Ход луча в мыльной пленке

На рисунке изображена в разрезе сильно увеличенная по толщине мыльная пленка. Пусть в точке А пленки попадает световая волна. Часть света отражается от этой поверхности, а часть - преломляется, проходит внутрь пленки и отражается от ее поверхности в точке В. Эти два отраженных пучка света имеют одинаковую частоту, поскольку исходят от одного источника. Складываясь, они образуют интерференционную картину.

С интерференционными явлениями мы сталкиваемся довольно часто: цвета масляных пятен, рисунки на крыльях некоторых бабочек и жуков и др.

2. Задача по теме: " КПД тепловых двигате­лей".

Один моль одноатомного газа совершает цикл, состоящий из двух изохор и двух изобар. При этом его максимальное давление в 2 раза больше минимального, а максимальный объём в 3 раза больше минимального. Определите КПД цикла.

3.. Экспериментальное задание «Опреде­ление длины проволоки реостата».

_________________________________________________________________

Билет № 18-Б

1. Внутренняя энергия. Количество теплоты. Работа в термо­динамике. Первый закон термодинамики.

2. Каждое тело имеет вполне определенную структуру, оно состоит из частиц, которые хаотически движутся и взаимодействуют друг с другом, поэтому любое тело обладает внутренней энергией. Внутренняя энергия — это величина, характеризующая собственное состояние тела, т. е. энергия хаотического (теплового) движения микрочастиц системы

(молекул, атомов, электронов, ядер и т. д.) и энергия взаимодействия этих частиц. Внутренняя энергия одноатомного идеального газа определяется по формуле U = 3/2 • т/М • RT.

Внутренняя энергия тела может изменяться только в результате его взаимодействия с другими телами. Существует два способа изменения внутренней энергии: теплопередача и совершение механической работы (например, нагревание при трении или при сжатии, охлаждение при расширении).

Теплопередача — это изменение внутренней энергии без совершения работы: энергия передается от более нагретых тел к менее нагретым. Теплопередача бывает трех видов: теплопроводность (непосредственный обмен энергией между хаотически движущимися частицами взаимодействующих тел или частей одного и того же тела); конвекция (перенос энергии потоками жидкости или газа) и излучение (перенос энергии электромагнитными волнами). Мерой переданной энергии при теплопередаче является количество теплоты (Q).

Эти способы количественно объединены в закон сохранения энергии, который для тепловых процессов читается так: изменение внутренней энергии замкнутой системы равно сумме количества теплоты, переданной системе, и работы внешних сил, совершенной над системой. , где — изменение внутренней энергии, Q — количество теплоты, переданное системе, А — работа внешних сил. Если система сама совершает работу, то ее условно обозначают А*. Тогда закон сохранения энергии для тепловых процессов, который называется первым законом термодинамики, можно записать так: , т.е. количество теплоты, переданное системе, идет на совершение системой работы и изменение ее внутренней энергии.

При изобарном нагревании газ совершает работу над внешними силами , где V1 и V2 — начальный и конечный объемы газа. Если процесс не является изобарным, величина работы может быть определена площадью фигуры ABCD, заключенной между линией, выражающей зависимость p(V), и начальным и конечным объемами газа V



Рассмотрим применение первого закона термодинамики к изопроцессам, происходящим с идеальным газом.

В изотермическом процессе температура постоянная, следовательно, внутренняя энергия не меняется. Тогда уравнение первого закона термодинамики примет вид: , т. е. количество теплоты, переданное системе, идет на совершение работы при изотермическом расширении, именно поэтому температура не изменяется.

В изобарном процессе газ расширяется и количество теплоты, переданное газу, идет на увеличение его внутренней энергии и на совершение им работы: .

При изохорном процессе газ не меняет своего объема, следовательно, работа им не совершается, т. е. А = 0, и уравнение первого закона имеет вид , т. е. переданное количество теплоты идет на увеличение внутренней энергии газа.

Адиабатным называют процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой. Q = 0, следовательно, газ при расширении совершает работу за счет уменьшения его внутренней энергии, следовательно, газ охлаждается, Кривая, изображающая адиабатный процесс, называется адиабатой.

3. Задача по теме " Конденсаторы. Энергия электрического поля конденсатора".

Импульсная лампа питается от конденсатора емкостью 6оо мкФ, заряженного до напряжения 1000В. Продолжительность вспышки 5 мс. Определите среднюю мощность вспышки.

4. Экспериментальное задание. Опреде­ление КПД наклонной плоскости.

Билет № 19-Б

1. Фотоэлектрический эффект. Экспериментальные за­коны внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

нешний фотоэлектрический эффект

рис.3

Принципиальная схема установки

Фотоэлектрические явления возникают при поглощении веществом электромагнитного излучения оптического диапазона. К этим явлениям относится и внешний фотоэффект.

Внешним фотоэффектом называют явление вырывания электронов из вещества под действием падающего на него света.

Явление внешнего фотоэффекта открыто в 1887 г. Герцем, а детально исследовано Столетовым. Теория фотоэффекта на основе квантовых представлений создана Эйнштейном.

Явление фотоэффекта получило широкое практическое применение. Приборы, в основе принципа действия которых лежит фотоэффект, называются фотоэлементами. Фотоэлементы, использующие внешний фотоэффект, преобразуют энергию излучения в электрическую лишь частично. Так как эффективность преобразования небольшая, то в качестве источников электроэнергии фотоэлементы не используют, но зато применяют их в различных схемах автоматики для управления электрическими цепями с помощью световых пучков.

Внутренний фотоэффект используют в фоторезисторах. Вентильный фотоэффект, возникающий в полупроводниковых фотоэлементах с p-n переходом, используется для прямого преобразования энергии излучения в электрическую энергию (солнечные батареи).

Экспериментальное изучение фотоэффекта

Исследование явления внешнего фотоэффекта можно проводить с помощью установки, схема которой изображена на рисунке 3.

Катод через кварцевое стекло освещается светом. Под действием света из катода вырываются электроны (называемые фотоэлектронами), которые летят к аноду (положительно заряженному электроду) и образуют фототок, регистрируемый миллиамперметром

С помощью такой установки, используя электроды, изготовленные из разных материалов, снимались вольт-амперные характеристики (ВАХ) при различных значениях падающего светового потока Ф. ВАХ - зависимость силы фототока I от напряжения U между электродами (анодом и катодом). Вид такой зависимости представлен на рисунке 4.

Из вольт-амперной характеристики видно, что:

bullet

при отсутствии напряжения между электродами фототок отличен от нуля. Следовательно, фотоэлектроны при вылете с поверхности обладают кинетической энергией.

bullet

при некотором напряжении между анодом и катодом фототок достигает насыщения (Iн).

bullet

при некотором задерживающем напряжении(Uз) фототок прекращается

bullet

рабочее значение задерживающего напряжения не зависит от светового потока.

Ток насыщения соответствует тому состоянию, когда все фотоэлектроны, покидающие материал за 1 с, достигают анода.

Работа задерживающего электрического поля определяется максимальной кинетической энергией фотоэлектронов:

q·U = m·V2max/2 (6)

Законы внешнего фотоэффекта

Обобщение экспериментальных результатов привело к установлению ряда законов фотоэффекта:

bullet

Фототок насыщения пропорционален световому потоку, падающему на металл Iн ~ Ф

bullet

Кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а зависит от его частоты.

bullet

Для каждого вещества существует определенное значение частоты n0, называемое красной границей фотоэффекта. Фотоэффект имеет место только при частотах n > n0, Если же n < n0, то фотоэффект не происходит при любой интенсивности света.

bullet

Фотоэффект безинерционен. С начала облучения металла светом до начала вылета фотоэлектронов проходит время t < 10-9с.

Квантовая теория фотоэффекта

Эйнштейн объяснил экспериментальные законы фотоэффекта на основе квантовых представлений о природе света.

Первый закон фотоэффекта. Монохроматическое излучение, освещающее катод, состоит из потока фотонов с энергией e = h·n. При взаимодействии излучения с веществом атом, находящийся в поверхностном слое, поглощает фотон целиком. При этом он может потратить его на испускание электрона. При облучении металла светом происходит громадное число таких элементарных актов фотоэффекта. Энергия светового пучка складывается из энергий отдельных фотонов. Световой поток пропорционален числу фотонов: Ф ~ h·n·nф. С увеличением числа фотонов (светового потока) растет число электронов nэ, покинувших металл и участвующих в создании фототока. Сила тока насыщения пропорциональна числу электронов I ~ nэ, следовательно, ток насыщения пропорционален световому потоку: Iн ~ Ф.

Второй закон фотоэффекта. При поглощении электроном фотона часть энергии фотона тратится на совершение работы выхода Авых, а остальная часть составляет кинетическую энергию фотоэлектрона. На основе закона сохранения энергии можно записать уравнение для фотоэффекта (уравнение Эйнштейна):

h·n = Авых+ m·V2/2 (7)

Из формулы 7 видно, что кинетическая энергия фотоэлектронов прямо пропорциональна частоте света.

Третий закон фотоэффекта При уменьшении энергии фотона уменьшается кинетическая энергия фотоэлектронов. При некотором значении частоты света (n0) энергии фотона хватает только на работу выхода. Соотношение 7 примет вид: h·n0 = Авых. Если же h·n0 < Авых, то электрон не может покинуть металл. Фотоэффект не происходит. Эта частота n0 и будет красной границей фотоэффекта.

Таким образом, квантовая теория света полностью объясняет явление внешнего фотоэффекта. Тем самым было получено экспериментальное подтверждение того, что свет помимо волновых свойств обладает также и корпускулярными свойствами.

2. Задача по теме " Явление самоиндукции".

Сила тока в катушке 50 А. Индуктивность катушки изменяется по закону

L= (0, 6- 0, 05t) Гн, где t – время в секундах. Чему равна ЭДС самоиндукции возникающая в катушке.

3. Лабораторная работа. Определение ус­корения свободного падения с помощью маят­ника.

_________________________________________________________________

Билет № 20-Б

1. Принцип действия тепловых машин. КПД тепловых двигателей.

Любая машина, устройство можно характеризовать такой величиной как коэффициент полезного действия. Как можно определить эту величину для тепловой машины? Какова полезная работа в тепловой машине? Для этого можно вспомнить геометрический смысл работы.

Это площадь фигуры под графиком в системе координат (р, V). За один замкнутый цикл полезная работа будет численно равна площади фигуры, ограничивающей заданный цикл. Чем больше будет площадь этой фигуры, тем больше будет полезная работа. Что же затрачивается в этом случае? Это количество теплоты, полученное газом от нагревателя Qн. Тогда коэффициент полезного действия будет равен:

; .

Для реальных тепловых двигателей коэффициент полезного действия равен из-за разного рода энергетических потерь приблизительно равен 40%, Максимальный КПД - около 44%-имеет двигатели внутреннего сгорания. Можно ли повысить коэффициент полезного действия? Из-за того, что часть теплоты при работе тепловых двигателей неизбежно передается холодильнику, КПД не может равняться единице. Чему же может быть равен максимально возможный КПД теплового двигателя с температурой нагревателя Т1 и температурой холодильника Т2? Ответ на этот вопрос дал французский инженер и ученый Сади Карно. (презентация о С. Карно). Им была предложена тепловая машина, в которой осуществляется замкнутый цикл, состоящий из двух изотерм и двух адиабат, проводимый с идеальным газом. Сначала газ расширяется изотермически при температуре Т1, получая при этом от нагревателя количество теплоты Q1. Затем он расширяется адиабатно и не обменивается теплотой с окружающими телами. Далее следует изотермическое сжатие газа при температуре Т2. Газ отдает при этом процессе холодильнику количество теплоты Q2. Далее газ сжимается адиабатно и возвращается в исходное состояние. Работа, совершаемая газом, численно равна площади фигуры, ограниченной кривой цикла. Коэффициент полезного действия идеальной тепловой машины:

2. Задача по теме " Работа в электростати­ческом поле. Потенциал. Разность потенциа­лов".

Три точечных заряда + q_+2q и – q находятся в вершинах правильного треугольника со стороной ά. Какую работу нужно совершить, чтобы удалить все заряды друг от друга на большое расстояние?

3. Экспериментальное задание. Опреде­ление центростремительного ускорения с помощью конического маятника.

Билет № 21-Б

1. Температура, как мера средней кинети­ческой энергии молекул. Ос­новное уравнение МКТ идеального газа.

Температура - мера средней кинетической энергии
	Сравнивая уравнение состояния идеального газа и основное уравнение кинетической теории газов, записанные для одного моля (для этого число молекул N возьмём равным числу Авогадро NА), найдём среднюю кинетическую энергию одной молекулы: и . Откуда . (31) Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы не зависит от её природы и пропорциональна абсолютной температуре газа T. Отсюда следует, что абсолютная температура является мерой средней кинетической энергии молекул. Величина R/NА = k в уравнении (31) получила название постоянной Больцманаи представляет собой газовую постоянную, отнесенную к одной молекуле: k = 1, 38·10-23 Дж/К-23. Так как = kТ, то средняя квадратичная скорость равна . (32) Подставляя значение средней кинетической энергии поступательного движения молекул (31) в основное уравнение молекулярно–кинетической теории газов, получим другую форму уравнения состояния идеального газа: P = n0kT. (33) Давление газа пропорционально произведению числа молекул в единице объема на его термодинамическую температуру.

2. Задача по теме " Движение тела, бро­шенного горизонтально".

Тело брошено горизонтально с начальной скоростью 40 м/с с высоты 10 м. Определите дальность полета тела?

3. Экспериментальное задание. Проверка зависимости силы электрического тока в проводнике от его сопротивления при па­раллельном соединении проводников.

________________________________________________________________

Билет № 22-Б

1. Радиоактивность. Закон ра­диоактивного распада.

Явление самопроизвольного испускания химическими элементами излучения, обладающего значительной проникающей способностью и ионизирующими свойствами, получило название естественной радиоактивности. Элементы, испускающие такое излучение называются радиоактивными.
Радиоактивными являются все элементы с порядковым номером более 83 в таблице Менделеева.(Z > 83).
Типы радиоактивных распадов
Наблюдения показали, что одновременно a- и b- излучения испускаются только веществами, содержащими несколько различных радиоактивных элементов. Чистые радиоактивные элементы испускают или a -излучение или b -излучение, каждому их которых сопутствует g -излучение. Радиоактивность возникает вследствие самопроизвольного распада ядер одних элементов и превращения их в ядра других. Превращения ядер бывают двух типов: a- распад и b- распад. Они подчиняются определенным закономерностям, называемым правилами радиоактивного смещения. Эти правила установил Содди.

Закон радиоактивного распада
Каждый радиоактивный элемент можно охарактеризовать промежутком времени Т, в течение которого распадается половина ядер, имевшихся в момент начала отсчета времени. Период полураспада - основная константа радиоактивного элемента. Период полураспада характеризует скорость распада. Например: радий ₈₈Ra²²⁶ имеет период полураспада Т=1600 лет; торий ₉₀Th²³¹ -25.64 часа; полоний₈₄Po²¹² -3·10^-7 сек.

Так как n=t/T, то N=N₀·2^-t/T. Это и есть закон радиоактивного распада. За время t распадается число ядер, равное DN=N₀-N=N₀(1-2^-t/T)

2. Задача по теме " Неравномерное посту­пательное движение. Ускорение. Прямолиней­ное равноускоренное движение".

Тело, двигаясь из состояния покоя, за десятую секунду проходит путь 38 м. Какой путь прошло тело за десять секунд.

3. Экспериментальное задание. Проверка зависимости сопротивления проводника от его длины с помощью реостата".

Билет № 23-Б

1. Электрический ток в электролитах. Законы
электролиза.

Электролитами принято называть проводящие среды, в которых протекание электрического тока сопровождается переносом вещества. Носителями свободных зарядов в электролитах являются положительно и отрицательно заряженные ионы. К электролитам относятся многие соединения металлов в расплавленном состоянии, а также некоторые твердые вещества. Однако основными представителями электролитов, широко используемыми в технике, являются водные растворы неорганических кислот, солей и оснований.

Прохождение электрического тока через электролит сопровождается выделением веществ на электродах. Это явление получило название электролиза.

Электрический ток в электролитах представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях. Положительные ионы движутся к отрицательному электроду (катоду), отрицательные ионы – к положительному электроду (аноду). Ионы обоих знаков появляются в водных растворах солей, кислот и щелочей в результате расщепления части нейтральных молекул. Это явление называется электролитической диссоциацией. Например, хлорид меди CuCl₂ диссоциирует в водном растворе на ионы меди и хлора:

При подключении электродов к источнику тока ионы под действием электрического поля начинают упорядоченное движение: положительные ионы меди движутся к катоду, а отрицательно заряженные ионы хлора – к аноду (рис 1.15.1).

Достигнув катода, ионы меди нейтрализуются избыточными электронами катода и превращаются в нейтральные атомы, оседающие на катоде. Ионы хлора, достигнув анода, отдают по одному электрону. После этого нейтральные атомы хлора соединяются попарно и образуют молекулы хлора Cl₂. Хлор выделяется на аноде в виде пузырьков.

Во многих случаях электролиз сопровождается вторичными реакциями продуктов разложения, выделяющихся на электродах, с материалом электродов или растворителей. Примером может служить электролиз водного раствора сульфата меди CuSO₄ (медный купорос) в том случае, когда электроды, опущенные в электролит, изготовлены из меди.

Диссоциация молекул сульфата меди происходит по схеме

Нейтральные атомы меди отлагаются в виде твердого осадка на катоде. Таким путем можно получить химически чистую медь. Ион отдает аноду два электрона и превращается в нейтральный радикал SO₄ вступает во вторичную реакцию с медным анодом:

Образовавшаяся молекула сульфата меди переходит в раствор.

Таким образом, при прохождении электрического тока через водный раствор сульфата меди происходит растворение медного анода и отложение меди на катоде. Концентрация раствора сульфата меди при этом не изменяется.

В учебниках и научной литературе можно найти несколько версий формулировки законов. В наиболее общем виде законы формулируются следующим образом:

· Первый закон электролиза Фарадея: масса вещества, осаждённого на электроде при электролизе, прямо пропорциональна количеству электричества, переданного на этот электрод. Под количеством электричества имеется в виду электрический заряд, измеряемый, как правило, в кулонах.

· Второй закон электролиза Фарадея: для данного количества электричества (электрического заряда) масса химического элемента, осаждённого на электроде, прямо пропорциональна эквивалентной массе элемента. Эквивалентной массой вещества является его молярная масса, делённая на целое число, зависящее от химической реакции, в которой участвует вещество.

2. Задача по теме " Волновые свойства света. Интерференция и дифракция света".

На дифракционную решётку нормально к её поверхности падает пучок лучей с длиной волны 0, 5 мкм. Период дифракционной решётки 4, 95мкм. Чему равен угол дифракции соответствующий второму максимуму.

3. Экспериментальное задание. Опреде­ление площади картонной пластинки непра­вильной формы с помощью рычажных весов.

_________________________________________________________________

Билет № 24-Б

1. Электрический ток в полупроводниках.