Экзаменационный билет номер 6 по предмету физика. Экзаменационные билеты по физике. «приморский промышленный техникум»

Билет 1.

Вопрос 1. Механическое движение. Относительность движения. Система отсчёта. Материальная точка. Траектория. Путь и перемещение. Мгновенная скорость. Ускорение. Равномерное и равноускоренное движение.

Механическим движением называют изменение положения тела (или его частей) относительно других тел. Например, человек едущий на эскалаторе в метро, находится в покое относительно самого эскалатора и перемещается относительно стен туннеля; Гора Эльбрус находится в покое относительно Земли и движется вместе с Землёй относительно Солнца. Из этих примеров видно, что всегда надо указать тело, относительно которого рассматривается движение, его называют телом отсчёта . Система координат, тело отсчёта с которым она связана, и выбранный способ измерения времени образуют систему отсчёта . Рассмотрим два примера. Размеры орбитальной станции, находящейся на орбите около Земли, можно не учитывать, а рассчитывая траекторию движения космического корабля на стыковке со станцией, без учёта её размеров не обойтись. Таким образом, иногда размерами тела по сравнению с расстоянием до него можно пренебречь, в этих случаях тело считают материальной точкой. Линию, вдоль которой движется материальная точка, называют траекторией . Длину части траектории между начальным и конечным положением точки называют путем (l). Единица пути – метр.

Механическое движение характеризуется тремя физическими величинами: перемещением, скоростью и ускорением. Направленный отрезок прямой, проведённый из начального положения движущейся точки в её конечное положение, называется перемещением (S). Это величина векторная. Единица перемещения – метр.

Скорость – векторная физическая величина, характеризующая быстроту перемещения тела, численно равная отношению перемещения за малый промежуток времени к величине этого промежутка. Промежуток времени считается достаточно малым если скорость в течение этого промежутка не менялась. Определяющая формула скорости имеет вид

Единица измерения скорости – м/с. На практике – км/ч. Измеряют скорость спидометром.

Ускорение – векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости, численно равная отношению изменения скорости к промежутку времени, в течение которого это изменение произошло. Если скорость изменяется одинаково в течение всего времени движения, то ускорение можно рассчитать по формуле

Единица измерения ускорения м/с 2 .

Характеристики механического движения связаны между собой основными кинематическими уравнениями:

.

Предположим, что тело движется без ускорения (самолёт на маршруте), его скорость в течение продолжительного времени не меняется, а=0. Тогда кинематические уравнения будут иметь вид: V=const, S=Vt.

Движение, при котором скорость тела не меняется, т.е. тело за любые равные промежутки времени перемещается на одну и ту же величину, называют равномерным прямолинейным движением .

Во время старта скорость ракеты быстро возрастает, т.е. ускорение а>0, а=const.

В этом случае кинематические уравнения выглядят так:

При таком движении скорость и ускорение имеют одинаковые направления, причём скорость изменяется одинаково за любые равные промежутки времени. Этот вид движения называют равноускоренным .

При торможении автомобиля скорость уменьшается одинаково за любые равные промежутки времени, ускорение меньше нуля; т.к. скорость уменьшается, то уравнение принимает вид:

Такое движение называется равнозамедленным.

Все физические величины, характеризующие движение тела (скорость, ускорение, перемещение), а также вид траектории, могут изменяться при переходе из одной системы к другой, т.е. характер движения зависит от выбора системы отсчёта, в этом и проявляется относительность движения . Например, в воздухе происходит дозаправка самолёта топливом. В системе отсчёта, связанной с самолётом, другой самолёт находится в покое, а в системе отсчёта, связанной с Землёй, оба самолёта находятся в движении. При движении велосипедиста точка колеса в системе отсчёта, связанной с осью, имеет траекторию:

В системе отсчёта, связанной с Землёй вид траектории будет таким:

Билет 2.

Взаимодействие тел. Сила. Второй закон Ньютона.

Простые наблюдения и опыты, например с тележками, приводят к следующим качественным заключениям: а) тело, на которое другие тела не действуют сохраняет свою скорость неизменной, б) Ускорение тела возникает под действием других тел, но зависит и от самого тела; в) действие других тел друг на друга всегда носят характер взаимодействия. Эти выводы подтверждаются при наблюдении явлений в природе, технике, космическом пространстве только в инерциальных системах отсчёта.

Взаимодействия отличаются друг от друга и количественно, и качественно. Например, ясно, что чем больше деформируется пружина, тем больше взаимодействие её витков. Или чем ближе два одноимённых заряда, тем сильнее они будут притягиваться. В простейших случаях взаимодействия количественной характеристикой является сила . Сила – причина ускорения тел по отношению к инерциальной системе отсчёта или их деформации. Сила – это векторная физическая величина, являющаяся мерой ускорения, приобретаемого телами при взаимодействии. Сила характеризуется: а) модулем; б) точкой приложения; в) направлением.

Единица силы – ньютон. Один ньютон – это сила, которая телу массой 1 кг сообщает ускорение 1 м/с 2 в направлении действия этой силы, если другие тела на него не действуют. Равнодействующей нескольких сил называют силу, действие которой эквивалентно действию тех сил, которые она заменяет. Равнодействующая является векторной суммой всех сил, приложенных к телу

R=F 1 +F 2 +…+F n .

Качественно по своим свойствам взаимодействия также различны. Например, электрическое и магнитное взаимодействия связаны с наличием зарядов у частиц либо с движением заряжённых частиц. Наиболее просто рассчитать силы в электродинамике: сила Ампера – F=IlBsina, Сила Лоренца – F=qvBsina, Кулоновская сила –

и гравитационные силы: закон всемирного тяготения - Такие механические силы, как сила упругости и сила трения, возникают в результате электромагнитного взаимодействия. Для их расчёта необходимо использовать формулы: закон Гука – F упр =-kx, сила трения – F тр =-mN.

На основании опытных данных были сформулированы законы Ньютона. Второй закон Ньютона. Ускорение, с которым движется тело, прямо пропорционально равнодействующей всех сил, действующих на тело, обратно пропорционально его массе и направлено также, как и равнодействующая сила: Для решения задач закон часто записывают в виде F=ma.

Билет 3.

Импульс тела. Закон сохранения импульса. Закон сохранения энергии.

Простые наблюдения и опыты доказывают, что покой и движение относительны, скорость тела зависит от выбора системы отсчёта; по второму закону Ньютона независимо от того, находилось ли тело в покое или двигалось, изменение скорости его движения может происходить только при действии силы, т.е. в результате взаимодействия с другими телами. Однако существуют величины, которые могут сохраняться при взаимодействии тел. Это энергия и импульс . Импульсом тела называют векторную физическую величину, являющуюся количественной характеристикой поступательного движения тел. Импульс обозначается p. Единица измерения импульса – кг м/с. Импульс тела равен произведению массы тела на его скорость: p=mv. Направление вектора импульса p совпадает с направлением вектора скорости тела v. Рис.

Для импульса тел выполняется закон сохранения, который справедлив только для замкнутых физических систем. В общем случае замкнутой называют систему, которая не обменивается энергией и массой с телами и полями, не входящими в неё. В механике замкнутой называют систему, на которую не действуют внешние силы или действие этих сил скомпенсировано. В этом случае p 1 =p 2 , где p 1 – начальный импульс системы, а p 2 – конечный. В случае двух тел, входящих в систему, это выражение имеет вид m 1 v 1 +m 2 v 2 =m 1 v 1 ’+m 2 v 2 ’, где m 1 и m 2 – массы тел, v 1 и v 2 – скорости до взаимодействия, v 1 ’ и v 2 ’ – скорости после взаимодействия. Эта формула и является математическим выражением закона сохранения импульса: импульс замкнутой физической системы сохраняется при любых взаимодействиях, происходящих внутри этой системы; т.е. в замкнутой физической системе геометрическая сумма импульсов тел до взаимодействия равна геометрической сумме импульсов этих тел после взаимодействия. В случае не замкнутой системы импульс тел системы не сохраняется. Однако если в системе существует направление, по которому внешние силы не взаимодействуют или их действия скомпенсировано, то сохраняется проекция импульса на это направление. Кроме того, если время взаимодействия мало (выстрел, взрыв, удар), то за это время даже в случае не замкнутой системы внешние силы не значительно изменяют импульсы взаимодействующих тел. Поэтому для практических расчётов в этом случае тоже можно применять закон сохранения импульса.

Механическое движение : изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени. При этом тела взаимодействуют по законам механики.

Траектория движения: линия, описываемая телом при его движении относительно выбранной системы отсчёта.

Пройденный путь: длина дуги траектории, пройденной телом за некоторое время t.

Скорость движения: векторная величина, характеризующая быстроту перемещения и направления движения тела в пространстве, относительно выбранной системы отсчёта.

Ускорение движения: векторная величина, показывающая, на сколько изменяется вектор скорости тела при его движении за единицу времени.

Тангенциальное ускорение: ускорение, характеризующее быстроту изменения скорости по модулю.

Нормальное ускорение : ускорение, характеризующее быстроту изменения скорости по направлению (аналогично с центростремительным ускорением).

Связь между ними: A=At An

1 закон Ньютона: существуют инерциальные системы отсчета, в которых тело движется равномерно и прямолинейно или находится в состоянии покоя пока на него не будет воздействовать другое тело.

2 закон Ньютона: F= ma (док-во)

3 закон Ньютона: все тела взаимодействуют друг с другом с силой, равной по значенью и противоположной по направлению. (док-во)

Сила всемирного тяготения (гравитация): универсальное фундаментальное взаимодействие между всеми материальными телами.

Сила тяжести: сила P, действующая на любое тело, находящееся вблизи земной поверхности, и определяемая как геометрическая сумма силы притяжения Земли F и центробежной силы инерции Q, учитывающей эффект суточного вращения Земли.

Вес тела: сила воздействия тела на опору (или подвес или другой вид крепления), препятствующую падению, возникающая в поле сил тяжести.

Сила упругости: сила, возникающая при деформации тела и противодействующая этой деформации.

Сила Архимеда: на тело, погружённое в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной этим телом жидкости (или газа).

Сила Стокса (сила трения): процесс взаимодействия тел при их относительном движении (смещении) либо при движении тела в газообразной или жидкой среде.

При наличии относительного движения двух контактирующих тел силы трения, возникающие при их взаимодействии, можно подразделить на:

Трение скольжения - сила, возникающая при поступательном перемещении одного из контактирующих/взаимодействующих тел относительно другого и действующая на это тело в направлении, противоположном направлению скольжения.

Трение качения - момент сил, возникающий при качении одного из двух контактирующих/взаимодействующих тел относительно другого.

Трение покоя - сила, возникающая между двумя контактирующими телами и препятствующая возникновению относительного движения. Эту силу необходимо преодолеть для того, чтобы привести два контактирующих тела в движение друг относительно друга. Возникает при микроперемещениях (например, при деформации) контактирующих тел. Она действует в направлении, противоположном направлению возможного относительного движения.

В физике взаимодействия трение принято разделять на:

сухое , когда взаимодействующие твёрдые тела не разделены никакими дополнительными слоями/смазками (в том числе и твердыми смазочными материалами) - очень редко встречающийся на практике случай. Характерная отличительная черта сухого трения - наличие значительной силы трения покоя;

граничное , когда в области контакта могут содержаться слои и участки различной природы (окисные плёнки, жидкость и так далее) - наиболее распространённый случай при трении скольжения.

смешанное , когда область контакта содержит участки сухого и жидкостного трения;

жидкостное (вязкое) , при взаимодействии тел, разделённых слоем твёрдого тела, жидкости или газа различной толщины - как правило, встречается при трении качения, когда твёрдые тела погружены в жидкость, величина вязкого трения характеризуется вязкостью среды;

эластогидродинамическое , когда решающее значение имеет внутреннее трение в смазывающем материале. Возникает при увеличении относительных скоростей перемещения.

Вращательное движение: движение, при котором все точки тела движутся по окружностям разных радиусов, центры которых лежат на одной прямой, называемой осью вращения.

Угловая скорость: векторная физическая величина, характеризующая скорость вращения тела. Вектор угловой скорости по величине равен углу поворота тела в единицу времени.

Угловое ускорение: псевдовекторная величина, характеризующая быстроту изменения угловой скорости твёрдого тела.

Связь между ними: (см приложение).

Момент силы относительно оси: физическая величина, численно равная произведению радиус-вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы.

Плечо силы : кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы.

1)Момент инерции точечного тела: скалярная физическая величина, равная произведению массы этого тела на квадрат расстояния этого тела до оси вращения.

2)Момент инерции системы тел: сумма моментов инерций всех тел, входящих в эту систему (св-во аддитивности).

Импульс тела: векторная физическая величина, равная произведению массы тела на скорость.

Закон сохранения импульса: векторная сумма импульсов всех тел (или частиц) замкнутой системы есть величина постоянная.

Момент импульса тела: векторное произведение радиус-вектора, проведённого от т.О к т. Приложения импульса на импульс материальной т. М (рис. См. в приложении).

Закон сохранения момента импульса: векторная сумма всех моментов импульса относительно любой оси для замкнутой системы остается постоянной в случае равновесия системы. В соответствии с этим, момент импульса замкнутой системы относительно любой неподвижной точки не изменяется со временем.

Работа силы: физическая величина, равная произведению величины проекции вектора силы на направление движения и величины совершённого перемещения.

Консервативные силы: силы, работа которых не зависит от траектории движения тела, а зависит только от начального и конечного положения точки.

Неконсервативные силы: (обр. от консервативных сил).

Потенциальная энергия: энергия взаимного расположения тел, или энергия взаимодействия. (формулы см в приложении).

Кинетическая энергия вращательного движения : энергия тела, связанная с его вращением.

Механическая энергия: энергия, связанная с движением объекта или его положением, способность совершать механическую работу

Закон сохранения механической энергии: для изолированной физической системы может быть введена скалярная физическая величина, являющаяся функцией параметров системы и называемая энергией, которая сохраняется с течением времени.

Связь работы неконсервативных сил с изм. Механ. Энергии : (см. в. Приложении).

2. Электричество и магнетизм

2.1 Заряды взаимодействуют между собой – одноименные отталкиваются, а разноименные притягиваются.

Точечный электрический заряд – это заряженное тело нулевых размеров. Точечным зарядом можно считать заряженное тело, размеры которого много меньше расстояния до других заряженных тел. Заряды создают в окружающем их пространстве электрические поля, посредством которых заряды взаимодействуют друг с другом.

З-н Кулона : 2 точечных заряда в вакууме взаимодействуют с силами, величина которых прямо пропорциональна величинам этих зарядов, и обратно пропорцион квадрату расстояния между ними.

Напряженностью называется векторная физ величина, численно равная отношению силы, действующей на заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда.

Закон Кулона: . Напряженность поля: .

Тогда напряженность поля точечного заряда :

Принцип суперпозиции. Напряжённость поля, создаваемого системой неподвижных точечных зарядов q 1 , q 2 , q 3 ,…, q n , равна векторной сумме напряжённостей электрических полей, создаваемых каждым из этих зарядов в отдельности:

где r i – расстояние между зарядом q i и рассматриваемой точкой поля.

Потенциал электростатического поля – это скалярная энергетическая характеристика электростатич поля.

Потенциал поля точечного заряда Q в однородной изотропной среде с диэлектрической проницаемостью e:

Принцип суперпозиции. Потенциал есть скалярная функция, для неё справедлив принцип суперпозиции. Так для потенциала поля системы точечных зарядов Q 1, Q 2 ¼, Q n имеем

Работа электрического поля.

Разность потенциалов(U ).

Разность потенциалов двух точек поля φ1 - φ2 называется н а п р я ж е н и е м, измеряется в вольтах и обозначается буквой U.

Связь разности потенциалов с напряженностью : A=Eq*dr, A=Uq, U=A/q=E*dr

2.2 Электрический конденсатор – это система из 2ух или более электродов (обкладок), разделенных диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок. Это устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. (C)=(Ф)=(Кл/В)

Электроемкость плоского конденсатора.

Согласно принципу суперпозиции: ,

Поверхностная плотность σ заряда пластин равна q / S , где q – заряд, а S – площадь каждой пластины.

Электроемкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади пластин (обкладок) и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Если пространство между обкладками заполнено диэлектриком, электроемкость конденсатора увеличивается в ε раз:

Энергия электрического поля.

2.3 Электрический ток – это упорядоченное движение свободных электрически заряженных частиц (например, под воздействием электрического поля).

Сила тока – физ величина, равная отношению кол-ва заряда, прошедшего за некоторое время через поперечное сечение проводника, к величине этого промежутка времени. I=dq/dt (A=Кл/с)

Плотность тока – вектор, модуль которого равен отношению силы тока, протекающего через некоторую площадку, перпендикулярно направлению тока, к величине этой площадки.

Электродвижущая сила (ЭДС) - скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока.

, где - элемент длины контура. E=A/q, где А-работа сторонних сил

Напряжение – отношение работы электрического поля при переносе заряа из одной точки в другую к величине этого заряда.

Электрическое сопротивление – физ величина, характеризующая св-ва проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающей по нему.

где ρ - удельное сопротивление вещества проводника, l - длина проводника, а S - площадь сечения.

При протекании тока по металлическому проводнику не происходит переноса в-ва, ионы металла не принимают участия в переносе электрического заряда.

З-н Ома – физ закон, определяющий связь между напряжением, силой тока и сопротивлением проводника в электриче.

Закон Ома для полной цепи:

Для участка цепи:

Сопротивление зависит как от материала, по которому течёт ток, так и от геометрических размеров проводника.

Полезно переписать закон Ома в дифференциальной форме , в которой зависимость от геометрических размеров исчезает, и тогда закон Ома описывает исключительно электропроводящие свойства материала. Для изотропных материалов имеем:

Работа электрического тока:

ΔA = (φ 1 – φ 2) Δq = Δφ 12 I Δt = U I Δt, RI = U, R I 2 Δ t = U I Δ t = Δ A

Работа ΔA электрического тока I , протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R , преобразуется в тепло ΔQ , выделяющееся на проводнике.

ΔQ = ΔA = R I 2 Δt .

З-н Джоуля-Ленца определяет кол-во тепла, выделяющегося в проводнике при прохождении через него электрического тока. Так как в их опытах единственным результатом работы было нагревание металлического проводника, то следовательно по закону сохранения энергии вся работу превращается в тепло.

2.4 Магнитное взаимодействие – это взаимодействие движущихся зарядов.

Магнитное поле создается: движущимися электрическими зарядами, проводниками с током, постоянными магнитами.

1)Индукция магнитного поля(В) – векторная величина, которая является характеристикой магнитного поля. Определяет с какой силой магнитное поле действует на заряд, движущийся со скоростью. (В)=(Тл)

B=Fлmax/q*V – если заряд попадает в поле перпендикулярно линиям м. индукции

2)В – это физ величин, равная max силе Ампера, действующей на единичный элемент проводника с током. B=dFamax/I*dl

Для определения направления вектора В используют правило правой руки (винта, буравчика).

Для магнитного поля справедлив принцип суперпозиции.

Вектор В является касательным к силовым линиям м. поля.

Если В в каждой точке поля остается постоянным как по величине, так и по направлению, то такое м. поле называется однородным. Такое поле можно создать с помощью бесконечно длиной катушки с током (соленоид).

Напряженность магнитного поля необходима для определения магнитной индукции поля, создаваемого токами различной конфигурации в различных средах. Напряженность магнитного поля характеризует магнитное поле в вакууме.

Напряженность магнитного поля (формула) векторная физическая величина, равная:

μ 0 – магнитная постоян, μ – м. проницаемость среды

Напряженность магнитного поля в СИ - ампер на метр (А/м).

Векторы индукции (В) и напряженности магнитного поля (Н) совпадают по направлению.

Напряженность магнитного поля зависит только от силы тока, протекающего по проводнику, и его геометрии.

Закон Ампера - закон взаимодействия электрических токов. Из закона Ампера следует, что параллельные проводники с электрическими токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположных - отталкиваются.

На проводник с электрическим током, помещенный в магнитное поле действует сила Ампера.

Где - угол между векторами магнитной индукции и тока.

Сила максимальна когда элемент проводника с током расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции ():

Направление определяется по правилу левой руки.

Закон Био - Савара - Лапласа и его применение к расчету магнитного поля

Магнитное поле постоянных токов различной формы изучалось французскими учеными Ж. Био (1774-1862) и Ф. Саваром (1791-1841). Результаты этих опытов были обобщены выдающимся французским математиком и физиком П. Лапласом.

Закон Био - Савара - Лапласа для проводника с током I, элемент dl которого создает в некоторой точке А (рис. 164) индукцию поля dB, записывается в виде

(110.1)

где dl - вектор, по модулю равный длине dl элемента проводника и совпадающий по направлению с током, r-радиус-вектор, проведанный из элемента dl проводника в точку А поля, r - модуль радиуса-вектора r. Направление dB перпендикулярно dl и r, т. е. перпендикулярно плоскости, в которой они лежат, и совпадает с касательной к линии магнитной индукции. Это направление может быть найдено по правилу нахождения линий магнитной индукции (правилу правого винта): направление вращения головки винта дает направление dB, если поступательное движение винта соответствует направлению тока в элементе.

Модуль вектора dB определяется выражением

(110.2)

где a - угол между векторами dl и r.

Для магнитного поля, как и для электрического, справедлив принцип суперпозиции: магнитная индукция результирующего поля, создаваемого несколькими токами или движущимися зарядами, равна векторной сумме магнитных индукций складываемых полей, создаваемых каждым током или движущимся зарядом в отдельности: Напряженность и потенциал поля диполя. Решение задач по физике

Расчет характеристик магнитного поля (В и Н) по приведенным формулам в общем случае сложен. Однако если распределение тока имеет определенную симметрию, то применение закона Био - Савара - Лапласа совместно с принципом суперпозиции позволяет просто рассчитать конкретные поля. Рассмотрим два примера.

1. Магнитное поле прямого тока - тока, текущего по тонкому прямому проводу бесконечной длины (рис. 165). В произвольной точке А, удаленной от оси проводника на расстояние R, векторы dB от всех элементов тока имеют одинаковое направление, перпендикулярное плоскости чертежа («к вам»). Поэтому сложение векторов dB можно заменить сложением их модулей. В качестве постоянной интегрирования выберем угол a (угол между векторами dl и r), выразив через него все остальные величины. Из рис. 165 следует, что

(радиус дуги CD вследствие малости dl равен r, и угол FDC по этой же причине можно считать прямым). Подставив эти выражения в (110.2), получим, что магнитная индукция, создаваемая одним элементом проводника, равна

(110.4)

Так как угол a для всех элементов прямого тока изменяется в пределах от 0 до p, то, согласно (110.3) и (110.4),

Следовательно, магнитная индукция поля прямого тока

2. Магнитное поле в центре кругового проводника с током (рис. 166). Как следует из рисунка, все элементы кругового проводника с током создают в центре магнитные поля одинакового направления - вдоль нормали от витка. Поэтому сложение векторов dB можно заменить сложением их модулей. Так как все элементы проводника перпендикулярны радиусу-вектору (sina =1) и расстояние всех элементов проводника до центра кругового тока одинаково и равно R, то, согласно (110.2),

Следовательно, магнитная индукция поля в центре кругового проводника с током

Магнитное поле действует только на движущиеся электрические заряды и на частицы и тела, обладающие магнитным моментом.

На электрически заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле со скоростью v , действует сила Лоренца , которая направлена всегда перпендикулярно направлению движения. Величина этой силы зависит от направления движения частицы по отношению к вектору магнитной индукции и определяется выражением

Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях.

На заряженную частицу со стороны электрического поля действует постоянная сила F=qE , которая сообщает частице постоянное ускорение .

При движении заряженной частицы в однородном постоянном магнитном поле на нее действует сила Лоренца . Если начальная скорость частицы перпендикулярна вектору магнитной индукции поля, то заряженная частица движется по окружности.

Механическим движением тела называется изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени. При рассмотрении вопросов, связанных с движением тел, можно не принимать во внимание размеры тела. Тело, размерами которого в данных условиях можно пренебречь, называют материальной точкой. Положение тела (точки) в пространстве можно определить относительно какого-либо другого тела, выбранного за тело отсчета A. Тело отсчета, связанная с ним система координат и часы составляют систему отсчета. Характеристики механического движения тела: траектория (линия, вдоль которой дви­­жется тело), перемещение (направленный отрезок прямой, соединяющий начальное положение тела M 1 с его последующим положением M 2), скорость (отношение перемещения ко времени движения - для равномерного движения). Характеристики механического движения относительны, т. е. они могут быть различными в раз­ных системах отсчета. Например, за движением лодки следят два наблюдателя: один на берегу в точке O, другой - на плоту в точке O 1 (см. рис.). Проведем мысленно через точку О систему координат XOY - это неподвижная система отсчета. Другую систему X"O"Y" свяжем с плотом - это подвижная система координат. Отно­сительно системы X"O"Y" (плота) лодка за время t со­вершает перемещение и будет двигаться со скоростью Относительно системы XOY (берег) лодка за это же время совершит перемещение , , где - перемещение плота от­носительно берега. Скорость лодки относительно берега или. Скорость тела относительно неподвижной системы координат равна геометрической сумме скорости тела относи­тельно подвижной системы и скорости этой системы относительно неподвижной.

2. Виды механического движения - прямолинейное равномерное, прямолинейное равноускоренное, равномерное движение по окружности

В зависимости от формы траектории движение может быть прямолинейным и криволинейным. Движение называется прямолинейным и рав­номерным, если за любые сколь угодно малые равные промежутки времени тело совершает одинаковые перемещения. Запишем математическое выражение этого определения. Это значит, что перемещение определяют по формуле , а координату - по формуле . Движение тела, при котором его скорость за любые равные промежутки времени изменяется одинаково, называется равноускоренным движением. Для характеристики этого движения нужно знать скорость тела в данный момент времени или в данной точке траектории, т. е. мгновенную скорость, а также ускорение. Мгновенная скорость - это отношение достаточно малого перемещения на участке траектории, примыкающей к этой точке, к малому промежутку времени, в течение которого это перемещение совер­шается. Ускорение - величина, равная отношению изменения скорости к промежутку времени, в течение которого это изменение произошло. Иначе, ускорение - это быстрота изменения скорости: . Отсюда формула мгновенной скорости: . Перемещение при этом движе­нии определяют по формуле: . При равномерном движении по окружности углы поворота радиуса за любые равные промежутки времени будут одинаковы. Поэтому угловая скорость, она измеряется в рад/с. При этом движении модуль скорости постоянный, он направ­лен по касательной к траектории и постоянно меняет направление (см. рис.), поэтому возникает центростре­мительное ускорение.

3. Законы Ньютона. Примеры проявления законов Ньютона в природе и использование этих законов в технике

Первый закон Ньютона. Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела (или действия других тел компенсиру­ются). Этот закон часто называется законом инерции, поскольку движение с постоянной скоростью при компенсации внешних воздействий на тело называется инерцией. Второй закон Ньютона. Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сооб­щаемое этой силой ускорение . - ускорение прямо пропорционально действующей (или равнодействующей) силе и обратно пропорцио­нально массе тела. Третий закон Ньютона. Из опытов по взаимодействию тел следует, из второго закона Ньютона и, поэтому . Силы взаимодействия между телами: направлены по одной прямой, равны по величине, противоположны по направлению, приложены к разным телам (по­этому не могут уравновешивать друг друга), всегда действуют парами и имеют одну и ту же природу. Законы Ньютона выполняются одновременно, они позволяют объяснить закономерности движения планет, их естественных и искусственных спутников. Иначе, позволяют предвидеть траектории движения планет, рассчитывать траектории космических ко­раблей и их координаты в любые заданные моменты времени. В земных условиях они позволяют объяс­нить течение воды, движение многочисленных и раз­нообразных транспортных средств (движение автомо­билей, кораблей, самолетов, ракет). Для всех этих движений, тел и сил справедливы законы Ньютона.

4. Взаимодействие тел: силы тяжести, упругости, трения. Примеры проявления этих сил в природе и технике

Опыты с различными телами показывают, что при взаимодействии двух тел оба тела получают ускорения, направленные в противоположные стороны. При этом отношение абсолютных значений уско­рений взаимодействующих тел равно обратному отношению их масс. Обычно вычисляют ускорение одного тела (того, движение которого изучается). Влияние же другого тела, вызывающего ускорение, коротко называется силой. В механике рассматриваются сила тяжести, сила упругости и сила трения. Сила тяжести - это сила, с которой Земля притягивает к себе все тела, находящиеся вблизи ее поверхности (). Сила тяжести приложена к самому телу и направлена вертикально вниз (рис. 1а). Сила упругости возникает при деформации тела (рис. 1б), она направлена перпендикулярно по­верхности соприкосновения взаимодействующих тел. Сила упругости пропорциональна удлинению: .Знак «-» показывает, что сила упругости на­правлена в сторону, противоположную удлинению, k - жесткость (пружины) зависит от ее геометриче­ских размеров и материала. Сила, возникающая в месте соприкосновения тел и препятствующая их относительному перемеще­нию, называется силой трения. Если тело скользит по какой-либо поверхности, то его движению препят­ствует сила трения скольжения, где N - сила реакции опоры (рис. 2), m - коэффициент тре­ния скольжения. Сила трения скольжения всегда направлена против движения тела. Сила тяжести и сила упругости - это силы, зависящие от координат взаимодействующих тел от­носительно друг друга. Сила трения зависит от скорости тела, но не зависит от координат. Как в природе, так и в технике эти силы про­являются одновременно или парами. Например, сила трения увеличивается при увеличении силы тяжести. В быту часто полезное трение усиливают, а вредное - ослабляют (применяют смазку, заменяют трение скольжения трением качения).

5. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Примеры проявления закона сохранения импульса в природе и использования этого закона в технике

Импульс тела - это произведение массы тела на его скорость (). Импульс тела - величина векторная. Предположим, что взаимодействуют друг с другом два тела (тележки) (см. рис.) с массами m 1 и m 2 , движущиеся относительно выбранной системы отсчета со скоростями и . На тела при их вза­имодействии действовали соответственно силы и , и после взаимодействия они стали двигаться со скоростями и . Тогда, t - время взаимодействия. Со­гласно третьему закону Ньютона, следова­тельно, или . В левой части равенства - сумма импульсов обоих тел (тележек) до взаимодействия, в правой - сумма им­пульсов тех же тел после взаимодействия. Импульс каждой тележки изменился, сумма же осталась не­изменной. Это справедливо для замкнутых систем, к которым относят группы тел, которые не взаимодей­ствуют с другими телами, не входящими в эту груп­пу. Отсюда вывод, т. е. закон сохранения импульса: Геометрическая сумма импульсов т л, со­ставляющих замкнутую систему, остается посто янной при любых взаимодействиях тел этой си­стемы между собой. Примером проявления закона сохранения им­пульса является реактивное движение. Оно наблю­дается в природе (движение осьминога) и очень ши­роко в технике (водометный катер, огнестрельное оружие, движение ракет и маневрирование космиче­ских кораблей).

6. Механическая работа и мощность. Простые механизмы. КПД простых механизмов

Физическая величина, равная произведению модуля силы на модуль перемещения и косинус угла между ними, называется механической работой (см. рис.). . Работа - величина скалярная. Измеряется работа в джоулях (Дж). 1 Дж - это ра­бота, совершаемая силой в 1 Н на перемещение 1 м. В зависимости от направлений векторов силы и перемещения механическая работа может быть по­ложительной, отрицательной или равной нулю. На­пример, если векторы и совпадают, то cos0 0 = 1 и A > 0. Если векторы и направлены в противо­положные стороны, то cos180 0 = -1 и A < 0. Если же и перпендикулярны, то cos90 0 = 0 и A = 0. Мощность машины или механизма - это от­ношение совершенной работы ко времени, в течение которого она совершена. . Измеряется мощность в ваттах (Вт), 1 Вт = 1 Дж/с. Простые механизмы: наклонная плоскость, рычаг, блок. Их действие подчиняется «золотому правилу механики»: во сколько раз выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в перемещении. На практике совершаемая с помощью меха­низма полная работа всегда несколько больше полез­ной. Часть работы совершается против силы трения в механизме и перемещения его отдельных частей. На­пример, применяя подвижный блок, приходится до­полнительно совершать работу по поднятию самого блока, веревки и по прео­до­лению силы трения в оси блока. Поэтому для любого механизма полезная ра­бота (A П) всегда меньше, чем полная, затраченная (A З). По этой причине КПД = A П /A З 100% любого механизма не может быть больше или хотя бы равен 100%.

7. Механические колебания (на примере математического или пружинного маятников). Характеристики колебательных движений: амплитуда, период, частота. Соотношение между периодом и частотой. График колебания

Механическими колебаниями называют движения тел, которые точно (или приблизительно) повторяются через равные промежутки времени. При­мерами механических колебаний являются колебания математического или пружинного маятников (рис. 1). Свободные (собственные) колебания совершаются под действием внутренних сил колебательной системы, а вынужденные - под действием сил, не входящих в колебательную систему. Колебательные движения происходят, если: 1) сила, действующая на тело в любой точке траектории, направлена к положению равновесия, а в самой точке равновесия равна нулю; 2) сила пропорцио­нальна отклонению тела от положения равновесия. Для пружинного маятника такой силой является сила упругости (F УПР = -k x), для математического - равнодействующая сил тяжести маятника и упругости нити подвеса (F = - m g x / l ). Координата колеблющегося тела изменяется со временем по закону синуса и графически представлена в виде синусоиды (рис. 2). Амплитуда (A) - наибольшее расстояние, на которое удаляется тело от положения равновесия. Период (Т) - время одного полного колебания. Частота - число колебаний за 1 секунду (). Период колебания определяют: для пружинного маятника Т = 2п^т/Н", для математического маятника.

8. Механические волны. Длина волны, скорость распространения волны и соотношения между ними. Звуковые волны. Эхо

Механические волны - это распространяющиеся в упругой среде возмущения (отклонения частиц среды от положения равновесия). Если колеба­ния частиц и распространение волны происходят в одном направлении, волну называют продольной, а если эти движения происходят в перпендикулярных направлениях, - поперечной. Продольные волны, сопровождаемые деформа­циями растяжения и сжатия, могут распространять­ся в любых упругих средах: газах, жидкостях и твердых телах. Поперечные волны распространяются в тех средах, где появляются силы упругости при деформации сдвига, т. е. в твердых телах. При распространении волны происходит перенос энергии без переноса вещества. Скорость, с которой распространяется возмущение в упругой среде, называют скоростью волны. Она определяется упругими свойствами среды. Расстояние, на которое распространяется волна за время, равное периоду колебаний в ней (T), называется длиной волны l (ламбда). или. Звуковые волны - это продольные волны, в которых колебания частиц происходят вдоль ее рас­пространения. Скорость звука в различных средах разная, в твердых телах и жидкостях она зна­чительно больше, чем в воздухе. На границе сред с упругими свойствами звуковая волна отражается. С явлением отражения звука связано эхо. Это явление состоит в том, что звук от источника доходит до какого-то препятствия, отражается от него и возвра­щается к месту, где он возник, через промежуток времени не менее 1/15 с. Через такой интервал времени человеческое ухо способно воспринимать раздельно следующие один за другим звуки.

9. Потенциальная и кинетическая энергия. Примеры перехода энергии из одного вида в другой. Закон сохранения энергии

Энергия - характеристика состояния тела. Кинетическая энергия - энергия движуще­гося тела. Если на тело массой m действует постоян­ная сила P, совпадающая с направлением движения, то работа . Но, тогда. Работа - мера изменения энергии. Кинетическая энергия. Работа дей­ствующих сил, приложенных к телу, равна изменению кинетической энергии. При, - кинетическая энергия равна работе, которую должна совершить сила, действующая на тело, чтобы сообщить данную скорость. Потенциальная энергия - энергия взаимодействия. Работа - потенциальная энергия тела, поднятого на высоту h над нулевым уровнем (например, над уровнем Земли). Знак «-» означает, что, когда работа силы тяжести положи­тельна, потенциальная энергия тела уменьшается. Потенциальная энергия не зависит от скорости, а за­висит от координаты тела (от высоты). Потенциаль­ная энергия деформированной пружины . Сумму кинетической и потенциальной энергий тела называют его полной механической энергией. Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения или упругости, остается неизменной при любых движениях тел системы. Это утверждение является законом сохранения энергии в механических процессах. На примере свободно падающего тела можно пока­зать, что при его движении потенциальная энергия переходит в кинетическую. При этом потенциальная энергия уменьшается ровно на столько, на сколько увеличивается кинетическая энергия: или, т. е. пол­ная механическая энергия во все время падения остается неизменной, хотя потенциальная энергия превращается в кинетическую.

10. Представления о дискретном состоянии вещества. Газообразное, жидкое и твердое состояния вещества. Опытное обоснование характера движения и взаимодействия частиц, из которых состоят вещества в различных агрегатных состояниях

Все вещества, независимо от их агрегатного состояния, состоят из огромного числа частиц (молекул и атомов), эти частицы непрерывно и хаотически движутся, а также взаимодействуют между собой. Эти положения имеют опытное подтверждение. Опытным обоснованием дискретности строения вещества является растворение краски в воде, приготовление чая и многие технологические процессы. Непрерывность, хаотичность движения частиц вещества подтверждается существованием ряда явлений: диффузии - самопроизвольного перемешивания разных веществ вследствие проникновения частиц одного вещества между частицами другого; броуновского движения - беспорядочного движения взвешенных в жидкостях мелких частиц под действием ударов молекул жидкости. О том, что частицы вещества взаимодействуют между собой, говорят опытные факты: притяжение (слипание, смачивание, усилие при растяжении), отталкивание (упругость, несжимаемость твердых и жидких тел). Силы взаимодействия частиц вещества проявляются только на расстояниях, сравнимых с размерами самих частиц. Агрегатное состояние вещества зависит от характера движения и взаимодействия. Газообразное состояние (газы легко сжимаются, занимают весь объем, имеют малую плотность) характеризуются большими расстояниями и слабым взаимодействием частиц вещества; жидкое состояние (жидкости практически не сжимаются, принимают форму сосуда) характеризуется плотной упаковкой и ближним порядком в упаковке частиц; твердое состояние (несжимаемы, кристаллическое строение) характеризуется плотной упаковкой и дальним порядком в упаковке частиц.

11. Передача давления газами, жидкостями и твердыми телами. Закон Паскаля и его применение в гидравлических машинах

Твердые тела передают производимое на них давление в сторону действия силы. Для определения давления (p) необходимо силу (F), действующую пер­пендикулярно поверхности, разделить на площадь поверхности ()- Давление измеряют в паскалях: 1 Па = 1 Н/м 2 . Давление, производимое на жидкость и газ, передается не только в направлении действия силы, а в каждую точку жидкости или газа. Это объясняется подвижностью частиц газа и жидкости. Закон Паскаля. Давление, производимое на жидкость или газ, передается без изменения в каж­дую точку жидкости или газа. Подтверждением за­кона являются опыты с шаром Паскаля и работа гидравлических машин. Остановимся на работе этой машины (см. рис.). F 1 и F 2 - силы, действующие на поршни, S 1 и S 2 - площади поршней. Давление под малым порш­нем. Под большим поршнем. По закону Паскаля p 1 =p 2 , т. е. давление во всех точках покоящейся жидкости одинаково, или, откуда. Машина дает выигрыш в силе во столько раз, во сколько раз пло­щадь большого поршня больше площади малого. Это наблюдается в работе гидравлического пресса, используемого для изготовления стальных валов машин, железнодорожных колес или выжима­ния масла на маслобойных заводах, а также в гид­равлических домкратах.

12. Атмосферное давление. Приборы для измерения атмосферного давления. Воздушная оболочка Земли и ее роль в жизнедеятельности человека

Атмосфера - воздушная оболочка вокруг Земли, простирающаяся на высоту нескольких тысяч километров. Вследствие действия силы тяжести воз­душ­ный слой, прилегающий к Земле, сжат больше всего и передает производимое на него давление по всем направлениям. В результате этого земная по­верхность и тела, находящиеся на ней, испытывают атмосферное давление. Впервые измерил атмосферное давление итальянский физик Торричелли с помощью стеклянной трубки, запаянной с одного конца и заполненной ртутью (см. рис.). Давление в трубке на уровне аа создается си­лой тя­жес­ти столба ртути высотой h = 760 мм, в тоже время на поверхность ртути в чашке действует атмосферное давление. Эти давления уравновеши­вают друг друга. Так как в верхней части трубки после опускания ртутного столба осталось безвоз­душное пространство, то, измерив высоту столба мож­но определить численное значение атмосферного дав­ления по формуле: р = = 9,8 Н/кг × 13 600 кг/м 3 × 0,76 м = 101 300 Па = 1013 ГПа.Приборами для измерения атмосферного давления являются ртутный барометр и барометранероид. Принцип действия последнего основан на сжатии пустотелой гофрированной металлической коробочки и передачи ее деформации через систему рычагов на стрелку-указатель. Барометр-анероид имеет две шкалы: внутренняя проградуирована в мм рт. ст. (1 мм рт. ст. = 133,3 Па), внешняя - в килопаскалях. Знание атмосферного давления весьма важно для предсказания погоды на ближайшие дни. Тропосфера (нижний слой атмосферы) представляет собой благодаря диффузии однородную смесь азота, кислорода, углекислого газа и паров воды. Эта смесь газов и поддерживает нормальную жизнедеятельность всего живого на Земле. Вредные выбросы в атмосферу загрязняют окружающую сре­ду. Например, авария на Чернобыльской АЭС, ава­рии на атомных подводных лодках, выбросы в атмо­сферу промышленных предприятий и т. п.

13. Действие жидкостей и газов на погруженное в них тело. Архимедова сила, причины ее возникновения. Условия плавания тел

Если на крючок динамометра подвесить тело и отметить его показания, а затем тело опустить в воду и снова отметить показания, то увидим уменьшение показаний динамометра (cм. рис., а, б). Значит, на тело, погруженное в жидкость, действует выталки­вающая сила, равная разности показаний динамо­метра и направленная вертикально вверх. Значение этой силы установил Архимед. Закон Архимеда. На тело, погруженное в жид­кость (газ), действует направленная вертикально вверх выталкивающая сила, равная по величине весу жидкости (газа), взятой в объеме погруженного в нее тела (или погруженной части тела): , где g - ускорение свободного падения, р Ж - плотность жидкости, V T - объем тела, погруженного в жидкость. Возникновение архимедовой силы объясняется тем, что с увеличением глубины растет давление жидкости (газа) (). Поэтому силы давления, действующие на нижние элементы поверхности тела, превосходят аналогичные силы, действующие на верхние элементы поверхности. На плавающие тела действуют силы: F A и F ТЯЖ 1. Если F A < F ТЯЖ (так как , , то) значит, тело тонет . 2. Если F A = F ТЯЖ (= ,) , то тело находится в равновесии на любой глубине. 3. Если F A > F ТЯЖ ( > ,) . то тело всплывает до тех пор, пока силы не уравно­весятся. Приведенные выше соотношения применимы для плавающих судов и воздухоплавания.

14. Внутренняя энергия тел и способы ее изменения. Виды теплопередачи, их учет и использование в быту

При падении тел на Землю потенциальная энер­гия (Е П ) превращается в кинетическую (Е К = v 2 /2). При ударе тел о Землю механическая энергия пре­вращается во внутреннюю.Внутренняя энергия - это энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело.Внутренняя энергия зависит от температуры тела, его агрегатного состояния, от химических, атомных и ядерных реакций. Она не зависит ни от механического движения тела, ни от положения это­го тела относительно других тел.Внутреннюю энергию можно изменить путем совершения работы и теплопередачи. Если над телом совершается работа, то внутренняя энергия тела уве­личивается, если же это тело совершает работу, то его внутренняя энергия уменьшается.Виды теплопередачи: теплопроводность, кон­векция и излучение. Теплопроводность - это перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым за счет теплового движения и взаимодействия частиц.Хорошую теплопроводность имеют металлы, у жидкостей теплопроводность невелика, и малую теп­лопроводность имеют газы. Степень теплопровод­ности тел учитывается при конструировании машин, в строительном деле, холодильных установках.Конвекция - это процесс теплопередачи пу­тем переноса энергии потоками жидкости или газа. Явление конвекции проявляется при отоплении и охлаждении жилых помещений, при образовании тя­ги в печных и заводских трубах, а также ветров в атмосфере.Излучение - это процесс переноса энергии от одного тела к другому с помощью тепловых (инфра­красных), видимых и других лучей. При одной и той же температуре тела с темной поверхностью сильнее излучают (поглощают) энергию, чем со светлой. Это явление учитывается человеком в быту (цвет одежды от времени сезона), в технике (окраска холодильни­ков, самолетов, космических кораблей), в земледелии (парники и теплицы).

15. Плавление кристаллических тел и объяснение этого процесса на основе представлений о строении вещества. Удельная теплота плавления

Переход вещества из твердого состояния в жидкое называется плавлением. Обратный процесс называется отвердеванием. Температура, при кото­рой вещество плавится (отвердевает), называется температурой плавления (отвердевания) вещества. Температура плавления и отвердевания для данного вещества при одинаковых условиях одинакова.При плавлении (отвердевании) температура ве­щества не меняется. Однако это не значит, что в процессе плавления к телу не надо подводить энер­гию. Опыт показывает, что если подача энергии пу­тем теплообмена прекращается, то прекращается и процесс плавления.При плавлении подводимая к телу теплота идет на уменьшение связей между частицами ве­щества, т. е. на разрушение кристаллической решет­ки. При этом возрастает энергия взаимодействия между частицами. Небольшая же часть теплоты при плавлении расходуется на совершение работы по из­менению объема тела, так как у большинства ве­ществ при плавлении объем возрастает.В процессе плавления к телу подводится неко­торое количество теплоты, которая называется теп­лотой плавления: . Теплота плавления про­порциональна массе расплавившегося вещества. Ве­личина (ламбда) называется удельной теплотойплавления вещества, она равна: . Удельная теплота плавления показывает, какое количество теплоты необходимо, чтобы расплавить единицу массы данного вещества при темпера­туре плавления. Она измеряется в Дж/кг, кДж/кг.Количество теплоты, выделяющееся при от­вердевании (кристаллизации) тела массой т, также определяется по указанной выше формуле:

16. Испарение и конденсация. Объяснение этих процессов на основе представлений о строении вещества. Кипение. Удельная теплота парообразования

Испарение - это парообразование, происхо­дящее с поверхности жидкости. Разные молекулы жидкости при одной и той же температуре движутся с разными скоростями. Если достаточно «быстрая» молекула окажется у поверхности жидкости, то она может преодолеть притяжение соседних молекул и вылететь из жидкости. Вылетевшие с поверхности жидкости молекулы образуют пар. Одновременно с испарением происходит перенос молекул из пара в жидкость. Явление превращения пара в жидкость называется конденсацией.Если нет притока энергии к жидкости извне, то испаряющаяся жидкость охлаждается. Конденса­ция пара сопровождается выделением энергии.Скорость испарения жидкости зависит от рода жидкости и от ее температуры, от площади ее по­верхности, от движения воздушных масс (ветра) над поверхностью жидкости. Кипение - это испарение изнутри и с поверхности жидкости. При нагревании жидкости пузырь­ки воздуха (он растворен в ней) внутри нее постепен­но растут. Архимедова сила, действующая на пузырьки, увеличивается, они всплывают и лопаются.Эти пузырьки содержат не только воздух, но и водяной пар, так как жидкость испаряется внутрь этих пузырьков.Температура кипения - это температура, при которой жидкость кипит. В процессе кипения при t o = сопst к жидкости следует подводить энергию пу­тем теплообмена, т. е. подводить теплоту парообразо­вания (Q П ) : Q П = r ×т. Теплота парообразования пропорциональна массе вещества, превратившегося в пар.Величина - удельная теплота парообразования. Она показывает, какое количество теп­лоты необходимо для превращения 1 кг жидкости в пар при постоянной температуре. Она измеряется в Дж/кг, кДж/кг.Наибольшая часть теплоты парообразования расходуется на разрыв связей между частицами, не­которая ее часть идет на работу, совершаемую при расширении пара.С ростом давления температура кипения жидкости повышается, а удельная теплота парообразо­вания уменьшается.

17. Принцип действия тепловой машины. Коэффициент полезного действия тепловых машин. Примеры тепловых двигателей. Влияние тепловых машин на окружающую среду и способы уменьшения их вредного воздействия

Большая часть двигателей на Земле - это тепловые двигатели. Устройства, превращающие энергию топлива в механическую энергию, назы­ваются тепловыми двигателями. Любой тепловойдвигатель (паровые и газовые турбины, двигатели внутреннего сгорания) состоит из трех основных эле­ментов: рабочего тела (это газ), которое совершает работу в двигателе; нагревателя , от которого рабочее тело получает энергию, часть которой затем идет на совершение работы; холодильника , которым является атмосфера или специальные устройства (см. рис.).Ни один тепловой двигатель не может работать при одинаковой температуре его рабочего тела и окружающей среды. Обязательно температура нагре­вателя больше температуры холодильника. При со­вершении работы тепловыми двигателями происхо­дит передача теплоты от более горячих тел к более холодным. Рабочее тело двигателя получает количе­ство теплоты Q Н от нагревателя, совершает работу A" и передает холодильнику количество теплоты Q Х . В соответствии с законом сохранения энергии А" < Q Н - Q Х . В случае равенства речь идет об иде­альном двигателе, в котором нет потерь энергии.Отношение работы к энергии, которое получи­ло рабочее тело от нагревателя, называют коэффици­ентом полезного действия (КПД) h = = = ; h < 1, так как Q Х ¹0.Паровая или газовая турбина, двигатель внут­реннего сгорания, реактивный двигатель работают на базе ископаемого топлива. В процессе работы много­численных тепловых машин возникают тепловые по­тери, которые в конечном счете приводят к повыше­нию внутренней энергии атмосферы, т. е. к повыше­нию ее температуры. Это может привести к таянию ледников и катастрофическому повышению уровня Мирового океана, а вместе с тем к глобальному из­менению природных условий. При работе тепловых установок и двигателей в атмосферу выбрасываются вредные для человека, животных и растений оксиды азота, углерода и серы. С вредными последствиями работы тепловых машин можно бороться путем по­вышения КПД, их регулировки и создания новых двигателей, не выбрасывающих вредные вещества с отработанными газами.

18. Электризация тел. Два рода электрических зарядов. Электрический ток в металлах и условия его существования. Виды источников тока

Электризация тел при трении (соприкосновении) объясняется переходом части электронов с одного тела на другое. При этом первое тело заряжается положительно, а второе - отрицательно. Суммарный же заряд двух тел не изменяется, что является проявлением закона сохранения электри­ческого заряда. Одноименно заряженные тела (или частицы) отталкиваются друг от друга, а разноименно заряженные - притягиваются. Каждый из взаимодействующих зарядов создает в окружающем пространстве электрическое поле, которое изображают с помощью силовых линий (см. рис.). Это поле материально, непрерывно в пространстве, способно действо­вать на другие электрические заряды. Металл в твердом состоянии имеет кристаллическое строение. В узлах кристаллической решетки металла расположены положительные ионы, а в пространстве между ними движутся свободные электроны. В обычных условиях в соответствии с законом сохранения заряда металл электрически нейтрален. Если в металле создать электрическое поле, то свободные электроны под действием электрических сил (притяжения и отталкивания) начнут двигаться упорядочение, т. е. преимущественно в одном направлении. Такое движение электронов называется электрическим током. Скорость движения электронов - до нескольких миллиметров в секунду, а скорость распространения электрического поля 300 000 км/с. Поэтому при создании электрического поля в проводнике все свободные электроны практически одно­временно придут в упорядоченное движение. Для создания постоянного тока в проводнике необходимо в нем все время поддерживать электрическое поле. Электрическое поле в проводниках замкнутой электрической цепи создается и поддерживается с помощью источников постоянного тока. Наиболее широкое распространение в практике получили: гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы, солнечные батареи. Принцип действия их разный, например, первые два вида источников тока преобразуют химическую, третий - механи­ческую, четвертый - солнечную энергию в электри­ческую.

19. Явление электромагнитной индукции. Примеры проявления электромагнитной индукции и ее использование в технических устройствах

Если электрический ток создает магнитное по­ле, то нельзя ли с помощью магнитного поля полу­чить электрический ток? - такую задачу поставил английский физик Фарадей, узнав об открытии Эрстеда. Многочисленные опыты и раздумья привели Фарадея к успеху. Если к катушке с большим чис­лом витков подключить гальванометр, то, перемещая вдоль катушки постоянный магнит (рис. 1), можно наблюдать отклонение стрелки прибора, т. е. возник­новение индукционного электрического тока. При остановке магнита ток прекращается, при движении магнита в обратную сторону меняется направление тока. Многочисленные опыты подтверждают, что при любом изменении магнитного поля, пронизывающего катушки, в ней возникает индукционный ток. Это явление назвали электромагнитной индукцией. Она возникает при перемещении магнита (электромагни­та) относительно катушки или катушки относитель­но магнита; при замыкании - размыкании цепи или изменении тока во второй катушке, если она нахо­дится на одном железном сердечнике с первой ка­тушкой. Явление электромагнитной индукции лежит в основе действия индукционных генераторов (постоянного и переменного тока), трансформаторов, микро­фонов и громкоговорителей. Электродинамический микрофон (рис. 2) состоит из ГП - образного постоянного магнита 3, в промежутке между полюсами магнита находится ка­тушка 1, каркас которой соединен с мебраной 2. Под действием звуков мембрана будет колебаться и в катушке возникает индукционный ток, который усили­вается с помощью усилителя низкой частоты и воспроизводится громкоговорителем. Таким образом, микрофон преобразует механическую энергию звуко­вых колебаний в электрическую энергию индукци­онного тока.

20. Закон Ома для участка цепи. Последовательное и параллельное соедин-е проводников

Напряжение, сила тока и сопротивление - физические величины, характеризующие явления, происходящие в электрических цепях. Эти величины связаны между собой. Эту связь впервые изучил немецкий физик 0м. Закон Ома звучит так: Сила тока на участке цепи прямо пропорци ­ о ­ наль ­­­ на напряжению на этом участке (при заданном сопротивлении) и обратно про ­ пор ­ ци ­ ональ ­ на сопротивлению участка (при заданном напряжении): I = U / R , из формулы следует, что U = I × R и R = U / I . Так как сопротивление данного проводника не зависит ни от напряжения, ни от си­лы тока, то последнюю формулу надо читать так: со­противление данного проводника равно отношению напряжения на его концах к силе протекающего по нему тока. В электрических цепях ча­ще всего проводники (потребители электрической энергии) соединяются последовательно (на­при­мер, лампочки в елочных гирляндах) и параллельно (например, домашние электроприборы). При последовательном соединении (рис. 1) сила тока в обоих проводниках (лампочках) оди­накова: I = I 1 = I 2 , напряжение на концах рассмат­риваемого участка цепи складывается из напряже­ния на пер­вой и второй лампочках: U = U 1 + U 2 . Общее сопротивление участка равно сумме сопротив­лений лампочек R = R 1 + R 2 . При параллельном соединении (рис. 2) резис­торов напряжение на участке цепи и на концах ре­зисторов одинаково: U = U 1 = U 2 . сила тока в нераз­ветвленной части цепи равна сумме сил токов в от­дельных резисторах: I = I 1 + I 2 . Общее сопротивле­ние участка меньше сопротивления каждого резистора. Если сопротивления резисторов одинаковы (R 1 = R 2 ) то общее сопротивле­ние участка Если в цепь включено параллельно три и более резисторов, то общее сопротивление может быть найдено по формуле: 1/R = 1/R 1 + 1/R 2 + ... + 1/R N . Параллельно соединяются сетевые потребите­ли, которые рассчитаны на напряжение, равное на­пряжению сети.

21. Законы отражения и преломления света. Показатель преломления. Практическое использование этих законов

При падении света на границу раздела двух сред часть света отражается в первую среду, а часть проходит во вторую среду, если она прозрачна, изме­няя при этом направление своего распространения, т. е. преломляется. Закон отражения. Угол падения равен углу отражения (a = b ). Падающий луч AO, отраженный луч OB и перпендикуляр OC, восставленный в точке падения, лежат в одной плоскости (рис. 1). Законы преломления. Луч падающий AO и преломленный OB лежат в одной плоскости с пер­пендикуляром CD, проведенным в точке падения лу­ча к плоскости раздела двух сред (рис. 2). Отноше­ние синусов угла падения а и угла преломления р постоянно для данных двух сред и называется пока­зателем преломления второй среды по отношению к первой: . Законы отражения света учитываются при построении изоб­ра­же­ния предмета в зеркалах (плоском, вогнутом и выпуклом) и проявляются в зер­кальном отражении в перископах, в прожекторах, автомобильных фарах и во многих других технических устройствах. Законы преломления света учитываются при построении изображения во всевозможных линзах, призмах и их совокупности (микроскоп, телескоп), а также в оптических приборах (бинокли, спектральные аппараты, фотоаппараты и проекционные аппараты).

22. Линзы. Фокус линзы. Построение изображений в собирающей линзе. Использование линз в оптических приборах

Прозрачные тела, ограниченные двумя сфери­ческими поверхностями, называются линзами. Выпуклые линзы, у которых середина толще, чем края, являются собирающими (рис. 1а), а вогнутые линзы, у которых середина тоньше, чем края, являются рассеивающими (рис. 1б). Прямая, проходящая через центры C 1 и C 2 сферических поверхностей, ограничивающих линзу, называется главной оптической осью линзы (рис. 2). Если направить на линзу пучок лучей, параллельных оптической оси, то после двойного преломления они собираются в одной точке, называемой фокусом линзы F (рис. 3а). OF - фокусное расстояние линзы. Фокус рассеи­вающей линзы мнимый (рис. 3б). Линзы, толщина которых пренебрежимо мала по сравнению с радиусами кривизны поверхностей, называют тонкими. Для построения изображений в собирающей тонкой линзе, фокусы и оптический центр которых заданы, будем пользоваться лучами, ход которых заранее известен. Построим изображение предмета АВ (рис. 4). Для этого направим луч AC параллельно главной оптической оси. После преломления он пройдет через фокус линзы. Другой луч AO проходит через оптический центр не преломляясь. В точке пе­ресечения этих лучей будет находиться изображение A 1 точки A. Не следует думать, что изображение создается двумя или тремя лучами, оно создается бес­конечным множеством лучей, вышедших из точки А и собравшихся в точке А 1 . Такое же построение можно сделать для всех точек предмета, которые на­ходятся между точками A и B. Изображение этих промежуточных точек будет лежать между точками A 1 и B 1 , т. е. A 1 B 1 - изображение предмета AB. От положения предмета по отношению к линзе зависит его изображение. Если предмет находится на расстоянии F× F, то изображение действительное, увеличенное, обратное; если 2 F< d, то изобра­жение действительное, уменьшенное, обратное; d< F, то изображение мнимое, прямое, увеличенное, где d - расстояние от предмета до линзы. Например, для фотоаппарата d>2 ×F. Линзы являются главными частями оптиче­ских приборов, глаза, лупы, фотоаппарата, микро­скопа и т. д.

23. Электрическое и магнитное поля. Источники этих полей и индикаторы для их обнаружения. Примеры проявления этих полей

Пространство, окружающее наэлектризованное тело, отличается от пространства, находящегося во­круг ненаэлектризованных тел. Иначе говоря, с каж­дым зарядом обязательно связано электрическое по­ле, которое непосредственно действует с некоторой силой на все остальные заряды. Электрическое поле материально. Оно может быть обнаружено по его воздействию на заряженные тела. Это подтверждает­ся следующим (одним из многочисленных) опытом. Если заряженной палочкой прикоснуться к подве­шенной на нити гильзе (из металлической фольги), то она оттолкнется. Чем ближе гильза к палочке, тем с большей силой действует на нее электрическое поле палочки. Следовательно, вблизи заряженных тел действие поля сильнее, а при удалении от них поле ослабевает. Электрическое поле исследуют с по­мощью пробного заряда, находящегося на шарике малых размеров. Магнитное поле проявляется около постоян­ных магнитов и проводников, по которым идет элек­трический ток. Широко распространенным индика­тором магнитного поля является магнитная стрелка (компас). С помощью этого индикатора можно обна­ружить, что разноименные магнитные полюса притя­гиваются, а одноименные - отталкиваются. Это вза­имодействие описывается по схеме: магнит - по­ле - магнит. Иначе говоря, вокруг магнита су­ществует магнитное поле, которое действует на дру­гие магниты, в частности на магнитные стрелки или намагничивающиеся частицы железа. Как и элек­трическое поле, магнитное поле материально. Электрические и магнитные поля играют ис­ключительно важную роль в природе и технике. Электрические поля проявляют себя в атмосферном электричестве (интенсивно во время грозы), магнит­ные - во многих космических явлениях. В технике электрические поля используются при покраске из­делий и в фильтрах, магнитные - в электромагни­тах, электрических генераторах и двигателях.

1. Механич. движение, его хар-ки. Относительность скорости, перемещения, траектории механич. движения

2. Виды механич. движения - прямолинейное равномерное, прямолинейное равноускоренное, равномерное движение по окружности

3. Законы Ньютона. Примеры проявления з-нов Ньютона в природе и использование этих з-нов в технике

4. Взаимодействие тел: силы тяжести, упругости, трения. Примеры проявления этих сил в природе и технике

5. Импульс тела. Закон сохран. импульса. Примеры проявления з-на сохран. импульса в природе и использования этого закона в технике

6. Механическая работа и мощность. Простые механизмы. КПД простых механизмов

7. Механич. колебания (на примере математического или пружинного маятников). Ха­р-ки колебательных движений: амплитуда, период, частота. Соотношение между периодом и частотой. График колебания

8. Механич. волны. Длина волны, скорость распространения волны и соотношения между ними. Звуковые волны. Эхо

9. Потенциальная и кинетическая энергия. Примеры перехода энергии из одного вида в другой. Закон сохранения энергии

10. Представления о дискретном состоянии вещества. Газообразное, жидкое и твердое состояния в-ва. Опытное обоснование хар-ра движения и взаимодействия частиц, из которых состоят в-ва в различных агрегатных состояниях

11. Передача давления газами, жидкостями и твердыми телами. Закон Паскаля и его применение в гидравлических машинах

12. Атмосферное давление. Приборы для измерения атмосферного давления. Воздушная оболочка Земли и ее роль в жизнедеятельности человека

13. Действие жидкостей и газов на погруженное в них тело. Архимедова сила, причины ее возникновения. Условия плавания тел

14. Внутренняя энергия тел и способы ее изменения. Виды теплопередачи, их учет и использование в быту

15. Плавление кристаллических тел и объяснение этого процесса на основе представлений о строении вещества. Удельная теплота плавления

16. Испарение и конденсация. Объяснение этих процессов на основе представлений о строении вещества. Кипение. Удельная теплота парообразования

17. Принцип действия тепловой машины. Коэффициент полезного действия тепловых машин. Примеры тепловых двигателей. Влияние тепловых машин на окружающую среду и способы уменьшения их вредного воздействия

18. Электризация тел. Два рода электрических зарядов. Электрический ток в металлах и условия его существования. Виды источников тока

19. Явление электромагнитной индукции. Примеры проявления электромагнитной индук-ции и ее использование в технических устройствах

20. Закон Ома для участка цепи. Последовательное и параллельное соединение проводников

21. Законы отражения и преломления света. Показатель прелом. Практическое использование этих зак-ов

22. Линзы. Фокус Л. Построение изображений в собирающей Л. Использование Л. в оптических приборах

23. Электрич. и магнитн. поля. Источники этих полей и индикаторы для их обнаружения. Примеры проявления этих полей

1. Расчет давления твердого тела

Масса человека 90 кг, площадь подошв его ног равна 60 см 2 . Какое давление человек производит на пол? Как изменится значение давления, если человек будет стоять на одной ноге.

Дано : m =90 кг; S =60 см 2 ; p - ? СИ : m =90 кг; S =60×10 -4 м 2 =6×10 -3 м 2 . Решение : p =F /S ; F =m × g ; ; p = =15×10 4 Н/м 2 =15×10 4 Па=150 кПа.

Если человек будет стоять на одной ноге, то площадь опоры уменьшится в два раза. Значит, давление увеличится в два раза и станет равным 300 кПа.

2. Расчет силы атмосферного давления на плоскость

Определите, с какой силой атмосферный воздух давит на поверхность стола размерами 120x50 см 2 . Нормальное атмосферное давление 760 мм рт. ст.

Дано : p =760 мм рт. ст.;S =120x50 см 2 ;F - ? СИ : p =760×133 Па = 101300 Па; S =6000×10 -4 м 2 =0,6 м 2 . Решение : p =F /S ; F =p × S ; p = = 6078 Н»6 кН

3. Расчет давления внутри жидкости

Подводная лодка находится в море на глубине 300 м. Определите давление воды на нее.

Дано : h =300 м; r =1030 кг/м; p - ? Решение : p= r × g × h ; p= »309×10 4 Н/м 2 =3,09×10 6 Па.

4. Расчет количества теплоты, которое потребуется для плавления твердого тела при температуре плавления

Какое количество теплоты необходимо, чтобы расплавить ледяную глыбу массой 12,5 т при температуре плавления? Удельная теплота плавления льда 332 кДж/кг.

Дано :m =12,5 т; l =332 кДж/кг; Q - ? СИ : m =12500 кг; l =332000 Дж/кг. Решение : Q= l × m ; Q =12500 кг×332000 Дж/кг = 415×10 7 Дж = 4,15×10 6 кДж.

5. Расчет количества теплоты, которое требуется для нагревания жидкости до температуры кипения

Какое количество теплоты потребуется для нагревания 10 л воды от 20 0 до кипения.

Дано : V =10 л=10 -2 м 3 ; t 1 =20 0 C; t 2 =100 0 C; c =4,2×10 Дж/(кг× 0 C); r =10 3 кг/м 3 ; Q - ? СИ :;. Решение : Q = m × c ×( t 1 - t 2 ); m = r × V ; Q = r × V × c ×( t 1 - t 2 ); Q = = 4,2×80×10 4 Дж = 3,36×10 6 Дж = 3,36×10 3 кДж.

6. Применение закона Ома для участка цепи

По показаниям приборов (см. рис.) определите сопротивление проводника AB и начертите схему электрической цепи. Дано : U = 2 В; I = 0,5 А; R - ? Решение : I = U / R ; R = U / I ; R = = 4 Ом.

7. Применение формул механической работы и мощности для случая движения автомобиля с постоянной скоростью

Сила тяги мотор автомашины равна 2×10 3 Н. Автомашина движется равномерно со скоростью 72 км/ч. Какова мощность мотора автомобиля и работа, совершенная им за 10 с?

Дано : F =2×10 3 Н; v =72 км/ч; t =10 с; A - ? N - ? Решение : A = F ×s ; s = v ×t ; A = F ×v ×t ; A = 2×10 3 Н×10 с×20 м/c = 4×10 5 Дж = 4×10 2 кДж; N = A / t = = F×v; N = 2×10 3 Н×20 м/c = 4×10 4 Вт = 40 кВт.

9. Применение второго закона Ньютона в случае, когда тело движется прямолинейно под действием одной силы

На покоящееся тело массой 0,2 кг действует в течение 5 с сила 0,1 Н. Какую скорость приобретет тело и какой путь пройдет оно за указанное время?

Дано : m = 0,2 кг; t = 5 с; F = 0,1 Н; v - ? s - ? Решение : F = m ×a ; a = F / m ; v = a × t = ; s = = ; v = =2,5 м/с; s = =6,25 м.

10. Применение закона сохранения импульса при неупругом столкновении тел

Вагон массой 20 т, движущийся со скоростью 0,3 м/с, нагоняет ваг. массой 30 т, движущийся со скоростью 0,2 м/с. Какова скорость вагонов после взаимодействия, если удар неупругий?

Дано : m 1 =20 т; v 1 =0,3 м/с; m 2 =30 т; v 2 =0,2 м/с; v - ? СИ : m 1 = 2×10 4 кг; v 1 =0,3 м/с; m 2 = 3×10 4 кг; v 2 =0,2 м/с. Решение : m 1 ×v 1 + m 2 ×v 2 = (m 1 + m 2 )×v; v = ; v = = = = 0,24 м/с

11. Применение закона сохран-я механич. энергии при свободном падении тел

Тело массой 1 кг падает с высоты 20 м над землей. Вычислить кинетическую энергию тела в момент, когда оно находится на высоте 10 м над землей, и в момент падения на землю.

Дано : m =1 кг; h =20 м; h 1 =10 м; E К1 - ? E К2 - ? СИ :;. Решение : В высшей точке E П = m × g × h ; E K = 0; В средней точке E П 1 = m × g × h 1 ; E K1 = E П - E П 1 ; E П 1 = = 100 Дж; E K1 = 200 Дж - 100 Дж = 100 Дж; В низшей точке E П 2 = 0; E K2 = E П = 200 Дж.

12. Расчет удельного сопротивления проводника

Спираль электрической плитки изготовлена из нихромовой проволоки длиной 13,75 м и площадью поперечного сечения 0,1 мм 2 . Чему равно сопротивление спирали?

Дано : l =13,75 м; S =0,1 мм 2 ; r =1,1 Ом×мм 2 /м; R - ? Решение : ; R = = 151,25 Ом.

13. Расчет мощности и работы электрического тока

Электрический утюг рассчитан на напряжение 220 В. Сопротивление его нагревательного элемента равно 88 Ом. Определите энергию, потребляемую утюгом за 30 мин, и его мощность.

Дано : U =220 В; R =88 Ом; t = 30 мин; A - ? P - ? СИ :;. Решение : A = I ×U ×t ; I = U / R ; ; P = A / t = I × U ; t = 30 мин = 0,5 ч; A = = 2,5 А × 220 В × 0,5 ч = 275 Вт×ч = 0,275 кВт×ч; P = 2,5 А × 220 В = 550 Вт.

14. Расчет количества теплоты, выделяемой электрическим нагреватлем

По проводнику сопротивлением 4 Ом в течение 2 мин прошло 500 Кл электричества. Сколько теплоты выделит проводник?

Дано :R = 1,2 Ом; t = 2 мин; q = 500 Кл; Q - ? СИ : R = 1,2 Ом; t = 120 сек; q = 500 Кл; Решение : Q = I 2 ×R×t; I = q / t; Q = = ; Q = » 25×10 2 Дж = 2,5 кДж.

15. Определение основн. парам-ров гармонического колеб. движ. по его графику

По графику, приведенному на рисунке, определите амплитуду, период, частоту. Какие из величин, характеризующих гармонические колебания (амплитуда, период, частота, смещение, скорость, ускорение), являются постоянными и какие - переменными?

1. Расчет давления твердого тела

2. Расчет силы атмосферного давления на плоскость

3. Расчет давления внутри жидкости

4. Расчет кол-ва теплоты, требуемого для плавл. тв. тела при темп-ре плав-я

6. Применение закона Ома для участка цепи

7. Применение формул механич. работы и мощ-ти для случая движ-я автомобиля с постоянной скоростью

8. Чтение и интерполяция графиков зависимости кинематических величин (перемещ-я и скор-ти) от времени

9. Применение второго з-на Ньютона в случае, когда тело движ. прямолинейно под действием одной силы

10. Применение закона сохранения импульса при неупругом столкновении тел

11. Применение закона сохранения механической энергии при свободном падении тел

12. Расчет удельного сопротивления проводника

13. Расчет мощности и работы электрического тока

14. Расчет количества теплоты, выделяемой электрическим нагреватлем

15. Определение основных параметров гармонического колеб. движения по его графику

8. Чтение и интерполяция графиков зависимости кинематических величин (перемещения и скорости) от времени

По графику перемещения равномерно движущегося тела (см. рис.) определите: а) перемещение тела за 5 ч; б) скорость тела.

Экзаменационные билеты по физике.

Билет 1

1. Механическое движение, относительность движения. Система отсчета. Материальная точка. Траектория. Путь и перемещение. Мгновенная скорость. Ускорение. Равномерное и равноускоренное движение.

2. Задача на применение закона сохранения массового числа и электрического заряда.

Билет 2

1. Взаимодействие тел. Сила. Второй закон Ньютона.

2. Лабораторная работа «Измерение показателя преломления стекла»

Билет 3

1. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Проявление закона сохранения в природе и его использование в технике.

2. Задача на определение периода и частоты свободных колебаний в колебательном контуре.

Билет 4

1. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Вес тела. Невесомость.

2. Задача на применение первого закона термодинамики.

Билет 5

1. Превращение энергии при механических колебаниях. Свободные и вынужденные колебания. Резонанс.

2. Лабораторная работа «расчет и измерение сопротивления двух параллельно включенных резисторов»

Билет 6

1. Опытное обоснование основных положений молекулярно-кинетической теории (МКТ) строения вещества.

2. Задача на движение или равновесие заряженной частицы в электрическом поле.

Билет 7

1. Идеальный газ. Основное уравнение МКТ идеального газа. Температура и её измерение. Абсолютная температура.

2. Задача на определение индукции магнитного поля (по закону Ампера или формуле для расчета силы Лоренца)

Билет 8

1. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона). Изопроцессы.

2. Задача на применение уравнения Эйнштейна для фотоэффекта.

Билет 9

1. Испарение и конденсация. Насыщенные и ненасыщенные пары. Влажность воздуха. Измерение влажности воздуха.

2. Лабораторная работа «Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решетки»

Билет 10

1. Кристаллические и аморфорные тела. Упругие и пластические деформации твердых тел.

2. Задача на определение показателя преломления прозрачной среды.

Билет 11

1. Работа в термодинамике. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики. Применение первого закона к изопроцессам. Адиабатный процесс.

2. Задача на применение закона электромагнитной индукции.

Билет 12

1. Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона. Закон сохранения электрического заряда.

2. Задача на определение массы и импульса фотона.

Билет 13

1. Конденсаторы. Электроемкость конденсатора. Применение конденсаторов.

2. Задача на применение уравнения состояния идеального газа.

Билет 14

1. Работа и мощность в цепи постоянного тока. Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи.

2. Лабораторная работа «Измерение массы тела»

ПРИМЕРНЫЕ ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ БИЛЕТЫ

ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ В ТРАДИЦИОННОЙ ФОРМЕ УСТНОЙ

ИТОГОВОЙ АТТЕСТАЦИИ ВЫПУСКНИКОВ XI(XII) КЛАССОВ

ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ

В 2004/05 УЧЕБНОМ ГОДУ

Объяснительная записка

Согласно Закону Российской Федерации «Об образовании» в редакции, введенной в действие с 15 января 1996 года Федеральным законом от 13 января 1996 года № 12ФЗ с изменениями на 22 августа 2004 года, освоение программ среднего (полного) общего образования завершается обязательной итоговой аттестацией. Итоговая аттестация выпускников XI(XII) классов общеобразовательных учреждений проводится в форме устных и письменных экзаменов.

Форма проведения устной аттестации по всем предметам может быть различной: по билетам, собеседование, защита реферата, комплексный анализ текста (по русскому языку).

В первом случае выпускник отвечает на вопросы, сформулированные в билетах, выполняет предложенные практические задания (решение задачи, лабораторная работа, демонстрация опыта и др.).

Выпускник, избравший собеседование как одну из форм устного экзамена, по предложению аттестационной комиссии дает без подготовки развернутый ответ по одной из ключевых тем курса или отвечает на вопросы обобщающего характера по темам, изученным в соответствии с учебной программой. Собеседование целесообразно проводить с выпускниками, имеющими отличные знания по предмету, проявившими интерес к научным исследованиям в избранной области знаний.

Защита реферата предполагает предварительный выбор выпускником интересующей его темы работы с учетом рекомендаций учителя-предметника, последующее глубокое изучение избранной для реферата проблемы, изложение выводов по теме реферата. Не позднее чем за неделю до экзамена реферат представляется выпускником на рецензию учителю-предметнику. Аттестационная комиссия на экзамене знакомится с рецензией на представленную работу и выставляет оценку выпускнику после защиты реферата.

Выпускник, избравший комплексный анализ текста как одну из форм устного экзамена по русскому языку, характеризует тип, стиль подобранного учителем текста, определяет его тему, главную мысль, комментирует имеющиеся в нем орфограммы и пунктограммы.

Выпускник XI (XII) класса для итоговой устной аттестации может выбрать любые предметы, изучавшиеся на ступени среднего (полного) общего образования.

На итоговой аттестации по всем учебным предметам проверяются соответствие знаний выпускников требованиям государственных образовательных программ, глубина и прочность полученных знаний, их практическое применение.

Общеобразовательное учреждение имеет право в предложенный материал внести изменения, дополнения, содержащие региональный компонент, учитывающие профиль школы, а также разработать собственные экзаменационные билеты. При корректировке примерных билетов по истории России и обществознанию желательно внести вопросы, связанные с российской государственной символикой (герб, флаг, гимн).

Порядок экспертизы, утверждения и хранения аттестационного материала устанавливается уполномоченным органом местного самоуправления.

При подготовке к устной итоговой аттестации выпускников рекомендуется учесть особенности изучения различных учебных предметов.

Начальник Управления государственного надзора

по соблюдению законодательства Российской Федерации

в сфере образования В.И. ГРИБАНОВ

Примечание: В этот список входят билеты по следующим 20-ти предметам:

ФИЗИКА – XI класс

Ниже приводятся два варианта билетов для общеобразовательных школ, составленных на основе одних и тех же вопросов: первый вариант 26 билетов, второй – 16 билетов.

На подготовку к ответу учащимся отводится обычно до 30 минут. За это время нужно успеть подготовить необходимые выкладки, схемы и графики и воспроизвести их на доске. Эти записи помогут построить связный, логичный и полный ответ. Для решения задачи или выполнения лабораторной работы в некоторых случаях может быть выделено дополнительное время. Задача или лабораторная работа обычно выполняется на отдельном листе и члены экзаменационной комиссии могут проверить правильность решения по этим записям.

Структура билетов 1-го варианта такова:

– первые вопросы билетов охватывают основной материал физических теорий, изучаемых в школьном курсе;

– вторые вопросы предполагают решение задачи или выполнение лабораторной работы из числа обязательных, предусмотренных примерной программой среднего (полного) общего образования.

Структура билетов 2-го варианта иная:

– первые вопросы билетов, как и в первом варианте, охватывают основной материал физических теорий, изучаемых в школьном курсе физики;

– вторые вопросы предполагают рассмотрение практических приложений физических теорий и требуют не столько изложение теоретического материала, сколько демонстрацию опытов, иллюстрирующих описываемое явление, выявляющих основные закономерности явления и пр., или выполнение лабораторной работы, или простейших измерений, предусмотренных требованиями к уровню подготовки выпускников;

– третьи вопросы проверяют умение решать задачи.

ВАРИАНТ I

Билет № 1

2. Задача на применение законов сохранения массового числа и электрического заряда.

Билет № 2

2. Лабораторная работа «Измерение показателя преломления стекла».

Билет № 3

2. Задача на определение периода и частоты свободных колебаний в колебательном контуре.

Билет № 4

2. Задача на применение первого закона термодинамики.

Билет № 5

2. Лабораторная работа «Расчет и измерение сопротивления двух параллельно соединенных резисторов».

Билет № 6

2. Задача на движение или равновесие заряженной частицы в электрическом поле.

Билет № 7

2. Задача на определение индукции магнитного поля (по закону Ампера или формулы для расчета силы Лоренца).

Билет № 8

2. Задача на применение уравнения Эйнштейна для фотоэффекта.

Билет № 9

1. Испарение и конденсация. Насыщенные и ненасыщенные пары. Влажность воздуха. Измерение влажности воздуха.

2. Лабораторная работа «Измерение длины световой волны с использованием дифракционной решетки».

Билет № 10

1. Кристаллические и аморфные тела. Упругие и пластические деформации твердых тел.

2. Задача на определение показателя преломления прозрачной среды.

Билет № 11

2. Задача на применение закона электромагнитной индукции.

Билет № 12

2. Задача на применение закона сохранения энергии.

Билет № 13

1. Конденсаторы. Электроемкость конденсатора. Применение конденсаторов.

2. Задача на применение уравнения состояния идеального газа.

Билет № 14

1. Работа и мощность в цепи постоянного тока. Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи.

2. Лабораторная работа «Измерение массы тела».

Билет № 15

1. Магнитное поле. Действие магнитного поля на электрический заряд и опыты, подтверждающие это действие.

2. Лабораторная работа «Измерение влажности воздуха».

Билет № 16

1. Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Полупроводниковые приборы.

2. Задача на применение графиков изопроцессов.

Билет № 17

2. Задача на определение работы газа с помощью графика зависимости давления газа от его объема.

Билет № 18

1. Явление самоиндукции. Индуктивность. Электромагнитное поле.

2. Задача на определение модуля Юнга материала, из которого изготовлена проволока.

Билет № 19

2. Задача на применение закона Джоуля–Ленца.

Билет № 20

1. Электромагнитные волны и их свойства. Принципы радиосвязи и примеры их практического использования.

2. Лабораторная работа «Измерение мощности лампочки накаливания».

Билет № 21

1. Волновые свойства света. Электромагнитная природа света.

2. Задача на применение закона Кулона.

Билет № 22

2. Лабораторная работа «Измерение удельного сопротивления материала, из которого сделан проводник».

Билет № 23

1. Испускание и поглощение света атомами. Спектральный анализ.

2. Лабораторная работа «Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока с использованием амперметра и вольтметра».

Билет № 24

2. Задача на применение закона сохранения импульса.

Билет № 25

2. Лабораторная работа «Расчет общего сопротивления двух последовательно соединенных резисторов».

Билет № 26

ВАРИАНТ II

Билет № 1

1. Механическое движение. Относительность движения. Равномерное и равноускоренное прямолинейное движение.

2. Лабораторная работа «Оценка массы воздуха в классной комнате при помощи необходимых измерений и расчетов».

Билет № 2

1. Взаимодействие тел. Сила. Законы динамики Ньютона.

2. Кристаллические и аморфные тела. Упругие и пластические деформации твердых тел. Лабораторная работа «Измерение жесткости пружины».

Билет № 3

1. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Проявление закона сохранения импульса в природе и его использование в технике.

2. Параллельное соединение проводников. Лабораторная работа «Расчет и измерение сопротивления двух параллельно соединенных резисторов».

Билет № 4

1. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Вес тела. Невесомость.

2. Работа и мощность в цепи постоянного тока. Лабораторная работа «Измерение мощности лампочки накаливания».

Билет № 5

1. Превращения энергии при механических колебаниях. Свободные и вынужденные колебания. Резонанс.

2. Постоянный электрический ток. Сопротивление. Лабораторная работа «Измерение удельного сопротивления материала, из которого сделан проводник».

3. Задача на применение закона сохранения массового числа и электрического заряда.

Билет № 6

1. Опытное обоснование основных положений молекулярно-кинетической теории строения вещества. Масса и размеры молекул.

2. Масса. Плотность вещества. Лабораторная работа «Измерение массы тела».

3. Задача на определение периода и частоты свободных колебаний в колебательном контуре.

Билет № 7

1. Идеальный газ. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. Температура и ее измерение. Абсолютная температура.

2. Последовательное соединение проводников. Лабораторная работа «Расчет общего сопротивления двух последовательно соединенных резисторов».

Билет № 8

1. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева–Клапейрона). Изопроцессы.

2. Электромагнитные волны и их свойства. Лабораторная работа «Сборка простейшего детекторного радиоприемника».

3. Задача на применение закона сохранения энергии.

Билет № 9

1. Электромагнитная индукция. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.

2. Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи. Лабораторная работа «Измерение ЭДС источника тока».

3. Задача на определение работы газа с помощью графика зависимости давления газа от его объема.

Билет № 10

1. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к изопроцессам. Адиабатный процесс.

2. Явление преломления света. Лабораторная работа «Измерение показателя преломления стекла».

3. Задача на определение индукции магнитного поля (по закону Ампера или по формуле для расчета силы Лоренца).

Билет № 11

1. Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона. Закон сохранения электрического заряда.

2. Испарение и конденсация. Влажность воздуха. Лабораторная работа «Измерение влажности воздуха».

3. Задача на определение показателя преломления прозрачной среды.

Билет № 12

1. Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур и превращение энергии при электромагнитных колебаниях.

2. Волновые свойства света. Лабораторная работа «Измерение длины световой волны с использованием дифракционной решетки».

Билет № 13

1. Опыты Резерфорда по рассеянию α-частиц. Ядерная модель атома. Квантовые постулаты Бора.

2. Магнитное поле. Действие магнитного поля на электрический заряд (продемонстрировать опыты, подтверждающие это действие).

3. Задача на применение графиков изопроцессов.

Билет № 14

1. Фотоэффект и его законы. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Применение фотоэффекта в технике.

2. Конденсаторы. Электроемкость конденсатора. Применение конденсаторов.

3. Задача на определение модуля Юнга материала, из которого изготовлена проволока.

Билет № 15

1. Состав ядра атома. Изотопы. Энергия связи ядра атома. Цепная ядерная реакция. Условия ее протекания. Термоядерные реакции.

2. Явление самоиндукции. Индуктивность. Электромагнитное поле. Их использование в электрических машинах постоянного тока.

3. Задача на движение или равновесие заряженной частицы в электрическом поле.

Билет № 16

1. Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений и методы их регистрации. Биологическое действие ионизирующих излучений.

2. Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Полупроводниковые приборы.

Классы с углубленным изучением предмета

Экзаменационные билеты для классов с углубленным изучением физики состоят из трех вопросов. Первые два вопроса имеют теоретическую направленность, третий – практическую (выполнение лабораторной работы или решение задачи).

При отсутствии необходимого лабораторного оборудования работы могут быть заменены на равнозначные.

Билет № 1

1. Механическое движение. Относительность механического движения. Закон сложения скоростей в классической механике. Кинематика прямолинейного движения материальной точки.

2. Магнитное поле в веществе. Магнитная проницаемость. Природа ферромагнетизма. Температура Кюри.

3. Лабораторная работа «Измерение коэффициента поверхностного натяжения жидкости».

Билет № 2

1. Равноускоренное прямолинейное движение. Аналитическое и графическое описание равноускоренного прямолинейного движения.

2. Явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Самоиндукция. ЭДС самоиндукции. Энергия магнитного поля катушки с током.

3. Лабораторная работа «Измерение влажности воздуха».

Билет № 3

1. Движение материальной точки по окружности. Центростремительное ускорение. Угловая скорость. Связь угловой и линейной скоростей.

2. Электрический ток в металлах. Природа электрического тока в металлах. Закон Ома для участка цепи. Зависимость сопротивления металлов от температуры. Сверхпроводимость.

3. Задача на применение закона электромагнитной индукции.

Билет № 4

1. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности в классической механике и в специальной теории относительности.

2. Электрический ток в растворах и расплавах электролитов. Законы электролиза. Определение заряда электрона.

3. Задача на применение основного уравнения МКТ.

Билет № 5

1. Второй закон Ньютона и границы его применимости. Использование второго закона Ньютона в неинерциальных системах отсчета. Силы инерции.

2. Электрический ток в газах. Самостоятельный и несамостоятельный электрический разряд.

3. Лабораторная работа «Измерение показателя преломления стекла».

Билет № 6

1. Третий закон Ньютона. Свойства сил действия и противодействия. Границы применимости третьего закона Ньютона.

2. Электрический ток в вакууме. Электровакуумные приборы и их применение.

3. Лабораторная работа «Измерение фокусного расстояния собирающей линзы».

Билет № 7

1. Импульс. Закон сохранения импульса. Реактивное движение. Уравнение Мещерского. Формула Циолковского.

2. Электрический ток в полупроводниках. Собственная и примесная проводимость полупроводников, р–n-переход. Полупроводниковый диод. Транзистор.

3. Задача на применение уравнения состояния идеального газа.

Билет № 8

1. Закон всемирного тяготения. Гравитационная постоянная и ее измерение. Сила тяжести. Вес тела. Невесомость. Движение тел под действием силы тяжести.

2. Свободные электрические колебания. Колебательный контур. Превращение энергии в колебательном контуре. Затухание колебаний. Формула Томсона.

3. Задача на применение первого закона термодинамики.

Билет № 9

1. Сила упругости. Виды упругих деформаций. Закон Гука. Модуль Юнга. Диаграмма растяжения.

2. Автоколебания. Автоколебательная система. Генератор незатухающих электромагнитных колебаний.

3. Лабораторная работа «Измерение электрического сопротивления при помощи амперметра и вольтметра».

Билет № 10

1. Силы трения. Коэффициент трения скольжения. Учет и использование трения в быту и технике. Трение в жидкостях и газах.

2. Переменный ток как вынужденные электромагнитные колебания. Действующие значения силы переменного тока и напряжения. Активное и реактивное сопротивление. Закон Ома для электрической цепи переменного тока.

3. Задача на применение уравнения Эйнштейна для фотоэффекта.

Билет № 11

1. Равновесие твердого тела. Момент силы. Условия равновесия твердого тела. Виды равновесия. Принцип минимума потенциальной энергии.

2. Трансформатор. Устройство и принцип действия трансформатора. Передача электроэнергии.

3. Задача на применение закона радиоактивного распада.

Билет № 12

1. Механическая работа и мощность. Энергия. Закон сохранения энергии в механических процессах.

2. Электромагнитные волны и их свойства. Скорость распространения электромагнитных волн. Опыты Герца.

3. Лабораторная работа «Определение электроемкости конденсатора методом баллистического гальванометра».

Билет № 13

1. Гидро- и аэростатика. Общие свойства жидких и газообразных тел. Закон Паскаля. Сила Архимеда. Условия плавания тел.

2. Принципы радиосвязи. Изобретение радио. Радиолокация. Телевидение. Развитие средств связи.

3. Задача на расчет явлений интерференции и дифракции света.

Билет № 14

1. Гидро- и аэродинамика. Уравнение Бернулли. Движение тел в жидкостях и газах. Подъемная сила крыла самолета. Значение работ Н.Е. Жуковского в развитии авиации.

2. Электромагнитная природа света. Методы измерения скорости света. Шкала электромагнитных волн. Уравнение волны.

3. Задача на применение закона Ома для полной цепи.

Билет № 15

1. Механические колебания. Уравнение гармонических колебаний. Свободные и вынужденные колебания. Период колебаний груза на пружине и математического маятника. Превращение энергии при колебательном движении.

2. Интерференция света. Опыт Юнга. Когерентные волны. Цвета тонких пленок и применение интерференции.

3. Лабораторная работа «Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока».

Билет № 16

1. Механические волны и их свойства. Распространение колебаний в упругих средах. Длина волны. Звуковые волны и их свойства. Эхо. Акустический резонанс.

2. Явление дифракции света. Зоны Френеля. Дифракционная решетка как спектральный прибор.

3. Лабораторная работа «Измерение электроемкости конденсатора в цепи переменного тока».

Билет № 17

1. Основные положения молекулярнокинетической теории и их опытные обоснования. Размеры и масса молекул.

2. Дисперсия и поглощение света. Классическая электронная теория дисперсии. Аномальная дисперсия. Поглощение света и электронная теория. Спектроскоп и спектрограф.

3. Лабораторная работа «Измерение индуктивности катушки в цепи переменного тока».

Билет № 18

1. Идеальный газ. Вывод основного уравнения молекулярно-кинетической теории идеального газа. Температура как мера средней кинетической энергии молекул. Длина свободного пробега.

2. Поляризация света. Естественный свет. Поляризатор. Двойное лучепреломление.

3. Задача на применение основных формул кинематики.

Билет № 19

1. Насыщенный и ненасыщенный пар. Зависимость давления насыщенного пара от температуры. Кипение. Зависимость температуры кипения от давления. Критическая температура. Относительная влажность воздуха и ее измерение.

2. Закон прямолинейного распространения света. Законы отражения и преломления света. Полное отражение. Линзы. Формула тонкой линзы.

3. Задача на применение закона всемирного тяготения.

Билет № 20

1. Свойства поверхности жидкостей. Поверхностное натяжение. Смачивание и несмачивание. Капиллярные явления.

2. Элементы фотометрии: энергетические и фотометрические величины. Законы освещенности.

3. Задача на применение закона сохранения импульса.

Билет № 21

1. Кристаллические тела и их свойства. Монокристаллы и поликристаллы. Аморфные тела. Экспериментальные методы изучения внутреннего состояния кристаллов. Дефекты в кристаллах. Способы повышения прочности твердых тел.

2. Оптические приборы: лупа, микроскоп, телескоп. Разрешающая способность телескопа. Фотоаппарат. Диа-, эпи- и кинопроекторы.

3. Лабораторная работа «Измерение коэффициента трения скольжения».

Билет № 22

1. Внутренняя энергия и способы ее изменения. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия идеального газа. Применение первого закона термодинамики к изопроцессам и адиабатному процессу.

2. Элементы специальной теории относительности. Постулаты СТО. Конечность и предельность скорости света. Релятивистский закон преобразования скоростей. Пространство-время в СТО. Релятивистская динамика.

3. Задача на применение закона сохранения механической энергии.

Билет № 23

1. Тепловые машины, их устройство и принцип действия. Необратимость тепловых процессов. Второй закон термодинамики и его статистический смысл. Тепловые машины и проблемы экологии.

2. Квантовая гипотеза Планка. Фотоэффект. Законы фотоэффекта. Квантовая теория фотоэффекта. Фотоэлементы и их применение.

3. Задача на применение закона Кулона.

Билет № 24

1. Электрическое взаимодействие и электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона.

2. Строение атома. Опыты Резерфорда. Квантовые постулаты Бора. Опыты Франка и Герца. Принцип соответствия.

3. Задача на применение второго закона Ньютона.

Билет № 25

1. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Линии напряженности. Теорема Гаусса.

2. Спонтанное и индуцированное излучение. Лазеры и их применение.

3. Лабораторная работа «Исследование зависимости КПД наклонной плоскости от массы тела и угла наклона плоскости к горизонту».

Билет № 26

1. Работа сил электрического поля. Потенциал и разность потенциалов. Эквипотенциальные поверхности. Связь между напряженностью и разностью потенциалов.

2. Атомное ядро. Строение атомного ядра. Ядерные силы. Энергия связи ядра. Удельная энергия связи и прочность ядер.

3. Лабораторная работа «Измерение плотности тела методом гидростатического взвешивания».

Билет № 27

1. Проводники и диэлектрики в электрическом поле.

2. Радиоактивность. Свойства радиоактивных излучений. Закон радиоактивного распада.

3. Лабораторная работа «Измерение ускорения свободного падения при помощи нитяного маятника».

Билет № 28

1. Электроемкость. Электроемкость конденсатора. Энергия заряженного конденсатора. Точка Кюри. Пьезоэлектрический эффект.

2. Свойства ионизирующих излучений. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом. Методы регистрации ионизирующих излучений.

3. Задача на применение закона Джоуля–Ленца.

Билет № 29

1. Электрический ток и условия его существования. ЭДС источника тока. Закон Ома для однородного и неоднородного участка электрической цепи. Закон Ома для полной цепи. Короткое замыкание.

2. Ядерные реакции. Выделение и поглощение энергии в ядерных реакциях. Цепные ядерные реакции. Термоядерные реакции. Проблемы ядерной энергетики.

3. Лабораторная работа «Расчет и экспериментальная проверка времени скатывания шара с наклонной плоскости».

Билет № 30

1. Магнитное взаимодействие токов. Магнитное поле и его характеристики. Сила Ампера. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в однородном магнитном поле.

2. Элементарные частицы и их свойства. Античастицы. Взаимные превращения частиц и квантов. Фундаментальные взаимодействия.

3. Задача на применение законов электролиза.