Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / Сборник внеаудиторных самостоятельных работ по физике
Обращаем Ваше внимание: Министерство образования и науки рекомендует в 2017/2018 учебном году включать в программы воспитания и социализации образовательные события, приуроченные к году экологии (2017 год объявлен годом экологии и особо охраняемых природных территорий в Российской Федерации).

Учителям 1-11 классов и воспитателям дошкольных ОУ вместе с ребятами рекомендуем принять участие в международном конкурсе «Законы экологии», приуроченном к году экологии. Участники конкурса проверят свои знания правил поведения на природе, узнают интересные факты о животных и растениях, занесённых в Красную книгу России. Все ученики будут награждены красочными наградными материалами, а учителя получат бесплатные свидетельства о подготовке участников и призёров международного конкурса.

ПРИЁМ ЗАЯВОК ТОЛЬКО ДО 21 ОКТЯБРЯ!

Конкурс "Законы экологии"

Сборник внеаудиторных самостоятельных работ по физике

библиотека
материалов












Сборник внеаудиторных самостоятельных работ по физике

Ханты-Мансийский технолого-педагогический колледж - 2013.






























Составитель:

Л.И. Кива, преподаватель физики и математики





Сборник заданий по внеаудиторной самостоятельной работе по физике предназначен студентам, обучающимся по специальностям среднего профессионального образования 050146 «Преподавание в начальных классах», 050144 «Дошкольное образование».




Рассмотрено на заседании методического объединения «Естественных наук» Протокол № 1 от 28.08. 2013 г.































Оглавление





Введение

Самостоятельная работа над учебным материалом состоит из следующих элементов:

  1. Изучение материала по учебнику.

  2. Выполнение еженедельных домашних заданий.

  3. Выполнение внеаудиторной самостоятельной работы.

В сборнике Вам предлагается перечень внеаудиторных самостоятельных работ, которые вы должны выполнить в течение учебного года.

При выполнении внеаудиторной самостоятельной работы учащийся может обращаться к преподавателю для получения консультации.

Внеаудиторная самостоятельная работа учащихся планируемая учебная, учебно-исследовательская, научно-исследовательская, проектная работа, выполняемая за рамками расписания учебных занятий по заданию и при методическом руководстве преподавателя, но без его непосредственного участия и является обязательной для каждого студента.

Целью самостоятельной работы учащихся является:

- обеспечение профессиональной подготовки выпускника в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом среднего профессионального образования;

- формирование и развитие общих компетенций, определённых в Федеральном государственном образовательном стандартом среднего профессионального образования;

- формирование и развитие профессиональных компетенций, соответствующих основным видам профессиональной деятельности.

Задачами, реализуемые в ходе проведения внеаудиторной самостоятельной работы учащихся, в образовательной среде колледжа являются:

- систематизация, закрепление, углубление и расширение полученных теоретических знаний и практических умений студентов;

- развитие познавательных способностей и активности студентов: творческой инициативы, самостоятельности, ответственности и организованности;

- формирование самостоятельности мышления: способности к саморазвитию, самосовершенствованию и самореализации;

- овладение практическими навыками применения информационно-коммуникационных технологий в профессиональной деятельности;

- развитие исследовательских умений.

Объем времени, отведенный на внеаудиторную самостоятельную работу, находит свое отражение:

- в рабочем учебном плане – в целом по циклам основной профессиональной образовательной программы, отдельно по каждому из учебных циклов, по каждой дисциплине, междисциплинарному курсу и профессиональному модулю;

- в рабочих программах учебных дисциплин и профессиональных модулей с ориентировочным распределением по разделам и темам.

Контроль результатов самостоятельной работы учащихся может осуществляться в пределах времени, отведенного на обязательные учебные занятия и самостоятельную работу по дисциплине физика и может проходить в письменной, устной или смешанной форме с предоставлением изделия или продукта творческой деятельности.

Критериями оценки результатов внеаудиторной самостоятельной работы учащегося являются:

- уровень освоения учебного материала;

- умение использовать теоретические знания и умения при выполнении практических задач;

- уровень сформированности общих и профессиональных компетенций.

Выполнение внеаудиторной самостоятельной работы способствует формированию общих компетенций:

ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, определять методы решения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК 3. Оценивать риски и принимать решения в нестандартных ситуациях.

ОК 4. Осуществлять поиск, анализ и оценку информации, необходимой для постановки и решения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии для совершенствования профессиональной деятельности.

ОК 6. Работать в коллективе и команде, взаимодействовать с руководством, коллегами и социальными партнерами.









Указания к выполнению внеаудиторной самостоятельной работы

  1. Внеаудиторную самостоятельную работу нужно выполнять в отдельной тетради в клетку.

  2. Решения задач следует излагать подробно и аккуратно, объясняя и мотивируя все действия по ходу решения и делая необходимые чертежи.

  3. Оформление решения задачи следует завершать словом «Ответ».

  4. После получения проверенной преподавателем работы студент должен в этой же тетради исправить все отмеченные ошибки и недочеты. Вносить исправления в сам текст работы после ее проверки запрещается.

  5. Оценивание индивидуальных образовательных достижений по результатам выполнения внеаудиторной самостоятельной работы производится в соответствии с универсальной шкалой (таблица).

Процент результативности (правильных ответов)

Качественная оценка индивидуальных образовательных достижений

балл (отметка)

вербальный аналог

90 ÷ 100

5

отлично

80 ÷ 89

4

хорошо

70 ÷ 79

3

удовлетворительно

менее 70

2

неудовлетворительно

























Литература:

1. Кикин Д.Г., Самойленко П.И. Физика с основами астрономии. Учебник для средних специальных учебных заведений. – М.:Высшая школа, 1995.

  1. Жданов Л.С., Жданов Г.Л. Физика . Учебник для средних специальных учебных заведений. – М.: Высшая школа, 1990

  2. Дмитриева В.Ф. Физика// Учебное пособие для средних специальных учебных заведений. М.,1993

  3. Пинский А.А.,Граковский Г.Ю. Физика с основами электротехники.\\ Учебное пособие для средних специальных учебных заведений. М.,1986

  4. Енохович А.С. Краткий справочник по физике. М.,1983

  5. Сборник задач по физике. Учебное пособие для средних специальных учебных заведений.\ Под ред. Р.А.Гладковой.- М.:Наука,1996

  6. Савченко Н.Е. Задачи по физике с анализом решения.- М.: Просвещение, 1996

  7. Рябоволов Г.И., Дадалова Н.Р., Самойленко П.И., Сборник дидактических заданий по физике. М.,1990

  8. Гладкова А.А., Кутыловская Н.И. Сборник задач по физике\ \Учебное пособие для заочных средних специальных заведений. М.,1986

  9. Сборник задач, упражнений и лабораторных работ по физике \ Под ред. Н.Д.Глухова . М.,1989







Всего часов по физике 78. Из них внеаудиторная самостоятельная работа – 26 часов.





Перечень внеаудиторных самостоятельных работ по физике



п/п

Наименование тем

Количество часов

Вид работы

Формируемые компетенции

Тема: ВВЕДЕНИЕ

11

«Физика в моей профессии»


1

Сообщение

ОК 2.

ОК 4.

ОК 5.

22

«Физика важна, физика нужна»


1

сочинение-изложение

ОК 2.

ОК 4.

ОК 5.

Тема: МЕХАНИКА

43

Кинематика


2

Решение задач

ОК 2.

ОК 3.

ОК 4.

54

Динамика

1

Сообщение «Силы в природе»

ОК 2.

ОК 4.

ОК 5.

Тема: МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

65

Основы МКТ

1

Реферат «М.В.Ломоносов – основоположник МКТ»


ОК 2.

ОК 4.

ОК 5.

66

Основы МКТ

2

Решение задач


ОК 2.

ОК 3.

ОК 4.

87

Основы термодинамики

1

Доклад на тему: «Тепловые двигатели и загрязнение окружающей среды»


ОК 2.

ОК 4.

ОК 5.

Тема: ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ

18

Электрические заряды

1

Сообщение на тему: «Ох уж эта вредная электризация»

ОК 2.

ОК 4.

ОК 5.

19

Законы постоянного тока

2

Решение задач


ОК 2.

ОК 3.

ОК 4.

110

Электрический ток в различных средах

2

Кроссворд

ОК 2.

ОК 4.

ОК 5.

111

Магнитное поле

2

Решение задач


ОК 2.

ОК 3.

ОК 4.

112

Электромагнитная индукция

2

Решение задач


ОК 2.

ОК 3.

ОК 4.

Тема: КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

113

Механические колебания и волны

1

Реферат на тему: «Звук»


ОК 2.

ОК 4.

ОК 5.

114

Электромагнитные колебания и волны

2

Решение задач


ОК 2.

ОК 3.

ОК 4.

115

Волновая оптика

2

Решение задач


ОК 2.

ОК 3.

ОК 4.

Тема: КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

116

Квантовая физика

2

Решение задач


ОК 2.

ОК 3.

ОК 4.

117

Атомная энергия и охрана окружающей среды

1

Сообщение

ОК 2.

ОК 4.

ОК 5.


Итого часов

26





















Задания для внеаудиторной самостоятельной работы студентов


Тема: Введение


Самостоятельная работа № 1 «Физика в моей профессии». Подготовить сообщение.

Цель задания :

-углубление и расширение знаний о предмете и необходимости его изучения для будущей специальности;

-формирование умений использовать специальную и дополнительную литературу;

-развитие познавательных способностей, ответственности.

Содержание задания :

-чтение указанной литературы;

-написание сообщений;

-подготовка устного сообщения на данную тему.

Срок выполнения:

подготовит к следующему теоретическому занятию

Ориентированный объем работы :

Устный доклад на 5-7 минут.

Основные требования к результатам работы :

в сообщении должны быть освещены следующие моменты

-сущность понятия «Физика – наука о природе»;

-связь физики с другими предметами и дисциплинами;

-необходимость и важность изучения предмета для будущей специальности.

Критерии оценки:

уровень освоения студентами учебного материала и дополнительной литературы

Форма контроля:

Проверка наличия сообщений у каждого студента и опрос устно несколько человек.


Самостоятельная работа № 2 «Физика важна, физика нужна».

Подготовить сочинение-изложение

Цель задания:

- углубление и расширение вводных знаний;

- формирование умений использовать специальную литературу;

-развитие познавательных способностей: самостоятельности, ответственности;

Содержание задания:

- чтение указанной литературы;

- написание плана сочинения-изложения;

Срок выполнения:

Подготовить к следующему теоретическому занятию.

Ориентированный объем работы: Произвольный

Основные требования к результатам работы:

В сочинении-изложении должны быть освещены следующие моменты : сущность понятия «Физика – наука о природе»;

связь предмета с другими дисциплинами;

необходимость изучения предмета для данной специальности.

Критерии оценки:

-уровень освоения студентом учебного материала.

Форма контроля:

- проверка сочинения-изложения на уроке.


Тема: Механика

Самостоятельная работа № 3 «Кинематика».

Решение задач.

Цель задания :

-формирование умений использовать учебную литературу;

-развитие познавательных способностей, самостоятельности, ответственности;

- умение подготовиться к рубежному контролю

Содержание задания

-повторение пройденного материала раздела

- чтение конспекта и учебного материала

Срок выполнения:

Подготовиться к следующему теоретическому занятию

Ориентированный объем работы:

Прорешать пять из предложенных задач

Основные требования к результатам работы:

-добросовестность подготовки:

- умение сконцентрироваться во время рубежного контроля, повторение основных формул кинематики;

- умение аргументировать свои ответы.

Критерии оценки:

-оформление письменного задания в соответствии с установленными требованиями;

-умение студента использовать теоретические знания при выполнении контрольной работы.

Форма контроля:

проверка правильности письменного задания в тетрадях с конспектами и у доски


Теоретический материал

Кинематика изучает различные механические движения тел без рассмотрения причин вызывающих эти движения. 

hello_html_929113.png



Пример 1. Уравнение движения тела дано в виде х = 4 - 3t. Определить начальную координату тела, скорость движения и перемещения тела за 2 секунды.

Дано:

х = 4 - 3t,

t1 = 2с;

х0 - ? vx - ? S - ?

Решение: Сравним данное уравнение движения тела с уравнением движения в общем виде: х = х0 + vx t   и   х = 4 - 3t.

Очевидно, что х0 = 4м, vx = - 3м/с (знак "-" означает, что направление скорости не совпадает с направлением оси ОХ, т.е. они противоположно направлены). Перемещение тела найдем по формуле: S = х - х0. Конечную координату х можно определить, подставляя в уравнение движения время t1: х = 4 - 3t1. В общем виде формула перемещения: S = 4 - 3t1 - х0 = 4 - 3t1 - 4 = - 3t1 = -3 · 2 = - 6 м (Тело движется в отрицательном направлении оси ОХ).

Ответ: х0 = 4м; vx = -3м/с; S = -6м.



Пример 2. Лодочник перевозит пассажиров с одного берега на другой за время t =10 мин. по траектории АВ. Скорость течения реки vр = 0,3 м/с, ширина реки 240 м. С какой скоростью v относительно воды и под каким углом α к берегу должна двигаться лодка, чтобы достичь другого берега за указанное время?

Дано:

vр = 0,3 м/с,

L = 240 м,

t = 10 мин = 660 с.

v' - ? α - ?

hello_html_m4aaff231.gif 

Рисунок 1.1




Решение: Примем берег за неподвижную систему отсчета. Тогда относительно берега скорость лодки равна:

hello_html_6c06ba74.gif

Эта скорость (рисунок 1.1), является суммой двух скоростей: скорости лодки относительно воды v' (скорости относительно подвижной системы отсчета) и скорости реки vр (скорости самой подвижной системы отсчета относительно неподвижной). По закону сложения скоростей: v =vр + v'. Так как по условию задачи скорость лодки относительно берега направлена вдоль АВ, а скорость реки перпендикулярно АВ, то скорость лодки относительно воды(по теореме Пифагора):

hello_html_58d75eae.gif

hello_html_m6dd6289b.gif

Искомый угол можно найти из выражения:

hello_html_m4513513d.gif hello_html_67022a98.gif hello_html_m505cb74.gif

Ответ: v' = 0.5 м /с, α = arctg ≈ 530.



Пример 3. Зависимость пройденного телом пути S от времени t задается уравнением S = At - Bt2 + Ct3, где А = 2 м/с, В = 3 м/с2, С = 4 м/с3.

Найти:   а) зависимость скорости v и ускорения a тела от времени t;

б) расстояние S, скорость v и ускорение а тела через время t =2 с после начала движения.

Дано:

S = At - Bt2 + Ct3, А = 2 м/с, В = 3 м/с2, С = 4 м/с3;

а) v(t) -?, a(t) -?

б) S -? , V -? , a-? при t = 2 c.

Решение:

а) Скорость тела: v = ds /dt ; v = A - 2Bt + 3Ct2; v = 2 - 6t + 12t2 м/с. Ускорение тела: а = dv /dt; а= - 2B + 6Сt; a = - 6 + 24t м/с2.

б) Расстояние, пройденное телом, S = 2t - 3t2 + 4t3. Тогда через время t = 2c имеем: S = 24 м; v = 38 м/с; а = 42 м/с2.

Ответ: v = 2 - 6t + 12t2; a = - 6 + 24 t м/с2; S = 24 м; v = 38 м/с; а = 42 м/с2.

Пример 4. Ускорение автомобиля равно а = - 4 м/с2. Что это означает?

Решение: Ускорение автомобиля отрицательно, следовательно, скорость его уменьшается, т.е. автомобиль тормозит. Его скорость уменьшается на 4 м/с за каждую секунду.

Пример 5. Два велосипедиста едут навстречу друг другу. Один, имея скорость 18 км/ч, движется равнозамедленно, с ускорением 20 см/с2, другой, имея скорость 5,4 км/ч, движется равноускоренно с ускорением 0,2 м/с2. Через какое время велосипедисты встретятся и какое перемещение совершит каждый из них до встречи, если расстояние между ними в начальный момент времени 130 м?

Дано:

v01 = 18 км/ч = 5 м/с,

a1 = 20 см/с2 = 0,2 м/с2,

v02 = 5,4 км/ч = 1,5 м/с,

a2 = 0,2 м/с2,

x02 = 130 м

S1 - ? S2 - ? t1 - ?

hello_html_8dda40e.gif 

Рисунок 1.4

Решение: Пусть ось ОХ совпадает с направлением движения первого велосипедиста, а начало координат с точкой O, в которой он находился в момент времени t = 0 (рисунок 1.4). Тогда уравнения движения велосипедиста таковы :

hello_html_m51c1f212.gif (т.к. а= - а1; х01 = 0);

hello_html_540ba3a5.gif (т.к. v2x = - v02 и a2x = - a2).

В момент встречи в точке А: t = t1; x1 = x2. Тогда получим равенство:

hello_html_m36eb5265.gif, откуда v01·t1 + v02·t1 = х02, т.к. а1 = а2,

hello_html_24e95676.gif

Определим перемещение каждого до встречи.

hello_html_4367dafd.gif

Ответ: S1 = 60 м; S2 = 70 м; t1 = 20 c.



Пример 6. Тело падает вертикально вниз с высоты 20 м без начальной скорости. Определить:

1) путь h, пройденный телом за последнюю секунду падения,

2) среднюю скорость падения vср,

3) среднюю скорость на второй половине пути vср2.

Дано:

h0 = 0м,

t = 1c,

h - ? vср -? vср2 -?

hello_html_m54dff879.gif

Рисунок 1.5

Решение: Направим ось у вертикально вниз, и пусть начало координат совпадает с начальным положением тела (рисунок 1.5).

Согласно формуле:

hello_html_14aef63a.gif

уравнение движения запишется в виде: hello_html_m61243e3.gif

в момент падения на землю у = h0. Отсюда время движения тела:

hello_html_2ed614f1.gif

За время ( t - ∆t) тело прошло путь

hello_html_6617bfee.gif

Путь за последнюю секунду равен:

hello_html_f19079b.gif hello_html_m69b252ad.gif

2) Тело прошло путь h0. Время движения hello_html_2ed614f1.gif . Тогда средняя скорость падения

или

hello_html_250b4a8b.gif

,

hello_html_m3ca778fa.gif

3) Для определения средней скорости на второй половине пути, необходимо узнать время, за которое эта часть пути пройдена. Время движения на второй половине пути равно полному времени полета t минус время t1, затраченное на прохождение первой половины пути. Время t1 находится из уравнения:

,т.е.

hello_html_m1f768fa1.gif



Таким образом,

hello_html_m19256e6f.gif



Следовательно,

hello_html_m63166892.gif

Ответ: h = 15м; vср = 10м/с; vср2 = 17м/с.



Пример 7. С башни высотой Н = 25 м горизонтально брошен камень со скоростью υ0 = 15 м/с. Найти: сколько времени камень будет в движении; на каком расстоянии Sx от основании башни он упадет на землю; с какой скоростью υ он упадет на землю; какой угол φ составит траектория камня с горизонтом в точке его падения на землю.

Дано:

h = 25 м,

υ0 = υх = 15 м/с;

t -?, L -?, υ -?, φ -?

Решение:

Перемещение брошенного горизонтально камня можно разложить на два (рисунок 1.7): горизонтальное Sx и вертикальное Sy.

hello_html_79f7e436.gif

Рисунок 1.7

Применяя закон независимости движения, имеем:

hello_html_md90d0a7.gif hello_html_m39960a0.gif,  отсюда,

1)

hello_html_5bee87ad.gif

2) Sx = L = v0·t = 15 · 2,26 = 33,9 м;

3) vу = g · t = 9,81 · 2,26 = 22,1 м/с,

hello_html_4a5617cb.gif

4)

hello_html_6ec59e57.gif



Пример 8. Тело брошено под углом α к горизонту с начальной скоростью υ0. Определить время полета t, максимальную высоту Н подъема и дальность L полета.

Дано:

α, υ0

t -?, Н -?, L -?

Решение: Как обычно задача начинается с выявления сил, действующих на тело. На тело действует только сила тяжести, поэтому в горизонтальном направлении оно перемещается равномерно, а в вертикальном - равнопеременно с ускорением g.

Будем рассматривать вертикальную и горизонтальную составляющие движения тела по отдельности, для этого разложим вектор начальной скорости на вертикальную ( υ0·Sinα ) и горизонтальную ( υ0·Cosα ) составляющие (рисунок 1.9).




hello_html_m2cf1fd23.gif

Рисунок 1.9


Начнем рассматривать вертикальную составляющую движения. Время полета t = t1 + t2, где t1 - время подъема (тело движется по вертикали равнозамедленно), t2 - время спуска (тело движется по вертикали равноускоренно).

Вертикальная скорость тела в наивысшей точке траектории (при t = t1) равна очевидно нулю. С другой стороны, эта скорость может быть выражена при помощи формулы зависимости скорости равнозамедленного движения от времени.

Отсюда, получаем: 0 = υ0Sinα - g·t1 или

(1.1)

Зная t1, находим Н:

(1.2)

Подставим (1.1) в (1.2)

hello_html_1e94e914.gif

Время спуска t2 можно вычислить, рассмотрев падение тела с известной высоты Н без начальной вертикальной скорости:

hello_html_md10e00d.gif

отсюда следует, что t1 = t2.

Полное время полета:

hello_html_m6936a16f.gif

Для нахождения дальности полета L необходимо обратиться к горизонтальной составляющей движения тела. Как уже отмечалось, по горизонтали тело перемещается равномерно.

hello_html_m70f90b5f.gif

Пример 9. Определить модуль скорости и центростремительного ускорения точек земной поверхности на экваторе. Радиус Земли принять равным 6400 км.

Дано:

R = 6400 км = 6,4·106 м;

Т = 24 ч = 8,64·104 с;

υ - ? ацс - ?

Решение: Точки земной поверхности на экваторе движутся по окружности радиуса R, поэтому модуль их скорости:

hello_html_m56398e62.gif

Центростремительное ускорение:

hello_html_1e45a0f4.gif

Ответ: υ = 465 м/с, ацс = 0,034 м /с2.



Решить самостоятельно.

1. Тело переместилось из точки с координатами (0,3) в точку с координатами (3,-1). Найти модуль перемещения тела. 
 2. Тело начало двигаться вдоль оси Х с постоянной скоростью 6 м/с из точки имеющей координату Х
0 =-7м. Через сколько секунд координата тела окажется равной 5м? 
 3. Пешеход переходил дорогу со скоростью 4,2 км/ч по прямой составляющей угол 30
 с направлением дороги, в течении одной минуты. Определите ширину дороги. 

4. В течении первых 5 часов поезд двигался со скоростью 60 км/ч, а затем в течении 4 часов – со средней скоростью 15 км/ч. Найдите среднюю скорость (в км/ч ) поезда за все время движения. 
5. Велосипедист, проехав 4 км со скоростью 12 км/ч, остановился и отдыхал в течении 40 мин. Оставшиеся 8 км пути он проехал со скоростью 8 км/ч. Найдите среднюю скорость (в км/ч) велосипедиста на всем пути.
 

6. Автомобиль, двигаясь равноускоренно, через 10 с после начала движения достиг скорости 10 км/ч. Найти ускорение автомобиля.

7. Длина дорожки для взлета самолета 675 м. Какова скорость самолета при взлете, если он движется равноускоренно и взлетает через 15 с после старта? 

8. Шар, двигаясь из состояния покоя равноускоренно, за первую секунду прошел путь 10 см. Какой путь (в см) он пройдет за три секунды от начала движения?

9. С какой скоростью двигался поезд до начала торможения, если тормозной путь он прошел за 30 с с ускорением 0,5 м/с2?

10. Какое расстояние пройдет автомобиль до полной остановки. Если шофер резко затормозит при скорости 20 м/с, а от момента торможения до полной остановки проходит 6 с?

11. При аварийном торможении автомобиль двигавшийся со скоростью 30 м/с, проходит тормозной путь с ускорением 0,5 м/с2, Найдите тормозной путь.


Самостоятельная работа № 4 «Динамика»

Подготовить сообщение «Силы в природе».

Цель задания :

-формирование умений использовать учебную и дополнительную литературу;

-развитие познавательных способностей, самостоятельности, ответственности;

-углубление и расширение теоретических знаний

Содержание задания:

-чтение указанной литературы;

-написание докладов;

-подготовка устных сообщений по данной теме

Срок выполнения

Подготовить к следующему теоретическому занятию

Ориентированные объем работы

2-4 страницы печатного текста

Основные требования к результатам работы

В сообщении должны быть освещены следующие моменты :

  • определение силы, как физической величины;

  • классификация сил в природе;

  • формулы нахождения различных видов сил;

  • значение различных видов сил для природы, техники.

  • полезное и вредное действие сил

Критерии оценки :

оформление сообщения в соответствии с требованиями:

умение использовать подготовленный материал для доклада перед

однокурсниками.

Форма контроля:

Проверка правильности оформления задания и выслушивание его

на уроке перед однокурсниками.


Тема: «Молекулярная физика и электродинамика»


Самостоятельная работа № 5 «Основы МКТ»

Подготовить реферат «М.В.Ломоносов – основоположник МКТ»

Цель задания :

-формирование умений использовать учебную и энциклопедическую литературу;

-развитие познавательных способностей, самостоятельности,

ответственности;

-умение пользоваться сетью Интернет;

Содержание задания:

-чтение указанной литературы:

-оформление рефератов соответственно требованиям:

-подготовка устных сообщений на уроке

Срок выполнения:

Подготовиться к следующему теоретическому занятию

Ориентированный объем работы:

4-6 страниц печатного текста

Основные требования к результатам работы:

В реферате должны быть раскрыты следующие вопросы:

  • жизнь и деятельность М.В. Ломоносова;

  • его вклад в развитие МКТ

Критерии оценки:

уровень соответствия оформления указанным требованиям

уровень усвоения студентами дополнительной информации

Форма контроля

Опрос подготовившихся студентов на занятии.



Самостоятельная работа № 6 «Основы МКТ»

Решение задач

Цель задания:

- формирование умений использовать учебную литературу;

-развитие познавательных способностей: самостоятельности, ответственности;

-умение подготовиться к рубежному контролю

Содержание задания:

-повторение пройденного материала темы;

-чтение конспекта и учебного материала

Срок выполнения:

Подготовиться к следующему теоретическому занятию

Ориентированный объем работы:

Пять задач в рабочей тетради

Основные требования к результатам работы:

- добросовестность подготовки;

- умение сконцентрироваться во время рубежного контроля;

- умение аргументировать свои ответы

Критерии оценки:

-оформление письменного задания в соответствии с установленными требованиями;

-умение студента использовать теоретические знания при выполнении самостоятельной работы.

Форма контроля:

- проверка правильности письменного задания на уроке.



Теоретический материал

Молекулярная физика занимается изучением строения и свойств вещества, а также процессами, происходящими в нем.

Первое положение молекулярно-кинетической теории: Вещество состоит из частиц.

Молекула - это самая маленькая частица вещества, которая обладает его основными химическими свойствами.

Молекула состоит из атомов. Атом - наименьшая частица вещества, которая не делится при химических реакциях.

Второе положение молекулярно-кинетической теории

Молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении. Это движение не зависит от внешних воздействий. Движение происходит в непредсказуемом направлении из-за столкновения молекул. Доказательством является броуновское движение частиц (открыто Р.Броуном 1827г). Частицы помещают в жидкость или газ и наблюдают их непредсказуемое движение из-за соударений с молекулами вещества.

Доказательством хаотического движения является диффузия - проникновение молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого вещества. Например, запах освежителя воздуха мы ощущаем не только в том месте, где его распылили, но он постепенно перемешивается с молекулами воздуха во всей комнате.

Третье положение молекулярно-кинетической теории

Между молекулами существуют силы взаимодействия, которые имеют электромагнитную природу. Эти силы позволяют объяснить возникновение сил упругости. Когда вещество сжимают, молекулы сближаются, между ними возникает сила отталкивания, когда внешние силы отдаляют молекулы друг от друга (растягивают вещество), между ними возникает сила притяжения.


hello_html_m4644cc7f.png



Химические характеристики вещества:

Постоянная Авогадро NA - число атомов, содержащихся в 12г изотопа углерода hello_html_m6be8d949.gif

hello_html_50c1a34a.png

Количество вещества - это отношение числа элементов этого вещества к постоянной Авогадро

hello_html_m16e1be65.pnghello_html_mbad42b6.gif

1 моль любого вещества содержит одинаковое число частиц, это число равно постоянной Авогадро.

Молярная масса M - это масса одного моля вещества

hello_html_4c0bdc50.pnghello_html_m175a3b2a.gif

Если тело состоит из N молекул массой m0, то масса тела

hello_html_m3c974dcf.pnghello_html_m7ea2c65.gif

Концентрация частиц - это количество частиц в объеме

hello_html_m1264b9b3.pnghello_html_11426579.gif

Можно вывести формулы

hello_html_m7ebb4f17.pnghello_html_4cff1d03.png

Решить самостоятельно:


1. Концентрация молекул идеального газа при нормальном давлении (105 Па) hello_html_m291fe11f.gif. Определите температуру газа (в 0C).

2. Современная техника позволяет создать вакуум до 0,1 нПа. Сколько молекул газа остается при таком вакууме в 1 см3 при температуре 300 К? hello_html_m1daefa6b.gif

3. При какой температуре (в 0С) средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы водорода hello_html_40ca8b83.gif?

4.Плотность идеального газа в некотором сосуде при давлении 105 Па составляет 1,2 кг/м3. Какова средняя квадратичная скорость молекул этого

газа?

5.В озере со средней глубиной 100 м и площадью 10 км2 бросили кристаллик поваренной соли NaCl массой 0,01 г. Сколько молекул этой соли оказалось бы в наперстке объемом 2 см3, заполненном водой из этого озера, если считать, что соль, растворившись равномерно распределилась в озере?

6. Сколько суток потребуется для того, чтобы полностью испарилось 100 г воды, если за 1 с вылетает около hello_html_5769820f.gif молекул?

7. В комнате включили нагреватель, и температура воздуха повысилась с 160 до 230С при неизменном давлении. На сколько процентов уменьшилось число молекул воздуха в комнате?

8. Молярная масса водорода 2 г/моль, воды 18 г/моль. Определите отношение числа молекул в 3 г водорода к числу молекул в 9 г воды.

9. Определите среднюю квадратичную скорость поступательного движения молекул водорода при температуре 270С.

10. Какова средняя квадратичная скорость движения молекул газа, если, имея массу 6 кг, он занимает объем 5 м3 при давлении 200 кПа?

11. Определите среднюю квадратичную скорость молекул кислорода, находящегося при давлении 0,2 МПа, концентрация молекул hello_html_69250d38.gif.

12. Плотность идеального газа в первом сосуде в 9 раз больше плотности того же газа во втором сосуде. Определите отношение средних квадратичных скоростей молекул газа во втором и первом сосудах, если давление одинаковое.

13. Средняя кинетическая энергия кислорода hello_html_m45e112ed.gif, плотность 1,6 кг/м3. Найдите давление (кПа).

14. Плотность газа в баллоне электрической лампочки накаливания 0,9 кг/м3. При горении лампы давление в ней возросло с 80 до 110 кПа. На сколько увеличилась при этом средняя квадратичная скорость молекул газа?

15. В воздухе взвешена пылинка массой hello_html_49acb291.gif. Температура воздуха 300 К. Чему равна средняя квадратичная скорость пылинки?


Самостоятельная работа № 7 «Основы термодинамики»

Подготовить доклад на тему: «Тепловые двигатели и загрязнение окружающей среды»

Цель задания:

- углубление и расширение теоретических знаний;

- формирование умений использовать специальную литературу;

-развитие познавательных способностей: самостоятельности, ответственности;

Содержание задания:

- чтение указанной литературы;

- написание докладов;

- подготовка устного сообщения по данной теме.

Срок выполнения:

Подготовить к следующему теоретическому занятию.

Ориентированный объем работы:

Одна-две страницы рукописного текста.

Основные требования к результатам работы:

в сообщение должны быть освещены следующие моменты:

- что такое тепловые двигатели;

- классификация и принцип действия тепловых двигателей;

- влияние работы тепловых двигателей на окружающую среду;

- охрана окружающей среды.

Критерии оценки:

-уровень освоения студентом учебного материала.

Форма контроля:

- проверка наличия докладов у каждого студента;

- опрос нескольких студентов.



Тема: «Основы электродинамики»

Самостоятельная работа № 8 «Электрические заряды»

Подготовить сообщение на тему: «Ох уж эта вредная электризация»

Цель задания:

- углубление и расширение теоретических знаний;

- формирование умений использовать специальную литературу;

-развитие познавательных способностей: самостоятельности, ответственности;

Содержание задания:

- чтение указанной литературы;

- написание сообщений;

- подготовка устного сообщения по данной теме.

Срок выполнения:

Подготовить к следующему теоретическому занятию.

Ориентированный объем работы:

Одна-две страницы рукописного текста.

Основные требования к результатам работы:

в сообщение должны быть освещены следующие моменты:

- что такое электризация;

-где встречается явление электризации;

- объяснить положительное и отрицательное значение наличия

электрических зарядов в природе.

Критерии оценки:

-уровень освоения студентом учебного и дополнительного материала.

Форма контроля:

- проверка наличия сообщений у каждого студента

- опрос нескольких студентов.



Самостоятельная работа № 9 «Законы постоянного тока»

Решение задач

Цель задания:

- формирование умений использовать учебную литературу;

-развитие познавательных способностей: самостоятельности, ответственности;

- умение подготовиться к рубежному контролю

Содержание задания:

- повторение пройденного материала темы;

- чтение конспекта и учебного материала

Срок выполнения:

Подготовиться к следующему теоретическому занятию

Ориентированный объем работы:

Пять задач в рабочей тетради

Основные требования к результатам работы:

- добросовестность подготовки;

- умение сконцентрироваться во время рубежного контроля;

- умение аргументировать свои ответы

Критерии оценки:

-оформление письменного задания в соответствии с установленными требованиями;

-умение студента использовать теоретические знания при выполнении самостоятельной работы.

Форма контроля:

- проверка правильности письменного задания на уроке



Теоретический материал



hello_html_m57a65b5c.png

Условия существования тока

Электрический ток - направленное движение заряженных частиц. Направление, в котором движутся положительно заряженные частицы, считается направлением тока. Вещества, в которых возможно движение зарядов, называются проводниками.

hello_html_m30c1fcd1.jpg

В металлах единственными носителями тока являются электроны. Направление тока противоположно направлению движения электронов.

Для существования тока необходимо:
1) наличие
 свободных заряженных частиц; 
2) существование внешнего
 электрического поля; 
3) наличие источника тока - источника сторонних сил.

Характеристики тока

Сила тока - скалярная величина, определяется по формуле

hello_html_53d807a9.pnghello_html_2aa41bd.gif

Если ток изменяется, то заряд, прошедший через поперечное сечение проводника, определяется как площадь фигуры, ограниченной зависимостью I(t).

hello_html_m365c5371.png

Плотность тока - векторная величина, определяется по формуле

hello_html_544b181b.pnghello_html_m6a8a5fd3.gif

Прибор для измерения силы тока называется амперметром. Включается в сеть последовательно. Собственное сопротивление амперметра должно быть мало, поскольку включение амперметра не должно изменять силу тока в цепи.

Закон Ома для участка цепи:

Металлический проводник, подключенный к источнику тока является примером однородного участка цепи.

Немецкий физик Георг Симон Ом экспериментально изучил зависимость силы тока в металлических проводниках от напряжения, пришел к выводу: если состояние проводника с течением времени не меняется, а его температура постоянна, то для каждого проводника существует однозначная связь между I и U - вольт-амперная характеристика.

Закон Ома для участка цепи:

hello_html_47f93e4c.pnghello_html_17cf61ab.gif

Электрическое сопротивление проводника.

Это физическая скалярная величина, характеризующая свойство проводника уменьшать скорость упорядоченного движения свободных зарядов.

Сопротивление однородного металлического проводника постоянного сечения зависит от его геометрических размеров, формы и вещества, из которого изготовлен проводник.

hello_html_7006addb.pnghello_html_m5e4c875e.gif

Удельное сопротивление проводника hello_html_m318a8e59.gif зависит от рода вещества и его состояния, например, температуры. Удельное сопротивление для определенного вещества имеет постоянное табличное значение.

Величина, обратная сопротивлению, называется электрической проводимостью данного проводника.

hello_html_m36cd4bf4.pnghello_html_312c0b46.gif

Параллельное и последовательное соединение проводников

Резистор - элемент электрической цепи, характеризуемый только сопротивлением электрическому току. На схемах резистор обозначается прямоугольником: hello_html_m5e09a914.jpg

Реостат - прибор, служащий для регулировки и получения требуемой величины сопротивления. Обозначение на схемах: hello_html_514e7c7d.png

hello_html_m4892318f.jpghello_html_m74238cec.png

Резисторы Реoстат

hello_html_4e6f8ed0.png

Закон Джоуля – Ленца:

Если на участке цепи не совершается механическая работа и ток не производит химического или иного действия, то вся работа тока затрачивается на нагревание проводника: А=Q

hello_html_m54626afb.png hello_html_m7b181d73.gif

Мощность - работа тока в единицу времени:

hello_html_m1f3b7144.png

Закон Ома для замкнутой цепи:

Замкнутая (полная) электрическая цепь состоит из источника тока и сопротивления.

hello_html_701794d7.png

Источник тока имеет ЭДС (hello_html_m40fbc251.png) и сопротивление (r), которое называют внутренним. ЭДС (электродвижущая сила) - работа сторонних сил по перемещению положительного заряда по замкнутой цепи (физический смысл аналогичен напряжению, потенциалу).

Полное сопротивление цепи - R+r.

hello_html_m2f0486e2.pnghello_html_317722d6.gif

1) Напряжение на зажимах источника, а соответственно и во внешней цепи

hello_html_m129e08.png,
где величина
 hello_html_m5d8797b4.png - падение напряжения внутри источника тока.

2) Если внешнее сопротивление замкнутой цепи равно нулю, то такой режим источника тока называется коротким замыканием.

hello_html_44516a0f.png

3) Для полной цепи закон Джоуля-Ленца

hello_html_m2dd2023a.png

Коэффициент полезного действия:

Мощность, выделяемая на внешнем участке цепи, называется полезной

hello_html_m69784ecf.pnghello_html_m2dcc3e1f.gif

Полная мощность - сумма полезной и теряемой мощности

hello_html_m5ec5e9d.png

Коэффициент полезного действия источника тока - отношение полезной мощности к полной

hello_html_659587a5.pnghello_html_69880452.gif



Решить самостоятельно:

1. Какой заряд (кКл) проходит по цепи при зарядке аккумулятора, если сила тока при этом 6,5 А, время зарядки 1,5 ч?

2. Сила тока, протекающего по спирали электронагревателя, 6 А. Определите за какое время через поперечное сечение спирали пройдет hello_html_51c8997.gif электронов.

4. Сколько электронов проходит через поперечное сечение проводника за 1 нс при силе тока 32 мкА (полученное значение умножьте на 10-5)?

5. Какой заряд пройдет по проводнику за время 20 с, если сила тока в нем за это время линейно возрастает от 2 А до 8 А?

6. Найти скорость (мм/с) упорядоченного движения электронов в проводе сечением 5 мм2 при силе тока 10 А, если концентрация электронов проводимости hello_html_38cf4052.gif 7. Сила тока в электрической цепи равна 2 А. Сопротивление электрической лампы 14 Ом. Чему равно напряжение на лампе?

8. Какой заряд (кКл) пройдет по проводнику сопротивлением 10 Ом за промежуток времени 10 мин, если он включен в цепь напряжением 220 В?

9. Определите сопротивление провода длиной 40 м, если такой же провод длиной 10 м имеет сопротивление 1,5 Ом.

10. Определите длину алюминиевой проволоки, если ее сопротивление 4 Ом, а масса 0,4 кг.

11. Электрическую лампу сопротивлением 220 Ом, рассчитанную на напряжение 110 В, необходимо питать от сети напряжением 220 В. Определите длину нихромовой проволоки сечением 1 мм2, которую необходимо включить в цепь для нормальной работы лампы.

12. Определите силу тока, проходящего по графитовому стержню длиной 40 см и радиусом 2 мм, при напряжении 12 В. Удельное сопротивление графитового стержня hello_html_6e9ea080.gif

13. Две лампы, одна из которых имеет сопротивление 240 Ом, а вторая – сопротивление 200 Ом, соединены последовательно и включены в цепь напряжением 220 В. Найдите напряжение на первой лампе.

14. Цепь состоит из трех последовательно соединенных резисторов, подключенных к источнику тока напряжением 40 В. Сопротивление первого резистора 4 Ом, второго 6 Ом, напряжение на концах третьего резистора 10 В. Найдите напряжение на концах второго резистора.

15. По приведенной электрической схеме определите величину сопротивления R3. Если R1=6 Ом, R2=4 Ом, I2=3 А, I1 = 9 А.
hello_html_m540fe989.png

16. Какое количество теплоты (кДж) выделяет электрический кипятильник мощностью 0,5 кВт за 90 с?

17. Лампочка, рассчитанная на напряжение 110 В, имеет мощность 40 Вт. Определите сопротивление лампочки.

18. К сети напряжением 120 В параллельно подключены три лампы мощностью 40 Вт каждая и холодильник, потребляющий ток 2 А. Определите силу тока в подводящих проводах.

19. Три лампочки мощностью P1=50 Вт, P2=25 Вт и P3=50 Вт, рассчитанные на напряжение 110 В каждая, соединены, как показано на схеме, и включены в сеть напряжением 220 В. Определите мощность на лампочке 1.
hello_html_62bab10b.png

20. На участке пути электровоз развивает силу тяги, модуль которой 20 кН. Сила тока в двигателе электровоза 400 А, напряжение 800 В. КПД двигателя 0,75. Определите модуль скорости движения электровоза.

21. Электрическая цепь состоит из источника тока с ЭДС, равной 6 В, и внутренним сопротивлением 1 Ом. Источник тока замкнут на внешнее сопротивление R. Сила тока в цепи равна 2 А. Чему равно значение внешнего сопротивления цепи?

22. Рассчитайте силу тока при коротком замыкании батареи с ЭДС 9 В, если при замыкании ее на внешнее сопротивление 3 Ом ток в цепи равен 2 А.

23. Проводник какого сопротивления надо включить во внешнюю цепь генератора с ЭДС 220 В и внутренним сопротивлением 0,1 Ом, чтобы на его зажимах напряжение стало равным 210 В?

24. Батарея с ЭДС в 6 В и внутренним сопротивлением 1,4 Ом питает внешнюю цепь, состоящую из двух параллельных сопротивлений 2 Ом и 8 Ом. Определите разность потенциалов на зажимах батареи.

25. Сопротивление генератора в 1,5 раза меньше внешнего сопротивления. Какую часть ЭДС генератора составит напряжение на его полюсах?

26. К зажимам генератора постоянного тока с ЭДС в 200 В и внутренним сопротивлением 0,6 Ом подключен нагреватель сопротивлением 14 Ом. Определите количество теплоты (кДж), выделяемой нагревателем в 1 с.

27. Электромотор включен в сеть постоянного тока с напряжением 220 В. Сопротивление обмотки мотора 5 Ом. Сила потребляемого тока - 10 А. Найдите КПД двигателя (%).

28. Источник с ЭДС 240 В и внутренним сопротивлением 2,5 Ом замкнут на внешнюю цепь, состоящую из 20 параллельно соединенных одинаковых ламп сопротивлением 400 Ом каждая. Сопротивление подводящих проводов 7,5 Ом. Определите напряжение на лампах.

29. При замыкании источника тока на внешнее сопротивление 8 Ом в цепи возникает ток 1 А, а при замыкании на сопротивление 4 Ом возникает ток 1,6 А. Определите ток короткого замыкания источника.

30. Амперметр сопротивлением в 2 Ом, подключенный к зажимам батареи, показывает ток в 5 А. Вольтметр сопротивлением 150 Ом, подключенный к зажимам такой же батареи, показывает 12 В. Найти ток короткого замыкания.



Самостоятельная работа № 10 «Электрический ток в различных средах»

Составить кроссворд

Цель задания:

- расширение и повторение теоретических знаний;

- формирование умений использовать учебную литературу;

- развитие познавательных способностей: самостоятельности, ответственности;

Содержание задания:

- чтение указанной литературы;

- выделение ключевого слова кроссворда;

- составление кроссворда на заданную тему;

- графическое оформление кроссворда;

- письменное оформление правильных ответов кроссворда

Срок выполнения:

Подготовить к следующему теоретическому занятию.

Ориентированный объем работы:

Одна страница рукописного текста.

Основные требования к результатам работы:

в кроссворде должны быть указаны основные моменты следующих тем:

- электрический ток в металлах;

- электрический ток в жидкостях;

- электрический ток в газах;

- электрический ток в полупроводниках;

Критерии оценки:

-уровень освоения студентом учебного материала.

Форма контроля:

- проверка наличия кроссвордов у каждого студента.


Самостоятельная работа № 11 «Магнитное поле»

Решение задач

Цель задания:

- формирование умений использовать учебную литературу;

-развитие познавательных способностей: самостоятельности, ответственности;

- умение подготовиться к рубежному контролю

Содержание задания:

- повторение пройденного материала темы;

- чтение конспекта и учебного материала

Срок выполнения:

Подготовиться к следующему теоретическому занятию

Ориентированный объем работы:

Пять задач в рабочей тетради

Основные требования к результатам работы:

- добросовестность подготовки;

- умение сконцентрироваться во время рубежного контроля;

- умение аргументировать свои ответы

Критерии оценки:

-оформление письменного задания в соответствии с установленными требованиями;

-умение студента использовать теоретические знания при выполнении самостоятельной работы.

Форма контроля:

- проверка правильности письменного задания на уроке



Теоретический материал

Магнитное поле. Сила Ампера. Сила Лоренца.
1. Взаимодействие между электрическими токами, называемое магнитным, осуществляется посредством магнитного поля. Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции В.
За направление вектора магнитной индукции принимают направление нормали к рамке с током, имеющей возможность свободно ориентироваться в магнитном поле. Это направление совпадает с направлением магнитной стрелки в поле, т. е. с направлением линии, проведенной от южного полюса стрелки к северному.Модуль вектора магнитной индукции определяется отношением максимального момента сил, действующих на рамку (контур) со стороны магнитного поля, к произведению силы тока в нем на его площадь:



2. По закону Ампера на отрезок проводника с током длиной ℓ со стороны магнитного поля действует сила, модуль которой равен

FA =BΔℓsin α,

где α— угол между направлением тока в проводнике и вектором магнитной индукции 
ВНаправление силы FA определяется по правилу левой руки.

3. На движущуюся заряженную частицу действует сила Лоренца, модуль которой равен

FA =B q0 υ sin α,

где 
а — угол между скоростью частицы υ и вектором магнитной индукции В. Сила Лоренца перпендикулярна скорости частицы, поэтому не совершает работы. Эта сила изменяет направление скорости частицы, но не меняет ее кинетической энергии.
4. Все тела в магнитном поле намагничиваются, т.е. сами создают магнитное поле. Отношение вектора магнитной индукции в однородной среде 
В к магнитной индукции в вакууме Во называют магнитной проницаемостью, она характеризует магнитные свойства вещества: μ=В/В0
У большинства веществ магнитные свойства выражены слабо. Лишь у ферромагнитных тел, к которым относится железе, магнитная проницаемость очень велика (μ>1) и зависит от магнитной индукции. Хотя ферромагнетиков сравнительно немного, они имеют очень большое практическое значение, так как позволяют в сотни раз увеличивать магнитную индукцию поля без затрат энергии.Ферромагнитные материалы применяют для изготовления сердечников трансформаторов, генераторов, электродвигателей и т. д., а также для изготовления постоянных магнитов. Ферромагнитные сердечники используют в качестве ячеек памяти в ЭВМ.
hello_html_m510b95d2.gif


Примеры решения задач

1. Какова индукция магнитного поля, в котором на прямой провод длиной 10 см, расположенный под углом 30° к линиям индукции, действует сила 0,2 Н, когда по нему проходит ток 8 А? 1)0,2Тл; 2) 
0.5 Тл: 3) 5 Тл; 4) 0,8 Тл; 5)1,2Тл.

Решение. Индукцию определим из закона Ампера: F = ІBℓsin α.

hello_html_2604e4c1.gif

2. Если угол 60° между вектором магнитной индукции однородного магнитного поля и прямолинейным проводником с током, помещенным в это поле, уменьшить в 2 раза, то сила Ампера, действующая на проводник,

  1. увеличится в 2 раза; 2) уменьшится в 2 раза; 3)увеличится в hello_html_m2c9861f2.gif раз; 4)уменьшится в hello_html_m2c9861f2.gif раз;


Решение.Сила Ампера подсчитывается по формуле F = ІBℓsin α. Для α 1 = 60° сила равна 

F1 = hello_html_m2c9861f2.gif/2 IBℓ, а для α 2 = 30°: F2 = 1/2 IBℓ Таким образом, при уменьшении угла сила уменьшается в hello_html_m2c9861f2.gif раз. 

3. Для того чтобы сила, действующая со стороны однородного магнитного поля с индукцией 0,1 Тл на прямолинейный проводник длиной 4 м, причем проводник расположен под углом 30° к полю, была равна 1 Н, по проводнику следует пропустить ток 1)_
; 2) 4 А; 3) 0,2 А; 4) 0,4 А; 5) 2 А.
^ F 1H
Решение. Из закона Ампера I =5 А.
Blsina О,1Тл·4м·О,5

4. Линейный проводник длиной 60 см при силе тока в нем 3 А находится в однородном магнитном поле с индукцией 0,1 Тл. Если проводник расположен по направлению линий индукции магнитного поля, то на него действует сила, модуль которой равен: 1)0,18Н; 2) 18,00 Н; 3) 2,00 Н; 4) 0,30 Н; 5) 0.00 Н.
Решение. На проводник, в котором ток течет вдоль магнитного поля сила Ампера не действует.

5. Линии индукции однородного магнитного поля с индукцией 4 Тл пронизывают рамку под углом 30° к ее плоскости, создавая магнитный поток, равный 1 Вб. Чему равна площадь рамки? 

1) 
0.5 м2: 2) 1,0 м2; 3) 1,5 м2; 4) 2,0 м2; 5) 4,0 м2.
Решение. Поток магнитной индукции через площадку находится по формуле Ф = ^ BS cos α, здесь α — угол между перпендикуляром к площадке и вектором В.Это угол, дополняющий заданный до 90°.


Поэтому S = 
hello_html_m486d4835.gif





Решить самостоятельно:


1. Какое явление наблюдалось в опыте Ампера?

А. Взаимодействие двух проводников с током. Б. Взаимодействие двух магнитных стрелок. В. Поворот магнитной стрелки вблизи проводника с током. Г. Возникновение электрического тока в катушке при вдвигании в нее постоянного магнита.
2. На рисунке 1 изображен проводник, по которому течет электрический ток І. Какое направление имеет вектор В индукции магнитного поля в точке М?

А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4. Д. 5. Е. 6 рис 1 

3. Контур площадью 20 см 2 находится в однородном магнитном поле с индукцией 2 Тл. Чему равен магнитный поток, пронизывающий этот контур, если плоскость его перпендикулярна вектору индукции?
А. 40 Вб. Б. 0,1 Вб. В. 10 Вб. Г. 0,4 Вб. Д. 4.10 -3 Вб.

4. В какую сторону и как будет двигаться первоначально неподвижный электрон, помещенный в постоянное по времени магнитное поле ?
^ А. Равноускоренно, вправо. Б. Равноускоренно, влево. В. По окружности, по часовой стрелке. Г. По окружности, против часовой стрелки. Д. Останется неподвижным
5. В магнитном поле с индукцией 2 Тл движется электрический заряд 10 -10 Кл со скоростью 4 м/с. Чему равна сила, действующая на заряд со стороны магнитного поля, если вектор скорости υ движения заряда перпендикулярен вектору В индукции магнитного поля? 
А. 0. Б. 0,5·10 -10 Н. В. 2·10 -10 Н Г. 8·10 -10 Н Д. 4·10 -10 Н 
6. Как называют единицу магнитной индукции?
А. Тесла (Тл). Б. Вебер (Вб). В. Вольт (В). Г. Генри (Гн). Д. Ампер (А).

Самостоятельная работа № 12 «Электромагнитная индукция»
hello_html_m4d7e170e.png

Решение задач

Цель задания:

- формирование умений использовать учебную литературу;

-развитие познавательных способностей: самостоятельности, ответственности;

- умение подготовиться к рубежному контролю

Содержание задания:

- повторение пройденного материала темы;

- чтение конспекта и учебного материала

Срок выполнения:

Подготовиться к следующему теоретическому занятию

Ориентированный объем работы:

Пять задач в рабочей тетради

Основные требования к результатам работы:

- добросовестность подготовки;

- умение сконцентрироваться во время рубежного контроля;

- умение аргументировать свои ответы

Критерии оценки:

-оформление письменного задания в соответствии с установленными требованиями;

-умение студента использовать теоретические знания при выполнении самостоятельной работы.

Форма контроля:

- проверка правильности письменного задания на уроке.


Теоретический материал

hello_html_42fc1b9b.png


1.Явление электромагнитной индукции, открытое М. Фарадеем, состоит в возникновении ЭДС индукции в замкнутом контуре при изменении магнитного потока через площадь, ограниченную этим контуром. Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока, взятой со знаком «минус»:




hello_html_69621b40.gif


Здесь Ф = ВnS — поток магнитной индукции через площадь контура S, Вп — проекция вектора магнитной индукции на нормаль к контуру. Знак «минус» объясняется правилом Ленца, определяющим направление индукционного тока: индукционный ток в замкнутом контуре имеет такое направление, что созданный им магнитный поток через площадь, ограниченную контуром, стремится компенсировать то изменение магнитного потока, которое порождает данный ток.
2.В неподвижном проводнике сторонней силой, создающей ЭДС индукции, является вихревое (индукционное) электрическое поле, порождаемое переменным магнитным полем. В движущемся проводнике источником ЭДС индукции является магнитная сила Лоренца, действующая на движущиеся вместе с проводником заряженные частицы. При движении проводника длиной со скоростью υ в однородном магнитном поле с индукций 
В возникает ЭДС индукции:

.

3.Важный частный случай электромагнитной индукции — самоиндукция. При самоиндукции изменяющееся магнитное поле индуцирует ЭДС в том проводнике, по которому течет ток, создающий это поле.
ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения силы тока в проводнике: 



Коэффициент пропорциональности 
L называют индуктивностью. Индуктивность зависит от свойств проводника, а также от свойств среды, в которой находится проводник. Измеряют ее в Генри: 1Гн= 1Вс/А

4. Энергия магнитного поля тока равна той работе, которую должен совершить источник, чтобы создать данный ток. 
hello_html_3993ef04.gif
5. Магнитное поле без электрического, так же как электрическое без магнитного, могут существовать только в определенной системе отсчета. Они являются проявлением единого целого — электромагнитного поля, особой формой существования материи. Фундаментальное свойство электромагнитного поля: изменяясь во времени, магнитное поле порождает переменное электрическое поле и наоборот.
hello_html_739cbad6.gifhello_html_m7f99aae2.gif


Примеры решения задач:

1. Магнитный поток через соленоид, содержащий 500 витков провода, равномерно убывает со скоростью 60 мВб/с. Определить ЭДС индукции в соленоиде: 

1)12 В; 2) 15 В; 3)150 В? 4) 120 В; 5)
3QB.

Решение. ЭДС в каждом витке численно равна скорости убыли тока. ЭДС в соленоиде в раз больше ЭДС в одном витке hello_html_m4f49f8f.gif= 60 • 10 -3 Вб/с· 500 = 30 В.

2. ЭДС индукции, возникающая в замкнутом контуре, если магнитный поток, пронизывающий контур, равномерно уменьшился с 10 Вб до 2 Вб за 2 с, численно равна:

1) 4В; 2) 2 В; 3)8 В; 4) 0,4 В; 5) 6 В.

Решение. По основному закону электромагнитной индукции:

3. Чему равна индуктивность катушки, если за 0,5 с ток в цепи изменился от 20 до 5 А? При этом ЭДС самоиндукции на концах катушки равна 24 В. 

1)0,4Гн; 2)1,2Гн; 3) 0,6 Гн; 4) 0,2 Гн; 5)
0,8Гн.




Решение. ЭДС самоиндукции по модулю 


 

Решить самостоятельно:
hello_html_m77e5dcd5.gifhello_html_m7d046398.gifhello_html_m514c3213.gif

1. Электрический ток 2 А создает в контуре магнитный поток 4 Вб. Какова индуктивность контура?
А. 8 Гн. Б. 0,5 Гн. В. 2 Гн. Г. 1 Гн. Д. 16 Гн.

2. За 2 с магнитный поток, пронизывающий контур, равномерно увеличился с 2 до 8 Вб. Чему при этом было равно значение ЭДС индукции в контуре?
А. 5 В. Б. 20 В. В. 3 В. Г. 12 В. Д. 0.

3. Чему равна энергия магнитного поля катушки индуктивностью 3 Гн при силе тока в ней 2 А?
А. 6 Дж. Б. 3 Дж. В. 18 Дж. Г. 9 Дж. Д. 12 Дж.

4. Контур площадью 40 см 
2 находится в однородном магнитном поле с индукцией 5 Тл. Чему равен магнитный поток, пронизывающий контур, если угол между вектором В и нормалью к поверхности контура составляет 60°? А. 10 -2 Вб. Б. 2·10 -2 Тл. В. 100 Вб. Г. 200 Вб.

5.Чему равна ЭДС самоиндукции в катушке с индуктивностью 2Гн, если сила тока в ней за 0,1 с равномерно уменьшалось от 5 до 3 А?
А. 10 В. Б. 0,4 В. В. 40 В. Г. 20 В. Д. 0,8 В


Тема: «Колебания и волны»

Самостоятельная работа № 13 «Механические колебания и волны»

Подготовка реферата на тему: «Звук»

Цель задания:

- углубление и расширение теоретических знаний;

- формирование умений использовать специальную литературу;

-развитие познавательных способностей: самостоятельности, ответственности;

Содержание задания:

- чтение указанной литературы;

- написание реферата;

- подготовка устного сообщения по данной теме.

Срок выполнения:

Подготовить к следующему теоретическому занятию.

Ориентированный объем работы:

Две-три страницы рукописного текста.

Основные требования к результатам работы:

в реферате должны быть освещены следующие моменты:

- что такое звук;

- источники звуковых волн;

- распространение звука в различных средах;

- влияние звуковых волн на здоровье человека.

Критерии оценки:

-уровень освоения студентом дополнительного материала.

Форма контроля:

- проверка наличия рефератов у ответственных за задание студентов;

- опрос нескольких студентов.



Самостоятельная работа № 14 «Электромагнитные колебания и волны»

Решение задач

Цель задания:

- формирование умений использовать учебную литературу;

-развитие познавательных способностей: самостоятельности, ответственности;

- умение подготовиться к рубежному контролю

Содержание задания:

- повторение пройденного материала темы;

- чтение конспекта и учебного материала

Срок выполнения:

Подготовиться к следующему теоретическому занятию

Ориентированный объем работы:

Пять задач в рабочей тетради

Основные требования к результатам работы:

- добросовестность подготовки;

- умение сконцентрироваться во время рубежного контроля;

- умение аргументировать свои ответы

Критерии оценки:

-оформление письменного задания в соответствии с установленными требованиями;

-умение студента использовать теоретические знания при выполнении самостоятельной работы.

Форма контроля:

- проверка правильности письменного задания на уроке.


Теоретический материал

Электромагнитные колебания возникают в колебательном контуре, состоящем из конденсатора и катушки индуктивности, присоединённой к обкладкам конденсатора. Процесс возбуждения электромагнитных колебаний в контуре сопровождается периодическим изменением заряда и напряжения на обкладках конденсатора и силы тока, протекающего через индуктивность.

При колебательном процессе энергия электрического поля заряженного конденсатора WЭ=С U2/2 преобразуется в энергию магнитного поля в катушке индуктивности WМ= L I2/2 и обратно.

Период и частота собственных колебаний в контуре определяются формулами:

hello_html_27a6744f.gif;    hello_html_ec13f04.gif;         hello_html_m1d54717c.gif.

Любая автоколебательная система должна содержать: источник энергии; устройство, регулирующее поступление энергии от источника; колебательную систему; обратную связь, регулирующую поступление энергии от источника. Все эти элементы реализованы в ламповом генераторе, представляющем собой автоколебательную систему для создания незатухающих колебаний.

Процесс распространения электромагнитных колебаний (электромагнитного поля) в пространстве с течением времени называют электромагнитной волной.

Существование электромагнитных волн следует из теории электромагнитного поля, созданной Максвеллом. Он показал, что скорость распространения электромагнитной волны является величиной конечной и в вакууме равна скорости света (т.е. с = 3×108 м/с). Электромагнитные волны являются поперечными волнами, так как в каждой точке пространства электрическая напряжённость Е, магнитная индукция В и скорость V распространения электромагнитной волны взаимно перпендикулярны.

Скорость распространения электромагнитной волны в среде зависит от электрических и магнитных свойств этой среды

hello_html_m74588422.gif,

где c – скорость электромагнитных волн в вакууме; e, m – диэлектрическая и магнитная проницаемости среды.

Свойства электромагнитных волн: распространяются прямолинейно, отражаются, преломляются, поглощаются, интерферируют, дифрагируют, поляризуются подобно световым волнам (свету).



Примеры решения задач

1. После того как конденсатору колебательного контура был сообщен заряд q=1 мкКл, в контуре происходят затухающие электромагнитные колебания. Какое количество теплоты выделится в контуре к тому времени, когда колебания полностью затухнут? Емкость конденсатора С = 0,01 мкФ. 
Решение: 
Пренебрегая излучением электромагнитной энергии в пространство, можно считать, что вся запасенная в конденсаторе энергия перейдет в теплоту, т.е. 
hello_html_7b0196ab.jpg 

2. Эффективное напряжение на конденсаторе колебательного контура Vэ = 100В. Емкость конденсатора С=10 пФ. Найти максимальные значения электрической и магнитной энергий в контуре. 
Решение: 
Электрическая энергия в контуре максимальна в те моменты времени, когда конденсатор полностью заряжен и ток в контуре равен нулю. Ее значение 
hello_html_m7b7c8dc9.jpg 
где hello_html_m240f81e5.jpg -амплитуда напряжения на конденсаторе. Эта энергия равна полной энергии контура. В те же моменты времени, когда конденсатор полностью разряжен и по катушке идет наибольший ток, внутри катушки образуется наибольшее магнитное поле, т. е. контур обладает максимальной магнитной энергией. Если считать, что потери энергии в контуре за период колебаний пренебрежимо малы, то по закону сохранения энергии максимальная магнитная энергия равна максимальной электрической. 
3. Колебательный контур состоит из катушки с индуктивностью L = 3 мГн и плоского конденсатора в виде двух дисков радиусаr=1,2см, расположенных на расстоянии d=0,3 мм друг от друга. Найти период Т электромагнитных колебаний контура. Каков будет период Т' колебаний, если конденсатор заполнить веществом с диэлектрической проницаемостью = 4? 
Решение: 
Период колебаний
hello_html_m66c8d8c2.jpg 
4В каких пределах должна изменяться индуктивность катушки колебательного контура, чтобы в контуре происходили колебания с частотой от f1=400 Гц до f2 = 500 Гц? Емкость конденсатора С=10мкФ. 
Решение: 
Частоты колебаний контура 
hello_html_m51005f91.jpg 
отсюда получаем, что индуктивность катушки должна меняться от 
hello_html_m7048bf69.jpg 
5Каков диапазон частот радиоволн миллиметрового диапазона (от 1=1 мм до 2= 10 мм)? 
Решение: 
Граничные значения частот диапазона 
hello_html_m182da48.jpg 
где hello_html_m146fedd1.jpg - скорость распространения электромагнитных волн в вакууме. В результате получим 
hello_html_7a6d3ec4.jpg 
6Найти длину волны рентгеновских лучей, если их частота hello_html_57b5c39c.png. 
Решение: 
hello_html_m6dfea48c.jpg 
7. Найти диапазон длин волн генератора, возбуждающего электромагнитные колебания заданной амплитуды и частоты, если он рассчитан на диапазон частот от f1=0,1 МГц до f2 = 26 МГц. 
Решение: 
hello_html_7213b2d4.jpg 
8. Какой интервал частот и длин волн может перекрыть один из диапазонов радиоприемника, если индуктивность колебательного контура радиоприемника этого диапазона L = 1 мкГн, а его емкость изменяется от С1=50пФ до С2=100пФ? 
Решение: 
Частота электромагнитных колебаний
hello_html_27f3a32b.jpg 
длина волны
hello_html_m2cf980c9.jpg 
Подставляя числовые данные, имеем 
hello_html_5d7e5af6.jpg 
Таким образом, диапазон радиоприемника перекрывает интервал частот
hello_html_m6524fb29.jpg 
и интервал длин волн 
hello_html_m6524fb29.jpg 
9. Какую длину волны электромагнитных колебаний будет принимать радиоприемник, колебательный контур которого имеет конденсатор с емкостью С=750 пФ и катушку с индуктивностью L=1,34мГн? Найти частоту колебаний контура радиоприемника. 
Решение: 
hello_html_7a3d4e4e.jpg 
10. Колебательный контур, содержащий конденсатор емкости С=20 пФ, настроен на длину волны =5 м. Найти индуктивность катушки L контура и частоту его колебаний f. 
Решение: 
hello_html_32c1a1fe.jpg 
11. На какую длину волны настроен колебательный контур, состоящий из катушки с индуктивностью L = 2 мГн и плоского конденсатора? Пространство между пластинами конденсатора заполнено веществом с диэлектрической проницаемостью = 11. Площадь пластин конденсатора S=800 см2, расстояние между ними d= 1 см. 
Решение: 
hello_html_m6ed00fb9.jpg 
12. Найти емкость конденсатора колебательного контура, если при индуктивности L= 50мкГн контур настроен на длину волны электромагнитных колебаний =300 м. 
Решение: 
Период колебаний контура 
hello_html_1a05c744.jpg 
где С-емкость конденсатора. Длина волны =сТ; отсюда 
hello_html_26ab029c.jpg 

Решить самостоятельно:


1.Каков период свободных электромагнитных колебаний в контуре, состоящем из конденсатора электроемкостью 400 мкФ и катушки индуктивностью 90 мГн?

2. Какова частота свободных электромагнитных колебаний в контуре, состоящем из конденсатора электроемкостью 250 пФ и катушки индуктивностью 40 мкГн?

3. Каков диапазон частот свободных колебаний в контуре, если его индуктивность можно изменять от 0,2 до 20 мГн, а электроемкость конденсатора — от 200 пФ до 0,02 мкФ?

4. Колебательный контур генератора радиопередатчика имеет электроемкость 3,5 пФ и индуктивность 14 мкГн. Какова длина радиоволн, излучаемых антенной этого радиопередатчика?

5. Электроемкость входного контура радиоприемника равна 2 пФ. Какова длина волны радиостанции, на которую настроен этот радиоприемник, если индуктивность входного колебательного контура 1,28 мкГн?

6. Индуктивность приемного контура радиоприемника равна 0,5 мГн, а его электроемкость может изменяться от 25 до 225 пФ. В каком диапазоне длин волн может работать этот радиоприемник?

7. Радиостанция передает звуковой сигнал, частота которого 440 Гц. Определите количество колебаний высокой частоты, переносящих одно колебание звуковой частоты, если передатчик работает на волне длиной 50 м.


Самостоятельная работа №15 «Волновая оптика»

Решение задач

Цель задания:

- формирование умений использовать учебную литературу;

-развитие познавательных способностей: самостоятельности, ответственности;

- умение подготовиться к рубежному контролю

Содержание задания:

- повторение пройденного материала темы;

- чтение конспекта и учебного материала

Срок выполнения:

Подготовиться к следующему теоретическому занятию

Ориентированный объем работы:

Пять задач в рабочей тетради

Основные требования к результатам работы:

- добросовестность подготовки;

- умение сконцентрироваться во время рубежного контроля;

- умение аргументировать свои ответы

Критерии оценки:

-оформление письменного задания в соответствии с установленными требованиями;

-умение студента использовать теоретические знания при выполнении самостоятельной работы.

Форма контроля:

- проверка правильности письменного задания на уроке.


Теоретический материал


Когерентные волны — волны с одинаковой частотой, поляризацией и постоянной разностью фаз. 

Интерференция — явление наложения когерентных волн, вследствие которого наблюдается устойчивое во времени усиление или ослабление результирующих колебаний в различных точках пространства.

Максимальная результирующая интенсивность при интерференции когерентных колебаний в определенной точке пространства получается при их запаздывании друг относительно друга на время, кратное периоду этих колебаний:

hello_html_17bffb00.jpg

Минимальная результирующая интенсивность при интерференции когерентных колебаний в определенной точке пространства получается при их запаздывании друг относительно друга на время, кратное нечетному числу полупериодов этих колебаний:

hello_html_m5b670cd1.jpgгде m = 0;±1;±2.....

Геометрическая разность хода интерферирующих волн — разность расстояний от источников волн до точки их интерференции. Условие интерференционного максимума:

hello_html_m2324a48f.jpg

Условие интерференционного минимума:

hello_html_m6a8b93c4.jpg

Когерентные источники света получаются при разделении светового потока от источника естественного света.

Просветление оптики — уменьшение отражения света от поверхности линзы в результате нанесения на нее специальной пленки.

Дифракция — явление нарушения целостности фронта волны, вызванное резкими неоднородностями в среде. Дифракция проявляется в нарушении прямолинейности распространения световых лучей, огибании волнами препятствий, в проникновении света в область геометрической тени.

Принцип Гюйгенса—Френеля: возмущение в любой точке пространства является результатом интерференции когерентных вторичных волн, излучаемых каждой точкой фронта волны.

Зона Френеля — множество когерентных источников вторичных волн, максимальная разность хода между которыми (для определенного направления распространения) равна Х/2.

Условие дифракционного минимума на щели (а — ширина щели):

hello_html_m2a83ca42.jpg

где m = 0; ±1; ±2; .. ; αm— угол наблюдения.

Приближение геометрической оптики справедливо при условии

hello_html_340b9500.jpg

где а — размер препятствия на пути волны, l— расстояние до препятствия.

Условие главных максимумов при дифракции света на решетке с периодом d:

hello_html_6c8ab318.jpg

где m = 0;±1;±2; ... Увеличение числа щелей приводит к увеличению интенсивности и уменьшению ширины главных максимумов. Возможность раздельного наблюдения главных максимумов m-го порядка близких длин волн λ1 и λ2 характеризуется разрешающей способностью A дифракционной решетки:

hello_html_1454010f.jpg


Чем больше число N щелей и выше порядок спектра m, тем выше разрешающая способность дифракционной решетки.

Примеры решения задач.

1.Дифракционная решетка с периодом d = 10 мкм имеет 500 щелей (штрихов). Начиная с максимума какого порядка с ее помощью можно разрешить (наблюдать раздельно) две линии спектра натрия с длинами волн λ1 = 589 нм и λ2 = 589,6 нм?

Дано:

hello_html_91e25b8.jpg

Решение:

hello_html_14b60347.jpgуравнение для разрешающей способности решетки.

В результате m = 2.

hello_html_71b1b184.jpg

hello_html_2adc673a.jpg

hello_html_6818d69f.jpg

Решить самостоятельно:

hello_html_m6e012630.jpg


hello_html_30f16eec.jpg



Тема: «Квантовая физика»


Самостоятельная работа № 16 «Квантовая физика»


Решение задач

Цель задания:

- формирование умений использовать учебную литературу;

-развитие познавательных способностей: самостоятельности, ответственности;

- умение подготовиться к рубежному контролю

Содержание задания:

- повторение пройденного материала темы;

- чтение конспекта и учебного материала.

Срок выполнения:

Подготовиться к следующему теоретическому занятию.

Ориентированный объем работы:

Пять задач в рабочей тетради.

Основные требования к результатам работы:

- добросовестность подготовки;

- умение сконцентрироваться во время рубежного контроля;

- умение аргументировать свои ответы.

Критерии оценки:

- оформление письменного задания в соответствии с установленными требованиями;

-умение студента использовать теоретические знания при выполнении самостоятельной работы.

Форма контроля:

- проверка правильности письменного задания на уроке.


Теоретический материал:

hello_html_1d3d594d.png

Формула Планка

14 декабря 1900 г. Макс Карл Эрнст Людвиг Планк в докладе на заседании Берлинского физического общества выдвинул революционную гипотезу, что излучение света веществом происходит не непрерывно, а порциями, квантами.

Согласно гипотезе Планка наименьшая порция энергии, которую несет излучение, определяется по формуле (формула Планка):

hello_html_50629449.png hello_html_m748a41a.gif

Фотон

Развивая идею Планка, Эйнштейн предложил корпускулярную теорию света, предположив, что свет не только излучается, но распространяется и поглощается отдельными порциями. По теории Эйнштейна, монохроматическая электромагнитная волна представляет собой поток частиц - квантов или фотонов. Каждый фотон всегда движется со скоростью света и несет квант энергии. При взаимодействии с веществом фотон передает свою энергию одному или нескольким электронам, после чего фотона больше не существует.

Фотон - это удивительная частица, которая обладает энергией, импульсом, но не обладает массой! Фотон "обречен" всегда летать со скоростью света.

Свойства фотона:

1) Не имеет состояния покоя.

2) Безмассовая частица (m=0).

3) Электрически нейтрален (q=0).

4) Скорость его движения равна скорости света во всех инерциальных системах отсчета.

5) Энергия фотона пропорциональна частоте соответствующего электромагнитного излучения (формула Планка).

6) Энергия фотона может быть выражена через длину волны:
hello_html_m1bc2df20.png hello_html_m3305fdb0.gif

7) Модуль импульса фотона равен отношению его энергии к скорости:
hello_html_52a8f583.pnghello_html_7c04890d.gif

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

На основе квантовых представлений Эйнштейн объяснил фотоэффект. Электрон внутри металла после поглощения одного фотона получает порцию энергии и стремится вылететь за пределы кристаллической решетки, т.е. покинуть поверхность твердого тела. При этом часть полученной энергии он израсходует на совершение работы по преодолению сил, удерживающих его внутри вещества. Остаток энергии будет равен кинетической энергии электрона:

hello_html_m6771800.pnghello_html_26d05852.gif

Законы внешнего фотоэффекта

Столетовым Александром Григорьевичем (1839 - 1896) экспериментально были установлены законы внешнего фотоэффекта.

Первый закон фотоэффекта: фототок насыщения - максимальное число фотоэлектронов, вырываемых из вещества за единицу времени, - прямо пропорционален интенсивности падающего излучения.

Увеличение интенсивности света означает увеличение числа падающих фотонов, которые выбивают с поверхности металла больше электронов.

Второй закон фотоэффекта: максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего излучения и линейно возрастает с увеличением частоты падающего излучения.

Известно, что фототоком можно управлять, подавая на металлические пластины различные напряжения. Если на систему подать небольшое напряжение обратной полярности, "затрудняющее" вылет электронов, то ток уменьшится, так как фотоэлектронам, кроме работы выхода, придется совершать дополнительную работу против сил электрического поля. Максимальная кинетическая энергия электронов выражается через задерживающее напряжение:

hello_html_7c0a2fe3.pnghello_html_3654c2b2.gif

Третий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует граничная частота такая, что излучение меньшей частоты не вызывает фотоэффекта, какой бы ни была интенсивность падающего излучения. Эта минимальная частота излучения называется красной границей фотоэффекта.

hello_html_m53c21e49.pnghello_html_5e4d3227.gif

Для большинства веществ фотоэффект возникает только под действием ультрафиолетового излучения. Однако некоторые металлы, например, литий, натрий и калий, испускают электроны и при облучении видимым светом.

Квантовые постулаты Бора

Ядерная модель атома не могла объяснить следующие противоречия: при движении электрона по орбите он должен излучать электромагнитные волны, вследствие этого терять энергию и через 10-13 с прекратить свое существование. Спектр излучения атома должен быть непрерывным, а не линейчатым.

Нильс Хендрик Давид Бор (1885 - 1962) в 1913 г. предложил квантовую модель атома, в основе которой лежат следующие постулаты.

I постулат Бора (постулат стационарных состояний): электрон в атоме может находиться только в особых (квантовых) состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия. Когда электрон находится в стационарном состоянии, вращаясь по орбите, он не излучает.

hello_html_m3fb9782f.png

Стационарные состояния можно пронумеровать, причем каждое состояние обладает своей фиксированной энергией.

II постулат Бора (правило частот): при переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается квант электромагнитного излучения, энергия которого равна разности энергий электрона в данных состояниях.

hello_html_83f17f6.gif

hello_html_mda55dbc.pnghello_html_1cc67613.gif

Если Еkn, то происходит излучение энергии, если Еkn - ее поглощение.

Состояние атома, которому соответствует наименьшая энергия, называется основным, а состояния с большей энергией - возбужденными. В основном состоянии электрон может находиться неограниченно долго, а в остальных состояниях не более 10-8 с.

II постулат Бора позволил объяснить линейчатую структуру атомных спектров.

Закономерности излучения атомов

Излучение света происходит при переходе электрона в атоме с высшего энергетического уровня Ek на один из низших энергетических уровней

En(k > n). Атом в этом случае излучает фотон с энергией hello_html_m29d302e7.gif

hello_html_67fa8828.pnghello_html_m1d615e4e.gif

Поглощение света - процесс обратный. Атом поглощает фотон, переходит из низшего состояния k в более высокое n (n > k). Атом в этом случае поглощает фотон с энергией hello_html_m29d302e7.gif

hello_html_m2e2aa571.pnghello_html_m1d615e4e.gif

Энергия электрона

Энергия электрона на n-й орбите

hello_html_ma0f0629.pnghello_html_m46b8e2ce.gif

Невозбужденный атом водорода находится на первой орбите, обладает энергией -13,55 эВ. Для ионизации требуется энергия, равная 13,55 эВ.

Энергия излучаемого фотона при переходе электрона с n-oй более дальней от ядра орбиты, на k-ую более близкую орбиту.


Примеры решения задач:


1.Определите красную границу фотоэффекта для металла с работой выхода 2 эВ.

Дано:

hello_html_7cd692d.png

hello_html_32cc90bf.png

_________________________________________

hello_html_m4735bf2c.png

 Решение:

Из уравнения Эйнштейна (hello_html_mdbbbe96.png) для фотоэффекта при условии  hello_html_400cf3d.png имеем:

hello_html_6c3f8677.png

Частота hello_html_562fcedd.png света связана с его скоростью hello_html_7a60b8e0.png и длиной волны hello_html_3cb4c87c.png выражением

hello_html_m22f20f15.png

Из этих двух формул получаем:

hello_html_53ca302b.png

hello_html_m5e9342f2.pnghello_html_14d9ef75.png

hello_html_3716b448.png

2.Найдите максимальную скорость электронов, освобождаемых при фотоэффекте светом с длиной волны hello_html_m625d343e.png  с поверхности материала с работой выхода 1,9 эВ.

 Дано:

 hello_html_5eff662f.png

hello_html_23d90c3.png

__________________________

hello_html_6415d3af.png

 Решение:

Для решения задачи воспользуемся уравнением Эйнштейна для фотоэффекта hello_html_m1077db4b.png подставив в него выражение 

hello_html_3462c59.png

для максимальной кинетической энергии электронов.

hello_html_465686a8.png


hello_html_m22f20f15.png

 

hello_html_mc147736.png

 

hello_html_m590f2bb1.png

 

hello_html_5adc2bce.png

 

hello_html_m3ff306bf.png 

 

 3.Определите работу выхода электрона с поверхности фотокатода и красную границу фотоэффекта, если при облучении фотоэлемента светом с частотой hello_html_m55e202c5.png фототок прекращается при запирающем напряжении hello_html_m6593198b.png

Дано:

hello_html_m1d9d1065.png

hello_html_de4fcf3.png

_______________

hello_html_76af916e.png  hello_html_bb89ec9.png

 Решение:

Используем условие запирания фототока:

hello_html_5b304763.png

С учетом этого условия уравнение Эйнштейна для фотоэффекта будет иметь вид:

hello_html_45940a74.png

hello_html_m747defb3.png

Определим красную границу фотоэффекта:

hello_html_27c0e9a5.png

hello_html_329c6ad9.png

hello_html_434f223f.png

 

hello_html_317e6606.png

 

4.При бомбардировке электронами атомы ртути переходят в возбужденное состояние, если энергия электронов равна 4,9 эВ или превышает это значение. Рассчитайте длину волны света, испускаемого атомом ртути при переходе из первого возбужденного состояния в нормальное.

Дано:

hello_html_m2a03d17a.png

hello_html_3c2e2aea.png

______________________________________________

hello_html_14444a4d.png

 Решение:

Используем связь между энергией фотона и частотой:

 hello_html_8fb83a6.png

отсюда

hello_html_mbf192ad.png

 

hello_html_5b29fdab.png

 

hello_html_m3f7876fc.pnghello_html_m776cb25.png

5.При облучении металлической пластинки квантами света с энергией 3 эВ из нее выбиваются электроны, которые проходят ускоряющую разность потенциалов U. Работа выхода электронов из металла hello_html_m6a23bad5.png . Определите ускоряющую разность потенциалов U, если максимальная энергия ускоренных электронов hello_html_m65a1b954.png равна удвоенной энергии фотонов, выбивающих их из металла.

 Решение:

 Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта:


 
hello_html_m5945530.png

Энергия ускоренных электронов:

hello_html_m22f874b7.png

 

По условию:

hello_html_2373d685.png

 

Отсюда:

hello_html_m3f673fff.png

 

Ответ:hello_html_6fac9626.png



Решить самостоятельно:

1. Источник испускает электромагнитные волны, длина которых соответствует рентгеновскому излучению 10-10 м. Чему равна энергия фотона? (Ответ умножьте на 1015)

2. Источник испускает электромагнитные волны, длина которых соответствует рентгеновскому излучению 10-10 м. Чему равна масса фотона? (Ответ умножьте на 1032)

3. Чему равен импульс фотонов, излучаемых радиопередатчиком, работающим на частоте 100 кГц?(Ответ умножьте на 1037)

4. Энергия фотона 2 эВ. Определите длину волны (нм) фотона.

5. Для вольфрама красная граница фотоэффекта 280 нм. Определите работу выхода (эВ) электронов из вольфрама.

6. Чему равна работа выхода (эВ) электронов из катода, если при облучении катода электронной трубки светом с энергией фотона 10 эВ оказалось, что задерживающая разность потенциалов 8 В.

7. Если модуль импульса фотона равен модулю импульса электрона, прошедшего разность потенциалов 8,2 В, какова частота фотона? (Ответ умножьте на 10-17)

8. Работа выхода электронов с поверхности цезия 2 эВ. Определите модуль скорости (км/с), с которой вылетают электроны из цезия, если поверхность его освещать светом с длиной волны 600 нм.

9. Пары ртути бомбардируют электронами. Энергия атома ртути при этом увеличилась на 4,9 эВ. При переходе в невозбужденное состояние какой длины волны (нм) излучается свет.

10. Электрон в атоме водорода перешел с шестого энергетического уровня на второй. Определите частоту излучения в этом случае. (Ответ разделите на 1014)

11. Невозбужденный атом водорода с потенциалом 13,6 В облучается электромагнитным излучением. Определите минимальную частоту излучения, при которой возможна ионизация атома водорода. (Ответ разделите на 1015)

12. Электрон в невозбужденном атоме водорода получил энергию 12 эВ. На какой энергетический уровень перешел этот электрон?


Самостоятельная работа № 17 « Атомная энергия и охрана окружающей среды»


Подготовить реферат

Цель задания:

- углубление и расширение теоретических знаний;

- формирование умений использовать специальную литературу;

-развитие познавательных способностей: самостоятельности, ответственности.

Содержание задания:

- чтение указанной литературы;

- написание реферата;

- подготовка устного сообщения по данной теме.

Срок выполнения:

Подготовить к следующему теоретическому занятию.

Ориентированный объем работы:

Две страницы рукописного текста.

Основные требования к результатам работы:

в реферате должны быть освещены следующие моменты:

- понятие атомной энергии;

-получение атомной энергии:

-использование атомной энергии в мирных целях:

-влияние атомной энергии на окружающую среду и здоровье человека

Критерии оценки:

-уровень освоения студентом дополнительного и учебного материала.

Форма контроля:

- проверка наличия рефератов у назначенных студентов;

- защита рефератов перед однокурсниками.






65



Самые низкие цены на курсы переподготовки

Специально для учителей, воспитателей и других работников системы образования действуют 50% скидки при обучении на курсах профессиональной переподготовки.

После окончания обучения выдаётся диплом о профессиональной переподготовке установленного образца с присвоением квалификации (признаётся при прохождении аттестации по всей России).

Обучение проходит заочно прямо на сайте проекта "Инфоурок", но в дипломе форма обучения не указывается.

Начало обучения ближайшей группы: 18 октября. Оплата возможна в беспроцентную рассрочку (10% в начале обучения и 90% в конце обучения)!

Подайте заявку на интересующий Вас курс сейчас: https://infourok.ru

Общая информация

Номер материала: ДБ-124686

Похожие материалы