Практические занятия по физике для студентов 1 курса СПО

Министерство образования и науки Донецкой Народной Республики
Государственное профессиональное образовательное учреждение
«Донецкий электрометаллургический техникум»
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
ОДП.02 ФИЗИКА
для специальностей
15.02.01 Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)
15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)
13.02.02 Теплоснабжение и теплотехническое оборудование
13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования по отраслям
27.02.02 Автоматические системы управления
22.02.05 Обработка металлов давлением
Донецк, 2016
Составитель - Лепеха Светлана Николаевна, преподаватель физики, специалист высшей категории Государственного профессионального образовательного учреждения «Донецкий электрометаллургический техникум»
Пособие предназначено для организации практических занятий и самостоятельного внеаудиторного решения задач по дисциплине ОДП.02 Физика для студентов 1 курса. Включает в себя перечень всех практических работ, краткий теоретический материал, примеры решения типовых задач, задания для выполнения внеаудиторных работ по указанной тематике, рекомендуемую литературу, приложения.

Содержание заданий практических работ соответствует рабочей программе учебной дисциплины ОДП.02 Физика по специальностям: 15.02.01 Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям), 15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям), 13.02.02 Теплоснабжение и теплотехническое оборудование, 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования по отраслям, 27.02.02 Автоматические системы управления, 22.02.05 Обработка металлов давлением.
Пособие рекомендовано студентам и преподавателям физики среднего профессионального образования для внедрения в учебно-воспитательный процесс обучения.
Одобрено и рекомендовано
с целью практического применения
цикловой комиссией металлургических дисциплин
протокол № 1 от «26» августа 2016 г.
Председатель ЦК__________ В.В. Гурковская
Пояснительная записка
Практические занятия по физике предназначены для студентов 1 курса СПО по специальностям
15.02.01 Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)
15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)
13.02.02 Теплоснабжение и теплотехническое оборудование
13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования по отраслям
27.02.02 Автоматические системы управления
22.02.05 Обработка металлов давлением.
На курс отведено 43 часа. Предлагаемый курс основан на знаниях и умениях, полученных студентами при изучении физики на теоретических занятиях.
Цели и задачи практических занятий:
развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей в процессе решения физических задач и самостоятельного приобретения новых знаний;
воспитание духа сотрудничества в процессе совместного выполнения задач, выполнения лабораторных работ;
уметь применять знания по физике для объяснения явлений природы, свойств вещества, решения физических задач, самостоятельного приобретения и оценки новой информации физического содержания, использования современных информационных технологий,
использование приобретенных знаний и умений для решения практических, жизненных задач.
Курс практических занятий прежде всего ориентирован на развитие у студентов интереса к занятиям, на организацию самостоятельного познавательного процесса и самостоятельной практической деятельности. В сборнике представлена система задач постепенно возрастающей сложности за курс физики средней школы. Занятия по решению теоретических задач дают возможность обеспечить студентов материалами для самостоятельной работы. С этой целью после разбора двух- трех ключевых задач на занятии целесообразно дать комплект 10 -13 задач по данной теме для самостоятельной работы с обязательным полным письменным оформлением.
Тематика практических занятий:
№
п/п Темы Количество
часов
1 Кинематика. Определение основных кинематических величин: скорость, ускорение, пройденный путь в равноускоренном прямолинейном движении 2
2 Динамика. Решение задач на законы Ньютона. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Вес тела 2
3 Закон сохранения импульса и реактивное движение 2
4 Потенциальная и кинетическая энергия. Законы сохранения в механике. Работа и мощность 2
5 Колебания и волны. Определение амплитуды, периода, частоты по графику колебаний 2
6 Основы молекулярной физики. Размеры молекул. Температура 2
7 Основное уравнение МКТ. Уравнение Клапейрона-Менделеева 2
8 Свойства паров (газов), жидкости и твердых тел 2
9 Основы термодинамики. Первый закон термодинамики 2
10 Тепловые двигатели. КПД тепловых двигателей 2
11 Закон Кулона. Напряжённость. Потенциал. Разность потенциалов 2
12 Конденсаторы. Электроемкость. Соединение конденсаторов в батареи 2
13 Законы Ома 2
14 Постоянный ток. Тепловое действие тока. Работа и мощность тока 2
15 Сила Ампера. Сила Лоренца 2
16 Изменение магнитного потока 2
17 Электромагнетизм. Закон электромагнитной индукции. Самоиндукция 2
18 Определение длины электромагнитной волны 2
19 Законы отражения и преломления света. Построение изображений в линзах 2
20 Определение кванта света. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта 2
21 Определение энергии расщепления ядра 2
22 Термоядерные реакции. Повторение 1
Практическое занятие № 1
по теме «Кинематика. Определение основных кинематических величин: скорость, ускорение, пройденный путь в равноускоренном прямолинейном движении»
Цель: Закрепить знания по теме «Кинематика», сформировать умения и навыки нахождения физической величины, вывод физической величины из формулы. Усвоить основные методы решения прямой и обратной задачи кинематики, используя законы кинематики поступательного и вращательного движения.
Теория:
Кинема́тика— раздел механики, изучающий математическое описание (средствами геометрии, алгебры, математического анализа…) движения идеализированных тел (материальная точка, абсолютно твердое тело, идеальная жидкость), без рассмотрения причин движения (массы, сил и т. д.). Исходные понятия кинематики — пространство и время. Например, если тело движется по окружности, то кинематика предсказывает необходимость существования центростремительного ускорения без уточнения того, какую природу имеет сила, его порождающая. Причинами возникновения механического движения занимается другой раздел механики — динамика.
Главной задачей кинематики является математическое (уравнениями, графиками, таблицами и т. п.) определение положения и характеристик движения точек или тел во времени. Любое движения рассматривается в определённой системе отсчёта. Также кинематика занимается изучением составных движений (движений в двух взаимно перемещающихся системах отсчёта).
УСКОРЕНИЕ. РАВНОУСКОРЕННОЕ ДВИЖЕНИЕ
Равноускоренным называется движение, при котором скорость тела за любые равные промежутки времени изменяется одинаково.
Ускорением тела называют отношение изменения скорости тела ко времени, за которое это изменение произошло.
Ускорение характеризует быстроту изменения скорости.

Ускорение - векторная величина. Оно показывает, как изменяется мгновенная скорость тела за единицу времени.
Зная начальную скорость тела и его ускорение, из формулы (1) можно найти скорость в любой момент времени:
Для этого уравнение нужно записать в проекциях на выбранную ось:
Vx=V0x+ axt
Графиком скорости при равноускоренном движении является прямая
ПЕРЕМЕЩЕНИЕ И ПУТЬ ПРИ ПРЯМОЛИНЕЙНОМ РАВНОУСКОРЕННОМ ДВИЖЕНИИ
Предположим, что тело совершило перемещение за время t, двигаясь с ускорением . Если скорость изменяется от до и учитывая, что,
получим

Используя график скорости, можно определить пройденный телом за известное время путь - он численно равен площади заштрихованной поверхности.

СВОБОДНОЕ ПАДЕНИЕ ТЕЛ
Движение тел в безвоздушном пространстве под действием силы тяжести называют свободным падением .Свободное падение - это равноускоренное движение. Ускорение свободного падения в данном месте Земли постоянно для всех тел и не зависит от массы падающего тела: g = 9,8 м/с 2 .
Для решения различных задач из раздела "Кинематика" необходимы два уравнения:

Задача№1: Тело, двигаясь равноускоренно из состояния покоя, за пятую секунду прошло путь 18 м. Чему равно ускорение и какой путь прошло тело за 5 с?
Дано: Решение:


За пятую секунду тело прошло путь s = s 5 - s 4 и s 5 и s 4 - расстояния, пройденные телом соответственно за 4 и 5 с.

Ответ: тело, двигаясь с ускорением 4 м/с 2 , за 5 с прошло 50 м.
Задача№2: С подводной лодки, погружающейся равномерно, испускаются звуковые импульсы длительностью t1 = 30,1 с. Длительность импульса, принятого на лодке после его отражения от дна, равна t2 = 29,9 с. Определите скорость погружения лодки v. Скорость звука в воде с = 1500 м/с. 
Решение:
Звуковой импульс не является материальной частицей, однако уравнения движения звукового импульса такие же, как и у материальной точки, поэтому можно применять законы кинематики материальной точки. 
За время t1 лодка переместится на расстояние vt1, поэтому расстояние в воде между началом импульса и его концом равно
L = ct1 – vt1.
Такая длина сигнала сохранится и после отражения от дна. Прием импульса закончится в тот момент, когда лодка встретится с задним концом импульса. Поскольку скорость их сближения равна с + v, то продолжительность приема равна
t2 = L/(c + v)
Решая эти уравнения совместно, получим
v =  5 м/с. Ответ: 5 м/с
Задания для самостоятельного решения
Движение тел задано уравнениями: х1 =3t, x2 =130-10t. Когда и где они встретятся?
Координата тела меняется с течением времени согласно формуле х=10-4t. Чему равна координата тела через 5 с после начала движения?
При равноускоренном прямолинейном движении скорость катера увеличилась за 10 с от 2 м/с до 8 м/с. Чему равен путь, пройденный катером за это время?
Вертолёт и самолёт летят навстречу друг другу: первый – со скоростью v, второй – со скоростью 3v. Какова скорость вертолёта относительно самолёта?
Может ли человек на эскалаторе находиться в покое относительно Земли если эскалатор поднимается со скоростью 1 м/с?
Ускорение шайбы, соскальзывающей с гладкой наклонной плоскости, равно 1,2 м/с2 . На этом спуске её скорость увеличилась на 9м/с. Определите полное время спуска шайбы с наклонной плоскости.
Камень брошен с некоторой высоты вертикально вниз с начальной скоростью 1м/с. Какова скорость камня через 0,6 с после бросания?
Мотоциклист, двигаясь по хорошей дороге с постоянной скоростью 108 км/ч, проехал 4/7 всего пути. Оставшуюся часть пути по плохой дороге он проехал со скоростью 15 м/с. Какова средняя скорость мотоциклиста на всём пути?
Автомобиль двигался по окружности. Половину длины окружности он проехал со скоростью 60 км/ч, а вторую – ехал со скоростью 40 км/ч. Чему равна средняя скорость автомобиля?
Шар, двигаясь из состояния покоя равноускоренно, за первую секунду прошёл путь 10см. Какой путь ( в сантиметрах) он пройдёт за 3 с от начала движения?
С балкона дома на высоте 5 м вверх подбросили мяч со скоростью 4 м/с. Какой будет скорость мяча через 0,4 с?
Автомобиль, трогаясь с места, движется с ускорением 3м/с2 . Какова будет скорость автомобиля через 5 с?
Колесо равномерно вращается с угловой скоростью 4π рад/с. За какое время сделает колесо 100 оборотов?
Литература:
Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10 кл. 2010 г.
А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.
С.А.Смирнов. Сборник задач по физике.2010 г
Практическое занятие № 2
по теме «Динамика. Решение задач на законы Ньютона. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Вес тела»
Цель: Закрепить знания по теме «Динамика», сформировать умения и навыки нахождения физической величины, её вывод из формулы. Усвоить методы классической механики и научиться решать задачи динамики материальной точки, динамики поступательного движения, определять энергетические характеристики и величины.
Теория:
Динамика исследует причины движения тел. Известно, что любое тело изменяет свою скорость в результате взаимодействия с другими телами. Сила есть характеристика взаимодействия. Обычно сила обозначается буквой F . Если на тело действует несколько сил, то они складываются как векторы. Сумма всех сил действующих на тело, называется равнодействующей R Масса есть характеристика инертности. Обычно масса обозначается буквой m. Масса — суть скаляр, сила — суть вектор. В основе динамики лежат три закона Ньютона. Первый закон Ньютона утверждает, что существуют такие системы отсчета, в которых, если на тело не действуют никакие внешние силы, оно движется равномерно и прямолинейно. Такие системы отсчета называют инерциальными. Второй закон Ньютона утверждает, что, если на тело массой m действует сила F, то ускорение тела а будет равно
Третий закон Ньютона утверждает, что, если на тело A со стороны тела B действует сила FBA, то на тело B со стороны тела A действует сила Fab , причем Виды сил:
1. Сила упругости. Эта сила возникает при деформации тела. Свойство силы упругости F таково, что при небольших деформациях Δх , F пропорционально Δx и направлена против деформации. Коэффициент пропорциональности к носит название коэффициента жесткости. Таким образом,
2. Гравитационная сила. Известно, что все тела притягиваются друг к другу с силой F пропорциональной массе каждого тела m1 и m2 и обратно пропорциональной квадрату расстояния R между телами.
G = 6,672⋅10-11 Нм2/кг2.
где R0 — радиус Земли, M — масса Земли. Ускорение свободного падения g не зависит от массы притягиваемого тела, поэтому все тела падают с одинаковым ускорением. На поверхности Земли, где Н равно нулю, g≈9,8 м/с2.
3. Вес тела. Весом тела P называют силу, которая давит на опору или растягивает подвес. Эта сила вообще приложена не к телу, а к опоре или подвесу; на тело же действует нормальная реакция опоры или сила натяжения нити. Вес тела может быть равен силе тяжести, а может быть и не равен. Например, если тело лежит на горизонтальной плоскости, то вес тела равен силе тяжести, а если на наклонной, то нет.
4. Сила трения. Силой трения FTP называют силу, которая препятствует движению, т.е. направлена против скорости, и равна
Задача1 На тело массой 2160 кг, лежащее на горизонтальной дороге, действует сила, под действием которой тело за 30 секунд пройдет расстояние 500 метров. Найти величину этой силы.
Дано:
m=2160кг
t=30c
S=500м
F-? Решение:
F=ma;


Ответ: 2400 Н
Задания для самостоятельного решения
После удара теннисной ракеткой мячик массой 5 г получил ускорение 12 м/с2. Какова сила удара?
Брусок массой 5 кг равномерно скользит по поверхности стола под действием силы 15 Н. Определите коэффициент трения между бруском и столом.
Две силы по 200 Н каждая направлены под углом 1200 друг к другу. Найдите равнодействующую силу.
С каким ускорением будет двигаться тело массой 1 кг под действием двух взаимно перпендикулярных сил 3Н и 4 Н?
С каким ускорением будет двигаться тело массой 20 кг, на которое действуют три равные силы по 40 Н каждая, лежащие в одной плоскости и направлены под углом 1200 друг к другу?
Под действием некоторой силы первое тело приобретает ускорение а. Под действием вдвое большей силы второе тело приобретает ускорение в 2 раза меньше, чем первое. Как относится масса первого тела к массе второго?
Если пружина изменила свою длину на 6 см под действием груза массой 4 кг, то, как бы она растянулась под действием груза массой 6 кг?
Сила 10 Н сообщает телу ускорение 0,4 м/с2 . Какая сила сообщит этому же телу ускорение 2 м/с2 ?Мальчик массой 50 кг, скатившись на санках с горы, проехал по горизонтальной дороге до остановки 20 м за 10 с. Найдите силу трения.
Чему равен модуль равнодействующей сил, приложенных к телу массой 2 кг, если зависимость его координат от времени имеет вид x(t)=4t2 +5t-2 и y(t)=3t2 +4t+14?
Тело массой 5,6 кг лежит на наклонной плоскости, составляющей угол 300 с горизонтом. Коэффициент трения скольжения 0,7. Чему равна сила трения, действующая на тело?
Две силы 6 Н и 8 Н приложены к телу. Угол между векторами этих сил равен 900 . Определите модуль равнодействующей этих сил.
Тело массой 6 кг начинает двигаться из состояния покоя под действием постоянной силы. За первую секунду тело перемещается на 5м. Определите величину этой силы.
Литература:
Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10 кл. 2010 г.
А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.
С.А.Смирнов. Сборник задач по физике.2010 г
Практическое занятие №3
по теме «Закон сохранения импульса и реактивное движение»
Цель: Закрепить знания по теме «Импульс. Закон сохранения импульса и реактивное движение», сформировать умения и навыки нахождения физической величины, её вывод из формулы. Сформировать знания студентов о физических величинах — импульсе тела и импульсе силы, и связи между ними; помочь осознать закон сохранения импульса; сформировать знания о реактивном движении.Теория:
Импульс тела (количество движения) – физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость
=
Импульс тела – векторная величина, являющаяся мерой механического движения; его направление совпадает с направлением скорости.

Импульс силы - физическая величина, равная произведению силы на время ее действия.
Импульс силы также является векторной величиной.
2 закон Ньютона: Изменение импульса тела равно импульсу силы.
Закон сохранения импульса
Замкнутая система – совокупность тел, взаимодействующих между собой, но не взаимодействующих с другими телами.
Абсолютно упругий удар – столкновение тел, после которого они разлетаются и продолжают движение с разными скоростями.
Абсолютно неупругий удар - взаимодействие, при котором тела соединяются (слипаются) друг с другом и движутся дальше как одно тело.
Центральный удар (лобовой)– упругое соударение, при котором векторы скоростей тел до и после удара направлены по линии, соединяющей центры этих тел.
Нецентральный удар (касательный) - упругое соударение тел, при котором меняются модули и направления скоростей, происходит «разлет» тел под углом друг к другу.
Закон сохранения импульса: Геометрическая сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остается постоянной при любых движениях и взаимодействиях тел системы.
При взаимодействии тел импульс одного тела может частично или полностью передаваться другому телу.
Реактивное движение – движение тела, возникающее вследствие отделения от него части его массы с некоторой скоростью.
Реактивное движение – это практическое использование закона сохранения импульса.



Всякая ракета – это система двух тел. Она состоит из оболочки и содержащегося в ней топлива. Оболочка имеет форму трубы, один конец которой закрыт, а другой открыт и снабжен трубчатой насадкой с отверстием особой формы – реактивным соплом. Топливо при запуске ракеты сжигается и превращается в газ высокого давления и высокой температуры. Благодаря высокому давлению этот газ с большой скоростью вырывается из сопла ракеты. Оболочка ракеты устремляется при этом в противоположную сторону.
Если импульс выброшенных газов равен mгυг , а импульс ракеты mрυр , то из закона сохранения импульса: mрυр = mгυг.
υр = Таким образом скорость ракеты тем больше, чем больше скорость истечения газов υг и чем больше отношение  . Эта формула получена в предположении, что газ выбрасывается из ракеты мгновенно.
Задача 1: Взрыв изнутри раскалывает кусок скалы на три части. Два куска летят под прямым углом друг к другу. Масса первого обломка 100 килограмм, его скорость - 12 м/с, масса второго - 250 килограмм, его скорость 8 м/с. Третий обломок отлетел со скоростью 10 м/с. Какова его масса?
Решение:Наша механическая система состоит из трех тел. Поскольку изменение импульса системы может происходить только под действием внешних сил, запишем:∆m1v1+ ∆m2v2+ ∆m3v3= (F1+F2+F3)∆t. В этой задаче внешней силой является сила тяжести. Но, поскольку время разрыва очень мало, то импульс внешней силы посчитаем равным нулю. Таким образом, можно считать нашу систему замкнутой и применить к ней закон сохранения импульса. До разрыва тела, составляющие механическую систему, покоились, значит, суммарный импульс системы был равен нулю. По закону сохранения импульса имеем:
m1v1+m2v2+ m3v3=0.Для определения направления движения третьего куска выясним, как направлен его импульс (см. рисунок). Учитывая, что закон сохранения импульса имеет векторный характер, импульсы тел следует складывать как вектора.

m1v1=1200кг·м/сек.,m2v2=2000кг·м/сек.,m3v3=(1,44·106+ 4·106)0.5=2332,38 кг·м/сек., откуда m3=233,238 кг.
Ответ: 233,238 кг
Задача 2. Снаряд массой 5 кг, вылетевший из орудия, в верхней точке траектории имеет скорость 300 м/с. В этой точке он разорвался на два осколка, причем больший осколок массой 3 кг полетел в обратном направлении со скоростью 100 м/с. Определить скорость второго, меньшего, осколка.
Дано: m=5 кг; v=300 м/с; m1=3 кг; v1=100 м/с.
Найти: v2.
Решение:
По закону сохранения импульса
где м/с.
Ответ: v2=900 м/с.
Задания для самостоятельного решения:
1.Два шара с одинаковыми массами m двигались навстречу друг другу с одинаковыми скоростями v. После неупругого соударения оба шара остановились. Чему равно изменение суммы импульсов двух шаров после столкновения?
2. Два шара с одинаковыми массами m движутся перпендикулярно друг другу одинаковыми скоростями v. Чему равен их суммарный импульс после неупругого удара?
3. Два шара с одинаковыми массами 3 кг движутся во взаимно перпендикулярных направлениях со скоростями 3 м/с и 4 м/с. Чему равна величина полного импульса этой системы?
4. На тело массой 2 кг, движущегося со скоростью 1 м/с, начала действовать постоянная сила. Каким должен быть импульс этой силы, чтобы скорость тела возросла до 6м/с?
Литература:
Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10 кл. 2010 г.
А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.
С.А.Смирнов. Сборник задач по физике.2010 г
Практическое занятие №4
по теме «Потенциальная и кинетическая энергия. Законы сохранения в механике. Работа и мощность»
Цель: Закрепить знания по теме «Законы сохранения в механике», сформировать умения и навыки нахождения физической величины, её вывода из формулы.  На примере конкретных задач рассмотреть понятия работы, потенциальной кинетической энергии; проанализировать границы применимости законов сохранения на конкретных примерах.
Теория:
Работа и мощность
Когда под действием некоторой силы тело совершает перемещение, то действие силы характеризуется величиной, которая называется механической работой.
Механическая работа- мера действия силы, в результате которого тела совершают left000перемещение.
Работа постоянной силы.Если тело движется прямолинейно под действием постоянной силы, составляющей некоторый уголс направлением перемещения(рис.1), работа равна произведению этой силы на перемещение точки приложения силы и на косинус угламежду векторами и; или работа равна скалярному произведению вектора силы на вектор перемещения:
.
1 Дж - работа, совершаемая силой в 1Н при перемещении на 1м в направлении действия силы.
если - острый угол,,;
если - тупой угол,,;
если ,.
left000
Если начальная деформация x1=0, то.
При сжатии пружины совершается такая же работа.
Гleft000left000рафическое изображение работы (рис.3).
На графиках работа численно равна площади заштрихованных фигур.
Для характеристики быстроты совершения работы вводят понятие мощности.
Мощность постоянной силы численно равна работе, совершаемой этой силой за единицу времени.
.
1 Вт- это мощность силы, которая за 1 с совершает 1 Дж работы.
В случае переменной мощности (за малые одинаковые промежутки времени совершается различная работа) вводится понятие мгновенной мощности:
,
где скорость точки приложения силы.
Т.о. мощность равна скалярному произведению силы на скорость точки её приложения.Энергия. Потенциальная и кинетическая энергия. Закон сохранения энергии.
Все введенные ранее величины характеризовали только механическое движение. Однако форм движения материи много, постоянно происходит переход от одной формы движения к другой. Необходимо ввести физическую величину, характеризующую движение материи во всех формах её существования, с помощью которой можно было бы количественно сравнивать различные формы движения материи.
Энергия- мера движения материи во всех её формах. Основное свойство всех видов энергии - взаимопревращаемость. Запас энергии, которой обладает тело, определяется той максимальной работой, которую тело может совершать, израсходовав свою энергию полностью. Энергия численно равна максимальной работе, которую тело может совершить, и измеряется в тех же единицах, что и работа. При переходе энергии из одного вида в другой нужно подсчитать энергию тела или системы до и после перехода и взять их разность. Эту разность принято называтьработой: .
Т. о., физическая величина, характеризующая способность тела совершать работу, называется энергией.
Механическая энергия тела может быть обусловлена либо движением тела с некоторой скоростью, либо нахождением тела в потенциальном поле сил.
Кинетическая энергия.
Энергия, которой обладает тело вследствие своего движения, называется кинетической. Работа, совершенная над телом, равна приращению его кинетической энергии.
Найдем эту работу для случая, когда равнодействующая всех приложенных к телу сил равна .
,


Работа, совершенная телом за счет кинетической энергии, равна убыли этой энергии.
Потенциальная энергия.
Если в каждой точке пространства на тело воздействуют другие тела с силой, величина которой может быть различна в разных точках, говорят, что тело находится в поле сил или силовом поле.
Если линии действия всех этих сил проходит через одну точку - силовой центр поля, - а величина силы зависит только от расстояния до этого центра, то такие силы называются центральными, а поле таких сил - центральным (гравитационное, электрическое поле точечного заряда).Поле постоянных во времени сил называется стационарным.
Поле, в котором линии действия сил - параллельные прямые, расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга - однородное.
Все силы в механике подразделяются на консервативные и неконсервативные (или диссипативные).
Силы, работа которых не зависит от формы траектории, а определяется только начальным и конечным положением тела в пространстве, называются консервативными.
Работа консервативных сил по замкнутому пути равна нулю. Все центральные силы являются консервативными. Силы упругой деформации также являются консервативными силами. Если в поле действуют только консервативные силы, поле называется потенциальными (гравитационные поля).
Силы, работа которых зависит от формы пути, называются неконсервативными (силы трения).
Потенциальной энергией называют часть общей механической энергии системы, которая определяется только взаимным расположением тел, составляющих систему, и характером сил взаимодействия между ними. Потенциальная энергия- это энергия, которой обладают тела или части тела вследствие их взаимного расположения.
Понятие потенциальной энергии вводится следующим образом. Если тело находится в потенциальном поле сил (например, в гравитационном поле Земли), каждой точке поля можно сопоставить некоторую функцию (называемую потенциальной энергией) так, чтобы работа А12, совершаемая над телом силами поля при его перемещении из произвольного положения 1 в другое произвольное положение 2, была равна убыли этой функции на пути 12:,
где изначения потенциальной энергии системы в положениях 1 и 2.
left000Записанное соотношение позволяет определить значение потенциальной энергии с точностью до некоторой неизвестной аддитивной постоянной. Однако, это обстоятельство не имеет никакого значения, т.к. во все соотношения входит только разность потенциальных энергий, соответствующих двум положениям тела. В каждой конкретной задаче уславливаются считать потенциальную энергию какого-то определенного положения тела равной нулю, а энергию других положений брать по отношению к нулевому уровню. Конкретный вид функциизависит от характера силового поля и выбора нулевого уровня. Поскольку нулевой уровень выбирается произвольно, может иметь отрицательные значения. Например, если принять за нуль потенциальную энергию тела, находящегося на поверхности Земли, то в поле сил тяжести вблизи земной поверхности потенциальная энергия тела массойm, поднятого на высотуhнад поверхностью, равна(рис. 5).

,
где - перемещение тела под действием силы тяжести; при ,
Потенциальная энергия этого же тела, лежащего на дне ямы глубиной H, равна
.
В рассмотренном примере речь шла о потенциальной энергии системы Земля-тело.
Потенциальной энергией может обладать не только система взаимодействующих тел, но отдельно взятое тело. В этом случае потенциальная энергия зависит от взаимного расположения частей тела.
Выразим потенциальную энергию упруго деформированного тела.
- потенциальная энергия упругой деформации, если принять, что потенциальная энергия недеформированного тела равна нулю;
где k- коэффициент упругости,x- деформация тела.
В общем случае тело одновременно может обладать и кинетической и потенциальной энергиями. Сумма этих энергий называется полной механической энергией тела:
Полная механическая энергия системы равна сумме её кинетической и потенциальной энергий. Полная энергия системы равна сумме всех видов энергии, которыми обладает система.
Закон сохранения энергии - результат обобщения многих экспериментальных данных. Идея этого закона принадлежит Ломоносову, изложившему закон сохранения материи и движения, а количественная формулировка дана немецким врачом Майером и естествоиспытателем Гельмгольцем.
Законсохранения механической энергии:в поле только консервативных сил полная механическая энергия остается постоянной в изолированной системе тел. Наличие диссипативных сил (сил трения) приводит к диссипации (рассеянию) энергии, т.е. превращению её в другие виды энергии и нарушению закона сохранения механической энергии.
Закон сохранения и превращения полной энергии:полная энергия изолированной системы есть величина постоянная.
Энергия никогда не исчезает и не появляется вновь, а лишь превращается из одного вида в другой в эквивалентных количествах. В этом и заключается физическая сущность закона сохранения и превращения энергии: неуничтожимость материи и её движения.
Задача 1. С башни высотой 20 м горизонтально со скоростью 10 м/с брошен камень массой 400 г (рис. 1). Пренебрегая сопротивлением воздуха, определить кинетическую и потенциальную энергию камня через 1 с после начала движения.
Дано: H = 20 м; v0 = 10 м/с; m = 0,4 кг; t = 1c. 3727450-7077710.
v0
x0
yH
hh1
.
A
vxvyvРис. 1
00.
v0
x0
yH
hh1
.
A
vxvyvРис. 1

Найти: Ek, Eп.
Решение:
В точке А где

Подставляя числовые данные, получим Ek = 39,2 Дж, Eп = 59,2 Дж.
Ответ: Ek = 39,2 Дж, Eп = 59,2 Дж
Задача 2. Автомобиль массой 1,8 т движется в гору, уклон которой составляет 3 м на каждые 100 м пути (рис. 2). Определить: а) работу, совершаемую двигателем автомобиля на пути 5 км, если коэффициент трения равен 0,1;
б) развиваемую двигателем мощность, если известно, что этот путь был преодолен за 5 мин.
Дано: m = 1800 кг; sinα = 0,03; s = 5000 м; μ = 0,1; t = 300 с.
Найти: А, Р.
Решение:
3260090440055mgF
N
F1
F2
Fтрα
Рис. 2
00mgF
N
F1
F2
Fтрα
Рис. 2
где

Подставляя числовые данные, получим: А = 11,5·106 Дж, Р = 38,3·103 Вт.
Ответ: А = 11,5 МДж, Р = 38,3кВт.
Задания для самостоятельного решения
1.Камень массой 0,2 кг бросили под углом 600 к горизонту со скоростью 15 м/с. Найти кинетическую, потенциальную и полную энергию камня: а) спустя 1 с после начала движения; б) в высшей точке траектории. Сопротивлением воздуха пренебречь.
2.Тело массой 5 кг падает с высоты 20 м. Определить полную энергию тела в точке, находящейся от поверхности Земли на высоте 5 м. Трением тела о воздух пренебречь. Сравнить эту энергию с первоначальной энергией тела.
3.Тело, падая с некоторой высоты, в момент соприкосновения с Землей обладает импульсом 100 кг·м/с и кинетической энергией 500 Дж. Определить: а) с какой высоты тело падало; б) массу тела.
4.Тело брошено под углом 450 к горизонту со скоростью v0 =15 м/с. Используя закон сохранения энергии, определить скорость тела в высшей точке его траектории.
5. Мальчик везёт санки с постоянной скоростью. Сила трения санок о снег равна 30 Н. Мальчик совершил работу, равную 30 Дж. Определите пройденный путь.
6.При открывании двери пружину жёсткостью 50 кН/м растягивают на 10 см. Какую работу совершает пружина, открывая дверь?
7. Вагон массой 20 т, движущийся со скоростью 0,3 м/с. Догоняет вагон массой 30 т, движущийся со скоростью 0.2 м/с. Найдите скорость вагонов после их взаимодействия, если удар неупругий.8. Пуля массой 10 г попадает в деревянный брусок, лежащий на гладкой поверхности, и застревает в нём. Скорость бруска после этого становится равной 8 м/с. Масса бруска в 49 раз больше массы пули. Определите скорость пули до попадания в брусок.
9. Спортсмен поднимает гирю массой 16 кг на высоту 2 м, затрачивая на это 0,8 с. Какую мощность при этом развивает спортсмен?
10.Тело массой 100г движется по окружности со скоростью 0,4 м/с. Определите модуль изменения импульса за половину периода.
Литература:
Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10 кл. 2010 г.
А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.
С.А.Смирнов. Сборник задач по физике. 2010 г.
Практическое занятие №5
по теме «Колебания и волны. Определение амплитуды, периода, частоты по графику колебаний»
Цель: Закрепить знания по теме «Колебания и волны», сформировать умения и навыки нахождения физической величины, её вывода из формулы.
Теория: Колебания, рассматриваемые в разделе «Механика», называются механическими, при которых рассматриваются изменения положений, скоростей, ускорений и энергий каких-либо тел или их частей.
Силу, под действием которой происходит колебательный процесс, называют возвращающей силой.

Простейшим видом периодических колебаний являются гармонические колебания, происходящие по закону синуса или косинуса.
Гармоническая колебательная система (система тел, совершающих колебания) обычно имеет одно положение, в котором может пребывать сколь угодно долго – положение равновесия О.

Отклонения от положения равновесия называют смещением, и обозначается Х, а наибольшее смещение (точки В или С) называется амплитудой колебания и обозначается А.
Периодические колебания совершаются циклично. Движение в течение одного цикла (когда тело, пройдя все промежуточные положения, возвращается в исходное) называется полным колебанием (О-С-О-В-О). Время одного полного колебания называется периодом колебания (обозначается Т). Если тело за время t совершает n полных колебаний то , а и называется частотой колебаний. Число колебаний за 2π единиц времени называется циклической (круговой) частотой и обозначается ω:
Математическая запись гармонического колебания:

где – фаза колебания (физическая величина, определяющая положение колебательной системы в данный момент времени),φ0 – начальная фаза колебания
Простейшими колебательными системами являются:
а) математический маятник – материальная точка, подвешенная на невесомой нерастяжимой нити и совершающая колебания под действием силы тяжести.
Период колебания определяется уравнением:
.
Период Т зависит лишь от длины маятника и местоположения (удалённости от центра Земли или другого небесного тела), которое определяется величиной ускорения свободного падения ;
б) пружинный маятник – материальная точка, закреплённая на абсолютно упругой пружине.
Период колебания определяется уравнением:.
Задача 1 Какова масса груза, колеблющегося на пружине жесткостью 0,5 кН/м, если при амплитуде колебаний 6 см он имеет максимальную скорость 3 м/с?Дано:
Найти: m
Решение:

Ответ: m = 0,2 кг.
Задания для самостоятельного решения
1.Найти массу груза, который на пружине жёсткостью 250Н/м делает 20 колебаний за 16 с.
2. Груз, подвешенный на пружине жёсткостью 600Н/м, совершает гармонически колебания. Какой должна быть жёсткость пружины, чтобы частота колебаний уменьшилась в 2 раза?
3. Пружинный маятник массой 0,16 кг совершает гармонические колебания. Какой должна стать масса этого маятника, чтобы период колебаний увеличился в 2 раза?
4. Как изменится период колебаний математического маятника, если длину нити увеличить в4 раза, а массу груза уменьшить в 4 раза?
5. Девушка-горянка несёт на коромысле вёдра с водой, период собственных колебаний которых 1,6 с. При какой скорости движения девушки вода начнёт особенно сильно выплёскиваться из вёдер, если длина её шага 60 см?
6. Рыболов заметил, что за 10 с поплавок совершил на волнах 20 колебаний, а расстояние между соседними гребнями волн 1,2 м. Какова скорость распространения волны?
7.По поверхности жидкости распространяется волна со скоростью 2,4 м/с при частоте 2 Гц. Какова разность фаз для точек, лежащих на одном луче и отстоящих друг от друга на 90 см?
8. Амплитуда колебаний математического маятника А=10 см. Наибольшая скорость маятника 0,5 м/с. Определите длину такого маятника, если ускорение свободного падения равно 10 м/с2 .
9. Если длину математического маятника уменьшить в 4 раза, то как изменится частота его малых колебаний?
10. Маятник при свободных колебаниях отклонился в крайнее положение 15 раз в минуту. Какова частота колебаний?
11. При свободных колебаниях пружинного маятника максимальное значение его потенциальной энергии 10 Дж, максимальное значение его кинетической энергии10 Дж. Какова полная механическая энергия груза и пружины?
12. Маятник длиной 1 м совершил 60 колебаний за 2 минуты. Найти ускорение свободного падения для данной местности.
Литература:
Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10 кл. 2010 г.
А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.
С.А.Смирнов. Сборник задач по физике.2010 г
Практическое занятие №6
по теме «Основы молекулярной физики. Размеры молекул. Температура»
Цель: Закрепить знания по теме «Основы молекулярной физики», сформировать умения и навыки нахождения физической величины, её вывода из формулы.
Теория:
В основе молекулярно-кинетической теории лежат три основных положения:
Все вещества – жидкие, твердые и газообразные – образованы из мельчайших частиц – молекул
Атомы и молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении.
Масса одной молекулы m0 выражается формулой
Количеством вещества v называется отношение числа молекул N к числу Авогадро NA :
Концентрацией молекул n называется отношение числа молекул N в объеме V к этому объему V:
Давление p можно выразить следующей формулой
Это уравнение носит название основного уравнения молекулярно кинетической теории (МКТ) газов. Это уравнение можно переписать в виде
Средняя кинетическая энергиягде k—постоянная Больцмана.
уравнение Менделеева-Клапейрона
где — универсальная газовая постоянная.
Задача 1
Какой объем занимают 100 моль ртути?Дано: μ = 0,2кг/моль, ρ = 13600 кг/м3, v = 100 моль. Найти: V
Решение:

Ответ: V ≈ 0,0015 м3.
Задания для самостоятельного решения
Определите массу молекулы воды.
В баллоне находится 600 г водорода. Какое количество вещества это составляет?
Средняя кинетическая энергия молекул идеального газа увеличилась в 4 раза. Как при этом изменилось давление газа на стенки сосуда?
Как отличаются при одинаковой температуре среднеквадратичная скорость молекул кислорода и среднеквадратичная скорость молекул водорода?
Сравните массы аргона и азота, находящиеся в сосудах, если сосуды содержат равные количества веществ.
В сосуде А находится 14 г молекулярного азота, в сосуде В – 4 г гелия. В каком сосуде находится большее количество вещества?
Внутренняя энергия одноатомного идеального газа в закрытом сосуде увеличилась в 4 раза. Как меняется при этом температура газа?
Объём 12 моль азота в сосуде при температуре 300К и давлении 105 Па равен V1. Чему равен объём 1 моля азота при таком же давлении газа и вдвое большей температуре?
Определите массу воздуха в классной комнате размерами 5х12х3 м при температуре 250 С. Принять плотность воздуха равной 1,29 кг/м3 .
Если положить овощи в солёную воду, то через некоторое время они становятся солёными. Какое явление объясняет этот факт?
Литература:
Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10кл. 2010 г.
А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.
С.А.Смирнов. Сборник задач по физике.2010 г
Практическое занятие №7
по теме «Основное уравнение МКТ. Уравнение Клапейрона-Менделеева»
Цель: Усвоить основные законы молекулярно-кинетической теории газов научиться применять их при решении задач.
Теория:
Всякая система может находиться в различных состояниях, отличающихся температурой, давлением, объёмом и т.д.
Величины p, V, T и др. характеризующие состояние системы, называются параметрами состояния.
Если какой-либо из параметров меняется внутри системы от точки к точке, то такое состояние называется неравновесным.  Если параметры системы во всех точках одинаковы при неизменных внешних условиях, то такое состояние называется равновесным.
left000   Всякий процесс, т.е. переход системы из одного состояния в другое связанно с нарушением равновесия системы. Однако бесконечно медленный процесс будет состоять из последовательности равновесных состояний. Такой процесс называется равновесным. При достаточно медленном протекании реальные процессы могут приближаться к равновесному. Равновесный процесс является обратимым, т.е. система переходит из состояния 1 в состояние 2 и обратно 2 - 1, проходя через одни и те же промежуточные состояния. 
Процесс, при котором система, пройдя ряд промежуточных состояний, возвращается в исходное состояние, называется круговым процессом или циклом: процесс 1-2-3-4-1 на рисунке.
Связь между параметрами состояния называется уравнением состояния: f(p,V,T)=0
Клапейрон, используя законы Бойля-Мариотта и Шарля вывел уравнение состояния идеального газа.
left0001 – 1’: T = const – закон Бойля – Мариотта: p1V1 = p1’ V2;
1’ – 2: V = const – закон Шарля:    
т.к. состояния 1и 2 выбраны произвольно, то для данной массы газа величина       остается постоянной – уравнение Клапейрона
В- газовая постоянная, различая для различных газов.
Менделеев объединил уравнение Клапейрона с законом Авогадро
() Vm- молярный объём
Уравнение Менделеева-Клапейрона
R- универсальная (молярная) газовая постоянная.


p = const;     ;       
Физический смысл R: численно равна работе, совершаемой газом при изобарическом  (p = const) нагревании одного моля газа () на один Кельвин  (∆Т=1 К)
Введем постоянную Больцмана  
тогда   =,         , p = n k T
p - давление идеального газа при данной температуре прямо пропорционально концентрации его молекул (или плотности газа). При одинаковых p и T все газы содержат в единице объёма одинаковое число  молекул.
n - концентрация молекул (число молекул в единице объёма ). Число молекул, содержащихся при нормальных условиях в 1 м3 называется числом Лошмидта,  - основное уравнение МКТ,
540385top
Из уравнения Менделеева - Клапейрона:
 

Задача1. Какое количество вещества содержится в газе, если при давлении 200кПа и температуре 240К его объем равен 40л?
Дано: СИ Решение:
Р=200кПа2057400431800012573004318000 Воспользуемся уравнением состояния идеального газа,
Т=240К поскольку в задаче идет речь о состоянии газа.
V=40л Зная, что количество вещества определяется
, подставим в исходную формулу:
-?05588000 , выразим и получим:

Ответ: 4 моль
Задача 2. Газ при давлении 0,2МПа и температуре 150С имеет объем 5л. Чему равен объем этой массы газа при нормальных условиях?
208851519240500Дано: СИ Решение:
9836153238500Р=0,2МПа Для решения воспользуемся уравнением
Клапейрона, поскольку в задаче речь идет
о изменении макропараметров без изменении
массы газа.
0114046000 Выразим из уравнения Клапейрона:

Задания для самостоятельной работы
Решить задачи, определяя неизвестные величины и заполняя таблицу
№ Давление газаПа Объем газалТемпература Масса газагМолярная массакг/моль Газ Количество вещ-вамоль
°С К 1 1 .105 50 27       Н2 
2 2.105     280     О24
3   100 20   220 0,044    
4 5.105 4       0,004   2
5 1,3.105 240   250 30      
6 1 .104 4 -32,4     0,032    
7 8,3.104     300   0,002   5
8   15 17       СО20,5
9 1 .105 126     100   Н2О  
10   40 7   80     2,5
Литература:
А.П. Рымкевич, задачник по физике 10-11кл. 2010г.
Г.Я. Мякишев. учебник-Физика 10 кл. 2010г.
Практическое занятие №8
по теме «Свойства паров (газов), жидкости и твердых тел»
Цель: ввести представление о силе поверхностного натяжения; дать энергетическую трактовку коэффициента поверхностного натяжения;
рассмотреть вопрос о давлении под искривленной поверхностью жидкости;
объяснить явления смачивания и несмачивания; выяснить природу капиллярных явлений.
Теория:
Давление насыщенного пара
Давление насыщенного пара (p0) не зависит от объёма, а зависит от температуры (T) и концентрации молекул пара (n)  , где k – постоянная Больцмана СИ: Па
Относительная влажность воздуха
Относительной влажностью воздуха (φ) называют отношение парциального давления (р) водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению (р0) насыщенного пара при той же температуре, выраженной в процентах.  % СИ: %
Абсолютная влажность воздуха
Абсолютная влажность воздуха (ρ):1) давление, оказываемое водяным паром при данных условиях:  ;2) это масса (m) водяного пара в единице объёма (V = 1 м3) воздуха:  ;СИ: Па, кг/м3
Коэффициент поверхностного натяжения жидкости
Коэффициент поверхностного натяжения (σ) жидкости равен отношению модуля силы поверхностного натяжения (F) к длине (l) границы поверхности натяжения, на которую действует эта сила.   СИ: Н/м
Высота поднятия жидкости в капилляре
Высота (h) поднятия жидкости в капиллярной трубке (капилляре) прямо пропорциональна коэффициенту поверхностного натяжения (σ) и обратно пропорциональна плотности жидкости (ρ) и радиусу (r) капиллярной трубки.

Капиллярное давление
Капиллярное давление (p) жидкости в капилляре пропорционально коэффициенту поверхностного натяжения (σ) и обратно пропорционально радиусу капиллярной трубки (r).   СИ: Па
Абсолютная деформация (удлинение — сжатие)
Абсолютная деформация (Δl) — разность линейных размеров (l0 и l) твердого тела до и после приложения к нему силы.  . СИ: мм
Относительная деформация (удлинение — сжатие)
Относительная деформация (ε) — отношение абсолютной деформации (Δl) к начальной длине твердого тела (l0).
Механическое напряжение
Механическое напряжение (σ) — это отношение модуля силы упругости (F) к площади поперечного сечения (S) тела.  . СИ: Па
Закон Гука для твердого тела
При малых деформациях напряжение (σ) прямо пропорционально относительному удлинению (ε)  . СИ: Па
Модуль упругости (модуль Юнга)
Модуль продольной упругости (Е) — постоянная для данного материала величина, численно равная механическому напряжению (σ), которое необходимо создать в теле, чтобы его относительное удлинение (ε) достигло единицы  . СИ: Па
Коэффициент запаса прочности
Коэффициент запаса прочности (n) — это величина, показывающая во сколько раз напряжение (σпч), соответствующее пределу прочности, превышает напряжение (σдоп), допустимое для твердого тела в данных условиях нагрузки n=σпч/σдоп..
Задача 1. В калориметр, который содержит 400 г воды при 17 °C, пускают 10 г пара, температура которого 100 °C. Какая температура установилась в калориметре?
Дано:
t1 = 17 °C
m1 = 400 г
t2 = 100 °C
m2 = 10 г Решение:
Вода в калориметре нагревается до температуры t за счет теплоты, которую отдает сконденсированный пар, и теплоты вследствие охлаждения образованной из нее воды: cВm1(t — t1) = rm2 + cВm2(t2 — t).
Осуществив определенные математические преобразования, получим:
t = (rm2 + cВm2t2 + cВm1t1) / cВ(m1 + m2); t = 32 °C.
t — ?Ответ: t = 32 °C.
Задача 2. В пустой сосуд объемом 1 м3 налили 10 г воды при 20 °C и плотно закрыли. Будет ли в нем пар насыщенным? Какое минимальное количество воды надо налить, чтобы пар стал насыщенным?
Дано:
T = 273 K
m = 10 г
V = 1 м3 Решение:
Из уравнения Менделеева-Клапейрона pV = (m / M) • RT определим давление, которое установилось после испарения воды: p = 1351 Па. В таблице находим давление насыщенного водяного пара при 20 °C:
pн = 2333 Па.
Если в уравнение Менделеева-Клапейрона подставить значение давления насыщенного пара, то получим минимальное количество воды, которую нужно испарить, чтобы пар стал насыщенным:
m0 = pнVM / RT = 17,3 г.
p — ?, m0 — ? Ответ: p = 1351 Па, m0 = 17,3 г.
Задача 3. Водяной пар, который находится в закрытом сосуде объёмом 5,76 л при 15 °C, оказывает давление 1280 Па. Каким будет его давление, если объем увеличится до 8 л, а температура повысится до 27 °C?
Дано:
t1 = 15 °C
V1 = 5,76 л
p1 = 1280 Па
t2 = 27 °C
V2 = 8 л Решение:
Из таблицы давление насыщенного водяного пара при 15 °C
pн = 1710 Па. Следовательно, пар ненасыщенный. Для 27 °C
pн = 3559 Па.
Согласно уравнению состояния идеального газа
p1V1 / T1 = p2V2 / T2; p2 = 960 Па. 
p2 — ?Ответ: p2 = 960 Па.
Задача 4. Алюминиевая деталь массой 560 г была нагрета до 200 °C и затем брошена в воду, температура которой 16 °C. При этом часть воды испарилась, а та часть, которая осталась, нагрелась до 50 °C. Сколько воды испарилось? Начальная масса воды 400 г.
Дано:
tа = 200 °C
mа = 560 г
tв = 16 °C
mВ = 400 г
t = 50 °C Решение:
В результате охлаждения алюминиевой детали выделилось количество теплоты Q4, которое затрачено на испарение части воды (Q2 + Q3) и нагревание оставшейся воды Q1.
Q1 = (mВ — mП)cВ(t — tВ);
Q2 = cВmП(100 °C — tВ);
Q3 = rmП;
Q4 = cаmа(tа — t);
Q4 = Q1 + Q2 + Q3.
 cаmа(tа — t) = cВmВ(t — tВ) — cВmП(t — tВ) + cВmП(100 °C — tВ) + rmП.
Решив это уравнение относительно неизвестного mП, получим:
mП = 6,7 • 10-3 кг.
mП — ? Ответ: mП = 6,7 • 10-3 кг.
Задача 5. В железном баке массой 5 кг находится 20 кг воды и 6 кг льда при 0 °C. Сколько водяного пара температурой 100 °C надо впустить в бак, чтобы растопить лед и нагреть воду до 70 °C?
Дано:
t1 = 0 °C
mЛ = 6 кг
mб = 5 кг
mВ = 20 кг
t = 70 °C Решение:
В результате конденсации пара и охлаждения образовавшейся воды выделилось количество теплоты Q1 + Q2. По условию теплового баланса оно затрачено на плавление льда Q3, нагревание образовавшейся воды Q4 и находящейся в баке воды Q5, а также на нагревание самого бака Q6.
Q1 = rmП;
Q2 = cВmП(tП — t);
Q2 = cВmП(100 °C — tВ);
Q3 = λmЛ;
Q4 = cВmЛ(t — 0 °C);
Q5 = cВmВ(t — 0 °C);
Q6 = cжmб(t — 0 °C).
Q1 + Q2 = Q3 + Q4 + O5 + Q6.
Решив это уравнение относительно неизвестного mП, получим:
mП = 4 кг.
mП — ? Ответ: mП = 4 кг.
Задача 6. Относительная влажность воздуха в комнате при 25 °C составляет 70%. Сколько воды конденсируется из каждого кубометра воздуха в случае снижения температуры до 16 °C?
Дано:
t1 = 25 °C
φ = 70%
t2 = 16 °C Решение:
φ = (ρ / ρн) • 100%.
Из таблицы плотность насыщенного пара при 25 °C равна
pН1 = 23 • 10-3 кг/м3.
Следовательно, ρ = φρН1 = 16,1 • 10-3 кг/м3.
Точка росы для данной абсолютной влажности воздуха равна
tр = 19 °C, поэтому влага начнет конденсироваться при температуре ниже точки росы, т. е. от 19 °C до 16 °C.
Поскольку ρ = m / V, то m1 = ρV, a m2 = ρН2V. Из таблицы устанавливаем, что для 16 °C плотность насыщенного водяного пара равна ρН2 = 13,6 • 10-3 кг/м3. Следовательно, mВ = m1 — m2 = ρV — ρН2V;
mВ = (16,1 • 10-3 кг/м3 — 13,6 • 10-3 кг/м3) • 1 м3 = 2,5 • 10-3 кг.
mВ — ? Ответ: mВ = 2,5 • 10-3 кг.
Задача 7. Поверхностное натяжение жидкости можно определить экспериментально с помощью чувствительного динамометра и кольца из проволоки: кольцо опускают на поверхность воды, а затем отрывают его от нее, фиксируя с помощью динамометра силу в момент отрыва (рис. 3.17). Водном из таких опытов использовалось алюминиевое кольцо диаметром 20 см и массой 5,7 г; в момент отрыва динамометр показал 0,15 Н. По этим данным вычислите поверхностное натяжение воды.
Дано:
m = 5,7 г
d = 20 см
F = 0,15 Н Решение:
В момент отрыва сила упругости динамометра F уравновешена силой тяжести кольца и силой поверхностного натяжения воды, действующей на контур кольца: F = mg + 2σl; l = πd.
Отсюда
σ = (F — mg) / 2πd = 0,074 Н/м.
σ — ? Ответ: σ = 0,074 Н/м.
Задания для самостоятельной работы
Вечером на берегу озера при температуре 18 °С относительная влажность воздуха равна 75 %. При какой температуре к утру можно ожидать появления тумана?
Под каким давлением находится воздух в воздушном пузырьке радиусом 2 мм в воде на глубине 50 см, если атмосферное давление 10 Па?
Каково должно быть наименьшее сечение стальной проволоки длиной 4,2 м, чтобы при действии растягивающей силы, равной 10 кН, ее абсолютное удлинение не превышало 0,6 см? Модуль Юнга стали 220 ГПа.
Литература:
Мякишева Г.Я., Быховцов Б.Б., Сотский Н.Н. Физика. 10-11 класс (базовый и профильный уровни)  М.: Просвещение, 2012 г 
Яремкевич А.П. Физика. Задачник 10-11 класс. - М.: Дрофа, 2005 г. 
Практическое занятие №9
по теме «Основы термодинамики. Первый закон термодинамики»
Цель: Закрепить знания по теме «Основы термодинамики», сформировать умения и навыки нахождения физической величины, её вывода из формулы.
Теория:
Внутренняя энергия идеального одноатомного газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре. Работа внешней силы, изменяющей объём газа на ∆V, равна A=-p∆V. Работа самого газа А1 =-А= p∆V, где p - давление газа. Первый закон термодинамики: изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе: ∆U=A+Q
Внутренняя энергия системы тел изменяется при совершении работы и при передаче количества теплоты. В каждом состоянии система обладает определённой внутренней энергией.
Виды изопроцессов: 1. Изотермический - внутренняя энергия не меняется; 2. Изохорный – объём газа не меняется и поэтому работа газа равна нулю; 3.изобарный-передаваемое газу количество теплоты идёт на изменение его внутренней энергии и на совершение работы при постоянном давлении; 4. Адиабатный – при адиабатном процессе количество теплоты равно нулю.
Задача 1. Какова внутренняя энергия гелия, заполняющего аэростат объёмом 50 м3 при давлении 60 кПа?
Дано: СИ Решение:
V = 50 м3р = 80 кПа 8∙104 Па
Найти:
U - ?


Ответ: 6 МДж
Задача 2. Идеальный газ переходит из состояния 1 в состояние 4 так, как показано на рисунке. Вычислите работу, совершаемую газом.
Решение:


Ответ: 2,4кДж
Задача 3. При увеличении давления в 1,5 раза объем газа уменьшился на 30 мл. Найти первоначальный объем.Дано:

Найти: V .
Решение:

Ответ: V = 90 мл.
Задания для самостоятельной работы
1.Какова внутренняя энергия 10 моль одноатомного газа при температуре 270 С?
2. На сколько изменится внутренняя энергия гелия массой 200 г при увеличении температуры на 200 С?
3. Сравнить внутренние энергии аргона и гелия при одинаковой температуре. Массы газов одинаковы.
4. Как изменяется внутренняя энергия одноатомного газа при изобарном нагревании? при изохорном охлаждении? при изотермическом сжатии?
5. Какова внутренняя энергия гелия, заполняющего аэростат объёмом 60 м3 при давлении 100 кПа?
6. При уменьшении объёма одноатомного газа в 3,6 раза его давление увеличилось на 20%. Во сколько раз изменилась внутренняя энергия?
7. Какую работу совершил воздух массой 200 г при его изобарном нагревании на 20К? Какое количество теплоты ему при этом сообщили?
8. Для изобарного нагревания газа, количество вещества которого 800 моль. На 500К ему сообщили количество теплоты 9.4МДж. Определить работу газа и приращение его внутренней энергии.
9. Объём кислорода массой 160 г, температура которого 270 С, при изобарном нагревании увеличился вдвое. Найти работу газа при расширении. Количество теплоты, которое пошло на нагревание кислорода, изменение внутренней энергии.
10. Для получения газированной воды через воду пропускают сжатый углекислый газ. Почему температура воды при этом понижается?
11.Сколько дров надо сжечь в печке с КПД 40%, чтобы получить из 200 кг снега, взятого при температуре -100 С, воду при 200 С?
Литература:
А.П.Рымкевич, задачник по физике 10-11кл. 2010г.
Г.Я.Мякишев. учебник-Физика 10 кл. 2010г.
Практическое занятие №10
по теме «Тепловые двигатели. КПД тепловых двигателей»
Цель: Развить умения устанавливать причинно - следственные связи при закреплении понятия КПД теплового двигателя в процессе решения задач, на примере знаний законов термодинамики показать взаимосвязь физики и математики. Научить студентов применять полученные теоретические знания к решению практически задач.
Теория:
Любая тепловая машина состоит из нагревателя, рабочего тела и холодильника.

Первая часть - нагреватель. Нагревателем в ТД является процесс сгорания топлива. Именно в этот процесс включается образование газа. Нагреватель характеризуется температурой нагревателя Тн, т.е. температура того, газа, который образовался. И конечно количеством теплоты, который передается этому газу.
Газ, образовавшийся в результате, того что сгорело топливо, называется рабочим телом. Рабочее тело и совершает работу. И оставшееся, некоторое количество теплоты будет передано холодильнику.
Холодильником, как правило, является окружающая среда. Именно температура холодильника в данном случае нам говорит о том, до какой температура мы должны понизить температуру рабочего тела, чтобы перевести машину в первоначальное состояние.
Работу, которое совершает рабочее тело, газ при расширении, мы определяем следующим образом: A=| Q 1|– |Q 2|. Важное значение имеет цикличность работы. Работа двигателя будет оправдана в том случае, если работа по сжатию газа будет меньше, чем работа, произведенная самим газом. В этом случае работа газа совершается при расширении, т.е. тогда, когда давление газа будет больше атмосферного. А в случае охлаждения газа, сжатие газа будет производиться внешними силами, тогда работа газа будет считаться отрицательной.
КПД теплового двигателя – важнейшая его характеристика. ТД подчиняется первому закону термодинамики и конечно же второму закону термодинамики (передача тепла происходит от более нагретого тела к менее нагретому).
Коэффициентом полезного действия называют отношение полезной работы, совершенной данным двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя. КПД выражают в процентах. = AQн ·100% = Qн-Qx Qн ·100%
Qн – теплота, полученная от нагревателя, Дж Qх - теплота, отданная холодильнику, Дж
Этот КПД является реальным, т.е.  как раз эту формулу и используют для характеристики реальных тепловых двигателей.
В 19 веке в результате работ по теплотехнике французский инженер Сади Карно предложил другой способ для определения (через термодинамическую температуру): η = Тн-ТхТн ·100%
Тн – термодинамическая температура нагревателя, КТх - термодинамическая температура холодильника, К.
И этот коэффициент полезного действия получил название максимального.
Главное значение этой формулы состоит в том, что любая реальная тепловая машина, работающая с нагревателем, имеющим температуру Тн, и холодильником с температурой Тх, не может иметь КПД, превышающий КПД идеальной тепловой машины. Не существует теплового двигателя, у которого КПД = 100% или 1.
Формула дает теоретический предел для максимального значения КПД тепловых двигателей. Она показывает, что тепловой двигатель тем эффективнее, чем выше температура нагревателя и ниже температура холодильника. Лишь при температуре холодильника, равной абсолютному нулю, η = 1.
Но температура холодильника практически не может быть ниже температуры окружающего воздуха. Повышать температуру нагревателя можно. Однако любой материал (твердое тело) обладает ограниченной теплостойкостью, или жаропрочностью. При нагревании он постепенно утрачивает свои упругие свойства, а при достаточно высокой температуре плавится.
Задача 1
На спиртовке нагревают воду. Взяли  воды и нагрели от  до . При этом масса спиртовки уменьшилась с  до . Найти КПД тепловой установки.
Дано: СИ




 
 

 
Найти:
   
Решение:
Вначале выпишем формулу для КПД:
.
В данном случае мы заменили работу полезным количеством теплоты, то есть тем количеством теплоты, которое пошло непосредственно на нагрев воды.
 
Прежде чем решать задачу, необходимо определиться с процессами, которые происходят в данной задаче. Первый процесс – это сгорание топлива. Второй – нагревание воды.
Полезное количество теплоты, то есть то тепло, которое пошло непосредственно на нагревание воды, можно вычислить по формуле:

Количество теплоты, выделенное нагревателем, то есть, в данном случае, тепло, выделившееся при сгорании спирта:
Массу сгоревшего спирта найти легко: это та масса, на которую уменьшилась масса спиртовки, то есть: .
Получаем: .
Осталось вычислить КПД установки:
 .
Заметим, что КПД может вычисляться не только в процентах, но и в долях. К примеру, для данной задачи ответ может быть: .
Если анализировать данную задачу, то можно увидеть, что только четвёртая часть (приблизительно) тепла, которое выделяется при сгорании спирта, идёт на нагревание воды. С одной стороны, это кажется достаточно малым значением, но, с другой стороны, для многих тепловых машин такое значение КПД оказывается даже большим.
Ответ:.
Задача 2
Тепловой двигатель совершил полезную работу  и израсходовал при этом  бензина. Найти КПД теплового двигателя.
Дано: СИ

   
Найти:
   
Решение:
Вначале выпишем формулу для КПД: . По таблице находим, что: . Для того чтобы найти КПД, достаточно найти .
Как и в прошлой задаче, воспользуемся следующей формулой: .
Находим КПД:
.
Ответ:.
Задача 3. Тепловая машина получает от нагревателя за цикл количество теплоты 480 Дж. Определите работу, совершаемую машиной за цикл, если КПД машины 20%.
Дано:
Q 1 = 480 Дж
η = 20%
Найти
А- ? Решение:
η = А/ Q 1 ∙100%; А=η.Q 1/100% ; А=20∙480/100=96 Дж.
Ответ: A=96 Дж
Задача 4. Тепловая машина совершает за цикл работу А = 120 Дж. Определите количество теплоты, которое машина отдает холодильнику за цикл, если её КПД 30%.
Дано:
А = 120 Дж
η = 30 %
Найти
Q2 - ?
Решение:
η =А / Q1 ·100% ; Q1 =А ·100% / η = 120 ·100% /30 %= 400 Дж ;
А = Q1 - Q2 ; Q2 = Q1 – А = 400 – 120 = 280 Дж
Ответ: Q2 = 280 Дж
Задания для самостоятельной работы
Найти КПД теплового двигателя, если газ получает от нагревателя 200 Дж теплоты и отдает холодильнику 135 Дж.
Чему равен КПД теплового двигателя, если температура нагревателя 800оС, а температура холодильника 25оС?
Оцените максимальное значение КПД, которое может иметь тепловая машина с температурой нагревателя 727 оС и температурой холодильника 27 оС.
Каков КПД теплового двигателя, если рабочее тело, получив от нагревателя количество теплоты 1,6 МДж, совершило работу 400 кДж? Какое количество теплоты передано холодильнику?
Определите КПД тепловой машины, если за цикл машина получает от нагревателя количество теплоты 100 Дж и отдает холодильнику количество теплоты 60 Дж.
Тепловая машина совершает за цикл работу 80 Дж. Определите количество теплоты, которое получает машина от нагревателя за цикл, если её КПД 40 %. 
Тепловая машина совершает за цикл работу 80 кДж и передает холодильнику количество теплоты 320 кДж. Определите КПД цикла. 
Паровая машина работает в интервале температур t1 = 120 °С, t2 = 320 °С, получая от нагревателя количество теплоты Q1 = 200 кДж за каждый цикл. Найдите: 1) КПД машины, 2) работу, совершаемую за цикл; 3) количество теплоты, отдаваемое за цикл.
Количество теплоты, получаемое двигателем от нагревателя, 100 Дж, а отдаваемое холодильнику 75 Дж. Найдите КПД двигателя и совершаемую работу
Каков максимальный КПД может быть у тепловой машины с температурой нагревателя 1000 К и температурой холодильника 300 К?
Литература:
А.П.Рымкевич, задачник по физике 10-11кл. 2010г.
Г.Я.Мякишев. учебник-Физика 10 кл. 2010г.
Практическое занятие №11
по теме «Закон Кулона. Напряжённость. Потенциал. Разность потенциалов»
Цель: Закрепить знания по теме «Закон Кулона. Напряжённость. Потенциал. Разность потенциалов», сформировать умения и навыки нахождения физической величины, её выражение из формулы. Научиться решать задачи на применение закона Кулона, на расчет напряженности, потенциала, напряжения, работы электрического поля
Теория:
При покое зарядов их взаимодействие называют электростатическим (электрическим). При движении зарядов их взаимодействие будет отличаться от электростатического. Дополнительное взаимодействие зарядов, обусловленное их движением, называется магнитным. В общем случае при движении зарядов их взаимодействие является электромагнитным. Сила взаимодействия двух точечных электрических зарядов прямо пропорциональна величине зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. , где q₁ - величина первого заряда (Кл), q₂ - величина второго заряда (Кл), r - расстояние между зарядами (м), k - коэффициент пропорциональности (k = 9·10⁹ Н·м² / Кл²).
Условия для выполнения закона Кулона:
Должны быть точечные заряды
Заряженные тела должны быть неподвижными.
Напряженность электрического поля  равна отношению силы, с которой поле действует на точечный заряд к этому заряду. .
Характеристики электрического поля:
Напряженность – физическая величина, равная отношению силы, с которой электрическое поле действует на пробный электрический заряд, к значению этого заряда. [Е] = Н/Кл или В/м
, где q – заряд, создающий электрическое поле
r – расстояние между источником поля и точки, в которой необходимо определить напряженность поля
ε0 = 8,85∙10-12 Кл2/(Н∙м2)
ε – диэлектрическая проницаемость среды
Потенциал – отношение потенциальной энергии, которой обладает пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к этому заряду.
[φ] = Дж/Кл = В
Связь между напряженностью и потенциалом электрического поля: , где - разность потенциала (напряжение)
d – расстояние между эквипотенциальными поверхностями
Эквипотенциальная поверхность – поверхность, во всех точках которой потенциал электрического поля имеет одинаковые значения.
Работа сил электрического поля определяется: , , где
- потенциальная энергия взаимодействия зарядов
Задача1.
С какой силой взаимодействуют два заряда 2 по 10 нКл, находящиеся на расстоянии 3 см друг от друга?Дано:

Найти: F-?
Решение:

Задача 2. При перемещении заряда между точками с разностью потенциалов 1 кВ электрическое поле совершило работу 40 мкДж. Чему равен заряд?
Дано:
φ2 − φ1=1 кВ=103 ВA12 =40 мкДж=40 · 10 − 6 Дж
Найти:
q -?
Решение:  Из формулы A12 = q(φ2 − φ1) получаем,
что q = A / (φ2 − φ1) = 40 · 10 − 6 / 103 = 4 · 10 − 8 Кл.
Ответ: 4 · 10 − 8 Кл.
Задача 3. В однородном электрическом поле напряженностью 60 кВ/м переместили заряд 5 нКл. Перемещение, равное по модулю 20 см, образует угол 600 с направлением силовой линии. Найти работу поля, изменение потенциальной энергии взаимодействия заряда и поля и напряжение между начальной и конечной точками перемещения. Дать ответы на те же вопросы для случая перемещения отрицательного заряда.
Дано:
Е=60 кВ/м=60 · 103 В/м
q=5 нКл=5 · 10 − 9 Кл
l=20 см=0.2 м
α=600
Найти:
А-?, U-?, ΔW-?
Решение: работу поля по перемещению заряда можно вычислить по формуле A = Eqlcos α = 60 · 103 · 5 · 10 − 9 · 0.2 · cos 600 = 3 · 10 − 5 Дж. Изменение потенциальной энергии в данном случае равно совершенной работе, следовательно: ΔW = —A = —3 · 10 − 5 Дж (потенциальная энергия уменьшилась). Напряжение определяется через напряженность поля по формуле: U = Ed = Elcos α, поскольку в данном случае в заряд перемещали под углом к направлению силовых линий. Итак, U = 60 · 103 · 0.2 · cos 600 = 6000 В. В случае с отрицательным зарядом значения A и ΔW просто изменят знак.
Ответ: 3 · 10 − 5 Дж, —3 · 10 − 5 Дж, 6000 В, -3 · 10 − 5 Дж, 3 · 10 − 5 Дж, 6000 В.
Задача 4. Электрон переместился в ускоряющем электрическом поле из точки с потенциалом 200 В в точку с потенциалом 300 В. Найти кинетическую энергию электрона, изменение его потенциальной энергии и приобретенную скорость. Начальную скорость электрона считать равной нулю.
Дано:
φ1=200 Вφ2=300 Вq=1.6 · 10-19 Кл
m=9.1 · 10 – 31кг
Найти:
E-?, ΔW-?, υ-?
Решение: работу, которую совершило поле при перемещении электрона, находим следующим образом: A12 = q(φ2 − φ1) = 1.6 · 10-19 · (300 — 200) = 1.6 · 10-17 Дж. Значит изменение потенциальной энергии электрона в поле равно: 
ΔW=-A=-1.6·10−17 Дж. Это уменьшение компенсируется увеличением его кинетической энергии на такое же значение, что следует из закона сохранения энергии: E = 1.6 · 10 − 17 Дж. Поскольку E = mυ2 / 2,
то υ = √(2E / m) = √(2 · 1.6 · 10 − 17/9.1 · 10 − 31) = 6 Мм/с.
Ответ: 1.6 · 10 − 5 Дж, —1.6 · 10 − 5 Дж, 6 Мм/с.
Задача 5. Какую разность потенциалов должен пройти электрон, чтобы его скорость увеличилась от 10 до 30 Мм/с?
Дано:
υ1=10 Мм/с=10 · 10 6 м/сυ2=30 Мм/с=30 · 10 6 м/сm=9.1 · 10 − 31 кг
q=1.6 · 10-19 Кл
Найти:
φ2 − φ1 -?
Решение: изменение кинетической энергии электрона при прохождении такой разности потенциалов можно найти из соотношения: ΔE = mυ22 / 2 — mυ12 / 2 = 8 / 18  · 9.1 · 10 − 31 · (30 · 10 6)2 = 3.6 · 10 − 16 Дж. Это же изменение по закону сохранения энергии равняется работе, которую совершило при этом электрическое поле: E = —A = -3.6 · 10 − 16 Дж. Используя соотношение, записанное в самом начале, получаем: φ2 − φ1 = A / q = -3.6 · 10 − 16/ 1.6 · 10-19 = -2250 В.
Ответ: -2250 В.
Задания для самостоятельного решения
С какой силой взаимодействуют два заряда по 10 нКл находящиеся на расстоянии 3 см друг от друга?
На каком расстоянии друг от друга заряды 1 мкКл и 10 нКл взаимодействуют с силой 9 мН?
Во сколько раз надо изменить расстояние между зарядами при увеличении одного из них в 4 раза, чтобы сила взаимодействия осталась прежней?
Два шарика, расположенные на расстоянии 10 см друг от друга, имеют одинаковые отрицательные заряды и взаимодействуют с силой 0,23 мН. Найти число избыточных электронов на каждом шарике.
Во сколько раз сила электрического отталкивания между двумя электронами больше силы их гравитационного притяжения друг к другу?
Заряды 90 и 10 нКл расположены на расстоянии 4 см друг от друга. Где надо поместить третий заряд, чтобы силы, действующие на него со стороны других зарядов, были равны по модулю и противоположны по направлению?
В некоторой точке поля на заряд 2 нКл действует сила 0,4мкН. Найти напряжённость поля в этой точке.
Какая сила действует на заряд 12 нКл, помещённый в точку, в которой напряжённость электрического поля равна 2 кВ/м?
С каким ускорением движется электрон в поле напряжённостью 10кВ/м?
Найти напряжённость поля заряда 36 нКл в точках, удалённых от заряда на 9 и 18 см.
В вершинах равностороннего треугольника со стороной а находятся заряды +q, +q и -q. Найти напряжённость поля Е в центре треугольника.
Задание для самостоятельной работы:
Задача 1.
Два точечных заряда на расстоянии r в определенной среде взаимодействуют с силой F.
Определить параметры соответствующие варианту.
вариант заряд 1 заряд 2 расстояние сила диэлектрическая
проницаемость
среды
1 20нКл. ? 5см 120мкН 1
2 -19мкКл 16нКл 10см ? 81
3 -2нКл ? 12см 5мкН 39
4 ? 19мкКл 30мм 20мкН 1
5 15нКл 20нКл 15см ? 5
6 -15мкКл 10мкКл 50мм 13Н ?
7 6нКл 3нКл 12см ? 3
8 ? 9нКл 3см 10мкН 81
9 16нКл 12нКл 15см 26мкН ?
0 12нКл 16нКл 10см ? 39
Задача 2
Укажите направление результирующей силы, действующей на точечный заряд, находящиеся в вершине равностороннего треугольника. Выполнить рисунок.
Рассчитайте параметры соответствующие варианту.
вариант заряд 1 заряд 2 заряд 3 расстояние сила
результирующая
1 -19мкКл -12мкКл 10мкКл 10см F1
2 20нКл -15нКл 10нКл 12см F2
3 -12нКл 15нКл -10нКл 6см F3
4 16мкКл 12мкКл 15мкКл 30мм F1
5 -15нКл 10нКл 20нКл 5см F2
6 20нКл 12нКл -15нКл 10см F3
7 12нКл 20нКл 16нКл 3см F1
8 -10мкКл -15мкКл 20мкКл 50мм F2
9 -15нКл -19нКл 12нКл 12см F3
0 12нКл -10нКл 16нКл 9см F2
Литература:
Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10 кл. 2010 г.
А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.
С.А.Смирнов. Сборник задач по физике.2010 г
Физика: учебник/Под ред. Ю.И.Дика, Н.С.Пурышевой- М.:ФОРУМ: ИНФРА-М,2013
Практическое занятие №12
по теме «Конденсаторы. Электроемкость. Соединение конденсаторов в батареи»
Цель: Закрепить знания по теме «Конденсаторы», сформировать умения и навыки нахождения физической величины, её выражение из формулы. Научится рассчитывать смешанные соединения конденсаторов.
Теория:

ЭЛЕКТРОЕМКОСТЬ- характеризует способность двух проводников накапливать электрический заряд. - не зависит от q и U.
- зависит от геометрических размеров проводников, их формы, взаимного расположения, электрических свойств среды между проводниками.Единицы измерения в СИ: ( Ф - фарад )КОНДЕНСАТОРЫ
- электротехническое устройство, накапливающее заряд( два проводника, разделенных слоем диэлектрика ).
Обозначение на электрических схемах:

Электроемкость плоского конденсатора

Включение конденсаторов в электрическую цепь параллельное и последовательное
Тогда общая электроемкость (С):
при параллельном включении
.при последовательном включении

ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО КОНДЕНСАТОРА
Конденсатор - это система заряженных тел и обладает энергией.Энергия любого конденсатора:
Энергия конденсатора равна работе, которую совершит электрическое поле при сближении пластин конденсатора вплотную, или равна работе по разделению положительных и отрицательных зарядов , необходимой при зарядке конденсатора.
Задача 1 Площадь каждой пластины плоского конденсатора 401 см2. Заряд пластин 1,42 мкКл. Найти напряженность поля между пластинами. Дано:

Найти: Е-?
Решение:

Ответ: Е = 4000 кВ/м.
Задача 2  Разность потенциалов между точками А и В   В. Емкость конденсаторов соответственно равна   мкФ и   мкФ. Определите заряды   и   и разности потенциалов   и   на обкладках первого и второго конденсаторов.
Решение:
lefttop00Определим общую емкость такого соединения: ,
  мкФ (сразу считаем в микрофарадах, чтобы не расписывать степени десятки)
 Тогда заряд равен:  мкКл.
 Заряды при последовательном соединении на всех конденсаторах одинаковые, значит для первого: , для второго .
 Напряжения на конденсаторах:
  В,   В.
Ответ: 18 мкКл, 6 В, 3 В.
Задача 3 Определите емкость батареи конденсаторов, изображенной на рисунке. Емкость каждого конденсатора  мкФ.
 
Решение:
Емкости  и , поскольку они соединены параллельно, необходимо сложить:  мкФ. Тогда получим последовательное соединение трех одинаковых емкостей и , емкость которой вдвое больше. При последовательном соединении емкостей их эквивалентная емкость вычисляется по формуле: . Тогда получим:    мкФ.
 Ответ: 286 нФЗадача 4 Емкость батареи конденсаторов, образованной двумя последовательно включенными конденсаторами, 100 пФ, а заряд 20 нКл. Определите емкость второго конденсатора, а также разность потенциалов на обкладках каждого из них, если  пФ.
Решение:
Воспользуемся . Тогда  (считаем в пикофарадах)
 Отсюда , ,  пФ.
 При последовательном соединении заряд на конденсаторах равный:  нКл.
 Напряжения также получатся одинаковыми:
  В,   В.
 Ответ:  В,  нКл.
Задача 5. Наибольшая емкость конденсатора 60 мкФ. Какой заряд он накопит при подключении источника постоянного напряжения 60В?
Решение:
Так как , то  мКл.
Ответ: 0,36 мКл
Задача 6. При введении в пространство между пластинами воздушного конденсатора твердого диэлектрика напряжение на конденсаторе уменьшилось с 400 до 100 В. Какова диэлектрическая проницаемость диэлектрика?
Решение:
Рассмотрим сначала конденсатор до введения диэлектрика: ,  . Заряд остался тем же при введении  диэлектрика, а напряжение изменилось: . Тогда  , или 
 Емкость конденсатора, как известно, зависит от площади пластин и расстояния между ними, а также от диэлектрика:
 В первом случае, без диэлектрика: , а во втором 
 Найдем и в этом случае отношение емкостей:  , или 
 Ответ:  Кл*Кл/Н*м*м
Задача 7. Площадь пластин конденсатора равна 520 см2. На каком расстоянии нужно разместить пластины в воздухе, чтобы емкость конденсатора была равна 50 пФ?
Решение:
Емкость конденсатора без диэлектрика:
 Площадь нужно выразить в кв. метрах: 
 Диэлектрическая проницаемость воздуха .
 Выразим из первого выражения нужную нам
величину:  м, или 9,2 мм.
 
Ответ: 9,2 мм
Задача 8. Конденсатору емкостью 20 мкФ сообщили заряд 5 мкКл. Какова энергия заряженного конденсатора?
Решение:
Энергию электрического поля, накопленную конденсатором, можно вычислить по формуле:  – и в этой задаче как раз хорошо будет воспользоваться второй записью.
 Тогда:  Дж Ответ: 0,625*10-6 Дж
Задания для самостоятельного решения
1.Площадь каждой пластины плоского конденсатора 401 см2 . Заряд пластин 1,42 мкКл. Найти напряжённость поля между пластинами.
2.Наибольшая ёмкость школьного конденсатора 58 мкФ. Какой заряд он накопит при его подключении к полюсам источника постоянного напряжения 50 В?
3.На конденсаторе написано: 100 пФ; 300В. Можно ли использовать этот конденсатор для накопления заряда 50нКл?
4. Во сколько раз изменится ёмкость конденсатора при уменьшении рабочей площади пластин в 2 раза и уменьшении расстояния между ними в 3 раза?
5. Найти ёмкость плоского конденсатора, состоящего из двух круглых пластин диаметром 20 см, разделённых парафиновой прослойкой 1 мм.
6. Площадь каждой пластины плоского конденсатора равна 520см2 . На каком расстоянии друг от друга надо расположить пластины в воздухе, чтобы ёмкость конденсатора была равна 46 мкФ?
7. Плоский конденсатор состоит из двух пластин площадью 50см2 каждая. Между пластинами находится слой стекла. Какой наибольший заряд можно накопить на этом конденсаторе, если при напряжённости поля 10МВ/м в стекле происходит пробой конденсатора?
8.В импульсивной фотовспышке лампа питается от конденсатора ёмкостью 800 мкФ, заряженного до напряжения 300 В. Найти энергию вспышки и среднюю мощность, если продолжительность разрядки 2,4мс.
9.Конденсатору ёмкостью 10 мкФ сообщили заряд 4 мкКл. Какова энергия заряженного конденсатора?
10.Площадь каждой из пластин плоского конденсатора 200 см2 , а расстояние между ними 1 см. Какова энергия поля, если напряжённость поля 500 кВ/м?

Задание для самостоятельной работы
Рассчитать электрическую схему по следующим параметрам.
Вариант С1 мкФ С2 мкФ СЗ мкФ СО мкФ U1 В U2B U3B U0B Рис.
1 1 3,5 12 ? ? ? ? 220 1
2 1,5 2,5 10 ? ? ? ? 60 2
3 ? 1 4 2 ? ? ? 120 3
4 1,5 3 4 ? ? ? ? 60 4
5 1 1 2 ? ? ? ? 12 2
6 ? 1 5,5 6 ? ? ? 12 1
7 1,5 3 3 ? ? ? ? 24 2
8 1,5 2,5 4 ? ? ? ? 120 3
9 1 1 4,5 ? ? ? ? 120 4
0 ? 2,5 4 5,8 ? ? ? 220 1
1. 2.
3. 4.
Условные обозначения:
С - электроемкость
СО - общая емкость
Q - заряд
U - напряжение на соответствующим конденсаторе
U0 - общее напряжение
Литература:
Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10 кл. 2010 г.
А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.
С.А.Смирнов. Сборник задач по физике.2010 г.
Физика: учебник/Под ред. Ю.И.Дика, Н.С.Пурышевой- М.:ФОРУМ: ИНФРА-М,2013
Практическое занятие №13
по теме «Законы Ома»
Цель: Закрепить знания по теме «Законы Ома», сформировать умения и навыки нахождения физической величины, её выражение из формулы, расчет электрических цепей.
Теория:
Закон Ома читается так: сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению. здесь I – сила тока в участке цепи, U – напряжение на этом участке, R – сопротивление участка.
закона Ома для полной цепи - сила тока прямо пропорциональна сумме ЭДС цепи, и обратно пропорциональна сумме сопротивлений источника и цепи , где E – ЭДС, R- сопротивление цепи, r – внутреннее сопротивление источника.
Последовательное соединение проводников
1. сила тока во всех последовательно соединенных участках цепи одинаковаI=I1=I22. напряжение в цепи, состоящей из нескольких последовательно соединенных участков, равно сумме напряжений на каждом участке U=U1+U23. сопротивление цепи, состоящей из нескольких последовательно соединенных участков, равно сумме сопротивлений каждого участка R=R1+R2

Параллельное соединение проводников
1.сила тока в неразветвленном участке цепи равна сумме сил токовво всех параллельно соединенных участках
I=I1+I2
2. напряжение на всех параллельно соединенных участках цепи одинаково    
U=U1=U23. при параллельном соединении сопротивлений складываются величины, обратные сопротивлению:(R-сопротивлениепроводника,1/R - электрическая проводимость проводника)
Если в цепь включены параллельно только два сопротивления, то:
109791532384А Задания:
V Задания:
А1 1
R1
A2
R2
00А Задания:
V Задания:
А1 1
R1
A2
R2

Задача 1 Рассчитать силу тока, проходящую по медному проводу длиной 100м, площадью поперечного сечения 0,5мм2, если к концам провода приложено напряжение 6,8B.
Дано:
I=100мS=0,5мм2U=6,8В
Найти:
I-?Решение:



Ответ: Сила тока равна 2А.
Задача 2 Электрическая лампочка включена в сеть напряжением 220 В. Какой ток будет проходить через лампочку, если сопротивление ее нити 240 Ом?
94869011366500Дано: Решение:
U = 220 В
R = 240 Ом I = U/R = 220/240 = 0.9 (A)
Найти: I-? Ответ: I = 0.9 A
Задача 3 Аккумулятор внутренним сопротивлением 0,4 Ом работает на лампочку сопротивлением 12,5 Ом. При этом ток в цепи равен 0,26 А. Определите ЭДС аккумулятора и напряжение на зажимах лампочки.
Дано: Решение:
948690-63500r = 0,4 Ом
R = 12,5 Ом I = E/(R + r) ⇒ E = I∙(R + r) =0,26∙(12,5 + 0,4) = 3,35 (В)
I = 0,26 А
Найти: I = U/R ⇒ U = I∙R = 0,26∙12,5 = 3,25 (В)
E-?, U-? Ответ: E = 3,35 В; U = 3,25 В
Задача 4 Восемь проводников сопротивлением 10 Ом каждый соединены в четыре одинаковые параллельные группы. Определите эквивалентное сопротивление цепи и нарисуйте ее электрическую схему.
15201907937500Дано: Решение:

436816525527000527304025527000347281525527000267271525527000 R1 = … R8 = 10 Ом
Найти: RА RБ RВ RГ
R 1/RА = 1/R1 + 1/R2 = 1/10 + 1/10 = 2/10 = 1/5
RA = 5 (Ом)
RA = RБ = RВ = RГ = 5 Ом
R = RA + RБ + RВ + RГ = 5 + 5 + 5 + 5 = 20 (Ом)
Ответ: R = 20 Ом
Задание для самостоятельной работы
Обмотка реостата сопротивлением 84 Ом выполнена из никелиновой проволоки с площадью поперечного сечения 1 мм2 . Какова длина проволоки?
Определите плотность тока, протекающего по константановому проводнику длиной 5 м, при напряжении 12 В.
Медный провод длиной 5 км имеет сопротивление 12 Ом. Определите массу меди, необходимой для его изготовления.
Какова напряжённость поля в алюминиевом проводнике сечение 1,4 мм2 при силе тока 1 А?
Кабель состоит из двух стальных жил площадью поперечного сечения 0,6 мм2 каждая и четырёх медных жил площадью поперечного сечения 0,85 мм2 каждая. Каково падение напряжения на каждом километре кабеля при силе тока 0,1 А?
Какие сопротивления можно получить, имея три резистора по 6 кОм?
К источнику с ЭДС 12 В и внутренним сопротивлением 1 Ом подключён реостат, сопротивление которого 5 Ом. Найти силу тока в цепи и напряжение на зажимах источника тока.
В проводнике сопротивлением 2 Ом, подключённом к элементу с ЭДС 1,1 В, сила тока равна 0,5 А. Какова сила тока при коротком замыкании элемента?
Найти внутреннее сопротивление и ЭДС источника тока, если при силе тока 30 А мощность во внешней цепи равна 180 Вт, а при силе тока 10 А эта мощность равна 100 Вт.
При питании лампочки от элемента 1,5 В сила тока в цепи равна 0,2 А. Найти работу сторонних сил в элементе за 1 мин.
Литература:
Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10 кл. 2010 г.
А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.
С.А.Смирнов. Сборник задач по физике.2010 г
Практическое занятие №14
по теме «Постоянный ток. Тепловое действие тока. Работа и мощность тока»
Цель: Закрепить знания по теме «Постоянный ток», сформировать умения и навыки нахождения физической величины, её выражение из формулы. Научиться применять формулы и законы изученной темы для решения задач, научиться оценивать реальность полученных результатов.
Теория:
Электрический ток-это упорядоченное движение заряженных частиц. Сила тока равна отношению заряда, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени, к этому интервалу времени. Если сила тока со временем не меняется, то ток называется постоянным. Для возникновения и существования электрического тока в веществе. Необходимо, во-первых, наличие свободных заряженных частиц; во-вторых, необходима сила, действующая на них в определённом направлении. На заряженные частицы действует электрическое поле с силой F=qE. Сопротивление проводника R=ρl/S.Единица сопротивления – Ом. Закон Ома для участка цепи: I=U/R. При упорядоченном движении заряженных частиц электрическое поле совершает работу, её принято называть работой тока. Работа тока А =IU∆t. Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого совершалась работа. Любой электрический прибор рассчитан на потребление определённой энергии в единицу времени. Поэтому наряду с работой тока важное значение имеет мощность тока.
Мощность тока равна отношению работы тока за время к этому интервалу времени.P=A/∆t=IU=U2 /R. Мощность измеряется в Ваттах. На большинстве приборов указана потребляемая ими мощность.

Задача1 HYPERLINK "http://5terka.com/node/3953" \o "№ 811. В проводнике сопротивлением 2 Ом, подключенном к элементу с ЭДС 1,1 В, сила тока равна 0,5 А. Какова сила тока при коротком замыкании элемента?"
В проводнике сопротивлением 2 Ом, подключенном к элементу с ЭДС 1,1 В, сила тока равна 0,5 А. Какова сила тока при коротком замыкании элемента?
Дано: R=2 Ом, ε=1,1 В, I = 0,5A Найти I3.
Решение:

Ответ: I3 = 5,5 А.
Задача 2 В каком из двух резисторов мощность тока больше при последовательном (см. рис. а) и параллельном (см. рис. б) соединении? R1<R2.17145006731000
Решение: При последовательном соединении сила тока в обоих резисторах одинакова. Из формулы P=I2·R следует, что при последовательном соединении мощность тока в резисторе прямо пропорциональна его сопротивлению. При параллельном соединении сила тока в резисторах не одинакова, поэтому использовать формулу P=I2·R нецелесообразно. В этом случае на всех резисторах одно и то же напряжение, поэтому целесообразно воспользоваться формулой P=U2/R. Из нее следует, что при параллельном соединении мощность тока в резисторе обратно пропорциональна его сопротивлению.
Ответ: а). Во втором; б). В первом.
Задача 3 Две электрические лампы, мощности которых 60 Вт и 100 Вт, рассчитаны на одно и то же напряжение. Сравните длины нитей накала обеих ламп, если их диаметры одинаковы.
Решение: Мощность равна P=U2/R. Поэтому у лампы 100 Вт сопротивление нити накала меньше. Следовательно, ее нить короче, чем у лампы в 60 Вт.
90487545275500Задача 4 Рассчитайте количество теплоты, которое выделит за 5 минут проволочная спираль сопротивлением 50 Ом, если сила тока 1,5 А.
1533525-762000Дано: СИ Решение:
∆t = 5 мин. 300 сR = 50 Ом Q = I2·R·∆t = 1,52·50·300 = 33750 (Дж)
I = 1.5 А
Найти: Q Ответ: Q = 33750 Дж
Задача 5 Определите сопротивление нити накала лампочки, имеющей номинальную мощность 100 Вт, включенной в сеть с напряжением 220 В.
9715501524000Дано: Решение:
Р = 100 Вт Используя формулы P = I·U, I = U/R, получаем формулу для
U = 220 В вычисления мощности P = U2/R.
Найти: Выражаем из этой формулы сопротивление R = U2/P.
R R = 2202/100 = 484 (Ом)
Ответ: R = 484 Ом
Задания для самостоятельной работы
Две электрические лампочки включены в сеть параллельно. Сопротивление первой лампочки равно 360 Ом, второй 240 Ом. Какая из лампочек потребляет большую мощность и во сколько раз?
При ремонте электрической плитки спираль была укорочена на 0,1 первоначальной длины. Во сколько раз изменилась мощность плитки?
Электродвигатель подъёмного крана работает под напряжением 380 В, при этом сила тока в его обмотке равна 20 А. Каков КПД установки, если груз массой 1т кран поднимает на высоту 19 м за 50 с?
Троллейбус массой 11 т движется равномерно со скоростью 36 км/ч. Найти силу тока в обмотке двигателя, если напряжение равно 550 В и КПД 80%. Коэффициент сопротивления движению равен 0,02.
Почему электронагревательные приборы делают из материала с большим удельным сопротивлением?
Электромотор питается от сети с напряжением 220 В. Сопротивление обмотки мотора 2 Ом. Сила потребляемого тока 10 А. Найти потребляемую мощность и КПД мотора.
Конденсатор ёмкостью 100 мкФ заряжается от напряжения 500 В за 0,5 с. Каково среднее значение силы зарядного тока?
Элемент с внутренним сопротивлением 4 Ом и ЭДС 12 В замкнут проводником с сопротивлением 8 Ом. Какое количество теплоты будет выделяться во внешней части цепи за 1 с?
Найти сопротивление каркаса куба, составленного из проволок с одинаковыми сопротивлениями.
По медному проводнику с поперечным сечением 1 мм2 течёт ток с силой 10 А. Определите среднюю скорость упорядоченного движения (скорость дрейфа) электронов в проводнике.
Литература:
Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10 кл. 2010 г.
А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.
Практическое занятие №15
по теме «Сила Ампера, сила Лоренца»
Цель: Закрепить знания по теме «Сила Ампера, сила Лоренца», сформировать умения и навыки нахождения физической величины, её выражение из формулы.
Исследовать взаимосвязи основных характеристик магнитного поля.
Теория:
Сила Ампера – это сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током. Закон Ампера: сила Ампера равна произведению вектора магнитной индукции на силу тока, длину участка проводника и на синус угла между магнитной индукцией и участком проводника. F=IBlsinα. Единица силы Ампера – Н, магнитной индукции – Тл, длины проводника – м, силы тока –А. Направление силы Ампера определяются правилом левой руки: если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная к проводнику составляющая вектора магнитной индукции входила ладонь. А четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 900 большой палец покажет направление силы, действующей на отрезок проводника.
Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называют силой Лоренца. Сила Лоренца: F=qvBsinα. Сила Лоренца измеряется в Н.
Также понадобится понятие магнитной индукции поля.
Магнитная индукция в центре кругового проводника с током где R - радиус кривизны проводника.
Магнитная индукция поля, созданного бесконечно длинным прямолинейным проводником, где r - расстояние от оси проводника до точки, где определяется индукция.
Магнитная индукция поля на оси кругового тока
где R - радиус кругового контура с током ;h - расстояние от точки, в которой находится магнитная индукция, до плоскости контура.
Магнитная индукция поля внутри тороида и бесконечно длинного соленоида где n - число витков на единицу длины соленоида (тороида); сила тока в одном витке.
Магнитная индукция поля на оси соленоида конечной длины:
где 1 и 2 - углы между осью соленоида и радиус-векторами, проведенными из рассматриваемой точки к концам соленоида.
Магнитная индукция результирующего поля равна векторной сумме магнитных индукций складывающихся полей (принцип суперпозиции):
На проводник с током в магнитном поле действует сила Ампера
где - сила тока; - вектор, равный по модулю длине проводника; - магнитная индукция поля.
Модуль вектора определяется выражением , где - угол между векторами и .
Два параллельных бесконечно длинных прямолинейных проводника с токами и взаимодействуют между собой с силой: , где - длина участка проводников; d - расстояние между ними.
Сила, действующая на заряд , движущийся со скоростью в магнитном поле с индукцией , определяется формулой Лоренца:
, или F= | | B sin, где - угол между вектором скорости движения частиц и вектором .
При протекании тока I вдоль проводящей пластины, помещенной перпендикулярно к магнитному полю, возникает поперечная разность потенциалов: , где a- толщина пластины, В - индукция магнитного поля, - постоянная Холла, обратная концентрации n носителей тока и их заряду е. Зная постоянную Холла R и удельную проводимость материала, , можно найти подвижность носителей тока u.Задача 1 С какой силой действует магнитное поле индукцией 10 мТл на проводник, в котором сила тока 50 А, если длина активной части проводника 0,1 м? Линии индукции поля и ток взаимно перпендикулярны.Дано:

Найти: F-?
Решение:

Ответ: F = 0,05 H
Задача 2 С какой силой действует магнитное поле с индукцией 10 мТл на проводник, в котором сила тока 50 А, если длина активной части проводника 0,1м? Линии индукции поля и ток взаимно перпендикулярны.
Решение:
Дано: Формула: Расчёты.
В=10мТл, I =50А, L =0,1м, α = 90о F = IBLsina. F=50A*10мТл*0,1м*sin(90о)= =50А*0,01Тл*0,1м*1==0,05А*Н*м/А*м== 0,050 Н = 50 мН.Найити: F-?   Ответ: F = 50 мН.Задача 3 Какова индукция магнитного поля, в которой на проводник с длиной активной части 5см действует сила 50 мН? Сила тока в проводнике 25 А. проводник расположен перпендикулярно индукции магнитного поля.
Решение:
Дано: Формулы: Расчёты:
L=5см=0,05м,I=25А,F=50мН= =0,050Н,В перпендикулярно I. F = B * I * L* sin αB = F / I * L * sin α B=0,05Н/25А*0,05м==1/25Тл==0,04Тл= = 40 мТл.
Найти: В - ?  Ответ: B = 40 мТл.
Задание для самостоятельной работы
Какая сила действует на проводник длиной 0,1 м в однородном магнитном поле с магнитной индукцией 2 Тл, если ток в проводнике 5 А, а угол между направлением тока и линиями индукции 300 ?Электрон влетает в однородное магнитное поле с индукцией 1,4 мТл в вакууме со скоростью 500 км/с перпендикулярно линиям магнитной индукции. Определите силу, действующую на электрон, радиус окружности, по которой он движется.
Определите величину силы Лоренца, действующей на протон с индукцией 80 мТл, со скорость протона 200 км/с перпендикулярно линиям магнитной индукции.
Какова индукция магнитного поля, в котором на проводник с длиной активной части 5 см действует сила 50 мН? Сила тока в проводнике 25 А. Проводник расположен перпендикулярно вектору индукции магнитного поля.
С какой силой действует магнитное поле индукцией 10 мТл на проводник, в котором сила тока 50 А, если длина активной части проводника 0,1 м? Линии индукции магнитного поля и ток взаимно перпендикулярны.
Протон в магнитном поле индукцией 0,01 Тл описал окружность радиусом 10 см. Найти скорость протона.
Электрон движется в однородном магнитном поле индукцией 4 мТл. Найти период обращения электрона.
Определите силу тока, если магнитная индукции равна 50 мТл, сила Ампера 40 мН, длина проводника 8 см.
Определите силу Ампера, действующей с индукцией с индукцией 0,1 Тл с силой тока 20 А, если длина проводника 14 см.
В однородном магнитном поле с индукцией 0,8 Тл на проводник стоком 30 А, длина активной части которого 10 см, действует сила 1,5 Н. Под каким углом к вектору магнитной индукции размещён проводник?
Литература:
Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10, 11 кл. 2010 г.
А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010
Физика: учебник/Под ред. Ю.И.Дика, Н.С.Пурышевой- М.:ФОРУМ: ИНФРА-М,2013
Практическое занятие №16
по теме «Изменение магнитного потока»
Цель: Решать задачи на магнитный поток: записывать формулу магнитного потока; выражать значение S, B, cosα через формулу магнитного потока; вычислять значение Ф, S, B, cosα в соответствии с условием задачи; выражать значение физических величин в СИ; записывать физическую величину в соответствии единицам измерения; использовать дополнительные формулы для решения задач.
Теория:
Магнитным потоком Ф через поверхность S называют количество линий вектора магнитной индукции B, проходящих через поверхность S.

Формула магнитного потока: Ф = BS cos α
здесь α - угол между направлением вектора магнитной индукции B и нормалью к поверхности S.
Из формулы магнитного потока видно, что максимальным магнитный поток будет при cos α = 1, а это случится, когда вектор B параллелен нормали к поверхности S. Минимальным магнитный поток будет при cos α = 0, это будет, когда вектор B перпендикулярен нормали к поверхности S, ведь в этом случае линии вектора B будут скользить по поверхности S, не пересекая её.
А по определению магнитного потока учитываются только те линии вектора магнитной индукции, которые пересекают данную поверхность.
Измеряется магнитный поток в веберах (вольт-секундах): 1 вб = 1 в * с. Кроме того, для измерения магнитного потока применяют максвелл: 1 вб = 108 мкс. Соответственно 1 мкс = 10-8 вб.
Магнитный поток является скалярной величиной.
Изменение магнитного потока может происходить как за счет изменения магнитной индукции поля, так и за счет изменения площади поверхности.
Формула работы силы Ампера при движении прямого проводника с постоянным током в однородном магнитном поле.


Таким образом, работа силы Ампера может быть выражена через силу тока в перемещаемом проводнике и изменение магнитного потока через контур, в который включен этот проводник: 
Задача1 Определите магнитный поток, пронизывающий плоскую прямоугольную поверхность со сторонами 25 см и 60 см, если магнитная индукция во всех точках поверхности равна 1,5 Тл, а вектор магнитной индукции образует с нормалью к этой поверхности угол, равный 30 град. 
Дано: СИ Решение:
а=25 см 0,25м Записал формулу магнитного потока: Ф=BScosα
b=60 см 0,6м Использовал формулу нахождение площади
B=1,5 Тл S=a*b=0,15м2
α=30о Вычислил верно значение магнитного потока: Ф=0,19Вб
Найти: Ф-? Ответ: 0,19Вб
Задача 2 Контур с площадью 100 см2 находится в однородном магнитном поле с индукцией 2 Тл. Чему равен магнитный поток, пронизывающий контур, если плоскость контура и вектор индукции перпендикулярны?
Дано: СИ Решение:
S=100 см2 0,01м2 Ф=В·S·cosα
В=2 Тл Ф=0,02 Вбα=0º
Найти: Ответ: 0,02 ВбФ - ? Задача 3 Проволочное кольцо радиусом 1 м, поворачивается на 1800 относительно вертикальной оси. Индукция магнитного поля равна 5 Тл и сразу перпендикулярна кольцу. Найдите изменение магнитного потока через кольцо в результате поворота
Дано: Решение:
R=1 м2 S=2R
В=5 Тл ΔФ=В·S·(cosα1- cosα2)
α1 =0º ΔФ=62,8 Вбα2 =180º
Найти: Ответ: 62,8 ВбΔФ - ? Задания для самостоятельной работы
Чему равен магнитный поток, пронизывающий контур, площадь которого 60 см2? Модуль вектора магнитной индукции однородного магнитного поля равен 50 мТл. Контур расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции. Ответ запишите в мВб.
Используя формулу магнитного потока: определить, как изменится магнитный поток,
1)Если площадь рамки уменьшить в 3 раза?
2)Если индукцию магнитного поля увеличить в 10 раз?
3)Если увеличить угол между нормалью к контуру и вектором магнитной индукции?
Магнитный поток через проволочную рамку площадью 0,05м2, плоскость которой перпендикулярна линиям индукции однородного магнитного поля, равен 0,1 мВб. Каков модуль магнитной индукции поля?
Линии магнитной индукции однородного магнитного поля вертикальны. Каков модуль магнитной индукции, проходящий через горизонтальный контур площадью 50*10-4 м2, если магнитный поток равен 0,3мВб?
Модуль магнитной индукции, пронизывающий рамку S=100 см2 под углом 60° к нормали, равен 1,2 Тл. Определите магнитный поток, пронизывающий замкнутый контур.
Линии магнитной индукции однородного магнитного поля образуют угол 60°с вертикалью. Модуль магнитной индукции равен 0,2 Тл. Какой магнитный поток пронизывает горизонтальную проволочную рамку площадью 200см2?
Практическое занятие №17
по теме «Электромагнетизм. Закон электромагнитной индукции. Самоиндукция»
Цель: Закрепить знания по теме «Электромагнетизм. Закон электромагнитной индукции. Самоиндукция», сформировать умения и навыки нахождения физической величины, её выражение из формулы. Научиться решать задачи на использование закона электромагнитной индукции; на определение магнитного потока, пронизывающего контур; на определение основных характеристик магнитного поля.
Теория:
Индукционный ток – ток, возникающий в замкнутом контуре при изменениях магнитного потока, пронизывающего этот контур.
Возникновение индукционного тока объясняется теорией Максвелла: переменное магнитное поле создает электрическое поле, которое возбуждает в замкнутом проводнике индукционный ток.
Количественные характеристики индукционного поля:
E=BvlsinαU=BvsinαЗакон электромагнитной индукции: ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром: Еi=-∆Ф∆t. Знак «минус» показывает, что ЭДС индукции и скорость изменения магнитного потока имеют разные знаки. Правило Ленца: возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он был вызван. ЭДС индукции в движущихся проводниках: Еi =vBlsinα. Эта формула справедлива для любого проводника длиной l , движущегося со скоростью v в однородном магнитном поле. Магнитный поток: Ф=LI, L - индуктивность контура или коэффициент самоиндукции. Магнитный поток измеряется в Вб, индуктивность–Гн, сила тока– А.
Индуктивность является характеристикой катушки.
- индуктивность катушки с сердечником, где μ – магнитная проницаемость сердечника; μ0=1,26∙10-6Н/А2 - магнитная постоянная; S – площадь поперечного сечения катушки, - плотность обмотки (число витков на единицу длины l). - индуктивность катушки без сердечника.
Энергия магнитного поля равна той работе, которую должен совершить источник, чтобы создать данный ток.: W=L∙I22. Величину Хс , обратную произведению циклической частоты на электрическую ёмкость конденсатора, называют ёмкостным сопротивлением. Хс=1/wC. Индуктивное сопротивление ХL =wL называют индуктивным сопротивлением. Период свободных электрических колебаний контура Т=2πL∙CЗадача 1 За 5 мс магнитный поток, пронизывающий контур, убывает с 9 до 4 мВб. Найти ЭДС индукции в контуре.Дано:

Найти: ε-?
Решение:
Ответ: ε = 1 В.
Задача 2 В однородном магнитном поле, индукция которого 1 Тл, находится плоский проводящий виток площадью 100 см2, расположенный перпендикулярно магнитным линиям. Сопротивление витка 200 мОм. Какой заряд протечет через поперечное сечение витка, если поле исчезнет?
Дано:
В=1 Тл
S=100 см2=0,01 м2
R=200 мОм=0,2Ом
α = 0°
Найти: q-?
Решение:
При исчезновении магнитного поля изменится магнитный поток через виток:
ΔФ = ΔВS cos α;  ΔB = B,  α = 0°,  cos α = 1. Тогда ΔФ = BS.
В результате изменения магнитного потока в контуре возникнет ЭДС индукции:
Ответ: 0,05Кл.
Задача 3 Концы проволочной катушки из тысячи витков радиусом 5 см замкнуты накоротко. Сопротивление катушки 100 Ом. С какой скоростью должна изменяться индукция магнитного поля, перпендикулярного плоскости катушки, чтобы в ней выделялась тепловая мощность 100 мВт.
Дано:
r=5 см=0,05мR=100 Ом
α = 0°
Р=100мВт=0,1Вт
Найти: ∆В/∆t-?
Решение:
По закону электромагнитной индукции
Ответ: 0,4 Тл/сЗадача 4 Кусок провода длиной 2 м складывают вдвое и его концы замыкают. Затем провод растягивают в квадрат, плоскость которого перпендикулярна силовым линиям магнитного поля с индукцией 64 мкТл. Какое количество электронов пройдет при этом через поперечное сечение провода, если его сопротивление 10 мОм?
Дано:
L=2м
В=64 мкТл=64*10-6 Тл
R=10 мОм=0,01Ом
e=1.6*10-19 Кл
Найти: N-?Решение:
Вначале площадь контура была равна 0. При растягивании провода в квадрат его площадь стала равна S = a2, где a = L/4. При изменении площади изменится магнитный поток через контур ΔФ = B ΔS = BL2/16.

Ответ: 1016 штук электронов
Задания для самостоятельного решения
За 5 мс магнитный поток, пронизывающий контур, убывает с 9 до 4 мВб. Найти ЭДС индукции контура.
Найти скорость изменения магнитного потока в соленоиде из 2000 витков при возбуждении в нём ЭДС индукции 120 В.
Сколько витков должна содержать катушка с площадью поперечного сечения 50 см2 , чтобы при изменении магнитной индукции от 0,2 до 0,3 Тл в течение 4 мс в ней возбуждалась ЭДС 10 В?
Найти ЭДС индукции в проводнике с длиной активной части 0,25 м, перемещающемся в однородном магнитном поле индукцией 8 мТл со скоростью 5 м/с под углом 300 к вектору магнитной индукции.
Каково сопротивление конденсатора ёмкостью 4 мкФ в цепях с частотой переменного тока 50 Гц и 400 Гц?
Каково индуктивное сопротивление катушки с индуктивностью 0,2 Гн при частоте 50 Гц и 400 Гц?
Конденсатор включён в цепь переменного тока стандартной частоты. Напряжение в сети 220 В. Сила тока в цепи этого конденсатора 2,5 А. Какова ёмкость конденсатора?
На какое напряжение надо рассчитывать изоляторы линии электропередачи, если действующее напряжение 430 кВ?
В цепь переменного тока частотой 400 Гц включена катушка индуктивностью 0,1 Гн. Конденсатор какой ёмкости надо включить в эту цепь, чтобы осуществился резонанс?
Какую электроёмкость должен иметь конденсатор для того, чтобы состоящий из этого конденсатора и катушки индуктивностью 10 мГн колебательный контур радиоприёмника был настроен на волну 1000 м?
Задания для самостоятельной работы
Под каким углом к линиям индукции однородного магнитного поля индукцией 0,5Тл надо перемещать проводник длиной 0,4м со скоростью 15м/с, чтобы в нем возникла ЭДС, равная 2,12В?
Неподвижный виток, площадь которого 10см2, расположен перпендикулярно линиям индукции однородного магнитного поля. Какая ЭДС индукция возникнет в этом витке, если магнитная индукция поля будет равномерно возрастать и в течении 0,01с увеличится от 0,2Тл до 0,7Тл?
Какой магнитный поток пронизывает прямоугольную рамку с током, со сторонами 5 см и 8 см, если она помещена в магнитное поле с индукцией 25Тл?
В катушке, состоящей из 200 витков, магнитный поток равен 10-2Вб. За сколько времени исчезнет магнитный поток при размыкании цепи, если в катушке при этом возникает ЭДС индукции, равная 5В?
Круговая рамка радиусом 8 см помещена в магнитное поле с индукцией 45 Тл. Какой магнитный поток пронизывает данную рамку?
Литература:
Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10, 11 кл. 2010 г.
А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.
Практическое занятие №18
по теме «Определение длины электромагнитной волны»
Цель: Закрепить знания по теме «Электромагнитные волны», сформировать умения и навыки нахождения физической величины, её выражение из формулы. Научиться определять параметры электромагнитной волны.
Теория:
Электромагнитная волна - изменяющаяся в пространстве и во времени электромагнитное поле со скоростью 3·108 м/с. Электромагнитная волна поперечна.
Длина электромагнитной волны определяется по формуле: λ=v/ ν, где v – скорость электромагнитной, ν - частота излучения, с учетом параметров колебательного контура длина волны может определяться по уравнения Дж. Максвелла λ=v/ ν = v·2π√LC (м)
Период электромагнитной волны определяем по формуле Томсона Т =2π√LC (с).
Задача 1 Определите максимально возможное число N импульсов, испускаемых радиолокаторов за промежуток времени 1,0 c при обнаружении цели, находящейся на расстоянии 40 км.
Дано:
t=1,0 c
L=40 км=4*104 м
Найти: N-?Решение:
Радиолокатор испускает импульс. Электромагнитная волна доходит до препятствия, отражается и возвращается по обратному пути, проходя при этом расстояние .
Время распространения волны туда и обратно равно .
Максимально возможное число импульсов за 1 c равно .
Ответ: 3750
Задача 2 Колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности и воздушного конденсатора, настроен на длину волны 300 м. при этом расстояние между пластинами конденсатора 4,8 мм. Каким должно быть расстояние между пластинами, чтобы контур был настроен на длину волны 240 м?
Дано: λ1=300 м; d1=4.8 мм=4.8*10-3 м; λ2=240 м
Найти: d2-?
Решение:
Длина волны в первом случае . Во втором случае . Разделим левые и правые части этих уравнений друг на друга соответственно. . После вычислений d2 = 7,5 мм.
Ответ: 7,5 мм.
Задача 3 Имеются два колебательных контура с одинаковыми катушками и конденсаторами. В катушку одного из контуров вставили железный сердечник, увеличивший ее индуктивность в n = 4 раза. Найдите отношение резонансных частот контуров и их энергий, если максимальные заряды на конденсаторах одинаковы.
Решение:
Резонансные частоты контуров могут быть определены по формуле Томсона:

Отсюда

Ответ: 
Качественные задачи для самостоятельного решения
Миноискатель представляет собой генератор незатухающих электромагнитных волн звуковой частоты. Индуктивность контура выполнена в нем в виде проволочного кольца. Когда кольцо, перемещаемое по поверхности земли, приближается к мине или другому металлическому предмету, в телефонных наушниках высокий тон сменяется низким. Как это объяснить?
Ответ: Металлический корпус мины увеличивает индуктивность контура, при этом частота звуковых колебаний уменьшается. Тон звука определяется частотой. Чем выше тон, тем больше частота.
При радиопередаче на коротких волнах прием возможен не везде. В некоторых местах, иногда довольно близких от передающей станции, образуются зоны “молчания”. Каково их происхождение?
Ответ: Две особенности расположения коротких электромагнитных волн:
а) сильным поглощением их земной поверхности;
б) преломлением и отражением их от ионосферы.
Радиоприемник может настраиваться на прием радиоволн различной длины. Что нужно для перехода к приему более длинных волн: сближать или раздвигать пластины конденсатора колебательного контура?
Ответ: Длина волны прямо пропорциональна периоду колебаний; период колебаний зависит от емкости конденсатора (прямая зависимость); емкость конденсатора обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Значит, если расстояние между пластинами уменьшать, то емкость увеличивается, период возрастает и настройка идет на более длинные волны.
При резонансе длина антенны должна быть в четыре раза меньше длины принимаемой электромагнитной волны. Почему на практике пользуются антеннами значительно меньшей длины?
Ответ: Для уменьшения габаритов принимающего устройства. Прием короткими антеннами дает слабый сигнал, который затем усиливается усилителем высокой частоты. Таким образом, недостаток антенны компенсируется высокими качествами усилителя радиоприемника.
Если включать и выключать свет в комнате, то слышны щелчки в работающем радиоприемнике. Чем они вызваны?
Ответ: При включении и выключении света возникает искрение контактов выключателя. Значит, в этот момент возникает переменное электромагнитное поле, которое в свою очередь порождает переменное магнитное поле и т.д. Распространяется электромагнитная волна, которая и фиксируется радиоприемником.
Почему на экране телевизора при появлении летящего самолета возникает двойное изображение?
Ответ: Сигнал, отраженный от самолета, попадает в антенну телевизора чуть позже, чем прямой сигнал с телевышки. На экране телевизора появляется изображение, созданное прямым сигналом. Слабый “двойник” движется по экрану по мере удаления или приближения самолета. Второе изображение находится правее, так как развертка электромагнитного луча идет слева направо, если смотреть спереди.
Почему радиоприемник в автомашине плохо работает, когда она проезжает под эстакадой или под мостом?
Ответ: Эстакада и мост экранируют радиосигнал. Происходит частичное поглощение радиоволны, наблюдается дифракция. (Более короткие волны не могут огибать такое препятствие, возникает область радиотени).
Почему башни телецентров строят очень высокими?
Ответ: Телецентры работают на ультракоротких волнах (<10 м). Эти волны не испытывают дифракции на холмах, оврагах и т.п., поэтому приемная антенна телевизора и передающая антенна телецентра должны быть в зоне прямой видимости.
Почему нельзя осуществить радиосвязь между лодками, находящимися на некоторой глубине?
Ответ: Морская вода, как проводник, поглощает радиоволны.
Нередко утверждают, что работающие рентгеновские установки и тракторы создают радиопомехи. Почему это утверждение не верно?
Ответ: В рентгеновских установках нет излучателей радиоволн; в современных тракторах установлен двигатель типа “дизель”, в котором нет искрового зажигания.
Будет ли радиоприем, если антенну установить на чердаке под железной крышей? Ответ аргументируйте.
Ответ: Нет, так как крыша будет экранировать антенну радиоволн. Железо — проводник.
Если поместить карманный радиоприемник в кастрюлю и прикрыть крышкой, то радиоприем сразу прекратится. Почему?
Ответ: Металлическая кастрюля экранирует радиосигнал, так как является проводником.
Случается, что изображение на экране телевизора двоится. Что заставляет электронный луч писать второе изображение?
Ответ: Волна принимается непосредственно от антенны телецентра и еще сигнал, отраженный от соседних крыш или других предметов, расположенных вблизи приемной антенны.
Часто случается, что волна от передатчика до приемника доходит различными путями, испытав различное число отражений от ионосферы и земной поверхности. Какое свойство волн приводит к улучшению слышимости или, наоборот, к замиранию приема?
Ответ: Интерференция. Волны, идущие от одного и того же радиопередатчика, когерентны и могут интерферировать в месте приема, ослабляя или усиливая сигнал.
Задания для самостоятельной работы
Определить период и частоту собственных колебаний в контуре, емкость которого составляет 2,2 мкФ и индуктивность равна 0,65 мГн.
Чему равна длина волны, излучаемой радиостанцией, работающей на частоте 1,5МГц?
Какой длины электромагнитные волны излучает колебательный контур с емкостью 2,6пФ и с индуктивностью 0,012мГн, Когда в нем происходят колебания с собственной частотой?
Колебательный контур радиоприёмника имеет индуктивность 0,32 мГн и переменную ёмкость. Радиоприёмник может принимать волны длиной от 188 до 545 м. В каких пределах изменяется емкость контура?
Определить период свободных колебаний в контуре, состоящем из конденсатора 0,064 мкФ, индуктивности 0,18 мГн. Какую длину волны он может принять, на какой частоте?
Литература:
Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10, 11 кл. 2010 г.
А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.
Практическое занятие №19
по теме «Законы отражения и преломления света.
Построение изображений в линзах»
Цель: Закрепить знания по теме «Оптика», сформировать умения и навыки нахождения физической величины, её выражение из формулы. На примерах решения задач на основные законы геометрической оптики рассмотреть основные типы задач, приемы и методы их решения.
Теория:
Известно, что в оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно с постоянной скоростью v. Величина n= с/v
называется абсолютным показателем преломления среды.
Здесь с = 3∙108м/с - скорость света в вакууме.
При падении света на границу раздела двух сред происходит отражение и преломление луча (рис.1).
Угол падения светового луча равен углу отражения, т. е. α = α′.
Это условие называют законом отражения.
Законы отражения света:
1.Угол падения α равен углу отражения β.
Углы падения и отражения измеряются между направлением луча и перпендикуляром к поверхности. 2.Падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр лежат в одной плоскости.

Законы преломления света. Луч падающий, отраженный и преломленный, а также перпендикуляр, проведенный в точку падения, лежат в одной плоскости. Причем

где n1 и n2 - абсолютные показатели преломления первой и второй сред;n21 - относительный показатель преломления второй среды относительно первой; β - угол преломления светового луча.
Основной закон тонкой линзы принимает вид: , где d — расстояние от источника света до линзы, f - расстояние от линзы до изображения, F- фокусное расстояние линзы. Такой вид формулы линзы принадлежит Рене Декарту. Увеличение линзы (Г) показывает во сколько раз величина изображения предмета (H) превышает размеры (h) самого предмета и равно отношению расстояния (f) от линзы до изображения к расстоянию (d) от предмета до линзы.Г= Оптическая сила системы линз (D) равна сумме оптической силы каждой линзы (D1, D2, D3,…), входящей в систему
СИ: дптр.
В интерференционной картине:
1) усиление света происходит в случае, когда величина отставания (Δd) преломленной волны от отраженной волны составляет целое число (k) длин волн (λ): (k=0, 1, 2, …);
2) ослабление света наблюдается в случае, когда величина отставания (Δd) преломленной волны от отраженной волны составляет половину длины волны (λ/2) или нечетное число (k) полуволн: (k=0,1,2,…) СИ: м.
При прохождении монохроматического света с длиной волны λ через дифракционную решетку с периодом решетки d максимальное усиление волн в направлении, определяемом углом φ, происходит при условии: (k=0, 1, 2, …)
Задача 1 Свеча находится на расстоянии 12,5 см от собирающей линзы, оптическая сила которой равна 10 дптр. На каком расстоянии от линзы получится изображение и каким оно будет?Дано: Решение:
D=10дптр D=1/d+1/f, 1/f=D-1/d
d=12,5см=0,125 м 1/f=10-1/0,125=10-8=2
Найти:f-? f=1/2=0,5 м
Ответ: 0,5 м
Задача 2 Расстояние от предмета до экрана 105 см. Тонкая линза, помещенная между ними, дает на экране увеличенное изображение предмета. Если линзу переместить на 32 см, то на экране будет уменьшенное изображение. Найти фокусное расстояние линзы.
Дано:
L=105 см
∆L=32 см
Найти: F-?Решение:
Введем обозначения: d – расстояние от предмета до линзы в первом случае, f – расстояние от линзы до экрана в первом случае, F – фокусное расстояние линзы. Тогда можно записать: . (1)
Чтобы произошел переход от увеличенного изображения к уменьшенному при неизменном положении предмета и экрана, необходимо передвинуть линзу ближе к экрану. Поэтому во втором случае с учетом (1) соответствующие расстояния будут равны и .
Запишем формулу линзы для случая действительного изображения в обоих случаях:
Решаем систему уравнений (1) – (3) относительно искомой величины F. Из равенства левых частей уравнений (2) и (3) следует: . (4)
Рассматривая совместно (1) и (4), находим , . (5)
Подставляя (5) в (2), получаем ответ: см.
Ответ: 23,8 см
Задания для самостоятельной работы
Угол падения луча света на поверхность подсолнечного масла 600 , а угол преломления 360 . Найти показатель преломления масла.
На какой угол отклонится луч света от первоначального направления, упав под углом 450 на поверхность стекла? На поверхность алмаза?
Свеча находится на расстоянии 12,5 см от собирающей линзы, оптическая сила которой равна 10 дптр. На каком расстоянии от линзы получится изображение и каким оно будет?
Выразить линейное увеличение Г в зависимости от фокусного расстояния линзы F и расстояния предмета от линзы d.
Определить оптическую силу рассеивающей линзы, если известно, что предмет, помещённый перед ней на расстоянии 40 см, даёт мнимое изображение, уменьшенное в 4 раза.
Расстояние от предмета до экрана 90 см. Где надо поместить между ними линзу с фокусным расстоянием 20 см, чтобы получить на экране отчётливое изображение предмета?
Дифракционная решётка содержит 120 штрихов на 1 мм. Найти длину волны монохроматического света, падающего на решётку, если угол между двумя спектрами первого прядка равен 80 .
Определить угол отклонения лучей зелёного света (длина волны 0,55 мкм) в спектре первого порядка, полученном с помощью дифракционной решётки, период который равен 0,02 мм.
Сколько времени идёт свет от Солнца до Земли?
Вода освещена красным светом, для которого длина волны в воздухе 0,7 мкм. Какой будет длина волны в воде?
Литература:
Г.Я.Мякишев, Физика учебник 11 кл. 2010 г.
А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.
С.А.Смирнов. Сборник задач по физике.2010 г
Практическое занятие №20
по теме «Определение кванта света. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта»
Цель: Закрепить знания по теме «Квантовая оптика. Фотоэффект», сформировать умения и навыки нахождения физической величины, её выражение из формулы. Научиться применять законы фотоэффекта.
Теория:
Ядро обозначается тем же символом, что и нейтральный атом:
где символ химического элемента; атомной номер (число протонов в ядре); массовое число (число нуклонов в ядре). Число нейтронов в ядре равно разности .
Энергия фотона ,
где h = 6,63*10-34 постоянная Планка; , – частота света; – круговая частота.
Импульс фотона и его масса .
Формулы Эйнштейна для внешнего фотоэффекта
,
где - энергия фотона; А – работа выхода электрона из металла; – максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона; – масса покоя электрона.
Красная граница фотоэффекта ,
где – максимальная длина волны излучения, – минимальная частота, при которых ёще возможен фотоэффект.
Задача 1. Красная граница фотоэффекта для никеля равна 0,257 мкм. Найти длину волны света, падающего на никелевый электрод и начальную скорость вырываемых этим светом фотоэлектронов, если фототок прекращается при задерживающей разности потенциалов, равной 1,5 В.
Дано: ;.Найти: , .
Решение:
Согласно уравнению Эйнштейна для внешнего фотоэффекта, энергия поглощенного кванта тратится на совершение фотоэлектроном работы выхода А и придание ему кинетической энергии Е: .
Если фотокатод освещать светом с длиной волны, равной красной границе, вся энергия поглощенного фотона идет на совершение работы выхода: .
Кинетическую энергию фотоэлектронов можно найти через задерживающую разность потенциалов: раз фотоэлектроны задерживаются разностью потенциалов , то их кинетическая энергия полностью расходуется на работу против сил тормозящего поля, следовательно, , где е – заряд электрона.
Тогда уравнение Эйнштейна можно переписать в виде .
Отсюда найдем длину волны падающего света: .
Подставив численные значения, получим:
.
Найдем начальную скорость фотоэлектронов: ,
откуда , где – масса покоя электрона.
Подставляя численные значения, получим:
. Ответ: , .
Задача 2 Скорость света в вакууме равна 3×108 метров в секунду, постоянная Планка равна 6,625×10-34 джоуль в секунду. Необходимо: определить при какой длине электромагнитной волны энергия фотона была бы равна 1×10-18 джоуль.
Дано: c=3×108 м/сек; h=6,625×10-34 Дж×сек; ε= 1×10-18 ДжНайти: λ-?Решение:
Энергия фотона определяется по формуле
Длина электромагнитной волны мОтвет: длина электромагнитной волны примерно равна 2×10-7метра
Задания для самостоятельного решения
Будет ли наблюдаться фотоэффект, если на поверхность серебра () направить излучение с длиной волны 300 нм?
2.На поверхность лития падает монохроматический свет с длиной волны 310 нм. Чтобы прекратить фототок, надо приложить задерживающую разность потенциалов не менее 1,7 В. Определить работу выхода.
3.Определить максимальную скорость фотоэлектронов, вырываемых с поверхности металла, если фототок прекращается при приложении задерживающего потенциала в 3,7 В.
4.Определить энергию, импульс и массу фотона с длиной волны 0,5 мкм.
5.Определить длину волны фотона, импульс которого равен импульсу электрона, прошедшего разность потенциалов в 9,8 В.
Задание для самостоятельной работы
вариант A, Дж. U, В. E, Дж. λ кр.г, м. λ, м. ν ,Гц. m, кг V, м/с.
1 ? 1 ? ? 413нм ? 9,1·10-31 ?
2 5эВ ? ? ? ? ? 9,1·10-31 ?
3 ? ? ? 530нм - ? 9,1·10-31 ?
4 7,85·10-19 ? ? ? _ ? 9,1·10-31 ?
5 4,5эВ ? ? ? - ? 9,1·10-31 ?
6 ? 4,25 ? ? - ? 9,1·10-31 ?
7 2,26эВ ? ? - 345нм ? 9,1·10-31 ?
8 4,08эВ ? ? ? - ? 9,1·10-31 7,2·105
9 ? ? 1,8·10-19 550нм - ? 9,1·10-31 ?
0 ? ? 2,84·10-19 ? 317нм ? 9,1·10-31 ?
A, Дж- работа выхода
U, В – запирающее напряжение
E, Дж – кинетическая энергия
λ, м. – длина волны
λ кр.г, м – длина волны красной границы
ν, Гц – частота излучения
m, кг – масса электрона
V, м/с. – скорость движения частицы
h = 6,62·10-34Дж·с – постоянная Планка
Литература:
Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10, 11 кл. 2010 г.
А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.
С.А.Смирнов. Сборник задач по физике.2010 г

Практическое занятие №21
по теме «Определение энергии расщепления ядра»
Цель: Совершенствование полученных знаний и умений; формирование представлений о постановке, классификации, приемах и методах решения задач по ядерной физике. Сформировать умения записывать ядерные реакции, уметь определять неизвестный продукт реакции с использованием законов сохранения массового числа и заряда, обосновать существование ядерной энергии как одной из форм энергии, формировать умение вычислять энергетический выход ядерных реакций.
Теория:
Дефект массы и энергия связи ядра. Ядерные реакции.
Энергия связи атомного ядра Eсв = Δmс2,
где с – скорость света в вакууме; Δm – дефект массы ядра, численно равный разности суммарной массы протонов и нейтронов, входящих в состав ядра, и массы самого ядра
Δm=Zmp+Nmn–MяZ-число протонов в ядре; N-число нейтронов
mp и mn – массы свободных протонов и нейтронов; Мя – масса ядра, которая рассчитывается по формуле:
Мя = Ма – Zme,
где Ма – масса нейтрального атома; mе, – масса покоя электрона.
mp, mn и те измеряются в атомных единицах массы (а. е. м.).
При расчете энергии связи в электрон-вольтах можно пользоваться следующим выражением:
Есв = 931,57 Δm (МэВ); 1 эВ= 1,6*10–19 Дж.
Энергетический выход ядерной реакции
Ядерная реакция характеризуется энергией ядерной реакции ΔE (энергетическим выходом реакции), равной разности энергий покоя ядра и частиц до реакции и после нее, т.е. энергетическим выходом ядерной реакции называется разность энергий покоя ядер и частиц до и после реакции.
,
где (m1+m2)— сумма масс частиц до реакции, (m3+m4)— сумма масс частиц после реакции.
Если ΔE >0, то реакция идет с выделением энергии и называется экзотермической, если ΔE <0, то реакция идет с поглощением энергии и называется эндотермической.
Данная энергия выражается в Джоулях, но нам предстоит ее выражать в МэВ. Для этого наша формула будет выглядеть следующим образом:

Задача 1 При бомбардировке нейтронами атома азота-14 испускается протон. В ядро какого изотопа превращается ядро азота? Написать реакцию.
147N + 10n →  11H + 146C
Задача 2 Ядро изотопа магния-25 подвергается бомбардировке протонами. Ядро какого элемента при этом образуется, если реакция сопровождается излучением α - частицы?
2512Mq + 11H→ 42He + 2211Na
Задача 3 При бомбардировке α-частицами алюминия образуется новое ядро и нейтрон. Записать ядерную реакцию и определить ядро, какого элемента при этом образуется.
2713Al + 42He→ 10n + 3015P
Задача 4 Вычислите энергетический выход ядерной реакции .
Решение:
Для вычисления энергетического выхода ядерной реакции необходимо найти разность масс частиц, вступающих в реакцию, и частиц – продуктов реакции. В реакции участвуют атомные ядра, но в справочных таблицах обычно даются сведения лишь о массах атомов. Можно найти массу каждого атомного ядра вычитанием массы электронов оболочки из массы атома. Можно поступить иначе. Если в уравнении ядерной реакции слева и справа пользоваться только массами атомов (т.е. массой атома водорода, а не массой протона слева, и массой атома гелия, а не массой альфа-частицы справа), то из-за одинаковости числа электронов в атомах, вступающих в реакцию, и в продуктах реакции их вычитание осуществляется автоматически при нахождении разности масс. Таким образом, для решения задачи можно воспользоваться сведениями из справочника о массах атомов.
 



_______________

 ,

Вычислим энергетический выход при изменении массы на 1 а.е.м.:

Выход ядерной реакции равен
 Ответ: 4,0 МэВ.
Задания для самостоятельного решения
Написать недостающие обозначения в следующих ядерных реакциях:? + 42He →105B + 10n 21H + γ →? + 10n 94Be + 42He →? + 10n2713Al + γ→ 2311Na + ? 4119K + ? → 4420Ca + 11H 5525Ma + 11H →5526Fe + ?6530Zn + 10n →? + 42He 147N + 11H →? + 10n ? + 11H →2412Mg + 42He
Определите энергетический выход ядерной реакции  ₃Li⁷+₁H²⇒₄Be⁹+₀n¹.
В какое ядро превращается торий 23490 Th при трех последовательных α-распадах?
Определить энергетический выход ядерной реакции 147 N +11 H →126 C +24 He , если энергия связи у ядер азота 115,6 МэВ, углерода - 92,2 МэВ, гелия -28,3 МэВ.

Практическое занятие №22(1ч)
по теме «Термоядерные реакции. Повторение»
Цель: Обобщить основные понятия физических явлений, закрепить знания при решении задач.
Теория:
Термоядерные реакции − реакции слияния (синтеза) лёгких ядер, протекающие при высоких температурах. Эти реакции обычно идут с выделением энергии, поскольку в образовавшемся в результате слияния более тяжёлом ядре нуклоны связаны сильнее, т.е. имеют, в среднем, бoльшую энергию связи, чем в исходных сливающихся ядрах. Избыточная суммарная энергия связи нуклонов при этом освобождается в виде кинетической энергии продуктов реакции. Название “термоядерные реакции” отражает тот факт, что эти реакции идут при высоких температурах (>107–108 К), поскольку для слияния лёгкие ядра должны сблизиться до расстояний, равных радиусу действия ядерных сил притяжения, т.е. до расстояний ≈10-13 см. А вне зоны действия этих сил положительно заряженные ядра испытывают кулоновское отталкивание. Преодолеть это отталкивание могут лишь ядра, летящие навстречу друг другу с большими скоростями, т.е. входящие в состав сильно нагретых сред, либо специально ускоренные.
Ниже приведены несколько основных реакций слияния ядер и указаны для них значения энерговыделения Q. d означает дейтрон − ядро 2Н, t означает тритон − ядро 3Н.
d + d → 3He + n + 4.0 МэВ,d + d → t + p + 3.25 МэВ,t + d → 4He + n + 17.6 МэВ,3He + d → 4He + p + 18.3 МэВ.
На Земле самоподдерживающиеся термоядерные реакции с выделением огромной энергии осуществлялись в течение очень короткого времени (10-7–10-6 сек) при взрывах водородных бомб. Одной из основных термоядерных реакций, обеспечивающих энерговыделение при таких взрывах, является реакция слияния двух тяжёлых изотопов водорода (дейтерия и трития) в ядро гелия с испусканием нейтрона: 2Н + 3Н  4Не + n. При этом освобождается энергия 17.6 МэВ.
Задача 1 При осуществлении термоядерной реакции синтеза ядра гелия из ядер изотопов водорода – дейтерия и трития – по схеме освобождается энергия 17,6 МэВ. Какая энергия освободится при синтезе 1 г гелия? Сколько каменного угля потребовалось бы сжечь для получения такой же энергии?
Дано:
 



_____________________________
  
Решение:
Для нахождения энергии, выделяющейся при синтезе 1 г гелия, нужно умножить выход ядерной реакции  на число осуществленных реакций, равное числу атомов гелия  в 1 г:  
 Число атомов гелия  равно .

Поэтому для энергии  получим:
 Из условия  следует: , тогда
 Отсюда масса каменного угля, при сжигании которого освобождается столько же энергии, сколько и при синтезе 1 г гелия, равна
 
Ответ: 1,56*104 кг
Задания для самостоятельного решения
За какое время автомобиль, двигаясь с ускорением 0,4 м/с2 , увеличивает свою скорость с 12 до 20 м/с?
Тело массой 4 кг под действием некоторой силы приобрело ускорение 2 м/с2 . Какое ускорение приобретает тело массой 10 кг под действием такой же силы?
Импульс тела равен 8 кг•м/с, а кинетическая энергия 16 Дж. Найти массу и скорость тел.
Найти концентрацию молекул кислорода, если при давлении 0,2 МПа средняя квадратичная скорость его молекул равна 700 м/с.
Какое давление сжатого воздуха, находящегося в баллоне вместимостью 20 л при 120 С, если масса это воздуха 2 кг?
Какую работу совершил воздух массой 200 г при его изобарном нагревании на 20К? Какое количество теплоты ему при этом сообщили?
На расстоянии 3 см от заряда 4 нКл, находящегося в жидком диэлектрике, напряжённость поля равна 20кВ/м. Какова диэлектрическая проницаемость диэлектрика?
Сопротивление стального проводника длиной 3м равно 15 Ом. Определите площадь его поперечного сечения.
Медная проволока длиной 3 м и сечением 5 мм2 подключена к источнику тока с напряжением 12 В. Определите число электронов, проходящих через поперечное сечение проволоки за 10 с.
Найти силу тока в проводнике сопротивлением 15 Ом, если напряжение на его концах равно 60 В.
Литература:
Г.Я.Мякишев, Физика учебник 10, 11 кл. 2010 г.
А.П.Рымкевич. Сборник задач по физике 10-11 кл. 2010 г.
С.А.Смирнов. Сборник задач по физике.2010 г
Приложение 1. Приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц
Множитель Приставка Приставка Наименование множителя Пример
1012 тераТ триолионТПа109 гигаг миллиард ГПа
106 мега М миллион МПа
103 кило к тысяча кПа
10-3 миллим одна тысячная мПа
10-6 микро мкодна милионнаямкПа10-9 нано н одна миллиардная нПа10-12 пико подна триллионная пПаПриложение 2. Международная система единиц (СИ)
Физическая величина Обозначение величины Единица величины
символ Русское масса m кг килограмм
Количества вещества υ моль моль
Молярная масса М кг\моль килограмм дел. на моль
Масса атома углерода mocкг килограмм
Сила F Н ньютон
Площадь поперечного сечения S м2квадратный метр
Давление рПа паскаль
Концентрация n 1\м3 единица дел. на кубический метр
Квадратичная скорость V2 м2\с2 метр в квадрате дел. на секунду в квадрате
Кинетическая энергия ЕкДж джоуль
Относительная молекулярная масса Мrг\моль грамм дел. на моль
Число частиц N безразмерная величина
Температура по Кельвину T К Кельвин
Объем V м3 метр в кубе
Масса одной молекулы m0 кг килограмм
Температура по Цельсию t 0С градусов по Цельсию
Относительная влажность воздуха φ % проценты
Абсолютное удлинение ∆l м метр
Конечная длина l м метр
Начальная длина l0 м метр
Относительное удлинение ε безразмерная единица
Механическое напряжение ϭ Н\м2ньютона дел. на квадратный метр
Модуль Юнга E Па паскаль
Диаметр d м метр
Внутренняя энергия U Дж Джоуль
Работа газа A1 Дж Джоуль
Работа над газом A Дж Джоуль
Количество теплоты Q Дж Джоуль
Удельная теплоемкость c Дж/кг·°СДжоуль дел. на килограмм умн. на градус по Цельсию
Удельная теплота парообразования R Дж/кг Джоуль дел. на килограмм
Удельная теплота плавления λ Дж/кг Джоуль дел. на килограмм
Количество теплоты полученное от нагревателя Q1 Дж Джоуль
Количество теплоты отданное холодильнику Q2 Дж Джоуль
Коэффициент полезного действия ɳ % проценты
Удельная теплота сгорания q Дж/кг Джоуль дел. на килограмм
Содержание:
№ п/п Темы Стр.
1 Кинематика. Определение основных кинематических величин: скорость, ускорение, пройденный путь в равноускоренном прямолинейном движении 3-6
2 Динамика. Решение задач на законы Ньютона. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Вес тела 6-9
3 Закон сохранения импульса и реактивное движение 9-12
4 Потенциальная и кинетическая энергия. Законы сохранения в механике. Работа и мощность 12-18
5 Колебания и волны. Определение амплитуды, периода, частоты по графику колебаний 18-21
6 Основы молекулярной физики. Размеры молекул. Температура 22-23
7 Основное уравнение МКТ. Уравнение Клапейрона-Менделеева 23-26
8 Свойства паров (газов), жидкости и твердых тел 27-31
9 Основы термодинамики. Первый закон термодинамики 31-33
10 Тепловые двигатели. КПД тепловых двигателей 34-38
11 Закон Кулона. Напряжённость. Потенциал. Разность потенциалов 38-43
12 Конденсаторы. Электроемкость. Соединение конденсаторов в батареи 43-49
13 Законы Ома 49-52
14 Постоянный ток. Тепловое действие тока. Работа и мощность тока 52-55
15 Сила Ампера. Сила Лоренца 55-58
16 Изменение магнитного потока 59-61
17 Электромагнетизм. Закон электромагнитной индукции. Самоиндукция 61-65
18 Определение длины электромагнитной волны 66-70
19 Законы отражения и преломления света. Построение изображений в линзах 70-73
20 Определение кванта света. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта 73-76
21 Определение энергии расщепления ядра 76-78
22 Термоядерные реакции. Повторение 78-81
Приложения 82-83