Сборник решения задач по учебной дисциплине физика по специальности сестринское дело

Кяхтинский филиал

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение

«Байкальский базовый медицинский колледж

Министерства Здравоохранения Республика Бурятия»

Учебно-практическое пособие по дисциплине «Физика».

Учебное пособие для самостоятельной работы студентов 1 курса.

ГАПОУ  «ББМКМЗРБ» специальности 34.02.01 «Сестринское дело»

Автор-составитель: Максимова Сэсэгма Дугаровна

г. Кяхта 2015 г.

Настоящее учебно-практическое пособие по физике «Сборник задач по дисциплине «Физика» составлено в соответствии с действующей программой. Цель пособия – активизировать самостоятельную работу студентов, способствовать выработке у них прочных теоретических знаний, умений и навыков, которые будут использованы ими в будущей профессиональной деятельности.

Рецензент:

   Лысенок Елена Леонидовна  - методист КФ ГАПОУ «ББМКМЗРБ

Содержание

Кинематика	4
Динамика	8
Законы сохранения в механике	11
Колебания и волны	14
Основы молекулярной физики	17
Основы термодинамики	19
Законы Кулона. Напряженность	21
Конденсаторы	24
Законы Ома	27
Постоянный ток	29
Сила Ампера. Сила Лоренца	32
Электромагнетизм	34
Оптика	36
Квантовая физика	39
Физика атома и атомного ядра	42

Пояснительная записка

Сборник задач по физике предназначен для студентов 1 курса ГАПОУ «ББМК МЗ РБ» специальности 34.02.01 Сестринское дело.  Данное пособие может быть использовано для студентов СПО других учебных заведений.

Предлагаемое пособие основано на знаниях и умениях, полученных студентами при изучении физики на теоретических занятиях.

Данное пособие ориентировано на развитие у студентов интереса к занятиям, на организацию самостоятельного познавательного процесса и самостоятельной практической деятельности.

В пособии подобраны задачи по всем темам курса физики. Внутри каждой темы представлены задачи, расположенные по принципу нарастания степени сложности. Кроме того, в пособии даны общие методические указания по решению и оформлению задач, а краткое изложение основных теоретических понятий, законов и формул позволяет оказать максимальную помощь студентам при решении задач.

Кинематика

Теория:

Кинема́тика— раздел механики, изучающий математическое описание (средствами геометрии, алгебры, математического анализа…) движения идеализированных тел (материальная точка, абсолютно твердое тело, идеальная жидкость), без рассмотрения причин движения (массы, сил и т. д.). Исходные понятия кинематики — пространство и время. Например, если тело движется по окружности, то кинематика предсказывает необходимость существования центростремительного ускорения без уточнения того, какую природу имеет сила, его порождающая. Причинами возникновения механического движения занимается другой раздел механики — динамика. 
Главной задачей кинематики является математическое (уравнениями, графиками, таблицами и т. п.) определение положения и характеристик движения точек или тел во времени. Любое движения рассматривается в определённой системе отсчёта. Также кинематика занимается изучением составных движений (движений в двух взаимно перемещающихся системах отсчёта).

УСКОРЕНИЕ. РАВНОУСКОРЕННОЕ ДВИЖЕНИЕ

Равноускоренным называется движение, при котором скорость тела за любые равные промежутки времени изменяется одинаково.

Ускорением тела называют отношение изменения скорости тела ко времени, за которое это изменение произошло.

Ускорение характеризует быстроту изменения скорости.

Ускорение - векторная величина. Оно показывает, как изменяется мгновенная скорость тела за единицу времени.

Зная начальную скорость тела и его ускорение, из формулы (1) можно найти скорость в любой момент времени:

Для этого уравнение нужно записать в проекциях на выбранную ось:

V_x=V_0x+ a_xt

Графиком скорости при равноускоренном движении является прямая

ПЕРЕМЕЩЕНИЕ И ПУТЬ ПРИ ПРЯМОЛИНЕЙНОМ РАВНОУСКОРЕННОМ ДВИЖЕНИИ

Предположим, что тело совершило перемещение за время t, двигаясь с ускорением . Если скорость изменяется от до и учитывая, что,

получим

Используя график скорости, можно определить пройденный телом за известное время путь - он численно равен площади заштрихованной поверхности.

СВОБОДНОЕ ПАДЕНИЕ ТЕЛ

Движение тел в безвоздушном пространстве под действием силы тяжести называют свободным падением .

Свободное падение - это равноускоренное движение. Ускорение свободного падения в данном месте Земли постоянно для всех тел и не зависит от массы падающего тела: g = 9,8 м/с ² .

Для решения различных задач из раздела "Кинематика" необходимы два уравнения:

Примеры решения задач.

Задача№1: Тело, двигаясь равноускоренно из состояния покоя, за пятую секунду прошло путь 18 м. Чему равно ускорение и какой путь прошло тело за 5 с?

За пятую секунду тело прошло путь s = s ₅ - s ₄ и s ₅ и s ₄ - расстояния, пройденные телом соответственно за 4 и 5 с.

Ответ: тело, двигаясь с ускорением 4 м/с ² , за 5 с прошло 50 м.



Задача№2: С подводной лодки, погружающейся равномерно, испускаются звуковые импульсы длительностью t₁ = 30,1 с. Длительность импульса, принятого на лодке после его отражения от дна, равна t₂ = 29,9 с. Определите скорость погружения лодки v. Скорость звука в воде с = 1500 м/с. 

Решение.

Звуковой импульс не является материальной частицей, однако уравнения движения звукового импульса такие же, как и у материальной точки, поэтому можно применять законы кинематики материальной точки. 

За время t₁ лодка переместится на расстояние vt₁, поэтому расстояние в воде между началом импульса и его концом равно

L = ct₁ – vt₁.

Такая длина сигнала сохранится и после отражения от дна. Прием импульса закончится в тот момент, когда лодка встретится с задним концом импульса. Поскольку скорость их сближения равна с + v, то продолжительность приема равна

t₂ = L/(c + v)

Решая эти уравнения совместно, получим

v = = 5 м/с. Ответ: 5 м/с

Задачи для самостоятельного решения:

1. Движение тел задано уравнениями: х₁ =3t, x₂ =130-10t. Когда и где они встретятся?
2. Координата тела меняется с течением времени согласно формуле х=10-4t. Чему равна координата тела через 5 с после начала движения?
3. При равноускоренном прямолинейном движении скорость катера увеличилась за 10 с от 2 м/с до 8 м/с. Чему равен путь, пройденный катером за это время?
4. Вертолёт и самолёт летят навстречу друг другу: первый – со скоростью v, второй – со скоростью 3v. Какова скорость вертолёта относительно самолёта?
5. Может ли человек на эскалаторе находиться в покое относительно Земли если эскалатор поднимается со скоростью 1 м/с?
6. Ускорение шайбы, соскальзывающей с гладкой наклонной плоскости, равно 1,2 м/с² . На этом спуске её скорость увеличилась на 9м/с. Определите полное время спуска шайбы с наклонной плоскости.
7. Камень брошен с некоторой высоты вертикально вниз с начальной скоростью 1м/с. Какова скорость камня через 0,6 с после бросания?
8. Мотоциклист, двигаясь по хорошей дороге с постоянной скоростью 108 км/ч, проехал 4/7 всего пути. Оставшуюся часть пути по плохой дороге он проехал со скоростью 15 м/с. Какова средняя скорость мотоциклиста на всём пути?
9. Автомобиль двигался по окружности. Половину длины окружности он проехал со скоростью 60 км/ч, а вторую – ехал со скоростью 40 км/ч. Чему равна средняя скорость автомобиля?
10. Шар, двигаясь из состояния покоя равноускоренно, за первую секунду прошёл путь 10см. Какой путь ( в сантиметрах) он пройдёт за 3 с от начала движения?
11. С балкона дома на высоте 5 м вверх подбросили мяч со скоростью 4 м/с. Какой будет скорость мяча через 0,4 с?
12. Автомобиль, трогаясь с места, движется с ускорением 3м/с² . Какова будет скорость автомобиля через 5 с?
13. Колесо равномерно вращается с угловой скоростью 4π рад/с. За какое время сделает колесо 100 оборотов?

Литература:

• Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10 кл. 2010 г.
• А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.

Динамика

Теория:

Динамика исследует причины движения тел. Известно, что любое тело изменяет свою скорость в результате взаимодействия с другими телами. Сила есть характеристика взаимодействия. Обычно сила обозначается буквой F . Если на тело действует несколько сил, то они складываются как векторы. Сумма всех сил действующих на тело, называется равнодействующей R  Масса есть характеристика инертности. Обычно масса обозначается буквой m. Масса — суть скаляр, сила — суть вектор. В основе динамики лежат три закона Ньютона. Первый закон Ньютона утверждает, что существуют такие системы отсчета, в которых, если на тело не действуют никакие внешние силы, оно движется равномерно и прямолинейно. Такие системы отсчета называют инерциальными. Второй закон Ньютона утверждает, что, если на тело массой m действует сила F, то ускорение тела а будет равно 

Третий закон Ньютона утверждает, что, если на тело A со стороны тела B действует сила F_BA, то на тело B со стороны тела A действует сила F_ab , причем Виды сил:

1. Сила упругости. Эта сила возникает при деформации тела. Свойство силы упругости F таково, что при небольших деформациях Δх , F пропорционально Δx и направлена против деформации. Коэффициент пропорциональности к носит название коэффициента жесткости. Таким образом, 

2. Гравитационная сила. Известно, что все тела притягиваются друг к другу с силой F пропорциональной массе каждого тела m₁ и m₂ и обратно пропорциональной квадрату расстояния R между телами. 

G = 6,672⋅10^-11 Нм²/кг².

где R₀ — радиус Земли, M — масса Земли. Ускорение свободного падения g не зависит от массы притягиваемого тела, поэтому все тела падают с одинаковым ускорением. На поверхности Земли, где Н равно нулю, g≈9,8 м/с².

3. Вес тела. Весом тела P называют силу, которая давит на опору или растягивает подвес. Эта сила вообще приложена не к телу, а к опоре или подвесу; на тело же действует нормальная реакция опоры или сила натяжения нити. Вес тела может быть равен силе тяжести, а может быть и не равен. Например, если тело лежит на горизонтальной плоскости, то вес тела равен силе тяжести, а если на наклонной, то нет.

4. Сила трения. Силой трения F_TP называют силу, которая препятствует движению, т.е. направлена против скорости, и равна

Примеры решения задач.

Задача №1. После удара футболиста неподвижный мяч массой 500 г получает скорость 10 м/с. Определите среднюю силу удара, если он длился в течение 0,5 с.

Дано: m = 500 г F - ?

СИ: 0,5 кг

Решение: Среднюю силу удара можно найти, используя 2 закон Ньютона , а ускорение тела . Тогда второй закон можно записать в виде: Ответ:

Задача № 2. Найти проекцию силы, действующей на тело массой 500 кг, если оно движется прямолинейно и его координата изменяется по закону:

Дано: m = 500 кг F - ?

Решение: Уравнение прямолинейного равноускоренного движения имеет вид: . Из уравнения данного движения  следует, что ускорение тела равно 2 м/с2. Тогда согласно 2 закона Ньютона Ответ:

Задачи для самостоятельного решения:

1. После удара теннисной ракеткой мячик массой 5 г получил ускорение 12 м/с² .Какова сила удара?
2. Брусок массой 5 кг равномерно скользит по поверхности стола под действием силы 15 Н. Определите коэффициент трения между бруском и столом.
3. Две силы по 200 Н каждая направлены под углом 120⁰ друг к другу. Найдите равнодействующую силу.
4. С каким ускорением будет двигаться тело массой 1 кг под действием двух взаимно перпендикулярных сил 3Н и 4 Н?
5. С каким ускорением будет двигаться тело массой 20 кг, на которое действуют три равные силы по 40 Н каждая, лежащие в одной плоскости и направлены под углом 120⁰ друг к другу?
6. Под действием некоторой силы первое тело приобретает ускорение а. Под действием вдвое большей силы второе тело приобретает ускорение в 2 раза меньше, чем первое. Как относится масса первого тела к массе второго?
7. Если пружина изменила свою длину на 6 см под действием груза массой 4 кг, то как бы она растянулась под действием груза массой 6 кг?
8. Сила 10 Н сообщает телу ускорение 0,4 м/с² . Какая сила сообщит этому же телу ускорение 2 м/с² ?
9. Мальчик массой 50 кг, скатившись на санках с горы, проехал по горизонтальной дороге до остановки 20 м за 10 с. Найдите силу трения.
10. Чему равен модуль равнодействующей сил, приложенных к телу массой 2 кг, если зависимость его координат от времени имеет вид x(t)=4t² +5t-2 иy(t)=3t² +4t+14?
11. Тело массой 5,6 кг лежит на наклонной плоскости, составляющей угол 30⁰с горизонтом. Коэффициент трения скольжения 0,7. Чему равна сила трения, действующая на тело?
12. Две силы 6 Н и 8 Н приложены к телу. Угол между векторами этих сил равен 90⁰ . Определите модуль равнодействующей этих сил.

13.  В сосуде находится сыворотка крови , плотность которой 1026 кг/м³ и КПН, который равен 6х10-2 Н/м. На глубине 25 см от поверхности жидкости образовался пузырек воздуха д=10 мкм. Определите давление воздуха в пузырьке, если атмосферное давление равно 750 мм рт ст.

14.  Найдите кинетическую энергию объема крови, протекающего за одну минуту со скоростью 0,4 м/с через артерию диаметром 3 мм.

15.  Определите абсолютное удлинение сухожилия длиной 4 мм и площадью сечения 10-6 м² под действием силы 320Н. Модуль упругости сухожилия принять равным 109Па. Считать сухожилие абсолютно упругим телом…

Литература:

• Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10 кл. 2010 г.
• А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.

Законы сохранения в механике

Теория:

Сила и импульс:

Закон сохранения импульса:

Механическая работа:

A = Fs cos α

Мощность:

Кинетическая энергия:

Теорема о кинетической энергии:

A = Ek2 – Ek1.

Потенциальная энергия:

Закон сохранения энергии в механических процессах:

Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2.

Задача: Взрыв изнутри раскалывает кусок скалы на три части. Два куска летят под прямым углом друг к другу. Масса первого обломка 100 килограмм, его скорость - 12 м/с, масса второго - 250 килограмм, его скорость 8 м/с. Третий обломок отлетел со скоростью 10 м/с. Какова его масса?

Решение
Наша механическая система состоит из трех тел. Поскольку изменение импульса системы может происходить только под действием внешних сил, запишем:
Dm₁v₁+ Dm₂v₂+ Dm₃v₃= (F₁+F₂+F₃)Dt. В этой задаче внешней силой является сила тяжести. Но, поскольку время разрыва очень мало, то импульс внешней силы посчитаем равным нулю. Таким образом, можно считать нашу систему замкнутой и применить к ней закон сохранения импульса. До разрыва тела, составляющие механическую систему, покоились, значит, суммарный импульс системы был равен нулю. По закону сохранения импульса имеем:
m₁v₁+m₂v₂+ m₃v₃=0.Для определения направления движения третьего куска выясним, как направлен его импульс (см. рисунок). Учитывая, что закон сохранения импульса имеет векторный характер, импульсы тел следует складывать как вектора.

m₁v₁=1200кг·м/сек.,
m₂v₂=2000кг·м/сек.,
m₃v₃=(1,44·10⁶+ 4·10⁶)^0.5=2332,38 кг·м/сек., откуда m₃=233,238 кг.

Ответ: 233,238 кг

Задачи для самостоятельного решения:

1.Два шара с одинаковыми массами m двигались навстречу друг другу с одинаковыми скоростями v. После неупругого соударения оба шара остановились. Чему равно изменение суммы импульсов двух шаров после столкновения?

2. Два шара с одинаковыми массами m движутся перпендикулярно друг другу одинаковыми скоростями v. Чему равен их суммарный импульс после неупругого удара?

3. Два шара с одинаковыми массами 3 кг движутся во взаимно перпендикулярных направлениях со скоростями 3 м/с и 4 м/с. Чему равна величина полного импульса этой системы?

4. На тело массой 2 кг, движущегося со скоростью 1 м/с, начала действовать постоянная сила. Каким должен быть импульс этой силы, чтобы скорость тела возросла до 6м/с?

5. Мальчик везёт санки с постоянной скоростью. Сила трения санок о снег равна 30 Н. Мальчик совершил работу, равную 30 Дж. Определите пройденный путь.

6.При открывании двери пружину жёсткостью 50 кН/м растягивают на 10 см. Какую работу совершает пружина, открывая дверь?

7. Вагон массой 20 т, движущийся со скоростью 0,3 м/с. Догоняет вагон массой 30 т, движущийся со скоростью 0.2 м/с. Найдите скорость вагонов после их взаимодействия, если удар неупругий.

8. Пуля массой 10 г попадает в деревянный брусок, лежащий на гладкой поверхности, и застревает в нём. Скорость бруска после этого становится равной 8 м/с. Масса бруска в 49 раз больше массы пули. Определите скорость пули до попадания в брусок.

9. Спортсмен поднимает гирю массой 16 кг на высоту 2 м, затрачивая на это 0,8 с. Какую мощность при этом развивает спортсмен?

10.Тело массой 100г движется по окружности со скоростью 0,4 м/с. Определите модуль изменения импульса за половину периода.

11. Представляя тело человека в виде цилиндра, радиус которого R=20 см, высота h=1,7 м, и масса m= 70 кг, определите момент инерции человека в положении стоя и лежа относительно вертикальной оси, проходящей через центр цилиндра.

Литература:

• Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10 кл. 2010 г.
• А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.

Колебания и волны

Теория:

Колебания, рассматриваемые в разделе «Механика», называются механическими, при которых рассматириваются изменения положений, скоростей,ускорений и энергий каких-либо тел или их частей.

Силу, под действием которой происходит колебательный процесс, называют возвращающей силой.

. Простейшим видом периодических колебаний являются гармонические колебания, происходящие по закону синуса или косинуса. Гармоническая колебательная система (система тел, совершающих колебания) обычно имеет одно положение, в котором может пребывать сколь угодно долго – положение равновесия О. Отклонения от положения равновесия называют смещением, и обозначается Х, а наибольшее смещение (точки В или С) называется амплитудой колебания и обозначается А. Периодические колебания совершаются циклично. Движение в течение одного цикла (когда тело, пройдя все промежуточные положения, возвращается в исходное) называется полным колебанием (О-С-О-В-О). Время одного полного колебания называется периодом колебания (обозначается Т). Если тело за время t совершает nполных колебаний то , а  и называется частотой колебаний. Число колебаний за 2π единиц времени называется циклической (круговой) частотой и обозначается ω: Математическая запись гармонического колебания: где  – фаза колебания (физическая величина, определяющая положение колебательной системы в данный момент времени),φ0 – начальная фаза колебания Простейшими колебательными системами являются: а) математический маятник – материальная точка, подвешенная на невесомой нерастяжимой нити и совершающая колебания под действием силы тяжести. Период колебания определяется уравнением: . Период Т зависит лишь от длины маятника и местоположения (удалённости от центра Земли или другого небесного тела), которое определяется величиной ускорения свободного падения ; б) пружинный маятник – материальная точка, закреплённая на абсолютно упругойпружине. Период колебания определяется уравнением:. Задача:

Какова масса груза, колеблющегося на пружине жесткостью 0,5 кН/м, если при амплитуде колебаний 6 см он имеет максимальную скорость 3 м/с?

Дано:

Найти: m

Решение.

Ответ: m = 0,2 кг.

Задачи для самостоятельного решения:

1.Найти массу груза, который на пружине жёсткостью 250Н/м делает 20 колебаний за 16 с.

2. Груз, подвешенный на пружине жёсткостью 600Н/м, совершает гармонически колебания. Какой должна быть жёсткость пружины, чтобы частота колебаний уменьшилась в 2 раза?

3. Пружинный маятник массой 0,16 кг совершает гармонические колебания. Какой должна стать масса этого маятника, чтобы период колебаний увеличился в 2 раза?

4. Как изменится период колебаний математического маятника, если длину нити увеличить в4 раза, а массу груза уменьшить в 4 раза?

5. Девушка-горянка несёт на коромысле вёдра с водой, период собственных колебаний которых 1,6 с. При какой скорости движения девушки вода начнёт особенно сильно выплёскиваться из вёдер, если длина её шага 60 см?

6. Рыболов заметил, что за 10 с поплавок совершил на волнах 20 колебаний, а расстояние между соседними гребнями волн 1,2 м. Какова скорость распространения волны?

7.По поверхности жидкости распространяется волна со скоростью 2,4 м/с при частоте 2 Гц. Какова разность фаз для точек, лежащих на одном луче и отстоящих друг от друга на 90 см?

8. Амплитуда колебаний математического маятника А=10 см. Наибольшая скорость маятника 0,5 м/с. Определите длину такого маятника, если ускорение свободного падения равно 10 м/с² .

9. Если длину математического маятника уменьшить в 4 раза, то как изменится частота его малых колебаний?

10. Маятник при свободных колебаниях отклонился в крайнее положение 15 раз в минуту. Какова частота колебаний?

11. При свободных колебаниях пружинного маятника максимальное значение его потенциальной энергии 10 Дж, максимальное значение его кинетической энергии10 Дж. Какова полная механическая энергия груза и пружины?

12. Маятник длиной 1 м совершил 60 колебаний за 2 минуты. Найти ускорение свободного падения для данной местности.

13. Человеческое ухо воспринимает упругие волны в интервале частот …… Каким длинам волн соответствует этот интервал в воздухе? В воде? Скорость звука в воздухе и воде соответственно.

14. Длина слухового прохода уха человека (следовательно, и длина резонирующего в нем воздуха) составляет 2,7 см. Определите частоту звука, при которой слышимость будет наилучшей.

15. Для борьбы с уличным шумом (уличный шум составляет 70 дБ) в стенах высотных зданий в Москве вмонтирован асбестоцементно-пористый материал. Почему это препятствует проникновению звука в здание? (громкость 130 дБ ощущается кожей и вызывает ощущение боли).

Литература:

• Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10 кл. 2010 г.
• А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.

Основы молекулярной физики

Теория:

В основе молекулярно-кинетической теории лежат три основных положения:

1. Все вещества – жидкие, твердые и газообразные – образованы из мельчайших частиц – молекул
2. Атомы и молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении.

Масса одной молекулы m0 выражается формулой

Количеством вещества v называется отношение числа молекул N к числу Авогадро N_A :

Концентрацией молекул n называется отношение числа молекул N в объеме V к этому объему V:

Давление p можно выразить следующей формулой

Это уравнение носит название основного уравнения молекулярно кинетической теории (МКТ) газов. Это уравнение можно переписать в виде

Средняя кинетическая энергиягде k—постоянная Больцмана.

уравнение Менделеева-Клапейрона

где — универсальная газовая постоянная.

Задача №1. Определить массу одной молекулы водорода.

Дано: М(H2) = 2∙10-3кг/моль NA = 6,02∙1023моль-1 m0 - ?

Решение: Масса одной молекулы определяется формулой:, Тогда Ответ: .

Задача №2. Найти число молекул в 2 кг углекислого газа.

Дано: М(СО2)=44∙10-3кг/моль NA=6,02∙1023моль-1 N - ?

Решение: Масса одной молекулы углекислого газа . Число молекул равно отношению массы всего газа к массе одной молекулы: Ответ:

Задачи для самостоятельного решения:

1. Определите массу молекулы воды.
2. В баллоне находится 600 г водорода. Какое количество вещества это составляет?
3. Средняя кинетическая энергия молекул идеального газа увеличилась в 4 раза. Как при этом изменилось давление газа на стенки сосуда?
4. Как отличаются при одинаковой температуре среднеквадратичная скорость молекул кислорода и среднеквадратичная скорость молекул водорода?
5. Сравните массы аргона и азота, находящиеся в сосудах, если сосуды содержат равные количества веществ.
6. В сосуде А находится 14 г молекулярного азота, в сосуде В – 4 г гелия. В каком сосуде находится большее количество вещества?
7. Внутренняя энергия одноатомного идеального газа в закрытом сосуде увеличилась в 4 раза. Как меняется при этом температура газа?
8. Объём 12 моль азота в сосуде при температуре 300К и давлении 10⁵ Па равен V₁ . Чему равен объём 1 моля азота при таком же давлении газа и вдвое большей температуре?
9. Определите массу воздуха в классной комнате размерами 5х12х3 м при температуре 25^{0 С}. Принять плотность воздуха равной 1,29 кг/м³ .
10. Если положить овощи в солёную воду, то через некоторое время они становятся солёными. Какое явление объясняет этот факт?

11.  Каково гидравлическое сопротивление кровеносного сосуда длиной 0,12 м и радиусом 0,1 мм? Х-? Гидравлическое сопротивление …… Динамическая вязкость крови.

12.  Определить максимальное количество крови, которое может пройти через аорту в 1 с, чтобы течение сохранялось ламинарным. Диаметр аорты …..=2 см, вязкость ……

Литература:

• Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10кл. 2010 г.
• А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.

Основы термодинамики

Теория:

Внутренняя энергия идеального одноатомного газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре. Работа внешней силы, изменяющей объём газа на V, равна A=-pV. Работа самого газа А¹ =-А= pV, где p - давление газа. Первый закон термодинамики: изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе:U=A+Q/

Внутренняя энергия системы тел изменяется при совершении работы и при передаче количества теплоты. В каждом состоянии система обладает определённой внутренней энергией.

Виды изопроцессов: 1. Изотермический - внутренняя энергия не меняется; 2. Изохорный – объём газа не меняется и поэтому работа газа равна нулю; 3.изобарный-передаваемое газу количество теплоты идёт на изменение его внутренней энергии и на совершение работы при постоянном давлении; 4. Адиабатный – при адиабатном процессе количество теплоты равно нулю.

Примеры решения задач.

Задача №1. Какова внутренняя энергия  идеального газа, занимающего при  температуре 300 К объём 10 м³, если концентрация молекул 5∙10¹⁷м^-3?

Дано: Т = 300К V= 10 м3 n = 5∙1017м-3 U = ?

Решение: Внутренняя энергия газа определяется формулой: . Так как концентрация молекул . С учётом формулы количества вещества ,получаем Ответ:

Задача №2. При нагревании газа его объём увеличился от 0,06 до 0,1 м³. Какую работу совершил газ при расширении, если давление не изменилось? Давление газа принять равным 4∙10⁵Па.

Дано: Р = 4∙105Па V1 = 0,06 м3 V2 =0,1 м3 А - ?

Решение: Так как сам газ совершил работу, воспользуемся формулой:  . Подставим данные: Ответ:

Задачи для самостоятельного решения:

1.Какова внутренняя энергия 10 моль одноатомного газа при температуре 27⁰ С?

2. На сколько изменится внутренняя энергия гелия массой 200 г при увеличении температуры на 20⁰ С?

3. Сравнить внутренние энергии аргона и гелия при одинаковой температуре. Массы газов одинаковы.

4. Как изменяется внутренняя энергия одноатомного газа при изобарном нагревании? при изохорном охлаждении? при изотермическом сжатии?

5. Какова внутренняя энергия гелия, заполняющего аэростат объёмом 60 м³ при давлении 100 кПа?

6. При уменьшении объёма одноатомного газа в 3,6 раза его давление увеличилось на 20%. Во сколько раз изменилась внутренняя энергия?

7. Какую работу совершил воздух массой 200 г при его изобарном нагревании на 20К? Какое количество теплоты ему при этом сообщили?

8. Для изобарного нагревания газа, количество вещества которого 800 моль. На 500К ему сообщили количество теплоты 9.4МДж. Определить работу газа и приращение его внутренней энергии.

9. Объём кислорода массой 160 г, температура которого 27⁰ С, при изобарном нагревании увеличился вдвое. Найти работу газа при расширении. Количество теплоты, которое пошло на нагревание кислорода, изменение внутренней энергии.

10. Для получения газированной воды через воду пропускают сжатый углекислый газ. Почему температура воды при этом понижается?

11.Сколько дров надо сжечь в печке с КПД 40%, чтобы получить из 200 кг снега, взятого при температуре -10⁰ С, воду при 20⁰ С?

12. Какая часть количества теплоты, сообщённому одноатомному газу в изобарном процессе, идёт на увеличение внутренней энергии и какая часть на совершение работы?

13. В батискафе содержится 4,2 кг воздуха при давлении 105 Па и температуре 170 С. На сколько времени хватит этого воздуха человеку, если в минуту он потребляет 750 см3? Молекулярная масса воздуха считайте равной 29×10-3 кг/моль.

14. Сколько молекул ртути содержится в 1 м3 воздуха в помещении, зараженном ртутью, при температуре 200С, если давление насыщенного пара ртути при этой температуре 133 мПа?

Литература:

• А.П.Рымкевич, задачник по физике 10-11кл. 2010г.
• Г.Я.Мякишев. учебник-Физика 10 кл. 2010г.

Закон Кулона. Напряжённость

Теория:

При покое зарядов их взаимодействие называют электростатическим (электрическим). При движении зарядов их взаимодействие будет отличаться от электростатического. Дополнительное взаимодействие зарядов, обусловленное их движением, называется магнитным. В общем случае при движении зарядов их взаимодействие является электромагнитным. Сила взаимодействия двух точечных электрических зарядов прямо пропорциональна величине зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. , где q₁ - величина первого заряда (Кл), q₂ - величина второго заряда (Кл), r - расстояние между зарядами (м), k - коэффициент пропорциональности (k = 9·10⁹Н·м² / Кл²).

Условия для выполнения закона Кулона:

1. Должны быть точечные заряды
2. Заряженные тела должны быть неподвижными.

Напряженность электрического поля  равна отношению силы, с которой поле действует на точечный заряд к этому заряду. .

Примеры решения задач.

Задача №1. С какой силой взаимодействуют два маленьких шарика в вакууме, если один из них имеет заряд 6нКл, а второй – 3нКл? Расстояние между шариками 5 см.

Дано: q1 = 6 нКл q2 = - 3нКл r = 5 cм F = ?

СИ: = 6·10-9 Кл = -  3·10-9Кл = 0,05 м

Решение: Силу взаимодействия между шариками определяем по формуле закона Кулона для вакуума: Ответ: .

Задача.

С какой силой взаимодействуют два заряда 2 по 10 нКл, находящиеся на расстоянии 3 см друг от друга?

Ответ:F=1mH

Задачи для самостоятельного решения:

1. С какой силой взаимодействуют два заряда по 10 нКл находящиеся на расстоянии 3 см друг от друга?
2. На каком расстоянии друг от друга заряды 1 мкКл и 10 нКл взаимодействуют с силой 9 мН?
3. Во сколько раз надо изменить расстояние между зарядами при увеличении одного из них в 4 раза, чтобы сила взаимодействия осталась прежней?
4. Два шарика, расположенные на расстоянии 10 см друг от друга, имеют одинаковые отрицательные заряды и взаимодействуют с силой 0,23 мН. Найти число избыточных электронов на каждом шарике.
5. Во сколько раз сила электрического отталкивания между двумя электронами больше силы их гравитационного притяжения друг к другу?
6. Заряды 90 и 10 нКл расположены на расстоянии 4 см друг от друга. Где надо поместить третий заряд, чтобы силы, действующие на него со стороны других зарядов, были равны по модулю и противоположны по направлению?
7. В некоторой точке поля на заряд 2 нКл действует сила 0,4мкН. Найти напряжённость поля в этой точке.
8. Какая сила действует на заряд 12 нКл, помещённый в точку, в которой напряжённость электрического поля равна 2 кВ/м?
9. С каким ускорением движется электрон в поле напряжённостью 10кВ/м?
10. Найти напряжённость поля заряда 36 нКл в точках, удалённых от заряда на 9 и 18 см.
11. В вершинах равностороннего треугольника со стороной а находятся заряды +q, +q и -q. Найти напряжённость поля Е в центре треугольника.

Литература:

• Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10 кл. 2010 г.
• А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.

Конденсаторы

Теория:

ЭЛЕКТРОЕМКОСТЬ
- характеризует способность двух проводников накапливать электрический заряд. 
- не зависит от q и U.
- зависит от геометрических размеров проводников, их формы, взаимного расположения, электрических свойств среды между проводниками.


Единицы измерения в СИ: ( Ф - фарад )

КОНДЕНСАТОРЫ

- электротехническое устройство, накапливающее заряд
( два проводника, разделенных слоем диэлектрика ).

Обозначение на электрических схемах:

Электроемкость плоского конденсатора

Включение конденсаторов в электрическую цепь параллельное и последовательное

Тогда общая электроемкость (С):

при параллельном включении

.
при последовательном включении

ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО КОНДЕНСАТОРА

Конденсатор - это система заряженных тел и обладает энергией.
Энергия любого конденсатора:

Энергия конденсатора равна работе, которую совершит электрическое поле при сближении пластин конденсатора вплотную,
или равна работе по разделению положительных и отрицательных зарядов ,необходимой при зарядке конденсатора.

Примеры решения задач:

Задача:

Площадь каждой пластины плоского конденсатора 401 см². Заряд пластин 1,42 мкКл. Найти напряженность поля между пластинами.

Дано:

Найти Е.

Решение.

Ответ: Е = 4000 кВ/м.

Задача №2. Конденсатор ёмкостью С₁ соединяют параллельно с конденсатором ёмкостью С₂ = 2С₁. До соединения напряжение на первом конденсаторе составляло U₁, а на втором  U₂ = 0,5U₁. какова разность потенциалов на зажимах полученной батареи?

Дано: С2 = 2С1 U2 = 0,5U1 U1 U - ?

Решение: До соединения заряд первого конденсатора ; После соединения . Соответственно для второго конденсатора  - до соединения; - после соединения. По закону сохранения энергии . Отсюда . Ответ: .

Задачи для самостоятельного решения:

1.Площадь каждой пластины плоского конденсатора 401 см² . Заряд пластин 1,42 мкКл. Найти напряжённость поля между пластинами.

2.Наибольшая ёмкость школьного конденсатора 58 мкФ. Какой заряд он накопит при его подключении к полюсам источника постоянного напряжения 50 В?

3.На конденсаторе написано: 100 пФ; 300В. Можно ли использовать этот конденсатор для накопления заряда 50нКл?

4. Во сколько раз изменится ёмкость конденсатора при уменьшении рабочей площади пластин в 2 раза и уменьшении расстояния между ними в 3 раза?

5. Найти ёмкость плоского конденсатора, состоящего из двух круглых пластин диаметром 20 см, разделённых парафиновой прослойкой 1 мм.

6. Площадь каждой пластины плоского конденсатора равна 520см² . На каком расстоянии друг от друга надо расположить пластины в воздухе, чтобы ёмкость конденсатора была равна 46 мкФ?

7. Плоский конденсатор состоит из двух пластин площадью 50см² каждая. Между пластинами находится слой стекла. Какой наибольший заряд можно накопить на этом конденсаторе, если при напряжённости поля 10МВ/м в стекле происходит пробой конденсатора?

8.В импульсивной фотовспышке лампа питается от конденсатора ёмкостью 800 мкФ, заряженного до напряжения 300 В. Найти энергию вспышки и среднюю мощность, если продолжительность разрядки 2,4мс.

9.Конденсатору ёмкостью 10 мкФ сообщили заряд 4 мкКл. Какова энергия заряженного конденсатора?

10.Площадь каждой из пластин плоского конденсатора 200 см² , а расстояние между ними 1 см. Какова энергия поля, если напряжённость поля 500 кВ/м?

11. . Вычлените электроемкость тела человека, считая ее равной емкости электропроводящего шара того же объема. ……. плотность тела принять равной ….., масса человека m=60 кг. Электроемкость шара…..

Литература:

• Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10 кл. 2010 г.
• А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.

Законы Ома

Теория:

Закон Ома читается так: сила тока в уча­стке цепи прямо пропорциональна напря­жению на концах этого участка и обрат­но пропорциональна его сопротивлению.

здесь I – сила тока в участке цепи, U – напряжение на этом участке, R – сопротивление участка.

закона Ома для полной цепи - сила тока прямо пропорциональна сумме ЭДС цепи, и обратно пропорциональна сумме сопротивлений источника и цепи , где E – ЭДС, R- сопротивление цепи, r – внутреннее сопротивление источника.

Задача:

Рассчитать силу тока, проходящую по медному проводу длиной 100м, площадью поперечного сечения 0,5мм², если к концам провода приложено напряжение 6,8B.

Дано:

I=100м
S=0,5мм²
U=6,8В

I-?

Решение:

Ответ: Сила тока равна 2А.

Задачи для самостоятельного решения:

1. Обмотка реостата сопротивлением 84 Ом выполнена из никелиновой проволоки с площадью поперечного сечения 1 мм² . Какова длина проволоки?
2. Определите плотность тока, протекающего по константановому проводнику длиной 5 м, при напряжении 12 В.
3. Медный провод длиной 5 км имеет сопротивление 12 Ом. Определите массу меди, необходимой для его изготовления.
4. Какова напряжённость поля в алюминиевом проводнике сечение 1,4 мм²при силе тока 1 А?
5. Кабель состоит из двух стальных жил площадью поперечного сечения 0,6 мм² каждая и четырёх медных жил площадью поперечного сечения 0,85 мм²каждая. Каково падение напряжения на каждом километре кабеля при силе тока 0,1 А?
6. Какие сопротивления можно получить, имея три резистора по 6 кОм?
7. К источнику с ЭДС 12 В и внутренним сопротивлением 1 Ом подключён реостат, сопротивление которого 5 Ом. Найти силу тока в цепи и напряжение на зажимах источника тока.
8. В проводнике сопротивлением 2 Ом, подключённом к элементу с ЭДС 1,1 В, сила тока равна 0,5 А. Какова сила тока при коротком замыкании элемента?
9. Найти внутреннее сопротивление и ЭДС источника тока, если при силе тока 30 А мощность во внешней цепи равна 180 Вт, а при силе тока 10 А эта мощность равна 100 Вт.
10. При питании лампочки от элемента 1,5 В сила тока в цепи равна 0,2 А. Найти работу сторонних сил в элементе за 1 мин.

11.  . при сухой коже сопротивление между ладонями рук может достигать значения R1=105 Ом, а при влажных ладонях это сопротивление существенно меньше, R2=1000 Ом. Оцените ток, который пройдет через тело человека при контакте электрической сетью напряжением U=220В……

Литература:

• Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10 кл. 2010 г.
• А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.

Постоянный ток

Теория:

Электрический ток-это упорядоченное движение заряженных частиц.

Сила тока равна отношению заряда, переносимое через поперечное сечение проводника за интервал времени, к этому интервалу времени. Если сила тока со временем не меняется, то ток называется постоянным. Для возникновения и существования электрического тока в веществе. Необходимо во-первых, наличие свободных заряженных частиц; во-вторых, необходима сила, действующая на них в определённом направлении. На заряженные частицы действует электрическое поле с силой F=qE. Сопротивление проводника R=l/S.Единица сопротивления – Ом. Закон Ома для участка цепи: I=U/R. При упорядоченном движении заряженных частиц электрическое поле совершает работу, её принято называть работой тока. Работа тока А =IUt. Мощность тока равна отношению работы тока за время к этому интервалу времени.P=A/t=IU=U²/R.

Примеры решения задач.

Задача №1. Номинальная мощность лампы, рассчитанной на напряжение 120В, составляет 25 Вт. Какую мощность будет потреблять эта лампа, если её включить в сеть напряжением 220В? Изменение сопротивления лампы не учитывать. 

Дано: Р1 = 25 Вт U1 = 120 В U2 = 220В Р2 -?

Решение: Из формулы  следует . Тогда . Ответ:

Задача №2. Два сопротивления  R₁ = 8 Ом и R₂ = 24 Ом включены параллельно. Сила тока, текущего через сопротивление R₂ , равна 25 мА. Найдите силу тока, текущего через сопротивление R₁.

Дано: R1 = 8 Ом R2 = 24 Ом I2 = 25 мА I1 - ?

СИ: = 0,024 А

Решение: Определим напряжение, приложенное к сопротивлениям: . Так как при параллельном соединении напряжение одинаково, то . Теперь можно определить силу тока, текущего через первое сопротивление: Ответ:

Задача №3. Источником тока в цепи служит батарейка с ЭДС = 30В. Напряжение на зажимах батареи

18 В, а сила тока в цепи 3 А. Определите внешнее и внутренне сопротивление цепи.

Дано: = 30В U = 18 В I = 3 A R = ? r = ?

Решение: Сила тока в замкнутой цепи определяется по закону Ома для полной цепи: . Отсюда . Тогда  Внешнее сопротивление цепи Ответ:

Задачи для самостоятельного решения:

1. Две электрические лампочки включены в сеть параллельно. Сопротивление первой лампочки равно 360 Ом, второй 240 Ом. Какая из лампочек потребляет большую мощность и во сколько раз?
2. При ремонте электрической плитки спираль была укорочена на 0,1 первоначальной длины. Во сколько раз изменилась мощность плитки?
3. Электродвигатель подъёмного крана работает под напряжением 380 В, при этом сила тока в его обмотке равна 20 А. Каков КПД установки, если груз массой 1т кран поднимает на высоту 19 м за 50 с?
4. Троллейбус массой 11 т движется равномерно со скоростью 36 км/ч. Найти силу тока в обмотке двигателя, если напряжение равно 550 В и КПД 80%. Коэффициент сопротивления движению равен 0,02.
5. Почему электронагревательные приборы делают из материала с большим удельным сопротивлением?
6. Электромотор питается от сети с напряжением 220 В. Сопротивление обмотки мотора 2 Ом. Сила потребляемого тока 10 А. Найти потребляемую мощность и КПД мотора.
7. Конденсатор ёмкостью 100 мкФ заряжается от напряжения 500 В за 0,5 с. Каково среднее значение силы зарядного тока?
8. Элемент с внутренним сопротивлением 4 Ом и ЭДС 12 В замкнут проводником с сопротивлением 8 Ом. Какое количество теплоты будет выделяться во внешней части цепи за 1 с?
9. Найти сопротивление каркаса куба, составленного из проволок с одинаковыми сопротивлениями.

10.  По медному проводнику с поперечным сечением 1 мм² течёт ток с силой 10 А. Определите среднюю скорость упорядоченного движения (скорость дрейфа) электронов в проводнике.

11.  При лечении электростатическим душем к электродам электрической машины приложена разность потенциалов 105 В. Определите заряд, который проходит между электродами за время одной процедуры, если известно, что электрическое поле совершает при этом работу, равную 1800 Дж.

Литература:

• Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10 кл. 2010 г.
• А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г

Сила Ампера, сила Лоренца

Теория:

Сила Ампера – это сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током. Закон Ампера: сила Ампера равна произведению вектора магнитной индукции на силу тока, длину участка проводника и на синус угла между магнитной индукцией и участком проводника. F=IBlsinα. Единица силы Ампера – Н, магнитной индукции – Тл, длины проводника – м, силы тока –А. Направление силы Ампера определяются правилом левой руки: если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная к проводнику составляющая вектора магнитной индукции входила ладонь. А четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90⁰ большой палец покажет направление силы, действующей на отрезок проводника.

Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называют силой Лоренца. Сила Лоренца: F=qvBsinα. Сила Лоренца измеряется в Н.

Примеры решения задач.

Задача №1. На прямолинейный проводник длиной 20 см, расположенный перпендикулярно направлению магнитного поля, действует сила 8 Н. Определите магнитную индукцию, если ток в проводнике равен 40А.

Дано:

СИ: = 0,2 м

Решение: Магнитная индукция магнитного поля Ответ: .

Задача №2. В однородном магнитном поле, индукция которого 0,6 Тл, равномерно движется проводник длиной 0.2 м. По проводнику проходит ток силой 4 А. Проводник со скоростью 0,2 м/с движется перпендикулярно направлению магнитного поля. Вычислите работу перемещения проводника за 10 с движения.

Дано: В = 0,6 Тл

Решение: Работа по перемещению проводника . Перемещение проводника при равномерном движении .Сила Ампера равна . Тогда работа будет Ответ: .

Задачи для самостоятельного решения:

1. Какая сила действует на проводник длиной 0,1 м в однородном магнитном поле с магнитной индукцией 2 Тл, если ток в проводнике 5 А, а угол между направлением тока и линиями индукции 30⁰ ?
2. Электрон влетает в однородное магнитное поле с индукцией 1,4 мТл в вакууме со скоростью 500 км/с перпендикулярно линиям магнитной индукции. Определите силу, действующую на электрон, радиус окружности, по которой он движется.
3. Определите величину силы Лоренца, действующей на протон с индукцией 80 мТл, со скорость протона 200 км/с перпендикулярно линиям магнитной индукции.
4. Какова индукция магнитного поля, в котором на проводник с длиной активной части 5 см действует сила 50 мН? Сила тока в проводнике 25 А. Проводник расположен перпендикулярно вектору индукции магнитного поля.
5. С какой силой действует магнитное поле индукцией 10 мТл на проводник, в котором сила тока 50 А, если длина активной части проводника 0,1 м? Линии индукции магнитного поля и ток взаимно перпендикулярны.
6. Протон в магнитном поле индукцией 0,01 Тл описал окружность радиусом 10 см. Найти скорость протона.
7. Электрон движется в однородном магнитном поле индукцией 4 мТл. Найти период обращения электрона.
8. Определите силу тока, если магнитная индукции равна 50 мТл, сила Ампера 40 мН, длина проводника 8 см.
9. Определите силу Ампера, действующей с индукцией с индукцией 0,1 Тл с силой тока 20 А, если длина проводника 14 см.
10. В однородном магнитном поле с индукцией 0,8 Тл на проводник стоком 30 А, длина активной части которого 10 см, действует сила 1,5 Н. Под каким углом к вектору магнитной индукции размещён проводник?

Литература:

• Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10, 11 кл. 2010 г.
• А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.

Электромагнетизм

Теория:

Закон электромагнитной индукции: ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром: =. Знак «минус» показывает, что ЭДС индукции и скорость изменения магнитного потока имеют разные знаки. Правило Ленца: возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он был вызван. ЭДС индукции в движущихся проводниках: Е_i =vBlsin. Эта формула справедлива для любого проводника длиной l , движущегося со скоростью v в однородном магнитном поле. Магнитный поток: Ф=LI, L - индуктивность контура или коэффициент самоиндукции. Магнитный поток измеряется в Вб, индуктивность – Гн, сила тока – А. Энергия магнитного поля равна той работе, которую должен совершить источник, чтобы создать данный ток.: W=. Величину Х_с , обратную произведению циклической частоты на электрическую ёмкость конденсатора, называют ёмкостным сопротивлением. Х_с=1/wC. Индуктивное сопротивление Х_L =wL называют индуктивным сопротивлением. Период свободных электрических колебаний контура Т=

Примеры решения задач:

Задача№1

За 5 мс магнитный поток, пронизывающий контур, убывает с 9 до 4 мВб. Найти ЭДС индукции в контуре.

Дано: Найти ε.

Решение: Ответ: ε = 1 В.

Задача №2. При какой скорости изменения тока в обмотке электромагнита с индуктивностью 2 Гн среднее значение ЭДС самоиндукции равно 20В?

Дано: L = 2 Гн ES = 20 B

Решение: ЭДС самоиндукции , откуда скорость изменения тока     Ответ: .

Задачи для самостоятельного решения:

1. За 5 мс магнитный поток, пронизывающий контур, убывает с 9 до 4 мВб. Найти ЭДС индукции контура.
2. Найти скорость изменения магнитного потока в соленоиде из 2000 витков при возбуждении в нём ЭДС индукции 120 В.
3. Сколько витков должна содержать катушка с площадью поперечного сечения 50 см² , чтобы при изменении магнитной индукции от 0,2 до 0,3 Тл в течение 4 мс в ней возбуждалась ЭДС 10 В?
4. Найти ЭДС индукции в проводнике с длиной активной части 0,25 м, перемещающемся в однородном магнитном поле индукцией 8 мТл со скоростью 5 м/с под углом 30⁰ к вектору магнитной индукции.
5. Каково сопротивление конденсатора ёмкостью 4 мкФ в цепях с частотой переменного тока 50 Гц и 400 Гц?
6. Каково индуктивное сопротивление катушки с индуктивностью 0,2 Гн при частоте 50 Гц и 400 Гц?
7. Конденсатор включён в цепь переменного тока стандартной частоты. Напряжение в сети 220 В. Сила тока в цепи этого конденсатора 2,5 А. Какова ёмкость конденсатора?
8. На какое напряжение надо рассчитывать изоляторы линии электропередачи, если действующее напряжение 430 кВ?
9. В цепь переменного тока частотой 400 Гц включена катушка индуктивностью 0,1 Гн. Конденсатор какой ёмкости надо включить в эту цепь, чтобы осуществился резонанс?
10. Какую электроёмкость должен иметь конденсатор для того, чтобы состоящий из этого конденсатора и катушки индуктивностью 10 мГн колебательный контур радиоприёмника был настроен на волну 1000 м?

Литература:

• Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10, 11 кл. 2010 г.
• А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.

Оптика

Теория:

Законы отражения света:
1.Угол падения α равен углу отражения β.

Углы падения и отражения измеряются между направлением луча и перпендикуляром к поверхности. 2.Падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр лежат в одной плоскости.

Законы преломления света (см. практическое занятие №21).

Основной закон тонкой линзы принимает вид: , где d — расстояние от источника света до линзы, f - расстояние от линзы до изображения, F- фокусное расстояние линзы. Такой вид формулы линзы принадлежит Рене Декарту. 
Увеличение линзы (Г) показывает во сколько раз величина изображения предмета (H) превышает размеры (h) самого предмета и равно отношению расстояния (f) от линзы до изображения к расстоянию (d) от предмета до линзы.
Г= Оптическая сила системы линз (D) равна сумме оптической силы каждой линзы (D₁, D₂, D₃,…), входящей в систему
СИ:дптр. В интерференционной картине:
1) усиление света происходит в случае, когда величина отставания (Δd) преломленной волны от отраженной волны составляет целое число (k) длин волн (λ): (k=0, 1, 2, …);2) ослабление света наблюдается в случае, когда величина отставания (Δd) преломленной волны от отраженной волны составляет половину длины волны (λ/2) или нечетное число (k) полуволн: (k=0, 1, 2, …)
СИ: м При прохождении монохроматического света с длиной волны λ через дифракционную решетку с периодом решетки d максимальное усиление волн в направлении, определяемом углом φ, происходит при условии: (k=0, 1, 2, …)

Примеры решения задач:

Задача№1

Свеча находится на расстоянии 12,5 см от собирающей линзы, оптическая сила которой равна 10 дптр. На каком расстоянии от линзы получится изображение и каким оно будет?

Дано:

D=10дптр D=1/d+1/f, 1/f=D-1/d

d=12,5см=0,125 м 1/f=10-1/0,125=10-8=2

f-? f=1/2=0,5 м Ответ: 0,5 м

Задача №2. При переходе луча света из стекла (флинт) в глицерин угол преломления оказался равным 30⁰. Определить угол падения луча света на границе раздела двух сред.

Дано: n1 = 1,8 n2 = 1,47

Решение: Используя формулы: и , найдем угол падения: . Используя таблицы Брадиса, найдём величину угла падения Ответ: .

Задачи для самостоятельного решения:

1. Угол падения луча света на поверхность подсолнечного масла 60⁰ , а угол преломления 36⁰ . Найти показатель преломления масла.
2. На какой угол отклонится луч света от первоначального направления, упав под углом 45⁰ на поверхность стекла? На поверхность алмаза?
3. Свеча находится на расстоянии 12,5 см от собирающей линзы, оптическая сила которой равна 10 дптр. На каком расстоянии от линзы получится изображение и каким оно будет?
4. Выразить линейное увеличение Г в зависимости от фокусного расстояния линзы F и расстояния предмета от линзы d.
5. Определить оптическую силу рассеивающей линзы, если известно, что предмет, помещённый перед ней на расстоянии 40 см, даёт мнимое изображение, уменьшенное в 4 раза.
6. Расстояние от предмета до экрана 90 см. Где надо поместить между ними линзу с фокусным расстоянием 20 см, чтобы получить на экране отчётливое изображение предмета?
7. Дифракционная решётка содержит 120 штрихов на 1 мм. Найти длину волны монохроматического света, падающего на решётку, если угол между двумя спектрами первого прядка равен 8⁰ .

8.      Определить угол отклонения лучей зелёного света (длина волны 0,55 мкм) в спектре первого порядка, полученном с помощью дифракционной решётки, период который равен 0,02 мм.

9.      Сколько времени идёт свет от Солнца до Земли?

10.  Вода освещена красным светом, для которого длина волны в воздухе 0,7 мкм. Какой будет длина волны в воде?

11.  Пациент при проверке зрения четко видит буквы на расстоянии 0,16 м от глаза. Определите недостаток его зрения. Какой оптической силы очки ему требуются?

12.  Близорукий человек лучше всего различает мелкий шрифт, расположенный на расстоянии d=15 см от глаза. Какие очки для чтения нужны этому человеку?

13.  На сколько изменяется оптическая сила нормального глаза человека, если он переводит глаза от книги, которую читал, на рисунок, висящий на стене на расстоянии 2 м от глаза?

14.  Во время хирургических операций тень от руки хирурга закрывает операционное поле. Как устранить такое неудобство?

Литература:

• Г.Я.Мякишев, Физика учебник 11 кл. 2010 г.
• А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.

Квантовая физика.

Теория.

Одним из явлений, подтверждающих квантовую природу света, является внешний фотоэффект. Квант света с энергией , попадая, например, на металл, может выбить из него электрон. Энергия кванта при этом пойдёт на совершение работы выхода по вырыванию электронов из металла и сообщение электрону кинетической энергии.

Это утверждение называется законом фотоэффекта и записывается в виде уравнения Эйнштейна для фотоэффекта:

.

Фотоэффект наступает при определённой частоте или длине волны падающего излучения, которые называются красной границей фотоэффекта:

.

С помощью квантовой теории удалось объяснить также такие явления, как давление света и люминесценцию.

Давление света при нормальном падении на поверхность

,

где Е – энергия фотонов, падающих на 1м² тела за 1 с; с – скорость света;  - коэффициент отражения.

Энергия фотонов может быть найдена по формулам:

Импульс фотонов:

.

Примеры решения задач.

Задача №1. Определить наибольшую длину волны света, при которой может происходить фотоэффект для пластины, работа выхода которой равна 8,5·10^-19Дж.

Дано: Авых = 8,5·10-19Дж

Решение: Красная граница фотоэффекта: Ответ:

Задача №2. Определить наибольшую скорость электрона, вылетевшего из цезия, при освещении его светом с частотой 7,5·10¹⁴Гц.

Дано:

СИ: 3,2·10-19Дж

Решение: Используя уравнений Эйнштейна, определим скорость электронов: , Ответ:

Задача №3. Определить энергию, массу и импульс фотонов видимого света с длиной волны 500 нм.

Дано:

СИ: 5·10-7м

Решение: Энергия фотона: Масса фотона: Импульс фотона: Ответ: ; ;

Задачи для самостоятельного решения:

1. Какая частота колебаний соответствует красным лучам видимого света, длина волны которых  7,6 · 10^{-7 м?}
2. Длина волны жёлтого света в вакууме равна 5,9 · 10^{-7 м.  Какова частота колебаний в такой волне?}
3. Определите длину волны красной границы фотоэффекта для серебра.
4. Красная граница фотоэффекта для калия равна 0,56 мкм. Чему равна работа выхода электронов с поверхности калия?
5. Какую максимальную кинетическую энергию имеют вырванные из лития электроны при облучении светом с частотой 10¹⁵ Гц?
6. Максимальная кинетическая энергия электронов, вылетающих из рубидия при освещении его ультрафиолетовыми лучами с длиной волны 3,17 · 10^{-7 м, равна 2,84 · 10-19} Дж. Определите работу выхода электронов из рубидия.
7. С какой длиной волны следует направить свет на поверхность цезия, чтобы максимальная скорость фотоэлектронов была равна 2000 км/с? Красная граница фотоэффекта для цезия равна 690 нм.
8. Какова максимальная скорость электронов, вырванных с поверхности платины при облучении её светом с длиной волны 100 нм?
9. Определить энергию фотонов, соответствующих наиболее длинным (λ = 0,75 мкм) и наиболее коротким (λ = 0,4 мкм) волнам видимой части спектра.
10. Энергия фотона равна 6,4 · 10^-19 Дж. Определите частоту колебаний для этого излучения и массу фотона.
11. Энергия фотона равна 2,76 · 10^-19 Дж. Определить массу и импульс фотона.
12. Найдите массу, энергию и импульс фотона, соответствующего рентгеновскому излучению с длиной волны 1,5 · 10^{-10 м.}
13. Найти длину волны и частоту излучения, масса фотонов которого равна массе покоя электрона. Какого типа это излучение?
14. С какой скоростью должен двигаться электрон, чтобы его импульс был равен импульсу фотона излучения с длиной волны 5,2 · 10^{-7 м?}
15. Какую энергию должен иметь фотон, чтобы его масса была равна массе покоя электрона?

 Физика атома и атомного ядра.

Теория.

Атом любого элемента состоит из положительно заряженного ядра, вокруг которого по различным орбитам вращаются электроны. При этом выполняются следующие условия:

1. суммарный заряд всех электронов, входящих в состав атома, равен заряду ядра:
2. в стационарном состоянии атом не излучает. Движение электрона вокруг ядра возможно только по определённым орбитам, радиусы которых удовлетворяют соотношению (первый постулат Бора):

      где  m_e -  масса электрона; - скорость электрона на n - орбите; n = 1,2,3 …- порядковый номер

      орбиты; h – постоянная Планка.

3. испускание (поглощение) света происходит при переходе атома из одного стационарного состояния в другое. Энергия фотона равна разности энергий стационарных состояний (второй постулат Бора):

,

где - частота излучения; Е₁ и Е₂ – значения энергии электрона на соответствующих орбитах.

Энергия электрона на n – стационарной орбите в простейшем по своему строению атоме водорода:

;

где  = 8,85∙10¹²Ф/м – электрическая постоянная; n = 1,2,3… - номер орбиты (главное квантовое число).

      Длина волны света , испускаемого атомом водорода при переходе с орбиты на орбиту , может быть определена по формуле:

,

где R = 1,097∙10⁷ м^-1 – постоянная Ридберга. Для видимого света n₁=2, n₂ = 3,4,5…

      Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов, называемых нуклонами. Массовое число А равно числу нуклонов в ядре. Оно представляет собой выраженную в атомных единицах массы массу атома элемента, округлённую до целого числа.

Зарядовое число Z равно числу протонов в ядре, оно совпадает с порядковым номером элемента в таблице Менделеева.

Число нейтронов в ядре N = A – Z.

Атомы одного и того же элемента могут иметь разное количество нейтронов в ядре. Такие атомы называются изотопами данного элемента. Например, у атома кислорода три изотопа: (сверху – массовое число, снизу – зарядовое число).

Мааса ядра М_я меньше массы нейтрального атома М_а на массу электронов, входящих в состав электронной оболочки атома:

Дефектом массы ядра  называют разность между суммой масс протонов  и нейтронов , составляющих ядро атома, и массой ядра М_я:

В таблицах масс изотопов указывают не массы ядер, а массы нейтральных атомов. Поэтому данную формулу можно преобразовать в виде:

Энергия связи ядра определяется работой, которую нужно совершить для разделения ядра на составляющие его протоны и нейтроны:

,

где с = 3∙10⁸ м/с – скорость света в вакууме. Энергия в данном случае выражена в джоулях. Определено, что энергия, поглощающаяся или выделяющаяся при изменении массы на 1 а.е.м. составляет 931 МэВ. Поэтому для случая, когда дефект массы выражен в атомных единицах массы, соотношение для энергии связи можно записать в виде:

.

Энергия связи в этом случае выражена в мегаэлектронвольтах: 1МэВ = 1,6∙10^-13Дж.

            Изменение энергии  при ядерных реакциях определяется соотношением:

, где  и  - суммы масс частиц до и после реакции. Если >, то энергия выделяется. Если < , то энергия поглощается.

            При радиоактивном распаде число радиоактивных (нераспавшихся) атомов убывает со временем по закону:

,

где N₀ – число радиоактивных атомов в начальный момент времени,  - постоянная радиоактивного распада, t – время распада.

Можно этот же закон радиоактивного распада записать в виде:

, где Т – период полураспада радиоактивного изотопа.

Период полураспада и постоянная радиоактивного распада связаны между собой соотношением:

В результате радиоактивного распада в исходном элементе с течением времени число нераспавшихся ядер уменьшается, но растёт число ядер продуктов распада. Число ядер , распавшихся за время , пропорционально числу  нераспавшихся в начальный момент времени ядер и интервалу времени:

Примеры решения задач.

Задача №1. Каково строение ядра изотопа углерода ?

Дано: Z - ? N - ?

Решение: Из символической записи изотопа  следует, что ядро изотопа углерода состоит из 12 нуклонов (А=12), шести протонов (Z=6)  и шести нейтронов (N = A – Z=12-6=6). Ответ: Z=6; N =6.

Задача №1. Определить длину волны, соответствующую четвёртой спектральной линии в видимой области спектра атома водорода.

Дано:

Решение: Длину волны света, излучаемого атомом водорода при переходе с одной орбиты на другую. Определим по формуле: . По условию задачи четвёртая спектральная линия в видимой области света появляется тогда, когда электрон переходит с шестой орбиты () на вторую () (серия Бальмера). Тогда            Ответ: .

Задача №2. Найти энергию связи ядра изотопа гелия , если масса этого изотопа m_a = 3,01605 а.е.м., масса протона равна 1,00783 а.е.м.; масса нейтрона 1,00867 а.е.м.; масса электрона 0,00055 а.е.м.

Дано: mp = 1,00783 а.е.м. mn = 1,00867 а.е.м.   me = 0,00055 а.е.м. ma = 3,01605 а.е.м - ?

Решение: Энергия связи ядра определяется формулой: , где . Энергия связи Ответ:

Задача №3. За какое время произойдёт распад 3 мг полония , если в начальный момент его масса равна 0,3 г? Период полураспада полония 138 суток.

Дано: m1 = 3мг m2 = 0,3 г Т = 138 сут. t =  ?

СИ: 3∙10-6кг 3∙10-4 кг

Решение: Число атомов , распавшихся за время t, , где N0 – число атомов, не распавшихся в начальный момент времени в 0,3 г полония; N -  число атомов, не распавшихся через время t. Так как  и , получим Число атомов, содержащихся в какой-либо массе вещества, определяется выражением  , где М – молярная масса полония, NA – число Авогадро. Исходя из условий задачи,  найдём . Тогда выражение для можно переписать в виде:. Отсюда следует. что , откуда Ответ: t = 2 суток.

Задачи для самостоятельного решения:

1. Каков состав ядер натрия  , фтора , серебра Ag, кюрия  Cm, менделевия Md?
2. Каков состав изотопов неона Ne, неона Ne, неона Ne?
3. Написать реакции распада α - урана  U и  β – распада свинца Pb.
4. В результате какого радиоактивного распада плутоний Pu превращается в уран U?
5. Элемент менделевий был получен при облучении эйнштейния   Es α-частицами с выделением нейтрона. Написать реакцию.
6. При бомбардировке азота N нейтронами из образовавшегося ядра выбрасывается протон. Написать реакцию. Полученное ядро оказывается β - радиоактивным. Написать происходящую при этом реакцию.
7. Сколько процентов радиоактивных ядер кобальта останется через месяц, если период полураспада равен 71 дню?
8. Активность радиоактивного элемента уменьшилась в 4 раза за 8 дней. Найти период полураспада.
9. Сколько атомов радона распадается за 1 сутки из 10⁶ атомов?
10. Среди радиоактивных загрязнений, вызванных аварией на Чернобыльской АЭС, наиболее опасными являются долгоживущие продукты деления – стронций -90 и цезий-137. Сколько времени должно пройти к тому моменту, когда активность этих загрязнений уменьшится в 10 раз? Периоды полураспада стронция 28 лет, цезия – 30 лет.

11.  Радоновые ванны, применяемые для лечения, содержат 1,8×106 атомов радона в 1 дм3 воды. На сколько молекул воды приходится один атом радона в лечебной ванне?

12.  Почему при рентгенодиагностике желудка больному дают «бариевую кашу»?

13.  Для чего врачи-рентгенологи пользуются при работе перчатками, фартуками и очками, в которые введены соли свинца?

14.  При облучении в реакторе стабильный кобальт  превращается в радиоизотоп : .  испытывает β-распад, превращаясь в никель . Найти энергию γ-излучения образовавшегося ядра , используемого для лечения раковых опухолей.

15.  Предельно допустимая доза общего облучения для человека равна 0,05 Гр в год. При одном флюорографическом обследовании доза облучения составляет 0,0076 Гр. Выкуривающий 20 сигарет в день получает облучение 1,52 Гр. Какому количеству рентгеновских снимков это соответствует?

16.  Больному ввели внутривенно 1 см3 раствора, содержащий искусственный радиоизотоп натрия  активностью 2000 Бк. Активность 1 см3 крови, взятой через 5 часов оказалась 0,27 Бк. Найти объем крови человека.

17.  В состав табачного дыма входят радиоизотопы свинца, висмута, полония (). Известно, что ядро образовалось после двух последовательных β-распадов. Из какого ядра получился радиоизотоп полония?

18.  Почему стронций – 90 считается наиболее опасным радиоактивным элементом для живого организма?

Повторение

Задачи для самостоятельного решения:

 За какое время автомобиль, двигаясь с ускорением 0,4 м/с² , увеличивает свою скорость с 12 до 20 м/с?

1. Тело массой 4 кг под действием некоторой силы приобрело ускорение 2 м/с² . Какое ускорение приобретает тело массой 10 кг под действием такой же силы?
2. Импульс тела равен 8 кг•м/с, а кинетическая энергия 16 Дж. Найти массу и скорость тел.
3. Найти концентрацию молекул кислорода, если при давлении 0,2 МПа средняя квадратичная скорость его молекул равна 700 м/с.
4. Какое давление сжатого воздуха, находящегося в баллоне вместимостью 20 л при 12⁰ С, если масса это воздуха 2 кг?
5. Какую работу совершил воздух массой 200 г при его изобарном нагревании на 20К? Какое количество теплоты ему при этом сообщили?
6. На расстоянии 3 см от заряда 4 нКл, находящегося в жидком диэлектрике, напряжённость поля равна 20кВ/м. Какова диэлектрическая проницаемость диэлектрика?
7. Сопротивление стального проводника длиной 3м равно 15 Ом. Определите площадь его поперечного сечения.
8. Медная проволока длиной 3 м и сечением 5 мм² подключена к источнику тока с напряжением 12 В. Определите число электронов, проходящих через поперечное сечение проволоки за 10 с.
9. Найти силу тока в проводнике сопротивлением 15 Ом, если напряжение на его концах равно 60 В.

Литература:

• Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10, 11 кл. 2010 г.
• А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.

Использованная литература

1.        Мякишев ГЯ., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика учебник 10, М.; Просвещение; 2010

2.        Мякишев ГЯ., Буховцев Б.Б. Физика учебник 11, М.; Посвещение; 2010

3.        С.А.Смирнов. Сборник задач по физике.2010 г

4.        Степанова Г.Н. Сборник задач по физике М., Просвезщение; 2010

5.        Рымкевич А.П. Сборник задач по физике М.; Дрофа, 2010