли и кристаллы приобретают избыточный отрицательный заряд, а мелкие — положительный. Восходящие потоки воздуха в грозовом облаке поднимают мелкие капли и кристаллы к вершине облака, крупные капли и кристаллы опускаются к его основанию.

Заряженные облака наводят на земной поверхности под собой противоположный по знаку заряд. Внутри облака и между облаком и Землёй создаётся сильное электрическое поле, которое способствует ионизации воздуха и возникновению искровых разрядов (молний) как внутри облака, так и между облаком и поверхностью Земли.

Гром возникает вследствие резкого расширения воздуха при быстром повышении температуры в канале разряда молнии. Вспышку молнии мы видим практически одновременно с разрядом, так как скорость распространения света очень велика (3·108 м/с). Разряд молнии длится всего 0,1–0,2 с. Звук распространяется значительно медленнее. В воздухе его скорость равна примерно 330 м/с. Чем дальше от нас произошёл разряд молнии, тем длиннее пауза между вспышкой света и громом. Гром от очень далёких молний вообще не доходит: звуковая энергия рассеивается и поглощается по пути. Такие молнии называют зарницами. Как правило, гром слышен на расстоянии до 15–20 километров; таким образом, если наблюдатель видит молнию, но не слышит грома, то гроза находится на расстоянии более 20 километров.

Гром, сопровождающий молнию, может длиться в течение нескольких секунд. Существует две причины, объясняющие, почему вслед за короткой молнией слышатся более или менее долгие раскаты грома. Во-первых, молния имеет очень большую длину (она измеряется километрами), поэтому звук от разных её участков доходит до наблюдателя в разные моменты времени. Во-вторых, происходит отражение звука от облаков и туч — возникает эхо. Отражением звука от облаков объясняется происходящее иногда усиление громкости звука в конце громовых раскатов.


Задание1. Для того чтобы оценить, приближается к нам гроза или нет, необходимо измерить

1) время, соответствующее паузе между вспышкой молнии и сопровождающими её раскатами грома

2) время между двумя вспышками молнии

3) время двух последовательных пауз между вспышками молнии и сопровождающими их раскатами грома

4) время, соответствующее длительности раската грома


Задание2. Какое(-ие) утверждение(-я) справедливо(-ы)?

А. Громкость звука всегда ослабевает в конце громовых раскатов.

Б. Измеряемый интервал времени между молнией и сопровождающим её громовым раскатом никогда не бывает более 1 мин.

1) только А

2) только Б

3) и А, и Б

4) ни А, ни Б


Задание3. Как направлен (сверху вниз или снизу вверх) электрический ток разряда внутриоблачной молнии при механизме электризации, описанном в тексте? Ответ поясните.



Текст 16. «Ау, вы меня слышите?»


В 1938 г. американские исследователи Г.Пирс и Д.Гриффин, применив специальную аппаратуру, установили, что великолепная ориентировка летучих мышей в пространстве связана с их способностью воспринимать эхо. Оказалось, что во время полёта мышь излучает короткие ультразвуковые сигналы на частоте около 8 • 104 Гц, а затем воспринимает эхо-сигналы, которые приходят к ней от ближайших препятствий и от пролетающих вблизи насекомых. Гриффин назвал способ ориентировки летучих мышей по ультразвуковому эху эхолокацией.

Ультразвуковые сигналы, посылаемые летучей мышью в полёте, имеют характер очень коротких импульсов – своеобразных щелчков. Длительность каждого такого щелчка (1...5) • 10–3 с, ежесекундно мышь производит около десяти таких щелчков.

Американские учёные обнаружили, что тигры используют для коммуникации друг с другом не только рёв, рычание и мурлыкание, но также и инфразвук. Они проанализировали частотные спектры рычания представителей трёх подвидов тигра – уссурийского, бенгальского и суматранского – и обнаружили в каждом из них мощную низкочастотную компоненту. По мнению учёных, инфразвук позволяет животным поддерживать связь на расстоянии до 8 км, поскольку распространение инфразвуковых сигналов менее чувствительно к помехам, вызванным рельефом местности.


Задание1. В чём отличие ультразвука и инфразвука от звуковых волн, воспринимаемых человеком?

Задание2. Почему Г.Пирс и Д.Гриффин назвали способ ориентировки летучих мышей эхолокацией? Где ещё используется подобный принцип обнаружения объекта?

Задание3. Объясните своими словами, как вы понимаете словосочетание «частотные спектры».

Задание4. Почему инфразвук в отличие от обычного звука позволяет тиграм общаться на столь далёких расстояниях? Какие известные вам свойства волн проявляются в данном случае?


Занятие № 6.

Воздействие звука на человека

Текст 17. Человеческие голоса


Воспринимаемые человеческим ухом звуки располагаются в среднем в диапазоне от 20 до 20 000 Гц, а речевые частоты – приблизительно в диапазоне от 125 до 8000 Гц.

Высота голоса зависит от частоты колебаний голосовых связок: чем чаще колеблются голосовые связки, тем выше голос.

Певческие голоса по свойственной им высоте делятся на различные виды. В порядке возрастания высоты мужские голоса делятся на бас, баритон, тенор; женские – на контральто, меццо-сопрано, сопрано, колоратурное сопрано. Звуки самого низкого мужского голоса (баса) имеют частоту от 60 до 350 Гц, а самого высокого мужского голоса (тенора) – от 120 до 500 Гц.

Музыканты располагают звуки по октавам. Октава – это такой частотный интервал, который соответствует увеличению частоты звуковых колебаний ровно в 2 раза. Так, например, если мы возьмем частоту колебаний 100 Гц и увеличим её на октаву, то получим 200 Гц. Если теперь частоту этого звука увеличим ещё на октаву, то получим уже 400 Гц, ещё на октаву – 800 Гц и т. д.

В зависимости от амплитуды колебаний воздушного давления изменяется воздействие на барабанную перепонку и, соответственно, воспринимаемая громкость звука. При изучении восприятия звуков пользуются двумя основными понятиями, связанными с величиной звукового давления: порогом слышимости (критическое значение звукового давления, при котором звук еле слышен) и порогом болевого ощущения (звуковое давление, при котором возникает ощущение боли). Чувствительность уха к разным частотам различна: например, порог слышимости тона 50 Гц выше порога слышимости тона 1000 Гц.

Простые колебательные движения, свойства которых можно было бы описать конкретными значениями частоты и уровня воздушного давления, встречаются крайне редко. В природе вообще и в речи особенно чаще всего мы встречаемся со сложными звуками, которые являются результатом сложения нескольких простых колебательных движений. Колебания голосовых связок также представляют собой сложные колебательные процессы, где основная, самая низкая, частота характеризуется самой большой интенсивностью и определяет основной тон; колебания более высоких частот определяют обертоны (гармоники) основного тона.

Интенсивность гармоник тем меньше, чем выше их частота.


Задание1. Самым высоким женским голосом является

1) контральто

2) колоратурное сопрано

3) сопрано

4) меццо-сопрано


Задание2. Какое(-ие) из утверждений верно(-ы)?

А. Голосовые связки певца, имеющего диапазон голоса в две октавы, могут изменять частоту своих колебаний в 4 раза.

Б. Звук с частотой 16 000 Гц относится к речевым частотам.

1) только А

2) только Б

3) и А, и Б

4) ни А, ни Б


Задание3.На рисунке представлен график зависимости изменения давления воздуха от времени при издании звука (тона) флейтой.


hello_html_m7781de0e.png


Периоду колебаний основного тона звука соответствует интервал времени, заключённый между точками

1) А и Б

2) А и Г

3) А и В

4) А и Д


Текст 18. Спасите наши уши!


Слух всегда бодрствует, даже ночью, во сне. Он постоянно подвергается раздражению, так как не обладает никакими защитными приспособлениями.

Обычно для обозначения того, что мы слышим, используются два близких по смыслу слова: «звук» и «шум». Звук — это физическое явление, вызванное колебательным движением частиц среды. Шум представляет собой хаотичное, нестройное смешение звуков, отрицательно действующее на нервную систему. Воздействие шума на человека определяется его уровнем (громкостью, интенсивностью) и высотой составляющих его звуков, а также продолжительностью воздействия. Уровни шумов от различных источников и реакция организма на акустические воздействия приведены в таблице.


Источник шума,

помещение


Уровень шума, дБ



Реакция организма на длительное

акустическое воздействие

Листва, прибой

Средний шум в квартире, классе

20

40

Успокаивает Гигиеническая норма

Шум внутри здания рядом с магистралью Телевизор

Поезд метро Кричащий человек Мотоцикл

60

70
80
80
90

Появляются чувство раздражения, утомляемость, головная боль

Реактивный самолет (на высоте 300 м)

Цех текстильной фабрики

95


100

Постепенное ослабление слуха, нервно-психический стресс (угнетённость, возбуждённость, агрессивность), язвенная болезнь, гипертония

Плеер

Ткацкий станок

Отбойный молоток Реактивный двигатель (при взлете, на расстоянии 25 м)

Шум на дискотеке

114
120
120
140-150

175

Вызывает звуковое опьянение наподобие алкогольного, нарушает сон, разрушает психику, приводит к глухоте

В диапазоне слышимых человеком звуков самое неблагоприятное воздействие оказывает шум, в спектре которого преобладают высокие частоты (выше 800 Гц). Звуки сверхнизких частот, которые мы даже и не слышим (инфразвуки), также опасны для организма человека. Частота в 6 Гц может вызвать ощущение усталости, тоски, морскую болезнь, при частоте в 7 Гц может даже наступить смерть от внезапной остановки сердца. Доказано, что, попадая в естественный резонанс работы какого-нибудь органа, инфразвуки могут разрушить его, например, частота в 5 Гц разрушает печень.


Задание1. Что собой представляет звуковая волна? Каков частотный диапазон, воспринимаемый человеком? Соответствует ли шуму какая-либо определенная частота?

Задание2. Сравните громкость звука плеера с техническими устройствами, указанными в таблице. Почему (по выводам скандинавских учёных) каждый пятый подросток плохо слышит, хотя и не всегда догадывается об этом?

Задание3. Каково условие резонанса? Почему возникают неприятные ощущения при длительной езде в автобусе, при плавании на корабле или качании на качелях, если собственная частота нашего вестибулярного аппарата близка к 6 Гц?

Задание4. Назовите существующие простые административные меры по борьбе с шумом. Как борются с шумом с помощью технических устройств?



Текст 19. Шум и здоровье человека


Современный шумовой дискомфорт вызывает у живых организмов болезненные реакции. Транспортный или производственный шум действует угнетающе на человека: утомляет, раздражает, мешает сосредоточиться. Как только такой шум смолкает, человек испытывает чувство облегчения и покоя.

Уровень шума в 20–30 децибел (дБ) практически безвреден для человека. Это естественный шумовой фон, без которого невозможна человеческая жизнь. Для «громких звуков» предельно допустимая граница примерно 80–90 дБ. Звук в 120–130 дБ уже вызывает у человека болевые ощущения, а в 150 становится для него непереносимым. Влияние шума на организм зависит от возраста, слуховой чувствительности, продолжительности действия.

Наиболее пагубны для слуха длительные периоды непрерывного воздействия шума большой интенсивности. После воздействия сильного шума заметно повышается нормальный порог слухового восприятия, то есть самый низкий уровень (громкость), при котором данный человек ещё слышит звук той или иной частоты. Измерения порогов слухового восприятия производят в специально оборудованных помещениях с очень низким уровнем окружающего шума, подавая звуковые сигналы через головные телефоны. Эта методика называется аудиометрией; она позволяет получить кривую индивидуальной чувствительности слуха, или аудиограмму.

Обычно на аудиограммах отмечают отклонения от нормальной чувствительности слуха (см. рисунок).http://www.enauki.ru/wp-content/uploads/2012/04/shum.jpg

Рис. Аудиограмма типичного сдвига порога слышимости после кратковременного воздействия шума

Задание 1. Порог слышимости определяется как:

1) минимальная частота звука, воспринимаемая человеком;

2) максимальная частота звука, воспринимаемая человеком;
3) самый высокий уровень, при котором звук той или иной частоты не приводит к потере слуха;
4) самый низкий уровень, при котором данный человек ещё слышит звук той или иной частоты.


Задание2. Какие утверждения, сделанные на основании аудиограммы (см. рисунок), справедливы?
А. Максимальный сдвиг порога слышимости соответствует низким частотам (примерно до 1000  Гц).

Б. Максимальная потеря слуха соответствует частоте 4000 Гц.

Варианты ответов:

  1. только А

  2. только Б

  3. и А, и Б

  4. ни А, ни Б



Задание3. Определите, какие источники шума, представленные в таблице, создают недопустимые уровни шума.

Источник шума

Уровень шума (дБ)

А. Работающий пылесос

40

Б. Шума вагона в метро

70

В. Оркестр поп-музыки

110

Г. Автомобиль

60

Д. Шепот на расстоянии 1 м

20

Варианты ответов:

  1. В

  2. В и Б

  3. В, Б и Г

  4. В, Б, Г и А



Текст 20. Воздействие звука на человека


Человек со дня своего рождения живёт в мире звуков. Звуки речи необходимы для общения между людьми. Однако есть мешающие звуки, которые могут оказывать разнообразное негативное воздействие на организм человека. По интенсивности его воздействия различают 5 областей: область индифферентного шума (до 30 дБ); нервно-психических реакций и нарушений (30—65 дБ); вегетативных реакций и нарушений (65—90 дБ); нарушение функций слуха (90-120 дБ); баротравм и риска смерти (более 120 дБ). Влияние шума на центральную и вегетативную нервную систему объясняется тем, что в преддверно-улитковом органе звуковые колебания трансформируются в адекватные кодированные нервные импульсы, поступающие в подкорковые образования и слуховое поле коры больших полушарий. Если шум отличается чрезмерной силой или действует в течение длительного времени, наступает перевозбуждение клеток коры головного мозга, нарушается работоспособность нервных клеток, изменяется условно-рефлекторная деятельность, происходит нарушение деятельности внутренних органов.

Так, например, сильный непрерывный шум вызывает сужение периферических кровеносных сосудов. Шум, превышающий 80—90 дБ, нарушает функции щитовидной железы. Сердечнососудистую систему и нервную систему поражает также инфразвуковой раздражитель с частотой 7 Гц. Этим объясняются нервно-психические явления, наблюдаемые у людей при сильном шторме, землетрясении, извержении вулканов.


Задание1. Области вегетативных реакций и нарушений соответствует диапазон

1) 65-90 дБ 3) 90 дБ

2) 80-90 дБ 4) 90-120 дБ


Задание2. Негативное воздействие на человека оказывает

  1. только интенсивность звука

  2. только длительность воздействия

  3. и интенсивность, и длительность воздействия

  4. ни интенсивность звука, ни длительность воздействия, а частота звука


Задание 3. Дана таблица интенсивности звука разных источников. Назовите профессию, которая может быть связана с потерей слуха.


Источник звука

Интенсивность, дБ

спокойное дыхание

10

шум спокойного сада

20

перелистывание страниц газеты

30

обычный шум в доме

40

шум пылесоса

50

обычный разговор

60

радио

70

оживлённое уличное движение

80

поезд на эстакаде

90

шум в вагоне метро

100

гром

110


  1. постовой дорожной патрульной службы

  2. учитель

  3. машинист поезда

  4. садовник


Занятие № 7.

Колебания и волны

Текст 21. Затухающие колебания

Затухающими называются колебания, энергия (а значит, и амплитуда) которых уменьшается с течением времени (см. рис.). Затухание свободных механических гармонических колебаний связано с убыванием механической энергии за счет действия сил сопротивления и трения.

hello_html_2104428e.jpg

hello_html_m4ba67f6d.gifЕсли сила сопротивления пропорциональна скорости относительного движения FTp = -rv, то амплитуда колебаний изменяется по закону

xm(t)=xoet, где x0— начальная амплитуда,
- коэффициент затухания, характеризующий быстроту убывания амплитуды, е - основание натурального логарифма.

Затухающие колебания не являются истинно периодическим процессом, т.к. в них никогда не повторяются значения физических величин.

Условным периодом затухающих колебаний называется промежуток времени между двумя состояниями колеблющейся системы, в которых физические величины, характеризующие колебания, принимают аналогичные значения, изменяясь в одном и том же направлении:

hello_html_2e3562ca.png


где ωо — собственная частота свободных колебаний

Мы видим, что период затухающих колебаний больше, чем период незатухающих колебаний с теми же параметрами колебательной системы. При условии δ <ωозатухающие колебания описываются уравнением

hello_html_m74e863e1.png

Если δ >ωо, то трение в системе очень велико и колебаний не происходит, запас механической энергии тела к моменту его возвращения в положение равновесия полностью расходуется на преодоление трения.


Задание 1. Что обусловливает уменьшение амплитуды затухающих колебаний с течением времени?

  1. сила тяжести

  1. сила упругости

  1. выталкивающая сила

  1. сила трения


Задание 2. В некоторой среде коэффициент затухания равен 0,8 с-1. В каком из приведенных ниже случаев не будут возникать колебания?

  1. собственная частота колебаний равна 0,5 с-1

  2. собственная частота колебаний равна 1,5 с-1

  3. собственная частота колебаний равна 2 с-1

  4. собственная частота колебаний равна 2,5 с-1


Задание 3. Какова собственная частота колебаний, если условный период затухающих колебаний равен 4 с? Колебания совершаются в среде, в которой коэффициент затухания равен 0,5 с-1.

1) 0,5 с-1 2) 1,6 с-1 3) 2,9 с-1 4) 3,1 с-1


Текст 22. Колебания и волны


Бросим камень в воду, увидим, что вокруг места его падения расходятся по воде круги. Возникшие в одном месте колебания части воды передаются соседним участкам и постепенно распространяются во все стороны, вовлекая в колебательное движение всё новые частицы воды. Такое распространение колебаний называется волной. Говоря о колебательном движении, мы имеем в виду не общее перемещение частиц, а лишь передачу колебательного процесса от одних частиц среды другим. Эта передача возможна только лишь, если между частицами существуют некие силы, подобные силам упругости пружины. Таким образом, для существования механических волн необходима упругая среда. Такой средой может быть; например, пружина, воздух и т.п.

Существуют продольные и поперечные волны. Волны, колебания частице которых происходят в направлений, перпендикулярном распространению волны, называются поперечными. Волны, колебания частиц в которых происходят в направлении распространения волн, называются продольными.

Упругие продольные волны могут распространяться во всех средах (твердых, жидких, газообразных), а поперечные — только в твердых.

Основными характеристиками механических волн являются скорость распространения Vи длина волны А. Скорость распространения зависит, в первую очередь, от плотности среды, в которой эта волна распространяется.hello_html_4035379.png

Существует связь длины волны и скорости ее распространения:

ЗдесьТ— период, т.к. волны обладают периодичностью распространения.


Задание 1. Чему равна частота распространения волны, представленной графически на рисунке?

hello_html_69f73de.png

1) 2/3 Гц 2) 1/3 Гц 3) 1/6 Гц 4) 2/9 Гц


Задание 2.В каких средах могут распространяться звуковые волны?

1) только в твердых 2) только в жидких

3) только в газообразных 4) во всех трех


Задание 3. Какова скорость распространения волны на поверхности пруда, если рыболов заметил, что его поплавок поднимался на гребне волны 20 раз за 10 с, а расстояние между гребнями волн 1,5 м?

1)3м/с 2) 1м/с 3)6 м/с 4) 2 м/с


Текст 23. Сейсмические методы исследования


Механические волны, распространяющиеся в Земле от очагов землетрясений или каких-нибудь мощных взрывов, называются сейсмическими волнами.

Для исследования землетрясений и внутреннего строения Земли наибольший интерес вызывают два вида сейсмических волн: продольные (волны сжатия) и поперечные. В отличие от продольных волн, поперечные волны не распространяются внутри жидкостей и газов. Скорость этих волн в одном и том же веществе разная: продольные распространяются быстрее поперечных. Например, на глубине 500 км скорость поперечных сейсмических волн примерно 5 км/с, а скорость продольных волн: 10 км/с

Распространяясь из очага землетрясения, первыми на сейсмическую станцию приходят продольные волны, а спустя некоторое время — поперечные. Зная скорость распространения сейсмических волн в земной коре и время запаздывания поперечной волны, можно определить расстояние до центра землетрясения. Для более точных измерений используют данные нескольких сейсмических станций. Ежегодно на земном шаре регистрируют сотни тысяч землетрясений.

Сейсмические волны используются для исследования глубоких слоёв Земли. Когда сейсмические волны проходят через среду, плотность и состав которой изменяются, то скорости волн также меняются, что проявляется в преломлении волн. В более плотных слоях Земли скорость волн возрастает; соответственно, возрастает угол преломления. Характер преломления сейсмических волн позволяет исследовать плотность и внутреннее строение Земли. Отсутствие поперечных волн, прошедших через центральную область Земли, позволило английскому сейсмологу Олдгему сделать вывод о существовании жидкого ядра Земли.

Сейсмический метод отражённых волн используется для поиска полезных ископаемых (например, месторождений нефти и газа). Этот метод основан на отражении искусственно созданной сейсмической волны на границе пород с разными плотностями. В скважине, пробуренной в исследуемом районе, взрывают небольшой заряд. Возникающая сейсмическая волна распространяется по всем направлениям. Достигнув границ исследуемой породы, волна отражается и возвращается обратно к земной поверхности, где её «ловит» специальный прибор (сейсмоприёмник).

Задание1. Продольная сейсмическая волна может распространяться

1) только в газе

2) только в жидкости

3) только в твёрдом теле

4) в твёрдом теле, жидкости и газе


Задание2. Какое(-ие) утверждение(-я) справедливо(-ы)?

А. Скорость распространения сейсмической волны зависит от плотности и состава среды.

Б. На границе двух сред с разной плотностью сейсмическая волна частично отражается, частично преломляется.

1) только А

2) только БC:\Users\Я\Desktop\Безымянный.jpg

3) и А, и Б

4) ни А, ни Б


Задание3. На рисунке схематически изображено распространение сейсмической волны от очага землетрясения. Какой из слоёв (А или Б) имеет бόльшую плотность? Ответ обоснуйте.




Текст 24. Ультразвуковые стиральные устройства (УСУ)


В последнее время ультразвуковые стиральные машины завоевывают все большую популярность. Легкие, беззвучные, не занимают много места, не требуют врезки в водопровод — они идеально подходят для людей, часто путешествующих, для дачников и студентов.

УСУ состоит из источника питания, излучателя ультразвуковых колебаний и соединительного кабеля.

Для стирки излучатель помещается в середину емкости с моющим раствором и текстильными изделиями, где он и возбуждает ультразвуковые колебания. Эффект удаления пятен обусловлен кавитацией — образованием в растворе огромного количества микроскопических пузырьков, заполненных газом, паром и их смесью, эти пузырьки возникают при прохождении акустической волны во время полупериода разрежения. Под действием перепада давления при появлении и «схлопывании» пузырьков нарушается сцепление загрязненных микрочастиц с волокнами изделий и облегчается их удаление поверхностно-активными веществами моющего раствора стирального порошка или мыла.

Под действием ультразвуковых колебаний слой жидкости, который максимально близко находится к ткани (приповерхностный слой), приобретает определенные свойства — его скорость значительно увеличивается. Это активно помогает моющему средству, растворенному в воде, более глубоко проникать в структуру ткани, а значит, эффективно отстирывать ткань. При механической же стирке скорость приповерхностного слоя жидкости относительно ткани приближается к нулю. Кроме того, ультразвук обладает дезинфицирующим действием, а также удаляет неприятные запахи.

После включения в воде или на воздухе устройства не подают никаких видимых для человека признаков работы. Но если положить ультразвуковой генератор на ладонь, можно почувствовать небольшую вибрацию. Это ощущение сугубо индивидуально, так как не все люди одинаково воспринимают звуковые частоты и колебания.


Задание1. В чем отличие ультразвука от звуковых волн, воспринимаемых человеком?

Задание2. Что называют кавитационным пузырьком? Какой эффект получается при «схлопывании» кавитационных пузырьков?

Задание3. Почему излучатель ультразвуковых колебаний имеет чаще всего форму шара или диска?

Задание4. Попробуйте объяснить, зачем на блоках питания установлены светодиодные индикаторы.


Занятие № 8.

Итоговое занятие по теме «Механические явления»

Текст 25. «Приливы и отливы»

Солнце действует почти одинаковым образом на всё находящееся на Земле и внутри неё. Сила, с которой Солнце притягивает, например, москвича в полдень, когда он ближе всего к Солнцу, почти не отличается от силы, действующей на него в полночь! Ведь расстояние от Земли до Солнца в десять тысяч раз больше земного диаметра, и увеличение расстояния на одну десятитысячную при повороте Земли вокруг своей оси на пол-оборота практически не меняет силы притяжения. Поэтому Солнце сообщает почти одинаковые ускорения всем частям земного шара и всем телам на его поверхности.

Почти, но всё же не совсем одинаковые. Из-за этой-то небольшой разницы возникают приливы и отливы в океане. На обращённом к Солнцу участке земной поверхности сила притяжения несколько больше, чем это необходимо для движения этого участка по эллиптической орбите, а на противоположной стороне Земли – несколько меньше. В результате, согласно законам механики Ньютона, вода в океане немного выпячивается в направлении, обращённом к Солнцу, а на противоположной стороне отступает от поверхности Земли. Возникают, как говорят, приливообразующие силы, растягивающие земной шар и придающие, грубо говоря, поверхности океанов форму эллипсоида.

Чем меньше расстояния между взаимодействующими телами, тем больше приливообразующие силы. Вот почему на форму Мирового океана большее влияние оказывает Луна, чем Солнце. Мы говорили о Солнце просто потому, что Земля вращается вокруг него, и здесь легче понять причину деформации поверхности океанов. Если бы не было сцепления между частями земного шара, то приливообразующие силы разорвали бы его.

Приливная волна тормозит вращение Земли. Правда, этот эффект мал, за 100 лет сутки увеличиваются на тысячную долю секунды. Но, действуя миллиарды лет, силы торможения приведут к тому, что Земля будет повёрнута к Луне одной стороной и дневные сутки станут равными лунному месяцу. С Луной это уже произошло. Луна заторможена настолько, что повернута к Земле всё время одной стороной.

Жители побережий океанов ежедневно наблюдают, как во время приливов поднимается вода и заливает берег. Через несколько часов наступает отлив, и берег опять обнажается.

Подъем воды достигает в отдельных местах нескольких метров, и в зависимости от характера очертания берегов вода может проникать в глубь материка даже на несколько километров.

Хотя Солнце играет существенную роль в приливно-отливных процессах, решающим фактором их развития служит сила гравитационного притяжения Луны, которая стремится сместить Землю по направлению к Луне и «приподнимает» все объекты, находящиеся на Земле, в направлении Луны.

Вода на Земле, находящаяся прямо под Луной, поднимается в направлении Луны, что приводит к оттоку воды из других мест земной поверхности. Благодаря различию в притяжении, подвижная водная гладь как бы вытягивается, образуя два «горба» (рис. 1): один со стороны Луны, другой с противоположной стороны («отстающий горб»).hello_html_m652a7e53.png

Таким образом, возникает приливная волна, которая на обращенной к Луне стороне Земли называется прямой, а на противоположной — обратной. Первая из них всего на 5% выше второй.

Приливы вызывает не только Луна, но и Солнце. Оба приливных действия будут складываться, когда Луна, Земля и Солнце расположатся по одному направлению. А это происходит в новолуние и полнолуние. В это время приливы настигают наибольшей высоты. В первую же и последнюю четверти Луны бывают наименьшие приливы,потому что солнечный прилив совпадает с лунным отливом. Между двумя последовательными приливами или двумя отливами в данном месте проходит примерно 12 ч 25 мин. Период продолжительностью 24 ч 50 мин называется приливными (или лунными) сутками.

Наиболее очевидным способом использования энергии приливов представляется постройка приливных электростанций (ПЭС). Разработаны различные методы использования этой энергии, но наиболее практичным из них является создание системы приливных бассейнов. При этом колебания уровня воды, связанные с приливо-отливными явлениями, используются в системе шлюзов так, что постоянно поддерживается перепад уровней, позволяющий получать энергию (рис. 2). Мощность приливных электростанций непосредственно зависит от площади бассейнов-ловушек и потенциального перепада уровней.Приливы вызывает не только Луна, но и Солнце. Оба приливных действия будут складываться, когда Луна, Земля и Солнце расположатся по одному направлению. А это происходит в новолуние и полнолуние. В это время приливы достигают наибольшей высоты. В первую же и последнюю четверти Луны бывают наименьшие приливы.hello_html_m22bbbd53.png


Задание1. Объясните механизм возникновения приливных волн. Какой фактор (масса тел или расстояние между ними)играет большую роль в определении величины приливообразующей силы?

Задание2. Где приливная волна будет достигать наибольшей высоты: в открытом океане или в узких заливах? Попробуйте объяснить почему.

Задание3. Каковы бывают приливы и отливы в дни солнечных и лунных затмений? Почему?

Задание4. Попробуйте объяснить, почему приливы и отливы продолжаются не по 12 ч, а по 12 ч 25 мин. С чем это связано? Почему жители прибрежных зон пользуются картами приливов и отливов?

Задание5.Мощность приливной электростанции (ПЭС) зависит

    1. только от площади бассейна-ловушки

    2. только от стоимости сооружения бассейна-ловушки

    3. от площади бассейна-ловушки и амплитуды приливо-отливных колебаний

    4. от стоимости сооружения бассейна-ловушки и амплитуды приливо-отливных колебаний

Задание 6.На рисунке представлено положение Луны в различных ее фазах. Высота приливаhello_html_m76e580b4.png

    1. минимальна, когда Луна находится в фазе 1

    2. максимальна, когда Луна находится в фазе 1

    3. минимальна, когда Луна находится в фазе 2

    4. максимальна, когда Луна находится в фазе 3


Задание 7.Примерно за сутки 2 раза происходит прилив и 2 раза — отлив. Суточная периодичность приливов объясняется вращением

    1. Земли вокруг своей оси

    2. Земли вокруг Солнца

    3. Луны вокруг Земли

    4. Луны вокруг Солнца


Задание8. Когда на человека действует большая сила притяжения со стороны Солнца: в полдень или в полночь? Почему?

Задание9. Попробуйте объяснить своими словами, как возникают приливообразующие силы. Почему они оказывают тормозящее действие на вращение Земли?

Задание10. Почему Луна при возникновении приливов оказывает гораздо большее воздействие, чем Солнце?

Задание11. Период обращения Луны вокруг Земли равен 27 сут. 7 ч 43 мин. Чему примерно равен лунный день?



Раздел 2. Тепловые явления.


Занятие 1


Повторение теоретического материала


Задание 1. Прочитайте опорный конспект.


1. Все тела состоят из атомов и молекул, находящихся в беспорядочном непрерывном движении. Хаотическое движение молекул тела называют тепловым движением. Каждая молекула вещества обладает кинетической и потенциальной энергией, поэтому всякое тело наряду с механической энергией направленного движения обладает внутренней энергией. Величина внутренней энергии тела складывается из кинетической энергии беспорядочного движения молекул и потенциальной энергии их взаимного взаимодействия и расположения.

hello_html_m7abb15b0.gif

Изменение внутренней энергии и передача ее от одного тела к другому происходит в процессе взаимодействия тел. Возможны два способа такого взаимодействия. Первый – когда внутренняя энергия одного тела изменяется за счет изменения энергии упорядоченного движения другого тела (механической работы, электризации, перемагничивании, облучении), второй – когда изменение внутренней энергии происходит вследствие соударения хаотически движущихся молекул соприкасающихся тел.

Есть только два способа изменения внутренней энергии тела: совершение работы и теплопередача (теплообменом).


2. Процесс изменения внутренней энергии тела, обусловленный передачей теплового движения молекул без совершения работы внешней средой, называется тепловым процессом или процессом теплопередачи. Мерой изменения внутренней энергии тел, происходящего при теплообмене, служит величина, называемая количеством теплоты.

3. Количество теплоты, подведенное к телу, идет, в общем случае, на изменение внутренней энергии тела и на совершение телом работы над внешней средой (закон сохранения и превращения энергии):

hello_html_14bfdb2c.gif

Количеством теплоты Q, сообщенному телу, считается при этом положительным, отданное телом – отрицательным. Работа считается положительной, если тело совершает работу над внешней средой, отрицательной, если работа совершается над телом.

4. Количество теплоты и работа являются мерами изменения внутренней энергии, первая – в процессе теплопередачи, вторая – в процессе превращения механической энергии в теплоту.

Единицей количества теплоты является джоуль (Дж).

hello_html_59a4a277.gif

5. Существуют три вида теплопередачи: конвекция, теплопроводность и излучение.

Конвекция (в газах и жидкостях) – передача тепла путем перемещения и перемешивания холодных слоев жидкого и газообразного вещества. Внутри твердого тела конвекции быть не может, так как частицы твердого тела «закреплены» на своих местах.

Теплопроводность (в газах, жидких и твердых телах) – передача теплоты от более нагретой части тела к менее нагретой в результате теплового движения и взаимодействия молекул.

Процесс теплопередачи не сопровождается переносом вещества.

Различные вещества имеют различную теплопроводность.

Наименьшей теплопроводностью обладает вакуум (пустота), так как в нем нет частиц, которые могли бы обмениваться энергией. Чем меньше частиц в веществе, тем меньше его теплопроводность (газы).


Излучение – процесс передачи теплоты на расстоянии с помощью электромагнитных волн.

Электромагнитные волны могут распространяться в вакууме.

Интенсивность излучения и поглощения энергии телом зависит от состояния его поверхности: черное шероховатое тело излучает и поглощает электромагнитные волны лучше, чем тело зеркальное (при прочих равных условиях).

6. Скалярная величина, равная количеству теплоты, которое требуется для изменения температуры тела массой 1 кг на 1О C, называется удельной теплоемкостьюC.

hello_html_m2d0e558c.gif

7.Количество теплоты, необходимое для нагревания тела или выделяющееся при его охлаждении, прямо пропорционально массе тела и изменению его температуры:


Q = cm(t– t1)

c – удельная теплоемкость, m – масса тела, t2 и t1 – конечная и начальная температуры.

8. Удельной теплотой сгорания топливаq называется скалярная величина, равная количеству теплоты, которое выделит топливо массой 1 кг при полном сгорании.

hello_html_55979784.gif

9. В процессе химического соединения ряда веществ перестраивается структура молекул, в результате чего резко увеличивается их кинетическая энергия. Такие процессы называют процессами горения, а участвующие в них тела – топливом и окислителем.

При полном сгорании топлива массы m внутренняя энергия теплового движения молекул возрастает на величину

hello_html_2f14b680.gif,

где qудельная теплота сгорания топлива.

10. Коэффициентом полезного действия (КПД) нагревателя называется скалярная величина:

hello_html_19748a0b.gif,

где QП – полезное количество теплоты, QЗ – количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива.

11. Уравнение теплового баланса.

В задачах этой группы рассматривается теплообмен между телами системы. При этом предполагается, что внешним теплообменом можно пренебречь. Со стороны тел, не входящих в систему, над телами системы работа не совершается. Систему можно считать замкнутой, внутренняя энергия системы не изменяется.

hello_html_me12e2e7.gif

Внутри системы в процессе теплообмена одни тела нагреваются, другие охлаждаются. Однако, суммарное количество теплоты, полученное системой равно нулю:

hello_html_497bfd17.gif, (1)

где Q1; Q2Qn – количество теплоты, полученное или отданное телами системы в процессе внутреннего теплообмена.

Уравнение (1) называется уравнением теплового баланса и является основным расчетным уравнением для задач этой группы.

Изменение агрегатных состояний вещества.

1. Фазойназывается физически однородная часть вещества, отделенная от остальных частей системы границей раздела (например лед, вода, пар и т.п.). Плавление твердого тела, отвердевание жидкости, испарение и конденсация пара представляют собой примеры фазового перехода. Переход из одной фазы в другую при заданном давлении происходит при строго заданной температуре.

2.Плавление - переход вещества из кристаллического состояния в жидкое.

Кристаллизация(отвердевание) - переход вещества из жидкого состояния в кристаллическое.

Температура, при которой вещество плавится, называют температурой плавления (tпл), а при которой отвердевает - температурой отвердевания (tотв).

Опыт: tпл = tотв

3. График плавления и отвердевания кристаллических тел.


hello_html_2a9c51dc.gif

4. Удельная теплота плавления.

Удельная теплота плавления - физическая величина, показывающая, какое количество теплоты требуется сообщить кристаллическому телу массой 1 кг, чтобы при температуре плавления полностью перевести его в жидкое состояние.

hello_html_m70f3275e.gif[Дж/кг]

При плавлении кристаллического тела энергия идет на увеличение потенциальной энергии частиц (разрушение кристаллической решетки), при кристаллизации потенциальная энергия частиц уменьшается, выделяясь в виде теплоты.

Удельная теплота плавления равна удельной теплоте кристаллизации.

Количество теплоты, необходимое для того, чтобы расплавить данное тело массы m при температуре плавления (или выделяющееся при его кристаллизации), можно рассчитать по формуле:

Q = m [Дж] - плавление (+) и кристаллизация (-);


5. Иногда при очень осторожном ведении процесса удается достичь «переохлаждения» - охлаждения жидкости до температуры несколько ниже точки плавления без отвердевания. В этом случае малейший толчок ведет к частичному затвердеванию с повышением температуры до точки плавления.

t, C

t, C

Q

Q

а)

б)

6. Аморфные тела (стекло, воск, парафин, вар) не имеют определенной точки плавления. Они размягчаются постепенно. На рисунке показаны графики изменения температуры при подводе теплоты к кристаллическим (а) и аморфным (б) телам.

7. Почти все тела при плавлении увеличиваются в объеме, при отвердевании – уменьшаются (сжимаются). При увеличении давления, под которым находятся эти вещества, их температура плавления повышается. (Давление препятствует увеличению объема.) Исключения: вода (лед), чугун и некоторые другие вещества – при отвердевании они увеличиваются в объеме, при плавлении – уменьшаются. Их температура плавления понижается при увеличении давления.


8. Парообразование – переход вещества из жидкого состояния в газообразное. Конденсация – переход вещества из газообразного состояния в жидкое. Процесс, обратный парообразованию.


9. Парообразование происходит двумя путями – испарением и кипением.

Испарение происходит с поверхности жидкости при любой температуре. Испарение с поверхности жидкости происходит тем интенсивнее,

  • чем больше свободная поверхность жидкости (так как при этом увеличивается количество молекул, вылетающих из жидкости в единицу времени),

  • чем выше температура жидкости (так как при этом увеличивается скорость движение молекул жидкости и, следовательно, их кинетическая энергия, т.е. увеличивается число молекул, способных преодолеть молекулярное притяжение жидкости) и

  • чем меньше внешнее давление на свободную поверхность жидкости. Скорость испарения увеличивается также при удалении образовавшихся над жидкостью паров. Испарение происходит интенсивнее у тех жидкостей, у которых меньше силы сцепления между молекулами (летучие жидкости).

При испарении увеличивается потенциальная энергия молекул за счет уменьшения кинетических энергий оставшихся. Следовательно, температура жидкости при испарении уменьшается (если нет внешнего подвода теплоты).

10. Механизм кипения состоит в следующем. В жидкости при ее нагревании образуются пузырьки растворенного воздуха, содержащие внутри пар жидкости, появляющийся при повышении ее температуры. С повышением температуры давление пара увеличивается. Под действием выталкивающей силы пузырьки поднимаются вверх и, пока верхние слои жидкости холоднее нижних, частично конденсируется. Когда вся жидкость прогревается достаточно, пузырьки пара достигают поверхности жидкости, давление в них достигает атмосферного, и пар из пузырьков, поднявшихся на поверхность жидкости, вырывается наружу. Парообразование, происходящее одновременно внутри и с поверхности жидкости, называется кипением. Каждое вещество при данном давлении кипит при вполне определенной температуре, которая остается неизменной во все время кипения.

11. Температура кипения или точка кипения – температура кипения жидкости при постоянном давлении. При увеличении внешнего давления температура кипения повышается, при уменьшении – понижается. Наличие в жидкости растворенного вещества меняет ее температуру кипения.

12.Удельная теплота парообразования- физическая величина, показывающая, какое количество теплоты требуется сообщить жидкости массой 1 кг, чтобы обратить ее в пар без изменения температуры.

hello_html_77c53243.gif[Дж/кг]

Конденсируясь, пар отдает то количество энергии, которое пошло на его образование.

Внутренняя энергия пара всегда больше внутренней энергии жидкости при той же температуре.


Количество теплоты, необходимое для того, чтобы обратить в пар при данной температуре жидкость массы m (или количество теплоты, которое выделится при конденсации пара массы m), можно рассчитать по формуле:

Q = L m [Дж] - парообразование (+) и конденсация (-)


13. Абсолютная влажность – количество граммов водяного пара в 1м3 воздуха.

Относительная влажность – отношение абсолютной влажности воздуха к плотности насыщенного водяного пара при той же температуре, выраженное в процентах:

hello_html_m3d32e50b.gif%

Приборы для определения относительной влажности:

  • гигрометры:

  • конденсационные, определяют влажность по точке росы (точка росы – температура, при которой содержащийся в воздухе водяной пар становится насыщенным);

  • волосяные, используют свойство человеческого волоса удлиняться при увеличении влажности;

  • психрометры, используют свойство жидкости охлаждаться при испарении.


14. Работа газа и пара при расширении.

Использовать внутреннюю энергию - значит совершить за счет нее полезную работу.

Тепловой двигатель - машина, в которой внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.

Типы двигателей: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, турбина, реактивный двигатель.

Принцип работы: энергия, выделяющаяся при сгорании топлива повышение внутренней энергии газа (или пара) расширение этого газа с охлаждением механическая работа.

15. Двигатель внутреннего сгорания.

Топливо сгорает внутрицилиндра - отсюда и название.

Схема работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания:

hello_html_1863f948.png

16. КПД теплового двигателя.

Энергия, выделившаяся при сгорании топлива (Ет), при использовании теплового двигателя, идет не только на совершение полезной работы (Ап), но и на преодоление силы трения между его частями и бесполезное разогревание выхлопных газов. Поэтому полезная работа всегда меньше энергии, выделившейся при сгорании топлива.

КПД (коэффициент полезного действия) показывает, в какую часть энергии, выделившейся при сгорании топлива, двигатель преобразует в полезную работу.


КПД = =hello_html_m6b69c1a7.gif%

Для любого двигателя он всегда меньше 100%.


Занятие 2


Проверка теоретических знаний по разделу «Тепловые явления»


1. Характерными признаками теплового движения являются:

  1. большое число молекул и беспорядочность их движения;

  2. малое число молекул и беспорядочность их движения;

  3. большое число молекул и упорядоченность их движения;

  4. малое число молекул и упорядоченность их движения.


2. С молекулярно-кинетической точки зрения внутренняя энергия макроскопического тела — это:

  1. кинетическая энергия хаотического движения его молекул;

  2. потенциальная энергия взаимодействия его молекул друг с другом;

  3. кинетическая энергия тела;

  4. кинетическая энергия хаотического движения его молекул и потенциальная энергия их взаимодействия.


3. Укажите, в каком из перечисленных случаев внутренняя энергия воды не меняется.

  1. Воду в стакане медленно подняли на 10 см.

  2. Воду переливают из ведра в чайник.

  3. Воду нагревают до кипения.

  4. Воду в стакане помешивают ложкой.


4. Обыкновенный или пористый кирпич обеспечит лучшую теплоизоляцию здания?

  1. Обыкновенный. 3) И тот, и другой.

  2. Пористый. 4) Ни тот, ни другой.


5. Какой способ теплопередачи обеспечивает нагревание воды в кастрюле на газовой плите?

  1. Теплопроводность.

  2. Конвекция.

  3. Излучение.

  4. Все способы, перечисленныев первых трех пунктах.


6. Какой способ теплопередачи позволяет греться у костра?

  1. Теплопроводность.

  2. Конвекция.

  3. Излучение.

  4. Костер согревает благодаря всем способам, перечисленным в первых трех пунктах.


7. Одна колба покрыта копотью, другая побелена известью. Они наполнены

горячей водой одинаковой температуры. В какой колбе быстрее остынет вода?

  1. В побеленной колбе.http://doc4web.ru/uploads/files/42/42086/hello_html_m203a715a.png

  2. В закопченной колбе.

  3. В обеих колбах температура воды будет понижаться одинаково.

  4. Цвет не влияет на скорость
    остывания воды.






8. Количеством теплоты называют ту часть внутренней энергии, которую:

  1. тело получает от другого тела при теплопередаче;

  2. имеет тело;

  3. тело получает или теряет при теплопередаче;

  4. тело получает при совершении над ним работы.


9. Какое количество теплоты потребуется для нагревания 1 г латуни на 10С?

  1. 1 Дж;

  2. 0,38 Дж;

  3. 380Дж;

  4. 380 000 Дж.


10. Железный утюг массой 3 кг при включении в электрическую сеть нагрелся от 20 до 120°С. Какое количество теплоты получил утюг?

  1. 4,8 кДж; 2) 19 кДж; 3) 138 кДж; 4) 54,2 кДж.


11. Удельная теплота сгорания топлива — это количество теплоты, выделяющееся...

  1. при полном сгорании топлива;

  2. при сгорании топлива;

  1. при полном сгорании топлива массой 1 кг;

  2. при полном сгорании топлива массой 1 т.


12. Какое количество теплоты можно получить, сжигая охапку дров массой 10 кг?

  1. 9,8 • 108 Дж; 3) 2,4 • 109 Дж;

  2. 1,0 • 108 Дж; 4) 2,4 • 1012 Дж.


13. Какие превращения энергии происходят при падении метеорита?

1. Потенциальная энергия метеорита превращается в кинетическую, а кинетическая — во внутреннюю.

  1. Кинетическая энергия переходит во внутреннюю.

  2. Внутренняя энергия превращается в кинетическую, а кинетическая — в потенциальную.

  3. 4.Внутренняя энергия превращается в потенциальную.


14. Какой из графиков зависимости температуры от времени соответствует охлаждению железного образца?

1)1 2)2 3) 3 4)4.http://doc4web.ru/uploads/files/42/42086/hello_html_m38a26dcb.png










15. Покупателю требовалось приобрести 1 т каменного угля, но на складе угля не оказалось, и ему предложили купить торф. Сколько торфа должен приобрести покупатель, чтобы заменить им уголь?

  1. 2,9 т;

  2. 2 т;

  3. 3 т;

  4. 3,9 т.




  1. 16. На рисунке изображен график плавления и кристаллизации нафталина. Температура плавления нафталина:http://doc4web.ru/uploads/files/42/42086/hello_html_e61b981.png

1. 55 °С;

2. 5 °С;

3. 4 °С;

4. 80 °С.






17. Свинец плавится при температуре 327 °С. Что можно сказать о температуре отвердевания свинца?

  1. Она равна 327 °С.

  2. Она ниже температуры плавления.

  3. Она выше температуры плавления.

  4. Однозначного ответа нет



18. Какой процесс характеризует на графике отрезок ВГ?

  1. Нагревание.http://doc4web.ru/uploads/files/42/42086/hello_html_1c3341dd.png

  2. Охлаждение.

  3. Плавление.

  4. Отвердевание.








19. Во время ледохода температура воздуха вблизи реки выше, чем вдали от нее, или ниже?

Чем это объясняется: поглощением или выделением энергии тающим льдом?

1. Температура около реки выше, потому что энергия выделяется.

2. Температура вблизи реки ниже, потому что энергия
выделяется.

3. Температура около реки выше, потому что энергия поглощается.

4. Температура вблизи реки ниже, потому что энергия поглощается.


20. Сталь получают при плавлении железного лома в мартеновских печах. Какая энергия требуется для плавления железного лома массой 5 т, имеющего температуру 10 °С?

Температуру плавления стали принять равной 1460 °С.

  1. 4,05 • 10* Дж; 3. 1,97 • 106 кДж;

  2. 3,99 • 10" кДж; 4. 1,47 • 106 кДж.


21. Испаряется ли вода в открытом сосуде при 0 °С?

  1. Испаряется. Испарение происходит при любой температуре.

  2. Не испаряется, потому что при 0 °С вода отвердевает.

  3. Не испаряется. Образование пара происходит при кипении жидкости.

  4. Ответить однозначно нельзя.


22. Какая энергия требуется для превращения в пар 200 г воды, нагретой до температуры 100 °С?

1.460кДж;

2. 500 кДж

3. 340 кДж;

4. 190 кДж.


23. На рисунке изображены графики нагревания и кипения одинаковыхмасс воды и ртути. Какой из графиков построен для ртути?http://doc4web.ru/uploads/files/42/42086/hello_html_m43e8696f.png

  1. № 1

  2. № 2.

  3. Ни тот, ни другой.

  4. Однозначно ответить нельзя.

http://doc4web.ru/uploads/files/42/42086/hello_html_m211c26af.png

24. Прибор, изображенный на рисунке, называется:

  1. барометр;

  2. гигрометр;

  3. психрометр;

  4. манометр.










25. На рисунке показаны различные положения частей

четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Какое из них соответствует рабочему ходу?http://doc4web.ru/uploads/files/42/42086/hello_html_5b43856.png

1) 1; 3) 3;

2) 2; 4) 4.





26. Ниже перечислены различные технические устройства:
а) автомобиль; б) тепловоз; в) корабль; г) троллейбус.
В каком из них используется двигатель внутреннего сгорания?
1) а. 2) б. 3) в. 4) г.


27. Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу, равную 27,6 МДж, и израсходовал при этом 3 л бензина. Вычислите КПД двигателя (ρ = 710 кг/м3).

1) 35%; 2) 25%; 3) 28%; 4) 40%.




28. КПД паровой машины равен 20 %. Это означает, что:

  1. 20 % энергии, выделившейся при полном сгорании топлива, идет на совершение полезной работы;

  2. 80 % энергии, выделившейся при полном сгорании топлива, идет на совершение полезной работы;

  3. 20 % энергии, выделившейся при полном сгорании топлива, преобразуется во внутреннюю энергию деталей двигателя;

  4. 20 % энергии, выделившейся при полном сгорании топлива, преобразуется во внутреннюю энергию пара.



29. Какой металл, находясь в расплавленном состоянии, может заморозить воду?

1) Цинк. 2) Вольфрам. 3) Серебро. 4) Ртуть.


30. В Земле на глубине 100 км температура достигает 1000 °С. Какой из металлов: цинк, алюминий, олово или железо — находится там в нерасплавленном состоянии?

  1. Цинк. 3) Железо.

  2. Олово. 4) Алюминий.


Занятие 3

Внутренняя энергия. Виды теплопередачи.


Текст1.Тепловое излучение


Все окружающие нас тела излучают электромагнитные волны. При комнатной температуре все тела излучают невидимые инфракрасные волны. Кусок железа, нагретый до 550°С, излучает свет красного цвета. По мере повышения температуры железа цвет излучения меняется: при 1000°С становится желтым, при 1500°С – белым. Таким образом, максимум излучения при нагревании тела смещается в область высоких частот (коротких длин волн). На рисунке представлены кривые интенсивности излучения для тел разной температуры. При температуре примерно 5700°С (температура фотосферы Солнца) максимум излучения приходится на область видимого света.

http://opengia.ru/resources/7F7735F53B2B92AE41231CBFE8254866-59B6B02A9328BCCD4F6BB4DAD9C5FDCC-59B6B02A9328BCCD4F6BB4DAD9C5FDCC-1-1391518394/repr-0.gif



Рисунок. Зависимость интенсивности излучения от частоты для тел разной температуры


Тела не только излучают, но и поглощают энергию. Тело, полностью поглощающее все падающее на него излучение, называется абсолютно черным. Если температура тела выше температуры окружающей среды, то излучение преобладает над поглощением и тело охлаждается.

Теплокровным животным и человеку для поддержания температуры тела необходимо постоянно пополнять энергию. Причем чем меньше размеры тела, тем больше должна быть удельная скорость тепловыделения в организме. Пища и кислород являются исходными веществами биологических реакций, в результате которых образуются белки, ферменты и другие химические соединения, запасающие энергию.


Задание №1

Скорость тепловыделения, рассчитанная на1 кг массы тела, имеет максимальное значение для

1) кита

2)слона

3)человека

4)Мыши


Задание №2

Железную деталь, имеющую температуру 1000°С, охладили на 400°С. Что из перечисленного ниже верно описывает изменение в излучении этой детали?

1) цвет излучения изменился с белого на желтый

2) цвет излучения изменился с желтого на красный

3) деталь перестала излучать в инфракрасной области

4) максимум излучения сместился в область ультрафиолета


Задание №3

В таблице представлена спектральная классификация звезд.

Спектральный класс звезды


Температура фотосферы, °С

O

26000–35000

В

12000–25000

А

7700–11000

F

5900–7600

G

4700–5800

К

3200–4600

М

2300–3100


Согласно этой спецификации Солнце принадлежит к звездам класса

1) A

2) F

3) G

4) K


Текст 2. Экспериментальное открытие закона эквивалентности тепла и работы.


В 1807 г. физик Ж. Гей-Люссак, изучавший свойства газов, поставил простой опыт. Давно было известно, что сжатый газ, расширяясь, охлаждается. Гей-Люссак заставил газ расширяться в пустоту — в сосуд, воздух из которого был предварительно откачан. К его удивлению, никакого понижения температуры не произошло, температура газа не изменилась. Исследователь не мог объяснить результат: почему один и тот же газ, одинаково сжатый, расширяясь, охлаждается, если его выпускать прямо наружу в атмосферу, и не охлаждается, если его выпускать в пустой сосуд, где давление равно нулю?

Объяснить опыт удалось немецкому врачу Роберту Майеру. У Майера возникла мысль, что работа и теплота могут превращаться одна в другую. Эта замечательная идея сразу дала возможность Майеру сделать ясным загадочный результат в опыте Гей-Люссака: если теплота и работа взаимно превращаются, то при расширении газа в пустоту, когда он не совершает никакой работы, так как нет никакой силы (давления), противодействующей увеличению его объема, газ и не должен охлаждаться. Если же при расширении газа ему приходится совершать работу против внешнего давления, его температура должна понижаться. Даром работу получить нельзя! Замечательный результат Майера был много раз подтвержден прямыми измерениями; особое значение имели опыты Джоуля, который измерял количество теплоты, необходимое для нагревания жидкости, вращающейся в ней мешалкой. Одновременно измерялись и работа, затраченная на вращение мешалки, и количество теплоты, полученное жидкостью. Как ни менялись условия опыта, брались разные жидкости, разные сосуды и мешалки, результат был один и тот же: всегда из одной и той же работы получалось одно и то же количество теплоты.

http://opengia.ru/resources/127C4F14309F97EE4E83B7155EA87DD3-F859C3C3A8F881A44FE1AD412133EA4D-F859C3C3A8F881A44FE1AD412133EA4D-1-1391445407/repr-0.gif


Рис.1 Упрощенная схема опыта Джоуля по определению механического эквивалента теплоты.


Задание №1

В опыте Ж. Гей-Люссака газ, расширяющийся в пустой сосуд, не охлаждается, потому что

1)теплота в этом процессе полностью превращалась в работу

2)газ совершал работу против атмосферного давления

3)теплота в этом процессе полностью поглощалась сосудом

4)газ не совершал работы, так как давление в сосуде равно нулю

Задание №2

В опытах Джоуля внутренняя энергия жидкости увеличивается благодаря

1)теплопередаче с окружающей средой

2)теплопередаче с вращающейся мешалкой

3)совершению работы над жидкостью

4)совершению работы самой жидкостью


Задание №3

В процессе рабочего хода в двигателе внутреннего сгорания газы, образовавшиеся при сгорании топлива, расширяются и

1)охлаждаются

2)нагреваются

3)сначала нагреваются, потом охлаждаются

4)сначала охлаждаются, потом нагреваются


Текст 3. Охлаждающие смеси


Возьмём в руки кусок сахара и коснёмся им поверхности кипятка. Кипяток втянется в сахар и дойдёт до наших пальцев. Однако мы не почувствуем ожога, как почувствовали бы, если бы вместо сахара был кусок ваты. Это наблюдение показывает, что растворение сахара сопровождается охлаждением раствора. Если бы мы хотели сохранить температуру раствора неизменной, то должны были бы подводить к раствору энергию. Отсюда следует, что при растворении сахара внутренняя энергия системы сахар–вода увеличивается.

То же самое происходит при растворении большинства других кристаллических веществ. Во всех подобных случаях внутренняя энергия раствора больше, чем внутренняя энергия кристалла и растворителя при той же температуре, взятых в отдельности.

В примере с сахаром необходимое для его растворения количество теплоты отдаёт кипяток, охлаждение которого заметно даже по непосредственному ощущению.

Если растворение происходит в воде при комнатной температуре, то температура получившейся смеси в некоторых случаях может оказаться даже ниже 0 °С, хотя смесь и остаётся жидкой, поскольку температура застывания раствора может быть значительно ниже нуля. Этот эффект используют для получения сильно охлажденных смесей из снега и различных солей.

Снег, начиная таять при 0 °С, превращается в воду, в которой растворяется соль; несмотря на понижение температуры, сопровождающее растворение, получившаяся смесь не затвердевает. Снег, смешанный с этим раствором, продолжает таять, забирая энергию от раствора и, соответственно, охлаждая его. Процесс может продолжаться до тех пор, пока не будет достигнута температура замерзания полученного раствора. Смесь снега и поваренной соли в отношении 2 : 1 позволяет, таким образом, получить охлаждение до –21 °С; смесь снега с хлористым кальцием (CaCl2) в отношении 7 : 10 – до –50 °С.


Задание №1

Внутренняя энергия раствора по сравнению с суммой внутренней энергии кристалла и растворителя при той же температуре в большинстве случаев

1)больше

2) меньше

3)такая же

4)пренебрежимо мала


Задание №2

Где ноги будут мерзнуть меньше: на заснеженном тротуаре или на таком же тротуаре, посыпанном солью при такой же температуре?

1)на заснеженном тротуаре

2)на тротуаре, посыпанном солью

3)одинаково на заснеженном тротуаре и на тротуаре, посыпанном солью

4)ответ зависит от атмосферного давления


Задание №3

Что происходит с температурой воды при растворении в ней сахара?

1)не изменяется

2)повышается

3)понижается

4)характер изменения температуры зависит от температуры окружающей среды


Текст 4. Ветер


Атмосфера всегда охвачена движением, более или менее быстрым. Движение воздуха, направленное вдоль земной поверхности (параллельно ей), называется ветром. Ветер в 3–5 м/с – слабый ветер, только колеблющий ветки деревьев, а ветер в 13–15 м/с сильный, мешающий пешеходу идти ему навстречу и поднимающий пенящиеся волны в море. Кроме скорости ветра определяют также и его направление: откуда дует ветер – с севера, северо-востока и т. д. Энергия ветра используется в ветряных мельницах и насосах, в ветросиловых и ветроэнергетических установках, с её помощью движутся парусные суда и проч. Использование энергии ветра тем выгоднее, чем устойчивее и сильнее ветры в данной местности. Ветроэнергетические и ветросиловые установки лучше всего применять в степной местности, на открытых берегах морей и т. д.

Движение воздуха происходит от мест и областей, где давление воздуха больше, к тем местам, где давление на том же самом уровне относительно земли меньше. Различия в давлении воздуха вызываются разными причинами. Например, морской бриз возникает из-за неодинакового нагревания поверхности земли и воды солнцем, а также разной скорости их охлаждения ночью. В летний день почва на побережье нагревается сильнее, чем поверхность моря.

Действительно, в сравнительно прозрачной воде тепло солнечных лучей распространяется на значительную глубину, и изменение температуры поверхности будет мало, в то время как на суше нагревается лишь самый поверхностный слой почвы, которая к тому же обладает меньшей удельной теплоёмкостью (около 1 кДж/(кг°С)). Воздух над сушей нагревается сильнее, чем над водой, и поднимается вверх, так как его плотность меньше, чем плотность находящегося вокруг холодного воздуха. В результате давление у земли уменьшается, и к месту пониженного давления притекает более холодный воздух с моря. Такой поток и называется дневным бризом. Ночью наблюдают обратное явление: суша, прогретая за день только в тонком слое, остывает быстрее, чем вода. Остывает и увеличивает свою плотность и воздух над сушей. Так возникает ветер от берега к морю.

Аналогично происхождение ветров, меняющихся от лета к зиме и называемых муссонами. В Азии летом температура воздуха может превышать 50 °С и давление воздуха сильно понижается. В результате мощный поток более холодного воздуха с грозами и ливнями вторгается с моря в конце мая или начале июня в Индию. Зимой над Сибирью и Центральной Азией давление воздуха возрастает, и холодный воздух течёт оттуда на восток – на Японское и Жёлтое моря и на юг – к берегам Индийского океана. Аналогичные сменяющиеся муссоны наблюдаются, например, над Африкой.


Задание №1

Летом в 9 часов утра температура воды и поверхности земли была одинаковой. Во сколько раз изменение температуры поверхности земли будет больше изменения температуры воды, если считать, что вся энергия солнечного излучения идёт на нагревание, а сравниваемые массы воды и земли равны?

1) 420

2)4,2

3)2,4

4)0,24


Задание №2

Дневным бризом называют поток воздуха, дующий

1) с моря на сушу

2)с суши на море

3)вдоль морского побережья в дневное время

4)вверх в направлении движения тёплого воздуха


Задание №3

Выберите верное утверждение.

1) В солнечную погоду водная поверхность сильнее поглощает солнечный свет, чем земля, и нагревается быстрее.

2)Ночью и вода, и суша остывают одинаково.

3)В солнечную погоду земля нагревается быстрее, чем вода, поскольку удельная теплоёмкость поверхностного слоя земли много меньше, чем удельная теплоёмкость воды.

4)Ночью суша остывает медленнее, чем вода, поскольку вода обладает очень большой удельной теплоёмкостью.


Занятие 4



Текст 5. Гейзеры


Гейзеры располагаются вблизи действующих или недавно уснувших вулканов. Для извержения гейзеров необходима теплота, поступающая от вулканов. Чтобы понять физику гейзеров, напомним, что температура кипения воды зависит от давления (см. рисунок).


http://opengia.ru/resources/2E380589D40E806741AD7ED40B53D234-4FF29D1BF509AE224FDA13F2FC117E3C-4FF29D1BF509AE224FDA13F2FC117E3C-1-1391506849/repr-0.png

Зависимость температуры кипения воды от давления


Представим себе 20-метровую гейзерную трубку, наполненную горячей водой. По мере увеличения глубины температура воды растёт. Одновременно возрастает и давление: оно складывается из атмосферного давления и давления столба воды в трубке. При этом везде по длине трубки температура воды оказывается несколько ниже температуры кипения, соответствующей давлению на той же глубине. Теперь предположим, что по одному из боковых протоков в трубку поступила порция пара. Пар вошёл в трубку и поднял воду до некоторого нового уровня, а часть воды вылилась из трубки в бассейн. При этом температура поднятой воды может оказаться выше температуры кипения при новом давлении, и вода немедленно закипает.

При кипении образуется пар, который ещё выше поднимает воду, заставляя её выливаться в бассейн. Давление на нижние слои воды уменьшается, так что закипает вся оставшаяся в трубке вода. В этот момент образуется большое количество пара; расширяясь, он с огромной скоростью устремляется вверх, выбрасывая остатки воды из трубки, – происходит извержение гейзера.

Но вот весь пар вышел, трубка постепенно вновь заполняется охладившейся водой. Время от времени внизу слышатся взрывы: это в трубку из боковых протоков попадают порции пара. Однако очередной выброс воды начнётся только тогда, когда вода в трубке нагреется до температуры, близкой к температуре кипения.


Задание №1

В каком агрегатном состоянии находится вода при температуре 110 0С?

  1. Только в твердом

  2. Только в жидком

  3. Только в газообразном

  4. Ответ зависит от внешнего давления


Задание №2

Какое(-ие) утверждение(-я) справедливо(-ы)?

А. Жидкость можно заставить закипеть, увеличивая внешнее давление при неизменной температуре.

Б. Жидкость можно заставить закипеть, увеличивая её температуру при неизменном давлении.

1)только А

2)только Б

3)и А, и Б

4) ни А, ни Б


Задание №3

В гейзерную трубку из бокового протока поступила порция пара. Над паром остался столб воды высотой 10 м. Вода на этой глубине находится при температуре 121 °С. Атмосферное давление 105 Па. При этом вода в трубке

1)будет перемещаться вниз под действием атмосферного давления

2)останется в равновесии, так как её температура ниже температуры кипения

3)быстро охладится, так как её температура ниже температуры кипения на глубине 10 м

4)закипит, так как её температура выше температуры кипения при внешнем давлении 2105 Па



Текст 6. Тройная точка


Можно создать условия, при которых пар, жидкость и твёрдое состояние могут попарно существовать в равновесии. Могут ли находиться в равновесии все три состояния? Такая точка на диаграмме давление – температура существует, её называют тройной.

Если поместить в закрытый сосуд, в котором создан вакуум, при 0 °С воду с плавающим льдом, то в свободное пространство начнут поступать водяные (и «ледяные») пары.

http://opengia.ru/resources/77F1064346E8B0B447AAF6A6143FA1C4-85E8A0B48645AA7249DC7FB41D81150D-85E8A0B48645AA7249DC7FB41D81150D-1-1393344764/repr-0.gif



При давлении 4,6 мм рт. ст. наступит состояние динамического равновесия, когда количество испарившихся молекул равно количеству сконденсировавших. Теперь три фазы ––лёд, вода и пар – будут в состоянии равновесия. Эта точка и есть тройная.

Соотношения между различными состояниями наглядно показывает диаграмма для воды, изображённая на рисунке.

Кривые на рисунке – это кривые равновесия между льдом и паром (кривая (в)), льдом и водой (кривая (а)), водой и паром (кривая (б)). По вертикали, как обычно, откладывается давление, по горизонтали – температура.

Три кривые пересекаются в тройной точке и делят диаграмму на три области: лёд, вода и водяной пар.

Диаграмма состояния позволяет дать ответ на вопрос, какое агрегатное состояние вещества достигается в равновесии при определённом давлении и определённой температуре.

Если в условия, соответствующие области «лёд» на графике, поместить воду или пар, то они станут льдом. Если для жидкости или твёрдого тела создать условия, соответствующие области «пар», то получится пар, а условия области «вода» приведут к тому, что пар будет конденсироваться, а лёд – плавиться.

Диаграмма существования фаз позволяет сразу же ответить на вопрос, что произойдет с веществом при нагревании или сжатии.

На рисунке изображены две такие линии, одна из них (линия (1)) – это нагревание при нормальном давлении. Линия лежит выше тройной точки. Поэтому она пересечёт сначала кривую плавления, а затем, за пределами чертежа, и кривую испарения. Лёд при нормальном давлении расплавится при температуре 0 °С, а образовавшаяся вода закипит при 100 °С.

Иначе будет обстоять дело для льда, нагреваемого при очень небольшом давлении, скажем, чуть ниже 4,6 мм рт. ст.

Процесс нагревания изобразится линией, идущей ниже тройной точки. Кривые плавления и кипения не пересекаются этой линией. При таком незначительном давлении нагревание приведёт к непосредственному переходу льда в пар, твёрдое вещество будет прямо превращаться в пар.


Задание №1

Тройной точкой воды называют такие значения температуры и давления, при которых вода находится одновременно

1)только в жидком и газообразном состояния

2)только в твёрдом и газообразном состояниях

3)только в жидком и твёрдом состояниях

4)в твёрдом, жидком и газообразном состояниях


Задание №2

Что произойдет со льдом при температуре и давлении, заданных точкой Б на диаграмме состояния воды?

1)останется льдом

2)превратится в пар

3)превратится в жидкость

4)превратится частично в пар, частично в жидкость


Задание №3

Какая(-ие) линия(-и) на диаграмме характеризует(-ют) процесс плавления?

  1. Кривая а

  2. Кривая б

  3. Кривая в

  4. Кривые а и б


Текст 7. Растворение газов в жидкости


При соприкосновении веществ (например, двух жидкостей или газа и жидкости) можно наблюдать процесс растворения: молекулы одного вещества могут проникать в объём, занимаемый другим веществом. В результате растворённое вещество равномерно распределяется по всему объёму растворителя.

Как происходит, например, растворение воздуха в воде? Из-за теплового движения молекулы газов, составляющих воздух, проходят сквозь границу вода-воздух и далее в результате диффузии распространяются по всему объёму воды. Конечно, часть молекул газа, уже проникших в воду, выходит из неё в силу того же теплового движения. Когда число молекул газа, выходящих из жидкости за единицу времени, сравняется с числом молекул, проникающих за это же время в жидкость, полученный раствор становится насыщенным. В таком случае говорят, что жидкость находится в равновесии с газом.

Масса газа, которая может раствориться в единице объема жидкости, называется растворимостью. Растворимость газов в жидкостях зависит от ряда факторов: природы газа и жидкости, давления, температуры.

Растворимость газа в жидкости прямо пропорциональна его давлению над жидкостью. Этим пользуются, например, при газировании воды. При газировании вода приводится в длительное соприкосновение с углекислым газом, имеющим большое давление, поэтому в воде растворяется большое количество углекислого газа.

При нагревании воды растворимость газов уменьшается (см. рисунок). Если оставить в теплом помещении стакан с холодной водой, то внутренняя сторона его стенок покрывается пузырьками газа – это воздух, который был растворен в воде, выделяется из неё вследствие нагревания. Аквариумисты часто сталкиваются с таким явлением: при увеличении температуры воды рыбам становится труднее дышать, они поднимаются к поверхности и заглатывают воздух. Это как раз и связано с уменьшением растворимости кислорода. И растениеводам не рекомендуется поливать цветы кипячёной водой также по этой причине.

http://opengia.ru/resources/6BA86FA68C64B5A841B9CC91075D59A6-EB776D5C46CE9B3C48C1598052203172-EB776D5C46CE9B3C48C1598052203172-1-1391516244/repr-0.png

Зависимость растворимости газов – кислорода, азота и водорода в воде от температуры (при атмосферном давлении)


Задание №1

Растворимость газов в воде увеличивается при

1)увеличении температуры жидкости и давления газа

2)уменьшении температуры жидкости и давления газа

3)увеличении температуры жидкости и уменьшении давления газа

4)уменьшении температуры жидкости и увеличении давления газа


Задание №2

На рисунке 1 в тексте представлены графики зависимости растворимости газов – кислорода, азота и водорода в воде от температуры (при атмосферном давлении).

Какое(-ие) из утверждений является правильным?


А. При атмосферном давлении концентрация азота, растворённого в речной воде, примерно в два раза меньше концентрации кислорода.

Б. При возрастании температуры от 60°С до 100°С растворимость водорода меняется незначительно.

1)только А

2)только Б

3)и А, и Б

4)ни А, ни Б


Задание №3.

В насыщенном растворе

1)прекращается процесс проникновения молекул газа в жидкость

2)прекращается процесс выхода молекул газа из жидкости

3)скорость процесса проникновения молекул газа в жидкость равна скорости процесса выхода молекул газа из жидкости

4)скорость процесса проникновения молекул газа в жидкость больше скорости процесса выхода молекул газа из жидкости



Занятие 5


Текст 8. Как замерзают растворы


Если охладить раствор какой-либо соли в воде, то обнаружится, что температура кристаллизации понизилась. Кристаллики появятся в жидкости лишь при температуре на несколько градусов ниже нуля градусов.

Температура кристаллизации зависит от концентрации раствора. Она тем ниже, чем выше концентрация раствора. Например, при растворении 45 кг поваренной соли в 1 м3 воды температура кристаллизации уменьшается до –3 °С. Самую низкую температуру имеет насыщенный раствор, т. е. раствор, содержащий максимально возможное количество растворённой соли. При этом уменьшение температуры достаточно существенное. Так, насыщенный раствор поваренной соли в воде кристаллизуется при температуре –21 °С, а насыщенный раствор хлористого кальция – при температуре –55 °С.

Рассмотрим, как идёт процесс кристаллизации. После того как в растворе появятся первые кристаллики льда, концентрация раствора повысится. Возрастёт относительное число молекул соли, увеличатся помехи процессу кристаллизации воды, и температура кристаллизации понизится. Если дальше не понижать температуру, то кристаллизация остановится. При дальнейшем понижении температуры кристаллики воды продолжат образовываться, и раствор станет насыщенным. Дальнейшее обогащение раствора растворённым веществом (солью) становится невозможным, и раствор застывает сразу. Если рассмотреть замёрзшую смесь в микроскоп, то можно увидеть, что она состоит из кристалликов льда и кристалликов соли.

Таким образом, раствор замерзает не так, как простая жидкость. Процесс замерзания растягивается на большой температурный интервал.

Если посыпать лёд солью, то лёд начнёт таять. Конечно, это будет иметь место, если температура замерзания насыщенного раствора соли ниже температуры воздуха. При этом лёд будет плавиться, а соль – растворяться в образовавшейся воде. Процесс плавления требует энергии, которую лёд потребляет из окружающего воздуха. В результате температура воздуха понижается.


Задание №1.

Температура кристаллизации раствора соли в воде

1)ниже температуры кристаллизации воды

2)равна температуре кристаллизации воды

3)зависит от температуры окружающего воздуха

4)выше температуры кристаллизации воды


Задание №2

Температура кристаллизации раствора соли в воде зависит от

А. концентрации раствора.

Б. химического состава соли.

Правильный ответ

1)только А

2)только Б

3)А, ни Б

4)и А, и Б


Задание №3

Плавление это-

1) процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное

2)процесс перехода вещества из жидкого состояния в твердое

3)процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое

4)процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое



Текст 9. Аморфные и кристаллические тела


По своим физическим свойствам и молекулярной структуре твёрдые тела разделяются на два класса – аморфные и кристаллические тела.

Твёрдые тела, в которых атомы или молекулы расположены упорядоченно и образуют периодически повторяющуюся внутреннюю структуру, называются кристаллами (см. рис. 1а). Физические свойства кристаллических тел неодинаковы в различных направлениях (это свойство кристаллов называется анизотропностью), но совпадают в параллельных направлениях. Анизотропия механических, тепловых, электрических и оптических свойств кристаллов объясняется тем, что при упорядоченном расположении атомов, молекул или ионов силы взаимодействия между ними и межатомные расстояния оказываются неодинаковыми по различным направлениям.

(а)http://opengia.ru/resources/E6B5E49E36A4B8D740DDDCE2F1B78E6F-E072FF456889AC2A4219421E551F715F-E072FF456889AC2A4219421E551F715F-2-1393343432/repr-0.jpg

(б)http://opengia.ru/resources/E6B5E49E36A4B8D740DDDCE2F1B78E6F-E072FF456889AC2A4219421E551F715F-E072FF456889AC2A4219421E551F715F-4-1393343432/repr-0.jpg

Рис. 1


Характерной особенностью аморфных тел является их изотропность, т. е. независимость всех физических свойств (механических, оптических и т. д.) от направления. Молекулы и атомы в изотропных твёрдых телах располагаются хаотично (см. рис. 1б). По своей структуре аморфные тела очень близки к жидкостям. Примерами аморфных тел могут служить стекло, различные затвердевшие смолы (янтарь), пластики и т. д. У аморфных тел нет определенной температуры плавления. Если аморфное тело нагревать, то оно постепенно размягчается, и переход в жидкое состояние занимает значительный интервал температур.


Задание №1Физические свойства кристаллического тела, представленного на рисунке, совпадают вдоль прямых

http://opengia.ru/resources/E6B5E49E36A4B8D740DDDCE2F1B78E6F-G141707-innerimg0/repr-0.jpg


1)(1) и (3)

2)(3) и (4)

3)(1) и (2)

4)(2) и (3)


Задание №2

Изотропия физических свойств аморфных тел объясняется тем, что в аморфном теле

1) межатомные расстояния неодинаковы по различным направлениям

2)межатомное взаимодействие больше межатомного взаимодействия в кристаллах

3)межатомное взаимодействие меньше межатомного взаимодействия в кристаллах

4)межатомные расстояния в среднем одинаковы по различным направлениям


Задание №3

На рисунке представлены процессы нагревания с переходом в жидкое состояние для четырёх веществ, первоначально находившихся в твёрдом состоянии.

http://opengia.ru/resources/1B6BDE1BB876A73D45017DB477F50B07-G141907-innerimg0/repr-0.gif



Какой график соответствует аморфному состоянию твердого тела?

1)1

2) 2

3) 3

4) 4


Текст 10. Вулканы


Известно, что по мере спуска в недра Земли температура постепенно повышается. Это обстоятельство и сам факт извержения вулканами жидкой лавы невольно наталкивали на мысль, что на определенных глубинах вещество земного шара находится в расплавленном состоянии. Однако на самом деле все не так просто. Одновременно с повышением температуры растет давление в земных глубинах. А ведь чем больше давление, тем выше температура плавления (см. рисунок).


http://opengia.ru/resources/8EB46DB531DBA5DF4AC6819DA3031476-953507AC1ECC9988418EE295791128FF-953507AC1ECC9988418EE295791128FF-1-1393344260/repr-0.gif


Кривая плавления (p — давление, Т — температура)


Согласно современным представлениям, большая часть земных недр сохраняет твердое состояние. Однако вещество астеносферы (оболочка Земли от 100 км до 300 км в глубину) находится в почти расплавленном состоянии. Так называют твердое состояние, которое легко переходит в жидкое (расплавленное) при небольшом повышении температуры (процесс 1) или понижении давления (процесс 2).

Источником первичных расплавов магмы является астеносфера. Если в каком-то районе снижается давление (например, при смещении участков литосферы), то твердое вещество астеносферы тотчас превращается в жидкий расплав, т.е. в магму.

Но какие физические причины приводят в действие механизм извержения вулкана?

В магме наряду с парами воды содержатся различные газы (углекислый газ, хлористый и фтористый водород, оксиды серы, метан и другие). Концентрация растворенных газов соответствует внешнему давлению. В физике известен закон Генри: концентрация газа, растворенного в жидкости, пропорциональна его давлению над жидкостью. Теперь представим, что давление на глубине уменьшилось. Газы, растворенные в магме, переходят в газообразное состояние. Магма увеличивается в объеме, вспенивается и начинает подниматься вверх. По мере подъема магмы давление падает еще больше, поэтому процесс выделения газов усиливается, что, в свою очередь, приводит к ускорению подъема.


Задание №1

В каких агрегатных состояниях находится вещество астеносферы в областях I и II на диаграмме (см. рисунок)?

1) I – в жидком, II – в твердом

2)I – в твердом, II – в жидком

3)I – в жидком, II – в жидком

4)I – в твердом, II – в твердом


Задание №2

Какая сила заставляет расплавленную вспенившуюся магму подниматься вверх?

1) сила тяжести

2)сила упругости

3)сила Архимеда

4)сила трения


Текст 11. Металлические стёкла


Внимание материаловедов давно привлекают так называемые аморфные металлы, или металлические стёкла. В этих соединениях, состоящих из металлических элементов – например, циркония, титана, меди, никеля – отсутствует какая-либо упорядоченная кристаллическая структура.


Каким образом можно металлический расплав заставить перейти в твёрдое, но не кристаллическое, а аморфное состояние, то есть получить металлическое стекло? Для этого надо расплав заставить затвердеть настолько быстро, чтобы атомы вещества остались «замороженными» в тех положениях, которые они занимали, будучи в жидком состоянии, и не успели перестроиться в кристаллическую решётку. Использование специальных методов позволяет достигать скорости охлаждения более 106 град/с и получать металл в стеклообразном аморфном состоянии. Следствием такой аморфной структуры являются необычные магнитные, механические, электрические свойства и коррозионная стойкость аморфных металлических сплавов.

Одним из промышленных способов получения аморфных металлических лент является охлаждение (закалка) тонкой струи жидкого металла на внешней поверхности охлаждаемого вращающегося барабана (рисунок 1) или прокатка расплава между холодными вращающимися валками. Различие состоит том, что при закалке на барабане расплав быстрее охлаждается со стороны, прилегающей к барабану. Метод прокатки расплава позволяет получить хорошее качество обеих поверхностей ленты.


http://opengia.ru/resources/8D50668E5DBC9AAA4D3A9646A8EB1DE0-038B29E6C58FBD684CCE01B541780966-038B29E6C58FBD684CCE01B541780966-2-1395839043/repr-0.png


Рисунок 1. Схема установки для получения аморфной металлической ленты


Аморфные сплавы находятся в неравновесном состоянии: при нагреве в них может проходить кристаллизация. Поэтому для стабильной работы изделий из аморфных сплавов необходимо, чтобы их рабочая температура не превышала некоторой заданной для каждого сплава максимальной температуры.


Задание №1

Металлические стёкла

  1. имеют упорядоченную кристаллическую структуру и находятся в равновесном состоянии

2) имеют неупорядоченную аморфную структуру и находятся в равновесном состоянии

3)имеют упорядоченную кристаллическую структуру и находятся в неравновесном состоянии

4)имеют неупорядоченную аморфную структуру и находятся в неравновесном состоянии


Задание №2

При постепенном увеличении толщины струи расплава, подаваемой на вращающийся холодный барабан (см рис.1),

1) на прилегающей к барабану стороне ленты может начаться рост микрокристаллов

2)на внешней по отношению к барабану стороне ленты может начаться рост микрокристаллов

3)увеличивается скорость охлаждения металлической ленты

4)металлическая лента начинает накручиваться на барабан


Задание №3

На рисунке представлены графики зависимости температуры от времени для расплава, подаваемого на вращающийся барабан.

http://opengia.ru/resources/8D50668E5DBC9AAA4D3A9646A8EB1DE0-GIAPHIS2011K1803-8D50668E5DBC9AAA4D3A9646A8EB1DE0-1-1302768451/repr-0.png



Образованию ленты в аморфном состоянии соответствует(-ют)

1) только график 1

2)только график 2

3)только график 3

4)графики 1 и 2



Занятие 6


Текст 12. Туман


При определенных условиях водяные пары, находящиеся в воздухе, частично конденсируются, в результате чего и возникают водяные капельки тумана. Капельки воды имеют диаметр от 0,5 мкм до 100 мкм.

Возьмем сосуд, наполовину заполним водой и закроем крышкой. Наиболее быстрые молекулы воды, преодолев притяжение со стороны других молекул, выскакивают из воды и образуют пар над поверхностью воды. Этот процесс называется испарением воды. С другой стороны, молекулы водяного пара, сталкиваясь друг с другом и с другими молекулами воздуха, случайным образом могут оказаться у поверхности воды и перейти обратно в жидкость. Это конденсация пара. В конце концов, при данной температуре процессы испарения и конденсации взаимно компенсируются, то есть устанавливается состояние термодинамического равновесия. Водяной пар, находящийся в этом случае над поверхностью жидкости, называется насыщенным.

Если температуру повысить, то скорость испарения увеличивается и равновесие устанавливается при большей плотности водяного пара. Таким образом, плотность насыщенного пара возрастает с увеличением температуры (см. рисунок).http://opengia.ru/resources/CC16C6F2A7629230469933D7E2FDA677-6DD86C6E70C4A587426FE555F1F70408-6DD86C6E70C4A587426FE555F1F70408-1-1392113073/repr-0.gif













Рис. Зависимость плотности насыщенного водяного пара от температуры


Для возникновения тумана необходимо, чтобы пар стал не просто насыщенным, а пересыщенным. Водяной пар становится насыщенным (и пересыщенным) при достаточном охлаждении (процесс АВ) или в процессе дополнительного испарения воды (процесс АС). Соответственно, выпадающий туман называют туманом охлаждения и туманом испарения.

Второе условие, необходимое для образования тумана — это наличие ядер (центров) конденсации. Роль ядер могут играть ионы, мельчайшие капельки воды, пылинки, частички сажи и другие мелкие загрязнения. Чем больше загрязненность воздуха, тем большей плотностью отличаются туманы.


Задание №1

Из графика на рисунке видно, что при температуре 20 °С плотность насыщенного водяного пара равна 17,3 г/м3. Это означает, что при 20 °С


1) масса насыщенных паров воды в 1м3 воздуха составляет 17,3 г

2)в 17,3 м3воздуха находится 1 г насыщенного водяного пара

3)относительная влажность воздуха равна 17,3%

4)плотность воздуха равна 17,3 г/м3


Задание №2

Какие утверждения справедливы?

А. Городские туманы, по сравнению с туманами в горных районах, отличаются более высокой плотностью.

Б. Туманы наблюдаются при резком возрастании температуры воздуха.

1)только А

2)только Б

3)и А, и Б

4) ни А, ни Б


Задание №3

При каком процессе, указанном на графике, можно наблюдать туман испарения?

1)только АB

2)только АС

3)АB и АС

4)ни АB, ни АС


Текст 13. Пересыщенный пар


Что произойдёт, если сосуд с некоторым количеством жидкости закрыть крышкой? Наиболее быстрые молекулы воды, преодолев притяжение со стороны других молекул, выскакивают из воды и образуют пар над водной поверхностью. Этот процесс называется испарением воды. С другой стороны, молекулы водяного пара, сталкиваясь друг с другом и с другими молекулами воздуха, случайным образом могут оказаться у поверхности воды и перейти обратно в жидкость. Это есть конденсация пара. В конце концов при данной температуре процессы испарения и конденсации взаимно компенсируются, то есть устанавливается состояние термодинамического равновесия. Водяной пар, находящийся в этом случае над поверхностью жидкости, называется насыщенным.

Давление насыщенного пара – наибольшее давление, которое может иметь пар при данной температуре. При увеличении температуры давление и плотность насыщенного пара увеличиваются (см. рисунок).


http://opengia.ru/resources/04E7D328116A8F47423FB7B3AEEB5A0C-1C088D3F12CBA9A44D73B8CD5567B547-1C088D3F12CBA9A44D73B8CD5567B547-1-1366273873/repr-0.png

Зависимость плотности насыщенного водяного пара от температуры


Водяной пар становится насыщенным при достаточном охлаждении (процесс АВ) или в процессе дополнительного испарения воды (процесс АС). При достижении состояния насыщения начинается конденсация водяного пара в воздухе и на телах, с которыми он соприкасается. Роль центров конденсации могут играть ионы, мельчайшие капельки воды, пылинки, частички сажи и другие мелкие загрязнения. Если убрать центры конденсации, то можно получить пересыщенный пар.

На свойствах пересыщенного пара основано действие камеры Вильсона – прибора для регистрации заряженных частиц. След (трек) частицы, влетевшей в камеру с пересыщенным паром, виден на фотографии как линия, вдоль которой конденсируются капельки жидкости.

Длина трека частицы зависит от заряда, массы, начальной энергии частицы. Длина трека увеличивается с возрастанием начальной энергии частицы. Однако при одинаковой начальной энергии тяжёлые частицы обладают меньшими скоростями, чем лёгкие. Медленно движущиеся частицы взаимодействуют с атомами среды более эффективно и будут иметь меньшую длину пробега.


Задание №1

Плотность водяного пара в воздухе составляет 17,3 гм3. Температура воздуха составляет 22 °С. Образование тумана можно будет наблюдать, если при неизменной плотности водяного пара

1)температура повысится до 23 °С

2) температура повысится до 26 °С

3)температура понизится до 21 °С

4)температура понизится до 18 °С


Задание №2

Переходу водяного пара, первоначально находящегося в состоянии А (см. рисунок выше), в состояние насыщения

1)соответствует только процесс АВ

2)соответствует только процесс АС

3)соответствует только процесс АD

4)соответствуют все три указанных процесса: АВ, АС и АD


Задание №3

Насыщенный пар это- …

1) пар, не находящийся в термодинамическом равновесии со своей жидкостью

2)пар, находящийся в термодинамическом равновесии со своей жидкостью

3) пар, который образуется при кипении жидкости

4) пар, который испаряется с поверхности жидкости.



Текст 14. Перегретая жидкость


Кипением называется процесс образования большого количества пузырьков пара, всплывающих и лопающихся на поверхности жидкости при её нагревании. На самом деле эти пузырьки присутствуют в жидкости всегда, но их размеры растут, и пузырьки становятся заметны только при кипении. Одной из причин того, что в жидкости всегда есть микропузырьки, является следующая. Жидкость, когда её наливают в сосуд, вытесняет оттуда воздух, но полностью этого сделать не может, и его маленькие пузырьки остаются в микротрещинах и неровностях внутренней поверхности сосуда. Кроме того, в жидкостях обычно содержатся микропузырьки пара и воздуха, прилипшие к мельчайшим частицам пыли.

Жидкость, очищенная от микропузырьков, может существовать при температуре, превышающей температуру кипения. Такая жидкость называется перегретой. Перегретая жидкость находится в неустойчивом состоянии, и процесс закипания в ней может развиваться взрывообразно, если в жидкость попадают частицы, которые могут служить центрами парообразования. Например, если через перегретую жидкость пролетает заряженная частица, то образующиеся вдоль её траектории ионы становятся центрами парообразования. На основе этого эффекта, открытого Д. Глезером, в 1953 году была создана пузырьковая камера – прибор для регистрации элементарных частиц. След (трек) заряженной частицы, пролетающей через камеру с перегретой жидкостью, виден на фотографии как линия, вдоль которой образуются пузырьки.

Длина пробега частицы (длина трека) зависит от заряда, массы, начальной энергии частицы и плотности среды, в которой проходит движение. Длина пробега увеличивается с возрастанием начальной энергии частицы и уменьшением плотности среды. При одинаковой начальной энергии тяжёлые частицы обладают меньшими скоростями, чем лёгкие. Медленно движущиеся частицы взаимодействуют с атомами среды более эффективно и быстрее растрачивают имеющийся у них запас энергии, то есть длина их трека будет меньше.


Задание №1

Перегретая жидкость – это жидкость, которая

1)имеет температуру выше 100 °С

2)имеет температуру выше температуры кипения при данном давлении

3)содержит микропузырьки пара и воздуха во всем объёме

4)содержит заряженные частицы


Задание №2

Протон и альфа-частица, имеющие одинаковую начальную энергию, влетели в пузырьковую камеру. При этом

1)треки частиц на фотографии будут неразличимы, так как частицы имеют одинаковую начальную энергию

2)треки частиц на фотографии будут неразличимы, так как обе частицы имеют положительный заряд

3)длина пробега протона будет больше, так как начальная скорость движения протона больше

4)длина пробега протона будет меньше, так как начальная скорость движения протона меньше


Задание №3

Кипением называется

1) процесс образования большого количества пузырьков пара

2) процесс образования большого количества пузырьков пара, всплывающих и лопающихся на поверхности жидкости при её нагревании

3) процесс образования большого количества пара

4) процесс образования пузырьков жидкости


Текст 15. Кипение


Ежедневно мы наблюдаем, как вода и её пар переходят друг в друга. Лужи на асфальте после дождя высыхают, а водяной пар в воздухе по утрам часто превращается в мельчайшие капельки тумана.

Что произойдёт, если сосуд с некоторым объёмом жидкости закрыть крышкой? Каждую секунду поверхность жидкости по-прежнему будут покидать самые быстрые молекулы, её масса будет уменьшаться, а концентрация молекул пара – увеличиваться. Одновременно с этим в жидкость из пара будет возвращаться часть его молекул, и чем больше будет концентрация пара, тем интенсивней будет процесс конденсации. Наконец наступит такое состояние, когда число молекул, возвращающихся в жидкость в единицу времени, в среднем станет равным числу молекул, покидающих её за это время. Такое состояние называют динамическим равновесием, а соответствующий пар – насыщенным паром.

Давление насыщенного пара зависит от вида жидкости и температуры. Чем тяжелее оторвать молекулы жидкости друг от друга, тем меньше будет давление её насыщенного пара. Зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры представлена на рисунке.

http://opengia.ru/resources/0E0C27F21876997248F0047D64CB6E10-65D62F2DEBFB81A44A16598DED48167E-65D62F2DEBFB81A44A16598DED48167E-1-1397634137/repr-0.png

Зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры


Кипением называется процесс образования большого числа пузырьков пара, происходящий по всему объёму жидкости и на её поверхности при нагревании. На самом деле эти пузырьки присутствуют в жидкости всегда, но их размеры растут, и они становятся заметны только при кипении. Пузырьки расширяются и под действием выталкивающей силы Архимеда отрываются от дна, всплывают и лопаются на поверхности.

Кипение начинается при той температуре, когда пузырьки газа имеют возможность расширяться, а это происходит, если давление насыщенного пара вырастет до атмосферного давления. Таким образом, температура кипения – это температура, при которой давление насыщенного пара данной жидкости равно атмосферному давлению (давлению над поверхностью жидкости).


Задание №1

Давление насыщенного пара воды при температуре 20 °С составляет около 2 кПа, а давление насыщенного пара ртути при 20 °С – лишь 0,2 Па. Это означает, что

1)кипение воды при температуре 20 °С невозможно

2)кипение ртути при температуре 20 °С невозможно

3)взаимодействие между молекулами воды сильнее взаимодействия между молекулами ртути

4)взаимодействие между молекулами ртути сильнее взаимодействия между молекулами воды


Задание №2

В кастрюле-скороварке имеется предохранительный клапан, который открывается при давлении 1,4·105 Па. Температура кипения воды в скороварке

1)равна 100 °С

2)равна примерно 110 °С

3)равна примерно 80 °С

4)зависит от атмосферного давления


Задание №3

Кипением называется

1) процесс образования большого числа пузырьков пара, происходящий с поверхности жидкости

2) процесс образования большого числа пузырьков пара, происходящий по всему объёму жидкости и на её поверхности при нагревании

3) интенсивный процесс парообразования

4) процесс образования пузырьков жидкости



Занятие 7


Текст 16. Камера Вильсона


Закроем сосуд с некоторым количеством жидкости крышкой. Через некоторое время над жидкостью образуется насыщенный пар. Это состояние достигается, когда скорость процесса испарения жидкости сравнивается со скоростью конденсации пара (количество молекул, испаряющихся с поверхности жидкости, сравнивается с количеством молекул, возвращающихся в жидкость из пара за один и тот же промежуток времени). При охлаждении или медленном сжатии насыщенного пара происходит его конденсация. Роль центров конденсации могут играть ионы, мельчайшие капельки воды, пылинки, частички сажи и другие мелкие загрязнения. Если убрать центры конденсации, то при медленном сжатии или охлаждении можно получить пересыщенный пар, давление которого превышает давление насыщенного пара при данной температуре.

На свойствах пересыщенного пара основано действие камеры Вильсона – прибора для регистрации заряженных частиц. Камера изобретена шотландским физиком Ч. Вильсоном между 1910 и 1912 г.

Камера Вильсона представляет собой ёмкость со стеклянной крышкой и поршнем в нижней части. Ёмкость заполнена насыщенными парами воды, спирта или эфира. Пары тщательно очищены от пыли, чтобы до пролёта частиц не было центров конденсации. Если поршень быстро опустить, то пары, совершая работу в отсутствие теплопередачи, охлаждаются и становятся пересыщенными. Заряженная частица, проходя сквозь камеру, оставляет на своём пути цепочку ионов. Ионы служат центрами конденсации, так что траектория (трек) частицы, влетевшей в камеру с пересыщенным паром, видна на фотографии как линия, вдоль которой конденсируются капельки жидкости.

Длина пробега частицы зависит от заряда, массы, начальной энергии частицы. Длина пробега увеличивается с возрастанием начальной энергии частицы. Однако при одинаковой начальной энергии тяжёлые частицы обладают меньшими скоростями, чем лёгкие. Медленно движущиеся частицы взаимодействуют с молекулами среды более эффективно и будут иметь меньшую длину пробега.


Задание №1

Насыщенный пар в отсутствие центров конденсации может перейти в пересыщенное состояние

1) только при медленном сжатии

2)только при быстром расширении

3)только при охлаждении

4)всеми перечисленными способами


Задание №2

Ядра протия H11 и дейтерия H12, имеющие одинаковую начальную кинетическую энергию, влетают в камеру Вильсона. При этом

1) треки частиц на фотографии будут неразличимы, так как частицы имеют одинаковую начальную энергию

2)треки частиц на фотографии будут неразличимы, так как частицы имеют одинаковый заряд

3)длина пробега протия будет больше, так как его начальная скорость больше

4)длина пробега протия будет меньше, так как его начальная скорость меньше


Задание № 3

Центрами конденсации в камере Вильсона служат преимущественно

1) пылинки, частички сажи и другие мелкие загрязнения

2)мельчайшие капельки воды

3)влетевшие в камеру заряженные частицы

4)ионы, образующиеся при движении заряженной частицы



Текст 17. Пузырьковая камера


Жидкость, очищенная от микропузырьков воздуха (центров парообразования), может длительное время существовать при температуре, превышающей температуру кипения. Такая жидкость называется перегретой. Перегретая жидкость находится в неустойчивом состоянии, и процесс закипания в ней может развиваться взрывообразно, если в жидкость попадают частицы, которые могут служить центрами парообразования. Например, если через перегретую жидкость пролетает заряженная частица, то образующиеся вдоль траектории ионы становятся центрами парообразования. На основе этого эффекта, открытого Д. Глезером, в 1953 году была создана пузырьковая камера – прибор для регистрации элементарных частиц. Траектория (трек) заряженной частицы, пролетающей через камеру с перегретой жидкостью, видна на фотографии как линия, вдоль которой образуются пузырьки.

Состояние перегретой жидкости в камере достигается за счёт быстрого понижения давления до значения, при котором температура жидкости оказывается выше температуры кипения (при этом же давлении). В этот момент частицы впускаются в камеру, камера освещается, и треки фотографируются. После фотографирования давление в камере поднимается, пузырьки исчезают, и камера снова готова к действию. Весь цикл работы составляет менее 1 секунды.

Длина трека частицы зависит от заряда, массы, начальной энергии частицы и плотности среды, в которой проходит движение. Длина трека увеличивается с возрастанием начальной энергии частицы и уменьшением плотности среды. При одинаковой начальной кинетической энергии тяжёлые частицы обладают меньшими скоростями, чем лёгкие. Медленно движущиеся частицы взаимодействуют с атомами среды более эффективно и быстрее растрачивают имеющийся у них запас энергии, то есть длина их трека будет меньше.

При помещении камеры в магнитное поле на заряженную частицу будет действовать сила Лоренца, и трек частицы будет искривляться. Радиус кривизны трека зависит от импульса и заряда частицы.


Задание №1. При помещении пузырьковой камеры в магнитное поле изменяется

1) кинетическая энергия частицы

2)длина трека частицы

3)траектория движения частицы

4)заряд частицы


Задание №2. Перегретая жидкость – это жидкость, которая

1) имеет температуру выше 100 °С при повышенном атмосферном давлении

2)имеет температуру выше температуры кипения при данном давлении

3)содержит микропузырьки пара и воздуха

4)содержит заряженные частицы


Задание №3. Протон и альфа-частица, имеющие одинаковую начальную энергию, влетели в пузырьковую камеру. При этом

1) треки частиц на фотографии будут неразличимы, так как частицы имеют одинаковую начальную энергию

2)треки частиц на фотографии будут неразличимы, так как обе частицы имеют положительный заряд

3)длина пробега протона будет больше, так как начальная скорость движения протона больше

4)длина пробега протона будет меньше, так как начальная скорость движения протона меньше


Текст 18. Опыт Штерна


Существуют разнообразные способы определения скоростей движения молекул. Одним из наиболее простых является способ, осуществленный в 1920 г. в опыте Штерна.

Устройство прибора Штерна схематично представлено на рис. 1.


http://opengia.ru/resources/6DD662CD7795AF1342AFD0FD77E4FAEC-715A597FBF57968948FF27A09CFE8DEA-715A597FBF57968948FF27A09CFE8DEA-2-1391517012/repr-0.jpg


Рисунок 1. Схема опыта Штерна


Прибор состоял из двух расположенных вертикально цилиндров радиусов r и R, пространство внутри которых непрерывно откачивалось до очень низкого давления. По общей оси 1 цилиндров располагалась платиновая нить, покрытая тонким слоем серебра. При пропускании по платиновой нити электрического тока она нагревалась до высокой температуры. Серебро начинало испаряться, и его атомы летели к внутренней поверхности цилиндра прямолинейно и равномерно со скоростью V, отвечающей температуре платиновой нити. Щель 2 в стенке малого цилиндра выделяла узкий пучок молекул. Стенки цилиндра R специально охлаждались, чтобы попадающие на неё молекулы «прилипали» к ней, образуя налёт серебра в виде узкой вертикальной полоски М. Затем весь прибор приводился в быстрое вращение с угловой скоростью ω, и тогда налёт серебра получался вдоль образующей N.

Длина S дуги МN равна пути, проходимому точками большого цилиндра за время t полёта молекулы от щели до стенки большого цилиндра. Если обозначить через u скорость движения точек большого цилиндра, то получим уравнение, из которого можно определить скорость движения молекул V:

hello_html_4c49ee57.gif


Задание №1

При увеличении температуры платиновой нити (при прочих неизменных параметрах)

1)увеличится длина дуги S

2)уменьшится длина дуги S

3)увеличится ширина полоски М

4)уменьшится ширина полоски М


Задание №2

На рисунке представлены экспериментальные данные по определению толщины h осевшего слоя молекул, измеренные по ширине х полоски N.


http://opengia.ru/resources/6E79635079F391C9427629F2DA3A6590-GIAPHIS2011K1819-6E79635079F391C9427629F2DA3A6590-1-1302525179/repr-0.jpg


Какое(-ие) из приведённых ниже утверждений следует(-ют) из анализа графика?

А. Не все молекулы серебра имеют одну и ту же скорость при данной температуре.

Б. При увеличении температуры средняя скорость движения молекул увеличивается.

1)только А

2)только Б

3)и А, и Б

4)ни А, ни Б


Задание №3

Скорость поступательного движения молекул, измеряемая в опыте Штерна, зависит от

1)температуры платиновой нити

2)скорости вращения цилиндров

3)радиуса малого цилиндра

4) радиуса большого цилиндра



Текст 19. Термоэлементы


Рассмотрим цепь, составленную из проводников, изготовленных из разных металлов (см. рисунок). Если места спаев металлов находятся при одной температуре, то тока в цепи не наблюдается. Положение станет совершенно иным, если мы нагреем какой-нибудь из спаев, например, спай a. В этом случае гальванометр показывает наличие в цепи электрического тока, протекающего все время, пока существует разность температур между спаями a и b.


http://opengia.ru/resources/325DB594EE2695794EBED95995839410-677A2C27355AB735483B52B282D848D1-677A2C27355AB735483B52B282D848D1-1-1393343010/repr-0.jpg


Рис. Цепь, состоящая из железного и двух медных проводников и гальванометра


Значение силы тока, протекающего в цепи, приблизительно пропорционально разности температур спаев. Направление тока зависит от того, какой из спаев находится при более высокой температуре. Если спай a не нагревать, а охлаждать (поместить, например, в сухой лед), то ток потечёт в обратном направлении.

Описанное явление было открыто в 1821 г. немецким физиком Зеебеком и получило название термоэлектричества, а всякую комбинацию проводников из разных металлов, образующих замкнутую цепь, называют термоэлементом.

Важным применением металлических термоэлементов является их использование для измерения температуры. Термоэлементы, используемые для измерения температуры (так называемые термопары), обладают перед обычными жидкостными термометрами рядом преимуществ: термопары можно использовать для измерения как очень высоких (до 2000°С), так и очень низких температур. Более того, термопары дают более высокую точность измерения температуры и гораздо быстрее реагируют на изменение температуры.


Задание №1

Термоэлемент – это

1)замкнутая цепь, состоящая из комбинации металлических проводников и гальванометра

2)явление протекания электрического тока в замкнутой цепи, состоящей из разных металлов, при возникновении разности температур спаев

3)явление протекания электрического тока в замкнутой цепи, состоящей из разных металлов

4)замкнутая цепь, состоящая из комбинации проводников из разных металлов


Задание №2

В термоэлементе происходит преобразование

1) химической энергии в энергию электрического тока

2) энергии электрического тока в химическую энергию

3) внутренней энергии в энергию электрического тока

4) энергии электрического тока во внутреннюю энергию


Задание №3

При нагревании спаев термопары из меди и константана до температур 100°С и 300°С через гальванометр проходит электрический ток (см. рисунок).

http://opengia.ru/resources/8FFFD1E8A82090DA4BFC47B7C952CACE-G141805-innerimg0/repr-0.gif

На каком из рисунков показания гальванометра правильно отражают направление и значение силы тока для новой разности температур?

1)http://opengia.ru/resources/8FFFD1E8A82090DA4BFC47B7C952CACE-G141805-innerimg1/repr-0.gif


2)http://opengia.ru/resources/8FFFD1E8A82090DA4BFC47B7C952CACE-G141805-innerimg2/repr-0.gif


3)http://opengia.ru/resources/8FFFD1E8A82090DA4BFC47B7C952CACE-G141805-innerimg3/repr-0.gif


4)http://opengia.ru/resources/8FFFD1E8A82090DA4BFC47B7C952CACE-G141805-innerimg4/repr-0.gif



Занятие 8


Текст 20. Наночастицы


Современные исследования показывают, что вещество может иметь совершенно новые свойства, если взять очень маленькую частицу этого вещества. Частицы размерами от 1 до 1000 нанометров обычно называют наночастицами. В наномире изменяются многие механические, термодинамические, электрические, оптические характеристики вещества. Например, при уменьшении размеров частицы температура её плавления становится гораздо ниже, чем у образцов обычного размера. На рисунке 1 представлена зависимость температуры плавления наночастиц алюминия Tm от их радиуса R в ангстремах (1 Å = 10−10 м).


http://opengia.ru/resources/740C3C5523CEB84940EAB849A923F358-3CCD5B6659B6B5C64D1F1332747DB69E-3CCD5B6659B6B5C64D1F1332747DB69E-1-1391446556/repr-0.gif

Рисунок 1


Причиной понижения температуры плавления у наночастиц является то, что атомы на поверхности всех кристаллов находятся в особых условиях, а доля таких «поверхностных» атомов у наночастиц становится очень большой.

На атомы внутри кристаллической решетки действуют силы со стороны всех окружающих атомов. Эти силы заставляют их находиться в узлах кристаллической решётки. На атомы, расположенные на поверхности кристаллов, действуют силы только со стороны кристалла.

В результате на поверхности кристаллов легче разрушается кристаллическая структура и образуется плёнка жидкости. Кстати, кристаллы льда не являются исключением. Поэтому лёд скользкий. Толщина жидкой плёнки на поверхности кристалла растёт с повышением температуры, так как более высокая энергия теплового движения молекул вырывает из кристаллической решётки больше поверхностных слоёв. Теоретические оценки и эксперименты показывают, что как только толщина жидкой плёнки на поверхности кристалла начинает превышать 1/10 размеров кристалла, кристаллическая решётка разрушается, и частица становится жидкой.


Задание №1

Кристаллы обычного льда на ощупь скользкие. Это объясняется

1) отсутствием сил трения на поверхности льда

2)малыми размерами кристаллов льда

3)наличием примесей в структуре кристаллов

4)образованием плёнки жидкости на поверхности кристалла


Задание №2

Размеры современных элементов электронных микросхем находятся в нанодиапазоне. Из-за «легкоплавкости» нанообъектов допустимый температурный режим работы современных и будущих микросхем

1)расширяется в область высоких температур

2)расширяется в область низких температур

3)ограничивается со стороны области высоких температур

4)ограничивается со стороны области низких температур


Задание №3

Согласно рисунку у частиц алюминия радиусом 50 Å, по сравнению с образцами обычного размера, температура плавления

1)понижается примерно на 50 °С

2)повышается примерно на 50 °С

3)понижается примерно на 100 °С

4)повышается примерно на 100 °С


Текст 21. Метеориты


Метеориты — это каменные или железные тела, падающие на Землю из межпланетного пространства. Они представляют собой остатки метеорных тел, не разрушившихся полностью при движении в атмосфере.

Падение метеоритов на Землю сопровождается световыми, звуковыми и механическими явлениями. По небу проносится яркий огненный шар, называемый болидом, сопровождаемый хвостом и разлетающимися искрами. По пути движения болида на небе остается след в виде дымной полосы, которая из прямолинейной под влиянием воздушных течений принимает зигзагообразную форму. Ночью болид освещает местность на сотни километров вокруг. После того как болид исчезает, через несколько секунд раздаются похожие на взрывы удары, вызываемые ударными волнами. Эти волны иногда вызывают значительное сотрясение грунта и зданий.

Встречая сопротивление воздуха, метеорное тело тормозится, его кинетическая энергия переходит в теплоту и свет. В результате поверхностный слой метеорита и образующаяся вокруг него воздушная оболочка нагреваются до нескольких тысяч градусов. Вещество метеорного тела после вскипания испаряется, частично разбрызгиваясь мельчайшими капельками. Падая на Землю почти отвесно, обломки метеорного тела остывают и при достижении грунта оказываются только теплыми. В месте падения метеоритов образуются углубления, размеры и форма которых зависят от массы метеоритов и скорости их падения.

Самый крупный метеорит был найден в Африке в 1920 году. Метеорит этот, названный Гоба, железный, масса его около 60 тонн. Такие крупные метеориты падают редко. Как правило, масса метеоритов составляет сотни граммов или несколько килограммов.

Метеориты состоят из таких же химических элементов, которые имеются на Земле. Но встречаются и метеориты, содержащие неизвестные на Земле минералы.

Железные метеориты почти целиком состоят из железа в соединении с никелем и незначительным количеством кобальта. В каменистых метеоритах находятся силикаты — минералы, представляющие собой соединения кремния с кислородом и некоторыми другими элементами.

В разных местах Земли были обнаружены тектиты — небольшие сгустки стекла массой в несколько граммов. В настоящее время установлено, что тектиты — это застывшие брызги земного вещества, выброшенные иногда на огромные расстояния.

Совокупность имеющихся данных указывает на то, что метеориты являются обломками малых планет — астероидов. Сталкиваясь между собой, они дробятся на еще более мелкие осколки. Эти осколки, встречаясь с Землей, падают на ее поверхность в виде метеоритов.


Задание №1

Из каких веществ состоят тела, которые носят название метеоритов?

А. металлы

Б. каменные породы

В. стекло

Правильным является ответ

1)только А

2)только В

3)А и Б

4)А, Б и В


Задание №2

В процессе движения метеорита его механическая энергия превращается в

А. внутреннюю энергию

Б. световую энергию

В. кинетическую энергию

Правильным является ответ

1)только А

2)только В

3)А и Б

4)А, Б и В


Задание №3

Метеориты это –

1)каменные или железные тела, падающие на Землю из межпланетного пространства

2)каменные тела, падающие на Землю из межпланетного пространства

3) железные тела, падающие на Землю из межпланетного пространства

4) стеклянные тела, падающие на Землю из межпланетного пространства



Текст 22. Как пьют кошки


При питье (лакании) кошки создают намного меньше брызг, чем собаки. Учёные заинтересовались причиной этого и выяснили, что физические основы процесса лакания кошек и собак совсем разные.

Чтобы выяснить, как кошки лакают, была использована высокоскоростная камера, которая показала, что кончик языка кошки загибают не вперёд, что кажется логичным, а назад, то есть животные вовсе не пользуются языком как ложкой. Также выясняется, что язык кошек практически не проникает ниже поверхности жидкости, а только лишь слегка касается её. В отличие от кошек, собаки черпают жидкость, делая из языка подобие ложки.

Когда загнутый назад кончик языка кошки дотрагивается до жидкости, некоторая её часть прилипает к поверхности языка. Жидкость смачивает поверхность языка кошки, так как силы взаимодействия между молекулами жидкости и поверхностью языка больше, чем силы взаимодействия молекул жидкости друг с другом. Затем язык очень быстро поднимается и увлекает за собой жидкость. Таким образом, между языком и поверхностью вытягивается столбик жидкости, непрерывно меняющий длину и толщину.


http://opengia.ru/resources/7D92B08B4F1DA6E540381BC6A3765159-ED87A09FC407AE1042E2BB3E0A987697-ED87A09FC407AE1042E2BB3E0A987697-2-1333979528/repr-0.jpg


Рис. 1


И кошке нужно знать оптимальную высоту столбика.В тот момент, когда столбик жидкости имеет наибольшую толщину, кошка закрывает рот, откусывая верхнюю часть столбика. Если кошка рано закроет рот, ей достанется меньше жидкости, а если поздно, то жидкость упадёт обратно.

Учёным удалось построить действующую модель лакающей кошки. Для этого был сделан механизм с закреплённой на нём пластинкой, способный касаться поверхности воды и поднимать пластинку после касания на заданную высоту (рис. 1). С помощью высокоскоростной кинокамеры учёные установили, что при увеличении площади пластины увеличивается высота столбика захватываемой жидкости и уменьшается частота «лакания». На основе полученных данных биологи пришли к выводу, что львы и тигры должны лакать так же, как домашние кошки, только с другой скоростью. Анализ натурных видеосъёмок, проведённых биологами, доказал правильность модели.


Задание №1

Жидкость является смачивающей, если

1)силы взаимодействия молекул жидкости с молекулами твёрдого тела отсутствуют

2)силы взаимодействия между молекулами жидкости отсутствуют

3)силы взаимодействия молекул жидкости с молекулами твёрдого тела меньше, чем силы взаимодействия молекул жидкости друг с другом

4)силы взаимодействия молекул жидкости с молекулами твёрдого тела больше, чем силы взаимодействия молекул жидкости друг с другом


Задание №2

Большие кошки лакают

1)с большей частотой; у них больше площадь языка, и столбик жидкости раньше отрывается

2)с меньшей частотой; у них больше площадь языка, и столбик жидкости получается толще

3)с большей частотой; у них больше площадь языка, и жидкость плохо смачивает поверхность языка

4)с меньшей частотой; у них больше площадь языка, и жидкость лучше смачивает поверхность языка


Задание №3

Смачивающая жидкость изображена на рисунках


http://opengia.ru/resources/EA5F7B728636A9124B2115E764C31C3F-GIAPHIS2012S115-EA5F7B728636A9124B2115E764C31C3F-1-1330511640/repr-0.gif

http://opengia.ru/resources/EA5F7B728636A9124B2115E764C31C3F-GIAPHIS2012S115-EA5F7B728636A9124B2115E764C31C3F-2-1330511640/repr-0.gif

http://opengia.ru/resources/EA5F7B728636A9124B2115E764C31C3F-GIAPHIS2012S115-EA5F7B728636A9124B2115E764C31C3F-3-1330511640/repr-0.gif

http://opengia.ru/resources/EA5F7B728636A9124B2115E764C31C3F-GIAPHIS2012S115-EA5F7B728636A9124B2115E764C31C3F-4-1330511640/repr-0.gif

http://opengia.ru/resources/EA5F7B728636A9124B2115E764C31C3F-GIAPHIS2012S115-EA5F7B728636A9124B2115E764C31C3F-5-1330511640/repr-0.gif

http://opengia.ru/resources/EA5F7B728636A9124B2115E764C31C3F-GIAPHIS2012S115-EA5F7B728636A9124B2115E764C31C3F-6-1330511640/repr-0.gif

А


Б


В


Г


Д


Е



1)А и Д

2)Б и В

3)А, Б и Е

4)В, Г и Д



Текст 23. Адсорбция


Явление смачивания заключается в том, что молекулы жидкости как бы прилипают к твердому телу и более или менее длительно удерживаются на нём. То же может происходить и с молекулами газа. Твердое тело, находящееся в газе, всегда покрыто слоем молекул газа, некоторое время удерживающихся на нём молекулярными силами. Это явление носит название адсорбции.

Количество адсорбированного газа в разных случаях разное. Прежде всего, оно зависит от площади поверхности, на которой могут адсорбироваться молекулы: чем она больше, тем больше адсорбируется газа. Адсорбирующая поверхность особенно велика у пористых веществ, т.е. веществ, пронизанных множеством мелких каналов. Количество адсорбированного газа зависит также от природы газа и от свойств твердого тела.

Одним из примеров веществ, способных адсорбировать громадное количество газа, является активированный уголь, т.е. уголь, освобожденный от смолистых примесей прокаливанием.

Адсорбция на активированном угле и на других твердых телах имеет широкое применение. Она применяется, например, для улавливания ценных газообразных веществ, получающихся при химических реакциях; в медицине – для извлечения вредных газов, образующихся в организме при различных отравлениях, и т.п. Громадное значение имеет адсорбция газов на поверхности твердых тел для ускорения некоторых химических реакций между газами.

Одно из наиболее важных применений адсорбции – улавливание отравляющих газов противогазами. Улавливание осуществляется слоем активированного угля, помещенным внутри респираторной коробки противогаза, соединяющейся при помощи шланга с маской. Кроме угля, в коробке находятся химические поглотители и фильтр для задерживания частиц отравляющих дымов, не задерживаемых углем (см. рисунок). Применение активированного угля для целей противогазовой защиты было предложено Н.Д. Зелинским во время первой мировой войны.

http://opengia.ru/resources/42107A6C3686940749858200884ABCBA-661E7906CEC38DA94574031AC9F4323C-661E7906CEC38DA94574031AC9F4323C-1-1391513470/repr-0.gif



Твердые тела могут адсорбировать не только газы, но и различные растворенные вещества из жидкостей. Это тоже широко используется в технике.


Задание №1

От чего зависит количество адсорбированного газа?

А. от площади поверхности твердого тела

Б. от природы газа

В. от свойств твердого тела

Правильным ответом является

1)только А

2)только А и Б

3)только А и В

4)А, Б, В


Задание №2

Какое явление называется адсорбцией?

1)смачивание жидкостью поверхности твердого тела

2)несмачивание жидкостью поверхности твердого тела

3)удержание молекул газа на поверхности твердого тела

4)поглощение молекул газа твердым телом


Задание №3

Жидкость является смачивающей, если

1) силы взаимодействия молекул жидкости с молекулами твёрдого тела больше, чем силы взаимодействия молекул жидкости друг с другом

2) силы взаимодействия между молекулами жидкости отсутствуют

3) силы взаимодействия молекул жидкости с молекулами твёрдого тела меньше, чем силы взаимодействия молекул жидкости друг с другом

4) силы взаимодействия молекул жидкости с молекулами твёрдого тела отсутствуют



Раздел 3. Электромагнитные явле6ния


Занятие №1

Повторение теоретического материала по теме

« Электромагнитные явления»


ДВА РОДА ЗАРЯДОВ

Существуют два рода электрических зарядов: положительные и отрицательные.

Условились считать:заряд, полученный на стекле, потертом о шелк, положительным,
а заряд, полученный на эбоните, потертом о шерсть, отрицательным.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ТЕЛ

Наэлектризованные тела взаимодействуют друг с другом:

Тела, имеющие электрические заряды одинакового знака, взаимно отталкиваются.
А тела, имеющие заряды противоположного знака, взаимно притягиваются.

ЭЛЕКТРОСКОП

Существуют две близкие разновидности приборов для обнаружения электрических зарядов:электроскоп или электрометр.

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8_el/108.jpg

Электроскоп состоит из металлического стержня, пропущенного через диэлектрическую пробку, и подвешенных к нему двух лепестков из металлической фольги. При прикосновении к стержню заряженным телом листочки оказываются одноименно заряженными и отклоняются друг от друга.

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8_el/16.jpg

В электрометре к металлическому стержню подсоединена металлическая стрелка, которая может свободно вращаться. При прикосновении к стержню заряженным телом стрелка получает заряд такого же знака и пытается оттолкнуться от одноименно заряженного стержня, указывая на измерительной шкале величину заряда.

По величине угла расхождения лепестков электроскопа или по углу отклонения стрелки электрометра можно судить о величине электрического заряда.

Заряженный электроскоп позволяет обнаружить зарядом какого знака наэлектризовано тело. 

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

В пространстве вокруг электрического заряда существует электрическое поле.
Электрическое поле можно изобразить графически с помощью силовых линий электрического поля, которые имеют направление. 

Электрическое поле 
положительного заряда.

Электрическое поле 
отрицательного заряда

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8_el/74.jpg

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8_el/75.jpg


Электрическое поле заряда действует с некоторой силой F эл на всякий другой заряд, помещенный
в поле данного заряда.

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8_el/73.jpg

Сила с которой электрическое поле действует на внесенный в него заряд, называется электрической силой. Она направлена всегда вдоль силовых линий электрического поля. Действие электрического поля зависит от расстояния, чем меньше расстояние до заряда, образующего поле, тем сильней действие поля (тем больше электрическая сила).

ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Источник тока - это устройство, в котором происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую энергию.В любом источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц, которые накапливаются на полюсах источника.Существуют различные виды источников тока:

Механический источник тока- механическая энергия преобразуется в электрическую энергию.

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8_el/39.jpg
К ним относятся: электрофорная машина (диски машины приводятся во вращение в противоположных направлениях. В результате трения щеток о диски на кондукторах машины накапливаются заряды противоположного знака), динамо-машина, генераторы.

Тепловой источник тока
- внутренняя энергия преобразуется в электрическую энергию.

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8_el/07.gif
Например, термоэлемент - две проволоки из разных металлов необходимо спаять с одного края, затем нагреть место спая, тогда между другими концами этих проволок появится напряжение. Применяются в термодатчиках и на геотермальных электростанциях.

Световой источник тока - энергия света преобразуется в электрическую энергию.

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8_el/7.jpg

Например, фотоэлемент - при освещении некоторых полупроводников световая энергия превращается в электрическую. Из фотоэлементов составлены солнечные батареи.Применяются в солнечных батареях, световых датчиках, калькуляторах, видеокамерах.

Химический источник тока- в результате химических реакций внутренняя энергия преобразуется в электрическую.

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8_el/41.jpg

Например, гальванический элемент - в цинковый сосуд вставлен угольный стержень. Стержень помещен в полотняный мешочек, наполненный смесью оксида марганца с углем. В элементе используют клейстер из муки на растворе нашатыря. При взаимодействии нашатыря с цинком, цинк приобретает отрицательный заряд, а угольный стержень - положительный заряд. Между заряженным стержнем и цинковым сосудом возникает электрическое поле. В таком источнике тока уголь является положительным электродом, а цинковый сосуд - отрицательным электродом.Из нескольких гальванических элементов можно составить батарею.

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8_el/8.jpg 

Источники тока на основе гальванических элементов применяются в бытовых автономных электроприборах, источниках бесперебойного питания.Аккумуляторы - в автомобилях, электромобилях, сотовых телефонах.


МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Магнитное поле - это особый вид материи, невидимый и неосязаемый для человека,
существующий независимо от нашего сознания.Еще в древности ученые-мыслители догадывались, что вокруг магнита что-то существует.
Магнитная стрелка.

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8-magn/84.jpg

Магнитная стрелка – это устройство, необходимое при изучении магнитного действия электрического тока.Она представляет из себя маленький магнит, установленный на острие иглы, имеет два полюса: северный и южный .Магнитная стрелка может свободно вращаться на кончике иглы. Северный конец магнитной стрелки всегда показывает на "север". 
Линия, соединяющая полюсы магнитной стрелки называется осью магнитной стрелки.
Аналогичная магнитная стрелка есть в любом компасе - приборе для ориентирования на местности. 

Где возникает магнитное поле?

Опыт Эрстеда ( 1820г.) - показывает, как взаимодействует проводник с током и магнитная стрелка.

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8-magn/83.jpg

При замыкании эл. цепи магнитная стрелка отклоняется от своего первоначального положения, при размыкании цепи магнитная стрелка возвращается в свое первоначальное положение.

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8-magn/44.jpg

В пространстве вокруг проводника с током (а в общем случае вокруг любого движущегося электрического заряда) возникает магнитное поле.Магнитные силы этого поля действуют на стрелку и поворачивают ее.

В общем случае можно сказать, что магнитное поле возникает вокруг движущихся электрических зарядов. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.


МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ПРЯМОГО ПРОВОДНИКА С ТОКОМ 
Если есть прямой проводник с током, то обнаружить наличие магнитного поля вокруг 
этого проводника можно с помощью железных опилок ... 

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8-magn/46.jpg

... или магнитных стрелок.

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8-magn/43.jpg

Под действием магнитного поля тока магнитные стрелки или железные опилки 
располагаются по концентрическим окружностям.

Магнитные линии.

Магнитное поле можно изобразить графически с помощью магнитных линий.
Магнитные линии магнитного поля тока – это линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок.Магнитные линии магнитного поля тока – это замкнутые кривые, охватывающие проводник.У прямого проводника с током - это концентрические расширяющиеся окружности.За направление магнитной линии принято направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля.

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8-magn/47.jpg

Графическое изображение магнитного поля прямого проводника с током.

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8-magn/67.jpghttp://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8-magn/50.jpg

Направление магнитных линий магнитного поля тока 
связано с направлением тока в проводнике:

 




ЭЛЕКТРОМАГНИТ


Соленоид – это катушка индуктивности в виде намотанного на цилиндрическую поверхность изолированного проводника, по которому течёт электрический ток. Электрический ток в обмотке создает в окружающем пространстве магнитное поле соленоида.

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8-magn/2.gif

Соленоид становится магнитом.Железные опилки притягиваются к концам катушки при прохождении через нее электрического тока и отпадают при отключении тока.

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8-magn/34.jpg

Сила магнитного поля катушки с током зависит от числа витков катушки, 
от силы тока в цепи и от наличия сердечника в катушке. 
Чем большее число витков в катушке и чем больше сила тока, тем сильнее магнитное поле. Железный сердечник, введенный внутрь катушки с током усиливает магнитное поле катушки.
Если подвесить соленоид на нити, то он повернется и сориентируется в магнитном поле Земли подобно свободно вращающейся магнитной стрелке.

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8-magn/33.jpg

Конец соленоида, из которого магнитные линии выходят, становится северным полюсом, а другой конец, в который магнитные линии входят, - южным полюсом магнита-соленоида. 

Графически изображение магнитного поля соленоида похоже на магнитное поле полосового магнита.

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8-magn/32.jpg

Магнитные линии магнитного поля катушки с током замкнутые кривые 
и направлены снаружи катушки от северного полюса к южному полюсу.
Внутри соленоида, длина которого значительно больше диаметра, магнитные линии магнитного поля параллельны и направлены вдоль соленоида. 
Здесь магнитное поле однородно, его напряжённость пропорциональна силе тока и числу витков. 
Внешнее магнитное поле соленоида неоднородно.Соленоид с сердечником во внутренней полости представляет собой электромагнит.Электромагнит – это устройство, состоящее из токопроводящей обмотки и ферромагнитного сердечника, который намагничивается при прохождении по обмотке электрического тока и притягивающегося якоря.

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8-magn/11.jpg
Обмотка выполняется из изолированного алюминиевого или медного провода.
Существуют также электромагниты с обмоткой из сверхпроводящих материалов. 
Сердечники изготавливают из стали или чугуна, или железоникелевых ( железокобальтовых ) сплавов, которые с целью уменьшения вредных вихревых токов выполняют не цельными, а из набора листов.
http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8-magn/30.jpg

Дугообразный электромагнит используется для поднятия тяжестей. Через катушку пропускается электрический ток, в результате намагничивается сердечник и притягивает якорь с подвешенным грузом.

Действие электромагнита зависит как от силы магнитного поля, так и от силы и направления электрического тока в обмотке.

ПОСТОЯННЫЕ МАГНИТЫ

Постоянные  магниты  – это  тела,  длительное  время  сохраняющие  намагниченность.
Основное свойство магнитов: притягивать тела  из  железа  или  его  сплавов (напр. стали).

Постоянный  магнит  всегда  имеет  2  магнитных полюса:  северный  (   N  )  и  южный  (  S  ).
Наиболее  сильно магнитное поле постоянного магнита у его полюсов.

Постоянные магниты изготавливают обычно из железа,  стали,  чугуна  и  других  сплавов  железа (сильные магниты),а   также  из  никеля,  кобальта  ( слабые  магниты ). Магниты  бывают  естественные  (  природные)  из  железной  руды магнитного железняка  и  искусственные,  полученные  намагничиванием  железа при  внесении  его в  магнитное  поле.


Взаимодействие магнитов : 
одноименные  полюса  отталкиваются, а  разноименные  полюса  притягиваются.
Взаимодействие  магнитов  объясняется   тем,  что  любой  магнит  имеет  магнитное  полеи  эти  магнитные  поля  взаимодействуют  между  собой. 


Магнитное поле постоянных магнитов.

В чем причины намагничивания железа? согласно   гипотезе  французскогученого  Ампера  внутри  вещества  существуют  элементарные электрические  токи  (токи  Ампера),  которые  образуются  вследствие  движения  электронов  вокруг  ядер  атомов  и  вокруг  собственной  оси.  При  движении  электронов  возникает  элементарные магнитные  поля. При внесении куска железа во внешнее магнитное поле все элементарные магнитные поля в этом железе ориентируются одинаково во внешнем магнитном поле, образуя собственное магнитное поле. Так кусок железа становится магнитом. 
     

Как выглядит магнитное поле постоянных магнитов?
Представление  о  виде  магнитного  поля    можно  получить  с  помощью  железных  опилок. Стоит лишь положить на магнит лист бумаги и посыпать его сверху железными опилками.

Для постоянного полосового магнита:

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8-magn/40.jpg

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8-magn/41.jpg 



Для постоянного дугообразного магнита.

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8-magn/39.jpg 


http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8-magn/42.jpg

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ

В 1600 году английский ученый Уильям Гильберт в своей книге «О магните, магнитных телах и большом магните - Земле». представил Землю, как гигантский постоянный магнит, ось которого не совпадает с осью вращения Земли (угол между этими осями называют магнитным склонением).

Гильберт подтвердил свое предположение на опыте:
он выточил из естественного магнита большой шар и, приближая к поверхности шара магнитную стрелку, показал, что она всегда устанавливается так же, как стрелка компаса на 3емле.

Графически магнитное поле Земли похоже на магнитное поле постоянного магнита.

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8-magn/63.jpg


В 1702 году Э. Галлей создает первые магнитные карты Земли. 
Основная  причина  наличия  магнитного поля  Земли   в  том,  что  ядро  Земли   состоит  из  раскаленного  железа  (хорошего  проводника электрических  токов,  возникающих  внутри  Земли).
Магнитное поле Земли образует магнитосферу, простирающуюся на 70-80 тыс. км 
в направление Солнца.  Она экранирует поверхность Земли, защищает от вредного влияния 
заряженных частиц, высоких энергий и космических лучей, определяет характер погоды.
Магнитное поле Солнца в 100 больше, чем земное.

  ДЕЙСТВИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ПРОВОДНИК С ТОКОМ


Магнитное  поле  действует  с  некоторой  силой  на  любой  проводник  с  током, 
находящийся  в  нем.
Если проводник, по которому протекает электрический ток подвесить в магнитном поле, например, между полюсами магнита, то магнитное поле будет действовать на проводник с некоторой силой и отклонять его.

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8-magn/36.jpg

Направление  движения  проводника 
зависит  от  направления  тока  в  проводнике  и  от   расположения  полюсов  магнита.

Действие  силы на рамку с током.

http://class-fizika.narod.ru/8_class/8_urok/8-magn/35.jpg

Если поместить проволочную рамку , по которой протекает электрический ток, в магнитное поле, 
то в результате действия силы магнитного поля, рамка будет поворачиваться.



ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ

- это порождающие друг друга переменные электрические и магнитные поля.
Теория электромагнитного поля создана Джеймсом Максвеллом в 1865 г.
Он теоретически доказал, что:
любое изменение со временем магнитного поля приводит к возникновению изменяющегося электрического поля, а всякое изменение со временем электрического поля порождает изменяющееся магнитное поле.
Если электрические заряды движутся с ускорением, то создаваемое ими электрическое поле периодически меняется и само создает в пространстве переменное магнитное поле и т.д.
Источниками электромагнитного поля могут быть:
- движущийся магнит;
- электрический заряд, движущийся с ускорением или колеблющийся ( в отличие от заряда движущегося с постоянной скоростью, например, в случае постоянного тока в проводнике, здесь создается постоянное магнитное поле).
Электрическое поле существует всегда вокруг электрического заряда, в любой системе отсчета,магнитное – в той, относительно которой электрические заряды движутся, 
электромагнитное – в системе отсчета, относительно которой электрические заряды движутся с ускорением.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ

- это электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств среды.

http://class-fizika.narod.ru/9_class/34/001.jpg

http://class-fizika.narod.ru/9_class/34/002.jpg

Свойства электромагнитных волн:
-распространяются не только в веществе, но и в вакууме;
- распространяются в вакууме со скоростью света ( С = 300 000 км/c);
- это поперечные волны;
- это бегущие волны (переносят энергию).

http://class-fizika.narod.ru/9_class/34/elvwave.gif

Источником электромагнитных волн являются ускоренно движущиеся электрические заряды.
Колебания электрических зарядов сопровождаются электромагнитным излучением, имеющим частоту, равную частоте колебаний зарядов.

ШКАЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

Все окружающее нас пространство пронизано электромагнитным излучением. Солнце, окружающие нас тела, антенны передатчиков испускают электромагнитные волны, которые в зависимости от их частоты колебаний носят разные названия.

Метры

http://class-fizika.narod.ru/9_class/34/pic1.jpg

Радиоволны—это электромагнитные волны (c длиной волны от более чем 10000м до 0,005м), служащие для передачи сигналов (информации) на расстояние без проводов.
В радиосвязи радиоволны создаются высокочастотными токами, текущими в антенне.
Радиоволны различной длины распространяются по-разному.

Электромагнитные излучения с длиной волны, меньшей чем 0,005м, но большей чем 770 нм, т. е. лежащие между диапазоном радиоволн и диапазоном видимого света, называются инфракрасным излучением (ИК).
Инфракрасное излучение испускают любые нагретые тела. Источниками инфракрасного излучения служат печи, батареи водяного отопления, электрические лампы накаливания. С помощью специальных приборов инфракрасное излучение можно преобразовать в видимый свет и получать изображения нагретых предметов в полной темноте. Инфракрасное излучение применяется для сушки окрашенных изделий, стен зданий, древесины.



Задание 2.

Выполните тест

  1. Два легких одинаковых шарика подвешены на шелковых нитях. Шарики зарядили разноименными зарядами. На каком из рисунков изображены эти шарики?

  1. а; 2) б; 3) в; 4) б и в.

hello_html_m53bcaa40.png


  1. К стержню положительно заряженного электроскопа поднесли, не касаясь его, стеклянную палочку. Листочки электроскопа опали, образуя гораздо меньший угол. Такой эффект может наблюдаться, если палочка:

  1. заряжена положительно;

  2. заряжена отрицательно;

  3. имеет заряд любого знака;

  4. не заряжена.

  1. К проводникам тока относятся:

а) серебро;

б) пластмасса;

в) стекло;

г) водный раствор соли.

  1. только а); 2) а) и в);

3) только г); 4) а) и г).

  1. В ядре нейтрального атома находится 8 протонов и 8 нейтронов. Сколько электронов движется вокруг ядра?

1) 4; 2) 8; 3) 10; 4) 16.

  1. Нейтральный атом захватил один электрон. Он превратился:

  1. в положительный ион;

  2. в отрицательный ион;

  3. остался нейтральным;

  4. превратился в атом другого вещества.

  1. К нейтральной бумажной гильзе, висевшей на нити, поднесли, не касаясь ее, положительно заряженную стеклянную палочку. При этом гильза:

  1. отклонилась от стеклянной палочки;

  2. осталась на месте;

  3. притянулась к стеклянной палочке.

  1. Электрический ток в металлах представляет собой упорядоченное движение

  1. положительных ионов;

  2. отрицательных ионов;

  3. электронов;

  4. нейтронов.

  1. Электрический ток в электролитах представляет собой упорядоченное движение

  1. только положительных ионов;

  2. только отрицательных ионов;

  3. электронов;

  4. положительных и отрицательных ионов.

  1. На каком из рисунков (рис. 74) правильно показано положение магнитной стрелки вблизи северного полюса постоянного магнита?

hello_html_258f68ef.png


  1. Правильным является утверждение, что магнитные линии:.

  1. выходят из северного полюса магнита и входят в южный;

  2. выходят из южного полюса магнита и входят в северный;

  3. выходят и из северного, и из южного полюсов магнита;

  4. входят и в северный, и в южный полюсы магнита.

  1. Правильными являются два утверждения, о том что:

  1. северный магнитный полюс Земли находится вблизи ее северного географического полюса;

  2. северный магнитный полюс Земли находится вблизи ее южного географического полюса;

  3. южный магнитный полюс Земли находится вблизи ее северного географического полюса;

  4. южный магнитный полюс Земли находится вблизи ее южного географического полюса.

  1. На рисунке изображены полюса двух полосовых магнитов. Между ними находится проводник с током, сечение которого изображено кружком. Ток течет от наблюдателя за чертеж. Куда направлена сила, действующая на проводник с током со стороны магнитного поля?

hello_html_158003a.png


1) влево; 2) вправо; 3) вверх; 4) вниз.

  1. На рисунке изображена катушка с током. Какая из стрелок правильно показывает направление вектора магнитной индукции Вв точке М, расположенной внутри катушки?hello_html_58ab5021.pnghello_html_426087ec.pnghello_html_m59963d9b.png

  2. Источником электромагнитного поля является:

  1. неподвижный заряд;

  2. заряд, движущийся равномерно и прямолинейно;

  3. заряд, движущийся равномерно по окружности;

  4. ни в одном из этих примеров заряд не является источником электромагнитного поля.

Занятие №2. Природные явления


Текст 1. Полярные сияния


Полярное сияние — одно из самых красивых явлений в природе. Формы полярного сияния очень разнообразны: то это своеобразные светлые столбы, то изумрудно-зелёные с красной бахромой пылающие длинные ленты, расходящиеся многочисленные лучи-стрелы, а то и просто бесформенные светлые, иногда цветные пятна на небе.

Причудливый свет на небе сверкает, как пламя, охватывая порой больше чем полнеба. Эта фантастическая игра природных сил длится несколько часов, то угасая, то разгораясь.

Полярные сияния чаще всего наблюдаются в приполярных регионах, откуда и происходит это название. Полярные сияния могут быть видны не только на далёком Севере, но и южнее. Например, в 1938 году полярное сияние наблюдалось на южном берегу Крыма, что объясняется увеличением мощности возбудителя свечения — солнечного ветра.

Начало изучению полярных сияний положил великий русский учёный М. В. Ломоносов, высказавший гипотезу о том, что причиной этого явления служат электрические разряды в разреженном воздухе.

Опыты подтвердили научное предположение учёного.

Полярные сияния — это электрическое свечение верхних очень разреженных слоёв атмосферы на высоте (обычно) от 80 до 1000 км. Свечение это происходит под влиянием быстро движущихся электрически заряженных частиц (электронов и протонов), приходящих от Солнца. Взаимодействие солнечного ветра с магнитным полем Земли приводит к повышенной концентрации заряженных частиц в зонах, окружающих геомагнитные полюса Земли. Именно в этих зонах и наблюдается наибольшая активность полярных сияний.

Столкновения быстрых электронов и протонов с атомами кислорода и азота приводят атомы в возбуждённое состояние. Выделяя избыток энергии, атомы кислорода дают яркое излучение в зелёной и красной областях спектра, молекулы азота - в фиолетовой. Сочетание всех этих излучений и придаёт полярным сияниям красивую, часто меняющуюся окраску. Такие процессы могут происходить только в верхних слоях атмосферы, потому что, во-первых, в нижних плотных слоях столкновения атомов и молекул воздуха друг с другом сразу отнимают у них энергию, получаемую от солнечных частиц, а во-вторых, сами космические частицы не могут проникнуть глубоко в земную атмосферу.

Полярные сияния происходят чаще и бывают ярче в годы максимума солнечной активности, а также в дни появления на Солнце мощных вспышек и других форм усиления солнечной активности, так как с её повышением усиливается интенсивность солнечного ветра, который является причиной возникновения полярных сияний.


Задание №1. Полярным сиянием называют

A) миражи на небе;

Б) образование радуги;

B) свечение некоторых слоев атмосферы.

Правильным ответом является

1) только А

2) только Б

3) только В

4) Б и В


Задание №2. В каких частях земной атмосферы наблюдается наибольшая активность полярных сияний?

 

1) только около Северного полюса

2) только в экваториальных широтах

3) около магнитных полюсов Земли

4) в любых местах земной атмосферы


Задание № 3. Можно ли утверждать, что Земля — единственная планета Солнечной системы, где возможны полярные сияния? Ответ поясните.


Текст 2. Молния


Атмосферное электричество образуется и концентрируется в облаках — образованиях из мелких водяных частиц, находящихся в жидком и твердом состояниях.

Сухой снег представляет собой типичное сыпучее тело: при трении снежинок друг о друга, их ударах о землю и о местные предметы снег должен электризоваться. При низких температурах во время сильных снегопадов и метелей электризация снега настолько велика, что происходят зимние грозы, наблюдается свечение остроконечных предметов, образуются шаровые молнии.

При дроблении водяных капель и кристаллов льда, при столкновениях их с ионами атмосферного воздуха крупные капли и кристаллы приобретают избыточный отрицательный заряд, а мелкие — положительный. Восходящие потоки воздуха в грозовом облаке поднимают мелкие капли и кристаллы к вершине облака, крупные капли и кристаллы падают к его основанию. Отрицательно заряженная часть облака наводит на земной поверхности под собой положительный заряд. Между облаком и землей создается сильное электрическое поле, которое способствует ионизации воздуха и возникновению искрового разряда. Молния переносит из облака 20—30 Кл отрицательного заряда, сила тока 10—20 кА, длительность импульса тока несколько десятков микросекунд. Разряд прекращается, так как большая часть избыточных электрических разрядов нейтрализуется электрическим током, протекающим по плазменному каналу молнии.


Задание №1. Можно ли назвать молнию, возникающую между облаком и землей, электрическим током? А между двумя облаками?

Задание № 2. Каковы причины возникновения молнии?

Задание № 3. Каким зарядом в большинстве случаев заряжается нижняя часть облака, а каким — верхняя? С чем это связано?

Задание №4. Какое действие электрического тока вызывает образование озона в воздухе при грозовых разрядах?




Текст 3. Молния

Красивое и небезопасное явление природы — молния — представляет собой искровой разряд в атмосфере.

Уже в середине XVIII в. исследователи обратили внимание на внешнее сходство молнии с электрической искрой. Высказывалось предположение, что грозовые облака несут в себе большие электрические заряды и молния есть гигантская искра, ничем, кроме размеров, не отличающаяся от искры между шарами электрофорной машины. На это указывал М. В. Ломоносов, занимавшийся изучением атмосферного электричества.

Ломоносов построил «громовую машину» — конденсатор, находившийся в его лаборатории и заряжавшийся атмосферным электричеством посредством провода, конец которого был выведен из помещения и поднят на высоком шесте. Во время грозы из конденсатора можно было извлекать искры. Таким образом, было показано, что грозовые облака действительно несут на себе огромный электрический заряд.

Разные части грозового облака несут заряды разных знаков. Чаще всего нижняя часть облака (обращенная к Земле) бывает заряжена отрицательно, а верхняя — положительно. Поэтому если два облака сближаются разноимённо заряженными частями, то между ними проскакивает молния.

Однако грозовой разряд может произойти и иначе. Проходя над Землёй, грозовое облако создаёт на её поверхности большой индуцированный заряд, и поэтому облако и поверхность Земли образуют две обкладки большого конденсатора. Напряжение между облаком и Землёй достигает нескольких миллионов вольт, и в воздухе возникает сильное электрическое поле. В результате может произойти пробой, т.е. молния, которая ударит в землю. При этом молния иногда поражает людей, дома, деревья.

Гром, возникающий после молнии, имеет такое же происхождение, что и треск при проскакивании искры. Он появляется из-за того, что воздух внутри канала молнии сильно разогревается и расширяется, отчего и возникают звуковые волны. Эти волны, отражаясь от облаков, гор и других объектов, создают длительное многократное эхо, поэтому и слышны громовые раскаты.


Задание № 1. Молния — это

А. электрический разряд в атмосфере.

Б. излучение света облаком, имеющим большой электрический заряд.

Правильный ответ:

1) только А

2) только Б

3) и А, и Б

4) ни А, ни Б


Задание № 2. Над Землёй висит облако, поверхность которого, обращённая к Земле, заряжена положительно. Какого знака заряд будет иметь поверхность Земли в этом месте?

1) положительный

2) отрицательный

3) заряд будет равен нулю

4) знак заряда зависит от влажности воздуха

Задание № 3. Может ли произойти разряд (молния) между двумя одинаковыми шарами, несущими равный одноимённый заряд? Ответ поясните.




Текст 4. Полярные сияния


В период активности на Солнце наблюдаются вспышки. Вспышка представляет собой нечто подобное взрыву, в результате образуется направленный поток очень быстрых заряженных частиц (электронов, протонов и др.). Потоки заряженных частиц, несущихся с огромной скоростью, изменяют магнитное поле Земли, то есть приводят к появлению магнитных бурь на нашей планете.

Захваченные магнитным полем Земли заряженные частицы движутся вдоль магнитных силовых линий и наиболее близко к поверхности Земли проникают в области магнитных полюсов Земли. В результате столкновений заряженных частиц с молекулами воздуха возникает электромагнитное излучение — полярное сияние.

Цвет полярного сияния определяется химическим составом атмосферы. На высотах от 300 до 500 км, где воздух разрежен, преобладает кислород. Цвет сияния здесь может быть зеленым или красноватым. Ниже уже преобладает азот, дающий сияния ярко-красного и фиолетового цветов.

Наиболее убедительным доводом в пользу того, что мы правильно понимаем природу полярного сияния, является его повторение в лаборатории. Такой эксперимент, получивший название «Араке», был проведен в 1985 году совместно российскими и французскими исследователями.

В качестве лабораторий были выбраны две точки на поверхности Земли, лежащие вдоль одной и той же силовой линии магнитного поля. Этими точками служили в Южном полушарии французский остров Кергелен в Индийском океане и в Северном полушарии поселок Согра в Архангельской области. С острова Кергелен стартовала геофизическая ракета с небольшим ускорителем частиц, который на определенной высоте создал поток электронов. Двигаясь вдоль магнитной силовой линии, эти электроны проникли в Северное полушарие и вызвали искусственное полярное сияние над Согрой.


Задание № 1. Магнитные бури на Земле представляют собой

1) вспышки радиоактивности

2) потоки заряженных частиц

3) быстрые и непрерывные изменения облачности

4) быстрые и непрерывные изменения магнитного поля планеты


Задание № 2. Цвет полярного сияния, возникающего на высоте 100 км, определяется преимущественно излучением

1) азота

2) кислорода

3) водорода

4) гелия

Задание № 3. На рисунке приведена сравнительная таблица данных для планет земной группы. На какой(-их) планете(-ах) можно наблюдать полярные сияния той же природы, что и на Земле? Ответ поясните.

 

C:\Users\Я\Desktop\Безымянный.jpg



Текст 5. Электронные и протонные полярные сияния


В период активности на Солнце наблюдаются вспышки, в результате которых образуются потоки очень быстрых заряженных частиц (электронов, протонов и др.). Потоки заряженных частиц, несущихся с огромной скоростью, приводят к быстрому изменению магнитного поля Земли, то есть приводят к появлению магнитных бурь на нашей планете.

Захваченные магнитным полем Земли электроны движутся вдоль его магнитных линий и наиболее близко к поверхности Земли проникают в области магнитных полюсов Земли (рис. а). В результате столкновений электронов с молекулами воздуха возникает электромагнитное излучение – полярное сияние. Цвет полярного сияния определяется химическим составом атмосферы. На высотах от 300 до 500 км, где воздух разрежен, преобладает кислород. Цвет сияния здесь может быть зелёным или красноватым. Ниже уже преобладает азот, дающий сияния ярко-красного и фиолетового цветов.

repr-0

repr-0

Рис. а

Рис. б



Протонные сияния, в отличие от электронных, не характеризуются чёткой структурой: они размыты, имеют вид бесформенных светящихся пятен. Это объясняется тем, что протон оказывается менее «привязан» к линиям магнитного поля. Действительно, во время своего движения протон может захватить свободный электрон и тем самым превратиться в свободный атом водорода. В результате такого превращения возникает нейтральная частица (атом водорода), не взаимодействующая с магнитным полем. Атом водорода по прямой удаляется в сторону от «своей» магнитной линии до тех пор, пока новое столкновение не приведёт к потере электрона, после чего оставшийся протон начинает закручиваться вокруг новой магнитной линии (рис. б). Этапы захвата и потери электрона могут происходить многократно. Наиболее яркой для протонных сияний оказывается спектральная линия водорода, соответствующая красному цвету.


Задание №1

Магнитные бури на Земле представляют собой

1) вспышки радиоактивности

2) потоки заряженных частиц

3) быстрые и непрерывные изменения облачности

4) быстрые и непрерывные изменения магнитного поля планеты


Задание №2

Протон и электрон влетают с одинаковыми скоростями в магнитное поле Земли перпендикулярно магнитным линиям. У какой из частиц радиус окружности будет больше? Ответ поясните.



Занятие №3


Ускорители элементарных частиц


Текст 6. Коллайдер

Для получения заряженных частиц высоких энергий используются ускорители заряженных частиц. В основе работы ускорителя лежит взаимодействие заряженных частиц с электрическим и магнитным полями. Ускорение создается электрическим полем, способным изменять энергию частиц, обладающих электрическим зарядом. Постоянное магнитное поле изменяет направление движения заряженных частиц, не меняя величины их скорости, поэтому в ускорителях оно применяется для управления движением частиц (формой траектории).

По назначению ускорители классифицируются на коллайдеры, источники нейтронов, источники синхротронного излучения, установки для терапии рака, промышленные ускорители и др. Колла́йдер – ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для изучения продуктов их соударений. Благодаря коллайдерам учёным удаётся сообщить частицам высокую кинетическую энергию, а после их столкновений –наблюдать образование других частиц.

Самым крупным кольцевым ускорителем в мире является Большой адро́нныйколла́йдер (БАК), построенный в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований, на границе Швейцарии и Франции. В создании БАК принимали участие ученые всего мира, в том числе и из России. Большим коллайдер назван из-за своих размеров: длина основного кольца ускорителя составляет почти 27 км; адронным –из-за того, что он ускоряет адроны (к адронам относятся, например, протоны). Коллайдер размещён в тоннеле на глубине от 50 до 175 метров. Два пучка частиц могут двигаться в противоположном направлении на огромной скорости (коллайдер разгонит протоны до скорости 0,999999998 от скорости света). Однако в ряде мест их маршруты пересекутся, что позволит им сталкиваться, создавая при каждом соударении тысячи новых частиц. Последствия столкновения частиц и станут главным предметом изучения. Ученые надеются, что БАК позволит узнать, как происходило зарождение Вселенной.


Задание №1

В ускорителе заряженных частиц

1) и электрическое, и магнитное поле изменяет направление движения заряженной частицы

2) электрическое поле изменяет направление движения заряженной частицы

3) постоянное магнитное поле ускоряет заряженные частицы

4) электрическое поле ускоряет заряженные частицы


Задание №2

Какое(-ие) из утверждений является(-ются) правильным(-и)?

А. По виду Большой адронныйколлайдер относится к кольцевым ускорителям.

Б. В Большом адронномколлайдере протоны разгоняются до скоростей, больших скорости света.

1) только А

2) только Б

3) и А, и Б

4) ни А, ни Б


Задание №3

Какой будет траектория движения заряженной частицы, влетающей в магнитное поле со скоростью, направленной перпендикулярно вектору индукции магнитного поля? Ответ поясните.


Текст 7. Циклотрон


Для получения заряженных частиц (электронов, протонов, атомных ядер, ионов) больших энергий применяются специальные устройства – ускорители заряженных частиц. В основе работы ускорителя заложено взаимодействие заряженных частиц с электрическим и магнитным полями. Электрическое поле способно напрямую совершать работу над частицей, то есть увеличивать её энергию. Магнитное же поле, создавая силу Лоренца, лишь отклоняет частицу, не изменяя её энергии, и задаёт траекторию, по которой движутся частицы.

Ускорители заряженных частиц можно классифицировать по разным признакам. По типу ускоряемых частиц различают электронные ускорители, протонные ускорители и ускорители ионов. По характеру траекторий частиц различают линейные ускорители, в которых пучок частиц однократно проходит ускоряющие промежутки и траектории частиц близки к прямой линии, и циклические ускорители, в которых пучки движутся по замкнутым кривым (например, окружностям или спиралям), проходя ускоряющие промежутки по многу раз.

На рисунке 1 представлена схема работы циклотрона – циклического ускорителя протонов (или ионов). Частицы из ионного источника 1 непрерывно поступают в вакуумную камеру и ускоряются электрическим полем, создаваемым электродами 3. Магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости рисунка, заставляет заряженную частицу отклоняться от прямолинейного движения.

Каждый раз, проходя зазор между электродами, заряженная частица получает новую порцию энергии и дополнительно ускоряется. Траекторией движения ускоряющейся частицы в постоянном магнитном поле получается раскручивающаяся спираль.

repr-0

Рис. 1. Схема движения частиц в циклотроне; магнитное поле перпендикулярно плоскости чертежа. 1 – ионный источник; 2 – орбита ускоряемой частицы (спираль); 3 – ускоряющие электроды; 4 – выводное устройство (отклоняющие пластины); 5 – источник ускоряющего поля.

Циклотрон – первый из циклических ускорителей. Впервые был разработан и построен в 1931 году. До сих пор циклотроны широко применяются для ускорения тяжёлых частиц до относительно небольших энергий.


Задание №1

На рисунке 1 в тексте представлена траектория движения (раскручивающаяся спираль) для положительно заряженного иона. Магнитное поле циклотрона направлено

1) перпендикулярно плоскости чертежа от нас  +B 

2) перпендикулярно плоскости чертежа к нам  ∙B 

3) слева направо →B 

4) справа налево ←B 


Задание №2

В циклотроне заряженная частица, влетающая в магнитное поле, движется не по окружности, а по спирали. Это объясняется тем, что

1) магнитное поле по мере движения частицы ослабевает

2) магнитное поле по мере движения частицы усиливается

3) кинетическая энергия частицы по мере её движения увеличивается

4) потенциальная энергия частицы по мере её движения увеличивается


Задание №3

В циклотроне

1) электрическое и магнитное поля увеличивают энергию заряженной частицы

2) электрическое и магнитное поля служат для изменения направления движения заряженной частицы

3) электрическое поле служит для изменения направления движения заряженной частицы, а магнитное поле служит для увеличения её энергии

4) электрическое поле служит для увеличения энергии заряженной частицы, а магнитное поле служит для изменения направления её движения



Тест 8. Масс-спектрограф


Масс-спектрограф — это прибор для разделения ионов по величине отношения их заряда к массе. В самой простой модификации схема прибора представлена на рисунке.

C:\Users\Я\Desktop\Безымянный.jpg

Исследуемый образец специальными методами (испарением, электронным ударом) переводится в газообразное состояние, затем образовавшийся газ ионизируется в источнике 1. Затем ионы ускоряются электрическим полем и формируются в узкий пучок в ускоряющем устройстве 2, после чего через узкую входную щель попадают в камеру 3, в которой создано однородное магнитное поле. Магнитное поле изменяет траекторию движения частиц. Под действием силы Лоренца ионы начинают двигаться по дуге окружности и попадают на экран 4, где регистрируется место их попадания. Методы регистрации могут быть различными: фотографические, электронные и т. д. Радиус траектории определяется по формуле:

 

http://sdamgia.ru/formula/77/7771e40e6e96503cb012f5c33dd0d189.png,

 

где U — электрическое напряжение ускоряющего электрического поля; B — индукция магнитного поля; m и q — соответственно масса и заряд частицы.

Так как радиус траектории зависит от массы и заряда иона, то разные ионы попадают на экран на различном расстоянии от источника, что и позволяет их разделять и анализировать состав образца.

В настоящее время разработаны многочисленные типы масс-спектрометров, принципы работы которых отличаются от рассмотренного выше. Изготавливаются, например, динамические масс-спектрометры, в которых массы исследуемых ионов определяются по времени пролёта от источника до регистрирующего устройства.


Задание №1. В масс-спектрографе

1) электрическое и магнитное поля служат для ускорения заряженной частицы

2) электрическое и магнитное поля служат для изменения направления движения заряженной частицы

3) электрическое поле служит для ускорения заряженной частицы, а магнитное поле служит для изменения направления её движения

4) электрическое поле служит для изменения направления движения заряженной частицы, а магнитное поле служит для её ускорения


Задание 2. При увеличении магнитной индукции в 2 раза радиус окружности, по которой движется заданная заряженная частица,

1) увеличится в http://sdamgia.ru/formula/d2/d21848cdd835abcb491be1f151e9b6c6p.png раза

2) увеличится в 2 раза

3) уменьшится в http://sdamgia.ru/formula/d2/d21848cdd835abcb491be1f151e9b6c6p.png раза

4) уменьшится в 2 раза


Задание № 3. В магнитное поле спектрографа влетели с одинаковой скоростью две заряженные частицы. Какая из частиц (1 или 2) имеет положительный заряд? Ответ поясните.



Занятие №4

Как работает прибор?


Текст 9. Принцип работы СВЧ-печи


Микроволновая печь (или СВЧ-печь) – бытовой электроприбор, предназначенный для быстрого приготовления или быстрого подогрева пищи, размораживания продуктов. Обычно работает на частоте 2450 МГц, хотя в некоторых производственных печах частота излучения может варьироваться.

Самой важной составляющей частью микроволновой печи является магнетрон. При подаче электрического тока на магнетрон он начинает генерировать высокочастотные электромагнитные волны (микроволны). Рабочая камера печи оборудована металлическими стенками со специальным покрытием, отражающими микроволны, и вращающимся поддоном, обеспечивающим равномерный нагрев продуктов (см. рисунок).


http://opengia.ru/resources/D8B2BDD462AAB7924E31452D71A89DD8-4AE09D013F95B2DB4797143A2057F95D-4AE09D013F95B2DB4797143A2057F95D-2-1333451856/repr-0.jpg

Распределение микроволн в приборах с вращающимся поддоном

Разогрев продуктов в микроволновой печи происходит по всему объёму продукта, содержащего полярные молекулы (например, воды), так как радиоволны проникают достаточно глубоко почти во все пищевые продукты. Это сокращает время разогрева продукта. Микроволны могут проходить сквозь стекло, бумагу, пластик и фарфор, но не проникают через металл.

Высокочастотное электрическое поле заставляет двигаться (поворачиваться) полярные молекулы внутри вещества, что приводит к разогреванию продукта. Происходит это так. Электромагнитное поле приводит к развороту молекул, выстраиванию их в соответствии с направлением электрического поля. А так как поле переменное, то молекулы поворачиваются в соответствии с частотой электромагнитного излучения. Сдвигаясь, молекулы «раскачиваются», сталкиваются, ударяются друг о друга, передавая энергию соседним молекулам в этом материале и вызывая дополнительное хаотическое тепловое движение. Так как температура прямо пропорциональна средней кинетической энергии теплового движения атомов или молекул в материале, значит, такое перемешивание молекул увеличивает температуру материала. Таким образом, происходит преобразование энергии электромагнитного излучения во внутреннюю энергию материала.


Задание №1

Для разогрева пищи в СВЧ-печи нельзя использовать посуду из

1)меди

2)стекла

3)фарфора

4)керамики


Задание №2

В полярных молекулах центры положительного и отрицательного зарядов не совпадают, поэтому эти молекулы схематически изображают в виде диполей. В отсутствие внешнего электрического поля диполи расположены хаотично (см. рисунок)

repr-0

В электрическом поле, созданном разноимённо заряженными пластинами, диполи выстраиваются в соответствии с рисунком

1)

repr-0

2)

repr-0

3)

repr-0

4)

repr-0


Задание №3.

Микроволновое излучение, используемое в СВЧ-печи, имеет длину волны порядка

1) 0,1 мм

2) 1 мм

3) 1 см

4) 10 см


Тест 10. Магнитная подвеска


Средняя скорость поездов на железных дорогах не превышает
150 км/ч. Сконструировать поезд, способный состязаться по скорости с самолетом, непросто. При больших скоростях колеса поездов не выдерживают нагрузку. Выход один: отказаться от колес, заставив поезд лететь. Один из способов «подвесить» поезд над рельсами — использовать отталкивание магнитов.

В 1910 году бельгиец Э. Башле построил первую в мире модель летающего поезда и испытал ее. 50-килограммовый сигарообразный вагончик летающего поезда разгонялся до скорости свыше 500 км/ч! Магнитная дорога Башле представляла собой цепочку металлических столбиков с укрепленными на их вершинах катушками. После включения тока вагончик со встроенными магнитами приподнимался над катушками и разгонялся тем же магнитным полем, над которым был подвешен.

Практически одновременно с Башле в 1911 году профессор Томского технологического института Б.Вейнберг разработал гораздо более экономичную подвеску летающего поезда. Вейнберг предлагал не отталкивать дорогу и вагоны друг от друга, что чревато огромными затратами энергии, а притягивать их обычными электромагнитами. Электромагниты дороги  были расположены над поездом, чтобы своим притяжением компенсировать силу тяжести поезда. Железный вагон располагался первоначально не точно под электромагнитом, а позади него. При этом электромагниты монтировались по всей длине дороги. При включении тока в первом электромагните вагончик поднимался и продвигался вперед, по направлению к магниту. Но за мгновение до того, как вагончик должен был прилипнуть к электромагниту, ток выключался. Поезд продолжал лететь по инерции, снижая высоту. Включался следующий электромагнит, поезд опять приподнимался и ускорялся. Поместив свой вагон в медную трубу, из которой был откачан воздух, Вейнберг разогнал вагон до скорости 800 км/ч!


Задание №1

При движении поезда на магнитной подвеске

1) силы трения между поездом и дорогой отсутствуют

2) силы сопротивления воздуха пренебрежимо малы

3) используются силы электростатического отталкивания

4) используются силы притяжения одноименных магнитных полюсов


Задание №2

Что следует сделать в модели магнитного поезда Б. Вейнберга, чтобы вагончик большей массы двигался в прежнем режиме? Ответ поясните


Задание №3

Какое из магнитных взаимодействий можно использовать для магнитной подвески?

А. Притяжение разноимённых полюсов.

Б. Отталкивание одноимённых полюсов.

Правильный ответ

1) только А

2) только Б

3) ни А, ни Б

4) и А, и Б


Тест 11. Магнитная подушка


К.Э. Циолковский считал, что при очень высоких скоростях движения транспорта «никакие колеса не могут быть пригодны». Один из эффективных заменителей колес – магнитная подушка. Суть ее можно понять из простейшего опыта: надо приложить друг к другу одноименными полюсами два магнита. Они будут взаимно отталкиваться. Явление, которое положено в основу создания магнитной подушки, называется левитацией.

Если ряд мощных магнитов поместить, например, под полотном железной дороги и в вагонах поезда, можно добиться того, что поезд как бы повиснет над дорогой. Такой проект поезда на магнитной подушке был предложен в России еще в 1911. Сегодня же экспериментальные образцы такого поезда построены и прошли успешные испытания.

Сравним устройство и принцип действия двигателя на магнитной подушке с обычным электродвигателем.

У обычного электродвигателя статор представляет собой стальное кольцо с обмоткой. В двигателе на магнитной подушке кольцо как бы разрезано и распрямлено (поэтому его называют линейным двигателем). При этом статорные обмотки уложены на плоскости вдоль всего пути, по которому движется транспорт. Ротором такого двигателя служит алюминиевый брус, уложенный посередине между обмотками тоже вдоль всего пути (см. рис.).
repr-0

Принцип работы линейного двигателя, по существу, тот же, что и у обычного электрического двигателя переменного тока: электрический ток через контактные провода поступает в статор, а в роторе-полосе возникают электромагнитные силы. Они направлены вдоль полотна и приводят вагон, установленный на таком линейном двигателе, в движение. Таким образом электрическая энергия непосредственно преобразуется в энергию поступательного движения вагона.

Исключить трение помогают установленные с обеих сторон пути 2 рельса – 2 стальные полосы, которые в сечении похожи на букву П. На вагоне как раз под стальными полосами расположены мощные электромагниты. Они-то и удерживают вагон на весу.


Задание №1

Какое(-ие) преобразование(-я) энергии происходят в двигателе на магнитной подушке?

А. энергия электрического тока – в механическую

Б. энергия магнитного поля – в механическую

В. энергия электрического тока – в электромагнитную

Выберите верное(-ые) утверждение(-я).

1) только А

2) только Б

3) только В

4) А и В


Задание №2

Основными элементами электродвигателя переменного тока являются: статор, ротор, обмотка проводов. Какие из этих элементов используются в линейном двигателе?

1) только ротор

2) только статор и ротор

3) только ротор и обмотка

4) статор, ротор и обмотка


Задание №3

Стальные полосы, установленные с обеих сторон пути, позволяют

А. исключить трение между вагоном и железнодорожным полотном

Б. увеличить скорость поезда

В. приподнять поезд над железнодорожным полотном

Выберите верное(-ые) утверждение(-я).

1) только А

2) только В

3) А и В

4) А, Б и В


Тест 12. Как работает СНЧ-металлодетектор?


Принцип действия металлодетектора основан на физическом явлении регистрации вторичного электромагнитного поля, создаваемого любым металлическим предметом, помещенным в первичное электромагнитное поле.

Внутри поисковой рамки металлодетектора находится намотанный провод, называемый передающей катушкой. Электрический ток, протекая по ней, создает электромагнитное поле. Направление тока меняется несколько тысяч раз в секунду на противоположное. Когда ток протекает в одном направлении, возникает магнитное поле, направленное на исследуемый объект, когда направление тока изменяется, то и направление магнитного поля будет направлено от объекта. В любом металлическом (и даже электропроводящем) объекте, оказавшемся поблизости, под действием такого изменяющегося магнитного поля возникнут электрические токи. Наведенный ток, в свою очередь, создаст собственное магнитное поле. Внутри рамки есть еще одна — приемная — катушка, расположенная таким образом, чтобы максимально нейтрализовать влияние передающей. А вот поле от металлического предмета, оказавшегося поблизости, будет наводить в приемной катушке ток, который можно усилить и обработать электроникой.

Вторичное электромагнитное поле различается как по напряженности поля, так и по другим параметрам. Эти параметры зависят от размера предмета и его проводимости (например, у золота и серебра проводимость гораздо лучше, чем у свинца) и, естественно, от расстояния между антенной детектора и самим предметом.

Чувствительность некоторых металлодетекторов настраивается. Её, например, уменьшают, если необходимо произвести досмотр только с целью обнаружения крупных металлических предметов. А небольшие предметы — ключи, оправы очков, ручки — сигнализацию детектора не вызовут. Сигнализация металлодетекторов может быть различной: световой, звуковой (причем по долготе сигнала можно делать вывод о размере предмета), вибрационной.


Задание1. Для чего, для каких целей используют металлодетекторы?

Задание2. Как вы понимаете характеристику «рабочая частота» прибора? Велика ли она?

Задание3. Какой закон физики лежит в основе действия описанного металлодетектора? Какими другими словами мы называем «наведенный ток»?

Задание4. Каким образом с помощью металлодетектора можно обнаружить взрывное устройство в пластиковой оболочке?



Занятие №5

Электричество в природе


Текст 13. Электрическое поле Земли


На основании многочисленных экспериментов было установлено, что вокруг Земли существует электрическое поле, и источником его является сама планета Земля. Но для измерения электрического напряжения между какой-либо точкой в атмосфере и Землёй довольствоваться только электрометром недостаточно. Необходимо соединить электрометр со специальным приспособлением, создающим свободные заряды в данной точке пространства. Этого можно достигнуть различными способами, например при помощи пламени, которое способно разделить молекулы воздуха на положительные и отрицательные ионы. Такое устройство называют зондом (или пламенным зондом, если используется пламя).

Опыты показывают, что электрометр, соединённый с зондом, даёт заметное отклонение даже и в том случае, когда поблизости нет специально заряженных тел. Это значит, что около земной поверхности существует электрическое поле. При этом отклонение электрометра тем больше, чем выше точка над поверхностью Земли. Вблизи земной поверхности напряжение, измеряемое между двумя точками на расстоянии 1 м по вертикали, имеет в среднем значение около 130 В. По мере подъёма над Землёй поле это быстро ослабевает, и уже на высоте 1 км электрическое поле ослабевает более чем в 3 раза, а на высоте 10 км оно становится ничтожно слабым. Таким образом, только у поверхности Земли мы всё время живём и работаем в заметном электрическом поле.

Экспериментальные исследования этого поля и соответствующие расчёты показывают, что Земля в целом обладает отрицательным зарядом, среднее значение которого оценивается в полмиллиона кулонов. Этот заряд поддерживается приблизительно неизменным благодаря ряду процессов в атмосфере Земли и вне её (в мировом пространстве), которые ещё далеко не полностью выяснены.

Естественно возникает вопрос: если на поверхности Земли постоянно находится отрицательный заряд, то где расположены соответствующие положительные заряды? Положительные заряды не могут находиться где-нибудь очень далеко от Земли, например на Луне, звёздах или планетах. Если бы это было так, то электрическое поле Земли не могло бы так быстро падать по мере удаления от её поверхности. Это указывает на то, что положительный заряд, соответствующий отрицательному заряду Земли, находится где-то на не очень большой высоте над поверхностью Земли. Действительно, был обнаружен на высоте нескольких десятков километров над Землёй слой положительно заряженных (ионизованных) молекул. Объёмный положительный заряд этого «облака» зарядов компенсирует отрицательней заряд Земли.


Задание №1

Имеет ли заряд земной шар?

1)да, положительный

2)да, отрицательный

3)нет

4)в целом нет, но в некоторых точках аномалий заряд может быть зафиксирован


Задание № 2

Где находится положительный заряд, частично компенсирующий заряд Земли?

1)на Луне

2)в центре Земли

3)на поверхности Земли

4)на высоте нескольких десятков километров над Землей


Задание № 3

Какую работу совершает электрическое поле Земли при подъёме электрона с поверхности земли на 1 м?

1)1,04·10–17 Дж

2)2,08·10–17 Дж

3)0,1·10–23 Дж

4)0,2·10–23 Дж


Текст 14. Электрические рыбы


Электрические рыбы известны человечеству с древнейших времён. Ещё Аристотель рассказывал своим ученикам, что электрический скат, обитающий в Средиземном море, «заставляет цепенеть животных, которых он хочет поймать, побеждая их силой удара, живущего в его теле».

О природе этих ударов никто не догадывался до Алессандро Вольта, который сопоставил удар, получаемый от электрического ската, с ударом от построенной им электрической батареи (вольтова столба) – достаточно мощного источника тока.

Однако планомерные исследования начались лишь в наше время, когда появилась записывающая импульсы рыб аппаратура. Исследования показали, что среди нескольких сотен известных видов электрических рыб лишь немногие дают сильные импульсы.

В восточной части тихоокеанских тропических вод живёт двухметровый электрический скат, способный создать электрический импульс напряжением 50–60 В при силе тока 50 А – вполне достаточный, чтобы парализовать рыбу чуть поменьше его самого.

Опаснейшим среди всех электрических рыб является электрический угорь. По количеству человеческих жертв он даже опережает легендарную пиранью. Этот угорь (кстати, к обыкновенным угрям он не имеет никакого отношения) способен испускать мощный электрический заряд. Если взять молодого угря в руки, то ощущаешь лёгкое покалывание, а это с учётом того, что малюткам всего несколько дней и размером они лишь 2–3 см. Легко представить, какие ощущения получишь, если прикоснёшься к взрослому  угрю. Человек при таком тесном общении получает удар в 650 В и от него может умереть. Мощные электрические импульсы электрический угорь посылает до 150 раз в сутки. Чтобы убить рыбу, электрическому угрю достаточно содрогнуться, выпустив ток. Жертва погибает мгновенно.

Электрические угри – крупные рыбы: средняя длина взрослых особей составляет 1–3 м, вес – до 40 кг.

Самое интересное в строении электрических угрей – это их электрические органы, которые занимают более 2/3 длины тела, а у некоторых особей – 4/5. Положительный полюс этой «батареи» лежит в передней части тела угря, отрицательный – в задней.

Что же представляют собой электрические органы рыб? В первую очередь это особые мускульные клетки, так называемые электрические пластинки, поразительно напоминающие по схеме и конструктивному принципу электробатареи. У электрических угрей ими занято всё тело рыбы, кроме головы.

Исследования учёных показали, что многие из обычных, так называемых неэлектрических, рыб, которые не имеют специальных электрических органов, всё же в состоянии возбуждения способны создавать в воде слабые электрические разряды. Эти разряды образуют вокруг тела рыб характерные биоэлектрические поля. Установлено, что слабые электрические поля есть у таких рыб, как речной окунь, щука, пескарь, вьюн, карась, краснопёрка и др.


Задание №1

В какой части тела электрического угря сконцентрированы отрицательные заряды?

1) около головы

2) около хвоста

3) вдоль всей поверхности рыбы

4) в зависимости от направления угрозы заряды могут менять положение


Задание №2

Выберите утверждение, соответствующее содержанию текста.

1) Аристотель внёс большой вклад в изучение электричества.

2) Электрические органы рыб представляют собой мускульные клетки, напоминающие электробатареи.

3) Алессандро Вольта доказал, что внутри электрических рыб содержится батарея в виде вольтова столба.

4) Сила электрического воздействия угря не зависит от его размеров.


Задание №3

Два угря при виде добычи испускают электрические импульсы. При этом напряжение у первого угря достигает 600 В, а сила тока – 20 А, а у второго  напряжение – 350 В и сила тока – 5 А. Как соотносятся сопротивления электрических пластин первого (R1) и второго (R2) угрей?

1) R=R2

2) R>R2

3) R<R2

4) в морской воде R>R2, в пресной R<R2



Текст 15. «Открытие животного электричества»


Днём рождения науки электробиологии по праву считается 26 сентября 1786 г. В этом году итальянский врач и учёный ЛуиджиГальвани начинает новую серию опытов, решив изучить действие на мышцы лягушки «спокойного» атмосферного электричества. Поняв, что лапка лягушки является в некотором смысле чувствительным электродом, он решил попробовать обнаружить с её помощью атмосферное электричество. Повесив препарат на решётке своего балкона, Гальвани долго ждал результатов, но лапка не сокращалась ни при какой погоде.

И вот 26 сентября лапка наконец сократилась. Но это произошло не тогда, когда изменилась погода, а при совершенно других обстоятельствах: лапка лягушки была подвешена к железной решётке балкона на медном крючке и свисающим концом случайно коснулась решётки.

Гальвани проверяет: оказывается всякий раз, как образуется цепь «железо–медь–лапка», тут же происходит сокращение мышц независимо от погоды. Учёный переносит опыты в помещение, использует разные пары металлов и регулярно наблюдает сокращение мышц лапки лягушки. Таким образом, был открыт источник тока, который впоследствии был назван гальваническим элементом.

Как же можно было объяснить эти наблюдения? Во времена Гальвани учёные считали, что электричество не может возникать в металлах, они могут играть только роль проводников. Отсюда Гальвани заключает, источником электричества в этих опытах являются сами ткани лягушки, а металлы только замыкают цепь.


Задание №1. Какую гипотезу пытался проверить Л.Гальвани, начиная в 1786 г. новую серию опытов с лапкой лягушки?


Задание №2. Какой вывод сделал Л.Гальвани на основании своих опытов? В чём состояла ошибочность его вывода?


Задание №3. Из каких основных частей должен состоять гальванический элемент?


Задание №4. Если бы вы проводили опыты, аналогичные опытам Л.Гальвани, то какие бы дополнительные исследования (кроме проверки разных пар металлов) осуществили?


Текст 16. Магнитное поле Земли


Основная часть магнитного поля Земли, по современным воззрениям, имеет внутриземное происхождение. Магнитное поле Земли создается ее ядром. Внешнее ядро Земли жидкое и металлическое.

Благодаря постоянным течениям в жидком ядре и проводимости металла, соответствующий электрический ток создает магнитное поле.

Незначительная часть магнитного поля (около 1%) имеет внеземное происхождение. Возникновение этой части приписывают электрическим токам, текущим в проводящих слоях атмосферы и поверхности Земли.

Магнитное поле Земли находится во взаимодействии с магнитными полями Солнца', планет и потоков заряженных частиц, испускаемых в изобилии Солнцем. Если влиянием самого Солнца и тем более планет из-за удаленности можно пренебречь, то с потоками частиц, иначе — солнечным ветром, так не поступишь. Солнечный ветер представляет собой потоки мчащихся со скоростью около 500 км/с частиц, испускаемых солнечной атмосферой.

В моменты солнечных вспышек, а также в периоды образования на Солнце группы больших пятен, резко возрастает число свободных электронов, которые бомбардируют атмосферу Земли. Это приводит к возмущению токов, текущих в ионосфере Земли, и благодаря этому происходит изменение магнитного поля Земли. Возникают магнитные бури. Такие потоки порождают сильное магнитное поле, которое взаимодействует с полем Земли, сильно деформируя его. Благодаря своему магнитному полю, Земля удерживает в так называемых радиационных поясах захваченные частицы солнечного ветра, не позволяя им проходить в атмосферу Земли и тем более к поверхности. В направлении к Солнцу магнитосфера Земли сплюснута и простирается всего до 10 радиусов планеты. В противоположном направлении имеет место вытянутость до 1000 радиусов планеты.


Задание № 1. Назовите причину возникновения магнитного поля внутри ядра.


Задание № 2. Что собой представляет солнечный ветер? Какие явления в верхних слоях атмосферы вызываются частицами солнечного ветра?

Задание № 3. Почему расположение геомагнитных силовых линий не симметрично относительно земной оси, а Земля имеет своеобразный магнитный хвост?


Задание № 4. Вспомните, что вы знаете о воздействии магнитных бурь на здоровье и жизнедеятельность человека.


Занятие №6


Из истории…


Текст 17. Токи Фуко


Рассмотрим простейший опыт, демонстрирующий возникновение индукционного тока в замкнутом витке из провода, помещённомв изменяющееся магнитное поле. Судить о наличии в витке индукционного тока можно по нагреванию проводника. Если, сохраняя прежние внешние размеры витка, сделать его из более толстого провода, то сопротивление витка уменьшится, а индукционный ток возрастет. Мощность, выделяемая в витке в виде тепла, увеличится.

Индукционные токи при изменении магнитного поля возникают и
в массивных образцах металла, а не только в проволочных контурах. Эти токи обычно называют вихревыми токами, или токами Фуко, по имени открывшего их французского физика. Направление и сила вихревого тока зависят от формы образца, от направления и скорости изменяющегося магнитного поля, от свойств материала, из которого сделан образец.
В массивных проводниках вследствие малости электрического сопротивления токи могут быть очень большими и вызывать значительное нагревание.

Если поместить внутрь катушки массивный железный сердечник и пропустить по катушке переменный ток, то сердечник нагревается очень сильно. Чтобы уменьшить нагревание, сердечник набирают из тонких пластин, изолированных друг от друга слоем лака.

Токи Фуко используются в индукционных печах для сильного нагревания и даже плавления металлов. Для этого металл помещаютв переменное магнитное поле, создаваемое током частотой 500–2000 Гц.

Тормозящее действие токов Фуко используется для создания магнитных успокоителей – демпферов. Если под качающейсяв горизонтальной плоскости магнитной стрелкой расположить массивную медную пластину, то возбуждаемые в медной пластине токи Фуко будут тормозить колебания стрелки. Магнитные успокоители такого рода используются в гальванометрах и других приборах.


Задание №1

Какой железный сердечник будет больше нагреваться в  переменном магнитном поле: сердечник, набранный из тонких изолированных пластин,  или  сплошной сердечник?


Задание №2

Медная пластина, подвешенная на длинной изолирующей ручке, совершает свободные колебания. Если пластину отклонить от положения равновесия и отпустить так, чтобы она вошла со скоростью υ в пространство между полюсами постоянного магнита (см. рисунок), то


hello_html_m4578297c.png


1) частота колебаний пластины возрастёт

2) амплитуда колебаний пластины увеличится

3) колебания пластины резко затухнут

4) пластина будет совершать обычные свободные колебания


Задание №3

В переменном магнитном поле железный сердечник, набранный из тонких изолированных пластин, по сравнению со сплошным сердечником будет нагреваться

1) меньше, так как его электрическое сопротивление будет меньше

2) меньше, так как его электрическое сопротивление будет больше

3) больше, так как его электрическое сопротивление будет меньше

4) больше, так как его электрическое сопротивление будет больше



Текст 17. Опыты Джильберта по магнетизму.

  repr-0

В 1600 году была напечатана книга Вильяма Джильберта «О магните», которая содержит много опытов по магнетизму.Джильберту удалось объяснить, почему наклонение стрелки компаса меняется с географической широтой. Угол наклонения магнитной стрелки — это угол, который в вертикальной плоскости ось магнитной стрелки составляет с плоскостью горизонта. Джильберт выдвинул гипотезу, что наша Земля — большой круглый магнит, причем он полагал, что географические полюсы почти совпадают с магнитными.


 

 repr-0

Джильберт вырезал из природного магнита шар так, чтобы в нем получились полюсы в двух диаметрально противоположных точках. Этот шарообразный магнит он назвал тереллой (рис.1), то есть маленькой Землей. Приближая к ней подвижную магнитную стрелку, можно наглядно показать те разнообразные положения магнитной стрелки, которые она принимает в различных точках земной поверхности: на экваторе стрелка расположена параллельно плоскости горизонта, на полюсе — перпендикулярно плоскости горизонта.Рассмотрим опыт, обнаруживающий «магнетизм через влияние». Подвесим на нитках две железные полоски параллельно друг другу и будем медленно подносить к ним большой постоянный магнит. При этом нижние концы полосок расходятся, так как намагничиваются одинаково (рис.2а). При дальнейшем приближении магнита нижние концы полосок несколько сходятся, так как полюс самого магнита начинает действовать на них с большей силой (рис. 2б).


Задание №1

Как меняется угол наклонения магнитной стрелки по мере движения по земному шару вдоль меридиана от экватора к полюсу?

1) все время увеличивается

2) все время уменьшается

3) сначала увеличивается, затем уменьшается

4) сначала уменьшается, затем увеличивается


Задание №2

В опыте, обнаруживающем «магнетизм через влияние», обе железные полоски намагничиваются. На рисунках 2а и 2б для обоих случаев указаны полюса левой полоски.

На нижнем конце правой полоски

1) в обоих случаях возникает южный полюс

2) в обоих случаях возникает северный полюс

3) в первом случае возникает северный, а во втором возникает южный

4) в первом случае возникает южный, а во втором возникает северный


Задание №3

В каких точках расположены магнитные полюсы тереллы (рис.1)?

1) А и Б

2) А и В

3) Г и В

4) Г и Б



Текст 18. Из истории открытия электромагнитных явлений


Очень внимательно слушает на заседании Французской академии наук выступление её ученого секретаря Франсуа Араго об опытах Эрстеда выдающийся математик Андре Мари Ампер. У него рождается проницательная мысль: если проводник тока всегда окружен магнитными силами, то «электрический конфликт» должен выступать не только между проводом и магнитной стрелкой, но и между двумя проводами, по которым течет ток. За семь дней Ампер конструирует оригинальный электрический прибор и уже на следующем заседании демонстрирует присутствующим взаимодействие двух проводников с током! Если в обоих проводниках электрические токи текут параллельно друг другу в одном направлении, то они притягиваются, эти же проводники отталкиваются, когда токи в них проходят во взаимно противоположных направлениях. Ампер продолжает свои опыты. Свернув проводники в виде двух спиралей, получивших название «соленоиды», он доказывает, что соленоиды, установленные рядом, при пропускании через них тока ведут себя, подобно двум магнитам.

Идеи Ампера были столь новы, что многие члены Французской академии не поняли их революционного научного смысла. «Что же, собственно, нового в том, что вы нам сообщили? — спросил один из них. — Само собой ясно, что если два тока оказывают действие на магнитную стрелку, то они оказывают действие и друг на друга?» За Ампера его оппоненту мгновенно ответил Араго. Он вынул из кармана два ключа и сказал: «Вот каждый из них тоже оказывает действие на магнитную стрелку, однако же они никак не действуют друг на друга...»

Задание № 1. Какую гипотезу пытался проверить Ампер своими опытами? Что надо пони мать под словами «электрический конфликт»?


Задание № 2. Играет ли роль в проверке взаимодействия между проводниками с током расстояние между ними?


Задание № 3. В каком направлении должны протекать токи в двух соленоидах, чтобы они притягивались друг к другу?


Задание № 4. Как вы думаете, каким образом можно исследовать влияние магнитного поля Земли на движение проводника, соленоида или металлической рамки с током?


Занятие №7

В мире интересного


Текст 19. Электрическая дуга


Электрическая дуга — это один из видов газового разряда. Получить её можно следующим образом. В штативе закрепляют два угольных стержня заострёнными концами друг к другу и присоединяют к источнику тока. Когда угли приводят в соприкосновение, а затем слегка раздвигают, между концами углей образуется яркое пламя, а сами угли раскаляются добела. Дуга горит устойчиво, если через неё проходит постоянный электрический ток. В этом случае один электрод является всё время положительным (анод), а другой — отрицательным (катод). Между электродами находится столб раскалённого газа, хорошо проводящего электричество. Положительный уголь, имея более высокую температуру, сгорает быстрее, и в нём образуется углубление — положительный кратер. Температура кратера в воздухе при атмосферном давлении доходит до 4 000 °С.

Дуга может гореть и между металлическими электродами. При этом электроды плавятся и быстро испаряются, на что расходуется большая энергия. Поэтому температура кратера металлического электрода обычно ниже, чем угольного (2 000—2 500 °С). При горении дуги в газе при высоком давлении (около 2 ·106 Па) температуру кратера удалось довести до 5 900 °С, т. е. до температуры поверхности Солнца. Столб газов или паров, через которые идёт разряд, имеет ещё более высокую температуру — до 6 000—7 000 °С. Поэтому в столбе дуги плавятся и обращаются в пар почти все известные вещества.

Для поддержания дугового разряда нужно небольшое напряжение, дуга горит при напряжении на её электродах 40 В. Сила тока в дуге довольно значительна, а сопротивление невелико; следовательно, светящийся газовый столб хорошо проводит электрический ток. Ионизацию молекул газа в пространстве между электродами вызывают своими ударами электроны,испускаемые катодом дуги. Большое количество испускаемых электронов обеспечивается тем, что катод нагрет до очень высокой температуры. Когда для зажигания дуги вначале угли приводят в соприкосновение, то в месте контакта, обладающем очень большим сопротивлением, выделяется огромное количество теплоты. Поэтому концы углей сильно разогреваются, и этого достаточно для того, чтобы при их раздвижении между ними вспыхнула дуга. В дальнейшем катод дуги поддерживается в накалённом состоянии самим током, проходящим через дугу.


Задание № 1. Электрическая дуга — это

А. излучение света электродами, присоединёнными к источнику тока.

Б. электрический разряд в газе.

Правильный ответ

1) только А

2) только Б

3) и А, и Б

4) ни А, ни Б


Задание №2. Ионизацию молекул газа в пространстве между электродами вызывает

1) электрическое напряжение между электродами

2) тепловое свечение анода

3) удары молекул газа электронами, испускаемыми катодом

4) электрический ток, проходящий через электроды при их соединении


Задание № 3. Может ли расплавиться кусок олова в столбе дугового разряда? Ответ поясните.


Текст 20. Магнитобезопасность


Электромагнитные поля окружают нас буквально всюду: дома, в поезде метро, в салоне троллейбуса или трамвая. Тронулся за стеной лифт, загудел компрессор холодильника, щёлкнуло реле обогревателя – всё это означает, что возникло электромагнитное поле. А его магнитная составляющая, как стало известно, хорошо проникает через любые преграды, в том числе и внутрь нашего тела.

Практически в каждой квартире имеются сегодня электробытовые приборы: телевизоры, холодильники, электроутюги, стиральные машины и т.п. Все они в работающем состоянии окружены соответствующим магнитным полем (см. диаграмму 1). При работе с бытовыми приборами главное значение имеет не столько величина магнитного поля прибора, сколько расстояние до него (пропорционально квадрату этого расстояния падает интенсивность магнитного поля), а также время работы с ним.

04-05

Средние уровни магнитного поля промышленной частоты бытовых электроприборов на расстоянии 0,3 м. Человеческий организм всегда реагирует на электромагнитное поле. Однако, чтобы эта реакция переросла в патологию и привела к заболеванию, необходимо совпадение ряда условий, в том числе достаточно высокий уровень поля и продолжительность облучения.

Статистические исследования, проведённые в Швеции, США, Канаде, Франции, Дании и Финляндии, показали, что увеличение индукции магнитного поля от 0,1 мкТл до 4 мкТл в несколько раз повышает риск развития лейкемии у детей, а там, где индукция составляет 0,3 мкТл и выше, онкологические заболевания встречаются в два раза чаще. Поэтому сегодня принято считать, что магнитное поле промышленной частоты может быть опасным для здоровья человека, если происходит продолжительное облучение (регулярно, не менее 8 ч/сут. в течение нескольких лет) с уровнем выше 0,2 мкТл.


Задание №1. Почему электробытовые приборы в работающем состоянии окружены магнитными полями?

Задание №2. Как вы понимаете используемое в тексте словосочетание «магнитное поле промышленной частоты»?

Задание №3. Какие из представленных на диаграмме бытовых приборов могут создавать опасные для человека магнитные поля? Почему в подписи к этой диаграмме указано расстояние 0,3 м?

Задание № 4. Почему для определения безопасного уровня магнитного поля использовались именно статистические исследования?



Текст 21. Термен — изобретатель электромузыкального инструмента


«Я собрал два генератора высокой частоты. У одного частота была постоянная, а у другого — изменялась при продувании газа между обкладками конденсатора. С выходов генератора подал сигнал на смеситель. На выходе смесителя возникали биения с частотой, равной разности частот ВЧ-генераторов. Затем сигнал биений усиливался и измерялся вольтметром. Вскоре пришла в голову мысль: а что, если вместо вольтметра подключить громкоговоритель? Ведь частота биений находилась в звуковом диапазоне! Подключил. В громкоговорителе раздался звук. При поднесении руки к конденсатору частота колебаний изменялась. Так как я играл на виолончели, то быстро сыграл несложную мелодию. В институте разнесся слух: Термен играет на вольтметре». Так рассказывал Лев Сергеевич Термен. Инструмент получил название «терменвокс» (голос Термена). Наружу «выглядывают» антеннообразный стержень и дуга — они-то и играют роль колебательной системы устройства. Исполнитель управляет работой терменвокса, изменяя положение ладоней. Двигая рукой вблизи стержня, исполнитель регулирует "высоту звука. «Жестикуляция» в воздухе около дуги позволяет повышать или понижать громкость звучания. Движения осуществляются в пространстве без контакта с антенной. Представляете, как трудно играть на таком инструменте?


Задание № 1. Что вы понимаете под частотой звукового диапазона? Каким образом возникает такая частота на выходе смесителя?

Задание № 2. Каким образом электромагнитные колебания преобразуются в звуковые?

Задание № 3. Каким образом с помощью руки менялась частота колебательного контура?

Задание № 4. 'Этот аппарат, сконструированный в 1920 г., мог работать не только как музыкальный инструмент, но и как охранный сигнализатор для особо важных объектов. Каков был принцип действия такого сигнализатора?


Текст 22. Электромагнитные поля сотовых телефонов


Главное преимущество мобильного телефона состоит в том, что он поддерживает постоянную радиотелефонную связь при перемещении абонента в пределах так называемой «зоны покрытия», где установлены приемные и передающие антенны. Включенный мобильный телефон автоматически время от времени посылает сигналы, поддерживая связь с ближайшим к нему приемником-передатчиком, который предоставляет ему один из свободных каналов. Интенсивность радиоволн на поверхности такого вторжения в природный мир полностью пока не известны. Рассмотрим несколько негативных проявлений.

Сотовые телефоны создают угрозу другим радиоэлектронным средствам в связи с так называемой проблемой электромагнитной совместимости, т.е. созданием взаимных помех различными радиоэлектронными устройствами. Первыми забили тревогу авиаторы. Не надо объяснять, что может случиться с заходящим на посадку самолетом, если у него вдруг откажет навигационная система или автопилот. Многие известные компании запретили пользоваться сотовыми телефонами на своих бензозаправочных станциях.

Звонок по сотовому телефону может создать угрозу здоровью и жизни человека в больнице, где используется чувствительное электронное оборудование.

С утверждением, что излучения сотовых телефонов влияют на здоровье, соглашаются практически все специалисты. Особенно чувствительными к воздействию электромагнитных полей являются нервная, иммунная, эндокринно-регулятивная и половая системы. Наиболее подвержены воздействию излучений сотового телефона развивающиеся организмы.


Задание № 1. Назовите достоинства сотовой связи, которые не «позволяют» нам отказаться от мобильных телефонов.

Задание № 2. Почему запрещается пользоваться сотовыми телефонами в местах, где производятся взрывные работы, в пожаро- и взрывоопасных помещениях?

Задание № 3. Объясните, почему людям, использующим кардиостимуляторы, включенный сотовый телефон всегда следует держать на расстоянии не менее 15 см от кардиостимулятора.

Задание № 4. Почему не рекомендуется находиться подолгу вблизи антенны ретранслятора провайдера?


Занятие №8


Итоговое занятие


Текст 23. Пьезоэлектричество


 В 1880 году французские ученые — братья Пьер и Поль Кюри — исследовали свойства кристаллов. Они заметили, что если кристалл кварца сжать с двух сторон, то на его гранях, перпендикулярных направлению сжатия, возникают электрические заряды: на одной грани — положительные, на другой — отрицательные. Таким же свойством обладают кристаллы турмалина, сегнетовой соли, даже сахара. Заряды на гранях кристалла возникают и при его растяжении. Причем если при сжатии на грани накапливался положительный заряд, то при растяжении на этой грани будет накапливаться отрицательный заряд, и наоборот. Это явление было названо пьезоэлектричеством (от греческого слова "пьезо" — давлю). Кристалл с таким свойством называют пьезоэлектриком.

В дальнейшем братья Кюри обнаружили, что пьезоэлектрический эффект обратим: если на гранях кристалла создать разноимённые электрические заряды, он либо сожмется, либо растянется, в зависимости от того, к какой грани приложен положительный и к какой — отрицательный заряд.

На явлении пьезоэлектричества основано действие широко распространенных пьезоэлектрических зажигалок. Основной частью такой зажигалки является пьезоэлемент — керамический пьезоэлектрический цилиндр с металлическими электродами на основаниях. При помощи механического устройства производится кратковременный удар по пьезоэлементу. При этом на двух его сторонах, расположенных перпендикулярно направлению действия деформирующей силы, появляются разноимённые электрические заряды. Напряжение между этими сторонами может достигать нескольких тысяч вольт. По изолированным проводам напряжение подводится к двум электродам, расположенным в наконечнике зажигалки на расстоянии 3–4 мм друг от друга. Возникающий между электродами искровой разряд поджигает смесь газа и воздуха.

Несмотря на очень большие напряжения (~10 кВ) опыты с пьезозажигалкой совершенно безопасны, так как даже при коротком замыкании сила тока оказывается такой же ничтожно малой и безопасной для здоровья человека, как при электростатических разрядах при снимании шерстяной или синтетической одежды в сухую погоду.

Зажигалки, действие которых основано на явлении пьезоэлектрического эффекта, широко распространены. Пьезоэффект заключается в появлении разности потенциалов между гранями некоторых твердых кристаллических тел при их сжатии или растяжении. Количество электричества, возникающего при деформации пьезоэлектрика, пропорционально силе, вызывающей деформацию.


Задание №1

Пьезоэлектричество – это явление

1) возникновения электрических зарядов на поверхности кристаллов при их деформации

2) возникновения деформации растяжения и сжатия в кристаллах

3) прохождения электрического тока через кристаллы

4) прохождения искрового разряда при деформации кристаллов

Задание №2

Пьезоэлектрический кристалл сжали в вертикальном направлении. При этом на левой грани образовался положительный заряд. Если теперь на правой грани того же недеформированного кристалла создать положительный заряд, а на левой — отрицательный, то кристалл

1) сожмется в вертикальном направлении

2) приобретет отрицательный заряд на верхней грани

3) растянется в вертикальном направлении

4) приобретет отрицательный заряд на нижней грани


Задание №3

В начале 20-го века французский ученый Поль Ланжевен изобрел излучатель ультразвуковых волн. Заряжая грани кварцевого кристалла электричеством от генератора переменного тока высокой частоты, он установил, что кристалл совершает при этом колебания с частотой, равной частоте изменения напряжения. В основе действия излучателя лежит

1) прямой пьезоэлектрический эффект

2) обратный пьезоэлектрический эффект

3) явление электризации под действием внешнего электрического поля

4) явление электризации при ударе




Раздел 4. Оптика и квантовая физика


Занятие 1.

«Повторение теоретического материала по оптике и квантовой физике»


Прочитайте опорный конспект.

1.Оптика — раздел физики, в котором изучается излучение света, его распространение и взаимодействие с веществом.

2. Закон прямолинейного распространения света: cвет в однородной и изотропной среде распространяется прямолинейно.

Доказательством этому служит образование тени и полутени. Если источник света S точечный, то позади непрозрачного предмета М образуется тень (рис. 94, а), а если источник света S протяженный, то позади такого предмета М образуются тень и полутени (рис. 94, б).

3.Точечным источником света называют абстрактный источник, представляющий собой светящуюся материальную точку. Если точечный источник света удален в бесконечность, то его лучи падают на освещаемый предмет параллельным пучком.

4. Световой луч — это линия, вдоль которой распространяется световая энергия.

5. При падении световых лучей на непрозрачную гладкую преграду они меняют направление, возвращаясь в прежнюю среду. Это явление называется отражением света.Угол между падающим лучом и перпендикуляром к отражающей свет поверхности называется угломотражения (рис. 95).



hello_html_6e21c898.png












6. Законы отражения:

hello_html_m4e0990bc.png


  • луч падающий и луч отраженный всегда лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным в точку падения к отражающей поверхности, по разные стороны от него;

  • угол отражения всегда равен углу падения: =.

Если луч падает перпендикулярно отражающей поверхности, то угол падения равен нулю, поэтому и угол отражения тоже равен нулю. В этом случае луч отражается в обратном направлении — сам по себе.

На законе отражения основано получение изображения в плоском зеркале (рис. 96).


hello_html_m35a61d8e.png

Плоское зеркало тп дает мнимое и прямое изображение A1B1 равное по размеру предмету АВ и расположенное от зеркала на таком же расстоянии, что и предмет.

8. При переходе света из одной прозрачной среды в другую меняется направление светового луча. Это явление называется преломлением света.Угол между преломленным лучом и перпендикуляром к преломляющей поверхности называется углом преломления(рис. 97).

hello_html_f0f6dfc.png

9. Законы преломления:

  • луч падающий и луч преломленный всегда лежат в одной плоскости с перпендикуляром, опущенным в точку падения луча к преломляющей поверхности, по разные стороны от перпендикуляра;

  • отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред и называется показателем преломления п:

sin/sin=n

Показатель преломления разных прозрачных сред приводится в справочных данных.

Проходя сквозь стеклянную плоскопараллельную пластинку, луч не меняет своего направления, а лишь смещается на расстояние х (рис. 98). Смещение луча х тем больше, чем толще пластинка и чем больше показатель преломления ее вещества.

hello_html_4785d9a2.png


Проходя сквозь треугольную призму, изготовленную из оптически более плотного, чем окружающая среда, вещества, луч дважды преломляется, отклоняясь к ее основанию (рис. 99).

hello_html_1017907c.png

10. Линзой называют прозрачное для света тело, ограниченное сферическими или иными криволинейными поверхностями, одна из которых может быть плоской.

11. Если линза в средней части толще, чем у краев, то она называется выпуклой, а

12. Если линза в средней части тоньше, чем у краев, то она называется вогнутой.

Двояковыпуклая линза является собирающей, так как она собирает после преломления параллельные лучи в одной точке (рис. 100, а).

13. Геометрический центр линзы называется ее главным оптическим центром О.

hello_html_1e64ab33.png

14. Прямая тп, проходящая через центры сфер О1 и 02, поверхности которых образуют линзу, называется главной оптической осью линзы.

15. Точка, в которой пересекаются лучи, падающие на линзу параллельно ее главной оптической оси, называется фокусом линзы F.

Фокус линзы F делит расстояние между центром сферы O1 и главным оптическим центром линзы О пополам, поэтому центр O1 называют двойным фокусом линзы 2F.

16.Расстояние OF от фокуса линзы до ее главного оптического центра называется фокусным расстоянием линзыи тоже обозначается буквой F.

Собирающая линза имеет два действительных фокуса F и два двойных фокуса 2F, расположенных по обе стороны линзы. На рис. 100, б показано условное изображение собирающей линзы.

Любой луч аб, проходящий через главный оптический центр линзы О, не преломляется.

17. Двояковогнутая линза рассеивает пучки параллельных лучей, падающих на нее, поэтому она называется рассеивающей линзой.

Если пучок лучей падает на рассеивающую линзу параллельно ее главной оптической оси, то после преломления в линзе их мнимые продолжения пересекаются в одной точке, которая является мнимым фокусом F рассеивающей линзы (рис. 101, а). Рассеивающая линза имеет два мнимых фокуса F, расположенных на главной оптической оси по обе стороны от нее на середине отрезка O1O2. На рис. 101, б показано условное изображение рассеивающей линзы.

hello_html_m6e1934d4.png

18. Построение изображений получаемых линзой. Чтобы построить изображение предмета АВ в собирающей линзе, надо сначала построить изображение точки А, не лежащей на главной оптической оси (рис. 102). Для этого сначала из точки А проведем к линзе луч, параллельный главной оптической оси, — после преломления он пойдет через фокус. Затем из этой же точки А проведем через главный оптический центр линзы О луч, который не преломляется, — побочную ось. Точка А1 в которой после преломления пересекутся эти два луча, и будет изображением точки А. Затем, если предмет АВ был перпендикулярен главной оптической оси тп, опустить из точки А1 на главную оптическую ось перпендикуляр и в его основании на оси получить изображение В1 точки В.

Если предмет АВ находится за двойным фокусом собирающей линзы, то его действительное изображение А1В1 будет обратным (перевернутым), уменьшенным и расположится между фокусом F и двойным фокусом 2Fпо другую сторону линзы (рис. 102, а). Если предмет АВ расположен в двойном фокусе 2F, то его действительное изображение A1B1будет обратным, равным по размерам самому предмету и тоже расположенным в двойном фокусе по другую сторону линзы (рис. 102, б). Если предмет АВ находится между двойным фокусом 2Fи фокусом F, то его действительное изображение A1B1 будет увеличенным, обратным и расположится за 2F по другую сторону линзы (рис. 102, в). Если предмет АВ находится в фокусе линзы F, то его изображение уйдет в бесконечность (рис. 102, г). И наконец, если предмет АВ находится между фокусом F и линзой, то его мнимое изображение А1В1 в собирающей линзе будет прямым, увеличенным и расположится с той же стороны линзы, что и сам предмет АВ (рис. 102, д).

В рассеивающей линзе изображение предмета А1В1 будет всегда мнимым, прямым и уменьшенным и расположено по ту же сторону линзы, что и сам предмет (рис. 103). Оно отличается от мнимого изображения в собирающей линзе тем, что там оно увеличенное (рис. 102, д).


hello_html_18b9b06a.png

hello_html_21c411e4.png

19. Величина D, обратная фокусному расстоянию, называется оптической силой линзы:

D = 1/F.

Оптическая сила линзы может быть положительной и отрицательной. Положительной считается оптическая сила собирающей линзы, а отрицательной — рассеивающей.

Единица оптической силы в СИ — диоптрия (дптр). Одна диоптрия — это оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1 м.

20. Световые волны — это электромагнитные волны с длиной волны от нескольких десятков микрон у инфракрасного света до сотых долей микрона у ультрафиолетового. На шкале электромагнитных волн световые волны располагаются между сверхвысокочастотными радиоволнами и рентгеновскими лучами. Свет обладает дуализмом, т. е. двойственностью свойств, — он одновременно и волна, и поток частиц. Когда свет распространяется в пространстве, то обнаруживает свои волновые свойства.

Свет испускают возбужденные атомы вещества. По современным представлениям атом состоит из электронной оболочки и ядра.

21. Ядро атома включает в себя положительно заряженные частицы — протоны и нейтральные частицы — нейтроны. Протоны и нейтроны вместе называются нуклонами.

Когда атом нейтрален, число протонов в ядре равно числу электронов на орбите. Суммарное число протонов и нейтронов ядра называется массовым числом А (или М). Массовое число А равно сумме числа нейтронов N и зарядового числа Z, т.е. числа протонов в ядре. Зарядовое число Z равно порядковому номеру элемента в таблице Менделеева:

А = N + Z.

Массы ядер и элементарных частиц в атомной физике измеряют в атомных единицах массы — сокращенно а.е.м.: 1 а.е.м. = 1,66 • 10 -27 кг.

Если некоторый элемент обозначен AZX, это означает, что в его ядре Z протонов и N = AZ нейтронов.

22. Изотопамиодного и того же элемента называются разновидности его атомов, в ядрах которых содержится одинаковое число протонов, но разное число нейтронов.

Из-за этого изотопы одного и того же элемента имеют одинаковые химические, но разные радиоактивные свойства.

23. Между нуклонами ядра действуют самые мощные силы природы — ядерные силы. Ядерные силы удерживают нуклоны в ядре, препятствуя их распаду из-за одновременного действия электрических сил отталкивания одноименно заряженных протонов. Ядерные силы короткодействующие, они действуют на расстояниях порядка 10-14 — 10~15 м.

24.Энергия связи атомного ядра — это минимальная энергия, необходимая для расщепления ядра на отдельные нуклоны.

Суммарная масса частиц, необходимых для образования ядра, всегда меньше массы готового ядра из этих частиц на величину дефекта массы М. Дефект массы — это разность между суммарной массой частиц, необходимых для образования ядра, и массой ядра из этих частиц.

Еcв= Мc2 и Еcв =(Zmp + NmnМ я)с2.

25. Радиоактивностью называется способность ядер одних элементов превращаться в ядра других элементов с испусканием элементарных частиц.

26. В состав радиоактивного излучения входят альфа-частицы, бета-частицы и гамма-лучи.

Альфа-частицы 42Не — это ядра гелия.

Бета-частицы -1 ое — это быстрые электроны.

Гамма-лучи γ — это электромагнитные волны с наименьшей на шкале электромагнитных волн длиной волны и наибольшей частотой.

27.При радиоактивном распаде происходит смещение элемента из одной клетки таблицы Менделеева в другую. При альфа-распаде ядро некоторого элемента , испуская альфа-частицу 42Не, теряет два протона и два нейтрона (всего 4 нуклона) и новый элемент z-2А-4Y переходит на две клетки к началу таблицы Менделеева. Символически реакция альфа-распада записывается следующим образом:

А zX —>A-4Z-2Y + 42Не .

При бета-распаде ядро некоторого элемента AZХ, испустив бета-частицу, т.е. быстрый электрон 0 -1 е , переходит на одну клетку к концу таблицы Менделеева. Символически такая реакция выглядит следующим образом:

А zX —>AZ+1Y + 0 -1 е.

28. Закон сохранения зарядового и массового чисел: сумма массовых чисел до реакции (слева от стрелки) равна сумме массовых чисел после реакции (справа от стрелки). То же самое касается и зарядовых чисел.

Кроме этого, все ядерные реакции подчиняются законам сохранения импульса и энергии.

29. Если сумма масспродуктов реакции больше суммы масс исходных ядра и частицы, вступивших в реакцию, то такая реакция протекает с поглощением энергии и называется эндотермической реакцией.

30. Если сумма масс продуктов реакции меньше суммы масс исходных ядра и частицы, то такая реакция протекает с выделением энергии в виде гамма-квантов и называется экзотермической.

31. Ядерная реакция деления ядра урана 235 92U под воздействием нейтронов, при которой число вновь образующихся при каждом акте деления нейтронов больше числа нейтронов до деления, называется цепной реакцией деления.

32. Биологическое воздействие на живые организмы характеризуется поглощенной дозой D — величиной, равной отношению поглощенной организмом энергии Е к его массе m:

D=E/m

Единица поглощенной дозы в СИ — грей (Гр).

Гр = Дж/кг = м2. с-2.

Основные формулы

  1. Закон преломления

sin/sin=n

угол падения (рад),

угол преломления (рад), п — показатель преломления второй среды относительно первой (безразмерный).

  1. Оптическая сила линзы

D=1/F

D — оптическая сила линзы (дптр),

F — фокусное расстояние линзы (м).

  1. Формула массового числа

A = Z + N

А — массовое число, или сумма числа протонов и нейтронов (нуклонов) в ядре (безразмерное),

Z — зарядовое число, или число протонов в ядре (безразмерное),

N — число нейтронов в ядре (безразмерное).

4.Связь массы покоя и энергии покоя тела

Eо = тoc2

Е0 — энергия покоя (Дж), т0 — масса покоя тела (кг), с = 3 • 108 м/с — скорость света в вакууме.

5.Формулы энергии связи

Еcв= Мc2 и Еcd =(Zmp + NmnМ я)с2

Есв — энергия связи (Дж),

с — скорость света в вакууме.


Занятие 2.

Проверка знаний по теме «Оптика и квантовая физика».


Выполните тест:

  1. Луч упал на поверхность плоского зеркала перпендикулярно ей. Угол падения равен:

  1. 90°; 2) 180°; 3) 0°; 4) 45°.

  1. Луч АО упал на зеркало тп (рис. 104). Чему равен угол между отраженным лучом и поверхностью зеркала?

hello_html_m3a766953.png

  1. Угол между солнечным лучом и горизонтом равен 30°. Чему равен угол отражения?

  1. 30°; 2) 45°; 3) 60°; 4) 90°.

  1. Изображение предмета в плоском зеркале является:

  1. мнимым, прямым, уменьшенным и расположенным на таком же расстоянии от зеркала, что и сам предмет;

  2. действительным, обратным, равным предмету и расположенным на меньшем расстоянии от зеркала по сравнению с расстоянием от зеркала до предмета;

  3. мнимым, прямым, равным предмету и расположенным на таком же расстоянии от зеркала, что и сампредмет;

  4. мнимым, обратным, уменьшенным и расположенным на таком же расстоянии от зеркала, что и сам предмет.

  1. Пройдя некую оптическую систему, параллельный пучок лучей света повернулся на 90°. Эта оптическая система представляет собой:

1)плоскопараллельную пластинку;

2) собирающую линзу;

3) треугольную призму;

4)рассеивающую линзу.

  1. Предмет расположен в фокусе собирающей линзы. Его изображение будет:

  1. прямым, увеличенным и мнимым;

  2. прямым, уменьшенным и мнимым;

  3. обратным, уменьшенным и мнимым;

  4. изображения не будет.

  1. Чему равна оптическая сила линзы, изображенной на рис. 105?

hello_html_m71b3c956.png

  1. Угол падения света на плоское зеркало тп= 30°. Чему будет равен угол отражения, если повернуть это зеркало на = 10°?

  2. Стрелка АБ отражается в плоском зеркале тп. На каком из рисунков (рис. 106, а—г) верно показано изображение стрелки в этом зеркале?


hello_html_28820354.png

  1. Чему равна оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 25 см?

  1. 5 дптр; 2) 0,04 дптр;

3) 0,5 дптр; 4) 4 дптр.

11. Предмет расположен между фокусом и собирающей линзой. Его изображение будет:

  1. мнимым, прямым и увеличенным;

  2. мнимым, прямым и уменьшенным;

  3. действительным, обратным и увеличенным;

  4. действительным, обратным и уменьшенным.

12.Какие цвета правильно расположены по мере возрастания частоты соответствующих световых волн?

1) Красный, голубой, оранжевый, фиолетовый;

  1. желтый, зеленый, синий, фиолетовый;

  2. оранжевый, зеленый, синий, голубой;

  3. красный, оранжевый, синий, зеленый.

13.Какие цвета правильно расположены по мере возрастания длины соответствующих световых волн?

1) Фиолетовый, зеленый, желтый, оранжевый;

2) желтый, зеленый, синий, красный;

3) оранжевый, зеленый, синий, голубой;

4) фиолетовый, синий, желтый, зеленый.

14.На освещенной мыльной пленке чередуются темные и светлые полосы. Это явление называется

  1. отражением света;

  2. преломлением света;

  3. интерференцией света;

  4. рассеиванием света.

15.Свет обладает:

  1. только свойствами волн;

  2. только свойствами частиц;

  3. и свойствами волн, и свойствами частиц;

  4. в зависимости от частоты или свойствами волн, или свойствами частиц.

16.С увеличением частоты световой волны

  1. увеличивается скорость волны;

  2. уменьшается длина волны;

  3. уменьшается скорость волны;

  4. уменьшается длина волны.

17.Свет переходит из воздуха в стекло. При этом:

  1. изменяются длина волны и частота;

  2. изменяются скорость волны и период;

  3. изменяются скорость и частота;

  4. изменяются длина волны и скорость.

18.Ядро атома состоит из:

  1. электронов и протонов;

  2. протонов и нейтронов;

  3. электронов и нейтронов;

  4. электронов, протонов и нейтронов.

19.Атом состоит из:

  1. электронов и протонов;

  2. протонов и нейтронов;

  3. электронов и нейтронов;

  4. электронов, протонов и нейтронов.

20.Альфа-частицы — это:

  1. электроны; 2) протоны;

  2. нейтроны; 4) ядра гелия.

21.Бета-частицы — это:

1)электроны; 2) протоны;

3) нейтроны; 4) ядра гелия.

22.В 1896 г. ученый Анри Беккерель открыл:

  1. из чего состоит атом;

  2. из чего состоит ядра атома;

  3. радиоактивность;

  4. интерференцию света.

23.Радиоактивные лучи представляют собой:

  1. поток молекул;

  2. поток атомов;

  3. поток электронов, ядер гелия и гамма-квантов;

  4. поток ядер разных элементов.

24.Массовое число ядра — это:

  1. масса протонов и нейтронов, входящих в ядро;

  2. сумма масс частиц, входящих в состав атома;

  3. разность между массой нейтронов и массой протонов ядра;

  4. число нейтронов и протонов в ядре.

25.Зарядовое число — это:

  1. число протонов и нейтронов, входящих в ядро;

  2. число электронов и протонов, входящих в состав атома;

  3. число нейтронов ядра;

  4. число протонов ядра.

26.Какая частица образуется в результате реакции

12 7 N11 6 С+?

1) Протон; 2) альфа-частица;

3) нейтрон; 4) бета-частица.

27.Какая частица образуется в результате реакции

9 4Be + 4 2Не12 6С + ?

1) Протон; 2) альфа-частица

3) нейтрон; 4) бета-частица.

28.Какая частица образуется в результате реакции

226 88Rd222 86 Rn+ ?

1) Протон; 2) альфа-частица;

3) нейтрон; 4) бета-частица.

29.Какая частица образуется в результате реакции

157N158O + ?

30.Нуклоны — это:

  1. электроны и протоны;

  2. электроны и нейтроны;

  3. протоны и нейтроны.

31.Сколько нейтронов содержится в ядре бериллия 9 4 Ве?

1) 4 2) 5 3) 13 4) 9

32.Сколько протонов содержится в ядре урана 23692U ?

1) 46 2) 144 3) 236 4) 92.

33.Сколько нуклонов содержится в ядре железа 56Fe ?

1) 26 2) 30 3) 56 4) 82.

34.Изотопы — это:

  1. ядра с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов;

  2. ядра с одинаковым числом нейтронов, но разным числом протонов;

  3. атомы, у которых число электронов больше числа протонов;

  4. атомы, у которых число электронов меньше числа протонов.

35.Ядерные силы действуют только между:

  1. протонами ядра;

  2. нейтронами ядра;

  3. электронами и протонами;

  4. нуклонами ядра.

36.Ядерные силы действуют на расстояниях, сравнимых с размерами:

1) молекулы 2) атома 3) ядра.

37.Дефект массы — это разность между:

  1. массой нейтрона и протона;

  2. массой атома и ядра;

  3. массой протона и электрона;

  4. массой нуклонов и ядра.

38.Энергия связи атомного ядра определяется по формуле:

1) mv/2 2) mc 3) mgh4) mc2.

39.Цепная реакция деления ядра урана происходит при попадании в ядро:

1) протона

2) нейтрона

3) электрона

4) атома.

40.Термоядерная реакция — это реакция:

  1. деления тяжелых ядер;

  2. синтеза легких ядер.

41.Какая частица называется позитроном?

1) 1 0n 2)0 -1 e 3) 0 +1 e.

42.Аннигиляция — это:

  1. превращение электрона и позитрона в гамма- кванты;

  2. превращение гамма-квантов в электрон и позитрон;

  3. деление ядер урана при попадании в них нейтронов;

  4. синтез легких ядер.

43.В атомы антивещества входят:

1) электроны; 2) нейтроны;

3) протоны; 4) позитроны.



Занятие 3. Тема

«Геометрическая оптика».


Текст 1. Опыты Птолемея по преломлению света.


Греческий астроном Клавдий Птолемей (около 130 г. н. э.) − автор замечательной книги, которая в течение почти 15 столетий служила основным учебником по астрономии. Однако кроме астрономического учебника, Птолемей написал еще книгу «Оптика», в которой изложил теорию зрения, теорию плоских и сферических зеркал и описал исследование явления преломления света.

С явлением преломления света Птолемей столкнулся, наблюдая звезды. Он заметил, что луч света, переходя из одной среды в другую, «ломается». Поэтому звездный луч, проходя через земную атмосферу, доходит до поверхности Земли не по прямой, а по ломаной линии, то есть происходит рефракция (преломление света). Искривление хода луча происходит из-за того, что плотность воздуха меняется с высотой.

Чтобы изучить закон преломления, Птолемей провел следующий эксперимент. Он взял круг и укрепил на нем две подвижные линейки l1 и l2 (см. рисунок). Линейки могли вращаться около центра круга на общей оси О.

Птолемей погружал этот круг в воду до диаметра АВ и, поворачивая нижнюю линейку, добивался того, чтобы линейки лежали для глаза на одной прямой (если смотреть вдоль верхней линейки). После этого он вынимал круг из воды и и преломлениясравнивал углы падения . Он измерял углы с точностью до 0,5°. Числа, полученные Птолемеем, представлены в таблице.

опыта

1

2

3

4

5

6

7

8

Угол падения a, град

10

20

30

40

50

60

70

80

Угол преломления b, град

8

15,5

22,5

28

35

40,5

45

50

Птолемей не нашел «формулы» взаимосвязи для этих двух рядов чисел. Однако если определить синусы этих углов, то окажется, что отношение синусов выражается практически одним и тем же числом даже при таком грубом измерении углов, к которому прибегал Птолемей.


Задание 1.

Под рефракцией в тексте понимается явление

1) изменения направления распространения светового луча из-за отражения на границе атмосферы.

2) изменения направления распространения светового луча из-за преломления в атмосфере Земли.

3) поглощения света при его распространении в атмосфере Земли.

4) огибание световым лучом препятствий и, тем самым, отклонения от прямолинейного распространения.


Задание 2.

Какой из приведенных ниже выводов противоречит опытам Птолемея?

1) угол преломления меньше угла падения при переходе луча из воздуха в воду.

2) с увеличением угла падения линейно увеличивается угол преломления.

3) отношение синуса угла падения к синусу угла преломления не меняется.

4) синус угла преломления линейно зависит от синуса угла падения.


Задание 3.

Из-за рефракции света в спокойной атмосфере кажущееся положение звезд на небосклоне относительно горизонта

1) выше действительного положения.

2) ниже действительного положения.

3) сдвинуто в ту или иную сторону по вертикали относительно действительного положения.

4) совпадает с действительным положением.


Текст 2. Радуга.


 
рис.1

рис.2

Радуга — это разноцветная дуга на небосводе. Наблюдается она, когда Солнце освещает завесу дождя, расположенную на противоположной стороне неба.Радуга наглядно демонстрирует смесь цветов, составляющих белый свет. Капли влаги в атмосфере действуют подобно призмам, разлагая свет на составляющие его цвета. Наблюдатель видит различные цвета спектра, создаваемые множеством капель. В зависимости от положения наблюдателя относительно Солнца, капель влаги и горизонта он видит радугу различной. Иногда можно видеть две радуги: внутреннюю, или первичную, и внешнюю, или вторичную. Цвета в этих радугах располагаются в

противоположной последовательности. Луч света, проходя дождевую каплю, испытывает дисперсию, затем отражается от задней поверхности капли прямо по направлению к наблюдателю — так возникает первичная радуга (рис. 1). Некоторые лучи дважды отражаются внутри капли (рис. 2), создавая последовательность цветов, наблюдаемую во вторичной радуге.


Задание№1.

По каким причинам во вторичной радуге последовательность цветов обратна цветам первичной радуги?

А. лучи внутри капли испытывают двойное отражение

Б. лучи испытывают двойное преломление

1) только А.

2) только Б.

3) и А, и Б .

4) другие причины.














Тест3. Рассеяние световых лучей в атмосфере.


Проходя через земную атмосферу, поток солнечных лучей частично рассеивается, частично поглощается и до Земли доходит ослабленным.
В видимой части спектра поглощение играет малую роль в сравнении с рассеянием. Именно за счёт рассеяния происходит главное ослабление световых солнечных лучей.

Рассеяние световых лучей сильно зависит от длины волны. По расчётам английского физика лорда Рэлея, интенсивность рассеянного света в чистом воздухе обратно пропорциональна четвёртой степени длины волны. Поэтому, проходя через атмосферу, лучи разных длин волн ослабляются по-разному: короткие световые волны (фиолетово-голубая часть спектра) рассеваются значительно сильнее длинных (красная часть спектра). Это приводит к тому, что желтоватый свет Солнца при рассеянии превращается в голубой цвет неба.

Крупные частицы пыли практически одинаково рассеивают все длины волн видимого света. Наличие в воздухе сравнительно крупных частичек пыли добавляет к рассеянному голубому свету свет, отражённый частичками пыли, то есть почти неизменный свет Солнца. Цвет неба становится в этих условиях белесоватым.

Чем ближе опускается Солнце к горизонту, тем больше ослабляются его лучи (см. рисунок). На рисунке наблюдатель находится на Земле в точке О. Если Солнце в зените, то есть вертикально над головой, то его лучи проходят в атмосфере путь АО. По мере опускания Солнца к горизонту путь его лучей будет увеличиваться и достигнет максимальной длины (ЕО), когда Солнце окажется на горизонте.


Длина пути, проходимого солнечными лучами в атмосфере, при разных зенитных расстояниях Солнца

На длинном пути потери коротковолновых, то есть фиолетовых и синих, лучей становятся все более заметными, и в прямом свете Солнца до поверхности Земли доходят преимущественно длинноволновые лучи: красные, оранжевые, жёлтые. Поэтому цвет Солнца по мере его опускания к горизонту становится сначала жёлтым, затем оранжевым и красным. Красный цвет Солнца и голубой цвет неба – это два следствия одного и того же процесса р