e,[(epajibhoe afehtctbo )kejie3ho,[(opo)khoro tpahcllopt a · 2017-09-26 · сохранения....

<I>E,[(EPAJibHOE AfEHTCTBO )KEJIE3HO,[(OPO)KHOro TPAHCllOPT A

<l>e.[(epanhHOe rocy.[(apcrneHHOe 61-0mKeTHOe o6pa3oBaTeJihHoe y11pe)K.[(eHtte Bhicrnero o6pa30BaHH5I

«l1pKyTcKttti rocy.[(apcrneHHhIH yHttBepcttTeT rryTeti coo6rn,eHtt5I»

Ctt6ttpCKHH KOJIJie.[()K TpaHcrroprn H cTpottTeJihCTBa

KOHTPOJibHO-l13MEPl1TEJibHbIE MATEPl1AJibI 110 yqEEHOH ,[(l1CIJ;l111Jil1HE

11,[(. 03. <I>l13l1KA

.[(JI5ICIIeUHaJ1hHOCTH

23.02.03 TexHtt11ecKoe o6cJiy)KttBaHtte H peMOHT aBTOM06ttJihHoro TpaHcrropTa

6a306aJl noozom06KQ

cpeo1-1e20 nporjJeccuo1-1aJlb1-1020 o6pa306a1-1wt

JilpKyTCK 2017r.

1

PACCMOTPEHbI:

UHKJIOBOH MeTo)J,w1ecKoi1 KOMHCc11ei1

ecTeCTBeHHO-HaY'fHhIX )J,HCL(HIIJIHH

(MaTeMaTHKa, cpH3HKa)

ITpe)J,ce)J,aTeJih UMK: HoBHKOBa I.IT.

I 9 HIOHH 2017 ll•T~ IlOJlilUCb

YTBEp)K)J;EHbI:

/ 3aMecT7 T ;:1J1peKTOpa no YMP

./ ,./ r.c. ITpoHhKHH

< /p; ~.f 20~.

Pa3pa6oTqHKH: CnHpH)J,OHOBa IT.5I., npeno)J,aBaTeJih «CKT11C»

KoHTPOJihHO-H3Mep11TeJihHhie MaTepHaJihI Y'fe6Hoi1 )J,HCL(HTIJIHHhI pa3pa6ornHhI Ha octtoBe pa6oqeJ1

nporpaMMhI Y'fe6Hoi1 )J,HCL(HIIJIHHhI IT)];. 03. <l>l1311KA IIO cIIe1(HaJihHOCTH 23.02.03 TexH11qecKoe

o6cJiy)larnaHHe H peMOHT aBTOM06HJihHOro TpaHCTIOpTa

5IBJUieTc51 qacThIO ITITCC3 o6pa3oBaTeJihHOro Y'fpe)K)J,eHH51

2

3

СОДЕРЖАНИЕ Стр.

1. Паспорт контрольно-измерительных материалов 4.

2.Описание показателей и критериев оценивания, описание 4. шкал оценивания 3.Перечень контрольно-измерительных материалов 5.

4.Критерии и шкалы оценивания в результате изучения дисциплины 6. при проведении текущего контроля и промежуточной аттестации

5. Программа контрольно-измерительных мероприятий за период 7. изучения по дисциплине

6.Контрольно-измерительные материалы для текущего контроля 11 7.Контрольно-измерительные материалы для промежуточной аттестации 65

8.Литература для подготовки к текущей и промежуточной аттестации: 82

4

1.Паспорт контрольно-измерительных материалов

В результате освоения учебной дисциплины ПД. 03 Физика блока профильных учебных дисциплин теоретического обучения общеобразовательного цикла обучающийся должен овладеть следующими требованиями к предметным результатам освоения базового курса: 1) сформированность представлений о роли и месте физики в современной научной картине мира;

понимание физической сущности наблюдаемых во Вселенной явлений; понимание роли физики в

формировании кругозора и функциональной грамотности человека для решения практических

задач;

2) владение основополагающими физическими понятиями, закономерностями, законами и

теориями; уверенное пользование физической терминологией и символикой;

3) владение основными методами научного познания, используемыми в физике: наблюдение,

описание, измерение, эксперимент; умения обрабатывать результаты измерений, обнаруживать

зависимость между физическими величинами, объяснять полученные результаты и делать выводы;

4) сформированность умения решать физические задачи;

5) сформированность умения применять полученные знания для объяснения условий протекания

физических явлений в природе и для принятия практических решений в повседневной жизни;

6) сформированность собственной позиции по отношению к физической информации, получаемой

из разных источников;

Формами текущего контроля учебной дисциплины являются: контрольные работы по разделам, оценочные индивидуальные работы, устный фронтальный контроль, тесты, лабораторные работы .

Формой промежуточной аттестации по учебной дисциплине является экзамен.

2.Описание показателей и критериев оценивания, описание шкал оценивания

Контроль качества освоения дисциплины включает в себя текущий контроль успеваемости и промежуточную аттестацию. Текущий контроль успеваемости и промежуточная аттестация проводятся в целях установления соответствия достижений обучающихся требованиям образовательной программы к предметным результатам освоения базового курса физики. Результаты оценивания текущего контроля заносятся преподавателем в журнал и могут учитываться при проведении промежуточной аттестации. Для оценивания результатов обучения используется четырёх бальная шкала: «отлично», «хорошо», «удовлетворительно», «неудовлетворительно».

Перечень контрольно-измерительных материалов представлен в нижеследующей таблице.

5

3. Перечень контрольно-измерительных материалов

№ Наименование контрольно-измерительных материалов

Краткая характеристика контрольно-измерительных материалов

Представление контрольно-измерительных материалов в КИМ

Текущий контроль успеваемости 1. Оценочная

индивидуальная работа

Средство для проверки предметных результатов по освоенной теме дисциплины. Рекомендуется для контроля владения предметными результатами по данной дисциплине.

Задания по темам дисциплины.

2. Контрольная работа (КР)

Средство для проверки предметных результатов по освоенной теме дисциплины. Рекомендуется для контроля владения предметными результатами по данной дисциплине.

Контрольные задания по разделам дисциплины

3 Вопросы для фронтального опроса.

Средство для проверки теоретических знаний. Рекомендуется для оценки теоретических знаний, алгоритмов решения.

Набор вопросов по темам.

4 Тест Средство для проверки знаний и умений применять полученные знания по освоенной теме дисциплины. Рекомендуется для оценки знаний и умений обучающихся

Набор тестов по темам.

5 Доклад Средство, позволяющее формировать и оценивать способность обучающегося к восприятию, обобщению и анализу информации. Рекомендуется для оценки знаний и умений обучающихся.

Темы докладов по дисциплине

Промежуточная аттестация Экзамен Средство для проверки предметных

результатов по дисциплине. Рекомендуется для контроля владения предметными результатами по данной дисциплине.

Экзаменационная контрольная работа

6

4. Критерии и шкалы оценивания в результате изучения дисциплины при проведении текущего контроля и промежуточной аттестации

Шкалы оценивания Критерии оценивания

«отлично»

Обучающийся правильно выполнил все задания контрольной работы (теста, упражнений). Безошибочно записал текст диктанта (словарного диктанта), выполнил отличный перевод предложенного задания. Показал отличное владение знаниями о социокультурной специфике страны изучаемого языка и умению строить своё речевое и неречевое поведение адекватно этой специфике.

«хорошо»

Обучающийся хорошо выполнил все задания контрольной работы (теста, упражнений). С незначительным количеством ошибок записал текст диктанта (словарного диктанта), выполнил хороший перевод предложенного задания. Показал хорошее владение знаниями о социокультурной специфике страны изучаемого языка и умению строить своё речевое и неречевое поведение адекватно этой специфике.

«удовлетворительно»

Обучающийся удовлетворительно выполнил все задания контрольной работы (теста, упражнений). С существенными неточностями записал текст диктанта (словарного диктанта), выполнил удовлетворительный перевод предложенного задания. Показал удовлетворительное владение знаниями о социокультурной специфике страны изучаемого языка и умению строить своё речевое и неречевое поведение адекватно этой специфике.

«неудовлетворительно»

Обучающийся неудовлетворительно (со значительным количеством ошибок) выполнил все задания контрольной работы (теста, упражнений). Не справился с записью текста диктанта (словарного диктанта), не выполнил перевод предложенного задания. Показал недостаточный уровень владения знаниями о социокультурной специфике страны изучаемого языка и умению строить своё речевое и неречевое поведение адекватно этой специфике.

7

5. Программа контрольно-измерительных мероприятий за период изучения по дисциплине

№ Наименование контрольно-

измерительного мероприятия

Объект контроля (тема) Наименование оценочного средства (форма проведения)

1.1 Текущий контроль

Тема1 Введение. Срез знаний за школьный курс. Контрольная работа


Тема 1.1. Кинематика Механическое движение. Перемещение. Путь. Скорость. Равномерное прямолинейное движение

устный фронтальный контроль


Тема 1.1. Равнопеременное движение Ускорение. Равнопеременное прямолинейное движение. Свободное падение. Движение тела, брошенного под углом к горизонту. Равномерное движение по окружности



Тема1.2. Законы механики Ньютона Первый закон Ньютона. Сила. Масса. Импульс. Второй закон Ньютона. Основной закон классической динамики. Третий закон Ньютона. Закон всемирного тяготения. Гравитационное поле. Сила тяжести. Вес. Способы измерения массы тел. Силы в механике.



Тема1.3. Законы сохранения в механике

. Закон сохранения импульса. Реактивное движение. Работа силы. Работа потенциальных сил. Мощность. Энергия. Кинетическая энергия. Потенциальная энергия. Закон сохранения механической энергии. Применение законов сохранения. Реактивное движение.



Тема 2.1. Основы МКТ. Идеальный газ Основные положения молекулярно-кинетической теории. Размеры и масса молекул и атомов. Броуновское движение. Диффузия. Силы и энергия межмолекулярного взаимодействия. Строении газообразных, жидких и твердых тел. Скорости движения молекул и их измерение. Идеальный газ. Давление газа. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов. Температура и ее измерение. Газовые законы. Абсолютный нуль температуры. Термодинамическая шкала температуры. Уравнение состояния идеального газа. Молярная газовая постоянная.

Оценочная индивидуальная

работа


Тема 2.2. Основы термодинамики Основные понятия и определения. Внутренняя энергия системы. Внутренняя энергия идеального газа. Работа и теплота как формы передачи


8

энергии. Теплоемкость. Удельная теплоемкость. Уравнение теплового баланса. Первое начало термодинамики. Адиабатный процесс.


Тема 2.3. Свойства паров Испарение и конденсация. Насыщенный пар и его свойства. Абсолютная и относительная влажность воздуха. Точка росы. Кипение. Зависимость температуры кипения от давления



Тема 2.4. Свойства жидкостей Характеристика жидкого состояния вещества. Поверхностный слой жидкости. Энергия поверхностного слоя. Явления на границе жидкости с твердым телом. Капиллярные явления.



Тема 2.5 Свойства твердых тел Характеристика твердого состояния вещества. Упругие свойства твердых тел. Закон Гука. Механические свойства твердых тел. Тепловое расширение твердых тел и жидкостей. Плавление и кристаллизация.


работа


Тема 3.1. Электрическое поле Электрические заряды. Закон сохранения заряда. Закон Кулона. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей. Работа сил электростатического поля. Потенциал. Разность потенциалов. Эквипотенциальные поверхности. Связь между напряженностью и разностью потенциалов электрического поля. Диэлектрики в электрическом поле. Поляризация диэлектриков. Проводники в электрическом поле. Конденсаторы. Соединение конденсаторов в батарею. Энергия заряженного конденсатора. Энергия электрического поля.



Тема 3.2. Законы постоянного тока Условия, необходимые для возникновения и поддержания электрического тока. Сила тока и плотность тока. Закона Ома для участка цепи без ЭДС. Зависимость электрического сопротивления от материала, длины и площади поперечного сечения проводника. Зависимость электрического сопротивления проводников от температуры. Электродвижущая сила источника тока. Закон Ома для полной цепи .Со-единение проводников. Соединение источников электрической энергии в батарею. Закон Джоуля — Ленца. Работа и мощность электрического тока. Тепловое действие тока.



Тема 3.3. Электрический ток в полупроводниках

Собственная проводимость полупроводников. Полупроводниковые приборы.

устный фронтальный контроль. Оценочное

задание

9

Самостоятельная работа. Электрический ток в различных средах.


Тема 3.4. Магнитное поле. Магнитное поле. Вектор индукции магнитного поля. Действие магнитного поля на прямолинейный проводник с током. Закон Ампера. Взаимодействие токов. Магнитный поток. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца. Определение удельного заряда. Ускорители заряженных частиц.



Тема 3.5. Электромагнитная индукция Электромагнитная индукция. Вихревое электрическое поле. Самоиндукция. Энергия магнитного поля.



Тема 4.1. Механические колебания Колебательное движение. Гармонические колебания. Свободные механические колебания. Линейные механические колебательные системы. Превращение энергии при колебательном движении. Свободные затухающие механические колебания. Вынужденные механические колебания.


работа


Тема 4.2. Упругие волны. Поперечные и продольные волны. Характеристики волны. Уравнение плоской бегущей волны. Интерференция волн. Понятие о дифракции волн.



Тема 4.3. Электромагнитные колебания

Свободные электромагнитные колебания. Превращение энергии в колебательном контуре. Затухающие электромагнитные колебания. Генератор незатухающих электромагнитных колебаний. Вынужденные электрические колебания. Переменный ток.



Тема 4.3. Электромагнитные колебания.

Генератор тока. Трансформаторы. Токи высокой частоты. Получение, передача и распределение электроэнергии


задание


Тема 4.3. Электромагнитные колебания

Генератор переменного тока. Емкостное и индуктивное сопротивления переменного тока. Закон Ома для электрической цепи переменного тока.

Контрольная работа «Корни, степени,

логарифмы»


Тема 4.3. Электромагнитные колебания.

Работа и мощность переменного тока. Генераторы тока. Трансформаторы. Токи высокой частоты. Получение, передача и распределение электроэнергии.


10


Тема 4.4. Электромагнитные волны Электромагнитное поле как особый вид материи. Электромагнитные волны. Вибратор Герца. Открытый колебательный контур. Изобретение радио А.С. Поповым. Понятие о радиосвязи. Применение электромагнитных волн



Тема 5.1 Природа света Скорость распространения света. Законы отражения и преломления света. Полное отражение. Линзы. Глаз как оптическая система. Оптические приборы

Подготовка сообщений по теме (с использованием ИКТ)


Тема 5.2 Волновые свойства света. Интерференция света. Когерентность световых лучей. Интерференция в тонких пленках. Полосы равной толщины. Кольца Ньютона. Использование интерференции в науке и технике. Дифракция света. Дифракция на щели в параллельных лучах. Дифракционная решетка. Понятие о голографии.

Подготовка сообщений по теме( с использованием ИКТ)


Тема 5.2 Волновые свойства света прямых и плоскостей в пространстве

Поляризация света. Двойное лучепреломление. Поляроиды. Дисперсия света. Виды спектров. Спектры испускания. Спектры поглощения.


задание


Тема 5.2 Волновые свойства света Ультрафиолетовое и инфракрасное излучения. Рентгеновские лучи. Их природа и свойства.

Подготовка сообщений по теме( с использованием ИКТ)


Тема 6.1 Квантовая оптика Квантовая гипотеза Планка. Фотоны. Внешний фотоэлектрический эффект. Внутренний фотоэффект. Типы фотоэлементов



Тема 6.2 Физика атома Развитие взглядов на строение вещества. Закономерности в атомных спектрах водорода. Ядерная модель атома. Опыты Э. Резерфорда. Модель атома водорода по Бору. Квантовые генераторы.

Оценочное задание. Подготовка сообщений по теме Преобразования пространства ( с использованием ИКТ


Тема 6.3 Физика атомного ядра Естественная радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Способы наблюдения и регистрации заряженных частиц. Эффект Вавилова — Черенкова. Строение атомного ядра. Дефект массы, энергия связи и устойчивость атомных ядер. Ядерные реакции

Тест


Тема 6.3 Физика атомного ядра Искусственная радиоактивность. Деление тяжелых ядер. Цепная ядерная реакция. Управляемая цепная реакция. Ядерный реактор. Получение радиоактивных изотопов и их применение. Биологическое действие радиоактивных излучений. Элементарные частицы.


11


Тема 7.1. Строение и развитие Вселенной

Наша звездная система — Галактика. Другие галактики. Бесконечность Вселенной. Понятие о космологии. Расширяющаяся Вселенная



Тема 7.2. Эволюция звезд. Гипотеза происхождения Солнечной системы Термоядерный синтез. Проблема термоядерной энергетики. Энергия Солнца и звезд. Эволюция звезд. Происхождение Солнечной системы.


6.Контрольно-измерительные материалы для текущего контроля

Тесты

Механика

1. Мальчик бросил мяч под углом к горизонту. Какую траекторию описывает в поле мяч?

2. Проводница вагона (длинна вагона l), движущегося из Москвы в Санкт- Петербург, разнесла чай и вернулась в свое купе. Чему рано ее перемещение в системе отчета, связанной с вагоном?

3. Турист обошел круглое озеро, радиус которого 150 м. Чему равен путь, пройденный туристом.

4. Какую траекторию движения имеет Луна?

5. Проводница вагона (длинна вагона l) , движущегося из Москвы в Санкт-Петербург, разнесла чай всем пассажирам и развернулась в свое купе. Чему приблизительно равен путь проводницы в систему отчета, связанной с вагоном?

6. Материальная точка, двигаясь прямолинейно, переместилась из точки с координатами (-2; 3) в точку с координатами (!; 7). Определите модуль вектора перемещения.

7. Координата материальной точки изменяется с течением времени согласно формуле x=8-3t. Чему равна проекция скорости материальной точки на ось OX?

8. Проезд длинной 560м, двигаясь равномерно, прошел мост длиной 640 м за 2 мин. Определите скорость проезда.

9. Пассажир идет со скоростью 2 м/м относительно вагона поезда по направлению его движения. Скорость поезда относительно земли равна 54км/ч. С какой скоростью движется человек относительно земли?

10. По двум параллельным железнодорожным путям равномерно движутся два поезда в противоположных направлениях: грузовой со скоростью 100 км/ч. Какова величина относительной скорости поездов?

11. За какое время автомобиль, двигаясь с ускорением 0,4 м/с2, увеличит свою скорость с 36 км/ч до 72 км/ч?

12

12. При аварийном торможении автомобиль, имеющий начальную скорость 10 км/ч, движется с ускорением 5 м/с2. Определите тормозной путь автомобиля.

13. Координата тела изменяется с течением времени согласно формуле x=20-5t+6t2. Чему равна координата этого тела через 2 с после начала движения?

14. Во сколько раз увеличится центростремительное ускорение точек обода колеса, если период обращения колеса уменьшится в 2 раза?

15. Колесо автомобиля, радиус которого 40 см., имеет угловую скорость 3 рад/с. Определить центростремительное ускорение колеса.

16. Расход воды в канале за минуту составляет 16, 2 м3. Ширина канала 1,5м и глубина воды 0,6м. Определите скорость воды.

1) 0,1 м/с 3) 0,3 м/с

2) 0,2 м/с 4) 18 м/c

17.Легковой и грузовой автомобили одновременно начинают движение из состояния покоя. Ускорение легкового автомобиля в 4 раза больше, чем грузового. Во сколько раз большую скорость разовьет легковой автомобиль за то же время?

1) В 2 раза 3) В 8 раз

2) В 4 раза 4) В 16 раз

18. Какую работу совершит подъемник мощностью 6 кВт за 30 мин работы?

19. Камень брошен вертикально вверх. В момент броска он имел кинетическую энергию 30 Дж. Какую кинетическую энергию будет иметь камень в верхней точке траектории полета?

20. При увеличении скорости тела его импульс увеличится в 4 раза. Как изменилась при этом кинетическая энергия тел?

1) Увеличилась в 4 раза 3) Увеличилась в 16 раз

2) Увеличилась в 2 раза 4) Уменьшилась в 4 раза.

Основы МКТ и термодинамика.

Один моль в системе СИ является единицей измерения: количества вещества; массы; молярной массы; количество молекул; объема. Число Авагадро NA=6,0,2*1023 имеется в системе СИ размерность: 1 моль;

13

2 кг/моль; 1/м3; 1/ моль= моль -1; моль/ Молярная масса кислорода µ =0,032 кг/моль. Чему равна масса одной молекулы кислорода?

1)5,3*10-26кг; 2) 8,1 10-26кг; 3)16,2*10-26кг; 4)32,3*10-26кг; 5)48,5*10-26кг. 4. При нагревании идеального газа его температура увеличилась с t1=00 до t2=8190C. Во сколько раз возросла при этом среднеквадратическая скорость теплового движения молекул

газа? 1) 3 раза; 2) раз; 3) раз; 4) 2 раза; 5) 4 раза

5. Сколько молей идеального газа находится в сосуде объемом Vм3 при концентрации молекул n. 1/м3 (R – постоянная Больцмана, NA – число Авогадро, R – газовая постоянная).

1) Ɣ= ; 2)Ɣ= ; 3) Ɣ= ; 4) Ɣ= ; 5) Ɣ=

6. Сколько молекул N газа находится в сосуде емкостью V при давлении P и температуре T

1) N= ; 2) N= ; 3) N= ; 4) N= ; 5) .

𝓴𝓴-постоянная Больцмана; NA - число Авогадро, R – газовая постоянная. 7. При увеличении объема идеального газа в 2 раза и повышении его абсолютной температуры

в 4 раза давление газа: 1) увеличение в 8 раз; 2) увеличение в 2 раза; 3) уменьшается в 2 раза; 4) увеличится в 4 раза; 5) уменьшается в 4 раза.

8. Как изменится температура идеального газа, если уменьшится объем в 2 раза при осуществлении процесса, в котором давление и объем газа связаны соотношением PV2=const?

9. Какое из приведенных ниже уравнений соответствует изобарному процессу в идеальном газе?

А) = ; Б) = ; В) Р1V1=P2V2.

10. Какое из приведенных ниже уравнений соответствует изотермическому процессу в идеальном газе. Выберите правильное утверждение.

А) = ; Б) = ; В) =

11. Какие из приведенных единиц измерения соответствуют величинам:

Паскаль [Па] кинетическая энергия молекул

Кельвин [К] объем газа

Кубический метр [м3] давление

концентрация молекул

температура.

14

12. Физическая величина, размерность которой можно представить как , является:

1) плотность идеального газа;

2) количество вещества;

3) масса газа;

4) объем газа;

5) молярная масса.

13. При осуществлении какого изопроцесса увеличение абсолютной температуры идеального газа в 2 раза приводит к увеличению давления газа тоже в 2 раза. Выберите правильный ответ:

А) Изобарного;

Б) Изохорного;

В) Изотермического.

14. Значение 8,31 Дж/моль*К относится к:

А) Постоянной Больцмана;

Б) Молярной газовой постоянной;

В) Числа Авогадро.

15 Как называется процесс, для которого первый закон термодинамики имеет вид: А+Q=0? Выберите правильный ответ:

А)Изохорный;

Б) Изотермический;

В) Изобарный.

16 Тепловая машина за один цикл получает от нагревателя количество теплоты 10 Дж и отдает холодильнику 6 Дж. Каков КПД машины. Выберите правильный ответ:

А) 60%;

Б) 40%;

В) 67%.

17. Газ, расширяясь изобарно при давлении 2*105Па, совершает работу 0,2кДж. Определите первоначальный объем газа, если его конечный объем оказался равным 2,5*10-3м3.

18. Какую величину измеряют с помощью психрометра? Выберите правильный ответ:

А) Абсолютная влажность;

Б) Относительная влажность;

В) Температура.

15

19. С помощью пипетки отмерили 182 капли минерального масла. Их масса оказалась равной 1,82г. Определить диаметр шейки пипетки, если коэффициент поверхностного натяжения минерального масла 3*10-2 Н/м.

20. Какую растягивающую силу надо приложить к стальной проволоке длинной 3,6м и площадью поперечного сечения 10-6м2 удлинение ее на 2 мм, если модуль упругости стали 2*105Мпа?

21. Какая из приведенных формул выражает закон Гука. Выберите правильный ответ:

А) E=Ϭ ׀Ԑ׀;

Б) Ϭ=E/ ׀ Ԑ׀;

В) Ϭ=E׀Ԑ׀/

Электродинамика.

1. В течении 10 мин через поперечное сечение проводника проходит заряд 12Кл. Чему равна сила тока в проводнике?

2. Время рабочего импульса ускорителя электронов равно 1мкс. Средняя сила тока, созданная этим ускорителем, 48 кА. Определите число электронов, ускоряемых за один пуск ускорителя. Заряд электрона равен qe=1,6*10-10Кл.

3. Определить величин заряда, проходящего через поперечное сечение проводника в течении 14 с, если сила тока в проводнике за это время равномерно возрастает от 0 до 75А.

4. Сколько времени длится заряд молнии, если через поперечное сечение ее канала протекает заряд 30Кл, а сила тока в среднем равна 24кА?

5. За 1 мкс через поперечное сечение металлического проводника проходит 4*108 электронов. Чему равна сила в проводнике? Заряд электрона равен qe=1,6*10-19Кл.

6. Скорость направленного дрейфа электронов в электрической цепи увеличилась в 3 раза. Как изменилась сила тока в этой цепи?

7. Какую работу совершает электрическое поле при перемещении заряда 4мКл, если напряжение равно 45В?

8. Какой длинны надо взять проволоку сечением 0,4мм2, чтобы ее сопротивление было 19,2 Ом? Удельное сопротивление 9,6*10-8Ом*м.

9. Медная проволока имеет электростатическое сопротивление 18 Ом. Какое электрическое сопротивление будет у медной проволоки, у которой в 4 раза меньше длинна и в 6 раз больше площадь поперечного сечения?

10. Напряжение на автомобильной лампочке 12В. В какой заряд прошел через нить накала лампочки, если при этом была совершена работа 600Дж?

11. Определите площадь сечения проволоки, сопротивление которой 5Ом, длинна 25м, удельное сопротивление материала 1,6*10-8Ом*м.

16

12. Стальная проволока имеет электрическое сопротивление 4Ом. Каким станеи сопротивление этой проволоки, если ее протянуть через специальный станок, увеличивающий длину в 2 раза?

13. Определить силу тока в электрочайнике, включенном в сеть с напряжением 125В, если сопротивление нагревателя 50Ом.

14. Как изменится сила тока, протекающего по проводнику, если напряжение на его концах и площадь поперечного сечения проводника увеличить в 2,5 раза?

15. На цоколе электрической лампы написано 0,35В и 0,2А. Определите сопротивление спирали лампы.

16. Как изменится сила тока, протекающего по проводнику, если уменьшить в 3 раза напряжение на его концах, а площадь поперечного сечения проводника увеличить в 3 раза?

17. Рассчитайте силу тока в замкнутой цепи, состоящей из источника тока, у которого ЭДС равна 12В, а внутреннее сопротивление равно 1Ом. Сопротивление резистора равно 3Ом.

18. Чему равно внутреннее сопротивление источника тока с ЭДС равной 20В, если при подключении к нему резистора сопротивлением 8Ом по электрической цепи протекает электрический ток силой 2А?

19. Чему равно напряжение на концах проводника, если при прохождении по нему электрического тока точка 4А в сечении 7,5мин, выделяется 216кДж теплоты?

20. Чему равно время прохождения по проводнику, если при напряжении на его концах 120В совершается работа 540кДж? Сопротивление проводника 24Ом.

21. При силе тока в электрической цепи 0,3А сопротивление лампы равно 10Ом. Определите мощность электрического тока, выделяющеюся на нити лампы.

22. Какое сопротивление имеет 100-ваттная лампа накаливания, рассчитанная на напряжение 220В?

Электростатика.

Когда мы снимаем одежду, особенно изготовленную из синтетических материалов, то слышим характерный треск. Какое явление объясняет это явление? Можно ли наблюдая взаимное отталкивание двух шаров, однозначно утверждать, что они заряжены положительно? Легкий незаряженный шарик из металлической фольги подвешен на тонкой шёлковой нити. Что будет происходить с шариком, если к нему поднести стержень с положительным электрическим зарядом (без прикосновения)?

17

Обычно говорят, что волосы, наэлектризованные при расчесывании, притягиваются к расческе. А можно ли утверждать, что расческа притягивается волосами? Как заряжено тело, если в процессе электризации оно приобрело электроны? К стержню положительно заряженного электроскопа поднесли не касаясь его, эбонитовую палочку. Листочки электроскопа опали, образуя гораздо меньший угол. Что можно сказать о заряде палочки? Два точечных заряда действуют друг на друга с силой 16Н. Какой будет сила взаимодействия между ними, если уменьшить значение каждого заряда в 2 раза, не меняя расстояние между ними? Как нужно изменить расстояние между двумя точечными зарядами, чтобы сила взаимодействия между ними увеличилась в 16 раз? Диэлектрическая проницаемость воды равна 81. Как нужно изменить расстояние между двумя точечными зарядами, чтобы при погружении их в воду сила взаимодействия между ними была такой же, как первоначально в вакууме? С какой силой взаимодействуют два маленьких заряженных шарика, находящиеся в вакууме на расстоянии 9см друг от друга? Заряд каждого шарика равен 3*10-6Кл. Диэлектрическая проницаемость керосина равна 2. Как нужно изменить расстояние между двумя точечными зарядами, чтобы при погружении их в керосин сила взаимодействия между ними была такой же, как первоначально в вакууме? Два пробковых противоположно заряженных шарика привязаны на нитях ко дну и к перекладине в верхней части аквариума, заполненного маслом. Диаметр шариков 2 миллиметра, длинна нити 40 см, расстояние между центрами шариков 10см. Считая нити невесомыми, найдите напряжение верхней нити. Плотность пробки 130 кг/м3, плотность масла 800 кг/м3, его диэлектрическая проницаемость равна 6, модуль заряда шариков 3*10-8Кл. Ответ выразите в миллиньютонах и округлите до сотовых.

Как узнать, что в данной точке пространства существует электрическое поле? Как изменяется модуль напряженности электрического поля, созданного точечным зарядом Q в некоторой точке, при увеличении значения этого заряда в N раз?

Потенциал поля точечного заряда на расстоянии r1 от заряда равен φ1=100В, а на расстоянии r2 потенциал φ2=300В. Чему равен потенциал поля этого заряда на расстоянии, равном среднему

арифметическому r1 и r2 ?

Сила действующая в поле на заряд в 40 мкКл, равна 20 Н. Чему равна напряженность в этой точке? Напряженность электрического поля изменяют с помощью пробного заряда q. Как изменится модуль напряженности электрического поля, если величину пробного заряда увеличить в 3 раза? Потенциал поля точечного заряда на расстоянии r1 от заряда равен φ1=16 В, а на расстоянии r2 потенциал φ2 = 100В. Чему равен потенциал поля этого заряда на расстоянии, равном среднему

геометрическому r1 и r2 (r= )? В электрическом поле вектор напряженности которого направлен вертикально вверх, неподвижно «весит » песчинка , заряд которой равен 2*10-6кг. Чему равен модуль вектора напряженности электрического поля? Ответ выразите в кВ/м.

18

В электрическом поле, вектор напряженности которого направлен горизонтально и по модулю равен 2000В/м, нить с подвешенным на ней маленьким заряженным шариком отклонилась на угол 450 от вертикали. Масса шарика 2,8г. Чему равен заряд шарика? Ответ выразите в микрокулонах. Пылинка, имеющая массу 10-6кг, влетела в однородное электрическое поле вдоль его силовых линий с начальной скоростью 0,1 м/с и переместилась на расстояние 4 см. Чему равен заряд пылинки, если ее скорость увеличилась на 0,2 м/с при напряженности поля 105В/м? Ответ выразите в пикокулонах (пКл). В направленном вертикально вверх однородном электрическом поле напряженностью 2000В/м неподвижно «весит» пылинка с зарядом 5 нКл. Найдите массу пылинки. Ответ выразите в миллиграммах. Пылинка, имеющая положительный заряд 10-11Кл и массу 10-6кг, влетела в однородное электрическое поле вдоль его силовых линий с начальной скоростью 0,1м/с и переместилась на расстоянии 4 см. Какой стала скорость пылинки, если напряженность поля 105В/м? Действием силы тяжести пренебречь.

Разность потенциалов между точками, расположенными на одной силовой линии однородного электрического поля, напряженность которого 50 В/м , равна 10В. Чему равно расстояние между этими точками? В электрическом однородном поле потенциалы точек А и В соответственно равны: φА=-700В, φВ=-1300В. При перемещении заряженной частицы из точки А в точку В силы электростатического поля совершают работу, равную 9 мкДж. Каким зарядом обладает частица? Пылинка массой 10 мг несет на себе заряд 10-8 Кл и движется вертикально между двумя одинаковыми горизонтальными пластинами, расположенными напротив друг друга, разность потенциалов между которыми 200В. На сколько изменится кинетическая энергия пылинки при перемещении от одной пластины до другой на расстоянии 1 см? Ответ выразите в мкДЖ и округлите до целых. В электростатическом однородном поле разность потенциалов между точками А и В равна 100В, расстояние между ними 4см. Найти модуль напряженности поля. Электрический заряд 1,25 мКл медленно перенесли из одной точки электрического поля в другую. При этом электрическим полем была совершена работа 5 мкДж. Чему равна абсолютная величина разности потенциалов между этими точками? Заряженная пылинка движется между двумя одинаковыми заряженными вертикальными пластинами, расположенными напротив друг друга. Разность потенциала между пластинами 500в, масса пылинки настоль мала, что силой тяжести можно пренебречь. Какую кинетическую энергию приобретает пылинка при перемещении от одной пластины до другой, если ее заряд 4 нКл? Ответ выразите в мкДж и округлите до целых. Металлическая сфера радиусом 20 см равномерно заряжена до 40 нКл. Найдите напряженность электрического плоя на расстоянии 15см от центра сферы. Заряд металлического шарика 60нКл. Потенциал электрического поля на расстоянии 10см от его поверхности равен 2,7кВ. Чему равен радиус шарика? Рассчитайте электрический потенциал поверхности Земли, если радиус планеты 6400км, а напряженность на поверхности Земли 130 В/м.

19

Проводящий шар радиусом 5 см заряжен положительным зарядом 0,3 нКл. Определить значение напряженности поля на расстоянии 5 см от поверхности шара. Найдите потенциал проводящего шара радиусом 1м, если на расстоянии 2 м от его поверхности потенциал электрического поля равен 20В. Проводящий шар радиусом 5см заряжен до потенциала40В. Определите значение напряженности поля на расстоянии 3см от поверхности шара. Чему равна работа сил, действующих на пробный заряд со стороны электрического поля при его перемещении по замкнутому контуру? По какой формуле можно найти потенциальную энергию пары электрических зарядов? Чему равна работа сил, действующих на пробный заряд со стороны электрического поля при его перемещении по эквипотенциальной поверхности? Расстояние между двумя разноименными зарядами уменьшили в 4 раза. Как изменилось при этом потенциальная энергия? Как изменится электрическая емкость плоского конденсатора, если площадь пластин увеличится в 3 раза? Конденсатор электроемкостью 3 мкФ заряжен до напряжения 300В, а конденсатор электроемкостью 2 мкФ – до напряжения200В. После зарядки конденсаторы соединили одновременными полюсами. Какая разность потенциалов установится между обкладками конденсаторов после соединения? Как изменится емкость плоского воздушного конденсатора, если площадь его обкладок и расстояние между ними уменьшить в 2 раза? Конденсатор, электроемкость которого С1=5мкФ, заряжен так, что разность потенциалов между его пластинами U1=80В. Второй конденсатор, электрическая емкость которого С2=10мкФ, имеет разность потенциалов между пластинами U2=50В. Разноименно заряженные пластины конденсаторов попарно соединили проводниками. Чему равен модуль разности потенциалов U между пластинами каждого конденсатора? Площадь пластин плоского конденсатора равна 200см2, а расстояние между ними 8мм. Определите энергию электрического поля конденсатора, если ему сообщили заряд 5 нКл и погрузили в машинное масло, диэлектрическая проницаемость которого, 2,5.

Первый конденсатор емкостью С подключен к источнику с ЭДС Ԑ, а второй – емкостью С - подключен к источнику с ЭДС 3Ԑ. Определите отношение энергии электрического поля второго конденсатора к энергии электрического поля первого. К незаряженному конденсатору емкостью С подключили последовательно заряженный до заряда q конденсатор той же емкости. Каким выражением определяется энергия системы из двух конденсаторов после их соединения? Конденсатор электроемкостью 0,02Ф заряжен до напряжения 30В. Какой энергией обладает конденсатор? Первый конденсатор емкостью 3С подключен к источнику с ЭДС Ԑ, а второй – емкостью С - подключен к источнику с ЭДС 3Ԑ. Определите отношение энергии электрического поля второго конденсатора к энергии электрического поля первого.

20

Заряженный до ровности потенциалов 500В конденсатор электроемкостью 1000мкФ разряжают на резистор, опущенный в воду массой 10г. На сколько градусов нагреется вода, если ее удельная теплоемкость 4200Дж/(кг*К)? На двух одинаковых металлических шарах находится положительный заряд +Q и отрицательный заряд -5 Q.При соприкосновении шаров заряд на каждом шаре станет равен: 1) -4 Q; 2) +6 Q; 3) -2 Q; 4) +3 Q Сила кулоновского взаимодействия двух точечных зарядов: прямо пропорциональна расстоянию между ними; обратно пропорциональна расстоянию между ними; прямо пропорциональна квадрату расстояния между ними; обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Потенциал в точке А электрического поля равен 350В, потенциал точки В равен 150В. Какую работу совершают силы электрического поля при перемещении положительного заряда 2,5 мКл из точки А в точку В? 0,5 Дж 3) 1,5 Дж -0,5 Дж 4) -1,5 Дж Два одинаковых электрометра А и В имеют электрические заряды: qА= +20Кл и qB=+60Кл соответственно. После соединения электрометров проводником, их заряды станут равны: qA=60 Кл и qB=20Кл 3) qA=20 Кл и qB=40Кл qA=40 Кл и qB=40Кл 4) qA=0 Кл и qB=0Кл

Какое направление в точке Q имеет вектор напряженности Е электрического поля, созданного двумя равными положительными электрическими зарядами (см рис.) ?

+q

O

- q

2) 3) 4) Два одинаковых электрометра А и В имеют электрические заряды: qA=-10 Кл и qВ=+10 Кл соответственно. После соединения электрометров проводником, их заряды станут равны: qA=0 Кл и qB=0Кл qA=+10 Кл и qB=+10Кл qA=20 Кл и qB=20Кл qA=-10 Кл и qB=-10Кл Какая из приведенных ниже формул выражает в системе СИ силы взаимодействия точечных зарядов – q1 и +q2, расположенных на расстоянии r, друг от друга в вакууме?Определите электрические заряды притягиваются или отталиваются.

1) , притягиваются 3) , притягиваются

2) , отталкиваются 4) , отталкиваются

21

При лечении электростатическим душем к электродам электрической машины прикладывается разность потенциалов 10кВ. Какой заряд проходит между электродами во время процедуры, если известно, что электрическое поле совершает при этом работу, равную 3600Дж? 36 мКл 3) 36 мкЛ 0,36 Кл 4) 1,6 *10-19 Кл

Практические работы

Практическое занятие 1

Решение задач с использованием формул равномерного и равноускоренного движения

Цель занятия: усвоить методику решения данного типа задач.

Контрольные вопросы

1. Какое движение называется равномерным?

2. Отличие пути от перемещения?

3. Написать формулу равномерного движения в векторном виде?

4. Изобразить график равномерного движения в координатах Х,t и v,t.

5. Мгновенная и средняя скорость, в чем отличие?

6. Интерпретация пути на графике равноускоренного движения в координатах v,t. с

Теоретический материал по теме примерами решения типовых задач

ЭЛЕМЕНТЫ ВЕКТОРНОЙ АЛГЕБРЫ

В курсе элементарной физики, как известно, приходится оперировать двумя категориями величин — скалярными и векторными.

Существенным отличием вектора от скаляра является направленность вектора, чем и обусловлены особые правила действий над ними, носящие геометрический характер

Формально векторные равенства имеют тот же вид, что и скалярные, например. Стрелки же над буквами означают, что мы имеем дело с ректорами и, значит, операции над ними производятся по особым правилам. В частности, такая запись означает, что, если а = 2 и 6 = 3, то с не обязательно будет равно 5

сложение векторов

Сложить несколько векторов — это значит заменить несколько на самом деле имеющихся векторов таким одним, который был бы эквивалентен всем замененным. Результирующий вектор находят как замыкающую той ломаной линии, звеньями которой являются составляющие векторы.

22

Разложение вектора на составляющие

Часто бывает необходимо заменить один вектор такими несколькими, которые в сумме своей были бы эквивалентны этому замененному. Такая операция называется разложением вектора на составляющие векторы

** Примером является движение лодки относительно берегов в случае, если гребец перемещает лодку относительно воды, а вода перемещается относительно берегов.

** Два тела движутся независимо друг от друга. Как определяется их движение друг относительно друга?

Пусть два корабля выходят из некоторой точки А один из них удаляется от А на расстояние , а другой — на расстояние . Очевидно, относительное их перемещение определяется взаимным расстоянием . И, значит, относительное перемещение равно разности. Таким образом, относительные перемещение и скорость двух тел определяются

23

векторной разностью их перемещений и скоростей, заданных по отношению к одной и той же системе отсчета.

КИНЕМАТИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ

**Заяц- 15м/с, дельфин- 72км/ч, кто быстрее?

Задача сводится переводу одних единиц в другие, что порой вызывает затруднение у учащихся.

Предлагается следующая схема действий для перевода 72км/ч в м/с

Отдельно переводим км в м и час в секунды

103 72*103

72км/ч= 72 -------------м/с = ---------=2*101=20 м/с

3600 32*102

Часто учащиеся склонны считать среднюю скорость движения в виде

где v1 ...-скорости движения на 1, 2, ,.., n-м участках. Это ошибочное мнение.

Средняя скорость, по определению, есть отношение общего

перемещения ∆r к тому промежутку времени ∆t, за который это перемещение произошло, т. е.

** Первую половину пути автомобиль двигался со скоростью V1=20 км/ч, а оставшуюся часть- со скоростью V2= 30км/ч. Какова средняя скорость движения автомобиля?

По определению, средняя скорость vср = S/t. Полное время движения t=t1+t2=S1/t1+ S2/t2. Тогда S1=S/2, t1=S/(2V1), t2= S/(2V2), получим vср = S/t=S/(S/(2V1)+ S/(2V2))=

=2V1V2/(V1+V2)=2*20*30/(20+30)= 24 км/ч,

а вовсе не (20+30)/2=25 км/ч. В этой задаче мы пытаемся приучить студентов не бояться того, что в задаче “мало” данных.

24

Пример еще одной задачи, где, как может показаться, “ничего не дано”.

** Катер вниз по течению движется из А в Б 2ч, вверх- 4ч. Какое время t потребуется, чтобы катер “самосплавом”, с выключенным двигателем попал из А в Б?

Обозначим Vk- скорость катера относительно течения, Vt- скорость течения, а S- расстояние меж АиБ. Учтя, что, по определению, скорость V=S/t и подставив вместо t конкретные значения, можем записать условие задачи в виде двух уравнений:

Vk+Vt=S/2, Vk-Vt=S/4,

вычтем из первого ур-я второе (чтобы исключить не интересующее нас Vk)

2Vt= S/4 или Vt= S/8. Но Vt= S/t, значит, “8” и есть искомое время)

Равноускоренное движение

Основные уравнения для определения места точки в системе отсчета и ее скорости “в каждый момент времени” для равноускоренного движения:

X= X0+V0t+ At2/2 V= V0+ At

При решении задач по механике в первую очередь (явно или неявно) мы выбираем систему отсчета (начало и направление осей координат). Это позволяет упростить вид уравнения (исключить X0 или V0, выбрав за начальную точку системы отсчета ту, где они равны нулю)

** Уклон длиной 100м лыжник прошел за 20с с а=0,3м/c. Найти скорость лыжника в начале и конце пути?

Выбрав в качестве начала системы координат точку начала пути, упростим уравнения X = V0t+ At2/2

V= V0+ At

Получили систему из двух уравнений с двумя неизвестными- V0 (начальная скорость) и V (скорость в конце пути).

Из математики мы знаем, что в случае, когда количество уравнений равно числу неизвестных, система имеет решение. Когда количество уравнений меньше чем числу неизвестных, мы можем лишь найти соотношения меж ними, чего нам порой достаточно (во сколько раз увеличилась скорость…)

Записав все условия задачи в виде формул, мы заканчиваем физическую часть задачи и остается чистая математика. Подставляем значения и имеем

100=V0*20+0.3*20*20/2 => V0=2м/с

V=2+0,3*20 => V=8 м/с

** Шарик бросают вверх с V0. Найти максимальную высоту, на которую поднимется шарик. X2=?,

25

Пусть ось Х, направлена вверх и начинается на земле(Х1=0). С учетом направления (ускорение g направлено вниз) получим

X2=V0t2-gt2* t2/2;

V2=V0-gt2 получаем 2 уравнения с 3 неизвестными (Х2, t2 и v2)

Третье уравнение- условие, что в верхней точке скорость=0

V2=0, откуда из второго ур-я получим V0=gt, t=V0/g

Х2=0+V0V0/g-gV0V0/(2g*g)=V0*V0/g- V0*V0/2g= V02/2g

Обычно при решении школьных задач указываются исчерпывающие данные и необходимо получить ответ в виде числа. В наших задачах зачастую мы ограничиваемся лишь формулой для вычисления.

Потому необходим способ проверки общего вида формулы. Это способ размерностей.

В уравнении размерность искомой величины слева и итоговая размрность формулы справа должны совпадать. Проверим это на нашей задаче.

Х2= V02/2g

м=(м/с)2/( м/с2)=м Размерности совпали. С точностью до константа формула верна!

** При торможении автомобиль, движущийся со скоростью V0=72 км/ч, остановился через 5 с. Найти тормозной путь, считая ускорение автомобиля постоянным

Начало системы координат помещаем в точку начала торможения автомобиля. Точка с координатой Х1 соответствует моменту остановки, t1 — время, прошедшее с момента начала торможения до остановки, Vох = Vo, ах = - а.

Запишем основные уравнения теории для момента остановки t1, учтя, что при этом автомобиль останавливается (V1х = 0)

X1 = Vo- a*t12/2 V1х = v0- a*t1 = 0 Имеем систему из двух уравнений с двумя неизвестными Х1 и a. Выражая a из второго уравнения и подставляя его в первое, находим: X1 = Vo t1/2= 50 м. ** Тело падает с высоты h= 2000м (Vo=0). За какое время оно пойдет последние 1020м? Если зафиксировать начало системы отсчета в точке начала движения и ось Ось Х направить вниз, то уравнение равноускоренного движения тела предстанет в виде h = gt2/2, откуда t = √(2h/g). С высоты 2000м тело падает за √2*2000м/10м/с2=20с Первые 980 м тело падает за √2*980м/10м/с2=√196=14с, а оставшиеся последние 1020м за 20-14=6с Равномерное движение по окружности Имея основную формулу а=V2/R , легко найти остальные соотношения линейных и угловых величин исходя из простых соображений. n(количество оборотов)=1/Т – обратная периоду величина. Угол (φ) в системе СИ измеряется в радианах, потому угловая скорость ω (скорость изменения угла) ω=φ/t рад/c, а для полного оборота

26

ω=2 π /Т =2 π n и φ= ω t Проводя рассуждения для одного полного оборота (время= периоду= Т), получим v (линейная скорость)= S/t=(длина окружности)/(T)= 2πR/T=2πRn V = ω R а=V2/R = ω 2 R ** Минутная стрелка часов (1) в 2 раза длиннее часовой (2). Найти отношение линейных скоростей концов этих стрелок. Чтобы получить искомое отношение линейных скоростей V1/V2, надо найти связь линейной скорости и длины стрелки (радиуса). Это V = ω R. Значит -- V = ω R V 2 = (ω1*12) (R1*2)=24V1 V1/V2= ω1 R1/ ω2 R2= ω1/ω2 *R1/R2=12*2=24 за один оборот часовой стрелки минутная делает 12, те ω1/ω2=12. ** Сколько оборотов в секунду делают колеса диаметром 1,5 м при скорости 20 м/с? v =2πRn=2πDn/2= πDn Отсюда n = V/(πD) =20 (м/с)/(3,14*1,5м) = 4,2об/с

Задача 1 Человек прошел из А в Б на Север-6км, на Восток-8км, на Север-2км, на Запад-2км. Найти путь и перемещение.

Задача 2 Треть пути тело двигалось с v1=20км/ч, остальной путь- с v2=30км/ч. Средняя скорость за все время пути=?

Задача 3 Минутная стрелка часов в 1,5 раза длиннее часовой. Найти отношение линейных скоростей концов этих стрелок.

Задача 4 Ускорение лифта направлено вниз. Куда движется лифт? Ответ проиллюстрировать рисунком.

Задача 5 Колесо велосипеда имеет радиус 0,5 м. С какой скоростью движется велосипед, если колесо делает 50 оборотов в минуту? Какова угловая скорость вращения колеса при этом движении?

Задача 6 Тело брошено вертикально вверх с начальной скоростью 20м/с. Чему равен модуль скорости тела через 0,5с после начала движения? Сопротивление воздуха не учитывать.

Задача 7 Кошка прыгает с подоконника высотой 1,25м горизонтально со скоростью 3м/с. На каком расстоянии от стены она приземлится?

Задача 8 Какой путь пройден телом к моменту t=4c ?

Практическое занятие 2 Движение в гравитационном поле Цель занятия: усвоение методики решения задач с использованием закона Всемирного тяготения.

Контрольные вопросы 1. В чем физический смысл постоянства ускорения свободного падения? 2. Вес и невесомость. 3. Условия проявление невесомости на Земле. Методические указания по выполнению практических задач

27

** Какую скорость относительно поверхности Земли должен иметь искусственный спутник, чтобы лететь по круговой орбите^ расположенной в плоскости экватора, на высоте А и 1600 км над Землей? Радиус Земли принять равным /?з = 6400 км, ускорение свободного падения у ее поверхности g0 = 9,8 м/с2. Если пренебречь силами притяжения, действующими на спутник со стороны небесных тел, и не учитывать сопротивление среды, можно с достаточной степенью точности считать, что на спутник при его движении действует только сила земного притяжения FT. Под действием этой силы спутник равномерно движется по окружности радиусом Rз+h c некоторой скоростью v относительно центра Земли. Сила притяжения сообщает спутнику нормальное ускорение равное по модулю v2/(R3 + h) и направленное к центру Земли.

Фактически, нам необходимо преодолеть силу притяжения земли. Модуль силы тяготения в уравнении второго закона Ньютона нужно представить в развернутом виде, используя закон всемирного тяготения: F=ma=mv^2/(R+h)=GmM/( R+h)^2, откуда v=sqrt(GM/(R+h)), те не зависит от массы тела.

Задача 1 Каков вес тела массой 1кг на Луне.Rл=1,73*10^6м, Мл= 7,3*10^22кг

Задача 2 Во сколько раз уменьшится сила тяготения к земле при удалении тела от пов-ти Земли на расстояние-Rз.

Задача 3 Сила тяжести, действующая на камень массой 2кГ, больше силы тяжести, действующей на камень массой 1кГ. Почему более тяжелый камень не падает быстрее?

Практическое занятие 3 Динамика и законы Ньютона.

Цель занятия: усвоение методики решения задач с использованием законов Ньютона. Контрольные вопросы

1.Определяет ли направление движения направление ускорения? 2. Если ускорение тела равно нулю, означает ли это, что на него не действуют силы? 3. Яблоко, лежащее на столе вагона, покатилось вперед, по направлению движения вагона. Как изменилось движение поезда? 4. Согласны ли Вы с утверждением: - если на тело не действует сила, то оно не движется; - если на тело перестала действовать сила, то оно останавливается; - тело обязательно движется туда, куда направлена сила; - если на тело действует сила, то скорость изменяется.

Методические указания по выполнению задач Динамика материальной точки (собственно законы Ньютона)

Решение задач на законы Ньютона предполагает использование всех трех законов в своей совокупности независимо от конкретного вида задачи. Разъясним это. 1. Любое описание любого механического движения имеет смысл лишь при указании той системы отсчета, по отношению к которой измерены положение, скорость и ускорение интересующего нас тела, а также силы, действующие на это тело. В школе рассматриваются только инерциальные системы отсчета и решение задачи, естественно, нужно начинать с фиксирования некоторой инерциальной системы отсчета, например, землю или любое тело, движущееся относительно нее равномерно.

28

Таким образом, ссылка на первый закон очевидна. 2. Определить характер движения тела невозможно без анализа сил. действующих на него. Но силы — это мера взаимодействия тел. Это означает, что без рассмотрения взаимодействия интересующего нас тела с другими телами задача решена быть не может. Взаимодействие же, а значит, и определение всех сил, действующих па исследуемое тело, немыслимо без пользования третьим законом. 3. Так как изменение скорости тела определяется ускорением тела, а величина его определяется нз второго закона, то ясна и его необходимость при решении механических задач. Необходимо отчетливо представить себе эту взаимосвязь всех трех законов Ньютона. ** На столе лежит брусок, который пытаются сдвинуть вправо, прикладывая к нему силу F. Какова сила трения покоя? Так как брусок покоится, то силы, действующие на него, уравновешены в любом направлении, в частности и вдоль поверхности стола. И потому из из-за а = 0 следует откуда . **Путь, пройденный мат точкой, движущейся равномерно по окружности, составил 15м за 10с. Определить модуль центростремительного ускорения точки, если радиус окружности равен 15см. Линейная скорость v=S/t=15 м/10с=1,5м/с. a=V2/R=15 м/с2 **Пуля массой 9г движется в пенопласте. За 5мс ее скорость уменьшилась с 250м/с до 200м/с. Найти силу сопротивления движению пули. 2й закон Ньютона в авторской формулировке ∆p=ft f=∆p/t=m(v2-v1)/t =0,009кг*(250м/с-200м/с)/0,005с=90H ** Какую скорость относительно поверхности Земли должен иметь искусственный спутник, чтобы лететь по круговой орбите^ расположенной в плоскости экватора, на высоте А и 1600 км над Землей? Радиус Земли принять равным /?з = 6400 км, ускорение свободного падения у ее поверхности g0 = 9,8 м/с2. Если пренебречь силами притяжения, действующими на спутник со стороны небесных тел, и не учитывать сопротивление среды, можно с достаточной степенью точности считать, что на спутник при его движении действует только сила земного притяжения FT. Под действием этой силы спутник равномерно движется по окружности радиусом Rз+h c некоторой скоростью v относительно центра Земли. Сила притяжения сообщает спутнику нормальное ускорение равное по модулю v2/(R3 + h) и направленное к центру Земли. Фактически, нам необходимо преодолеть силу притяжения земли. Модуль силы тяготения в уравнении второго закона Ньютона нужно

представить в развернутом виде, используя закон всемирного тяготения: F=ma=mv^2/(R+h)=GmM/( R+h)^2, откуда v=sqrt(GM/(R+h)), те не зависит от массы тела.

Задача 1 . Если тележку тянуть с силой F1 - 5 Н, то ее ускорение будет а1 = 0,2 м/с2. С какой силой F2 нужно тянуть, чтобы ее ускорение было а2 = 2 м/с2? Трением пренебречь.

Задача 2 . Какой станет скорость тела массой т = 5 кг, движущегося со скоростью V0 = 8 м/с, если на расстоянии L=10м на тело будет действовать сила F= 12 Н?

Задача 3 Снаряд массой m = 2 кг вылетает из ствола орудия в горизонтальном направлении со скоростью v = 1000 м/с. Определить силу давления F пороховых газов, считая ее постоянной, если длина ствола I = 3,5 м.

29

Задача 4 Вертолет поднимает автомобиль массой 5000кг с ускорением 0,6м/с2. Найти натяжение троса.

Задача 5 Локомотив тянет за собой два вагона. Во сколько раз при ускоренном движении натяжение в креплении локомотива с вагоном больше чем между первым и вторым вагоном?

Задача 6 Через 20 с после начала электровоз развил скорость 4м/с. Найти силу, если масса эл-воза равна 184т. --F=m*a=184000кг*4м/с /20с=36,8кН

Задача 7 С каким ускорением будет всплывать находящийся под водой мяч массой 0,5кг, если действующая на него сила тяжести равна 5Н, архимедова сила- 10Н, а средняя сила сопротивления движению- 2Н?


Законы сохранения Цель занятия: освоить методику решения задач на законы сохранения. Контрольные вопросы 1. Физическая величина, всегда неизменная в изолированной системе? 2. Как формулируется закон сохранения механической энергии? 3. Куда ”уходит” механическая энергия?

Методические указания по выполнению практических задач На ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ

Законы сохранения импульса P=mv и механической энергии= mgh+mv2/2, с которыми мы будем иметь дело есть результат симметрии мира относительно времени (энергия) и пространства(импульс). Мех энергия сохраняется, если ”перекачиванию” потенциальной энергии в кинетическую ничто не мешает. Например при столкновении шаров энергия движения деформирует шары, заставляя работать силы упругости, и если форма шаров не восстановится (превышен предел упругости), то энергия вернется не полностью и часть ее уйдет на разрушение структуры шаров и о сохранении механической энергии речи уже не идет. Тут выручает закон сохранения импульса, который в отсутствие внешних взаимодействий (изолированная система) сохраняется всегда. Задача 2 шара m1=0,5кг и m2=0,2кг движутся навстречу со скоростями v1=1м/с v2=4м/с и центрально абсолютно неупруго сталкиваются (пластилиновые шары). Vпосле=? Выберем правое направление оси системы координат. Для изолированной системы выполняется закон сохранения импульса. M1v1-m2v2=(m1+m2)v, откуда v=(m1v1-m2v2)/(m1+m2)=-0,4м/с, те новый шар будет двигаться влево. Задача Движущийся шар массой М ударяется в такой же неподвижный шар, после чего они движутся как одно целое. Какая часть мех. энергии перешла во внутреннюю? Другими словами, надо найти отношение Ek1/Ek2=(M(v1)2/2)/ (2M(v2)2/2)= (v1)2/ 2(v2)2 Так как удар абсолютно неупругий (после столкновения шары не разлетелись), закон сохранения механической энергии не выполняется, но, поскольку система двух шаров замкнутая, выполняется закон сохранения импульса: MV1=2MV2 или V1=2V2 Используя это соотношение, легко продолжить

30

Ek1/Ek2= 4v22/ 2v22= 2, что означает уменьшение энергии вдвое. Задача 1

Пуля 5г вылетает с 500м/с из ствола 50см. Средняя сила давления=? Задача 2

Охотник стреляет из ружья с движущейся лодки по направлению ее движения. Какую скорость имела лодка, если она остановилась после двух быстро следующих друг за другом выстрелов? Масса охотника с лодкой 200кг, масса заряда 20г, скорость дроби 500м/с.

Задача 3 Движущийся шар ударяется в такой же неподвижный шар, после чего они движутся как одно целое. Какая часть мех. энергии перешла во внутреннюю?

Задача 4 Каков соотношение при выстреле кин. энергии вылетающей дроби и ружья, если масса ружья в 100 раз больше массы заряда


Решение задач с применением основного уравнения МКТ.

Цель занятия: Освоить решение задач на тему основного уравнения МКТ. Контрольные вопросы 1. Как распределяются молекулы газа по скоростям? 2. Можно ли применить основное уравнение МКТ для жидкости, почему. 3. Назовите макропараметры, однозначно определяющие состояние идеального газа. 4. Какой газ мы называем идеальным? 5. Приведите примеры ”не идеальности” реальных газов в обычных условиях. 6. Что измеряется в молях?

Методические указания р = 2/3n0Еk Моль- определенное количество частиц (молекул, атомов) однородного вещества, равное числу Авогадро. Похоже на коробку (6 бутылок) шампанского. Если знать массу одной частицы, можно найти массу одного моля (молярную массу) вещества. А массу одной частицы легко почитать, зная структуру, хим формулу вещества. Вода (H2O)состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Число Авогадро(Na) –число атомов в 1г водорода. Кислород (сравни массу его молекулы с водородом) в 16 раз тяжелее водорода, а вода- в 18раз (1+1+16). Значит 1 Моль воды соответствует 18 г. Пример решения типовой задачи

Задача Из Контейнера с твердым литием изъяли 4 моль этого в-ва. При этом число атомов лития в контейнере уменьшилось на? Поскольку один моль любого вещества соответствует Na частиц, то 4 моля в 4 раза больше. Задача Как изменится давление ид газа, если среднюю кин энергия теплового движения молекул газа уменьшить в 2 раза и концентрацию уменьшить в 2 раза? р = 2/3n0Еk P1/P2=( 2/3*n0*Еk)/ ( 2/3*n0/2*Еk/2)=4, те давление уменьшится в 4 раза

31

Задача 1 Как давление идеального газа зависит от средней кинетической энергии движения молекул? -- 1) не зависит +2) P~Eк ср 3) P~1/Eк ср

Задача 2 2 пустых сосуда одинакового объема заполнили газами: один азотом (атомная масса 14), другой гелием (атомная масса 2). Сравнить давления, которые эти газы оказывают на стенки сосудов Pn/Phe, если массы газов одинаковы.

Задача 3 Какая из зависимостей соответствует идеальному газу?

Практическое занятие 6 Решение задач с применением уравнения Менделеева-Клапейрона. Цель занятия: усвоение методики Решения задач с применением уравнения Менделеева-Клапейрона. Контрольные вопросы: 1. Для какой массы газа справедливо УМК? 2. Каковы причины отклонения расчетных значений макропараметров при большем давлении? 3. Можно ли применить УМК, если часть газа конденсировалась? 4. Какие изопроцессы Вы знаете?

Методические указания PV= m/M*RT ГАЗЫ Состояние тел характеризуют совокупностью нескольких физических величин, называемых параметрами состояния. Важнейшими параметрами состояния газа являются его объем V, давление р и температура Т. Самый простои вид уравнение состояния имеет для идеальных газов. Идеальными называют газы, молекулы которых взаимодействуют друг с другом лишь при соударениях (отсутствует межмолекулярное притяжение и отталкивание) и объем молекул НИЧТОЖНО мал по сравнению с объемом, занимаемым газом. Кроме того, предполагается, что соударение молекул происходит по законам абсолютно упругого удара. Реальные газы тем точнее подчиняются законам идеальных газов, чем меньше их давление и выше температура. В молекулярной физике, химии и термодинамике вместо массы часто используется количество вещества, выраженное в молях. Моль — это количество вещества, в котором содержащее количество частиц (молекул, атомов), равное числу Авогадро NA = 6,022 • 1023 моль"1. Чтобы отмерить 1 моль твердого вещества, надо взять число граммов вещества, равное относительной атомной массе (из таблицы Менделеева во сколько раз частица этого вещества тяжелее самого

легкого атома- атома водорода, а точнее, 1/12 части атома углерода, который стабильнее по массе) Для того чтобы отмерить нужное количество газа, удобнее воспользоваться законом Авогадро, согласно которому 1 моль идеального газа занимает при нормальных условиях (р0 = 1,01 *105 Па- 1 атмосфера, Т = 273 К) объем Vm = 22,4л.

32

Уравнение состояния идеального газа называют уравнением Менделеева — Клапейрона. Здесь ν- число молей (количество вещества в системе СИ), M- молярная масса (масса одного моля) Уравнение М-К работает для любой массы идеального газа, указывая связь макропараметров P,V иT. Коэффициент полезного действия идеальной тепловой машины, работающей по циклу Карно (максимально использующей внутреннюю энергию газа), равен: ** Найти массу молекулы водорода, если Na=6*10^23 1/моль Для молекулярного водорода (Н2) масса одного моля (молярная масса)=2г, что соответствует Na=6*10^23 1/моль молекул. Следовательно, масса одно молекулы m0=2*10-3г* 6*10231/моль =0,33*1020г **Для погружения и всплытия подводной лодки в ней имеются два сообщающихся между собой резервуара. В погруженном состоянии один из резервуаров емкостью V заполнен водой, во втором емкостью V1 находится сжатый воздух. Каково должно быть минимальное давление сжатого воздуха, чтобы при всплытии лодки с глубины H сжатый воздух полностью вытеснил воду из балластной цистерны? Атмосферное давление нормальное, изменением температуры воздуха при расширении пренебречь. Решение. Если соединить резервуары, воздух во втором сосуде, начнет расширяться и вытеснит воду из балластной цистерны наружу. Так как масса и температура сжатого воздуха не меняются, то увеличение его объема вызовет понижение давления. для неизменной температуры p1V1=p2V2 Рассмотрим каждый из параметров воздуха и выясним, какие из них нужно представить в развернутом виде. Давление р1 требуется определить по условию задачи, объем V1- объем резервуара со сжатым воздухом, V2- суммарный объем резервуаров , давление р2 можно найти, исходя из следующих соображений. Чтобы вытеснить воду из балластного резервуара, воздух во втором состоянии должен находиться под давлением, большим или равным гидростатическому давлению на глубине , т. е. , где — плотность морской воды. Подставляя выражения для р2 и V2, мы получим уравнение газового состояния в окончательном виде: откуда

**Процесс, представленный на графике изобразить в координатах V-T и P-T. 1)Решение начнем с точки А для графикаV-T. Из всех состояний газа точка А отличается минимальной температурой (она ближе к началу координат на графике P-V) и минимальным объемом, те около начала координат на графике V-T. 2)Из точки А удобнее идти в точку В. Это изотерма, а, значит, на графике V-T- вертикальная прямая. 3)Далее из точки А перейдем в точку С. Это изобара (вдоль нее на P-V графике давление не меняется), а, значит, на графике V-T- мы получим прямую, проходящую через начало координат. Действительно, в Ур-и М-К при P=const V будет пропорционально T. Пересечение прямых 2)и 3) даст точку С. Аналогичные рассуждения приведут нас к графику P-T ** Сколько гелия потребуется для наполнения воз¬душного шара диаметром d= 10 м, чтобы шар мог поднять груз весом Р = 9,8 кН при нормальном атмосферном давлении и температуре Т = 290 К? Объемом груза пренебречь. Решение. Для подъема воздушного шара необходимо, чтобы выталкивающая сила, равная по модулю весу вытесненного им воздуха Рв, была бы больше или в крайнем случае равна весу газа Рг, наполняющего оболочку шара, и весу Р груза, т. е. Рв>Рг+ Р, или

33

mВg> mГg + P, где mв — масса воздуха, вытесненного шаром; mГ — масса газа (гелия), наполняющего оболочку. Если бы масса воздуха mв была известна, то из этого уравне¬ния можно было бы определить массу гелия. Чтобы найти mв, воспользуемся уравнением Менделеева — Клапейрона. Воздух, окружающий шар, находится под атмосферным давле¬нием ра и имеет температуру T, поэтому для воздуха, имеющего объем оболочки V, уравнение газового состояния дает: где МВ = 2,9 * 10-2 кг/моль — молярная масса воздуха. И наконец, последним соотношением, которое нужно использовать в решении, является формула поскольку нам известен диаметр воздушного шара, а не его объем. В итоге масса гелия:

Задача 1 Найти массу СО2 в баллоне V=6см3, Р=8,3МПа, Т=27С, М=0,044кг/моль. R= 8,31 Дж/(моль*К)

Задача 2 Найти среднюю квадратичную скорость мол-лы газа при 0С, М=0,019 Кг/Моль

Задача 3 Некоторое кол-во водорода находится при Т1=200К и Р2=400Па. Газ греют до Т2=10 000К, при которой Н2 распадается на атомы Н. Найти давление Р2, если объем и масса постоянны.

Задача 4 16г кислорода при 2 ат объемом 5л. Как изменится Т, если при увеличении давления до 5 атм его объем уменьшился на 1л?.

Задача 5 Найти массу молекулы водорода, если Na=6*10^23 1/моль --М=0,002кг/моль. m0=M/Na=3,3*10^-27кг

Задача 6 Найти концентрацию молекул О2, если его давление 0,2МПа, а среднеквадратичная скорость молекул=700м/с, М=0,032кг/моль

Задача 7 При Т1=20С, Р1=6*10^5Па. Найти давление в шине во время движения, если Т2=40С? Изменением объема пренебречь.

Задача 8 Какое давление рабочей смеси устанавливается в цилиндрах авто, если при первоначальном давлении 80 кПа к концу такта сжатия Т повышается с 50С до 250С, а объем уменьшается с 0,75 до 0,17 л?

Практическое занятие 7 Тепловой баланс, первое начало термодинамики. Цель занятия: усвоить методику решения задач этой темы


1. Каковы способы передачи тепла? 2. Что входит во внутреннюю энергию тела? 3. Верно ли, что при 0К прекращается всякое движение? 4. Назовите реперные точки шкалы Кельвина. ? 6. Каковы методы измерения производительности труда? 7. Какова методика расчёта производительности труда при каждом методе измерения производительности труда?

Методические указания ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

34

В молекулярной физике под внутренней энергией подразумевают часть ее: кинетическую энергию хаотического движения микрочастиц (молекул, атомов, ионов, свободных электронов) и потенциальную энергию их взаимодействия друг с другом: U=Wк+Wр= Все другие виды внутренней энергии тела (энергия электромагнитного излучения, электронных оболочек, внутриядерная) считаются неизменными и не влияющими на рассматриваемые процессы. Изменение внутренней энергии и передача ее от одного тела к другому происходит в процессе взаимодействия тел. Есть два способа, две формы такого взаимодействия. При первом способе внутренняя энергия одного тела изменяется за счет изменения энергии упорядоченного (механического) движения частиц другого тела (механической работы, электризации, перемагничивания, облучения).

Мерой изменения-энергии упорядоченного движения частиц вещества в процессе макроскопического взаимодействия тел служит работа А. Во втором случае изменение внутренней энергии происходит вследствие соударения хаотически движущихся молекул соприкасающихся тел. Процесс изменения внутренней энергии тела, обусловленный передачей теплового движения молекул без совершения работы, внешней средой, называют тепловым процессом или процессом теплопередачи. Мерой взаимодействия тел, приводящего к изменению энергии хаотического движения и взаимодействия молекул (мерой энергии хаотического движения, переданной от одного тела к другому в процессе теплообмена), служит величина Q, называемая количеством теплоты. 2. Количество теплоты, подведенное к телу (системе тел), идет в общем случае на изменение внутренней энергии тела и на совершение телом работы над внешними телами (первое начало термодинамики — закон сохранения и превращения энергии с учетом тепловых явлений): Количество теплоты Q, сообщенное телу, считают при этом положительным, отданное телом — отрицательным. Работу считают положительной, если тело за счет своей внутренней энергии совершает "работу над внешней средой, и отрицательной, если работа совершается над телом и за счет работы увеличивается внутренняя энергия. Количество теплоты и работа являются мерами изменения внутренней энергии, количество теплоты — в процессе теплопере¬дачи, работа — в процессе превращения механической энергии во внутреннюю. Пример 2. При соблюдении необходимых предосторожностей вода может быть переохлаждена до температуры —10°С. Сколько льда образуется из такой воды массой 1 кг если в нее бросить кусочек льда и этим вызвать замерзание воды? Какую температуру должна иметь переохлажденная вода, чтобы она целиком превратилась в лед? Удельная теплоемкость пере¬охлажденной воды св = 4,19 кДж/(кг*К), льда сл = 2,1 кДж/(кг*К). Удельная теплота плавления льда λ = 0,33 МДж/кг. Решение. Чтобы вода замерзла при охлаждении, в ней должны находиться неоднородные включения — центры кристал¬лизации, около которых начинается рост кристалликов льда. Если в переохлажденной воде искусственно создать центры кристаллизации, в ней начнет образовываться лед. Молекулы станут переходить в состояние, соответствующее минимуму их потенциальной энергии. Уменьшение потенциальной энергии одной части молекул воды, образующих лед, вызывает увеличение теплового движения остальных молекул, которое регистрируется нами как нагревание воды. По

35

условию задачи можно пренебречь взаимодействием переохлажденной воды с окружающей средой, поэтому в результате частичной кристаллизации воды в ней произойдет только перераспределение энергии. Полная внутренняя энергия останется неизменной, и, следовательно, уменьшение потенциальной энергии части молекул приведет к соответствующему увеличению кинетической энергии хаотического движения — повышению температуры системы - Задача сводится к сост-ю уравнения теплового баланса при условии, что Q = О, А = О с учетом агрегатного превращения. При образовании из переохлажденной воды льда массой т2 потенциальная энергия молекул уменьшится на величину Эта энергия частично пойдет на нагревание образовавшегося льда от начальной температуры t1 до температуры t0 = 0°С и частично на нагревание оставшейся после кристаллизации воды массой т1 на t0 — t1 (дальнейшее нагревание невозможно, так как при 0°С кристаллизация воды прекратится). Таким образом, вследствие нагревания внутренняя энергия теплового движения молекул увеличится на По закону сохранения энергии , поэтому уравне¬ние Кроме того, m1 + т2 = то. Из этих соотношений находим массу образовавшегося льда: , m2=0,12кг Чтобы замерзла вся переохлажденная вода, энергия, выделив¬шаяся при кристаллизации, должна полностью пойти на нагре¬вание образовавшегося льда, т. е. где tx— начальная температура переохлажденной воды. Из последнего уравнения находим: **1*В чашку с 500г льда при 0С добавляют 200г воды при 80С. Найти установившуюся Т и что будет в чашке.? Варианты решения I Метод оценок. Хватит ли тепла воды,охлажденной до 0С, чтобы растопить весь лед? Qmax=4,2*10^3*80*0,2Дж, для всего льда Qпл=3,4*10^5*0,5Дж, те Qмах<Qпл.- не весь лед растает. С учетом оценки тепл баланс mвcв80=∆mλ ∆m=0,2кг растаявшего льда, те будет 400г воды и 300г льда пр 0С. II Предположение о фазе. Пусть будут и лед и вода, то Ур- тепл баланса даст решение. Если ошибочное предположение, что останется только вода, то баланс mвcв(80-t1)=mлλ+mлcв t1 даст t1 меньше ноля, что невозможно, значит предположение неверно. ** Какая часть затраченной на парообразование энергии идет на совершение работы? Уд теплота парообр-я r при 100С =2,3*10^6Дж/кг. Давл насыщ пара при 100С=10^5 Па. Решение. Пусть вода при 100С, а пар над ней насыщенный. Сообщим системе Q тепла и ∆m= Q/r испариться. Дважды применив Ур-е М-К, имеем P∆V=∆m/M * RT, но P∆V=А и А/Q= RT/ (М r)=0,08=8%

Задача 1 Киломоль одноатомного газа нагревается на 100К при постоянном объеме. Найти количество теплоты, сообщенное газу.

Задача 2 Баллон емкостью 100 л содержит 5,76 кг кислорода. При какой температуре возникает опасность взрыва, если баллон выдерживает давление до 5-106 Па(1атм=105)?

Задача 3 Манометр на баллоне со сжатым кислородом показывал при температуре -3°С давление 1,8*106 Па, а при температуре 27°С давление 2*106 Была ли утечка газа из баллона?

Задача 4 Определить внутреннюю энергию атомарного кислорода массой 0,16кг при 300К.

Задача 5

36

** На каких участках газ получал энергию. Практическое занятие 8

Решение задач на работу и потенциал электрического поля Цель занятия: усвоить методику решения такого типа задач.

Контрольные вопросы 1. В чем отличие потенциала от потенциальной энергии? 2. Зависит липотенциальная энергия от величины заряда?

Методические указания по выполнению практических задач ЭЛЕКТРОСТАТИКА

1. Согласно закону Кулона модуль силы взаимодействия между двумя неподвижными точечными зарядами q\ и цг> находящимися на расстоянии г друг от друга в среде с диэлектрической проницаемостью е, равен: где k — постоянный коэффициент. 2. Если система тел не обменивается электрическими зарядами с телами, не принадлежащими этой системе, то алгебраическая сумма зарядов системы есть величина постоянная (закон сохранения зарядов): 3. Напряженность электрического поля в данной точке пространства равна: где F — сила, действующая на точечный положительный (пробный) заряд q0, помещенный в эту точку. Модуль вектора напряженности электрического поля, создаваемого точечным зарядом q на расстоянии r от заряда, равен: Если на поверхности проводящего шара радиусом г0 равномерно распределен заряд q, то внутри шара напряженность поля всюду равна нулю. За пределами шара и на его поверхности напряженность поля точно такая, какую создавал бы заряд q, сосредоточенный в центре шара,

При перемещении заряда q в однородном электростатическом поле напряженностью Е силы F поля совершают над зарядом работу A = F,d = qEdt где d— модуль перемещения заряда вдоль силовой линии. В зависимости от знака заряда и направления его перемещения по силовым линиям работа сил поля может быть и положительной, и отрицательной. 4. Всякая система зарядов обладает потенциальной энергией электрического взаимодействия. Потенциальная энергия измеряется работой, которую могут совершить электрические силы при удалении заряженных тел, собранных в систему, на бесконечно большие расстояния относительно друг друга. Для системы двух точечных зарядов q1 и q2, удаленных на расстояние r, эта работа, а следовательно, и потенциальная энергия равны: если считать, что в бесконечности W∞=0. Потенциал электрического поля в данной точке определяется отношением где WP — потенциальная энергия, которой обладает пробный заряд qо вследствие его взаимодействия с полем в данной точке пространства. Здесь предполагается, что потенциальная энергия, а следовательно, и потенциал в точках, бесконечно удаленных от источника поля, равны нулю. Потенциал электрического поля, создаваемого точечным зарядом q на расстоянии г от него, равен: Знак потенциала в данной точке поля определяется знаком заряда, создающего это поле. Если по поверхности проводящего шара радиусом rо распределен заряд q, то внутри шара и на его поверхности потенциал всюду постоянен и равен Пример решения типовой задачи

37

** На расстоянии 1,1м помещены 2 заряда 10 и -1нКл. Найти напряженность поля в точке на прямой меж ними, где φ=0 Решение Потенциал от шаров имеет разный знак и в точке, где общий потенциал=0, их модули с равняются φ= Kq1/R1= Kq2/(1,1-R1) 10/R=1/(1,1-R) 11-10R=R R=1 E= ∑Kq/R=K(10/1-1/0,1^2)*10^-9=(10+100)*9=990В/м

Задача 1 Задача 2

Найти Е и потенциал Эл поля заряда 36нКл на расстоянии 9 см от него. Задача 3

В некоторых двух точках поля точечного заряда Е отличается в 4 раза.φ1/φ2=?. Задача 4

На расстоянии 1м от центра заряженного металлического шара радиусом 3м потенциал =3в. Каков потенциал шара на расстоянии 3м от центра.

Задача 5 Найти заряд заряженной сферы радиусом 5см, если потенциал на расстоянии 50см от пов-ти сферы=4в

Практическое занятие 9 Электроемкость уединенного проводника и конденсатора.

Цель занятия: усвоить методику решения задач темы. Контрольные вопросы

1. Почему при сближении пластин конденсатора растет емкость? 2. Почему диэлектрик между пластинами увеличивает емкость? Методические указания по выполнению практических задач Электроемкость уединенного проводника, имеющего заряд q и потенциал <р, определяется формулой а для уединенного металлического шара Для плоского конденсатора Задача Найти электрическую емкость Земли, приняв ее за проводящий шар. Решение. Сш =4πεε0rш = R/K=6400*10^3/9*10^9 = 64*10^5/9*10^9= 7,11*10^-4=711*10^-6=711мкФ. Емкость Земли как шара- всего 700мкф. Задача **11.44. Конденсаторы соединили так, как показано-на рисунке. Чему равна емкость батареи, если емкость каждого конденсатора.в схеме равна С. Решение. При внимательном рассмотрении становится очевидным, что конденсаторы соединены параллельно (каждый зажим схемы соединен с тремя обкладками). Следовательно, общая емкость батареи получается суммирование всех емкостей и равна 6С. Задача 1 С=5пФ, U=100В, q каждой пластины=? Задача 2 Для S=100cм2, q=6*10-9Кл, U=120в, найти расстояние между пластинами. Задача 3 Проводник1 с=10пФ, q=600нКл, Проводник2 с=30пФ, q=-200нКл. Найти заряды и потенциалы проводников после соединения их проволокой =?

Практическое занятие 10 Расчет сложных цепей методом Кирхгофа.

Цель занятия: усвоить методику расчета схем по Кирхгофу. Контрольные вопросы

1. Что такое узловой ток? 2. Как выбирают контуры.

38

3. Сколько необходимо составить уравнений для тока? 4. Каков знак входящего в узел тока?

Методические указания по выполнению практических задач Правила Кирхгофа 1 Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна 0 (закон сохранения заряда) ∑Ii=0 Токи, подходящие к узлу, считают положительными. Если в схеме N узлов, то по первому правилу К-фа можно составить N-1 независимых уравнений. 2 В любом произвольно выбранном замкнутом контуре разветвленной цепи алгебр сумма падений напряжений на отдельных участках контура равна алг сумме ЭДС, встречающихся при обходе этого контура по произвольно выбранному направлению. ∑IiRi=∑Ei По второму правилу можно составить n-(N-1) ур-ний, где n-число неизвестных токов, а N-число узлов в схеме. 1 поставить направления токов в ветвях 2 написать 1 правило для всех узлов кроме одного 3 выбрать направления обхода для независимых контуров. 4 составить n-(N-1) ур-ний , где n-число неизвестных токов, а N-число узлов в схеме по 2 правилу. с левого верхнего узла I3-I1-I4=0 Контур левый E1-E2+E3=I1(R1+R2+r1+r2)+I3(R3+r3) Контур правый E3-E4=I4(R4+r4)+I3(R3+r3) Задача Каждое R=1ком E1=1,5v, E2=1,8v. R4 закорочено нижними- пренебрегаем, его I4=0. Вт сопротивления источников =0. 1-Нижний узел I1+I2-I3=0 2-Левый контур против часовой I3R+I1R=E1 3-Правый против часовой I3R+I2R=E2 суммируем 2 и 3 2*I3R+(I1+I2)R=E1+E2 [I1+I2=I3 из 1]>>> I3=(E3+E2)/3R=(1,5+1,8)/3000=1,1ma Из 3 имеем I2=Е2/R-I3=1,8/1000-1,1=0,7ma I1=I3-I2=0,4ma

Задача 1 Найти ток в реостате если элементы подключены разноименными полюсами. Е1=8в, R1ом, Е2=4в, R2=0,5в, R=5ом. Задача 2 E1=22v r1=0,2 E2=10v заряжается r2=0,6om R=10om лампа R3 Найти токи Задача 3 5**R1=1000om, r2=500om, R3=200om, E1=1,8v,I2=0,5ma найти E2

Практическое занятие 11 Решение задач на закон Ома. Цель урока: отработка умения решения задач с применением законов Ома. Теория

39

Закон Ома для участка цепи- если на участке электрической цепи, не содержащем ЭДС и имеющем сопротивление R поддерживать постоянную разность потенциалов (напряжение) (φ1-φ2) = U то согласно закону Ома по участку течет ток Закон Ома для полной цепи- сила тока, текущего в замкнутой цепи, состоящей из проводников с общим сопротивлением R и элемента с ЭДС и внутренним сопротивлением r, равна: Напряжение на зажимах источника, замкнутого проводником с сопротивлением R, равно: Задача ** R1=4ом, R2=3ом, R3=12ом, R4=6ом, Rэкв=? Решение. Последовательно объединяем резисторы . 1)R1-R3 параллельно, R=4*12/(4+12)=3ом 2)R13-R2 последовательно=3+3=6ом 3)R123-R4 параллельно= 6 и6=6/2=3ом Задача Гальванометр имеет сопротивление Rг= 50ом и ток Iг= 0,1А. Рассчитать дополнительный резистор, чтобы можно было измерять напряжение до 100в. Решение. При напряжении на схеме в 100в, через гальванометр должен протекать ток 0,1А. Значит на гальванометре будет падать напряжение Uг=IгRг=0,1*50=5в Остальной напряжение (100-5=95в) надо погасить на добавочном сопротивлении. R1=U/R=95/0,1=950ом Задача ** Найдите заряд на конден¬саторе в схеме, изображенной на рисун¬ке Решение. Постоянный ток через конденсатор не про¬ходит. Чтобы определить заряд на конденсаторе, нужно найти раз¬ность потенциалов на его обкладках равное разности потенциалов Uac между точками а и с, равной в свою очередь сумме падений напряжений на резисторах сопротивлением R и 2R, которое, в свою очередь, равно U0- Uac=U3R. Для всей цепи UR=IR=9/29*U0 Ubd=U0- UR= U0- 9/29U0=20/29U0, а оно делится меж 2R 3R, оставляя для 2R U2R=2/5* Ubd= 2/5*20/29U0=8/29*U0 В итоге Uас=(9/29+8/29)U0= 17/29U0, а заряд на конденсаторе Q=CU=(17/29)*C*U0 Задача 1 ЭДС=6в, Uн=5,4в, I=1,5А, Rн, r=?

Задача 2 Найти эквивалентное сопротивление

Практическое занятие 12 Решения задач на Закон Фарадея

Цель занятия: усвоить методику расчета задач по электролизу. Контрольные вопросы

1. Почему не проводящая ток вода становится проводником? 2. Возможен ли такой эффект с керосином? 3. Что такое электрохимический эквивалент?

Методические указания для выполнения практических работ Явление выделения составных частей растворенных в жидкости веществ при прохождении через нее электрического тока называют электролизом. Растворы, проводящие ток, называют электролитами. Если за время t через электролит прошел заряд q и к каждому электроду подошло N ионов массой m1 то на катоде откладывается вещество массой т = Nm1.

40

Число ионов , где qи — заряд иона; п — валентность вещества; е — заряд электрона. Учитывая все это, получим: (12.29) Постоянное для всех веществ произведение называется постоянной Фарадея, постоянное для данного вещества отношение называется электрохимическим эквивалентом вещества . Учитывая это, формулу можно переписать в виде: Задача По Числу Фарадея и числу Авогадро получить заряд одновалентного иона- Э-на е0=9,65*10^4Кл/моль / 6,02*10^23 1/моль=1,6 10^-19Кл Задача При электролизе нитрата серебра на катоде выделится за 1 час 12г Ag. U на зажимах ванны= 5,2в, Rр-ра= 1,5ом, ЭДС поляризации=0,7и. Найти валентность и число атомов Ag. F=9,65*10^4 Кл/моль, µ=108*10^-3кг/моль, е=1,6 10^-19Кл -Решение I=(U-Eпол)/R, m= µ/n *It/F, n= µIt/(mF)= µ(U-Eпол) t/(mFR)= 108*10^-3*(5,2-0,7)*3600/(1,2*10^-2*9,65*10^4*1,5)=1 Кол-во атомов, учтя валентность= Общ заряд/е0 Q=It N=(U-Eпол)t/(Reo)= (5,2-0,7)*3600/(1,5*1,6 10^-19)=6,75*10^22 Задача 1 Найти элхим экв-т хлора, атомная масса которого 35, 453, валентность=1.

Практическое занятие 13 Закон Ампера, Ленца

Цель занятия: усвоить методику решения задач на законы Ампера и Ленца.

Контрольные вопросы 1. Как объясняют взаимодействие проводов с током? 2. Какие величины входят в правило левой руки? 3. Назовите правило правой руки. 4. Почему правило Ленца называют законом сохранения энергии? 5. Как определить направление магнитного поля вокруг проводника с током? Теория 1 При движении электрических зарядов в пространстве, окружающем эти заряды, возникает магнитное поле. Опытом установлено (закон Ампера), что на прямой проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле, действует распределенная по проводнику сила, модуль которой равен: где I— сила тока в проводнике; l — длина проводника; В— модуль вектора индукции магнитного поля; α — угол между направлением индукции магнитного поля и проводником. Вектор F всегда перпендикулярен плоскости, в которой лежат проводник и вектор В. Связь между направлениями вектора силы, тока и вектора индукции станавливается правилом левой руки. На каждую заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле, со стороны поля действует сила (сила Лоренца), модуль которой равен: Если в прямом проводнике сила тока I, то в точке, удаленной от проводника на расстояние r модуль вектора индукции магнитного поля равен: где μ — магнитная проницаемость вещества — величина, показы¬вающая, во сколько раз индукция магнитного поля, созданного током в данной среде, больше, чем индукция, созданная тем же

41

током в вакууме; μ0 = 4л 10-7 —магнитная постоянная. Поток вектора индукции однородного магнитного поля через плоскую поверхность площадью S равен: Задача Заряженная частица идет по прямой. Можно ли говорить, что МП нет. -- Нет- Может МП || v, тогда F=0. Задача Пучок Эл-нов идет || в одном направлении с током в проводнике. Как отклоняется пучок?. Отталкивается от провода, как антипараллельные токи.

Задача 1 К медному кольцу приближается магнит северным полюсом. Определить направление индукционного тока в кольце.

Задача 2 Как установится стрелка

Задача 3 Диверсант подошел к линии электропередач постоянного тока. Имея вольтметр и компас надо определить в каком направлении находится электростанция. Решение.1) Вольтметром находим положительный провод (пусть это верхний провод) 2) Магнитной стрелой определяем направление магнитного поля вокруг этого провода, а по нему- направление тока. Ток течет от “+” к “–“, значит станция там, откуда идет ток по положительному проводу.

Практическое занятие 14 Колебательный контур Цель занятия: усвоить методику решения задач с колебательным контуром.

Контрольные вопросы 1. От чего зависит период колебаний в контуре? 2. Какие колебания называются вынужденными? 3. В чем смысл резонанса? Теория Сопротивление R электрической цепи, не имеющей емкости и индуктивности, называют активным сопротивлением. Сопротивление Rc участка цепи, содержащего конденсатор, называют емкостным сопротивлением. Сопротивление участка, содержащего индуктивность (индуктивное сопротивление), равно: участка цепи,, имеющие соответственно активное R , индуктивное RL и емкостное Rc сопротивления, соединить последовательно, то полное сопротивление цепи переменному току будет равно: Задача На какую длину волны настроен колебательный контур с индуктивностью L, если максимальная сила тока в контуре равно I (макс) , а максимальное напряжение на конденсаторе составляет U (макс). Скорость распространения электромагнитных волн равна v Решение C= L I ^2 / U^2 T= 2 π√LC λ= V T Задача

42

Входной контур радиоприемника состоит из катушки , индуктивность которой равна 2.0 мГн , и плоского конденсатора с площадью пластин 10.0 см*2 и расстоянием между ними 2.0 мм. Пространство между пластинами заполнено слюдой с диэлектрической проницаемостью 7,5. На какую длину волны настроен радиоприемник?

Решение С= ε *ε0*S / d T= 2 π √LC λ= V T C= 5*10^-13 T= 19,8 * 10^-8 c λ= 3*10^8 *19,8*10^-8= 59,4 м Задача 1 Максимальный заряд на обкладках конденсатора колебательного контура qm = 10-6 Кл. Амплитудное значение силы тока и контуре Im = 10-3 А. Определите период колебаний.

Лабораторный практикум

Лабораторная работа №1

«Определение плотности веществ» Теория. Плотность однородного вещества р г физическая величина, равная отношению

массы этого вещества т к его объему V: Р=т/V.

ПЛОТНОСТЬ вещества можно определить экспериментально.

Определение плотности твердых тел. Оборудование. 1. Исследование бруски (металлический, деревянный) и гирька на нитке. 2.

Весы с разновесом. 3. Штангенциркуль. 4. Мензурка с водой.

Порядок работы.

Штангенциркулем измерить линейные размеры одного из брусков и вычислить его объем V: V=аbс, где а, b, с, - соответственно длина, ширина, высота бруска. С помощью весов определить массу бруска и вычислить плотность вещества бруска. Опыт повторить с другим исследуемым бруском. В мензурку, заметив в ней уровень воды, погрузить (полностью!) на нитке гирьку. По изменению, уровня воды в мензурке определить объем гирьки. Рассчитать плотность вещества гирьки. Определить относительную погрешность методом оценки результатов измерений. Результаты измерений, вычислений записать в таблицу.

Измерительные приборы Микрометр (рис.1) состоит из. упора 1, микрометрического винта 2, неподвижной втулки. 3 со шкалой в миллиметрах, головки винта 5 со шкалой 4. При измерении микрометром предмет помещают между упором и винтом. Вращая винт за головку, доводят его до соприкосновения с предметом. Затем по шкале 3 отсчитывают целые миллиметру а по шкале головки винта -

43

десятые if сотке доли миллиметра. Штангенциркуль (рис.2) имеет линейку со шкалой 1, нониус со шкалой 4. Измеряемый предмет помещают между ножками штангенциркуля 2 так, чтобы предмет был слегка зажат, и закрепляют нониус винтом 3. По шкале линейки отсчитывают целое число миллиметров до нуля нониуса (первого деления). Затем тщательно определяют, какое деление шкалы нониуса точно совпадает с некоторым делением шкалы линейки. Это деление шкалы нониуса соответствует десятым долям миллиметра. Показания штангенциркуля на рис. 2 31,6мм.

№ п/п

а длина бруска

Ь ширина бруска

с Высота. бруска

V т Р Рср ∆р ∆Рср σ% Приме чания

м м м м3 кг кг/м3 кг/м3 кг/м3 кг/м3

Контрольные вопросы 1. Назовите исследуемое вещество. 2. Что называется плотностью вещества? Получите единицу измерения плотности в СИ и дайте ей определение. 3. Что такое абсолютная и относительная погрешности измерения? 4. Назовите возможные причины погрешности измерений в этой работе. 5. Как определить объем вещества неправильной формы, если оно в воде не тонет? в воде растворяется? 6. Что тяжелее: ведро ртути вместимостью 10 дм3 или кубический метр пробки? Во сколько раз?

Лабораторная работа№2 «Определение ускорения свободного падения»

Цель работы: научиться определять ускорение свободного падения с помощью математического маятника. Приборы: штатив, невесомая нерастяжимая нить длиной около 1 м., металлический шарик, секундомер, линейка метровая. Теория: математическим маятником называется материальная точка, подвешенная на невесомой и нерастяжимой нити.

44

Законы математического маятника:

Период колебаний математического маятника не зависит от массы маятника. Период колебаний математического маятника не зависит от амплитуды колебаний, если угол размаха не превышает 5°. Период колебаний математического маятника прямо пропорционален корню квадратному из длины маятника и обратно пропорционален корню квадратному из ускорения свободного падения. T=2π : T2=4π2 l/q ; q=4 2*l/T2

Ход работы Подвесить металлический шарик нитью около 1м. к штативу. Отклонить шарик на угол 2°30' Включить секундомер и определить время всех колебаний. Считать число полных колебаний маятника до остановки. Определить период одного полного колебания, зная - Время колебаний - число колебаний. Определить ускорение свободного падения № Время

колебаний Число

колебаний Длина

маятника Период

колебания Ускорение свободного

падения 1

2


дать определение механического колебания.

Назовите важнейший признак механического колебания.

Какое колебание называется полным, а какое простым.

Решить задачу.

Определить длину маятника с периодом простого колебания в 1 секунду для места, в котором g=9,8м/с2

Лабораторная работа № 3

«Изучение закона сохранения механической энергии при движении тела »

Ц е л ь р а б о т ы : научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и упруго деформированной пружины, сравнить два значения потенциальной энергии системы. Знать: понятие потенциальной энергии и её формулы для тела поднятого над землей и упруго деформированной пружины.

Уметь: Вычислять потенциальную энергию по формулам. Заполнять таблицу измерений и вычислений. Сделать вывод из сравнения значений потенциальной энергии этих тел. Подтверждение закона сохранения механической энергии.

45

О б о р у д о в а н и е : штатив с муфтой и лапкой, динамометр лабораторный с фиксатором, лента измерительная, груз на нити длиной около 25 см.

Указания к работе. Для выполнения работы собирают установку, показанную на рисунке. Динамометр укрепляется в лапке штатива. Фиксатором 1 показаний динамометра служит пластинка из пробки размером 5 х 7х 1,5 мм. На рисунке 255 фиксатор в увеличенном масштабе помечен цифрой 2, Пластинку из пробки надрезают ножом до середины и насаживают на проволочный стержень динамометра. Фиксатор должен перемещаться вдоль стержня с малым трением. Сначала проверьте работу фиксатора. Установите его в нижней части проволочного стержня вплотную к ограничительной скобе динамометра. Растяните пружину динамометра до упора. Отпустите стержень. При этом фиксатор вместе со стержнем поднимается вверх, отмечая максимальное удлинение пружины.

П о р я д о к в ы п о л н е н и я р а б о т ы .

Привяжите груз к нити, другой конец нити привяжите к крючку динамометра и измерьте вес груза F1 =mg (можно использовать массу груза, если она известна). Измерьте расстояние I от крючка динамометра до центра тяжести груза. Поднимите груз до высоты крючка динамометра и отпустите его. Поднимая груз, расслабьте пружину и укрепите фиксатор около ограничительной скобы. Снимите груз и по положению фиксатора измерьте линейкой максимальное удлинение М пружины. Растяните рукой пружину до соприкосновения фиксатора с ограничительной скобой и отсчитайте по шкале максимальное значение модуля силы упругости пружи- ны. Среднее значение силы упругости равно F/2 Найдите высоту падения груза. Она равна h = l + ∆l. Вычислите потенциальную энергию системы в первом положении груза, т. е. перед началом падения, приняв за нулевой уровень значение потенциальной энергии груза в конечном его положении: E′ p=mgh — F1(l+ ∆l). В конечном положении груза его потенциальная энергия равна нулю. Потенциальная энергия системы в этом состоянии определяется лишь энергией упруго деформированной пружины:

E′′ p =k∆l2/2/= F*∆l/2 Вычислите ее.

Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу .

F 1 =mq l ∆l F H=l+∆l E′p =F1

(l+∆l) E′′p=F-*∆l/2

46

Сравнить значения потенциальной энергии в первом и втором состояниях системы и сделайте вывод.


«Опытная проверка закона Гей Люсака»

Оборудование, необходимые измерения, средства измерений На рисунке 256 показано оборудование, необходимое для проведения работы: стеклянная

трубка, запаянная с одного конца, длиной 600 мм и диаметром 8—10 мм; цилиндрический сосуд высотой 600 мм и диаметром 40—50 мм, наполненный горячей водой (t ~ 60 °С); стакан с водой комнатной температуры; пластилин.

Чтобы проверить закон Гей-Люссака, достаточно измерить объем и температуру газа в двух состояниях при постоянном давлении и проверить справедливость равенства – V1/V2 =T1/T2. Это можно осуществить, используя воздух при атмосферном давлении.

Стеклянная трубка открытым концом вверх помещается на 3—5 мин в цилиндрический сосуд с

горячей водой (рис.а). В этом случае объем воздуха V1 равен объему стеклянной трубки, а температура — температуре горячей воды Т1. Это — первое состояние. Чтобы при переходе воздуха в следующее состояние его количество не изменилось, открытый конец стеклянной трубки, находящейся в горячей воде, замазывают пластилином. После этого трубку вынимают из сосуда с горячей водой замазанный конец быстро опускают в стакан с комнатной температуры

(рис. б), а затем прямо под водой снимают пластилин. По мере охлаждения воздуха в трубке вода в ней будет подниматься. После прекращения подъема воды в трубке (рис. в) объем в ней станет равным V2<V1, а давление р=ратм-pqh. Что бы давление воздуха в трубке вновь стало разным атмосферному, необходимо увеличивать глубину погружения трубки в стакан до тех пор, пока уровни воды в трубке и в стакане не выравняется (рис. г). Это будет второе состояние воздуха в трубке при температуре Т2 окружающего воздуха. Отношение объемов воздуха в трубке в первом и втором состояниях можно заменить отноше нием высот воздушных столбов в трубке в этих состояниях, если сечение трубки постоянно по всей длине (V1/V2=Sl1/Sl2=l1/l2). Поэтому в работе следует сравнить отношения l1/l2 и T1/T2. Д л и н а воздушного столба измеряется линей кой, температура — термометром.

Подготовка к проведению работы Подготовьте бланк отчета с таблицей для записи результатов измерений и вычислений.

47

Подготовьте стакан с водой комнатной температуры и сосуд с горячей водой.

Проведение эксперимента, обработка результатов

1.Измерьте длину стеклянной трубки и температуру воды в цилиндрическом сосуде. 2.Приведите воздух в трубке во второе состояние так, как об этом рассказано выше. Измерьте длину 12 воздушного столба в трубке и температуру окружающего воздуха Т2. 3.Вычислите отношения и l1/ l 2 и T1/T2 ,относительные (Ɛ1 и Ɛ2) и абсолютные (∆1 и ∆2) погрешности измерений этих отношений по формулам

1= + , ∆= Ɛ1;

1 = , ∆2= Ɛ2/

4.Сравните отношения и /

5.Сделайте вывод о справедливости закона Гей- Люссака.

Контрольные вопросы:

Почему после погружения стеклянной трубки в стакан с водой комнатной температуры и после снятия пластилина вода в трубке поднимается? Почему при равенстве уровней воды в стакане и в трубке давление воздуха в трубке равно атмосферному?

Лабораторная работа№5

Опытная проверка закона Бойля-Мариотта

Цель работы: опытным путём установить зависимость между объемом и давлением газа при постоянной температуре» Приборы: барометр, трубка Мельде

Ход работы: Трубка лежит горизонтально. Измеряем объём столбика воздуха от запаянного конца до ртути. Он численно равен высот© столбика воздуха, т. е. сечение равно 1 мм2. Этот столбик воздуха находится под атмосферным давлением, которое определяем по барометру. Трубку держим вертикально открытым концом вверх. Измеряем объём столбика воздуха от

Измерено Вычислено

l1, мм

l2, мм

tl, °С

t2, °с

∆и1, ММ

∆0l мм

∆l, мм

Т1

к Т2 к

∆Т, к

∆0Т, К

Вычислено ∆Т, К

l1/l2 Ɛ1,

% T1

Т2 Ɛ1,% ∆2

48

запаянного конца до ртути. Он стал меньше, т. к. увеличилось давление столбика ртути.

Р = Рат + Ь , где Рат - атмосферное давление, h - высота столбика ртути.

Трубку держим вертикально закрытым концом вниз. Измеряем объём столбика воздуха от запаянного конца до ртути. Объём воздуха стал больше, т. к. давление на столбик воздуха уменьшилось.

Р = Рат - h , где Рат - атмосферное давление, h - высота столбика ртути.

Результаты измерений записываем в таблицу № Рат h р V PV (PV)cp Д(РУ) A(PV)C

p б% Примечание

ММ. тр, ст.

мм. тр.

мм. тр.

м3 1

1 Горизонтальное Р ~ Р «пг

2 Вертикальное открытым концом вверх Р = + h

3 Вертикальное открытым концом вниз Р “ + h

Описать работу. Написать вывод. ОТВЕТИТЬ на вопросы: Дать формулировку закона Бойля-Мариотта и математическую запись закона. Какой процесс называется изотермическим? Какими приборами измеряется давление в газах?

49

Лабораторная работа№6 «Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости »

Теория. Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избытком потенциальной энергии по сравнению с энергией молекул, находящихся внутри жидкости.

Как и любая механическая система, поверхностный слой жидкости, стремясь уменьшить потенциальную энергию, сокращается. При этом совершается работа

А : А =ст • AS, где а - коэффициент пропорциональности (выражается в Дж/м2 или Н/м), называемый поверхностным натяжением: σ = А/ AS, или σ= F/l, где F—-сила , поверхностного натяжения, l - длина границы поверхностного слоя жидкости.

Поверхностное натяжение можно определить различными методами.

Метод отрыва капель.

Опыт осуществляют с бюреткой, в которой находится исследуемая жидкость (рис. 10,). Открывают кран бюретки так, чтобы из бюретки медленно падали капли. Перед моментом отрыва капли сила тяжести её Р = т k q равна силе поверхностного натяжения, граница свободной поверхности — окружность шейки капли. Следовательно, F = т k q ; l - π d ш . к ; σ = т k q / ( π d ш . к ) Опыт показывает, что d ш . к = 0 , 9 б где —dб диаметр канала узкого конца бюретки.

Оборудование. 1. Бюретка с краном. 2. Весы учебные с разновесом. 3. Сосуд с водой. 4. Сосуд для сбора капель. 5. Микрометр. 6. Набор игл.

Порядок выполнения работы. Собрать установку по рисунку и наполнить бюретку водой. Измерить диаметр канала узкого конца бюретки. Для этого ввести до упора в канал бюретки иглу соответствующей толщины, заметить то место, до которого она вошла, и микрометром измерить диаметр иглы в отмеченном месте. Измерения микрометром повторить несколько раз, поворачивая при этом иглу на определенный угол. Если результаты измерения будут различаться и, взять их среднее значение. Определить массу пустого сосуда для сбора капель, взвесив его. Подставить Под бюретку сосуд, в .котором была вода, и плавно открывая кран, добиться медленного отрывания капель (капли должны падать друг за другом через-2 с ) Под бюретку с отрегулированными каплями подставить сосуд и отсчитать

50

100 капель. Измерив массу сосуда с каплями определить массу капель Результаты измерений и вычислений записать в табл.6. Вычислить поверхностное натяжение по формуле σ= mg/ nπ*0,9dб. Опыт повторить 1 -2 раза с другим количеством капель. Найти среднее значение σ ; сравнить полученный результат с табличным значением поверхностного натяжения с учетом температуры. .Определить относительную погрешность методом оценки результатов измерений.

№ о

пыта

Масса

Числ

о ка

пель

n

Диа

метр

кан

ала

бюре

тки

d б,m

Коэ

ффиц

иент

по

верх

ност

ного

на

тяж

ения

σ,Н

/м

Сре

днее

знач

ения

по

верх

ност

ного

на

тяж

ения

, σср

Н/м

Точн

ое зн

ачен

ие

пове

рхно

стно

го

натя

жен

ия σ

табл

ьН/м

О

тнос

ител

ьная

по

греш

ност

ь σ,

%

Пус

того

сос

уда

m1,к

г

Сос

уда

с ка

плям

и

m2,к

г

Кап

ель

m

1

2

3

Контрольные вопросы. 1. Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости. 2. Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры. 3. В двух одинаковых пробирках находится одинаковое количество капель воды. В одной пробирке вода чистая, в другой - с добавкой мыла. Одинаковы ли объемы отмеренных кaпель? Ответ обоснуйте. 4. Измениться ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт проводится в другом месте Земли? Изменится ли результат вычисления, если диаметр канала трубки будет меньше Почему в варианте I: а) рекомендуется проводить измерения для возможно большего числа капель? б) следует добиваться медленного падения капель?

Лабораторная работа№7 «Определение относительной влажности воздуха»

Цель работы: научиться определять влажность воздуха с помощью гигрометра и психрометра и научиться пользоваться психрометрическими таблицами.

Приборы: гигрометр, психрометр, сосуд с водой, термометр. Абсолютная влажность (р) определяется массой водяного пара, содержащегося в 1м3 воздуха, т. е. плотностью водяного пара.

51

Абсолютную влажность можно определить по температуре точки росы - температуре, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным. Температуру точки росы определяют с помощью гигрометра, а затем по таблице «Давление насыщающих паров и их плотность при разных температурах» находят соответствующую температуре точки росы плотность. Найденная плотность и есть абсолютная влажность окружающего воздуха.

Относительная влажность В показывает, сколько процентов составляет абсолютная влажность от плотности В = ра * 100% / рн.

Ход работы: По сухому термометру психрометра определяем температуру окружающей

Среды. Наливаем в сосуд второго термометра и определяем температуру влажного термометра. Находим разность температур. По психрометрическим таблицам определяем относительную влажность воздуха. По гигрометру определяем относительную влажность. Результаты записываем в таблицу. Находим погрешность измерений. Зная температуру влажного термометра, по таблице плотности насыщенных паров определяем pнi Ри и подсчитываем « ра Ра, » - абсолютную влажность воздуха. В = (ра/ pн)100% ; В = (Ра/ Рн)100% отсюда ра= ;Pа=

ра= ; Pа=

№ Показания термометров Разность показаний Относительная

опыта Сухого t1,°C

Смоченного t 2 , °c

термометров ∆t °c,

влажность воздуха В, %

1 2 3

Описать работу. Сделать вывод. Ответить на вопросы: Что такое влажность воздуха, относительная и абсолютная влажность и точка росы? Какими приборами измеряется влажность воздуха? Зарисовать приборы и описать работу.

52

Решить задачи: №5.52; 5.53.

Лабораторная работа№8 «Определение удельной теплоты плавления льда (снега)»

Теория Плавление – это процесс переход вещества из твердого состояния в жидкое,

сопровождающийся поглощением энергии. Количество теплоты, необходимое для плавления единицы массы вещества при температуре

плавления, называется удельной теплотой плавления, называется удельной теплотой плавления λ (Дж/кг):

λ = Q/m Удельную теплоту: плавления льда можно определить калориметрическим

способом. Для этого в калориметр с водой (массы их заранее определяют) погружают кусочек льда В процессе теплообмена калориметр и вода отдают энергию Qотд при этом их температура понижается от t до 0:, Qотд = (ck mk + ck mk) (t-0), а лед и образовавшаяся из него вода получают энергию Qпол. при этом образованная из льда вода нагревайся oт tпл до 0: Qпол = λ m0+ cBmo (0 - tпл)- Это уравнение справедливо, если начальная температура льда t0 = tпл. На основании закона сохранения и превращения энергии Qпол - Q0тд можно вычислить исключаемую величину.

Оборудование: 1. Калориметр. 2. Сосуд с тающим льдом или снегом (общий для всех учащихся).

Весы с разновесом. Термометр. Фильтрованная бумага.

Порядок выполнения работы Определить массу внутреннего сосуда калориметра путём взвешивания. Во внутренний сосуд калориметра налить 100 - 150 см3 воды, измерить массу калориметра с водой и определить массу воды. Поместить внутренний сосуд калориметра во внешний и измерить начальную температуру воды. Взять небольшой кусочек льда, обсушить его фильтрованной бумагой и опустить в воду. Осторожно помешивая воду термометром, следить за изменением температуры её. Когда весь лёд расплавится, отметить самую низкую установившуюся температуру. Вновь взвесить внутренний сосуд калориметра с водой и определить массу льда.

53

Результаты измерений и вычислений записать в таблицу. Используя данные опыта, сравнить уравнение теплового баланса и определить удельную теплоту плавления льда. Сравнить полученный результат с табличным значением удельной теплоты плавления льда и вычислить относительную погрешность измерений.

Методические указания.

Для упрощения работы и составления уравнения теплового баланса целесообразнее использовать лёд при 0° С. Лёд следует приготовить из хорошо прокипяченной воды. Чтобы уменьшить потери теплоты в окружающее пространство, лучше брать воду при 30 - 35° С, а кусочки льда массой 35 — 40 г.


Как изменяются потенциальная и кинетическая энергия молекул при нагревании твёрдого тела до точки плавления и при плавлении? Что произойдет с чугунной болванкой, помещенной в расплавленный чугун? В воду, находящуюся в термосе при 0° С. Будет ли лёд плавится? Может ли плавится лёд при температуре ниже 0° С? Какое количество теплоты нужно затратить, чтобы 1,5 кг льда при -10° С довести до точки плавления, расплавить и образовавшуюся воду нагреть до 80° С? На рис. 10 показано изменение объёма вещества при охлаждении при давлении 100 кПа. Каким процессам соответствуют участки графика.1 — 2 2 - 3, 3 - Какое вещество охлаждалось? Как изменялась плотность взятого вещества? Что означает точка А на графике? В чём преимущество электровакуумной плавки металлов?

54

Лабораторная работа№9 «Изучение последовательного и параллельного соединения проводников »

В работе необходимо проверить следующие законы:

Для последовательного соединения проводников: U = U1 + U2, R = R1 + R2, U1/ U2= R1 / R2

Для параллельного соединения проводников: 1 = 11 +12 , 1/R=1/R1+1/R2 , I1/I2=R2/R1

Оборудование, необходимые измерения, средства измерений В работе используют источник тока, два проволочных резистора, амперметр и вольтметр,

реостат. Вольтметр и амперметр при проведении измерений поочередно подключают к нужным точкам цепи.

Подготовка к проведению работы Подготовьте бланк отчета для записи результатов измерений и вычислений (таблицы составьте

сами по образцу предыдущих работ). Проведение эксперимента, обработка результатов

Соберите цепь для изучения последовательного соединения резисторов; измерьте силу тока и напряжения; проверьте выполнение законов соединения; сделайте вывод. Соберите цепь для изучения параллельного соединения резисторов; измерьте токи и напряжение; проверьте выполнение законов соединения; сделайте вывод.

К о н т р о л ь н ы й в о п р о с Как соединены потребители электроэнергии в квартирах; лампочки в елочной гирлянде?

Почему?

55


«Изучение закона Ома для участка цепи»

Ц е л ь р а б о т ы : измерить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.

Оборудование, средства измерения: 1) источник питания, 2) проволочный резистор сопротивлением 2 Ом, 3) амперметр, 4) ключ, 5) вольтметр, б) соединительные провода.

Теоретическое обоснование Экспериментальная установка изображена на рисунке. К источнику тока 1 подключается

резистор 2, амперметр 3 и ключ 4. ЭДС источника тока непосредственно измеряется вольтметром 5.

Электрическая схема данной цепи приведена на рисунке 2. Согласно закону Ома сила тока I в замкнутой цепи с одним источником определяется выражением

I=Ɛ/r+R

Ɛ r

R

Отсюда Ir + IR =Ɛ

Из формулы (2) можно найти внутреннее сопротивление г источника тока, ЭДС которого предварительно измеряют вольтметром:

r = Ɛ-IR/I= Ɛ/I- R.

V

A

56

Сила тока I в цепи измеряется амперметром. Порядок выполнения работы

Соберите электрическую цепь Измерьте вольтметром ЭДС источника тока при разомкнутом ключе К.

Ɛ=U= Запишите класс точности вольтметра k v и предел измерения его шкалы.

kv = ;Umax= Найдите абсолютную погрешность измерения ЭДС источника тока.

∆Ɛ=Uтах* kv/100 Запишите окончательный результат измерения ЭДС источника тока.

Ɛ+∆Ɛ= Отключите вольтметр. Замкните ключ К. Измерьте амперметром силу тока I в цепи.

I = Запишите класс точности амперметра k A и предел измерения I тах его шкалы.

k A= ; I maх Рассчитайте внутреннее сопротивление г источника тока по формуле

г = Ɛ / I - R = Учитывая, что сопротивление R резистора известно с относительной погрешностью 3%, т. е. Ɛ= ∆R/R = 0,03, оцените абсолютную по грешность ∆R его измерения.

∆R = R • Ɛ=

Найдите абсолютную погрешность ∆r измерения внутреннего сопротивления источника тока. ∆r=Ɛ/I(∆Ɛ/Ɛ+∆I/I)+∆r

Запишите окончательный результат измерения внутреннего сопротивления источника тока. R+∆r

57


«Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока»

Цель работы: определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока. Оборудование:

Батарея КБС-1 Амперметр-1

3) Вольтметр-1 4) Реостат школьный 5) Соединительные провода 6) Прерыватель

Порядок выполнение работы: Составить цепь по схеме: + Изменяя сопротивление внешней цепи фиксируем при разомкнутой цепи ЭДС, затем напряжение на внешней цепи и тока при замкнутой цепи три раза, данные заносим в таблицу.

№ Ев UBHem. I Г Гсо. ▲г ^■Гср. б% 1 2 3


Что называется ЭДС генератора? Что устанавливает закон ОМА для полной цепи? Как можно рассчитать падение напряжения на внутренней и внешней частях цепи? Что показывает вольтметр, присоединенный к зажимам источника тока, при замкнутой и разомкнутой внешней цепи? Начертить схемы и пояснить. На опыте можно изменить ЭДС карманной батарейкой? Как из формулы закона ОМА для полной цепи выразится внутреннее сопротивление генератора? Какие данные надо снять путем опыта, чтобы рассчитать внутреннее сопротивление?

V

А

58


«Исследование зависимости мощности лампы от её напряжения на её зажимах»

Цель работы: исследовать зависимость мощности лампы от напряжения на её зажимах.

Знать: понятие мощности и её формулу.

Уметь: собирать цепь, снимать показания и вычислять мощность по формуле.

Оборудование: 1. Магазин сопротивлений. 2. Амперметр. 3. Вольтметр. 4. Ключ. 5. Соединительные провода. 6. Батарейка на 4,5 В 7. Лампочка на 2,5 В Что понимают под мощностью и по каким формулам рассчитывается мощность, потребляемая участком электрической цепи? Посмотрите паспортные (номинальные) данные и на основании их рассчитывайте сопротивление спиралей данных вам трех ламп.

Порядок выполнения работы

Составить цепь по схеме: - +

Вставьте в патрон лампу, мощность которой вы будите определять, подайте на неё напряжение последовательно 100В, 150В и 200В фиксируя токи, протекающие по лампе при этих напряжениях.

ДАННЫЕ ЗАНЕСТИ В ТАБЛИЦУ НАБЛЮДЕНИЙ:

59

Номинальные данные лампы Номер опыта

Измеряемая величина

Расчетная величина

РBm UB IA R Oм UB IA РBm= I*U

1

2

В выводе указать: 1. Как отличаются сопротивления ламп различных мощностей.

2.Как зависит мощность лампы от напряжения на её зажимах.

Решить задачу на определение силы тока и падения напряжения на сопротивление 0,4 Ом. В сопротивлении поглощается мощность в 0,25 Вm


«Определение электрохимического эквивалента меди»

Цель: Получение электрического тока в жидкостях Знать :первый закон Фарадея, понятие иона, понятие диссоциации молекул Уметь: определять электрохимический эквивалент по формуле первого закона Фарадея

Оборудование: 1. Весы с разновесом. 2. Амперметр. 3. Часы. 4. Вентилятор настольный или электроплитка. 5. Батарея аккумуляторов или выпрямитель 6. Реостат. 7. Рубильник (ключ). 8.Медные электроды (2 шт.) со вставкой. 9. Соединительные провода (6 шт.). 10. Электролитическая ванна с раствором медного купороса.

Порядок проведения работы Очистить наждачной бумагой катодную пластинку; определить, взвешиванием массу пластинки т\ с точностью до 0,01 г. | Составить электрическую цепь по схеме При составлении цепи взвешенный электрод соединить с отрицательным полюсом источника электрической энергии

Замкнуть цепь и заметить время включения тока. При помощи реостата в течение всей работы поддерживать постоянную величину силы тока в пределах от 0,5 до 1 а.

60

Рисунок опыта по определению электрохимического эквивалента меди

Ток в электролитах. Для каждого вопроса указать правильный ответ, который может быть в гр. А или гр. В

Вопросы:

Что называется электрической диссоциацией Что называется электролизом? Как читается первый закон Фарадея для электролиза? Что называется электрохимическим эквивалентом? В качестве, какого электрода берётся издел при гальваностегии?

Какой вид имеет формула первого закона Фарадея? В каких единицах измеряется электро-химический эквивалент в СИ? Что называется ёмкостью аккумулятора? Чему равен ампер - час? 10.Что такое К.П.Д. аккумулятора?

№ от-вета

Ответы гр. А № от-вета

Ответы гр. В

...в качестве анода. / ...в качестве катода.

m= I U t m = g t l

m = k i t кг/кл

360 Кл 3600 Кл

...распад молекул вещества на ионы под действием растворителя.

мг/а сек.

61

...величина, измеряемая массой вещества, выделяющегося на электроде при прохождении через электролит I к электричества.

т»

...выделение на электродах продуктов химического разложения раствора при прохождении электрического тока через электролит.

...отношение энергии, полученной при разрядке аккумулятора, к энергии, затраченной при его зарядке.

...количество электричества, которое может дать аккумулятор при полной зарядке. \ /

Количество вещества, выделившегося при электролизе, прямо пропорционально силе тока и времени его прохождения.

- Количество вещества, выделившегося при электролизе, прямо пропорционально силе тока, напряжению и времени прохождения тока.

...количество электричества, которое расходуется при разрядке аккумулятора.

Расщепление атомов на ионы при прохождении тока через электролит.


«Определение длинны световой волны».

Цель работы: определить длину световой волны; уметь определять вес тела известной массы на данной широте.

Знать: понятия: дифракционная решетка, дифракционные спектры, максимумы ; Уметь: рассчитать длину волны, различать свет разной длины волны; Белый свет по составу — сложный. Нулевой максимум для него— белая полоса, а

максимумы высших порядков представляют собой набор семи цветных полос, совокупность

которых называют спектром соответственно I; II,... Получить дифракционный спектр можно, используя прибор для определения длины световой волны. Прибор состоит из бруска 1 со шкалой. Внизу бруска укреплен стержень 2. Его вставляет в отверстие подставки от подъемного столика. Брусок закрепляют под разными углами с помощью винта 3*. Вдоль бруска r боковых пазах его может перемещаться ползунок 4 с экраном 5.

62

К концу бруска прикреплена рамка 6, в которую вставляют дифракционную решетку.

Оборудование. 1. Прибор для определения длины световой волны. 2. Подставка для прибора. 3. Дифракционная решетка. 4. Лампа с прямой нитью накала в патроне со шнуром и вилкой (общая для всех учащихся). Ход работы.

Собрать установку, изображенную на рис. Установить на демонстрационном столе лампу и включить ее. Смотря через дифракционную решетку, направить прибор на лампу так, чтобы через окно экрана прибора была видна нить лампы. Экран прибора установить на возможно большем расстоянии от дифракционной решетки и получить на нем четкое изображение спектров I и II порядков. Измерить по шкале бруска установки расстояние «Ь» от экрана прибора до дифракционной решетки. Определить расстояние от нулевого деления (0) шкалы экрана до середины фиолетовой полосы как слева «ал», так и справа «ап» для спектров I порядка и вычислить среднее значение аСР. Опыт повторить со спектром II порядка. Такие же измерения выполнить и для красных полос дифракционного спектра. Вычислить по формуле (2) длину волны фиолетового света для спектров I и II порядков, длину волны красного света I и II порядков. Результаты измерений и вычислений записать в табл.

Ном

ер о

пыта

Пер

иод

дифр

акци

онно

й ре

шет

ки d

, мм с

по

рядо

к сп

ектр

а,n

Расс

тоян

ие

от

днфр

ак.

реш

етки

д э

кран

а b,

мм

Видимые границы спектра фиолетового света

Видимые границы спектра красного света

Длина световой

волны

Сле

ва а

л,мм

спра

ва а

п, мм

Сре

днее

а с

р, м

м

Сле

ва а

л,мм

спра

ва а

п, мм

сред

нее

а ср,

им

крас

ного

из

луче

ния

χ К,

мй

фиол

етов

ого

излу

чени

я, χ

ф,

мм

63

Контрольные вопросы.

Почему нулевой максимум дифракционного спектра белого света — белая полоса, а максимум высших порядков — набор цветных полос? Почему максимумы располагаются как слева, так и справа от нулевого максимума? В каких точках экрана получаются I, II, III максимумы? Какой вид имеет интерференционная картина в случае монохроматического света? В каких точках экрана получается световой минимум?

Лабораторная работа №15

«Изучение треков заряженных частиц» Тема: «Изучение треков заряженных частиц

Цель работы: установить тождество заряженной частицы по результатам сравнения ее трека с треком протона в камере Вильсона, помещенной в магнитное поле. Студент должен знать: понятия: заряда, энергии частицы, индукции магнитного поля; уметь: найти q/ т, энергию и импульс частицы, индукцию магнитного поля, определить частицу ;

Оборудование: лист кальки, линейка, угольник или циркуль. фотография треков двух заряженных частиц (трек I принадлежит протону, трек II -частице, которую надо идентифицировать). Линии индукции магнитного поля перпендикулярны плоскости фотографии. Начальные скорости обеих частиц одинаковы и перпендикулярны краю фотографии. Краткая теория

При движении в среде заряженные частицы ионизируют атомы среды. Ионы являются центрами конденсации паров в камере Вильсона или зародышами пузырьков пара в перегретой жидкости в пузырьковой камере. Цепочки пузырьков или капель образуют следы треки заряженных частиц, которые фотографируют. На фотографии изображаются треки заряженных частиц, движущихся во внешнем магнитном поле c одинаковой скоростью. Толщина трека зависит от ионизирующей способности частицы, а кривизна трека - от скорости частицы и индукции магнитного поля. На частицу, движущуюся перпендикулярно вектору индукции В, действует сила Лоренца Fл = qBv, направленная перпендикулярно скорости. Радиус кривизны траектории определяется нормальным ускорением частицы:

aн=v2/R; mv2/R= qBv Отсюдa удельный заряд частицы (q/m) q/m= v2/BR Из этой формулы видно, что отношение удельных зарядов частицы равно

обратному отношению радиусов их траекторий. 2

1

//

RR

memq

p

= Можно вычислить удельный заряд

идентифицируемой частицы q/mч. Зависимости внешнего вида трека частицы от её типа и физических характеристик: а) длина трека от энергии частицы (прямая); б) толщина трека от заряда частицы (прямая), от скорости частицы (обратная); в) радиус кривизны от массы частицы (прямая), заряда частицы (обратная), от скорости частицы (прямая); модуля магнитной индукции (обратная).

- - ■ ! 1 i

64

Выполнение работы Перенесите треки частиц с фотографии на кальку. Измерьте радиус кривизны RI трека протона на начальном участке. Радиус кривизны трека частицы определяют следующим образом. Вычерчивают, как показано на рисунке, две хорды и восставляют к этим хордам в их серединах перпендикуляры. На пересечении перпендикуляров лежит центр окружности. Измерить радиусы треков обеих частиц. В обоих случаях инструментальную погрешность можно считать равной 1 мм. Занести результаты в таблицу

Идентифицируйте частицу

65

Материал для справок: *Удельный заряд электрона: кгКл /1076,1 11⋅ . *Удельный заряд протона: кгКл /1096,0 8⋅ . *Удельный заряд альфа-частицы: кгКл /105,0 8⋅ .

Контрольные вопросы 1. Как изменяются треки частиц при изменении индукции магнитного поля по величине и по

направлению? 2. Почему радиусы кривизны на разных участках трека одной и той же частицы различны? 3. На рисунке показан трек протона в камере Вильсона, помещенной в магнитное поле. Каково направление вектора скорости частицы в нижней точке трека? 4. Какова форма траектории движения заряженной частицы в магнитном поле, если она движется вдоль линий магнитной индукции этого поля?

7.Контрольно-измерительные материалы для промежуточной аттестации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Иркутский государственный университет путей сообщения»

Сибирский колледж транспорта и строительства

Рассмотрено предметной Утверждаю: комиссией Заместитель директора «_____»___________2016г. по учебной работе ______________________ ____________________ «_____»________2016г.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ №1 по дисциплине «Физика»

1. Основное положение молекулярно-кинетической теории. Размеры и массы молекул и

атомов. 2. Вихревое электрическое поле. 3. Задача.

66

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Иркутский государственный университет путей сообщения»


Рассмотрено предметной Утверждаю: комиссией Заместитель директора «_____»___________2016г. по учебной работе ______________________ ____________________ «_____»________2016г

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ №2

по дисциплине «Физика»

1. Броуновское движение. Диффузия. Силы и энергия и межмолекулярного взаимодействия. 2. Самоиндукция. Энергия магнитного поля. 3. Задача.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования «Иркутский государственный университет путей сообщения»




по дисциплине «Физика» 1. Строение газообразных, жидких и твердых тел. Скорость движения молекул и их измерение.

Идеальный газ. 2. Колебательное движение. Гармонические колебания. 3. Задача.

67






по дисциплине «Физика» 1. Давление газа. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов. Температура и

её измерение. 2. Свободные механические колебания. 3. Задача.






по дисциплине «Физика» 1. Газовые законы. Абсолютный нуль температуры. термодинамическая шкала температуры.

Уравнение состояния идеального газа. Молярная газовая постоянная. 2. Вынужденные механические колебания. 3. Задача.

68






по дисциплине «Физика» 1. Основы термодинамики. Основные понятия и определения. Внутренняя энергия идеального

газа. Работа и теплота, как формула передачи энергии. 2. Упругие волны. Поперечные и продольные волны. 3. Задача.






по дисциплине «Физика» 1. Уравнение теплового баланса. Первое начало термодинамики. 2. Характерные волны. 3. Задача.

69






по дисциплине «Физика» 1. Адиабатный процесс. Принципы действия тепловой машины. Принцип действия тепловой

машины. КПД теплового движения. 2. Интефиренция волн. Понятие дифракции волн. 3. Задача.






по дисциплине «Физика» 1. Второе начало термодинамики. Термодинамическая шкала температур. Тепловые двигатели.

Охрана природы. 2. Звуковые волны. Ультразвук и его применение . 3. Задача.

70






по дисциплине «Физика» 1. Абсолютная и относительная влажность. Точка росы. 2. Свободные электромагнитные колебания. Превращение энергии в колебательном контуре. 3. Задача.






по дисциплине «Физика» 1. Свойства жидкостей. Характеристика жидкого состояния вещества. Поверхностный слой

жидкости и его энергия. 2. Трансформаторы. Токи высокой частоты. 3. Задача.

71






по дисциплине «Физика» 1. Характеристика твердого состояния вещества. Закон Гука. 2. Получение, передача, и распределение электроэнергии. 3. Задача.






по дисциплине «Физика» 1. Электрические заряды. Закон сохранения заряда. Закон Кулона. 2. Электромагнитное поле как особый вид материи. 3. Задача.

72






по дисциплине «Физика» 1. Электрическое поле. Напряженность его. Работа сил электрического поле. 2. Электрические волны. Вибратор Герца. Открытый колебательный контур. 3. Задача.






по дисциплине «Физика» 1. Потенциал. Разность потенциалов. Связь между напряженностью и разностью потенциалов

электрического поля. 2. Применение электромагнитных волн. 3. Задача.

73






по дисциплине «Физика» 1. Конденсаторы и их соединение в батарею. Энергия заряженного конденсатора. Энергия

электрического поля. 2. Генератор не затухающих электромагнитных колебаний. 3. Задача.






по дисциплине «Физика» 1. Законы постоянного тока. Закон Ома. Для участка цепи, без ЭДС. 2. Переменный ток. Генератор переменного тока. 3. Задача.

74






по дисциплине «Физика» 1. Сила тока и плотность тока. 2. Емкостное и индуктивное сопротивление переменного тока. 3. Задача.






по дисциплине «Физика»

1. Зависимость сопротивления проводника от его материала, длины и площади сечения. 2. Закон Ома для электрической цепи переменного тока. 3. Задача.

75






по дисциплине «Физика» 1. Электродвижущая сила источника тока. 2. Работа и мощность переменного тока. Генераторы переменного тока. 3. Задача.






по дисциплине «Физика» 1. Закон Ома для полной цепи. 2. Интеференция света. Когерентность световых лучей. 3. Задача.

76






по дисциплине «Физика» 1. Соединение проводников. 2. Скорость распространения света. Законы отражения и преломления света. 3. Задача.






по дисциплине «Физика» 1. Соединение источников электрической энергии в батарею. 2. Дифракция света. Дифракционная решетка. 3. Задача.

77





ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ 24

по дисциплине «Физика» 1. Закон Джоуля-Ленца. 2. Виды спектров. Спектры испускания. Спектры поглощения. 3. Задача.






по дисциплине «Физика» 1. Работа и мощность электрического ока. 2. Ультрафиолетовое и инфракрасное излучение. 3. Задача.

78






по дисциплине «Физика» 1. Магнитное поле. Вектор индукции магнитного поля. 2. Рентгеновские лучи. 3. Задача.






по дисциплине «Физика» 1. Действие магнитного поля на проводник с током. Сила Ампера. 2. Закон Ампера взаимодействие токов. 3. Задача.

79






по дисциплине «Физика» 1. Магнитный поток. Работа по перемещению проводника с потоком в магнитном поле. 2. Наша звездная система – Галактика. 3. Задача.






по дисциплине «Физика» 1. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца. 2. Ядерная модель атома Резерфорда. Модель атома водорода по Борц. 3. Задача.

80






по дисциплине «Физика» 1. Закон сохранения механической энергии. 2. Закон радиоактивного распада. Строение атомного ядра. Ядерный реактор. 3. Задача.






по дисциплине «Физика» 1. Ускорение, равнопеременное прямолинейное движение, свободное падение тел. 2. Электромагнитная индукция. 3. Задача.

81






по дисциплине «Физика» 1. Механическое движение. Перемещение, путь, скорость. 2. Строение и развитие Вселенной. 3. Задача.






по дисциплине «Физика» 1. Закон сохранения импульса. Работа потенциальных сил. Мощность. Энергия. 2. Определение удельного заряда. Ускорение заряженных частиц. 3. Задача.

82






по дисциплине «Физика» 1. Законы Ньютона. Закон всемирного тяготения. 2. Квантовая гипотеза Планка. Фотоны. 3. Задача.

8. Литература: 1.Основная литература:

1. . Жданов Л.С. Физика для средних специальных заведений: учебник/. Л.С. Жданов, Г. Л. Жданов – М.: Альянс, 2014, 512 с.

2.Дополнительная литература:

1. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Бухонцев, Н.Н. Сотский Физика: учебник 10 класс общеобразовательных учреждений. - 21 изд., стер. - М.: Просвещение» 2012, 366 с.

2. .Г.Я. Мякишев, Б.Б. Бухонцев, В.М. Чаругин Физика: Учебник 11 класс.- 21 изд., стер.- М.: «Просвещение», 2012, 399 с.

3. Сборник задач по физике. 10-11 классы. Громцева О.И. – М.: Экзамен, 208 с.

e,[(epajibhoe afehtctbo )kejie3ho,[(opo)khoro tpahcllopt a · 2017-09-26 · сохранения....

Documents