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»

Билет№1

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

План ответа

1. Определение механического движения. 2. Основные понятия механики. 3. Кинематические характеристики. 4. Основные уравнения. 5. Виды движения. 6. Относительность движения.

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 Землей относительно Солнца.

Из этих примеров видно, что всегда надо ука­зать тело, относительно которого рассматривается движение, его называют телом отсчета. Система ко­ординат, тело отсчета, с которым она связана, и вы­бранный способ измерения времени образуют си­стему отсчета. Рассмотрим два примера. Размеры орбитальной станции, находящейся на орбите около Земли, можно не учитывать, рассчитывая траекто­рию движения космического корабля при стыковке со станцией, без учета ее 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. Длина части траектории между начальным и конечным положением точки называют путем (L). Единица измерения пути - 1м.

Механическое движение характеризуется тре­мя физическими величинами: перемещением, ско­ростью и ускорением.

Направленный отрезок прямой, проведенный из начального положения движущейся точки в ее конечное положение, называется перемещением (s), Перемещение - величина векторная Единица изме­рения перемещения-1м.

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 течении этого промежутка не меня­лась. Например, при движении автомобиля t ~ 1 с, при движении элементарной частицы t ~ 10 с, при движении небесных тел t ~ 10 с. Определяющая формула скорости имеет вид v = s/t. Единица изме­рения скорости - м/с. На практике используют еди­ницу измерения скорости км/ч (36 км/ч = 10 м/с). 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 а = (v – v 0 ) /t. Единица измерения ускорения - м/с 2 .

Характеристики механического движения свя­заны между собой основными кинематическими уравнениями.

s = v 0t + at 2 / 2;

v = v 0 + at.

Предположим, что тело движется без уско­рения (самолет 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 > О, а == const.

В этом случае кинематические уравнения вы­глядят так: v = v 0 + at, s = V 0t + at 2 / 2.

При таком движении скорость и ускорение имеют одинаковые направления, причем 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; так как скорость уменьшается, то уравнения принимают вид: v = v 0 + at, s = v 0t - at 2 / 2 . Такое движение называют 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 отсчета, в этом и проявляется относительность движения. Например, в воздухе происходит дозаправка самолета топливом. В системе отсчета, связанной с самолетом, другой самолет находится в покое, а в системе отсчета, свя­занной с Землей, оба самолета находятся в движе­нии. При движении велосипедиста точка колеса в системе отсчета, связанной с осью, имеет траекто­рию, представленную на рисунке 1.

Рис. 1 Рис. 2

В системе отсчета, связанной с Землей, вид траектории оказывается другим (рис. 2).

Билет №10

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

План ответа

1. Твердые тела. 2. Кристаллические тела. 3. Моно- и поликристаллы. 4. Аморфные тела. .5. Упру­гость. 6. Пластичность.

Каждый может легко разделить тела на твер­дые и жидкие. Однако это деление будет только по внешним признакам. Для того чтобы выяснить, ка­кими же свойствами обладают твердые тела, будем их нагревать. Одни тела начнут гореть (дерево,уголь) - это органические вещества. Другие будут размягчаться (смола) даже при невысоких темпера­турах - это аморфные. Третьи будут изменять свое состояние при нагревании так, как показано на гра­фике (рис. 12). Это и есть кристаллические тела. Та­кое поведение кристаллических тел при нагревании объясняется их внутренним строением. Кристалли­ческие тела - это такие тела, атомы и молекулы которых расположены в определенном порядке, и этот порядок сохраняется на достаточно большом расстоянии. Пространственное периодическое распо­ложение атомов или ионов в кристалле называют кристаллической решеткой. Точки кристаллической решетки, в которых расположены атомы или ионы, называют узлами кристаллической решетки.

Рис. 12

Кристаллические тела бывают монокристал­лами и поликристаллами. Монокристалл обладает единой кристаллической решеткой во всем объеме.

Анизотропия монокристаллов заключается в зависимости их физических свойств от направления. Поликристалл представляет собой соединение мел­ких, различным образом ориентированных монокри­сталлов (зерен) и не обладает анизотропией свойств.

Большинство твердых тел имеют поликристалличе­ское строение (минералы, сплавы, керамика).

Основными свойствами кристаллических тел являются: определенность температуры плавления, упругость, прочность, зависимость свойств от поряд­ка расположения атомов, т. е. от типа кристалли­ческой решетки.

Аморфными называют вещества, у которых отсутствует порядок расположения атомов и молекул по всему объему этого вещества. В отличие от кри­сталлических веществ аморфные вещества изотроп­ны. Это значит, что свойства одинаковы по всем на­правлениям. Переход из аморфного состояния в жидкое происходит постепенно, отсутствует опреде­ленная температура плавления. Аморфные тела не обладают упругостью, они пластичны. В аморфном состоянии находятся различные вещества: стекла, смолы, пластмассы и т. п.

У

пругость - свойство тел восстанавливать свою форму и объем после прекращения действия внешних сил или других причин, вызвавших дефор­мацию тел. Для упругих деформаций справедлив за­кон Гука, согласно которому упругие деформации прямо пропорциональны вызывающим их внешним воздействиям, где - механическое на­пряжение,

 - относительное удлинение, Е - мо­дуль Юнга (модуль упругости). Упругость обусловле­на взаимодействием и тепловым движением частиц, из которых состоит вещество.

Пластичность - свойство твердых тел под действием внешних сил изменять, не разрушаясь, свою форму и размеры и сохранять остаточные де­формации после того, как действие этих сил прекра­тится.

Билет № 11

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

План ответа

1. Внутренняя энергия и ее измерение. 2. Ра­бота в термодинамике. 3. Первый закон термодина­мики. 4. Изопроцессы. 5. Адиабатный процесс.

Каждое тело имеет вполне определенную структуру, оно состоит из частиц, которые хаотиче­ски движутся и взаимодействуют друг с другом, по­этому любое тело обладает внутренней энергией. Внутренняя энергия - это величина, характери­зующая собственное состояние тела, т. е. энергия хаотического (теплового) движения микрочастиц си­стемы (молекул, атомов, электронов, ядер и т. д.) и энергия взаимодействия этих частиц. Внутренняя энергия одноатомного идеального газа определяется по формуле U=3/2 т/М RT .

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

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

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

При изобарном нагревании газ совершает ра­боту над внешними силами Α" = p (V 1 - V 2 ) = pΔV , где

V 1 , и V 2 - начальный и ко­нечный объем газа. Если про­цесс не является изобарным, величина работы может быть определена площадью фигу­ры, заключенной между ли­нией, выражающей зависи­мость p (V ) и начальным и ко­нечным объемом газа (рис. 13).

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

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

В изобарном процессе газ расширяется и ко­личество теплоты, переданное газу, идет на увеличе­ние его внутренней энергии и на совершение им ра­боты: Q =  U + А".

При изохорном процессе газ не меняет своего объема, следовательно, работа им не совершается, т. е., А = О, и уравнение первого закона имеет вид:

Q =  U, т. е. переданное количество теплоты идет на увеличение внутренней энергии газа.

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

Билет № 12

Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона. Закон сохранения электрического заряда

План ответа

1. Электрический заряд. 2. Взаимодействие за­ряженных тел. 3. Закон сохранения электрического заряда. 4. Закон Кулона. 5. Диэлектрическая проницаемость. 6. Электрическая постоянная. 7. Направ­ление кулоновских сил.

Законы взаимодействия атомов и молекул удается понять и объяснить на основе знаний о строении атома, используя планетарную модель его строения. В центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются по определенным орбитам отрицательно заряженные частицы. Взаимодействие между заряженными час­тицами называется электромагнитным. Интенсив­ность электромагнитного взаимодействия опреде­ляется физической величиной - электрическим за­рядом, который обозначается q . Единица измерения электрического заряда - кулон (Кл). 1 кулон - это такой электрический заряд, который, проходя через поперечное сечение проводника за 1 с, создает в нем ток силой 1 А. Способность электрических зарядов как к взаимному притяжению, так и к взаимному отталкиванию объясняется существованием двух ви­дов зарядов. Один вид заряда назвали положитель­ным, носителем элементарного положительного за­ряда является протон. Другой вид заряда назвали отрицательным, его носителем является электрон. Элементарный заряд равен е=1,6 10 -19 Кл.

Заряд тела всегда представляется числом, кратным величине элементарного заряда:q=e(N p -N e ) где N p - количество электронов, N e - количество протонов.

Полный заряд замкнутой системы(в которую не входят заряды извне), т. е. алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной: q 1 + q 2 + ...+q n = const. Электрический заряд не создается и не исчезает, а только переходит от одного тела к друго­му. Этот экспериментально установленный факт на­зывается законом сохранения электрического заря­да. Никогда и нигде в природе не возникает и не ис­чезает электрический заряд одного знака. Появление и исчезновение электрических зарядов на телах в большинстве случаев объясняется переходами эле­ментарных заряженных частиц - электронов - от одних тел к другим.

Электризация - это сообщение телу электри­ческого заряда. Электризация может происходить, например, при соприкосновении (трении) разно­родных веществ и при облучении. При электризации в теле возникает избыток или недостаток электронов.

В случае избытка электронов тело приобретает отрицательный заряд, в случае недостатка - поло­жительный.

Законы взаимодействия неподвижных элек­трических зарядов изучает электростатика.

Основной закон электростатики был экспери­ментально установлен французским физиком Шар­лем Кулоном и читается так. Модуль силы взаимо­действия двух точечных неподвижных электриче­ских зарядов в вакууме прямо пропорционален про­изведению величин этих зарядов и обратно пропор­ционален квадрату расстояния между ними.

F = k q 1 q 2 / r 2 , где q 1 и q 2 - модули зарядов, r - расстояние между ними, k - коэффициент пропор­циональности, зависящий от выбора системы еди­ниц, в СИ k = 9 10 9 Н м 2 /Кл 2 . Величина, показывающая во сколько раз сила взаимодействия зарядов в вакууме больше, чем в среде, называется диэлектрической проницаемостью среды ε . Для среды с диэлектрической проницае­мостью ε закон Кулона записывается следующим об­разом: F= k q 1 q 2 /(ε r 2 )

Вместо коэффициента k часто используется коэффициент, называемый электрической постоян­ной ε 0 . Электрическая постоянная связана с коэффи­циентом k следующим образом k = 1/4π ε 0 и численно равна ε 0 =8,85 10 -12 Кл/Н м 2 .

С использованием электрической постоянной закон Кулона имеет вид:F=(1/4π ε 0 ) (q 1 q 2 /r 2 )

Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим, или кулоновским, взаимодействием. Кулоновские силы мож­но изобразить графически (рис. 14, 15).

Кулоновская сила направлена вдоль прямой, соединяющей заряженные тела. Она является силой притяжения при разных знаках зарядов и силой от­талкивания при одинаковых знаках.

Билет № 14

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

План ответа

1. Работа тока. 2. Закон Джоуля-Ленца 3. Элек­тродвижущая сила. 4. Закон Ома для полной цепи.

В электрическом поле из формулы определе­ния напряжения (U = A / q ) легко получить выраже­ние для расчета работы переноса электрического за­ряда А = Uq , так как для тока заряд q = It , то работа тока: А = Ult , или А = I 2 R t = U 2 / R t .

Мощность, по определению, N = A / t , следова­тельно, N = UI = I 2 R = U 2 / R .

Русский ученый X. Ленц и английский уче­ный Джоуль опытным путем в середине прошлого века установили независимо друг от друга закон, который называется законом Джоуля-Ленца и чи­тается так. При прохождении тока по проводнику количество теплоты, выделившейся в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы, тока, со­противлению проводника и времени прохождения тока.

Q = I 2 Rt.

Полная замкнутая цепь представляет собой электрическую цепь, в состав которой входят внеш­ние сопротивления и источник то­ка (рис. 18). Как один из участков цепи, источник тока обладает со­противлением, которое называют внутренним, г.

Для того чтобы ток проходил по замкнутой цепи, необходимо, чтобы в источнике тока зарядам сообщалась дополнительная энергия, она берется за счет работы по перемещению зарядов, которую про­изводят силы неэлектрического происхождения (сто­ронние силы) против сил электрического поля. Ис­точник тока характеризуется энергетической харак­теристикой, которая называется ЭДС - электродви­жущая сила источника. ЭДС - характеристика источника энергии неэлектрической природы в электрической цепи, необходимого для поддержания в ней электрического тока. ЭДС измеряется отноше­нием работы сторонних сил по перемещению вдоль замкнутой цепи положительного заряда к этому за­ряду ξ= A ст /q

Пусть за время t через поперечное сечение проводника пройдет электрический заряд q. Тогда работу сторонних сил при перемещении заряда мож­но записать так: A ст = ξ q. Согласно определению си­лы тока q = It , поэтому A ст = ξ I t. При совершении этой работы на внутреннем и внешнем участках це­пи, сопротивления которых R и г, выделяется неко­торое количество теплоты. По закону Джоуля- Ленца оно равно: Q =I 2 Rt + I 2 rt . Согласно закону со­хранения энергии А = Q. Следовательно, ξ = IR + Ir. Произведение силы тока на сопротивление участка цепи часто называют падением напряжения на этом участке. Таким образом, ЭДС равна сумме падений напряжений на внутреннем и внешнем участках замкнутой цепи. Обычно это выражение записывают так: I = ξ/(R + r ). Эту зависимость опытным путем получил Г. Ом, называется она законом Ома для полной цепи и читается так. Сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи. При разомкнутой цепи ЭДС равна напряжению на зажимах источника и, следовательно, может быть измерена вольтметром.

Билет № 15

Магнитное поле, условия его существования. Действие магнитного поля на электрический заряд и опыты, подтверждающие это действие. Магнитная индукция

План ответа

1. Опыты Эрстеда и Ампера. 2. Магнитное по­ле. 3. Магнитная индукция. 4. Закон Ампера.

В 1820 г. датский физик Эрстед обнаружил, что магнитная стрелка поворачивается при пропус­кании электрического тока через проводник, нахо­дящийся около нее (рис. 19). В том же году француз­ский физик Ампер установил, что два проводника, расположенные параллельно друг другу, испытывают
взаимное притяжение, если ток течет по ним в одну сторону, и отталкивание, если токи текут в разные стороны (рис. 20). Явление взаимодействия токов Ампер назвал электродинамическим взаимодейст­вием. Магнитное взаимодействие движущихся элек­трических зарядов, согласно представлениям теории близкодействия, объясняется следующим образом:

всякий движущийся электрический заряд создает в окружающем пространстве магнитное поле. Магнит­ное поле - особый вид материи, который возникает в пространстве вокруг любого переменного электри­ческого поля.

С современной точки зрения в природе су­ществует совокупность двух полей - электрического и магнитного - это электромагнитное поле, оно представляет собой особый вид материи, т. е. су­ществует объективно, независимо от нашего созна­ния. Магнитное поле всегда порождается перемен­ным электрическим, и, наоборот, переменное элек­трическое поле всегда порождает переменное магнит­ное поле. Электрическое поле, вообще говоря, можно

рассматривать отдельно от магнитного, так как носи­телями его являются частицы - электроны и прото­ны. Магнитное поле без электрического не существу­ет, так как носителей магнитного поля нет. Вокруг проводника с током существует магнитное поле, и оно порождается переменным электрическим полем движущихся заряженных частиц в проводнике.

Магнитное поле является силовым полем. Си­ловой характеристикой магнитного поля называют магнитную индукцию (В). Магнитная индукция - это векторная физическая величина, равная макси­мальной силе, действующей со стороны магнитного поля на единичный элемент тока. В = F / II . Единич­ный элемент тока - это проводник длиной 1 м и си­лой тока в нем 1 А. Единицей измерения магнитной индукции является тесла. 1 Тл = 1 Н/А м.

Магнитная индукция всегда порождается в плоскости под углом 90° к электрическому полю. Вокруг проводника с током магнитное поле также существует в перпендикулярной проводнику плос­кости.

Магнитное поле является вихревым полем. Для графического изображения магнитных полей вводятся силовые линии, или линии индукции, - это такие линии, в каждой точке которых вектор магнитной индукции направлен по касательной. На­правление силовых линий находится по правилу бу­равчика. Если буравчик ввинчивать по направлению тока, то направление вращения рукоятки совпадет с направлением силовых линий. Линии магнитной индукции прямого провода с током представляют со­бой концентрические окружности, расположенные в плоскости, перпендикулярной проводнику (рис. 21).

Как установил Ампер, на проводник с током, по­мещенный в магнитное по­ле, действует сила. Сила, действующая со стороны, магнитного поля на провод­ник с током, прямо пропор­циональна силе тока. длине проводника в магнитном поле и перпендикулярной со­ставляющей вектора магнитной индукции. Это и есть формулировка закона Ампера, который записы­вается так: F a = ПВ sin α.

Направление силы Ампера определяют по пра­вилу левой руки. Если левую руку расположить так, чтобы четыре пальца показывали направление тока, перпендикулярная составляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, то отогну­тый на 90° большой палец покажет направление силы Ампера (рис. 22). В = В sin α.

Билет № 1 6

Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Полупроводниковые приборы

План ответа

1. Определение. 2. Собственная проводимость. 3. Донорная проводимость. 4. Акцепторная проводи­мость. 5. р-п переход. 6. Полупроводниковые прибо­ры. 7. Применение полупроводников.

Полупроводники - это вещества, удельное со­противление которых убывает с повышением темпе­ратуры, наличия примесей, изменения освещен­ности. По этим свойствам они разительно отличают­ся от металлов. Обычно к полупроводникам относят­ся кристаллы, в которых для освобождения электро­на требуется энергия не более 1,5 - 2 эВ. Типичны­ми полупроводниками являются кристаллы герма­ния и кремния, в которых атомы объединены ковалентной связью. Природа этой связи позволяет объ­яснить указанные выше характерные свойства. При нагревании полупроводников их атомы ионизируют­ся. Освободившиеся электроны не могут быть захва­чены соседними атомами, так как все их валентные связи насыщены. Свободные электроны под действи­ем внешнего электрического поля могут перемещать­ся в кристалле, создавая ток проводимости. Удаление электрона с внешней оболочки одного из атомов в кристаллической решетке приводит к образованию положительного иона. Этот ион может нейтрализо­ваться, захватив электрон. Далее, в результате пере-­

ходов от атомов к положительным ионам происходит процесс хаотического перемещения в кристалле мес­та с недостающим электроном. Внешне этот процесс хаотического перемещения воспринимается как пе­ремещение положительного заряда, называемого «дыркой». При помещении кристалла в электриче­ское поле возникает упорядоченное движение «ды­рок» - ток дырочной проводимости.

В идеальном кристалле ток создается равным количеством электронов и «дырок». Такой тип про­водимости называют собственной проводимостью полупроводников. При повышении температуры (или освещенности) собственная проводимость проводни­ков увеличивается.

На проводимость полупроводников большое влияние оказывают примеси. Примеси бывают до-норные и акцепторные. Донорная примесь - это примесь с большей валентностью. При добавлении донорной примеси в полупроводнике образуются лишние электроны. Проводимость станет электрон­ной, а полупроводник называют полупроводником n-типа. Например, для кремния с валентностью п = 4 донорной примесью является мышьяк с валент­ностью п = 5. Каждый атом примеси мышьяка при­ведет к образованию одного электрона проводимости.

Акцепторная примесь - это примесь с мень­шей валентностью. При добавлении такой примеси в полупроводнике образуется лишнее количество «ды­рок». Проводимость будет «дырочной», а полупро­водник называют полупроводником p-типа. Напри­мер, для кремния акцепторной примесью является индий с валентностью n = 3. Каждый атом индия приведет к образованию лишней «дырки».

Принцип действия большинства полупровод­никовых приборов основан на свойствах р-п перехо­да. При приведении в контакт двух полупроводнико­вых приборов р-типа и n-типа в месте контакта на­чинается диффузия электронов из n-области в p-область, а «дырок» - наоборот, из р- в n-область. Этот процесс будет не бесконечный во времени, так как образуется запирающий слой, который будет препятствовать дальнейшей диффузии электронов и «дырок».

р
-п контакт полупроводников, подобно ваку­умному диоду, обладает односторонней проводи­мостью: если к р-области подключить «+» источника тока, а к n-области «-» источника тока, то запираю­щий слой разрушится и р-п контакт будет проводить ток, электроны из области n- пойдут в р-область, а «дырки» из p-области в n-область (рис. 23). В первом случае ток не равен нулю, во втором ток равен нулю. Т. е., если к p-области под­ключить «-» источника, а к n-области - «+» источника то­ка, то запирающий слой рас­ширится и тока не будет.

Полупроводниковый диод состоит из контакта двух полупроводников р- и n-типа. Достоин­ством полупроводникового диода являются малые размеры и масса, длительный срок службы, высокая механическая прочность, высокий коэффициент по­лезного действия, а недостатком - зависимость их сопротивления от температуры.

В радиоэлектронике применяется также еще один полупроводниковый прибор: транзистор, кото­рый был изобретен в 1948 г. В основе триода лежит не один, а два р-п перехода. Основное применение транзистора - это использование его в качестве уси­лителя слабых сигналов по току и напряжению, а полупроводниковый диод применяется в качестве выпрямителя тока. После открытия транзистора на­ступил качественно новый этап развития электрони­ки - микроэлектроники, поднявший на качественно иную ступень развитие электронной техники, систем связи, автоматики. Микроэлектроника занимается разработкой интегральных микросхем и принципов их применения. Интегральной микросхемой назы­вают совокупность большого числа взаимосвязанных компонентов - транзисторов, диодов, резисторов, со­единительных проводов, изготовленных в едином технологическом процессе. В результате этого про­цесса на одном кристалле одновременно создается несколько тысяч транзисторов, конденсаторов, ре­зисторов и диодов, до 3500. Размеры отдельных эле­ментов микросхемы могут быть 2-5 мкм, погреш­ность при их нанесении не должна превышать 0,2 мкм. Микропроцессор современной ЭВМ, разме­щенный на кристалле кремния размером 6х6 мм, содержит несколько десятков или даже сотен тысяч транзисторов.

Однако в технике применяются также полу­проводниковые приборы без р-п перехода. Например, терморезисторы (для измерения температуры), фото­резисторы (в фотореле, аварийных выключателях, в дистанционных управлениях телевизорами и видео­магнитофонами).

Билет № 1 7

Электромагнитная индукция. Магнитный поток.

Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца

План ответа

1. Опыты по электромагнитной индукции. 2. Магнитный поток. 3. Закон электромагнитной ин­дукции. 4. Правило Ленца.

Я
вление электромагнитной индукции было открыто Майклом Фарадеем в 1831 г. Он опытным путем установил, что при изменении магнитного по­ля внутри замкнутого контура в нем возникает элек­трический ток, который называют индукционным током. Опыты Фарадея можно воспроизвести сле­дующим образом: при внесении или вынесении маг­нита в катушку, замкнутую на гальванометр, в ка­тушке возникает индукционный ток (рис. 24). Если рядом расположить две катушки (например, на об­щем сердечнике или одну катушку внутри другой) и
одну катушку через ключ соединить с источником тока, то при замыкании или размыкании ключа в цепи первой катушки во второй катушке появится индукционный ток (рис. 25). Объяснение этого явле­ния было дано Максвеллом. Любое переменное маг­нитное поле всегда порождает переменное электриче­ское поле.

Для количественной характеристики процесса изменения магнитного поля через замкнутый контур вводится физическая величина под названием маг­нитный поток. Магнитным потоком через замкну­тый контур площадью S называют физическую вели­чину, равную произведению модуля вектора магнит­ной индукции В на площадь контура S и на косинус угла а между направлением вектора магнитной ин­дукции и нормалью к площади контура. Ф = BS cos α (рис. 26).

Опытным путем был установлен основной за­кон электромагнитной индукции: ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по величине скорости из-менения магнитного потока через контур. ξ = ΔФ/t..

Если рассматривать катушку, содержащую п витков, то формула основного закона электромагнитной ин­дукции будет выглядеть так: ξ = n ΔФ/t.

Единица измерения магнитного потока Ф - вебер (Вб): 1В6 =1Β c.

Из основного закона ΔФ =ξ t следует смысл размерности: 1 вебер - это величина такого магнит­ного потока, который, уменьшаясь до нуля за одну секунду, через замкнутый контур наводит в нем ЭДС индукции 1 В.

Классической демонстрацией основного закона электромагнитной индукции является первый опыт Фарадея: чем быстрее перемещать магнит через вит­ки катушки, тем больше возникает индукционный ток в ней, а значит, и ЭДС индукции.

З
ависимость направления индукционного тока от характера изменения магнитного поля через замкнутый контур в 1833 г. опытным путем устано­вил русский ученый Ленц. Он сформулировал прави­ло, носящее его имя. Индукционный ток имеет та­кое направление, при котором его магнитное поле стремится скомпенсировать изменение внешнего магнитного потока через контур. Ленцем был скон­струирован прибор, представляющий собой два алю­миниевых кольца, сплошное и разрезанное, укреп­ленные на алюминиевой перекладине и имеющие возможность вращаться вокруг оси, как коромысло. (рис. 27). При внесении магнита в сплошное кольцо оно начинало «убегать» от магнита, поворачивая со­ответственно коромысло. При вынесении магнита из кольца кольцо стремилось «догнать» магнит. При движении магнита внутри разрезанного кольца ни­какого эффекта не происходило. Ленц объяснял опыт тем, что магнитное поле индукционного тока стре­милось компенсировать изменение внешнего магнит­ного потока.

Билет № 18

Явление самоиндукции. Индуктивность. Электромагнитное поле

План ответа

1. Опыты по самоиндукции. 2. ЭДС самоин­дукции. 3. Индуктивность. 4. Энергия магнитного поля.

Я
вление самоиндукции заключается в появле­нии ЭДС индукции в самом проводнике при измене­нии тока в нем. Примером явления самоиндукции является опыт с двумя лампочками, подключенными параллельно через ключ к источнику тока, одна из которых подключается через катушку (рис. 28). При замыкании ключа лампочка 2, включенная через ка­тушку, загорается позже лампочки 1. Это происхо­дит потому, что после замыкания ключа ток достига­ет максимального значения не сразу, магнитное поле нарастающего тока породит в катушке индукцион­ную ЭДС, которая в соответствии с правилом Ленца будет мешать нарастанию тока.

Для самоиндукции выполняется установлен­ный опытным путем закон: ЭДС самоиндукции пря­мо пропорциональна скорости изменения тока в проводнике.ξ = L ΔI / t .

Коэффициент пропорциональности L называют индуктивностью. Индуктивность - это величина, равная ЭДС самоиндукции при скорости изменения тока в проводнике 1 А/с. Индуктивность измеряется в генри (Гн). 1 Гн = 1 Вс/А.

1 генри - это индук­тивность такого проводника, в котором возникает ЭДС самоиндукции 1 вольт при скорости изменения тока 1 А/с. Индуктивность характеризует магнитные свойства электрической цепи (проводника), зависит от магнитной проницаемости среды сердечника, раз­меров и формы катушки и числа витков в ней.

При отключении катушки индуктивности от источника тока лампа, включенная параллельно ка­тушке, дает кратковременную вспышку (рис. 29). Ток в цепи возникает под дей­ствием ЭДС самоиндукции. Ис­точником энергии, выделяю­щейся при этом в электри­ческой цепи, является магнит­ное поле катушки. Энергия магнитного поля находится по формуле

W m == LI 2 /2.

Энергия магнитного поля зависит от индук­тивности проводника и силы тока в нем. Эта энергия может переходить в энергию электрического поля. Вихревое электрическое поле порождается перемен­ным магнитным полем, а переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле, т. е. пе­ременные электрическое и магнитное поля не могут существовать друг без друга. Их взаимосвязь позво­ляет сделать вывод о существовании единого элек­тромагнитного поля. Электромагнитное поле, одно из основных физических полей, посредством которого осуществляется взаимодействие электрически заря­женных частиц или частиц, обладающих магнитным моментом. Электромагнитное поле характеризуется напряженностью электрического поля и магнитной индукцией. Связь между этими величинами и рас­пределением в пространстве электрических зарядов и токов была установлена в 60-х годах прошлого столе­тия Дж. Максвеллом. Эта связь носит название основных уравнений электродинамики, которые опи­сывают электромагнитные явления в различных сре­дах и в вакууме. Получены эти уравнения как обоб­щение установленных на опыте законов электриче­ских и магнитных явлений.

Билет № 19

Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур и превращение энергии при электромагнитных колебаниях. Частота и период колебаний

План ответа

1. Определение. 2.Колебательный контур 3. Формула Томпсона.

Электромагнитные колебания - это колеба­ния электрических и магнитных полей, которые со­провождаются периодическим изменением заряда, тока и напряжения. Простейшей системой, где могут возникнуть и существовать электромагнитные коле­бания, является колебательный контур. Колебатель­ный контур - это система, состоящая из катушки индуктивности и конденсатора (рис. 30, а). Если кон­денсатор зарядить и замкнуть на катушку, то по ка­тушке потечет ток (рис. 30, б). Когда конденсатор разрядится, ток в цепи не прекратится из-за самоин­дукции в катушке. Индукционный ток, в соот­ветствии с правилом Ленца, будет течь в ту же сто­рону и перезарядит конденсатор (рис. 30, в). Ток в данном направлении прекратится, и процесс повто­рится в обратном направлении (рис. 30, г). Таким об­разом, в колебательном контуре будут происходить электромагнитные колебания из-за превращения энергии электрического поля конденсатора (W э = = CU 2 /2) в энергию магнитного поля катушки с то­ком (w m = LI 2 /2) и наоборот.

Период электромагнитных колебаний в иде­альном колебательном контуре (т. е. в таком контуре, где нет потерь энергии) зависит от индуктивности катушки и емкости конденсатора и находится по формуле Томпсона Т = 2π√ LC . Частота с периодом связана обратно пропорциональной зависимостью ν = 1/Т.

В реальном колебательном контуре свободные электромагнитные колебания будут затухающими из-за потерь энергии на нагревание проводов. Для практического применения важно получить незату­хающие электромагнитные колебания, а для этого необходимо колебательный контур пополнять элек­троэнергией, чтобы скомпенсировать потери энергии. Для получения незатухающих электромагнитных колебаний применяют генератор незатухающих ко­лебаний, который является примером автоколеба­тельной системы.

Билет №2

Взаимодействие тел. Сила. Второй закон Ньютона

План ответа

Взаимодействие тел. 2. Виды взаимодейст­вия. 3. Сила. 4. Силы в механике.

Простые наблюдения и опыты, например с те­лежками (рис. 3), 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) действия тел друг на друга всегда носят характер взаимодействия. Эти выводы подтверждаются при наблюдении явлений в природе, технике, космическом пространстве только в инерциальных системах отсчета.

Взаимодействия отличаются друг от друга и количественно, и качественно. Например, ясно, что чем больше деформируется пружина, тем больше взаимодействие ее витков. Или, чем ближе два одно­именных заряда, тем сильнее они будут притяги­ваться. В простейших случаях взаимодействия коли­чественной характеристикой является сила. Сила - причина ускорения тел по отношению к инерциальной системе отсчета 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 измерения силы - ньютон. 1 нью­тон - это сила, которая телу массой 1 кг сообщает ускорение 1 м/с 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=F1+F2+...+Fn,.

Качественно по своим свойствам взаимодей­ствия также различны. Например, электрическое и магнитное взаимодействия связаны с наличием заря­дов у частиц либо с движением заряженных частиц. Наиболее просто рассчитать силы в электродинами­ке: сила Ампера - F = IlBsina, сила Лоренца - F=qv Bsin a., кулоновская сила - F = q 1 q 2 /r 2 ; и гравитационные силы: закон всемирного тяготе­ния-F = Gm 1 m 2 /r 2 . Такие механические силы, как

сила упругости и сила трения, возникают в резуль­тате электромагнитного взаимодействия. Для их рас­чета необходимо использовать формулы: .Fynp = -kx (закон Гука), Fтр = MN - сила трения.

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 так же, как и равнодействую­щая сила: а = F/m.

Для решения задач закон часто записывают в виде: F = та.

Билет № 20

Электромагнитные волны и

их свойства. Принципы радиосвязи и

примеры их практического

использования

План ответа

1. Определение. 2. Условие возникновения. 3. Свойства электромагнитных волн. 4. Открытый колебательный контур. 5. Модуляция и детектирова­ние.

Английский ученый Джеймс Максвелл на основании изучения экспериментальных работ Фарадея по электричеству высказал гипотезу о существо­вании в природе особых волн, способных распростра­няться в вакууме.

Эти волны Максвелл назвал электромагнитными волнами. По представлениям Макс­велла: при любом изменении электрического поля возникает вихревое магнитное поле и, наоборот, при любом изменении магнитного поля возникает вихревое электрическое поле. Однажды начавшийся процесс взаимного порождения магнитного и элек­трического полей должен непрерывно продолжаться и захватывать все новые и новые области в окру­жающем пространстве (рис. 31). Процесс взаимопо­рождения электрических и магнитных полей проис­ходит во взаимно перпендикулярных плоскостях. Переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле, переменное магнитное поле порож­дает вихревое электрическое поле.

Электрические и магнитные поля могут суще­ствовать не только в веществе, но и в вакууме. По­этому должно быть возможным распространение электромагнитных волн в вакууме.

Условием возникновения электромагнитных волн является ускоренное движение электрических зарядов. Так, изменение магнитного поля происхо­дит при изменении тока в проводнике, а изменение тока происходит при изменении скорости зарядов, т. е. при движении их с ускорением. Скорость рас­пространения электромагнитных волн в вакууме по расчетам Максвелла должна быть приблизительно равна 300 000 км/с.

Впервые опытным путем получил электромаг­нитные волны физик Генрих Герц, использовав приэтом высокочастотный искровой разрядник (вибратор Герца). Герц опытным путем определил также ско­рость электромагнитных волн. Она совпала с теоре­тическим определением скорости волн Максвеллом. Простейшие электромагнитные волны - это волны, в которых электрическое и магнитное поля совер­шают синхронные гармонические колебания.

Конечно, электромагнитные волны обладают всеми основными свойствами волн.

Они подчиняются закону отражения волн:

угол падения равен углу отражения. При переходе из одной среды в другую преломляются и подчиня­ются закону преломления волн: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть вели­чина постоянная для двух данных сред и равная отношению скорости электромагнитных волн в первой среде к скорости электромагнитных волн во второй среде и называется показателем преломле­ния второй среды относительно первой.

Я
вление дифракции электромагнитных волн, т. е. отклонение направления их распространения от прямолинейного, наблюдается у края преграды или при прохождении через отверстие. Электромагнит­ные волны способны к интерференции. Интерферен­ция - это способность когерентных волн к наложе­нию, в результате чего волны в одних местах друг друга усиливают, а в других местах - гасят. (Когерентные волны - это волны, одинаковые по частоте и фазе колебания.) Электромагнитные волны обладают дисперсией, т. е. когда показатель прелом­ления среды для электромагнитных волн зависит от их частоты. Опыты с пропусканием электромагнит­ных волн через систему из двух решеток показы­вают, что эти волны являются поперечными.

При распространении электромагнитной вол­ны векторы напряженности Е и магнитной индук­ции В перпендикулярны направлению распростра­нения волны и взаимно перпендикулярны между со­бой (рис. 32).

Возможность практического применения элек­тромагнитных волн для установления связи без про­водов продемонстрировал 7 мая 1895 г. русский фи­зик А. Попов. Этот день считается днем рождения радио. Для осуществления радиосвязи необходимо обеспечить возможность излучения электромагнит­ных волн. Если электромагнитные волны возникают в контуре из катушки и конденсатора, то переменное магнитное поле оказывается связанным с катушкой, а переменное электрическое поле - сосредоточенным между пластинами конденсатора. Такой контур на­зывается закрытым (рис. 33, а). Закрытый колеба­тельный контур практически не излучает электро­магнитные волны в окружающее пространство. Если контур состоит из катушки и двух пластин плоского конденсатора, то под чем большим углом разверну­ты эти пластины, тем более свободно выходит элек­тромагнитное поле в окружающее пространство (рис. 33, б). Предельным случаем раскрытого колеба­тельного контура является удаление пластин на противоположные концы катушки. Такая система называется открытым колебательным контуром (рис. 33, в). В действительности контур состоит из катушки и длинного провода - антенны.

Энергия излучаемых (при помощи генератора незатухающих колебаний) электромагнитных коле­баний при одинаковой амплитуде колебаний силы тока в антенне пропорциональна четвертой степени частоты колебаний. На частотах в десятки, сотни и даже тысячи герц интенсивность электромагнитных колебаний ничтожно мала. Поэтому для осуществле­ния радио- и телевизионной связи используются электромагнитные волны с частотой от нескольких сотен тысяч герц до сотен мегагерц.

При передаче по радио речи, музыки и других звуковых сигналов применяют различные виды мо­дуляции высокочастотных (несущих) колебаний. Суть модуляции заключается в том, что высоко­частотные колебания, вырабатываемые генератором, изменяют по закону низкой частоты. В этом и за­ключается один из принципов радиопередачи. Дру­гим принципом является обратный процесс - детек­тирование. При радиоприеме из принятого антенной приемника модулированного сигнала нужно от­фильтровать звуковые низкочастотные колебания.

С помощью радиоволн осуществляется переда­ча на расстояние не только звуковых сигналов, но и изображения предмета. Большую роль в современном морском флоте, авиации и космонавтике играет ра­диолокация. В основе радиолокации лежит свойство отражения волн от проводящих тел. (От поверхности диэлектрика электромагнитные волны отражаются слабо, а от поверхности металлов почти полностью.)

Билет № 21

Волновые свойства света. Электромагнитная теория света

План ответа

1. Законы преломления и отражения света. 2. Интерференция и ее применение. 3. Дифракция. 4. Дисперсия. 5. Поляризация. 6. Корпускулярно-волновой дуализм.

Свет - это электромагнитные волны в интер­вале частот 63 10 14 - 8 10 14 Гц, воспринимаемых человеческим глазом, т. е. длин волн в интервале 380 - 770 нм.

Свету присущи все свойства электромагнитных волн: отражение, преломление, интерференция, дифракция, поляризация. Свет может оказывать дав­ление на вещество, поглощаться средой, вызывать явление фотоэффекта. Имеет конечную скорость рас­пространения в вакууме 300 000 км/с, а в среде ско­рость убывает.

Наиболее наглядно волновые свойства света обнаруживаются в явлениях интерференции и диф­ракции. Интерференцией света называют пространственное перераспределение светового потока при на­ложении двух (или нескольких) когерентных свето­вых волн, в результате чего в одних местах возника­ют максимумы, а в других минимумы интенсивности (интерференционная картина). Интерференцией света объясняется окраска мыльных пузырей и тонких масляных пленок на воде, хотя мыльный раствор и масло бесцветны. Световые волны частично отража­ются от поверхности тонкой пленки, частично прохо­дят в нее. На второй границе пленки вновь происхо­дит частичное отражение волны (рис. 34). Световые волны, отраженные двумя поверхностями тонкой пленки, распространяются в одном направлении, но проходят разные пути. При разности хода I, кратной целому числу длин волн l = 2 k λ/2.

При разности хода, кратной нечетному числу полуволн l = (2 k + 1) λ/2, наблюдается интерферен­ционный минимум. Когда выполняется условие мак­симума для одной длины световой волны, то оно не выполняется для других волн. Поэтому освещенная белым светом тонкая цветная прозрачная пленка кажется окрашенной. Явление интерференции в тон­ких пленках применяется для контроля качества об­работки поверхностей просветления оптики. При прохождении света через малое круглое отверстие на экране вокруг центрального светлого пятна наблюдаются чередующиеся темные и светлые кольца; если свет проходит через узкую щель, то по­лучается картина из чередующихся светлых и тем­ных полос.

Явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении у края преграды называют дифракцией света. Диф­ракция объясняется тем, что световые волны, прихо­дящие в результате отклонения из разных точек от­верстия в одну точку на экране, интерферируют между собой. Дифракция света используется в спек­тральных приборах, основным элементом в которых является дифракционная решетка. Дифракционная решетка представляет собой прозрачную пластинку с нанесенной на ней системой параллельных непро­зрачных полос, расположенных на одинаковых рас­стояниях друг от друга.

П
усть на решетку (рис. 35) падает монохрома­тический (определенной длины волны) свет. В ре­зультате дифракции на каждой щели свет распро­страняется не только в первоначальном направлении,

но и по всем другим направлениям. Если за решет­кой поставить собирающую линзу, то на экране в фокальной плоскости все лучи будут собираться в одну полоску.

Параллельные лучи, идущие от краев соседних щелей, имеют разность хода l = d sin φ, где d - по­стоянная решетки - расстояние между соответ­ствующими краями соседних щелей, называемое пе­риодом решетки, (φ - угол отклонения световых лу­чей от перпендикуляра к плоскости решетки. При разности хода, равной целому числу длин волн d sin φ = k λ, наблюдается интерференционный мак­симум для данной длины волны. Условие интерфе­ренционного максимума выполняется для каждой длины волны при своем значении дифракционного угла φ. В результате при прохождении через диф­ракционную решетку пучок белого света разлагается в спектр. Угол дифракции имеет наибольшее значе­ние для красного света, так как длина волны красно­го света больше всех остальных в области видимого света. Наименьшее значение угла дифракции для фиолетового света.

Опыт показывает, что интенсивность светового пучка, проходящего через некоторые кристаллы, на­пример, исландского шпата, зависит от взаимной ориентации двух кристаллов. При одинаковой ориен­тации кристаллов свет проходит через второй кри­сталл без ослабления.

Если же второй кристалл повернут на 90°, то свет через него не проходит. Происходит явление по­ляризации, т. е. кристалл пропускает только такие волны, в которых колебания вектора напряженности электрического поля совершаются в одной плоскости, плоскости поляризации. Явление поляризации доказывает волновую природу света и поперечность све­товых волн.

Узкий параллельный пучок белого света при прохождении через стеклянную призму разлагается на пучки света разного цвета, при этом наибольшее отклонение к основанию призмы имеют лучи фиоле­тового цвета. Объясняется разложение белого света тем, что белый свет состоит из электромагнитных волн с разной длиной волны, а показатель преломле­ния света зависит от длины его волны. Показатель преломления связан со скоростью света в среде, сле­довательно, скорость света в среде зависит от длины волны. Это явление и называют дисперсией света.

На основании совпадения экспериментально измеренного значения скорости электромагнитных волн Максвелл высказал предположение, что свет - это электромагнитная волна. Эта гипотеза подтверж­дена свойствами, которыми обладает свет.

Билет №22

Опыты Резерфорда по рассеянию α-частиц. Ядерная модель атома

План ответа

1. Опыты Резерфорда. 2. Ядерная модель атома.

Слово «атом» в переводе с греческого означает «неделимый». Под атомом долгое время, вплоть до начала XX в., подразумевали мельчайшие неделимые частицы вещества. К началу XX в. в науке накопи­лось много фактов, говоривших о сложном строении атомов.

Большие успехи в исследовании строения ато­мов были достигнуты в опытах английского ученого Эрнеста Резерфорда по рассеянию а- частиц при про­хождении через тонкие слои вещества. В этих опы­тах узкий пучок α -частиц, испускаемых радиоак­тивным веществом, направлялся на тонкую золотую фольгу. За фольгой помещался экран, способный светиться под ударами быстрых частиц. Было обна­ружено, что большинство α -частиц отклоняется от прямолинейного распространения после прохож­дения фольги, т. е. рассеивается, а некоторые α -частицы вообще отбрасываются назад. Рассеяние α -частиц Резерфорд объяснил тем, что положитель­ный заряд не распределен равномерно в шаре радиу­сом 10 -10 м, как предполагали ранее, а сосредоточен в центральной части атома - атомном ядре. При прохождении около ядра α -частица, имеющая поло­жительный заряд, отталкивается от него, а при по­падании в ядро - отбрасывается в противоположном направлении. Так ведут себя частицы, имеющие одинаковый заряд, следовательно, существует цент­ральная положительно заряженная часть атома, в которой сосредоточена значительная масса атома. Расчеты показали, что для объяснения опытов нужно принять радиус атомного ядра равным примерно 10 -15 μ.

Резерфорд предположил, что атом устроен по­добно планетарной системе. Суть модели строения атома по Резерфорду заключается в следующем: в центре атома находится положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена вся масса, вокруг ядра по круговым орбитам на больших расстояниях вра­щаются электроны (как планеты вокруг Солнца). За­ряд ядра совпадает с номером химического элемента в таблице Менделеева.

Планетарная модель строения атома по Резерфорду не смогла объяснить ряд известных фактов:

электрон, имеющий заряд, должен за счет кулоновских сил притяжения упасть на ядро, а атом - это устойчивая система; при движении по круговой ор­бите, приближаясь к ядру, электрон в атоме должен излучать электромагнитные волны всевозможных частот, т. е. излучаемый свет должен иметь непре­рывный спектр, на практике же получается иное:

электроны атомов излучают свет, имеющий линейча­тый спектр. Разрешить противоречия планетарной ядерной модели строения атома первым попытался датский физик Нильс Бор.

Билет №2 3

Квантовые постулаты Бора. Испускание и поглощение света атомами. Спектральный анализ

План ответа

1. Первый постулат. 2. Второй постулат. 3. Ви­ды спектров.

В основу своей теории Бор положил два посту­лата. Первый постулат: атомная система может на­ходиться только в особых стационарных или кван­товых состояниях, каждому из которых соответ­ствует своя энергия; в стационарном состоянии атом не излучает.

Это означает, что электрон (например, в атоме водорода) может находиться на нескольких вполне определенных орбитах. Каждой орбите электрона со­ответствует вполне определенная энергия.

Второй постулат: при переходе из одного ста­ционарного состояния в другое испускается или по­глощается квант электромагнитного излучения. Энергия фотона равна разности энергий атома в двух состояниях: hv = Е m – Ε n ; h = 6,62 10 -34 Дж с, где h - постоянная Планка.

При переходе электрона с ближней орбиты на более удаленную, атомная система поглощает квант энергии. При переходе с более удаленной орбиты электрона на ближнюю орбиту по отношению к ядру атомная система излучает квант энергии.

Теория Бора позволила объяснить существова­ние линейчатых спектров.

Спектр излучения (или поглощения) - это набор волн определенных частот, которые излучает (или поглощает) атом данного вещества.

Спектры бывают сплошные, линейчатые и по­лосатые.

Сплошные спектры излучают все вещества, находящиеся в твердом или жидком состоянии. Сплошной спектр содержит волны всех частот види­мого света и поэтому выглядит как цветная полоса с плавным переходом от одного цвета к другому в та­ком порядке: Красный, Оранжевый, Желтый, Зеле­ный, Синий и Фиолетовый (Каждый Охотник Желает Знать, где Сидит Фазан).

Линейчатые спектры излучают все вещества в атомарном состоянии. Атомы всех веществ излучают свойственные только им наборы волн вполне определенных частот. Как у каждого человека свои личные отпечатки пальцев, так и у атома данного вещества свой, характерный только ему спектр. Линейчатые спектры излучения выглядят как цветные линии, разделенные промежутками. Природа линейчатых спектров объясняется тем, что у атомов конкретного вещества существуют только ему свойственные ста­ционарные состояния со своей характерной энергией, а следовательно, и свой набор пар энергетических уровней, которые может менять атом, т. е. электрон в атоме может переходить только с одних определен­ных орбит на другие, вполне определенные орбиты для данного химического вещества.

Полосатые спектры излучаются молекулами. Выглядят полосатые спектры подобно линейчатым, только вместо отдельных линий наблюдаются от­дельные серии линий, воспринимаемые как отдель­ные полосы.

Характерным является то, что какой спектр излучается данными атомами, такой же и погло­щается, т. е. спектры излучения по набору излу­чаемых частот совпадают со спектрами поглощения. Поскольку атомам разных веществ соответствуют свойственные только им спектры, то существует спо­соб определения химического состава вещества мето­дом изучения его спектров. Этот способ называется спектральным анализом. Спектральный анализ применяется для определения химического состава ископаемых руд при добыче полезных ископаемых, для определения химического состава звезд, атмо­сфер, планет; является основным методом контроля состава вещества в металлургии и машиностроении.

Билет №2 4

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

Плав ответа

1. Гипотеза Планка. 2. Определение фотоэф­фекта. 3. Законы фотоэффекта. 4. Уравнение Эйн­штейна. 5. Применение фотоэффекта.

В 1900 г. немецкий физик Макс Планк выска­зал гипотезу: свет излучается и поглощается отдель­ными порциями - квантами (или фотонами). Энер­гия каждого фотона определяется формулой Е = hν , где h - постоянная Планка, равная 6,63 10 -34 Дж с, ν - частота света. Гипотеза Планка объяснила мно­гие явления: в частности, явление фотоэффекта, от­крытого в 1887 г. немецким ученым Генрихом Гер­цем и изученного экспериментально русским ученым А. Г. Столетовым.

Фотоэффект - это явление испускания элек­тронов веществом под действием света.

В результате исследований были установлены три закона фотоэффекта.

1. Сила тока насыщения прямо пропорцио­нальна интенсивности светового излучения, па­дающего на поверхность тела.

2. Максимальная кинетическая энергия фото­электронов линейно возрастает с частотой света и за­висит от его интенсивности.

3. Если частота света меньше некоторой опре­деленной для данного вещества минимальной часто­ты, то фотоэффект не происходит.

Зависимость фототока от напряжения показа­на на рисунке 36.

Теорию фотоэффекта создал немецкий ученый А. Эйнштейн в 1905 г. В основе теории Эйнштейна лежит понятие работы выхода электронов из металла и понятие о квантовом излучении света. По теории Эйнштейна фотоэффект имеет следующее объясне­ние: поглощая квант света, электрон приобретает энергию hv . При вылете из металла энергия каждого электрона уменьшается на определенную величину, которую называют работой выхода (А вых). Работа выхода - это работа, которую необходимо затратить, чтобы удалить электрон из металла. Максимальная энергия электронов после вылета (если нет других потерь) имеет вид: m v 2 /2 = hv - А вых, Это уравне­ние носит название уравнения Эйнштейна.

Если h ν А вых то фотоэффект не происходит. Значит, красная граница фотоэффекта равна ν min = А вых /h

Приборы, в основе принципа действия кото­рых лежит явление фотоэффекта, называют фото­элементами. Простейшим таким прибором является вакуумный фотоэлемент. Недостатками такого фото­элемента являются: слабый ток, малая чувствительность к длинноволновому излучению, сложность в изготовлении, невозможность использования в цепях переменного тока. Применяется в фотометрии для измерения силы света, яркости, освещенности, в ки­но для воспроизведения звука, в фототелеграфах и фототелефонах, в управлении производственными процессами.

Существуют полупроводниковые фотоэлемен­ты, в которых под действием света происходит изме­нение концентрации носителей тока.Они использу­ются при автоматическом управлении электрически­ми цепями (например, в турникетах метро), в цепях переменного тока, в качестве невозобновляемых ис­точников тока в часах, микрокалькуляторах, прохо­дят испытания первые солнечные автомобили, ис­пользуются в солнечных батареях на искусственных спутниках Земли, межпланетных и орбитальных ав­томатических станциях.

С явлением фотоэффекта связаны фотохимиче­ские процессы, протекающие под действием света в фотографических материалах.

Билет №2 5

Состав ядра атома. Изотопы. Энергия связи ядра атома. Цепная ядерная реакция, условия ее осуществления. Термоядерные реакции

План ответа

1. Открытие нейтрона. 2. Состав ядра атома. 3. Изотопы. 4. Дефект массы. 5. Энергия связи атом­ного ядра. 6. Ядерные реакции. 7. Цепная ядерная реакция. 8. Термоядерные реакции.

В 1932 г. английский физик Джеймс Чедвик открыл частицы с нулевым электрическим зарядом и единичной массой. Эти частицы назвали нейтрона­ми. Обозначается нейтрон п. После открытия ней­трона физики Д. Д. Иваненко и Вернер Гейзенберг в 1932 г. выдвинули протонно-нейтронную модель атомного ядра. Согласно этой модели ядро атома лю­бого вещества состоит из протонов и нейтронов. (Об­щее название протонов и нейтронов - нуклоны.) Число протонов равно заряду ядра и совпадает с но­мером элемента в таблице Менделеева. Сумма числа протонов и нейтронов равна массовому числу. На­пример, ядро атома кислорода 16 8 O состоит из 8 про­тонов и 16 - 8 = 8 нейтронов. Ядро атома 235 92 U со­стоит из 92 протонов и 235 - 92 = 143 нейтронов.

Химические вещества, занимающие одно и то же место в таблице Менделеева, но имеющие разную атомную массу, называются изотопами. Ядра изото-пов отличаются числом нейтронов. Например, водо­род имеет три изотопа: протий - ядро состоит из од­ного протона, дейтерий - ядро состоит из одного протона и одного нейтрона, тритий - ядро состоит из одного протона и двух нейтронов.

Если сравнить массы ядер с массами нукло­нов, то окажется, что масса ядра тяжелых элементов больше суммы масс протонов и нейтронов в ядре, а для легких элементов масса ядра меньше суммы масс протонов и нейтронов в ядре. Следовательно, су­ществует разность масс между массой ядра и суммой масс протонов и нейтронов, называемая дефектом массы. М = Μ я - (M p + Μ n).

Так как между массой и энергией существует связь Е = mc 2 , то при делении тяжелых ядер и при синтезе легких ядер должна выделяться энергия, существующая из-за дефекта масс, и эта энергия на­зывается энергией связи атомного ядра. Е св = Мс 2 .

Выделение этой энергии может происходить при ядерных реакциях.

Ядерная реакция - это процесс изменения заряда ядра и его массы, происходящий при взаимо­действии ядра с другими ядрами или элементарными частицами. При протекании ядерных реакций вы­полняются законы сохранения электрических заря­дов и массовых чисел: сумма зарядов (массовых чи­сел) ядер и частиц, вступающих в ядерную реакцию, равна сумме зарядов (массовых чисел) конечных про­дуктов (ядер и частиц) реакции.

Цепная реакция деления - это ядерная ре­акция, в которой частицы, вызывающие реакцию, образуются как продукты этой реакции. Необходи­мым условием для развития цепной реакции деления является требование k > 1, где k -- коэффициент размножения нейтронов, т. е. отношение числа ней­тронов в данном поколении к их числу в пре­дыдущем поколении. Способностью к цепной ядер­ной реакции обладает изотоп урана 235 U. При нали­чии определенных критических параметров (крити­ческая масса - 50 кг, шаровая форма радиусом 9 см) три нейтрона, выделившиеся при делении пер­вого ядра попадают в три соседних, ядра и т. д. Про­цесс идет в виде цепной реакции, которая протекает за доли секунды в виде ядерного взрыва. Неуправ­ляемая ядерная реакция применяется в атомных бомбах. Впервые решил задачу об управлении цеп­ной реакцией деления ядер физик Энрико Ферми. Им был изобретен ядерный реактор в 1942 г. У нас в стране реактор был запущен в 1946 г. под руковод­ством И. В. Курчатова.

Термоядерные реакции - это реакции синте­за легких ядер, происходящие при высокой темпера­туре (примерно 10 7 К и выше). Необходимые условия для синтеза ядер гелия из протонов имеются в нед­рах звезд. На Земле термоядерная реакция осущест­влена только при экспериментальных взрывах, хотя ведутся международные исследования по управлению этой реакцией.

Билет3

Импульс тела. Закон сохранения импульса в природе и технике

План ответа

1. Импульс тела. 2. Закон сохранения импуль­са. 3. Применение закона сохранения импульса. 4. Реактивное движение.

Простые наблюдения и опыты доказывают, что покой и движение относительны, скорость тела зави­сит от выбора системы отсчета; 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. Такими величинами являются энергия и импульс.

Импульсом тела называют векторную физи­ческую величину, являющуюся количественной ха­рактеристикой поступательного движения тел. Им­пульс обозначается р. Единица измерения импульса Р - кг м/с. Импульс тела равен произведению мас­сы тела на его скорость: р = mv. Направление векто­ра импульса р совпадает с направлением вектора скорости тела v (рис. 4).

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 нее. В механике замкнутой называют систему, на кото­рую не действуют внешние силы или действие этих сил скомпенсировано. В этом случае р 1 = р 2 где р 1 - начальный импульс системы, а р 2 - конеч­ный. В случае двух тел, входящих в систему, это вы­ражение имеет вид m 1 v 1 + т 2 v 2 = m 1 v 1 " + т 2 v 2 " где т 1 и т 2 - массы тел, а v 1 и v 2 , - скорости до взаимодей­ствия, v 1 " иv 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.

Другими словами: в замкнутой физической системе геометрическая сумма импульсов тел до взаимодей ствия равна геометрической сумме импульсов этих тел после взаимодействия. В случае незамкнутой системы импульс тел системы не сохраняется. Одна­ко, если в системе существует направление, по кото­рому внешние силы не действуют или их действие скомпенсировано, то сохраняется проекция импульса на это направление. Кроме того, если время взаимо­действия мало (выстрел, взрыв, удар), то за это время даже в случае незамкнутой системы внешние силы незначительно изменяют импульсы взаимодействую­щих тел. Поэтому для практических расчетов в этом случае тоже можно применять закон сохранения им­пульса.

Экспериментальные исследования взаимодей­ствий различных тел - от планет и звезд до атомов и элементарных частиц - показали, что в любой си­стеме взаимодействующих тел при отсутствии дей­ствия со стороны других тел, не входящих в систему или равенстве нулю суммы действующих сил, гео­метрическая сумма импульсов тел действительно остается неизменной.

В механике закон сохранения импульса и за­коны Ньютона связаны между собой. Если на тело массой т в течение времени t действует сила и ско­рость его движения изменяется от v 0 до v, то уско­рение движения a тела равно a = (v - v 0 )/t. На осно­вании второго закона Ньютона для силы F можно записать F = та = m(v - v 0 )/t, отсюда следует Ft = mv - mv 0 .

Ft - векторная физическая величина, харак­теризующая действие на тело силы за некоторый промежуток времени и равная произведению силы на время t ее действия, называется импульсом силы.

Единица импульса в СИ - Н с.

Закон сохранения импульса лежит в основе реактивного движения. Реактивное движение - это такое движение тела, которое возникает после отде­ления от тела его части.

Пусть тело массой т покоилось. От тела отде­лилась какая-то его часть т 1 со скоростью v 1 . Тогда

оставшаяся часть придет в движение в противопо­ложную сторону со скоростью v 2 , масса оставшейся части т 2 Действительно, сумма импульсов обоих частей тела до отделения была равна нулю и после разделения будет равна нулю:

т 1 v 1 +m 2 v 2 = 0, отсюда v 1 = -m 2 v 2 /m 1 .

Большая заслуга в развитии теории реак­тивного движения принадлежит К. Э. Циолковскому.

Он разработал теорию полета тела переменной массы (ракеты) в однородном поле тяготения и рас­считал запасы топлива, необходимые для преодоле­ния силы земного притяжения; основы теории жид­костного реактивного двигателя, а так же элементы его конструкции; теорию многоступенчатых ракет, причем предложил два варианта: параллельный (несколько реактивных двигателей работают одно­временно) и последовательный (реактивные двигате­ли работают друг за другом). К. Э. Циолковский строго научно доказал возможность полета в космос с помощью ракет с жидкостным реактивным двигате­лем, предложил специальные траектории посадки космических аппаратов на Землю, выдвинул идею создания межпланетных орбитальных станций и подробно рассмотрел условия жизни и жизнеобеспе­чения на них. Технические идеи Циолковского нахо­дят применение при создании современной ракетно-космической техники. Движение с помощью реак­тивной струи, по закону сохранения импульса, ле­жит в основе гидрореактивного двигателя. В основе движения многих морских моллюсков (осьминогов, медуз, кальмаров, каракатиц) также лежит реактив­ный принцип.

Билет№ 4

Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Вес тела. Невесомость

План ответа

1. Силы гравитации. 2. Закон всемирного тя­готения. 3. Физический смысл гравитационной по­стоянной. 4. Сила тяжести. 5. Вес тела, перегрузки. 6. Невесомость.

Исаак Ньютон выдвинул предположение, что между любыми телами в природе существуют силы взаимного притяжения. Эти силы называют силами гравитации, или силами всемирного тяготения. Си­ла всемирного тяготения проявляется в Космосе, Солнечной системе и на Земле. Ньютон обобщил за­коны движения небесных тел и выяснил, что F = G(m 1 *m 2 )/R 2 , где G - коэффициент пропорциональности, называется гравитационной постоянной. Чис­ленное значение гравитационной постоянной опытным путем определил Кавендиш, измеряя силу вза­имодействия между свинцовыми шарами. В резуль­тате закон всемирного тяготения звучит так: между любыми материальными точками существует сила взаимного притяжения, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними, действующая по линии, соединяющей эти точки.

Физический смысл гравитационной постоян­ной вытекает из закона всемирного тяготения. Если m 1 = m 2 = 1 кг, R = 1 м, то G = F, т. е. гравитацион­ная постоянная равна силе, с которой притягиваются два тела по 1 кг на расстоянии 1 м. Численное зна­чение: G = 6,67 10 -11 Н м 2 /кг 2 . Силы всемирного тя­готения действуют между любыми телами в природе, но ощутимыми они становятся при больших массах (или хотя бы масса одного из тел велика). Закон же всемирного тяготения выполняется только для мате­риальных точек и шаров (в этом случае за расстоя­ние принимается расстояние между центрами ша­ров).

Частным видом силы всемирного тяготения является сила притяжения тел к Земле (или к другой планете). Эту силу называют силой тяжести. Под действием этой силы все тела приобретают ускорение свободного падения. В соответствии со вторым зако­ном Ньютона g = f т /m, следовательно, f т = mg. Сила тяжести всегда направлена к центру Земли. В зави­симости от высоты h над поверхностью Земли и гео­графической широты положения тела ускорение сво­бодного падения приобретает различные значения. На поверхности Земли и в средних широтах ускоре­ние свободного падения равно 9,831 м/с 2 .

В технике и быту широко используется поня­тие веса тела. Весом тела называют силу, с которой тело давит на опору или подвес в результате грави­тационного притяжения к планете (рис. 5). Вес тела обозначается Р. Единица измерения веса - 1 Н. Так как вес равен силе, с которой тело действует на опо­ру, то в соответствии с третьим законом Ньютона по величине вес тела равен силе реакции опоры. Поэтому, чтобы найти вес тела, необходимо найти, чему равна сила реакции опоры.

Рассмотрим случай, когда тело вместе с опорой не движется. В этом случае сила реакции опоры, а следова­тельно, и вес тела равен силе тяжести (рис. 6):р = N = mg.

В случае движения тела вертикально вверх вместе с опорой с ускорением, по второму закону Ньютона, можно записать mg + N = та (рис. 7, а).

В проекции на ось OX: -mg + N = та, отсюда N = m(g + а ).

Следовательно, при движении вертикально вверх с ускорением вес тела увеличивается и нахо­дится по формуле Р = m(g + а).

Увеличение веса тела, вызванное ускоренным движением опоры или подвеса, называют перегруз­кой. Действие перегрузки испытывают на себе кос­монавты как при взлете космической ракеты, так и при торможении корабля при входе в плотные слои атмосферы. Испытывают перегрузки и летчики при выполнении фигур высшего пилотажа, и водители автомобилей при резком торможении.

Если тело движется Вниз по вертикали, то с помощью аналогичных рассуждений получаем mg +

+N = та; mg -N = та; N = m(g -а); Р = m(g - а), т. е. вес при движении по вертикали с ускорением будет меньше силы тяжести.

Если тело свободно падает, в этом случае Р = (g - g)m = 0.

Состояние тела, в котором его вес равен нулю, называют невесомостью. Состояние невесомости на­блюдается в самолете или космическом корабле при движении с ускорением свободного падения незави­симо от направления и значения скорости их движе­ния. За пределами земной атмосферы при выключе­нии реактивных двигателей на космический корабль действует только сила всемирного тяготения. Под действием этой силы космический корабль и все те­ла, находящиеся в нем, движутся с одинаковым ускорением, поэтому в корабле наблюдается состоя­ние невесомости.

Билет5

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

План ответа

1. Определение колебательного движения. 2. Свободные колебания. 3. Превращения энергии. 4. Вынужденные колебания.

М
еханическими колебаниями называют дви­жения тела, повторяющиеся точно или приблизи­тельно через одинаковые промежутки времени. Основ­ными характеристиками механических колебаний являются: смещение, амплитуда, частота, период. Смещение - это отклонение от положения равнове­сия. Амплитуда - модуль максимального отклоне­ния от положения равновесия. Частота - число полных колебаний, совершаемых в единицу времени. Период - время одного полного колебания, т. е. ми­нимальный промежуток времени, через который происходит повторение процесса. Период и частота связаны соотношением: v = 1/T.

Простейший вид колебательного движения - гармонические колебания, при которых колеблю­щаяся величина изменяется со временем по закону синуса или косинуса (рис. 8).

С
вободными - называют колебания, которые совершаются за счет первоначально сообщенной энергии при последующем отсутствии внешних воз­действий на систему, совершающую колебания. На­пример, колебания груза на нити (рис. 9).

Рассмотрим процесс превращения энергии на примере колебаний груза на нити (см. рис. 9).

При отклонении маятника от положения рав­новесия он поднимается на высоту h относительно нулевого уровня, следовательно, в точке А маятник обладает потенциальной энергией mgh. При движе­нии к положению равновесия, к точке О, уменьшает­ся высота до нуля, а скорость груза увеличивается, и в точке О вся потенциальная энергия mgh превратит­ся в кинетическую энергию mv г /2. В положении равновесия кинетическая энергия имеет максималь­ное значение, а потенциальная энергия минимальна. После прохождения положения равновесия происхо­дит превращение кинетической энергии в потенци­альную, скорость маятника уменьшается и при мак­симальном отклонении от положения равновесия становится равной нулю. При колебательном движе­нии всегда происходят периодические превращения его кинетической и потенциальной энергий.

При свободных механических колебаниях не­избежно происходит потеря энергии на преодоление сил сопротивления. Если колебания происходят под действием периодически действующей внешней си­лы, то такие колебания называют вынужденными. Например, родители раскачивают ребенка на каче­лях, поршень движется в цилиндре двигателя авто­мобиля, колеблются нож электробритвы и игла швейной машины. Характер вынужденных колеба­ний зависит от характера действия внешней силы, от ее величины, направления, частоты действия и не зависит от размеров и свойств колеблющегося тела. Например, фундамент мотора, на котором он закреп­лен, совершает вынужденные колебания с частотой, определяемой только числом оборотов мотора, и не зависит от размеров фундамента.

При совпадении частоты внешней силы и час­тоты собственных колебаний тела амплитуда вынуж­денных колебаний резко возрастает. Такое явление называют механическим резонансом. Графически за­висимость вынужденных колебаний от частоты дей­ствия внешней силы показана на рисунке 10.

Явление резонанса может быть причиной раз­рушения машин, зданий, мостов, если собственные их частоты совпадают с частотой периодически дей­ствующей силы. Поэтому, например, двигатели в ав­томобилях устанавливают на специальных амортиза­торах, а воинским подразделениям при движении по мосту запрещается идти «в ногу».

При отсутствии трения амплитуда вынужден­ных колебаний при резонансе должна возрастать со временем неограниченно. В реальных системах ам­плитуда в установившемся режиме резонанса опре­деляется условием потерь энергии в течение периода и работы внешней силы за то же время. Чем меньше трение, тем больше амплитуда при резонансе.

Билет №6

Опытное обоснование основных положений МКТ строения вещества. Масса и размер молекул. Постоянная Авогадро

План ответа

1. Основные положения. 2. Опытные доказа­тельства. 3. Микрохарактеристики вещества.

Молекулярно-кинетическая теория - это раз­дел физики, изучающий свойства различных состоя­ний вещества, основывающийся на представлениях о существовании молекул и атомов, как мельчайших частиц вещества. В основе МКТ лежат три основных положения:

1. Все вещества состоят из мельчайших час­тиц: молекул, атомов или ионов.

2. Эти частицы находятся в непрерывном хао­тическом движении, скорость которого определяет температуру вещества.

3. Между частицами существуют силы притя­жения и отталкивания, характер которых зависит от расстояния между ними.

Основные положения МКТ подтверждаются многими опытными фактами. Существование моле­кул, атомов и ионов доказано экспериментально, мо­лекулы достаточно изучены и даже сфотографирова­ны с помощью электронных микроскопов. Способ­ность газов неограниченно расширяться и занимать весь предоставленный им объем объясняется непре­рывным хаотическим движением молекул. Упругость газов, твердых и жидких тел, способность жидкостей

смачивать некоторые твердые тела, процессы окра­шивания, склеивания, сохранения формы твердыми телами и многое другое говорят о существовании сил притяжения и отталкивания между молекулами. Явление диффузии - способность молекул одного вещества проникать в промежутки между молекула­ми другого - тоже подтверждает основные положе­ния МКТ. Явлением диффузии объясняется, напри­мер, распространение запахов, смешивание разно­родных жидкостей, процесс растворения твердых тел в жидкостях, сварка металлов путем их расплавле-ния или путем давления. Подтверждением непре­рывного хаотического движения молекул является также и броуновское движение - непрерывное хао­тическое движение микроскопических частиц, не­растворимых в жидкости.

Движение броуновских частиц объясняется хаотическим движением частиц жидкости, которые сталкиваются с микроскопическими частицами и приводят их в движение. Опытным путем было дока­зано, что скорость броуновских частиц зависит от температуры жидкости. Теорию броуновского движе­ния разработал А. Эйнштейн. Законы движения час­тиц носят статистический, вероятностный характер. Известен только один способ уменьшения интенсив­ности броуновского движения - уменьшение темпе­ратуры. Существование броуновского движения убе­дительно подтверждает движение молекул.

Любое вещество состоит из частиц, поэтому количество вещества принято считать пропорцио­нальным числу частиц, т. е. структурных элементов, содержащихся в теле, v.

Единицей количества вещества является моль. Моль - это количество вещества, содержащее столько же структурных элементов любого вещества, сколько содержится атомов в 12 г углерода С 12 . От­ношение числа молекул вещества к количеству ве­щества называют постоянной Авогадро:

n a = N/v . na = 6,02 10 23 моль -1 .

Постоянная Авогадро показывает, сколько ато­мов и молекул содержится в одном моле вещества. Мо­лярной массой называют величину, равную отноше­нию массы вещества к количеству вещества:

М = m/v .

Молярная масса выражается в кг/моль. Зная молярную массу, можно вычислить массу одной мо­лекулы:

m 0 = m/N = m/vN A = М/N A

Средняя масса молекул обычно определяется химическими методами, постоянная Авогадро с вы­сокой точностью определена несколькими физиче­скими методами. Массы молекул и атомов со значи­тельной степенью точности определяются с помощью масс-спектрографа.

Массы молекул очень малы. Например, масса молекулы воды: т = 29,9 10 -27 кг.

Молярная масса связана с относительной мо­лекулярной массой Mr. Относительная молярная масса - это величина, равная отношению массы мо­лекулы данного вещества к 1/12 массы атома угле­рода С 12 . Если известна химическая формула вещест­ва, то с помощью таблицы Менделеева может быть определена его относительная масса, которая, будучи выражена в килограммах, показывает величину мо­лярной массы этого вещества.

Билет №7

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

План ответа

1. Понятие идеального газа, свойства. 2. Объ­яснение давления газа. 3. Необходимость измерения температуры. 4. Физический смысл температуры. 5. Температурные шкалы. 6. Абсолютная темпера­тура.

Для объяснения свойств вещества в газообраз­ном состоянии используется модель идеального газа. Идеальным принято считать газ, если:

а) между мо­лекулами отсутствуют силы притяжения, т. е. моле­кулы ведут себя как абсолютно упругие тела;

б) газ очень разряжен, т. е. расстояние между молекулами намного больше размеров самих молекул;

в) тепловое равновесие по всему объему достигается мгновенно. Условия, необходимые для того, чтобы реальный газ обрел свойства идеального, осуществляются при со­ответствующем разряжении реального газа. Некото­рые газы даже при комнатной температуре и атмо­сферном давлении слабо отличаются от идеальных.

Основными параметрами идеального газа являются давление, объем и температура.

Одним из первых и важных успехов МКТ было качественное и количественное объяснение давления газа на стенки сосуда. Качественное объяснение за­ключается в том, что молекулы газа при столкнове­ниях со стенками сосуда взаимодействуют с ними по законам механики как упругие тела и передают свои импульсы стенкам сосуда.

На основании использования основных поло­жений молекулярно-кинетической теории было по­лучено основное уравнение МКТ идеального газа, ко­торое выглядит так: р = 1/3 т 0 пv 2 .

Здесь р - давление идеального газа, m 0 -

масса молекулы, п - концентрация молекул, v 2 - средний квадрат скорости молекул.

Обозначив среднее значение кинетической энергии поступательного движения молекул идеаль­ного газа Е k получим основное уравнение МКТ иде­ального газа в виде: р = 2/3nЕ k .

Однако, измерив только давление газа, невоз­можно узнать ни среднее значение кинетической энергии молекул в отдельности, ни их концентра­цию. Следовательно, для нахождения микроскопиче­ских параметров газа нужно измерение какой-то еще физической величины, связанной со средней кинети­ческой энергией молекул. Такой величиной в физике является температура. Температура - скалярная физическая величина, описывающая состояние тер­модинамического равновесия (состояния, при кото­ром не происходит изменения микроскопических па­раметров). Как термодинамическая величина температура характеризует тепловое состояние системы и измеряется степенью его отклонения от принятого за нулевое, как молекулярно-кинетическая величина характеризует интенсивность хаотического движения молекул и измеряется их средней кинетической энергией.

E k = 3/2 kT, где k = 1,38 10 -23 Дж/К и назы­вается постоянной Больцмана.

Температура всех частей изолированной си­стемы, находящейся в равновесии, одинакова. Изме­ряется температура термометрами в градусах раз­личных температурных шкал. Существует абсолют­ная термодинамическая шкала (шкала Кельвина) и различные эмпирические шкалы, которые отличают­ся начальными точками. До введения абсолютной шкалы температур в практике широкое распростра­нение получила шкала Цельсия (за О °С принята точка замерзания воды, за 100 °С принята точка ки­пения воды при нормальном атмосферном давлении).

Единица температуры по абсолютной шкале называется Кельвином и выбрана равной одному гра­дусу по шкале Цельсия 1 К = 1 °С. В шкале Кельви­на за ноль принят абсолютный ноль температур, т. е. температура, при которой давление идеального газа при постоянном объеме равно нулю. Вычисления да­ют результат, что абсолютный ноль температуры ра­вен -273 °С. Таким образом, между абсолютной шкалой температур и шкалой Цельсия существует связь Т = t °С + 273. Абсолютный ноль температур недостижим, так как любое охлаждение основано на испарении молекул с поверхности, а при приближе­нии к абсолютному нулю скорость поступательного движения молекул настолько замедляется, что испарение практически прекращается. Теоретически при абсолютном нуле скорость поступательного движения молекул равна нулю, т. е. прекращается тепловое движение молекул.

Билет №8

Уравнение состояния идеального газа. (Уравнение Менделеева-Клапейрона.) Изопропессы

План ответа

1. Уравнение состояния. 2. Уравнение Менде­леева-Клапейрона. 3. Процессы в газах. 4. Изопроцессы. 5. Графики изопроцессов.

Состояние данной массы полностью определе­но, если известны давление, температура и объем га­за. Эти величины называют параметрами состояния газа. Уравнение, связывающее параметры состояния, называют уравнением состояния.

Для произвольной массы газа единичное со­стояние газа описывается уравнением Менделеева- Клапейрона: pV = mRT/M, где р - давление, V -

объем, т - масса, М - молярная масса, R - уни­версальная газовая постоянная. Физический смысл универсальной газовой постоянной в том, что она по­казывает, какую работу совершает один моль иде­ального газа при изобарном расширении при нагре­вании на 1 К (R = 8,31 Дж/моль К).

Уравнение Менделеева-Клапейрона показы­вает, что возможно одновременно изменение пяти параметров, характеризующих состояние идеального

газа. Однако многие процессы в газах, происходящие в природе и осуществляемые в технике, можно рас­сматривать приближенно как процессы, в которых изменяются лишь два параметра из пяти. Особую роль в физике и технике играют три процесса: изо­термический, изохорический и изобарный.

Изопроцессом называют процесс, происходя­щий с данной массой газа при одном постоянном па­раметре - температуре, давлении или объеме. Из уравнения состояния как частные случаи получаются законы для изопроцессов.

Изотермическим называют процесс, проте­кающий при постоянной температуре. Т = const. Он описывается законом Бойля-Мариотта. pV = const.

Изохорным называют процесс, протекающий при постоянном объеме. Для него справедлив закон Шарля. V = const. p/T = const.

Изобарным называют процесс, протекающий при постоянном давлении. Уравнение этого процесса имеет вид V/T == const при р = const и называется за­коном Гей-Люссака. Все процессы можно изобразить графически (рис. 11).

Реальные газы удовлетворяют уравнению со­стояния идеального газа при не слишком высоких давлениях (пока собственный объем молекул прене­брежительно мал по сравнению с объемом сосуда, в котором находится газ) и при не слишком низких температурах (пока потенциальной энергией межмо­лекулярного взаимодействия можно пренебречь по сравнению с кинетической энергией теплового дви­жения молекул), т. е. для реального газа это уравнение и его следствия являются хорошим приближением.

Билет №9

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

План ответа

1. Основные понятия. 2. Водяной пар в атмо­сфере. 3. Абсолютная и относительная влажность. 4. Точка росы. 5. Приборы для измерения влажности.

Испарение - парообразование, происходящее при любой температуре со свободной поверхности жидкости. Неравномерное распределение кинети­ческой энергии теплового движения молекул приво­дит к тому, что при любой температуре кинетическая энергия некоторых молекул жидкости или твердого тела может превышать потенциальную энергию их связи с другими молекулами. Большей кинетической энергией обладают молекулы, имеющие большую скорость, а температура тела зависит от скорости

движения его молекул, следовательно, испарение со­провождается охлаждением жидкости. Скорость ис­парения зависит: от площади открытой поверхности, температуры, концентрации молекул вблизи жид­кости. Конденсация - процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое.

Испарение жидкости в закрытом сосуде при неизменной температуре приводит к постепенному увеличению концентрации молекул испаряющегося вещества в газообразном состоянии. Через некоторое время после начала испарения концентрация вещест­ва в газообразном состоянии достигнет такого значе­ния, при котором число молекул, возвращающихся в жидкость, становится равным числу молекул, поки­дающих жидкость за то же время. Устанавливается динамическое равновесие между процессами испа­рения и конденсации вещества. Вещество в газооб­разном состоянии, находящееся в динамическом равновесии с жидкостью, называют насыщенным паром. (Паром называют совокупность молекул, по­кинувших жидкость в процессе испарения.) Пар, на­ходящийся при давлении ниже насыщенного, назы­вают ненасыщенным.

Вследствие постоянного испарения воды с по­верхностей водоемов, почвы и растительного покрова, а также дыхания человека и животных в атмосфере всегда содержится водяной пар. Поэтому атмосфер­ное давление представляет собой сумму давления су­хого воздуха и находящегося в нем водяного пара. Давление водяного пара будет максимальным при насыщении воздуха паром. Насыщенный пар в отли­чие от ненасыщенного не подчиняется законам иде­ального газа. Так, давление насыщенного пара не за­висит от объема, но зависит от температуры. Эта зависимость не может быть выражена простой форму­лой, поэтому на основе экспериментального изучения зависимости давления насыщенного пара от темпера­туры составлены таблицы, по которым можно опре­делить его давление при различных температурах.

Давление водяного пара, находящегося в воз­духе при данной температуре, называют абсолютной влажностью, или упругостью водяного пара. По­скольку давление пара пропорционально концентра­ции молекул, можно определить абсолютную влаж­ность как плотность водяного пара, находящегося в воздухе при данной температуре, выраженную в ки­лограммах на метр кубический (р ).

Большинство явлений, наблюдаемых в приро­де, например быстрота испарения, высыхание раз­личных веществ, увядание растений, зависит не от количества водяного пара в воздухе, а от того, на­сколько это количество близко к насыщению, т. е. от относительной влажности, которая характеризует степень насыщения воздуха водяным паром.

При низкой температуре и высокой влажности повышается теплопередача и человек подвергается переохлаждению. При высоких температурах и влажности теплопередача, наоборот, резко сокра­щается, что ведет к перегреванию организма. Наибо­лее благоприятной для человека в средних климати­ческих широтах является относительная влажность 40-60%. Относительной влажностью называют от­ношение плотности водяного пара (или давления), находящегося в воздухе при данной температуре, к плотности (или давлению) водяного пара при той же температуре, выраженное в процентах, т. е. = р/р 0 100%, или (р = р/р 0 100%.

Относительная влажность колеблется в широ­ких пределах. Причем суточный ход относительной влажности обратен суточному ходу температуры. Днем, с возрастанием температуры, и следовательно, с ростом давления насыщения относительная влаж­ность убывает, а ночью возрастает. Одно и то же ко­личество водяного пара может либо насыщать, либо не насыщать воздух. Понижая температуру воздуха, можно довести находящийся в нем пар до насыще­ния. Точкой росы называют температуру, при кото­рой пар, находящийся в воздухе, становится насы­щенным. При достижении точки росы в воздухе или на предметах, с которыми он соприкасается, начи­нается конденсация водяного пара. Для определения влажности воздуха используются приборы, которые называются гигрометрами и психрометрами.

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».

3. Задача на применение закона электромагнитной индукции.

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».

3. Задача на применение уравнения Эйнштейна для фотоэффекта.

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».

3. Задача на применение уравнения состояния идеального газа.

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».

3. Задача на применение первого закона термодинамики.

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».

3. Задача на применение закона сохранения импульса.

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».

3. Задача на применение закона Джоуля–Ленца.

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.

3. Задача на применение закона Кулона.

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.

О ПРИМЕРНЫХ БИЛЕТАХ ДЛЯ СДАЧИ ЭКЗАМЕНА

ПО ВЫБОРУ ВЫПУСКНИКАМИ XI(XII) КЛАССОВ

ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ, ОСУЩЕСТВИВШИХ

ПЕРЕХОД НА ПРОФИЛЬНОЕ ОБУЧЕНИЕ

Письмо Федеральной службы по надзору в сфере образования и науки

Федеральная служба по надзору в сфере образования и науки информирует о том, что подготовлены новые комплекты примерных билетов по 20 предметам федерального базисного учебного плана для сдачи экзамена по выбору выпускниками XI(XII) классов общеобразовательных учреждений Российской Федерации.

Новые комплекты экзаменационных билетов разработаны для образовательных учреждений, осуществивших переход на профильное обучение . Они позволяют проводить итоговую аттестацию выпускников XI(XII) классов общеобразовательных учреждений с учетом того уровня (базового или профильного), на котором велось обучение по предмету.

Образовательным учреждениям, не перешедшим на профильное обучение , рекомендуются примерные экзаменационные билеты для проведения устной итоговой аттестации выпускников XI(XII) классов общеобразовательных учреждений, опубликованные в предыдущем году в журнале «Вестник образования» (№ 5–6, 2005) и размещенные в этом году на сайте журнала www.vestnik.edu.ru.

Согласно Закону Российской Федерации «Об образовании» освоение программ среднего (полного) общего образования завершается обязательной итоговой аттестацией. Государственная (итоговая) аттестация выпускников XI(XII) классов общеобразовательных учреждений Российской Федерации проводится на основании Положения о государственной (итоговой) аттестации выпускников IX и XI(XII) классов общеобразовательных учреждений Российской Федерации (утверждено приказом Минобразования России от 3 декабря 1999 г. № 1075 с изменениями от 16 марта 2001 г. № 1022, от 25 июня 2002 г. № 2398, от 21 января 2003 г. № 135).

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: экзамен по билетам, собеседование, защита реферата, комплексный анализ текста (по русскому языку).

Представленные экзаменационные билеты позволяют проводить итоговую аттестацию выпускников XI(XII) классов общеобразовательных учреждений с учетом того уровня, на котором велось обучение по предмету (базового или профильного). Экзаменационные билеты разработаны по 20 общеобразовательным предметам:

1. Русский язык 2. Литература 3. Иностранный язык 4. Алгебра и начала анализа 5. Геометрия 6. История России 7. Всеобщая история 8. Обществознание 9. Экономика 10. Право

11. География 12. Физика 13. Химия 14. Биология 15. Естествознание 16. Информатика и ИКТ 17. Мировая художественная культура (МХК) 18. Технология 19. Основы безопасности жизнедеятельности (ОБЖ) 20. Физическая культура

Каждый экзаменационный комплект по предмету содержит не менее 25 билетов, каждый билет включает три вопроса (за исключением комплекта по естествознанию, где предложено по два вопроса в билете). К экзаменационным билетам по всем предметам разработаны краткие пояснительные записки об особенностях проведения устного экзамена по предмету. В них объяснена принципиальная разница между комплектами, составленными с учетом базового уровня изучения предмета и комплектами, составленными с учетом профильного уровня изучения предмета, дана характеристика структуры экзаменационного билета в целом, прокомментированы различия первого, второго и третьего вопросов билета. Во всех пояснительных записках указано примерное время, отводимое на подготовку выпускника к ответу, описаны подходы к оцениванию ответа выпускника, носящие рекомендательный характер, даны разъяснения по использованию предложенного экзаменационного материала при разработке экзаменационных билетов на уровне общеобразовательного учреждения.

Билеты всех предложенных комплектов носят примерный характер: общеобразовательное учреждение имеет право в экзаменационный материал внести изменения, учитывающие региональный компонент, особенности программы, по которой строилось обучение; частично заменить вопросы, дополнить другими заданиями, а также разработать собственные экзаменационные материалы для проведения экзаменов по выбору в устной форме.

Порядок экспертизы, утверждения и хранения аттестационного материала для проведения экзаменов по выбору устанавливается уполномоченным органом местного самоуправления.

Руководитель В. БОЛОТОВ

ФИЗИКА – XI класс

Итоговая аттестация выпускников XI классов по физике может проводиться в различных формах: устный экзамен по билетам, собеседование, письменная итоговая работа, защита рефератов, исследовательских или проектных работ.

Для итоговой аттестации выпускников XI классов в форме устного экзамена предлагается два варианта билетов – для учащихся, изучавших физику на базовом уровне, и для учащихся, изучавших физику на профильном уровне.

Приказ Минобразования России от 5 марта 2004 г. № 1089 «Об утверждении федерального компонента государственных образовательных стандартов начального общего, основного общего и среднего (полного) общего образования».

Приказ Минобразования России от 9 марта 2004 г. № 1312 «Об утверждении федерального базисного учебного плана и примерных учебных планов для образовательных учреждений Российской Федерации, реализующих программы общего образования».

Приказ Минобразования России от 30 июня 1999 г. № 56 «Об утверждении обязательного минимума содержания среднего (полного) общего образования».

Комплект билетов для классов, изучающих физику на базовом уровне (2 часа в неделю, 140 часов за два года обучения), состоит из 26 билетов, каждый из которых включает один теоретический и два практических вопроса. Первый вопрос в билетах проверяет освоение учащимися знаний о фундаментальных физических законах и принципах, наиболее важных открытиях в области физики и методах научного познания природы.

Вторые вопросы представляют собой либо экспериментальные задания, либо качественные задачи. Экспериментальные задания направлены на оценку сформированности практических умений: проводить наблюдения, планировать и выполнять простейшие эксперименты, измерять физические величины, делать выводы на основе экспериментальных данных. Всего выделено четыре основных типа экспериментальных заданий:

1. Наблюдение и объяснение физического явления.

2. Измерение физических величин.

3. Построение графика зависимости одной физической величины от другой.

4. Установление связи между физическими величинами на основании 2–3 опытов.

Во всех экспериментальных заданиях не требуется оценки погрешности измерений.

– объяснение физических явлений, наблюдений и опытов;

– понимание смысла изученных физических величин и законов;

– понимание графиков, электрических схем, схематичных рисунков простых технических устройств и т.п.;

– объяснение примеров проявления физических явлений в окружающей жизни и практического использования физических знаний.

Последние вопросы билетов контролируют предусмотренное требованиями к уровню подготовки выпускников умение работать с научно-популярными текстами физического содержания. Практические задания на основе текстов представляют собой сам текст объемом 200–300 слов и 3–4 вопроса или задания к нему.

В билетах базового уровня предусмотрено использование четырех различных типов текстов по всем разделам школьного курса физики и соответственно разного рода заданий к этим текстам. Ниже приведены рекомендации по отбору содержания текстов и составлению к ним заданий.

1. Тексты с описанием различных физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе или в повседневной жизни. Задания к таким текстам могут проверять: понимание информации, имеющейся в тексте; понимание смысла физических терминов, использующихся в тексте; умение выделить описанное в тексте явление или его признаки; умение объяснить описанное явление при помощи имеющихся знаний.

2. Тексты с описанием наблюдения или опыта по одному из разделов школьного курса физики. Задания к текстам могут проверять: понимание информации, имеющейся в тексте; умение выделить (или сформулировать) гипотезу описанного наблюдения или опыта, понимание условий проведения, назначения отдельных частей экспериментальной установки и измерительных приборов; умение определить (или сформулировать) выводы.

3. Тексты с описанием технических устройств, принцип работы которых основан на использовании каких-либо законов физики. Задания к текстам могут проверять: понимание информации, имеющейся в тексте; понимание смысла физических терминов, использующихся в тексте; умение определить основные физические законы (явления, принципы), лежащие в основе работы описанного устройства; умение оценивать возможности безопасного

Использования описанных технических устройств.

4. Тексты, содержащие информацию о физических факторах загрязнения окружающей среды или их воздействии на живые организмы и человека. Задания к текстам могут проверять: понимание информации, имеющейся в тексте; понимание смысла физических терминов, использующихся в тексте; умение оценивать степень влияния описанных в тексте физических факторов на загрязнение окружающей среды; умение выделять возможности обеспечения безопасности жизнедеятельности в условиях воздействия на человека неблагоприятных факторов.

В приложении к комплекту билетов для базового уровня приводятся образцы всех перечисленных выше типов экспериментальных заданий, качественных задач и текстов.

Комплект билетов для профильных классов (5 часов в неделю, 350 часов за два года обучения) состоит из 26 билетов, каждый из которых включает два теоретических и один практический вопрос. Теоретические вопросы включают дидактические единицы раздела «Обязательный минимум содержания основных образовательных программ» федерального компонента стандарта профильного уровня за исключением материала, выделенного в стандарте курсивом. Практическая часть (третий вопрос билетов) проверят умения школьников решать расчетные задачи, а также измерять физические величины и проводить исследования различных физических явлений и законов. В тексте билетов приведена как тематика задач, так и возможная формулировка экспериментальных заданий. Окончательное решение о количестве и типах экспериментальных заданий принимается образовательным учреждением на основании программы и учебно-методического комплекта, по которому идет обучение в профильных классах.

В разделе стандарта профильного уровня «Требования к уровню подготовки выпускников» указано, что учащиеся должны уметь представлять результаты измерений с учетом их погрешностей. Данное требование интерпретируется следующим образом. При проведении косвенных измерений (расчетов) оцениваются абсолютная и относительная погрешности прямых однократных измерений, лежащих в основе расчетов. Оценка же результатов косвенных измерений проводится лишь при сложении (вычитании) и умножении исходных величин. Во всех случаях, которые сопровождаются случайными погрешностями, требовать оценки погрешностей нельзя. В этих случаях прямо указывается лишь на необходимость проведения 3–5 измерений в неизменных условиях. Чаще всего термин «косвенное измерение» целесообразно заменить на «расчет по результатам прямых измерений». При построении графиков зависимости физических величин необходимо указывать погрешности прямых измерений, на основании которых строится график.

В приложении к комплекту билетов для профильного уровня приводятся примеры задач к некоторым билетам, которые дают представление о рекомендуемом уровне сложности практических заданий для устной итоговой аттестации учащихся.

При подготовке учителями физики комплектов билетов для аттестации выпускников рекомендуется сохранять структуру предлагаемых ниже примерных вариантов как для базового, так и для профильного уровня изучения предмета. При компоновке каждого билета следует помнить, что вопросы и задания, включенные в него, должны отражать различные разделы курса. Количество экзаменационных билетов должно быть не менее 20, причем это количество не зависит от числа учащихся, сдающих экзамен.

Содержание теоретических и практических вопросов может быть изменено в соответствии с тем учебно-методическим комплектом, по которому изучалась физика в данном классе, а также с учетом имеющегося в школе лабораторного оборудования. Практические вопросы для профильных классов должны включать не менее 40% экспериментальных заданий, и при этом не допускается замена экспериментальных заданий расчетными задачами.

При внесении изменений в тексты билетов следует помнить, что общий объем и структура проверяемого на экзамене содержания должны отражать все элементы физических знаний и умений, которые предусмотрены разделом стандарта «Требования к уровню подготовки выпускников» соответствующего уровня.

В процессе подготовки к экзаменам учащимся предлагаются тексты билетов и возможные варианты практических заданий к каждому из них. Для проведения экзамена для каждого класса готовится отдельный комплект текстов заданий практической части, который утверждается администрацией школы и согласуется с методическими службами. Тексты заданий хранятся у директора школы и заранее учащимся не сообщаются.

При проведении устного экзамена по физике учащимся предоставляется право использовать при необходимости:

– справочные таблицы физических величин;

– плакаты и таблицы для ответов на теоретические вопросы;

– непрограммируемый калькулятор для вычислений при решении задач;

– приборы и материалы для выполнения практических заданий.

Для подготовки ответа на вопросы билета учащимся предоставляется не менее 40 минут.

Оценивать ответ можно, исходя из максимума в 5 баллов за каждый вопрос и выводя затем средний балл за экзамен.

При оценивании ответов учащихся на теоретические вопросы целесообразно проведение поэлементного анализа ответа на основе требований к знаниям и умениям той программы, по которой обучались выпускники, а также структурных элементов некоторых видов знаний и умений. Ниже приведены обобщенные планы основных элементов физических знаний, в которых знаком * обозначены те элементы, которые можно считать обязательными и без наличия которых невозможно выставление удовлетворительной оценки.

Решение расчетной задачи (в билетах профильного уровня) считается полностью правильным, если верно записаны формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом; проведены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу, и представлен ответ. Удовлетворительным может считаться решение, в котором записаны только исходные формулы, необходимые для решения, и таким образом экзаменуемый демонстрирует понимание представленной в задаче физической модели. При этом допускается наличие ошибок в математических преобразованиях или неверной записи одной из исходных формул.

При оценке экспериментальных заданий максимальный балл ставится в том случае, если учащийся выполняет работу в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности проведения опытов и измерений; самостоятельно и рационально монтирует необходимое оборудование; все опыты проводит в условиях и режимах, обеспечивающих получение правильных результатов и выводов; соблюдает требования правил техники безопасности; правильно и аккуратно выполняет все записи, рисунки, чертежи, графики, вычисления, а для профильного уровня еще и правильно делает анализ погрешностей. Удовлетворительная оценка ставится при условии понимания учащимся проверяемого в экспериментальном задании физического явления и правильном проведении прямых измерений.

Задание по работе с текстом (в билетах базового уровня) оценивается максимальным баллом, если учащийся самостоятельно ответил на все поставленные вопросы. Отметка снижается, если для ответа на предложенные вопросы понадобились уточняющие комментарии или наводящие вопросы экзаменатора. Ответ считается удовлетворительным, если ученик понимает содержание текста, но отвечает лишь на вопросы, касающиеся информации, заданной в тексте в явном виде.

БАЗОВЫЙ УРОВЕНЬ

Билет № 1

1. Научные методы познания окружающего мира. Роль эксперимента и теории в процессе познания. Научные гипотезы. Физические законы. Физические теории.

2. Качественные задачи по теме «Законы сохранения в механике».

3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий информацию об использовании различных электрических устройств. Задания на определение условий безопасного использования электрических устройств.

Билет № 2

1. Механическое движение и его виды. Относительность движения. Система отсчета. Скорость. Ускорение. Прямолинейное равноускоренное движение.

2. Экспериментальное задание по теме «Элементы электростатики»: наблюдение явления электризации тел.

3. Текст по разделу «Квантовая физика и элементы астрофизики», содержащий описание опыта. Задания на определение (или формулировку) гипотезы опыта, условий его проведения и выводов.

Билет № 3

1. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Взаимодействие тел. Сила. Масса. Второй закон Ньютона. Третий закон Ньютона.

2. Экспериментальное задание по теме «Оптика»: наблюдение изменения энергии отраженного и преломленного световых пучков.

3. Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий описание использования законов МКТ и термодинамики в технике. Задания на понимание основных принципов, лежащих в основе работы описанного устройства.

Билет № 4

1. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное движение в природе и технике.

2. Экспериментальное задание по теме «Молекулярная физика»: наблюдение изменения давления воздуха при изменении температуры и объема.

Билет № 5

1. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Невесомость.

2. Качественные задачи по теме «Электростатика».

3. Текст по теме «Ядерная физика», содержащий информацию о влиянии радиации на живые организмы или воздействии ядерной энергетики на окружающую среду. Задания на понимание основных принципов радиационной безопасности.

Билет № 6

1. Силы трения скольжения. Сила упругости. Закон Гука.

2. Экспериментальное задание по теме «Магнитное поле»: наблюдение взаимодействия постоянного магнита и катушки с током (или обнаружение магнитного поля проводника с током при помощи магнитной стрелки).

Билет № 7

1. Работа. Механическая энергия. Кинетическая и потенциальная энергия. Закон сохранения механической энергии.

2. Качественные задачи по разделу «Молекулярная физика».

Билет № 8

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

2. Экспериментальное задание по теме «Элементы термодинамики»: построение графика зависимости температуры от времени остывания воды.

3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе или в повседневной жизни. Задания на понимание физических терминов, определение явления, его признаков или объяснение явления при помощи имеющихся знаний.

Билет № 9

1. Возникновение атомистической гипотезы строения вещества и ее экспериментальные доказательства. Идеальный газ. Основное уравнение молекулярнокинетической теории идеального газа. Абсолютная температура как мера средней кинетической энергии теплового движения частиц вещества.

2. Качественные задачи по теме «Магнитное поле».

Билет № 10

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

2. Экспериментальное задание по теме «Динамика»: проверка зависимости периода колебания нитяного маятника от длины нити (или независимости периода от массы груза).

3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание использования законов электродинамики в технике. Задания на понимание основных принципов, лежащих в основе работы описанного устройства.

Билет № 11

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

2. Экспериментальное задание по теме «Электромагнитная индукция»: наблюдение явления электромагнитной индукции.

Билет № 12

1. Работа в термодинамике. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики. Адиабатный процесс. Второй закон термодинамики.

2. Качественные задачи по теме «Строение атомного ядра».

3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание опыта. Задания на определение (или формулировку) гипотезы опыта, условий его проведения и выводов.

Билет № 13

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

2. Экспериментальное задание по разделу «Молекулярная физика»: измерение влажности воздуха при помощи психрометра.

3. Текст по разделу «Механика», содержащий информацию, например, о мерах безопасности при использовании транспортных средств или шумовом загрязнении окружающей среды. Задания на понимание основных принципов, обеспечивающих безопасность использования механических устройств, или выявление мер по снижению шумового воздействия на человека.

Билет № 14

1. Конденсаторы. Электроемкость конденсатора. Энергия заряженного конденсатора. Применение конденсаторов.

2. Качественные задачи по теме «Строение атома. Фотоэффект».

3. Текст по теме «Тепловые двигатели», содержащий информацию о воздействии тепловых двигателей на окружающую среду. Задания на понимание основных факторов, вызывающих загрязнение, и выявление мер по снижению воздействия тепловых двигателей на природу.

Билет № 15

1. Электрический ток. Работа и мощность в цепи постоянного тока. Закон Ома для полной цепи.

2. Качественные задачи по теме «Элементы астрофизики».

3. Текст по разделу «Механика», содержащий описание использования законов механики в технике. Задания на понимание основных принципов, лежащих в основе работы описанного устройства.

Билет № 16

1. Магнитное поле. Действие магнитного поля на электрический заряд и опыты, иллюстрирующие это действие. Магнитная индукция.

2. Качественные задачи по теме «Электромагнитные волны».

Билет № 17

1. Полупроводники. Полупроводниковые приборы.

2. Экспериментальное задание по теме «Свойства жидкостей и твердых тел»: наблюдение явления подъема жидкости в капилляре.

Билет № 18

1. Явление электромагнитной индукции. Магнитный поток. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.

2. Качественные задачи по теме «Кинематика».

3. Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий описание опыта. Задания на определение (или формулировку) гипотезы опыта, условий его проведения и выводов.

Билет № 19

1. Явление самоиндукции. Индуктивность. Энергия магнитного поля.

2. Качественные задачи по теме «Законы термодинамики».

3. Текст по разделу «Квантовая физика и элементы астрофизики», содержащий описание использования законов квантовой, атомной или ядерной физики в технике. Задания на понимание основных принципов, лежащих в основе работы описанного устройства.

Билет № 20

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

2. Экспериментальное задание по теме «Динамика»: построение графика зависимости силы упругости от удлинения (для пружины или резинового образца).

3. Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий описание физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе или в повседневной жизни. Задания на понимание физических терминов, определение явления, его признаков или объяснение явления при помощи имеющихся знаний.

Билет № 21

1. Электромагнитное поле. Электромагнитные волны. Волновые свойства света. Различные виды электромагнитных излучений и их практическое применение.

2. Качественные задачи по теме «Строение газов, жидкостей и твердых тел».

3. Текст по теме «Квантовая физика и элементы астрофизики», содержащий описание физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе или в повседневной жизни. Задания на понимание физических терминов, определение явления, его признаков или объяснение явления при помощи имеющихся знаний.

Билет № 22

1. Опыты Резерфорда по рассеянию альфачастиц. Ядерная модель атома. Квантовые постулаты Бора. Лазеры. Испускание и поглощение света атомами. Спектры.

2. Экспериментальное задание по теме «Постоянный ток»: измерение сопротивления при последовательном и параллельном соединении двух проводников.

3. Текст по разделу «Механика», содержащий описание физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе или в повседневной жизни. Задания на понимание физических терминов, определение явления, его признаков или объяснение явления при помощи имеющихся знаний.

Билет № 23

1. Квантовые свойства света. Фотоэффект и его законы. Применение фотоэффекта в технике.

2. Качественные задачи по теме «Электрический ток».

3. Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий описание физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе или в повседневной жизни. Задания на понимание физических терминов, определение явления или его признаков, объяснение явления при помощи имеющихся знаний.

Билет № 24

1. Состав ядра атома. Ядерные силы. Дефект массы и энергия связи ядра атома. Ядерные реакции. Ядерная энергетика.

2. Экспериментальное задание по теме «Кинематика»: проверка зависимости времени движения шарика по наклонному желобу от угла наклона желоба (2–3 опыта).

3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе или в повседневной жизни. Задания на понимание физических терминов, определение явления, его признаков или объяснение явления при помощи имеющихся знаний.

Билет № 25

1. Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений и методы их регистрации. Влияние ионизирующей радиации на живые организмы.

2. Экспериментальное задание по теме «Постоянный ток»: построение графика зависимости силы тока от напряжения.

3. Текст по разделу «Механика», содержащий описание опыта. Задания на определение (или формулировку) гипотезы опыта, условий его проведения и выводов.

Билет № 26

1. Солнечная система. Звезды и источники их энергии. Галактика.

2. Качественные задачи по теме «Законы динамики».

3. Текст по теме «Электромагнитные поля», содержащий информацию об электромагнитном загрязнении окружающей среды. Задания на определение степени воздействия электромагнитных полей на человека и обеспечение экологической безопасности.

Приложение

Примеры практических заданий разработаны в соответствии с Примерной программой среднего (полного) общего образования по физике для X–XI классов (базовый уровень), созданной на основе федерального компонента стандарта образования. Примерная программа определяет минимальный набор опытов, демонстрируемых учителем в классе, а также лабораторных и практических работ, выполняемых учащимися.

ПРИМЕРЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ

1. Наблюдение и объяснение физического явления

Экспериментальное задание к билету № 3

«Наблюдение изменения энергии

отраженного и преломленного световых пучков

на границе раздела двух сред»

В вашем распоряжении имеется оборудование для наблюдения преломления света: источник света, экран со щелью, стеклянная пластинка. Пронаблюдайте изменение яркости преломленного и отраженного пучков при изменении угла падения света. Опишите и объясните свои наблюдения.

Экспериментальное задание к билету № 11

«Наблюдение явления электромагнитной индукции»

В вашем распоряжении имеется оборудование для исследования явления электромагнитной индукции: магнит, проволочная катушка, миллиамперметр.

Подключите миллиамперметр к катушке, исследуйте возможные способы получения индукционного тока в катушке. Сделайте вывод об условиях, при которых возникает электрический ток.

2. Измерение физических величин

Экспериментальное задание к билету № 22

«Измерение сопротивления при последовательном

и параллельном соединении двух проводников»

В вашем распоряжении имеется оборудование для измерения сопротивления резисторов: источник тока, два резистора с известными сопротивлениями, амперметр, вольтметр, провода.

Зная сопротивления резисторов, подсчитайте сопротивления участков цепи при их последовательном и параллельном соединении.

Соберите электрическую цепь, соединив резисторы последовательно. Измерьте силу тока в цепи и напряжение на резисторах. Рассчитайте по закону Ома для участка цепи сопротивление двух последовательно соединенных резисторов. Сравните полученный результат с имеющимися теоретическими расчетами.

Повторите измерения для участка цепи с параллельно соединенными резисторами.

3. Построение графика зависимости одной физической величины от другой

Экспериментальное задание к билету № 8

«Построение графика зависимости температуры

от времени остывания воды»

В вашем распоряжении имеются металлический стакан (от калориметра), термометр и часы.

Исследуйте зависимость температуры остывающей воды от времени. Для этого фиксируйте температуру воды через равные промежутки времени (например, через каждые две или пять минут). Данные запишите в таблицу:

Постройте график зависимости температуры от времени и выясните, справедлива ли закономерность: за любые последовательно равные промежутки времени изменение температуры воды одинаково.

Экспериментальное задание к билету № 25

«Построение графика зависимости силы тока от напряжения»

В вашем распоряжении имеется оборудование для сборки электрической цепи, схема которой представлена на рисунке.

Соберите электрическую цепь, замкните ее и измерьте силу тока и напряжение на резисторе. Перемещая движок реостата, зафиксируйте 4–5 значений силы тока и напряжения на резисторе. Данные занесите в таблицу:

Постройте график зависимости силы тока от напряжения. Какое предположение о зависимости силы тока от напряжения можно сделать на основе этого опыта?

4. Установление связи между физическими величинами на основании 2–3 опытов

Экспериментальное задание к билету № 10

«Проверка зависимости периода колебания нитяного маятника

от длины нити (и независимости периода от массы груза)»

В вашем распоряжении имеются штатив, к лапке которого привязана нить длиной 100 см с грузом массой 0,1 кг, набор грузов массой по 0,1 кг, секундомер.

Измерьте период колебаний груза при начальном отклонении его от положения равновесия на 5 см. Подвесьте к нити еще один груз массой 0,1 кг и снова измерьте период колебаний. Подтверждают ли результаты опытов предположение о том, что период также увеличился в два раза?

Измерьте период колебаний маятника с одним грузом и нитью длиной 100 см при начальном отклонении его от положения равновесия на 5 см. Уменьшите длину нити до 25 см и снова измерьте период колебаний маятника. Подтверждают ли результаты опытов предположение о том, что при уменьшении длины нити в 4 раза период колебаний уменьшается в 2 раза?

Экспериментальное задание к билету № 24

«Проверка зависимости времени движения шарика

по наклонному желобу от угла наклона желоба»

В вашем распоряжении имеются желоб, линейка, шарик, секундомер и металлический цилиндр.

Установите один конец желоба на небольшой высоте h (1–2 см) над поверхностью стола, а в конце желоба положите цилиндр. Измерьте промежуток времени, за который шарик, пущенный из состояния покоя с верхней точки желоба, достигнет цилиндра. Сделайте высоту верхней точки желоба равной 2h и снова измерьте время движения шарика.

Подтверждают ли результаты опытов предположение о том, что время движения шарика уменьшилось в 2 раза при увеличении высоты верхней точки желоба вдвое?

ПРИМЕРЫ КАЧЕСТВЕННЫХ ЗАДАЧ

1. Объяснение физических явлений, наблюдений и опытов

Качественная задача к билету № 5

Бумажную гильзу, подвешенную на шелковой нити, зарядили. Когда к ней поднесли руку, гильза притянулась к руке. Почему?

ИЛИ

Маленький металлический шарик на шелковой нити вносят в пространство между пластинами заряженного плоского воздушного конденсатора. Объясните, почему шарик начинает колебаться.

Качественная задача к билету № 16

Объясните происхождение цвета синего стекла, синей бумаги, синего моря.

ИЛИ

В плоскости зеркала видно изображение свечи. Как изменится изображение, если между зеркалом и свечой поставить плоскопараллельную пластинку?

2. Понимание смысла изученных физических величин и законов

Качественная задача к билету № 9

Действует ли сила Лоренца: а) на незаряженную частицу в магнитном поле; б) на заряженную частицу, покоящуюся в магнитном поле; в) на заряженную частицу, движущуюся вдоль линий магнитной индукции поля; перпендикулярно линиям магнитной индукции поля?

Почему при быстром сжатии газа он нагревается? Почему при быстром расширении газа он охлаждается? Почему повышается давление газа при его нагревании в закрытом сосуде?

Качественная задача к билету № 23

Как изменяется сопротивление полупроводников при нагревании? Как изменяется сопротивление полупроводников при освещении? Приведите примеры.

3. Понимание графиков, электрических схем, схематичных ри­сунков простых технических устройств и т.п.

Качественная задача к билету № 18

На рисунке изображен график зависимости скорости велосипедиста от времени движения. Опишите, как двигался велосипедист на каждом из участков. Начертите примерный график зависимости координаты велосипедиста от времени.

4. Объяснение примеров проявления физических явлений в окружающей жизни и практического использования физических знаний

Качественная задача к билету № 7

Сухое молоко получают путем выпаривания его в сосуде, откуда непрерывно откачивают воздух, причем температура выпаривания намного ниже 100 °С. Какие физические закономерности лежат в основе этого процесса?

Качественная задача к билету № 19

Почему в рабочих отсеках орбитальной станции устанавливаются постоянно работающие вентиляторы?

ИЛИ

Почему нагретая медицинская банка «присасывается» к телу человека?

Качественная задача к билету № 26

Автомобиль тянет прицеп. По третьему закону Ньютона сила, с которой автомобиль тянет прицеп, равна силе, с которой прицеп действует на автомобиль. Почему же прицеп движется за автомобилем?

ИЛИ

Почему, прыгнув с некоторой высоты, следует согнуть ноги в коленях?

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ ПО РАБОТЕ С ТЕКСТОМ

1. Текст с описанием различных физических явлений или процессов

Текст к билету № 16

Ледяная магия

Между внешним давлением и точкой замерзания (плавления) воды наблюдается интересная зависимость. С повышением давления до 2200 атмосфер она падает: с увеличением давления на каждую атмосферу температура плавления понижается на 0,0075 °С. При дальнейшем увеличении давления точка замерзания воды начинает расти: при давлении 3530 атмосфер вода замерзает при –17 °С, при 6380 атмосферах – при 0 °С, а при 20670 атмосферах – при 76 °С. В последнем случае будет наблюдаться горячий лед.

При давлении в 1 атмосферу объем воды при замерзании резко возрастает примерно на 11%. В замкнутом пространстве такой процесс приводит к возникновению громадного избыточного давления. Вода, замерзая, разрывает горные породы, дробит многотонные глыбы.

В 1872 г. англичанин Боттомли впервые экспериментально обнаружил явление режеляции льда. Проволоку с подвешенным на ней грузом помещают на кусок льда. Проволока постепенно разрезает лед, имеющий температуру 0 °С, однако после прохождения проволоки разрез затягивается льдом, и в результате кусок льда остается целым.

Долгое время думали, что лед под лезвиями коньков тает потому, что испытывает сильное давление, температура плавления льда понижается и лед плавится. Однако расчеты показывают, что человек массой 60 кг, стоя на коньках, оказывает на лед давление примерно в 15 атм. Это означает, что под коньками температура плавления льда уменьшается только на 0,11 °С. Такого повышения температуры явно недостаточно для того, чтобы лед стал плавиться под давлением коньков при катании, например, при –10 °С.

Ответьте на вопросы к тексту и выполните задания:

1. Как зависит температура плавления льда от внешнего давления?

2. Приведите два примера, которые иллюстрируют возникновение избыточного давления при замерзании воды.

3. Попробуйте объяснить своими словами, что может означать термин «режеляция».

4. При протекании какого процесса может выделяться теплота, которая идет на плавление льда при катании на коньках? (Ответ. В 1936 г. Бауден и Хьюз доказали, что в случае катания на коньках или лыжах решающее значение имеет плавление льда под действием теплоты, выделяющейся при трении.)

Текст к билету № 23

Приливы и отливы

Солнце действует почти одинаковым образом на все, находящееся на Земле и внутри ее. Сила, с которой Солнце притягивает, например, москвича в полдень, когда он ближе всего к Солнцу, почти не отличается от силы, действующей на него в полночь! Ведь расстояние от Земли до Солнца в десять тысяч раз больше земного диаметра и увеличение расстояния на одну десятитысячную при повороте Земли вокруг своей оси на пол-оборота практически не меняет силы притяжения. Поэтому Солнце сообщает почти одинаковые ускорения всем частям земного шара и всем телам на его поверхности.

Почти, но все же не совсем одинаковые. Из-за этой-то небольшой разницы возникают приливы и отливы в океане. На обращенном к Солнцу участке земной поверхности сила притяжения несколько больше, чем это необходимо для движения этого участка по эллиптической орбите, а на противоположной стороне Земли – несколько меньше. В результате, согласно законам механики Ньютона, вода в океане немного выпучивается в направлении, обращенном к Солнцу, а на противоположной стороне отступает от поверхности Земли. Возникают, как говорят, приливообразующие силы, растягивающие земной шар и придающие, грубо говоря, поверхности океанов форму эллипсоида.

Чем меньше расстояния между взаимодействующими телами, тем больше приливообразующие силы. Вот почему на форму мирового океана большее влияние оказывает Луна, чем Солнце. Мы говорили о Солнце просто потому, что Земля вращается вокруг него и здесь легче понять причину деформации поверхности океанов. Если бы не было сцепления между частями земного шара, то приливообразующие силы разорвали бы его.

Приливная волна тормозит вращение Земли. Правда этот эффект мал, за 100 лет сутки увеличиваются на тысячную долю секунды. Но, действуя миллиарды лет, силы торможения приведут к тому, что Земля будет повернута к Луне одной стороной, и дневные сутки станут равными лунному месяцу. С Луной это уже произошло. Луна заторможена настолько, что повернута к Земле все время одной стороной.

1. Когда на человека действует большая сила притяжения со стороны Солнца: в полдень или в полночь? Почему?

2. Объясните своими словами, как возникают приливообразующие силы. Почему они оказывают тормозящее действие на вращение Земли?

3. Почему Луна при возникновении приливов оказывает гораздо большее воздействие, чем Солнце?

4. Период обращения Луны вокруг Земли равен 27 сут. 7 ч 43 мин. Чему примерно равен лунный день?

Текст к билету № 17

Ау, вы меня слышите?

В 1938 г. американские исследователи Г. Пирс и Д. Гриффин, применив специальную аппаратуру, установили, что великолепная ориентировка летучих мышей в пространстве связана с их способностью воспринимать эхо. Оказалось, что во время полета мышь излучает короткие ультразвуковые сигналы на частоте около 8 104 Гц, а затем воспринимает эхо-сигналы, которые приходят к ней от ближайших препятствий и от пролетающих вблизи насекомых. Гриффин назвал способ ориентировки летучих мышей по ультразвуковому эху эхолокацией.

Ультразвуковые сигналы, посылаемые летучей мышью в полете, имеют характер очень коротких импульсов – своеобразных щелчков. Длительность каждого такого щелчка (1–5) 10–3 с, ежесекундно мышь производит около десяти таких щелчков.

Американские ученые обнаружили, что тигры используют для коммуникации друг с другом не только рев, рычание и мурлыканье, но также и инфразвук. Они проанализировали частотные спектры рычания представителей трех подвидов тигра – уссурийского, бенгальского и суматранского – и обнаружили в каждом из них мощную низкочастотную компоненту. По мнению ученых, инфразвук позволяет животным поддерживать связь на расстоянии до 8 километров, поскольку распространение инфразвуковых сигналов менее чувствительно к помехам, вызванным рельефом местности.

Ответьте на вопросы к тексту и выполните задания:

1. В чем отличие ультразвука и инфразвука от звуковых волн, воспринимаемых человеком?

2. Почему Г. Пирс и Д. Гриффин назвали способ ориентировки летучих мышей эхолокацией? Где еще используется подобный принцип обнаружения объекта?

3. Объясните своими словами, как вы понимаете словосочетание «частотные спектры».

4. Почему инфразвук, в отличии от обычного звука, позволяет тиграм общаться на столь далеких расстояниях? Какие известные вам свойства волн проявляются в данном случае?

2. Текст с описанием наблюдения или опыта

Текст к билету № 12

Открытие животного электричества

Днем рождения науки электробиологии по праву считается 26 сентября 1786 г. В этом году итальянский врач и ученый Луиджи Гальвани начинает новую серию опытов, решив изучить действие на мышцы лягушки «спокойного» атмосферного электричества. Поняв, что лапка лягушки является в некотором смысле чувствительным электродом, он решил попробовать обнаружить с ее помощью это атмосферное электричество. Повесив препарат на решетке своего балкона, Гальвани долго ждал результатов, но лапка не сокращалась ни при какой погоде.

И вот 26 сентября лапка, наконец, сократилась. Но это произошло не тогда, когда изменилась погода, а при совершенно других обстоятельствах: лапка лягушки была подвешена к железной решетке балкона при помощи медного крючка и свисающим концом случайно коснулась решетки.

Гальвани проверяет: оказывается, всякий раз, как образуется цепь «железо – медь – лапка», тут же происходит сокращение мышц независимо от погоды. Ученый переносит опыты в помещение, использует разные пары металлов и регулярно наблюдает сокращение мышц лапки лягушки. Таким образом был открыт источник тока, который впоследствии был назван гальваническим элементом.

Как же можно было объяснить эти наблюдения? Во времена Гальвани ученые считали, что электричество не может возникать в металлах, они могут играть только роль проводников. Отсюда Гальвани заключает: источником электричества в этих опытах являются сами ткани лягушки, а металлы только замыкают цепь.

Ответьте на вопросы к тексту:

1. Какую гипотезу пытался проверить Л. Гальвани, начиная в 1786 г. новую серию опытов с лапкой лягушки?

2. Какой вывод сделал Л. Гальвани на основании своих опытов? В чем состояла ошибочность его вывода?

3. Из каких основных частей должен состоять гальванический элемент?

4. Если бы вы проводили опыты, аналогичные опытам Л. Гальвани, то какие бы дополнительные исследования (кроме проверки разных пар металлов) вы бы осуществили?

3. Текст с описанием технических устройств

Текст к билету № 7

Трубы‑хамелеоны

Для трубопроводов, которые находятся в помещениях, большое значение имеет их внешний вид. Для красоты их красят, никелируют. Но можно применить необычное покрытие, изобретение которого подсказано бабочками.

Чешуйки тропических бабочек семейства Ураний представляют собой многослойную структуру. Семь хитиновых пластинок разделены между собой воздушными промежутками. В результате многократного отражения и интерференции отраженные лучи приобретают более насыщенный цвет, а поверхность – блеск полированного металла. При деформации чешуйки толщина воздушного зазора изменяется, что вызывает и изменение окраски чешуйки.

Чешуйка Ураний состоит из хитиновых пластинок, между которыми имеются прослойки воздуха (а). Отраженный луч представляет собой результат интерференции лучей, отраженных от передней и задней поверхностей пластинки. Разность хода (АВС) двух частей световой волны определяется толщиной пластинки и углом падения лучей (б).

Современные технологии позволяют получать тонкие пленки толщиной до 0,5 мкм. На внешние стенки труб наносят покрытия из слоев пленки толщиной около 5 мкм, которые склеены между собой. Но клей наносят не сплошь, а тонкими полосками, и получается структура, аналогичная чешуйкам бабочек Ураний.

Такое покрытие, нанесенное на внешнюю стенку трубы, будет менять цвет при изменении температуры: у горячей трубы возрастает давление изнутри на слои покрытия, и толщина воздушных зазоров уменьшается. По оттенкам цвета можно безошибочно определить, течет ли по трубе вода и какая она – горячая или холодная. Кроме того, подобное покрытие также служит хорошим теплоизолятором и уменьшает потери тепла.

Ответьте на вопросы к тексту и выполните задания:

1. Что представляет собой явление интерференции света? Рассмотрите первый рисунок и поясните, какие лучи интерферируют в чешуйке бабочки.

2. Почему для нанесения описанного в тексте покрытия на трубы нельзя использовать пленки толщиной, например, в 1 мм?

3. Предположим, что чешуйка бабочки семейства Ураний в данном пучке света имела зеленый цвет. Как изменится цвет пластинки при уменьшении воздушной полости между хитиновыми пластинками (например, при увеличении внешнего давления)?

4. При нагревании металлические трубы расширяются быстрее, чем материал пленок в покрытии. В какую сторону при увеличении температуры протекающей по трубе воды сместиться окраска трубы – в синюю или красную? Почему?

4. Текст, содержащий информацию о физических факторах загрязнения окружающей среды или их воздействии на живые организ­мы и человека

Текст к билету № 26

Магнитобезопасность

Электромагнитные поля окружают нас буквально всюду: дома, в поезде метро, в салоне троллейбуса или трамвая. Тронулся за стеной лифт, загудел компрессор холодильника, щелкнуло реле обогревателя – все это означает, что возникло электромагнитное поле. А его магнитная составляющая, как стало известно, хорошо проникает через любые преграды, в том числе и внутрь нашего тела.

Практически в каждой квартире имеются сегодня электробытовые приборы: телевизоры, холодильники, электроутюги, стиральные машины и т.п. Все они в работающем состоянии окружены соответствующим магнитным полем (см. диаграмму 1). При работе с бытовыми приборами главное значение имеет не столько величина магнитного поля прибора, сколько расстояние до него (пропорционально квадрату этого расстояния падает интенсивность магнитного поля), а также время работы с ним.

Диаграмма 1. Средние уровни магнитного поля промышленной

Частоты бытовых электроприборов на расстоянии 0,3 м

Человеческий организм всегда реагирует на электромагнитное поле. Однако, для того чтобы эта реакция переросла в патологию и привела к заболеванию, необходимо совпадение ряда условий, в том числе достаточно высокий уровень поля и продолжительность облучения.

Статистические исследования, проведенные в Швеции, США, Канаде, Франции, Дании и Финляндии, показали, что увеличение индукции магнитного поля от 0,1 мкТл до 4 мкТл в несколько раз повышает риск развития лейкемии у детей, а там, где значение этой индукции составляет 0,3 мкТл и выше, онкологические заболевания встречаются в 2 раза чаще. Поэтому сегодня принято считать, что магнитное поле промышленной частоты может быть опасным для здоровья человека, если происходит продолжительное облучение (регулярно, не менее 8 ч в сутки, в течение нескольких лет) с уровнем выше 0,2 мкТл (микротесла).

Ответьте на вопросы к тексту и выполните задания:

1. Почему электробытовые приборы в работающем состоянии окружены магнитными полями?

2. Как вы понимаете используемое в тексте словосочетание «магнитное поле промышленной частоты»?

3. Какие из представленных на диаграмме 1 бытовых приборов могут создавать опасные для человека магнитные поля? Почему в тексте подписи к этой диаграмме указано расстояние 0,3 м?

4. Почему для определения безопасного уровня магнитного поля использовались именно статистические исследования?

ПРОФИЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ

Билет № 1

1. Научные методы познания окружающего мира; роль эксперимента и теории в процессе познания природы; моделирование явлений и объектов природы.

2. Электрическая емкость: электроемкость конденсатора; энергия электрического поля.

3. Задача на применение законов сохранения импульса и энергии.

ИЛИ

3. Экспериментальное задание: «Измерение кинетической энергии поступательного движения шарика известной массы в момент отрыва его от горизонтальной части наклонного желоба по результатам измерения дальности полета в серии из 3–5 опытов».

Билет № 2

1. Научные гипотезы; физические законы и теории, границы их применимости.

2. Электрический ток. Последовательное и параллельное соединение проводников. Электродвижущая сила (ЭДС). Закон Ома для полной электрической цепи.

3. Задача по теме «Интерференция света».

ИЛИ

Оборудование: прибор для измерения длины световой волны, дифракционная решетка, источник света (на демонстрационном столе).

Билет № 3

1. Механическое движение и его относительность; уравнения прямолинейного равноускоренного движения.

2. Электрический ток в газах: несамостоятельный разряд в газах; самостоятельный электрический разряд; виды самостоятельного разряда; плазма.

3. Задача на применение уравнения состояния идеального газа.

ИЛИ

3. Экспериментальное задание: «Оценка (расчет) массы воздуха в колбе известного объема».

Оборудование: колба известного объема, барометр, термометр.

Билет № 4

1. Движение по окружности с постоянной по модулю скоростью; период и частота; центростремительное ускорение.

2. Электрический ток в растворах и расплавах электролитов: закон Фарадея; определение заряда одновалентного иона; технические применения электролиза.

3. Задача на применение газовых законов.

ИЛИ

3. Экспериментальное задание: «Оценка (расчет) плотности воздуха в классном помещении».

Оборудование: барометр, термометр.

Билет № 5

1. Первый закон Ньютона: инерциальная система отсчета.

2. Электрический ток в полупроводниках: зависимость сопротивления полупроводников от внешних условий; собственная проводимость полупроводников; донорные и акцепторные примеси; р‑п – переход; полупроводниковые диоды.

3. Задача по теме «Влажность воздуха».

ИЛИ

3. Экспериментальное задание: «Измерение (расчет) абсолютной и относительной влажности».

Билет № 6

1. Второй закон Ньютона: понятие о массе и силе, принцип суперпозиции сил; формулировка второго закона Ньютона; классический принцип относительности.

2. Магнитное поле: понятие о магнитном поле; магнитная индукция; линии магнитной индукции, магнитный поток; движение заряженных частиц в однородном магнитном поле.

ИЛИ

3. Экспериментальное задание: «Измерение температуры равновесного состояния, установившегося в калориметре с водой после опускания в него нагретого тела, и сравнение полученного значения с результатами расчетов».

Билет № 7

1. Третий закон Ньютона: формулировка третьего закона Ньютона; характеристика сил действия и противодействия: модуль, направление, точка приложения, природа.

2.Закон электромагнитной индукции Фарадея; правило Ленца; явление самоиндукции; индуктивность; энергия магнитного поля.

3. Задача по теме «Дифракция света».

ИЛИ

3. Экспериментальное задание: «Измерение фокусного расстояния линзы».

Билет № 8

1. Импульс тела. Закон сохранения импульса: импульс тела и импульс силы; выражение второго закона Ньютона с помощью понятий изменения импульса тела и импульса силы; закон сохранения импульса; реактивное движение.

2. Колебательный контур. Свободные электромагнитные колебания: затухание свободных колебаний; вывод формулы периода электромагнитных колебаний.

3. Задача на использование закона фотоэффекта.

ИЛИ

3. Экспериментальное задание: «Исследование зависимости угла преломления от угла падения и определение границ применимости гипотезы: угол преломления пропорционален углу падения».

Билет №9

1. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести; вес и невесомость.

2. Автоколебания: автоколебательная система; автоколебательный генератор незатухающих электромагнитных колебаний.

3. Задача на использование формулы линзы.

ИЛИ

3. Экспериментальное задание: «Измерение фокусного расстояния и оптической силы линзы на основе прямых измерений расстояний от линзы до предмета и изображения».

Оборудование: линза, источник света, мерная лента, экран.

Билет №10

1. Силы упругости: природа сил упругости; виды упругих деформаций; закон Гука.

2. Вынужденные электромагнитные колебания. Переменный ток: генератор переменного тока; мощность переменного тока; действующие значения силы переменного тока и напряжения; активное, индуктивное, емкостное сопротивления.

3. Задача на применение закона радиоактивного распада.

ИЛИ

3. Экспериментальное задание: «Расчет массы воды в одном кубическом метре воздуха класса».

Оборудование: два термометра, марля, стаканчик с водой, психрометрические таблицы.

Билет №11

1. Силы трения: природа сил трения; коэффициент трения скольжения; закон сухого трения; трение покоя; учет и использование трения в быту и технике.

2. Трансформатор: принцип трансформации переменного тока; устройство трансформатора; холостой ход; режим нагрузки; передача электрической энергии.

3. Задача на применение закона Кулона.

ИЛИ

3. Экспериментальное задание: «Измерение сопротивления неизвестного резистора на основе построения графика зависимости силы тока от напряжения».

Билет №12

1. Равновесие твердых тел: момент силы; условия равновесия твердого тела; устойчивость тел; виды равновесия; принцип минимума потенциальной энергии.

2. Электромагнитное поле. Открытие электромагнитных волн: гипотеза Максвелла; опыты Герца.

3. Задача на применение закона Ома для полной цепи.

ИЛИ

3. Экспериментальное задание: «Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока на основе двукратных совместных измерений напряжения на полюсах источника и силы тока во внешней цепи».

Оборудование: источник тока, амперметр, вольтметр, реостат, проводники, выключатель.

Билет №13

1. Механическая работа. Мощность. Энергия: кинетическая энергия; потенциальная энергия тела в однородном поле тяготения и энергия упруго деформированного тела; закон сохранения энергии; закон сохранения энергии в механических процессах; границы применимости закона сохранения механической энергии; работа как мера изменения механической энергии тела.

2. Принципы радиосвязи: излучение электромагнитных волн зарядом, движущимся с ускорением; амплитудная модуляция; детектирование; развитие средств связи; радиолокация.

3. Задача на расчет общего сопротивления электрической цепи.

ИЛИ

3. Экспериментальное задание: «Измерение (расчет) сопротивления известного резистора на основе прямых измерений силы тока и напряжения с определением относительной погрешности измерения».

Оборудование: источник тока, реостат, амперметр, вольтметр, резистор, проводники.

Билет №14

1. Закон Паскаля; закон Архимеда; условия плавания тел.

2. Свет как электромагнитная волна. Скорость света. Интерференция света: опыт Юнга; цвета тонких пленок.

3. Задача на расчет работы или мощности тока, КПД источника тока.

ИЛИ

3. Экспериментальное задание: «Исследование зависимости напряжения на полюсах источника от силы тока во внешней цепи и определение ЭДС и внутреннего сопротивления на этой основе».

Оборудование: источник тока, вольтметр, амперметр, реостат, проводники, выключатель.

Билет №15

1. Механические колебания: основные характеристики гармонических колебаний: частота, период, амплитуда; уравнение гармонических колебаний; свободные и вынужденные колебания; резонанс; превращение энергии при колебательном движении.

2. Дифракция света: явление дифракции света; явления, наблюдаемые при пропускании света через отверстия малых размеров; дифракция на малом отверстии и от круглого экрана. Дифракционная решетка.

3. Задача на движение заряженной частицы в магнитном поле.

ИЛИ

3. Экспериментальное задание: «Прямое измерение фокусного расстояния линзы, его обоснование и определение абсолютной и относительной погрешностей измерения».

Оборудование: линза, источник света, мерная лента, экран.

Билет № 16

1. Механические волны: распространение колебаний в упругих средах; поперечные или продольные волны; длина волны; связь длины волны со скоростью ее распространения и периодом (частотой); свойства волн; звуковые волны.

2. Гипотеза Планка о квантах; фотоэффект; опыты А.Г. Столетова; уравнение Эйнштейна для фотоэффекта; фотон.

3. Задача на применение закона электромагнитной индукции.

ИЛИ

3. Экспериментальное задание: «Измерение ЭДС источника».

Оборудование: источник тока, вольтметр, амперметр, реостат, проводники.

Билет № 17

1. Атомистическая гипотеза строения вещества и ее экспериментальные доказательства. Модель идеального газа. Абсолютная температура. Температура как мера средней кинетической энергии теплового движения частиц.

2. Законы отражения и преломления света; полное внутреннее отражение; линзы; формула тонкой линзы; оптические приборы.

3. Задача на применение закона сохранения импульса с учетом действия силы трения.

ИЛИ

3. Экспериментальное задание: «Измерение коэффициента трения скольжения на основе построения графика зависимости силы трения от силы давления».

Оборудование: динамометр, брусок, набор грузов по механике.

Билет № 18

1. Связь между давлением идеального газа и средней кинетической энергией теплового движения его молекул. Уравнение состояния идеального газа. Изопроцессы.

2. Постулаты специальной теории относительности (СТО). Полная энергия. Энергия покоя. Релятивистский импульс.

3. Задача на применение закона всемирного тяготения.

ИЛИ

3. Экспериментальное задание: «Сравнение сил упругости, возникающих в резиновом образце при подвешивании к нему последовательно одного, двух и трех грузов по 100 г каждый, и проверка гипотезы: сила упругости пропорциональна удлинению образца».

Оборудование: штатив с лапкой и муфтой, резиновый образец, набор грузов по механике, линейка или мерная лента.

Билет № 19

1. Модель строения жидкостей. Насыщенные и ненасыщенные пары; зависимость давления насыщенного пара от температуры; кипение. Влажность воздуха; точка росы, гигрометр, психрометр.

2. Дисперсия и поглощение света; спектроскоп и спектрограф. Различные виды электромагнитных излучений и их практическое применение.

ИЛИ

3. Экспериментальное задание: «Измерение (расчет) скорости шарика в момент его отрыва от горизонтально расположенной площадки наклонного желоба по результатам серии из 3–5 прямых измерений дальности полета».

Оборудование: линейка, желоб, штатив с лапкой и муфтой, шарик, копировальная бумага.

Билет № 20

1. Модель строения твердых тел. Изменения агрегатных состояний вещества. Кристаллические тела: анизотропия кристаллов; плотная упаковка; пространственная решетка; монокристаллы и поликристаллы; полиморфизм; аморфные тела.

2. Опыт Резерфорда; ядерная модель атома; квантовые постулаты Бора; гипотеза де Бройля о волновых свойствах частиц; дифракция электронов; лазеры.

3. Задача на движение тел с учетом силы трения.

ИЛИ

3. Экспериментальное задание: «Измерение работы силы упругости пружины динамометра на основе построения графика зависимости модуля силы упругости от удлинения пружины».

Билет № 21

1. Термодинамический подход к изучению физических явлений. Внутренняя энергия и способы ее изменения. Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к изотермическому, изохорному, изобарному и адиабатному процессам.

2. Модели строения атомного ядра; ядерные силы; нуклонная модель ядра; энергия связи ядра; ядерные спектры; ядерные реакции.

3. Задача на движение заряженной частицы в электростатическом поле.

ИЛИ

3. Экспериментальное задание: «Измерение (расчет) показателя преломления вещества на основе прямых измерений углов падения и преломления».

Оборудование: источник тока, лампочка на подставке, экран со щелью, пластина стеклянная с параллельными гранями (или полуцилиндр), булавки, транспортир.

Билет № 22

1. Тепловые машины: основные части и принципы действия тепловых машин; коэффициент полезного действия тепловой машины и пути его повышения; проблемы энергетики и охрана окружающей среды.

2. Радиоактивность; радиоактивные излучения; закон радиоактивного распада.

3. Задача на расчет параметров колебательного контура.

ИЛИ

3. Экспериментальное задание: «Измерение длины световой волны на основе наблюдения дифракционного спектра».

Оборудование: комплект «Оптика» серии L-микро, состоящий из источника тока, лампочки, щели, с помощью которой создается пучок света, дифракционной решетки, линзы и экрана.

Билет № 23

1. Необратимость тепловых процессов; второй закон термодинамики и его статистическое истолкование.

2. Ядерные реакции: законы сохранения при ядерных реакциях; цепные ядерные реакции; ядерная энергетика; термоядерные реакции.

3. Задача на расчет периода колебаний механической системы.

ИЛИ

3. Экспериментальное задание: «Измерение ускорения свободного падения с использованием законов колебания математического маятника. Сравнение полученного результата с достоверным значением ускорения свободного падения».

Оборудование: секундомер (часы с секундной стрелкой или секундной индикацией), штатив с лапкой и муфтой, груз с крючком, нить длиной 0,6 - 1,2 м, мерная лента.

Билет № 24

1. Элементарный электрический заряд; два вида электрических зарядов; закон сохранения электрического заряда; закон Кулона; электрическое поле: напряженность электрического поля; линии напряженности электрического поля; принцип суперпозиции электрических полей.

2. Солнечная система. Звезды и источники их энергии. Современные представления о происхождении и эволюции Солнца и звезд.

3. Задача на применение первого закона термодинамики.

ИЛИ

3. Экспериментальное задание: «Измерение удельной теплоемкости известного вещества на основе теплообмена нагретого тела с водой и сравнение полученного значения с табличными данными».

Оборудование: калориметр с известной массой внутреннего стакана, калориметрическое тело известной массы с привязанной нитью, мензурка с водой, термометр, электрический нагреватель (используется учителем), таблица теплоемкостей.

Билет № 25

1. Работа сил электрического поля. Потенциальность электрического поля. Потенциал и разность потенциалов; эквипотенциальные поверхности. Связь между напряженностью и разностью потенциалов.

2. Наша Галактика. Другие галактики. Пространственные масштабы наблюдаемой Вселенной. Применимость законов физики для объяснения природы космических объектов.

3. Задача на применение законов Ньютона к системе связанных тел.

ИЛИ

3. Экспериментальное задание: «Измерение потенциальной энергии деформированной пружины на основе построения графика зависимости модуля силы упругости от удлинения пружины».

Оборудование: динамометр, линейка.

Билет № 26

1. Проводники в электрическом поле: электрическое поле внутри проводящего тела; электрическое поле заряженного проводящего шара; измерение разности потенциалов с помощью электрометра; диэлектрики в электрическом поле; поляризация диэлектриков.

2. «Красное смещение» в спектрах галактик. Современные взгляды на строение и эволюцию Вселенной.

3. Задача по теме «Кинематика».

ИЛИ

3. Экспериментальное задание: «Измерение конечной скорости шарика, скатывающегося с длинного наклонного желоба, по результатам серии из 3.5 прямых измерений времени движения».

Оборудование: секундомер, желоб, шарик, металлический цилиндр, мерная лента, штатив с лапкой и муфтой.

ПРИМЕРЫ ЗАДАЧ

Ниже приведены примеры задач к некоторым билетам, которые дают представление о рекомендуемом уровне сложности практических заданий для устной итоговой аттестации учащихся, изучающих физику на профильном уровне.

Задача к билету № 1

Пуля массой m= 10 г, летящая с горизонтальной скоростью v = 400 м/с, попадает в ящик с песком массой М = 4 кг, висящий на длинной нити, и застревает в нем. Чему равна высота, на которую поднимается центр масс ящика, если пуля застрянет в нем?

Ответ:

Задача к билету № 2

На плоскопараллельную пленку с показателем преломления 1,3 почти нормально к поверхности падает пучок белого света. При какой наименьшей толщине пленки она будет наиболее прозрачна для света с длиной волны 0,60 мкм?

Ответ:

Задача к билету № 4

На сколько изменяется масса воздуха, заполняющего помещение объемом 50 м 3 , зимой и летом, если температура воздуха изменяется от 7 до 37 о С, а атмосферное давление остается постоянным и равным 10 5 Па?

Ответ:

Задача к билету № 9

Два точечных источника света находятся на расстоянии l = 24 см друг от друга. Между ними на расстоянии d = 6 см от одного из источников помещена собирающая линза. При этом изображение обоих источников получилось в одной точке на прямой между ними. Чему равно фокусное расстояние линзы?

Ответ:

Задача к билету № 13

Кусок однородной проволоки разрезали на 4 одинаковых части, а затем соединили эти части параллельно. Сопротивление такой системы оказалось равным 1 Ом. Каким было сопротивление проволоки до разрезания?

Ответ: 16 Ом.

Задача к билету № 14

Два резистора с сопротивлениями 7 и 11 Ом соединены последовательно. На обоих резисторах выделилось количество теплоты, равное 900 Дж. Какое количество теплоты выделилось за это время на первом резисторе?

Ответ:

Задача к билету № 22

Колебательный контур состоит из катушки индуктивности величиной 10 –4 Гн, конденсатора емкостью 4 мкФ. Катушка имеет активное сопротивление 1 Ом. Какую энергию следует подводить к контуру для поддержания в нем незатухающих колебаний, если на конденсаторе должно быть действующее напряжение 1 В?

Ответ:

Задача к билету № 24

2 моль идеального газа расширяется так, что его давление изменяется прямо пропорционально объему. Чему равна работа газа при увеличении его температуры на 20 К?

Ответ:

Задача к билету № 25

Брусок массой m 1 = 400 г под действием перекинутого через неподвижный блок груза массой m 2 = 100 г проходит по горизонтальной плоскости из состояния покоя путь S = 8 см за время t = 2 с. Чему равен коэффициент трения скольжения бруска по плоскости?