Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Флотация

Чистая руда почти никогда не встречается в природе. Почти всегда полезное ископаемое перемешано с «пустой», ненужной горной породой. Процесс отделения пустой породы от полезного ископаемого называют обогащением руды.

Одним из способов обогащения руды, основанным на явлении смачивания, является флотация. Сущность флотации состоит в следующем. Раздробленная в мелкий порошок руда взбалтывается в воде. Туда же добавляется небольшое количество вещества, обладающего способностью смачивать одну из подлежащих разделению частей, например крупицы полезного ископаемого, и не смачивать другую часть — крупицы пустой породы. Кроме того, добавляемое вещество не должно растворяться в воде. При этом вода не будет смачивать поверхность крупицы руды, покрытую слоем добавки. Обычно применяют какое-нибудь масло.

В результате перемешивания крупицы полезного ископаемого обволакиваются тонкой пленкой масла, а крупицы пустой породы остаются свободными. В получившуюся смесь очень мелкими порциями вдувают воздух. Пузырьки воздуха, пришедшие в соприкосновение с крупицей полезной породы, покрытой слоем масла и потому не смачиваемой водой, прилипают к ней. Это происходит потому, что тонкая пленка воды между пузырьками воздуха и не смачиваемой ею поверхностью крупицы стремится уменьшить свою площадь, подобно капле воды на промасленной бумаге, и обнажает поверхность крупицы.

Крупицы полезной руды с пузырьками воздуха поднимаются вверх, а крупицы пустой породы опускаются вниз. Таким образом происходит более или менее полное отделение пустой породы и получается так называемый концентрат, богатый полезной рудой.

Задание1. Что такое флотация?

1) способ обогащения руды, в основе которого лежит явление плавания тел

2) способ обогащения руды, в основе которого лежит явление смачивания

3) плавание тел в жидкости

4) способ получения полезных ископаемых

 

Задание2. Почему крупицы полезной руды с пузырьками воздуха поднимаются вверх из смеси воды и руды?

 

1) на них действует выталкивающая сила, меньшая, чем сила тяжести

2) на них действует выталкивающая сила, равная силе тяжести

3) на них действует выталкивающая сила, большая, чем сила тяжести

4) на них действует сила поверхностного натяжения слоя воды между масляной пленкой и пузырьком воздуха

 

Задание3. Можно ли, используя флотацию, сделать так, чтобы пустая порода всплывала вверх, а крупицы руды оседали на дно? Ответ поясните.

Закон Бернулли

Этот важный закон был открыт в 1738 году Даниилом Бернулли — швейцарским физиком, механиком и математиком, академиком и иностранным почётным членом Петербургской академии наук. Закон Бернулли позволяет понять некоторые явления, наблюдаемые при течении потока жидкости или газа.

В качестве примера рассмотрим поток жидкости плотностью ρ, текущей по наклонённой под углом к горизонту трубе. Если жидкость полностью заполняет трубу, то закон Бернулли выражается следующим простым

уравнением:

 

ρgh + ρv²/2 + p = const

 

В этом уравнении h – высота, на которой находится выделенный объём жидкости, v — скорость этого объёма, p — давление внутри потока жидкости на данной высоте. Записанное уравнение свидетельствует о том, что сумма трёх величин, первая из которых зависит от высоты, вторая — от квадрата скорости, а третья — от давления, есть величина постоянная.

В частности, если жидкость течёт вдоль горизонтали (то есть высота h не изменяется), то участкам потока, которые движутся с большей скоростью, соответствует меньшее давление, и наоборот. Это можно

продемонстрировать при помощи следующего простого прибора.

 

 

Возьмём горизонтальную стеклянную трубу, в центральной части которой сделано сужение (см. рисунок). Припаяем к отверстиям в этой трубе три тонких стеклянных трубочки – две около краёв трубы (там, где она толще) и одну – в центральной части трубы (там, где находится сужение). Расположим эту трубу горизонтально и будем пропускать через неё воду под давлением – так, как показано стрелкой на рисунке. Из направленных вверх трубочек начнут бить фонтанчики. Поскольку площадь поперечного сечения центральной части трубы меньше, то скорость протекания воды через эту часть будет больше, чем черезлевый и правый участки трубы. По этой причине в соответствии с законом Бернулли давление в жидкости в центральной части трубы будет меньше, чем в остальных частях трубы, и высота среднего фонтанчика будет меньше, чем крайних фонтанчиков.

Описанное явление легко объясняется и с помощью второго закона Ньютона. Действительно, частицы жидкости при переходе из начального участка трубы в центральный должны увеличить свою скорость, то есть ускориться. Для этого на них должна действовать сила, направленная в сторону центральной части трубы. Эта сила представляет собой разность сил давления. Следовательно, давление в центральной части трубы должно быть меньше, чем в её начальной части. Совершенно аналогично рассматривается и переход жидкости из центральной части трубы в её конечную часть, при котором частицы жидкости замедляются.

При помощи закона Бернулли могут быть объяснены разнообразные явления, возникающие при течении потоков жидкости или газа. Например, известно, что двум большим кораблям, движущимся попутными курсами, запрещается проходить близко друг от друга. При таком движении между близкими бортами кораблей возникает более быстрый поток движущейся воды, чем со стороны внешних бортов. Вследствие этого давление в потоке

воды между кораблями становится меньше, чем снаружи, и возникает сила, которая начинает подталкивать корабли друг к другу. Если расстояние между кораблями мало, то может произойти их столкновение.

Задание1. Жидкость течёт по горизонтальной трубе переменного сечения, полностью заполняя её. При увеличении скорости потока жидкости давление в ней

1) увеличивается

2) уменьшается

3) не изменяется

4) может как увеличиваться, так и уменьшаться — в зависимости от плотности жидкости

 

Задание2. Между двумя параллельными листами бумаги, свободно подвешенными вертикально, продувают поток воздуха.

Какое(-ие) утверждение(-я) справедливо(-ы)?

А. Листы будут «притягиваться» друг к другу.

Б. Давление между листами будет больше, чем снаружи от них.

1) только А

2) только Б

3) и А, и Б

4) ни А, ни Б

 

Задание3. Прибор, изображённый на рисунке в тексте, освободили от воды и перевернули так, что трубочки оказались направленными вертикально вниз, и погрузили трубочки в сосуд с водой. При продувании через горизонтальную трубу воздуха оказалось, что в трубочки всосалось некоторое количество воды из сосуда. Длиннее или короче окажется столбик жидкости, оказавшийся в средней трубочке, по сравнению со столбиками, оказавшимися в крайних трубочках? Ответ поясните.

Если взять тонкую чистую стеклянную трубку (она называется капилляром), расположить её вертикально и погрузить её нижний конец в стакан с водой, то вода в трубке поднимется на некоторую высоту над уровнем воды в стакане. Повторяя этот опыт с трубками разных диаметров и с разными жидкостями, можно установить, что высота поднятия жидкости в капилляре получается различной. В узких трубках одна и та же жидкость поднимается выше, чем в широких. При этом в одной и той же трубке разные жидкости поднимаются на разные высоты. Результаты этих опытов, как и ещё целый ряд других эффектов и явлений, объясняются наличием поверхностного натяжения жидкостей.

Возникновение поверхностного натяжения связано с тем, что молекулы жидкости могут взаимодействовать как между собой, так и с молекулами других тел — твёрдых, жидких и газообразных, — с которыми находятся в соприкосновении. Молекулы жидкости, которые находятся на её поверхности, «существуют» в особых условиях — они контактируют и с другими молекулами жидкости, и с молекулами иных тел. Поэтому равновесие поверхности жидкости достигается тогда, когда обращается в ноль сумма всех сил взаимодействия молекул, находящихся на поверхности жидкости, с другими молекулами. Если молекулы, находящиеся на поверхности жидкости, взаимодействуют преимущественно с молекулами самой жидкости, то жидкость принимает форму, имеющую минимальную площадь свободной поверхности. Это связано с тем, что для увеличения площади свободной поверхности жидкости нужно переместить молекулы жидкости из её глубины на поверхность, для чего необходимо «раздвинуть» молекулы, находящиеся на поверхности, то есть совершить работу против сил их взаимного притяжения. Таким образом, состояние жидкости с минимальной площадью свободной поверхности является наиболее выгодным с энергетической точки зрения. Поверхность жидкости ведёт себя подобно натянутой упругой плёнке — она стремится максимально сократиться. Именно с этим и связано появление термина «поверхностное натяжение».

Приведённое выше описание можно проиллюстрировать при помощи опыта Плато. Если поместить каплю анилина в раствор поваренной соли, подобрав концентрацию раствора так, чтобы капля плавала внутри раствора, находясь в состоянии безразличного равновесия, то капля под действием поверхностного натяжения примет шарообразную форму, поскольку среди

всех тел именно шар обладает минимальной площадью поверхности при заданном объёме.

Если молекулы, находящиеся на поверхности жидкости, контактируют с молекулами твёрдого тела, то поведение жидкости будет зависеть от того, насколько сильно взаимодействуют друг с другом молекулы жидкости и твёрдого тела. Если силы притяжения между молекулами жидкости и твёрдого тела велики, то жидкость будет стремиться растечься по поверхности твёрдого тела. В этом случае говорят, что жидкость хорошо смачивает твёрдое тело (или полностью смачивает его). Примером хорошего смачивания может служить вода, приведённая в контакт с чистым стеклом. Капля воды, помещённая на стеклянную пластинку, сразу же растекается по ней тонким слоем. Именно из-за хорошего смачивания стекла водой и наблюдается поднятие уровня воды в тонких стеклянных трубках. Если же силы притяжения молекул жидкости друг к другу значительно превышают силы их притяжения к молекулам твёрдого тела, то жидкость будет стремиться принять такую форму, чтобы площадь её контакта с твёрдым телом была как можно меньше. В этом случае говорят, что жидкость плохо смачивает твёрдое тело (или полностью не смачивает его). Примером плохого смачивания могут служить капли ртути, помещённые на стеклянную пластинку. Они принимают форму почти сферических капель, немного деформированных из-за действия силы тяжести. Если опустить конец стеклянного капилляра не в воду, а в сосуд с ртутью, то её уровень окажется ниже уровня ртути в сосуде.

 

Задание1. В стакан с водой погрузили концы двух вертикальных стеклянных трубок — с внутренними диаметрами 0,5 мм и 0,2 мм. Стекло перед этим было тщательно обезжирено. Можно утверждать, что

1) вода поднимется выше в трубке диаметром 0,5 мм

2) вода поднимется выше в трубке диаметром 0,2 мм

3) вода поднимется в обеих трубках на одинаковую высоту

4) уровень воды в обеих трубках будет ниже уровня воды в стакане

 

Задание2. При погружении конца тонкого пластикового капилляра в сосуд с жидкостью её уровень в капилляре оказывается выше, чем в сосуде. Из этого следует, что

1) данная жидкость хорошо смачивает пластик, из которого изготовлен капилляр

2) данная жидкость плохо смачивает пластик, из которого изготовлен капилляр

3) данная жидкость полностью не смачивает пластик, из которого изготовлен капилляр

4) плотность жидкости меньше, чем плотность пластика, из которого изготовлен капилляр

 

Задание 3.Космонавт, находящийся на орбитальной космической станции, летающей вокруг Земли, выдавил из тюбика с космическим питанием каплю жидкости, которая начала летать по кабине станции. Какую форму примет эта капля? Ответ поясните.

 

Текст1.Тепловое излучение

 

Все окружающие нас тела излучают электромагнитные волны. При комнатной температуре все тела излучают невидимые инфракрасные волны. Кусок железа, нагретый до 550°С, излучает свет красного цвета. По мере повышения температуры железа цвет излучения меняется: при 1000°С становится желтым, при 1500°С – белым. Таким образом, максимум излучения при нагревании тела смещается в область высоких частот (коротких длин волн). На рисунке представлены кривые интенсивности излучения для тел разной температуры. При температуре примерно 5700°С (температура фотосферы Солнца) максимум излучения приходится на область видимого света.

 

 

Рисунок. Зависимость интенсивности излучения от частоты для тел разной температуры

 

Тела не только излучают, но и поглощают энергию. Тело, полностью поглощающее все падающее на него излучение, называется абсолютно черным. Если температура тела выше температуры окружающей среды, то излучение преобладает над поглощением и тело охлаждается.

Теплокровным животным и человеку для поддержания температуры тела необходимо постоянно пополнять энергию. Причем чем меньше размеры тела, тем больше должна быть удельная скорость тепловыделения в организме. Пища и кислород являются исходными веществами биологических реакций, в результате которых образуются белки, ферменты и другие химические соединения, запасающие энергию.

 

Задание №1

Скорость тепловыделения, рассчитанная на1 кг массы тела, имеет максимальное значение для

1) кита

2)слона

3)человека

4)Мыши

 

Задание №2

Железную деталь, имеющую температуру 1000°С, охладили на 400°С. Что из перечисленного ниже верно описывает изменение в излучении этой детали?

1) цвет излучения изменился с белого на желтый

2) цвет излучения изменился с желтого на красный

3) деталь перестала излучать в инфракрасной области

4) максимум излучения сместился в область ультрафиолета

 

Задание №3

В таблице представлена спектральная классификация звезд.

Спектральный класс звезды

 

Температура фотосферы, °С

O

26000–35000

В

12000–25000

А

7700–11000

F

5900–7600

G

4700–5800

К

3200–4600

М

2300–3100

 

Согласно этой спецификации Солнце принадлежит к звездам класса

1) A

2) F

3) G

4) K

 

Текст 2. Экспериментальное открытие закона эквивалентности тепла и работы.

 

В 1807 г. физик Ж. Гей-Люссак, изучавший свойства газов, поставил простой опыт. Давно было известно, что сжатый газ, расширяясь, охлаждается. Гей-Люссак заставил газ расширяться в пустоту — в сосуд, воздух из которого был предварительно откачан. К его удивлению, никакого понижения температуры не произошло, температура газа не изменилась. Исследователь не мог объяснить результат: почему один и тот же газ, одинаково сжатый, расширяясь, охлаждается, если его выпускать прямо наружу в атмосферу, и не охлаждается, если его выпускать в пустой сосуд, где давление равно нулю?

Объяснить опыт удалось немецкому врачу Роберту Майеру. У Майера возникла мысль, что работа и теплота могут превращаться одна в другую. Эта замечательная идея сразу дала возможность Майеру сделать ясным загадочный результат в опыте Гей-Люссака: если теплота и работа взаимно превращаются, то при расширении газа в пустоту, когда он не совершает никакой работы, так как нет никакой силы (давления), противодействующей увеличению его объема, газ и не должен охлаждаться. Если же при расширении газа ему приходится совершать работу против внешнего давления, его температура должна понижаться. Даром работу получить нельзя! Замечательный результат Майера был много раз подтвержден прямыми измерениями; особое значение имели опыты Джоуля, который измерял количество теплоты, необходимое для нагревания жидкости, вращающейся в ней мешалкой. Одновременно измерялись и работа, затраченная на вращение мешалки, и количество теплоты, полученное жидкостью. Как ни менялись условия опыта, брались разные жидкости, разные сосуды и мешалки, результат был один и тот же: всегда из одной и той же работы получалось одно и то же количество теплоты.

 

Рис.1 Упрощенная схема опыта Джоуля по определению механического эквивалента теплоты.

 

Задание №1

В опыте Ж. Гей-Люссака газ, расширяющийся в пустой сосуд, не охлаждается, потому что

1)теплота в этом процессе полностью превращалась в работу

2)газ совершал работу против атмосферного давления

3)теплота в этом процессе полностью поглощалась сосудом

4)газ не совершал работы, так как давление в сосуде равно нулю

Задание №2

В опытах Джоуля внутренняя энергия жидкости увеличивается благодаря

1)теплопередаче с окружающей средой

2)теплопередаче с вращающейся мешалкой

3)совершению работы над жидкостью

4)совершению работы самой жидкостью

 

Задание №3

В процессе рабочего хода в двигателе внутреннего сгорания газы, образовавшиеся при сгорании топлива, расширяются и

1)охлаждаются

2)нагреваются

3)сначала нагреваются, потом охлаждаются

4)сначала охлаждаются, потом нагреваются

 

Текст 3. Охлаждающие смеси

 

Возьмём в руки кусок сахара и коснёмся им поверхности кипятка. Кипяток втянется в сахар и дойдёт до наших пальцев. Однако мы не почувствуем ожога, как почувствовали бы, если бы вместо сахара был кусок ваты. Это наблюдение показывает, что растворение сахара сопровождается охлаждением раствора. Если бы мы хотели сохранить температуру раствора неизменной, то должны были бы подводить к раствору энергию. Отсюда следует, что при растворении сахара внутренняя энергия системы сахар–вода увеличивается.

То же самое происходит при растворении большинства других кристаллических веществ. Во всех подобных случаях внутренняя энергия раствора больше, чем внутренняя энергия кристалла и растворителя при той же температуре, взятых в отдельности.

В примере с сахаром необходимое для его растворения количество теплоты отдаёт кипяток, охлаждение которого заметно даже по непосредственному ощущению.

Если растворение происходит в воде при комнатной температуре, то температура получившейся смеси в некоторых случаях может оказаться даже ниже 0 °С, хотя смесь и остаётся жидкой, поскольку температура застывания раствора может быть значительно ниже нуля. Этот эффект используют для получения сильно охлажденных смесей из снега и различных солей.

Снег, начиная таять при 0 °С, превращается в воду, в которой растворяется соль; несмотря на понижение температуры, сопровождающее растворение, получившаяся смесь не затвердевает. Снег, смешанный с этим раствором, продолжает таять, забирая энергию от раствора и, соответственно, охлаждая его. Процесс может продолжаться до тех пор, пока не будет достигнута температура замерзания полученного раствора. Смесь снега и поваренной соли в отношении 2 : 1 позволяет, таким образом, получить охлаждение до –21 °С; смесь снега с хлористым кальцием (CaCl₂) в отношении 7 : 10 – до –50 °С.

 

Задание №1

Внутренняя энергия раствора по сравнению с суммой внутренней энергии кристалла и растворителя при той же температуре в большинстве случаев

1)больше

2) меньше

3)такая же

4)пренебрежимо мала

 

Задание №2

Где ноги будут мерзнуть меньше: на заснеженном тротуаре или на таком же тротуаре, посыпанном солью при такой же температуре?

1)на заснеженном тротуаре

2)на тротуаре, посыпанном солью

3)одинаково на заснеженном тротуаре и на тротуаре, посыпанном солью

4)ответ зависит от атмосферного давления

 

Задание №3

Что происходит с температурой воды при растворении в ней сахара?

1)не изменяется

2)повышается

3)понижается

4)характер изменения температуры зависит от температуры окружающей среды

 

Текст 4. Ветер

 

Атмосфера всегда охвачена движением, более или менее быстрым. Движение воздуха, направленное вдоль земной поверхности (параллельно ей), называется ветром. Ветер в 3–5 м/с – слабый ветер, только колеблющий ветки деревьев, а ветер в 13–15 м/с сильный, мешающий пешеходу идти ему навстречу и поднимающий пенящиеся волны в море. Кроме скорости ветра определяют также и его направление: откуда дует ветер – с севера, северо-востока и т. д. Энергия ветра используется в ветряных мельницах и насосах, в ветросиловых и ветроэнергетических установках, с её помощью движутся парусные суда и проч. Использование энергии ветра тем выгоднее, чем устойчивее и сильнее ветры в данной местности. Ветроэнергетические и ветросиловые установки лучше всего применять в степной местности, на открытых берегах морей и т. д.

Движение воздуха происходит от мест и областей, где давление воздуха больше, к тем местам, где давление на том же самом уровне относительно земли меньше. Различия в давлении воздуха вызываются разными причинами. Например, морской бриз возникает из-за неодинакового нагревания поверхности земли и воды солнцем, а также разной скорости их охлаждения ночью. В летний день почва на побережье нагревается сильнее, чем поверхность моря.

Действительно, в сравнительно прозрачной воде тепло солнечных лучей распространяется на значительную глубину, и изменение температуры поверхности будет мало, в то время как на суше нагревается лишь самый поверхностный слой почвы, которая к тому же обладает меньшей удельной теплоёмкостью (около 1 кДж/(кг°С)). Воздух над сушей нагревается сильнее, чем над водой, и поднимается вверх, так как его плотность меньше, чем плотность находящегося вокруг холодного воздуха. В результате давление у земли уменьшается, и к месту пониженного давления притекает более холодный воздух с моря. Такой поток и называется дневным бризом. Ночью наблюдают обратное явление: суша, прогретая за день только в тонком слое, остывает быстрее, чем вода. Остывает и увеличивает свою плотность и воздух над сушей. Так возникает ветер от берега к морю.

Аналогично происхождение ветров, меняющихся от лета к зиме и называемых муссонами. В Азии летом температура воздуха может превышать 50 °С и давление воздуха сильно понижается. В результате мощный поток более холодного воздуха с грозами и ливнями вторгается с моря в конце мая или начале июня в Индию. Зимой над Сибирью и Центральной Азией давление воздуха возрастает, и холодный воздух течёт оттуда на восток – на Японское и Жёлтое моря и на юг – к берегам Индийского океана. Аналогичные сменяющиеся муссоны наблюдаются, например, над Африкой.

 

Задание №1

Летом в 9 часов утра температура воды и поверхности земли была одинаковой. Во сколько раз изменение температуры поверхности земли будет больше изменения температуры воды, если считать, что вся энергия солнечного излучения идёт на нагревание, а сравниваемые массы воды и земли равны?

1) 420

2)4,2

3)2,4

4)0,24

 

Задание №2

Дневным бризом называют поток воздуха, дующий

1) с моря на сушу

2)с суши на море

3)вдоль морского побережья в дневное время

4)вверх в направлении движения тёплого воздуха

 

Задание №3

Выберите верное утверждение.

1) В солнечную погоду водная поверхность сильнее поглощает солнечный свет, чем земля, и нагревается быстрее.

2)Ночью и вода, и суша остывают одинаково.

3)В солнечную погоду земля нагревается быстрее, чем вода, поскольку удельная теплоёмкость поверхностного слоя земли много меньше, чем удельная теплоёмкость воды.

4)Ночью суша остывает медленнее, чем вода, поскольку вода обладает очень большой удельной теплоёмкостью.

 

Занятие 4

 

 

Текст 5. Гейзеры

 

Гейзеры располагаются вблизи действующих или недавно уснувших вулканов. Для извержения гейзеров необходима теплота, поступающая от вулканов. Чтобы понять физику гейзеров, напомним, что температура кипения воды зависит от давления (см. рисунок).

 

Зависимость температуры кипения воды от давления

 

Представим себе 20-метровую гейзерную трубку, наполненную горячей водой. По мере увеличения глубины температура воды растёт. Одновременно возрастает и давление: оно складывается из атмосферного давления и давления столба воды в трубке. При этом везде по длине трубки температура воды оказывается несколько ниже температуры кипения, соответствующей давлению на той же глубине. Теперь предположим, что по одному из боковых протоков в трубку поступила порция пара. Пар вошёл в трубку и поднял воду до некоторого нового уровня, а часть воды вылилась из трубки в бассейн. При этом температура поднятой воды может оказаться выше температуры кипения при новом давлении, и вода немедленно закипает.

При кипении образуется пар, который ещё выше поднимает воду, заставляя её выливаться в бассейн. Давление на нижние слои воды уменьшается, так что закипает вся оставшаяся в трубке вода. В этот момент образуется большое количество пара; расширяясь, он с огромной скоростью устремляется вверх, выбрасывая остатки воды из трубки, – происходит извержение гейзера.

Но вот весь пар вышел, трубка постепенно вновь заполняется охладившейся водой. Время от времени внизу слышатся взрывы: это в трубку из боковых протоков попадают порции пара. Однако очередной выброс воды начнётся только тогда, когда вода в трубке нагреется до температуры, близкой к температуре кипения.

 

Задание №1

В каком агрегатном состоянии находится вода при температуре 110 ⁰С?

1. Только в твердом

2. Только в жидком

3. Только в газообразном

4. Ответ зависит от внешнего давления

 

Задание №2

Какое(-ие) утверждение(-я) справедливо(-ы)?

А. Жидкость можно заставить закипеть, увеличивая внешнее давление при неизменной температуре.

Б. Жидкость можно заставить закипеть, увеличивая её температуру при неизменном давлении.

1)только А

2)только Б

3)и А, и Б

4) ни А, ни Б

 

Задание №3

В гейзерную трубку из бокового протока поступила порция пара. Над паром остался столб воды высотой 10 м. Вода на этой глубине находится при температуре 121 °С. Атмосферное давление 105 Па. При этом вода в трубке

1)будет перемещаться вниз под действием атмосферного давления

2)останется в равновесии, так как её температура ниже температуры кипения

3)быстро охладится, так как её температура ниже температуры кипения на глубине 10 м

4)закипит, так как её температура выше температуры кипения при внешнем давлении 2⋅105 Па

 

 

Текст 6. Тройная точка

 

Можно создать условия, при которых пар, жидкость и твёрдое состояние могут попарно существовать в равновесии. Могут ли находиться в равновесии все три состояния? Такая точка на диаграмме давление – температура существует, её называют тройной.

Если поместить в закрытый сосуд, в котором создан вакуум, при 0 °С воду с плавающим льдом, то в свободное пространство начнут поступать водяные (и «ледяные») пары.

 

 

При давлении 4,6 мм рт. ст. наступит состояние динамического равновесия, когда количество испарившихся молекул равно количеству сконденсировавших. Теперь три фазы ––лёд, вода и пар – будут в состоянии равновесия. Эта точка и есть тройная.

Соотношения между различными состояниями наглядно показывает диаграмма для воды, изображённая на рисунке.

Кривые на рисунке – это кривые равновесия между льдом и паром (кривая (в)), льдом и водой (кривая (а)), водой и паром (кривая (б)). По вертикали, как обычно, откладывается давление, по горизонтали – температура.

Три кривые пересекаются в тройной точке и делят диаграмму на три области: лёд, вода и водяной пар.

Диаграмма состояния позволяет дать ответ на вопрос, какое агрегатное состояние вещества достигается в равновесии при определённом давлении и определённой температуре.

Если в условия, соответствующие области «лёд» на графике, поместить воду или пар, то они станут льдом. Если для жидкости или твёрдого тела создать условия, соответствующие области «пар», то получится пар, а условия области «вода» приведут к тому, что пар будет конденсироваться, а лёд – плавиться.

Диаграмма существования фаз позволяет сразу же ответить на вопрос, что произойдет с веществом при нагревании или сжатии.

На рисунке изображены две такие линии, одна из них (линия (1)) – это нагревание при нормальном давлении. Линия лежит выше тройной точки. Поэтому она пересечёт сначала кривую плавления, а затем, за пределами чертежа, и кривую испарения. Лёд при нормальном давлении расплавится при температуре 0 °С, а образовавшаяся вода закипит при 100 °С.

Иначе будет обстоять дело для льда, нагреваемого при очень небольшом давлении, скажем, чуть ниже 4,6 мм рт. ст.

Процесс нагревания изобразится линией, идущей ниже тройной точки. Кривые плавления и кипения не пересекаются этой линией. При таком незначительном давлении нагревание приведёт к непосредственному переходу льда в пар, твёрдое вещество будет прямо превращаться в пар.

 

Задание №1

Тройной точкой воды называют такие значения температуры и давления, при которых вода находится одновременно

1)только в жидком и газообразном состояния

2)только в твёрдом и газообразном состояниях

3)только в жидком и твёрдом состояниях

4)в твёрдом, жидком и газообразном состояниях

 

Задание №2

Что произойдет со льдом при температуре и давлении, заданных точкой Б на диаграмме состояния воды?

1)останется льдом

2)превратится в пар

3)превратится в жидкость

4)превратится частично в пар, частично в жидкость

 

Задание №3

Какая(-ие) линия(-и) на диаграмме характеризует(-ют) процесс плавления?

1. Кривая а

2. Кривая б

3. Кривая в

4. Кривые а и б

 

Задание №1

Растворимость газов в воде увеличивается при

1)увеличении температуры жидкости и давления газа

2)уменьшении температуры жидкости и давления газа

3)увеличении температуры жидкости и уменьшении давления газа

4)уменьшении температуры жидкости и увеличении давления газа

 

Задание №2

На рисунке 1 в тексте представлены графики зависимости растворимости газов – кислорода, азота и водорода в воде от температуры (при атмосферном давлении).

Какое(-ие) из утверждений является правильным?

 

А. При атмосферном давлении концентрация азота, растворённого в речной воде, примерно в два раза меньше концентрации кислорода.

Б. При возрастании температуры от 60°С до 100°С растворимость водорода меняется незначительно.

1)только А

2)только Б

3)и А, и Б

4)ни А, ни Б

 

Задание №3.

В насыщенном растворе

1)прекращается процесс проникновения молекул газа в жидкость

2)прекращается процесс выхода молекул газа из жидкости

3)скорость процесса проникновения молекул газа в жидкость равна скорости процесса выхода молекул газа из жидкости

4)скорость процесса проникновения молекул газа в жидкость больше скорости процесса выхода молекул газа из жидкости

 

 

Занятие 5

 

Задание №2

Температура кристаллизации раствора соли в воде зависит от

А. концентрации раствора.

Б. химического состава соли.

Правильный ответ

1)только А

2)только Б

3)А, ни Б

4)и А, и Б

 

Задание №3

Плавление это-

1) процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное

2)процесс перехода вещества из жидкого состояния в твердое

3)процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое

4)процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое

 

 

Задание №2

Изотропия физических свойств аморфных тел объясняется тем, что в аморфном теле

1) межатомные расстояния неодинаковы по различным направлениям

2)межатомное взаимодействие больше межатомного взаимодействия в кристаллах

3)межатомное взаимодействие меньше межатомного взаимодействия в кристаллах

4)межатомные расстояния в среднем одинаковы по различным направлениям

 

Задание №3

На рисунке представлены процессы нагревания с переходом в жидкое состояние для четырёх веществ, первоначально находившихся в твёрдом состоянии.

 

 

Какой график соответствует аморфному состоянию твердого тела?

1)1

2) 2

3) 3

4) 4

 

Текст 10. Вулканы

 

Известно, что по мере спуска в недра Земли температура постепенно повышается. Это обстоятельство и сам факт извержения вулканами жидкой лавы невольно наталкивали на мысль, что на определенных глубинах вещество земного шара находится в расплавленном состоянии. Однако на самом деле все не так просто. Одновременно с повышением температуры растет давление в земных глубинах. А ведь чем больше давление, тем выше температура плавления (см. рисунок).

 

 

Кривая плавления (p — давление, Т — температура)

 

Согласно современным представлениям, большая часть земных недр сохраняет твердое состояние. Однако вещество астеносферы (оболочка Земли от 100 км до 300 км в глубину) находится в почти расплавленном состоянии. Так называют твердое состояние, которое легко переходит в жидкое (расплавленное) при небольшом повышении температуры (процесс 1) или понижении давления (процесс 2).

Источником первичных расплавов магмы является астеносфера. Если в каком-то районе снижается давление (например, при смещении участков литосферы), то твердое вещество астеносферы тотчас превращается в жидкий расплав, т.е. в магму.

Но какие физические причины приводят в действие механизм извержения вулкана?

В магме наряду с парами воды содержатся различные газы (углекислый газ, хлористый и фтористый водород, оксиды серы, метан и другие). Концентрация растворенных газов соответствует внешнему давлению. В физике известен закон Генри: концентрация газа, растворенного в жидкости, пропорциональна его давлению над жидкостью. Теперь представим, что давление на глубине уменьшилось. Газы, растворенные в магме, переходят в газообразное состояние. Магма увеличивается в объеме, вспенивается и начинает подниматься вверх. По мере подъема магмы давление падает еще больше, поэтому процесс выделения газов усиливается, что, в свою очередь, приводит к ускорению подъема.

 

Задание №1

В каких агрегатных состояниях находится вещество астеносферы в областях I и II на диаграмме (см. рисунок)?

1) I – в жидком, II – в твердом

2)I – в твердом, II – в жидком

3)I – в жидком, II – в жидком

4)I – в твердом, II – в твердом

 

Задание №2

Какая сила заставляет расплавленную вспенившуюся магму подниматься вверх?

1) сила тяжести

2)сила упругости

3)сила Архимеда

4)сила трения

 

Задание №1

Металлические стёкла

1. имеют упорядоченную кристаллическую структуру и находятся в равновесном состоянии

2) имеют неупорядоченную аморфную структуру и находятся в равновесном состоянии

3)имеют упорядоченную кристаллическую структуру и находятся в неравновесном состоянии

4)имеют неупорядоченную аморфную структуру и находятся в неравновесном состоянии

 

Задание №2

При постепенном увеличении толщины струи расплава, подаваемой на вращающийся холодный барабан (см рис.1),

1) на прилегающей к барабану стороне ленты может начаться рост микрокристаллов

2)на внешней по отношению к барабану стороне ленты может начаться рост микрокристаллов

3)увеличивается скорость охлаждения металлической ленты

4)металлическая лента начинает накручиваться на барабан

 

Задание №3

На рисунке представлены графики зависимости температуры от времени для расплава, подаваемого на вращающийся барабан.

 

 

Образованию ленты в аморфном состоянии соответствует(-ют)

1) только график 1

2)только график 2

3)только график 3

4)графики 1 и 2

 

 

Занятие 6

 

Текст 12. Туман

 

При определенных условиях водяные пары, находящиеся в воздухе, частично конденсируются, в результате чего и возникают водяные капельки тумана. Капельки воды имеют диаметр от 0,5 мкм до 100 мкм.

Возьмем сосуд, наполовину заполним водой и закроем крышкой. Наиболее быстрые молекулы воды, преодолев притяжение со стороны других молекул, выскакивают из воды и образуют пар над поверхностью воды. Этот процесс называется испарением воды. С другой стороны, молекулы водяного пара, сталкиваясь друг с другом и с другими молекулами воздуха, случайным образом могут оказаться у поверхности воды и перейти обратно в жидкость. Это конденсация пара. В конце концов, при данной температуре процессы испарения и конденсации взаимно компенсируются, то есть устанавливается состояние термодинамического равновесия. Водяной пар, находящийся в этом случае над поверхностью жидкости, называется насыщенным.

Если температуру повысить, то скорость испарения увеличивается и равновесие устанавливается при большей плотности водяного пара. Таким образом, плотность насыщенного пара возрастает с увеличением температуры (см. рисунок).

 

 

Рис. Зависимость плотности насыщенного водяного пара от температуры

 

Для возникновения тумана необходимо, чтобы пар стал не просто насыщенным, а пересыщенным. Водяной пар становится насыщенным (и пересыщенным) при достаточном охлаждении (процесс АВ) или в процессе дополнительного испарения воды (процесс АС). Соответственно, выпадающий туман называют туманом охлаждения и туманом испарения.

Второе условие, необходимое для образования тумана — это наличие ядер (центров) конденсации. Роль ядер могут играть ионы, мельчайшие капельки воды, пылинки, частички сажи и другие мелкие загрязнения. Чем больше загрязненность воздуха, тем большей плотностью отличаются туманы.

 

Задание №1

Из графика на рисунке видно, что при температуре 20 °С плотность насыщенного водяного пара равна 17,3 г/м³. Это означает, что при 20 °С

 

1) масса насыщенных паров воды в 1м³ воздуха составляет 17,3 г

2)в 17,3 м³воздуха находится 1 г насыщенного водяного пара

3)относительная влажность воздуха равна 17,3%

4)плотность воздуха равна 17,3 г/м³

 

Задание №2

Какие утверждения справедливы?

А. Городские туманы, по сравнению с туманами в горных районах, отличаются более высокой плотностью.

Б. Туманы наблюдаются при резком возрастании температуры воздуха.

1)только А

2)только Б

3)и А, и Б

4) ни А, ни Б

 

Задание №3

При каком процессе, указанном на графике, можно наблюдать туман испарения?

1)только АB

2)только АС

3)АB и АС

4)ни АB, ни АС

 

Текст 13. Пересыщенный пар

 

Что произойдёт, если сосуд с некоторым количеством жидкости закрыть крышкой? Наиболее быстрые молекулы воды, преодолев притяжение со стороны других молекул, выскакивают из воды и образуют пар над водной поверхностью. Этот процесс называется испарением воды. С другой стороны, молекулы водяного пара, сталкиваясь друг с другом и с другими молекулами воздуха, случайным образом могут оказаться у поверхности воды и перейти обратно в жидкость. Это есть конденсация пара. В конце концов при данной температуре процессы испарения и конденсации взаимно компенсируются, то есть устанавливается состояние термодинамического равновесия. Водяной пар, находящийся в этом случае над поверхностью жидкости, называется насыщенным.

Давление насыщенного пара – наибольшее давление, которое может иметь пар при данной температуре. При увеличении температуры давление и плотность насыщенного пара увеличиваются (см. рисунок).

 

Зависимость плотности насыщенного водяного пара от температуры

 

Водяной пар становится насыщенным при достаточном охлаждении (процесс АВ) или в процессе дополнительного испарения воды (процесс АС). При достижении состояния насыщения начинается конденсация водяного пара в воздухе и на телах, с которыми он соприкасается. Роль центров конденсации могут играть ионы, мельчайшие капельки воды, пылинки, частички сажи и другие мелкие загрязнения. Если убрать центры конденсации, то можно получить пересыщенный пар.

На свойствах пересыщенного пара основано действие камеры Вильсона – прибора для регистрации заряженных частиц. След (трек) частицы, влетевшей в камеру с пересыщенным паром, виден на фотографии как линия, вдоль которой конденсируются капельки жидкости.

Длина трека частицы зависит от заряда, массы, начальной энергии частицы. Длина трека увеличивается с возрастанием начальной энергии частицы. Однако при одинаковой начальной энергии тяжёлые частицы обладают меньшими скоростями, чем лёгкие. Медленно движущиеся частицы взаимодействуют с атомами среды более эффективно и будут иметь меньшую длину пробега.

 

Задание №1

Плотность водяного пара в воздухе составляет 17,3 гм³. Температура воздуха составляет 22 °С. Образование тумана можно будет наблюдать, если при неизменной плотности водяного пара

1)температура повысится до 23 °С

2) температура повысится до 26 °С

3)температура понизится до 21 °С

4)температура понизится до 18 °С

 

Задание №2

Переходу водяного пара, первоначально находящегося в состоянии А (см. рисунок выше), в состояние насыщения

1)соответствует только процесс АВ

2)соответствует только процесс АС

3)соответствует только процесс АD

4)соответствуют все три указанных процесса: АВ, АС и АD

 

Задание №3

Насыщенный пар это- …

1) пар, не находящийся в термодинамическом равновесии со своей жидкостью

2)пар, находящийся в термодинамическом равновесии со своей жидкостью

3) пар, который образуется при кипении жидкости

4) пар, который испаряется с поверхности жидкости.

 

 

Задание №1

Перегретая жидкость – это жидкость, которая

1)имеет температуру выше 100 °С

2)имеет температуру выше температуры кипения при данном давлении

3)содержит микропузырьки пара и воздуха во всем объёме

4)содержит заряженные частицы

 

Задание №2

Протон и альфа-частица, имеющие одинаковую начальную энергию, влетели в пузырьковую камеру. При этом

1)треки частиц на фотографии будут неразличимы, так как частицы имеют одинаковую начальную энергию

2)треки частиц на фотографии будут неразличимы, так как обе частицы имеют положительный заряд

3)длина пробега протона будет больше, так как начальная скорость движения протона больше

4)длина пробега протона будет меньше, так как начальная скорость движения протона меньше

 

Задание №3

Кипением называется

1) процесс образования большого количества пузырьков пара

2) процесс образования большого количества пузырьков пара, всплывающих и лопающихся на поверхности жидкости при её нагревании

3) процесс образования большого количества пара

4) процесс образования пузырьков жидкости

 

Текст 15. Кипение

 

Ежедневно мы наблюдаем, как вода и её пар переходят друг в друга. Лужи на асфальте после дождя высыхают, а водяной пар в воздухе по утрам часто превращается в мельчайшие капельки тумана.

Что произойдёт, если сосуд с некоторым объёмом жидкости закрыть крышкой? Каждую секунду поверхность жидкости по-прежнему будут покидать самые быстрые молекулы, её масса будет уменьшаться, а концентрация молекул пара – увеличиваться. Одновременно с этим в жидкость из пара будет возвращаться часть его молекул, и чем больше будет концентрация пара, тем интенсивней будет процесс конденсации. Наконец наступит такое состояние, когда число молекул, возвращающихся в жидкость в единицу времени, в среднем станет равным числу молекул, покидающих её за это время. Такое состояние называют динамическим равновесием, а соответствующий пар – насыщенным паром.

Давление насыщенного пара зависит от вида жидкости и температуры. Чем тяжелее оторвать молекулы жидкости друг от друга, тем меньше будет давление её насыщенного пара. Зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры представлена на рисунке.

Зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры

 

Кипением называется процесс образования большого числа пузырьков пара, происходящий по всему объёму жидкости и на её поверхности при нагревании. На самом деле эти пузырьки присутствуют в жидкости всегда, но их размеры растут, и они становятся заметны только при кипении. Пузырьки расширяются и под действием выталкивающей силы Архимеда отрываются от дна, всплывают и лопаются на поверхности.

Кипение начинается при той температуре, когда пузырьки газа имеют возможность расширяться, а это происходит, если давление насыщенного пара вырастет до атмосферного давления. Таким образом, температура кипения – это температура, при которой давление насыщенного пара данной жидкости равно атмосферному давлению (давлению над поверхностью жидкости).

 

Задание №1

Давление насыщенного пара воды при температуре 20 °С составляет около 2 кПа, а давление насыщенного пара ртути при 20 °С – лишь 0,2 Па. Это означает, что

1)кипение воды при температуре 20 °С невозможно

2)кипение ртути при температуре 20 °С невозможно

3)взаимодействие между молекулами воды сильнее взаимодействия между молекулами ртути

4)взаимодействие между молекулами ртути сильнее взаимодействия между молекулами воды

 

Задание №2

В кастрюле-скороварке имеется предохранительный клапан, который открывается при давлении 1,4·10⁵ Па. Температура кипения воды в скороварке

1)равна 100 °С

2)равна примерно 110 °С

3)равна примерно 80 °С

4)зависит от атмосферного давления

 

Задание №3

Кипением называется

1) процесс образования большого числа пузырьков пара, происходящий с поверхности жидкости

2) процесс образования большого числа пузырьков пара, происходящий по всему объёму жидкости и на её поверхности при нагревании

3) интенсивный процесс парообразования

4) процесс образования пузырьков жидкости

 

 

Занятие 7

 

Текст 16. Камера Вильсона

 

Закроем сосуд с некоторым количеством жидкости крышкой. Через некоторое время над жидкостью образуется насыщенный пар. Это состояние достигается, когда скорость процесса испарения жидкости сравнивается со скоростью конденсации пара (количество молекул, испаряющихся с поверхности жидкости, сравнивается с количеством молекул, возвращающихся в жидкость из пара за один и тот же промежуток времени). При охлаждении или медленном сжатии насыщенного пара происходит его конденсация. Роль центров конденсации могут играть ионы, мельчайшие капельки воды, пылинки, частички сажи и другие мелкие загрязнения. Если убрать центры конденсации, то при медленном сжатии или охлаждении можно получить пересыщенный пар, давление которого превышает давление насыщенного пара при данной температуре.

На свойствах пересыщенного пара основано действие камеры Вильсона – прибора для регистрации заряженных частиц. Камера изобретена шотландским физиком Ч. Вильсоном между 1910 и 1912 г.

Камера Вильсона представляет собой ёмкость со стеклянной крышкой и поршнем в нижней части. Ёмкость заполнена насыщенными парами воды, спирта или эфира. Пары тщательно очищены от пыли, чтобы до пролёта частиц не было центров конденсации. Если поршень быстро опустить, то пары, совершая работу в отсутствие теплопередачи, охлаждаются и становятся пересыщенными. Заряженная частица, проходя сквозь камеру, оставляет на своём пути цепочку ионов. Ионы служат центрами конденсации, так что траектория (трек) частицы, влетевшей в камеру с пересыщенным паром, видна на фотографии как линия, вдоль которой конденсируются капельки жидкости.

Длина пробега частицы зависит от заряда, массы, начальной энергии частицы. Длина пробега увеличивается с возрастанием начальной энергии частицы. Однако при одинаковой начальной энергии тяжёлые частицы обладают меньшими скоростями, чем лёгкие. Медленно движущиеся частицы взаимодействуют с молекулами среды более эффективно и будут иметь меньшую длину пробега.

 

Задание №1

Насыщенный пар в отсутствие центров конденсации может перейти в пересыщенное состояние

1) только при медленном сжатии

2)только при быстром расширении

3)только при охлаждении

4)всеми перечисленными способами

 

Задание №2

Ядра протия H11 и дейтерия H12, имеющие одинаковую начальную кинетическую энергию, влетают в камеру Вильсона. При этом

1) треки частиц на фотографии будут неразличимы, так как частицы имеют одинаковую начальную энергию

2)треки частиц на фотографии будут неразличимы, так как частицы имеют одинаковый заряд

3)длина пробега протия будет больше, так как его начальная скорость больше

4)длина пробега протия будет меньше, так как его начальная скорость меньше

 

Задание № 3

Центрами конденсации в камере Вильсона служат преимущественно

1) пылинки, частички сажи и другие мелкие загрязнения

2)мельчайшие капельки воды

3)влетевшие в камеру заряженные частицы

4)ионы, образующиеся при движении заряженной частицы

 

 

Текст 18. Опыт Штерна

 

Существуют разнообразные способы определения скоростей движения молекул. Одним из наиболее простых является способ, осуществленный в 1920 г. в опыте Штерна.

Устройство прибора Штерна схематично представлено на рис. 1.

 

 

Рисунок 1. Схема опыта Штерна

 

Прибор состоял из двух расположенных вертикально цилиндров радиусов r и R, пространство внутри которых непрерывно откачивалось до очень низкого давления. По общей оси 1 цилиндров располагалась платиновая нить, покрытая тонким слоем серебра. При пропускании по платиновой нити электрического тока она нагревалась до высокой температуры. Серебро начинало испаряться, и его атомы летели к внутренней поверхности цилиндра прямолинейно и равномерно со скоростью V, отвечающей температуре платиновой нити. Щель 2 в стенке малого цилиндра выделяла узкий пучок молекул. Стенки цилиндра R специально охлаждались, чтобы попадающие на неё молекулы «прилипали» к ней, образуя налёт серебра в виде узкой вертикальной полоски М. Затем весь прибор приводился в быстрое вращение с угловой скоростью ω, и тогда налёт серебра получался вдоль образующей N.

Длина S дуги МN равна пути, проходимому точками большого цилиндра за время t полёта молекулы от щели до стенки большого цилиндра. Если обозначить через u скорость движения точек большого цилиндра, то получим уравнение, из которого можно определить скорость движения молекул V:

 

Задание №1

При увеличении температуры платиновой нити (при прочих неизменных параметрах)

1)увеличится длина дуги S

2)уменьшится длина дуги S

3)увеличится ширина полоски М

4)уменьшится ширина полоски М

 

Задание №2

На рисунке представлены экспериментальные данные по определению толщины h осевшего слоя молекул, измеренные по ширине х полоски N.

 

 

Какое(-ие) из приведённых ниже утверждений следует(-ют) из анализа графика?

А. Не все молекулы серебра имеют одну и ту же скорость при данной температуре.

Б. При увеличении температуры средняя скорость движения молекул увеличивается.

1)только А

2)только Б

3)и А, и Б

4)ни А, ни Б

 

Задание №3

Скорость поступательного движения молекул, измеряемая в опыте Штерна, зависит от

1)температуры платиновой нити

2)скорости вращения цилиндров

3)радиуса малого цилиндра

4) радиуса большого цилиндра

 

 

Текст 19. Термоэлементы

 

Рассмотрим цепь, составленную из проводников, изготовленных из разных металлов (см. рисунок). Если места спаев металлов находятся при одной температуре, то тока в цепи не наблюдается. Положение станет совершенно иным, если мы нагреем какой-нибудь из спаев, например, спай a. В этом случае гальванометр показывает наличие в цепи электрического тока, протекающего все время, пока существует разность температур между спаями a и b.

 

 

Рис. Цепь, состоящая из железного и двух медных проводников и гальванометра

 

Значение силы тока, протекающего в цепи, приблизительно пропорционально разности температур спаев. Направление тока зависит от того, какой из спаев находится при более высокой температуре. Если спай a не нагревать, а охлаждать (поместить, например, в сухой лед), то ток потечёт в обратном направлении.

Описанное явление было открыто в 1821 г. немецким физиком Зеебеком и получило название термоэлектричества, а всякую комбинацию проводников из разных металлов, образующих замкнутую цепь, называют термоэлементом.

Важным применением металлических термоэлементов является их использование для измерения температуры. Термоэлементы, используемые для измерения температуры (так называемые термопары), обладают перед обычными жидкостными термометрами рядом преимуществ: термопары можно использовать для измерения как очень высоких (до 2000°С), так и очень низких температур. Более того, термопары дают более высокую точность измерения температуры и гораздо быстрее реагируют на изменение температуры.

 

Задание №1

Термоэлемент – это

1)замкнутая цепь, состоящая из комбинации металлических проводников и гальванометра

2)явление протекания электрического тока в замкнутой цепи, состоящей из разных металлов, при возникновении разности температур спаев

3)явление протекания электрического тока в замкнутой цепи, состоящей из разных металлов

4)замкнутая цепь, состоящая из комбинации проводников из разных металлов

 

Задание №2

В термоэлементе происходит преобразование

1) химической энергии в энергию электрического тока

2) энергии электрического тока в химическую энергию

3) внутренней энергии в энергию электрического тока

4) энергии электрического тока во внутреннюю энергию

 

Задание №3

При нагревании спаев термопары из меди и константана до температур 100°С и 300°С через гальванометр проходит электрический ток (см. рисунок).

На каком из рисунков показания гальванометра правильно отражают направление и значение силы тока для новой разности температур?

1)

 

2)

 

3)

 

4)

 

 

Занятие 8

 

Текст 20. Наночастицы

 

Современные исследования показывают, что вещество может иметь совершенно новые свойства, если взять очень маленькую частицу этого вещества. Частицы размерами от 1 до 1000 нанометров обычно называют наночастицами. В наномире изменяются многие механические, термодинамические, электрические, оптические характеристики вещества. Например, при уменьшении размеров частицы температура её плавления становится гораздо ниже, чем у образцов обычного размера. На рисунке 1 представлена зависимость температуры плавления наночастиц алюминия Tm от их радиуса R в ангстремах (1 Å = 10−10 м).

 

Рисунок 1

 

Причиной понижения температуры плавления у наночастиц является то, что атомы на поверхности всех кристаллов находятся в особых условиях, а доля таких «поверхностных» атомов у наночастиц становится очень большой.

На атомы внутри кристаллической решетки действуют силы со стороны всех окружающих атомов. Эти силы заставляют их находиться в узлах кристаллической решётки. На атомы, расположенные на поверхности кристаллов, действуют силы только со стороны кристалла.

В результате на поверхности кристаллов легче разрушается кристаллическая структура и образуется плёнка жидкости. Кстати, кристаллы льда не являются исключением. Поэтому лёд скользкий. Толщина жидкой плёнки на поверхности кристалла растёт с повышением температуры, так как более высокая энергия теплового движения молекул вырывает из кристаллической решётки больше поверхностных слоёв. Теоретические оценки и эксперименты показывают, что как только толщина жидкой плёнки на поверхности кристалла начинает превышать 1/10 размеров кристалла, кристаллическая решётка разрушается, и частица становится жидкой.

 

Задание №1

Кристаллы обычного льда на ощупь скользкие. Это объясняется

1) отсутствием сил трения на поверхности льда

2)малыми размерами кристаллов льда

3)наличием примесей в структуре кристаллов

4)образованием плёнки жидкости на поверхности кристалла

 

Задание №2

Размеры современных элементов электронных микросхем находятся в нанодиапазоне. Из-за «легкоплавкости» нанообъектов допустимый температурный режим работы современных и будущих микросхем

1)расширяется в область высоких температур

2)расширяется в область низких температур

3)ограничивается со стороны области высоких температур

4)ограничивается со стороны области низких температур

 

Задание №3

Согласно рисунку у частиц алюминия радиусом 50 Å, по сравнению с образцами обычного размера, температура плавления

1)понижается примерно на 50 °С

2)повышается примерно на 50 °С

3)понижается примерно на 100 °С

4)повышается примерно на 100 °С

Метеориты

 

Метеориты — это каменные или железные тела, падающие на Землю из межпланетного пространства. Они представляют собой остатки метеорных тел, не разрушившихся полностью при движении в атмосфере.

Падение метеоритов на Землю сопровождается световыми, звуковыми и механическими явлениями. По небу проносится яркий огненный шар, называемый болидом, сопровождаемый хвостом и разлетающимися искрами. По пути движения болида на небе остается след в виде дымной полосы, которая из прямолинейной под влиянием воздушных течений принимает зигзагообразную форму. Ночью болид освещает местность на сотни километров вокруг. После того как болид исчезает, через несколько секунд раздаются похожие на взрывы удары, вызываемые ударными волнами. Эти волны иногда вызывают значительное сотрясение грунта и зданий.

Встречая сопротивление воздуха, метеорное тело тормозится, его кинетическая энергия переходит в теплоту и свет. В результате поверхностный слой метеорита и образующаяся вокруг него воздушная оболочка нагреваются до нескольких тысяч градусов. Вещество метеорного тела после вскипания испаряется, частично разбрызгиваясь мельчайшими капельками. Падая на Землю почти отвесно, обломки метеорного тела остывают и при достижении грунта оказываются только теплыми. В месте падения метеоритов образуются углубления, размеры и форма которых зависят от массы метеоритов и скорости их падения.

Самый крупный метеорит был найден в Африке в 1920 году. Метеорит этот, названный Гоба, железный, масса его около 60 тонн. Такие крупные метеориты падают редко. Как правило, масса метеоритов составляет сотни граммов или несколько килограммов.

Метеориты состоят из таких же химических элементов, которые имеются на Земле. Но встречаются и метеориты, содержащие неизвестные на Земле минералы.

Железные метеориты почти целиком состоят из железа в соединении с никелем и незначительным количеством кобальта. В каменистых метеоритах находятся силикаты — минералы, представляющие собой соединения кремния с кислородом и некоторыми другими элементами.

В разных местах Земли были обнаружены тектиты — небольшие сгустки стекла массой в несколько граммов. В настоящее время установлено, что тектиты — это застывшие брызги земного вещества, выброшенные иногда на огромные расстояния.

Совокупность имеющихся данных указывает на то, что метеориты являются обломками малых планет — астероидов. Сталкиваясь между собой, они дробятся на еще более мелкие осколки. Эти осколки, встречаясь с Землей, падают на ее поверхность в виде метеоритов.

 

Задание №1

Из каких веществ состоят тела, которые носят название метеоритов?

А. металлы

Б. каменные породы

В. стекло

Правильным является ответ

1)только А

2)только В

3)А и Б

4)А, Б и В

 

Задание №2

В процессе движения метеорита его механическая энергия превращается в

А. внутреннюю энергию

Б. световую энергию

В. кинетическую энергию

Правильным является ответ

1)только А

2)только В

3)А и Б

4)А, Б и В

 

Задание №3

Метеориты это –

1)каменные или железные тела, падающие на Землю из межпланетного пространства

2)каменные тела, падающие на Землю из межпланетного пространства

3) железные тела, падающие на Землю из межпланетного пространства

4) стеклянные тела, падающие на Землю из межпланетного пространства

 

 

Текст 22. Как пьют кошки

 

При питье (лакании) кошки создают намного меньше брызг, чем собаки. Учёные заинтересовались причиной этого и выяснили, что физические основы процесса лакания кошек и собак совсем разные.

Чтобы выяснить, как кошки лакают, была использована высокоскоростная камера, которая показала, что кончик языка кошки загибают не вперёд, что кажется логичным, а назад, то есть животные вовсе не пользуются языком как ложкой. Также выясняется, что язык кошек практически не проникает ниже поверхности жидкости, а только лишь слегка касается её. В отличие от кошек, собаки черпают жидкость, делая из языка подобие ложки.

Когда загнутый назад кончик языка кошки дотрагивается до жидкости, некоторая её часть прилипает к поверхности языка. Жидкость смачивает поверхность языка кошки, так как силы взаимодействия между молекулами жидкости и поверхностью языка больше, чем силы взаимодействия молекул жидкости друг с другом. Затем язык очень быстро поднимается и увлекает за собой жидкость. Таким образом, между языком и поверхностью вытягивается столбик жидкости, непрерывно меняющий длину и толщину.

 

 

Рис. 1

 

И кошке нужно знать оптимальную высоту столбика.В тот момент, когда столбик жидкости имеет наибольшую толщину, кошка закрывает рот, откусывая верхнюю часть столбика. Если кошка рано закроет рот, ей достанется меньше жидкости, а если поздно, то жидкость упадёт обратно.

Учёным удалось построить действующую модель лакающей кошки. Для этого был сделан механизм с закреплённой на нём пластинкой, способный касаться поверхности воды и поднимать пластинку после касания на заданную высоту (рис. 1). С помощью высокоскоростной кинокамеры учёные установили, что при увеличении площади пластины увеличивается высота столбика захватываемой жидкости и уменьшается частота «лакания». На основе полученных данных биологи пришли к выводу, что львы и тигры должны лакать так же, как домашние кошки, только с другой скоростью. Анализ натурных видеосъёмок, проведённых биологами, доказал правильность модели.

 

Задание №1

Жидкость является смачивающей, если

1)силы взаимодействия молекул жидкости с молекулами твёрдого тела отсутствуют

2)силы взаимодействия между молекулами жидкости отсутствуют

3)силы взаимодействия молекул жидкости с молекулами твёрдого тела меньше, чем силы взаимодействия молекул жидкости друг с другом

4)силы взаимодействия молекул жидкости с молекулами твёрдого тела больше, чем силы взаимодействия молекул жидкости друг с другом

 

Задание №2

Большие кошки лакают

1)с большей частотой; у них больше площадь языка, и столбик жидкости раньше отрывается

2)с меньшей частотой; у них больше площадь языка, и столбик жидкости получается толще

3)с большей частотой; у них больше площадь языка, и жидкость плохо смачивает поверхность языка

4)с меньшей частотой; у них больше площадь языка, и жидкость лучше смачивает поверхность языка

 

Задание №3

Смачивающая жидкость изображена на рисунках

 

А

 

Б

 

В

 

Г

 

Д

 

Е

 

 

1)А и Д

2)Б и В

3)А, Б и Е

4)В, Г и Д

 

 

Текст 23. Адсорбция

 

Явление смачивания заключается в том, что молекулы жидкости как бы прилипают к твердому телу и более или менее длительно удерживаются на нём. То же может происходить и с молекулами газа. Твердое тело, находящееся в газе, всегда покрыто слоем молекул газа, некоторое время удерживающихся на нём молекулярными силами. Это явление носит название адсорбции.

Количество адсорбированного газа в разных случаях разное. Прежде всего, оно зависит от площади поверхности, на которой могут адсорбироваться молекулы: чем она больше, тем больше адсорбируется газа. Адсорбирующая поверхность особенно велика у пористых веществ, т.е. веществ, пронизанных множеством мелких каналов. Количество адсорбированного газа зависит также от природы газа и от свойств твердого тела.

Одним из примеров веществ, способных адсорбировать громадное количество газа, является активированный уголь, т.е. уголь, освобожденный от смолистых примесей прокаливанием.

Адсорбция на активированном угле и на других твердых телах имеет широкое применение. Она применяется, например, для улавливания ценных газообразных веществ, получающихся при химических реакциях; в медицине – для извлечения вредных газов, образующихся в организме при различных отравлениях, и т.п. Громадное значение имеет адсорбция газов на поверхности твердых тел для ускорения некоторых химических реакций между газами.

Одно из наиболее важных применений адсорбции – улавливание отравляющих газов противогазами. Улавливание осуществляется слоем активированного угля, помещенным внутри респираторной коробки противогаза, соединяющейся при помощи шланга с маской. Кроме угля, в коробке находятся химические поглотители и фильтр для задерживания частиц отравляющих дымов, не задерживаемых углем (см. рисунок). Применение активированного угля для целей противогазовой защиты было предложено Н.Д. Зелинским во время первой мировой войны.

 

 

Твердые тела могут адсорбировать не только газы, но и различные растворенные вещества из жидкостей. Это тоже широко используется в технике.

 

Задание №1

От чего зависит количество адсорбированного газа?

А. от площади поверхности твердого тела

Б. от природы газа

В. от свойств твердого тела

Правильным ответом является

1)только А

2)только А и Б

3)только А и В

4)А, Б, В

 

Задание №2

Какое явление называется адсорбцией?

1)смачивание жидкостью поверхности твердого тела

2)несмачивание жидкостью поверхности твердого тела

3)удержание молекул газа на поверхности твердого тела

4)поглощение молекул газа твердым телом

 

Задание №3

Жидкость является смачивающей, если

1) силы взаимодействия молекул жидкости с молекулами твёрдого тела больше, чем силы взаимодействия молекул жидкости друг с другом

2) силы взаимодействия между молекулами жидкости отсутствуют

3) силы взаимодействия молекул жидкости с молекулами твёрдого тела меньше, чем силы взаимодействия молекул жидкости друг с другом

4) силы взаимодействия молекул жидкости с молекулами твёрдого тела отсутствуют

Полярные сияния

 

Полярное сияние — одно из самых красивых явлений в природе. Формы полярного сияния очень разнообразны: то это своеобразные светлые столбы, то изумрудно-зелёные с красной бахромой пылающие длинные ленты, расходящиеся многочисленные лучи-стрелы, а то и просто бесформенные светлые, иногда цветные пятна на небе.

Причудливый свет на небе сверкает, как пламя, охватывая порой больше чем полнеба. Эта фантастическая игра природных сил длится несколько часов, то угасая, то разгораясь.

Полярные сияния чаще всего наблюдаются в приполярных регионах, откуда и происходит это название. Полярные сияния могут быть видны не только на далёком Севере, но и южнее. Например, в 1938 году полярное сияние наблюдалось на южном берегу Крыма, что объясняется увеличением мощности возбудителя свечения — солнечного ветра.

Начало изучению полярных сияний положил великий русский учёный М. В. Ломоносов, высказавший гипотезу о том, что причиной этого явления служат электрические разряды в разреженном воздухе.

Опыты подтвердили научное предположение учёного.

Полярные сияния — это электрическое свечение верхних очень разреженных слоёв атмосферы на высоте (обычно) от 80 до 1000 км. Свечение это происходит под влиянием быстро движущихся электрически заряженных частиц (электронов и протонов), приходящих от Солнца. Взаимодействие солнечного ветра с магнитным полем Земли приводит к повышенной концентрации заряженных частиц в зонах, окружающих геомагнитные полюса Земли. Именно в этих зонах и наблюдается наибольшая активность полярных сияний.

Столкновения быстрых электронов и протонов с атомами кислорода и азота приводят атомы в возбуждённое состояние. Выделяя избыток энергии, атомы кислорода дают яркое излучение в зелёной и красной областях спектра, молекулы азота - в фиолетовой. Сочетание всех этих излучений и придаёт полярным сияниям красивую, часто меняющуюся окраску. Такие процессы могут происходить только в верхних слоях атмосферы, потому что, во-первых, в нижних плотных слоях столкновения атомов и молекул воздуха друг с другом сразу отнимают у них энергию, получаемую от солнечных частиц, а во-вторых, сами космические частицы не могут проникнуть глубоко в земную атмосферу.

Полярные сияния происходят чаще и бывают ярче в годы максимума солнечной активности, а также в дни появления на Солнце мощных вспышек и других форм усиления солнечной активности, так как с её повышением усиливается интенсивность солнечного ветра, который является причиной возникновения полярных сияний.

 

Задание №1. Полярным сиянием называют

A) миражи на небе;

Б) образование радуги;

B) свечение некоторых слоев атмосферы.

Правильным ответом является

1) только А

2) только Б

3) только В

4) Б и В

 

Задание №2. В каких частях земной атмосферы наблюдается наибольшая активность полярных сияний?

 

1) только около Северного полюса

2) только в экваториальных широтах

3) около магнитных полюсов Земли

4) в любых местах земной атмосферы

 

Задание № 3. Можно ли утверждать, что Земля — единственная планета Солнечной системы, где возможны полярные сияния? Ответ поясните.

 

Текст 2. Молния

 

Атмосферное электричество образуется и концентрируется в облаках — образованиях из мелких водяных частиц, находящихся в жидком и твердом состояниях.

Сухой снег представляет собой типичное сыпучее тело: при трении снежинок друг о друга, их ударах о землю и о местные предметы снег должен электризоваться. При низких температурах во время сильных снегопадов и метелей электризация снега настолько велика, что происходят зимние грозы, наблюдается свечение остроконечных предметов, образуются шаровые молнии.

При дроблении водяных капель и кристаллов льда, при столкновениях их с ионами атмосферного воздуха крупные капли и кристаллы приобретают избыточный отрицательный заряд, а мелкие — положительный. Восходящие потоки воздуха в грозовом облаке поднимают мелкие капли и кристаллы к вершине облака, крупные капли и кристаллы падают к его основанию. Отрицательно заряженная часть облака наводит на земной поверхности под собой положительный заряд. Между облаком и землей создается сильное электрическое поле, которое способствует ионизации воздуха и возникновению искрового разряда. Молния переносит из облака 20—30 Кл отрицательного заряда, сила тока 10—20 кА, длительность импульса тока несколько десятков микросекунд. Разряд прекращается, так как большая часть избыточных электрических разрядов нейтрализуется электрическим током, протекающим по плазменному каналу молнии.

 

Задание №1. Можно ли назвать молнию, возникающую между облаком и землей, электрическим током? А между двумя облаками?

Задание № 2. Каковы причины возникновения молнии?

Задание № 3. Каким зарядом в большинстве случаев заряжается нижняя часть облака, а каким — верхняя? С чем это связано?

Задание №4. Какое действие электрического тока вызывает образование озона в воздухе при грозовых разрядах?

 

Текст 3. Молния

Красивое и небезопасное явление природы — молния — представляет собой искровой разряд в атмосфере.

Уже в середине XVIII в. исследователи обратили внимание на внешнее сходство молнии с электрической искрой. Высказывалось предположение, что грозовые облака несут в себе большие электрические заряды и молния есть гигантская искра, ничем, кроме размеров, не отличающаяся от искры между шарами электрофорной машины. На это указывал М. В. Ломоносов, занимавшийся изучением атмосферного электричества.

Ломоносов построил «громовую машину» — конденсатор, находившийся в его лаборатории и заряжавшийся атмосферным электричеством посредством провода, конец которого был выведен из помещения и поднят на высоком шесте. Во время грозы из конденсатора можно было извлекать искры. Таким образом, было показано, что грозовые облака действительно несут на себе огромный электрический заряд.

Разные части грозового облака несут заряды разных знаков. Чаще всего нижняя часть облака (обращенная к Земле) бывает заряжена отрицательно, а верхняя — положительно. Поэтому если два облака сближаются разноимённо заряженными частями, то между ними проскакивает молния.

Однако грозовой разряд может произойти и иначе. Проходя над Землёй, грозовое облако создаёт на её поверхности большой индуцированный заряд, и поэтому облако и поверхность Земли образуют две обкладки большого конденсатора. Напряжение между облаком и Землёй достигает нескольких миллионов вольт, и в воздухе возникает сильное электрическое поле. В результате может произойти пробой, т.е. молния, которая ударит в землю. При этом молния иногда поражает людей, дома, деревья.

Гром, возникающий после молнии, имеет такое же происхождение, что и треск при проскакивании искры. Он появляется из-за того, что воздух внутри канала молнии сильно разогревается и расширяется, отчего и возникают звуковые волны. Эти волны, отражаясь от облаков, гор и других объектов, создают длительное многократное эхо, поэтому и слышны громовые раскаты.

 

Задание № 1. Молния — это

А. электрический разряд в атмосфере.

Б. излучение света облаком, имеющим большой электрический заряд.

Правильный ответ:

1) только А

2) только Б

3) и А, и Б

4) ни А, ни Б

 

Задание № 2. Над Землёй висит облако, поверхность которого, обращённая к Земле, заряжена положительно. Какого знака заряд будет иметь поверхность Земли в этом месте?

1) положительный

2) отрицательный

3) заряд будет равен нулю

4) знак заряда зависит от влажности воздуха

Задание № 3. Может ли произойти разряд (молния) между двумя одинаковыми шарами, несущими равный одноимённый заряд? Ответ поясните.

 

Текст 4. Полярные сияния

 

В период активности на Солнце наблюдаются вспышки. Вспышка представляет собой нечто подобное взрыву, в результате образуется направленный поток очень быстрых заряженных частиц (электронов, протонов и др.). Потоки заряженных частиц, несущихся с огромной скоростью, изменяют магнитное поле Земли, то есть приводят к появлению магнитных бурь на нашей планете.

Захваченные магнитным полем Земли заряженные частицы движутся вдоль магнитных силовых линий и наиболее близко к поверхности Земли проникают в области магнитных полюсов Земли. В результате столкновений заряженных частиц с молекулами воздуха возникает электромагнитное излучение — полярное сияние.

Цвет полярного сияния определяется химическим составом атмосферы. На высотах от 300 до 500 км, где воздух разрежен, преобладает кислород. Цвет сияния здесь может быть зеленым или красноватым. Ниже уже преобладает азот, дающий сияния ярко-красного и фиолетового цветов.

Наиболее убедительным доводом в пользу того, что мы правильно понимаем природу полярного сияния, является его повторение в лаборатории. Такой эксперимент, получивший название «Араке», был проведен в 1985 году совместно российскими и французскими исследователями.

В качестве лабораторий были выбраны две точки на поверхности Земли, лежащие вдоль одной и той же силовой линии магнитного поля. Этими точками служили в Южном полушарии французский остров Кергелен в Индийском океане и в Северном полушарии поселок Согра в Архангельской области. С острова Кергелен стартовала геофизическая ракета с небольшим ускорителем частиц, который на определенной высоте создал поток электронов. Двигаясь вдоль магнитной силовой линии, эти электроны проникли в Северное полушарие и вызвали искусственное полярное сияние над Согрой.

 

Задание № 1. Магнитные бури на Земле представляют собой

1) вспышки радиоактивности

2) потоки заряженных частиц

3) быстрые и непрерывные изменения облачности

4) быстрые и непрерывные изменения магнитного поля планеты

 

Задание № 2. Цвет полярного сияния, возникающего на высоте 100 км, определяется преимущественно излучением

1) азота

2) кислорода

3) водорода

4) гелия

Задание № 3. На рисунке приведена сравнительная таблица данных для планет земной группы. На какой(-их) планете(-ах) можно наблюдать полярные сияния той же природы, что и на Земле? Ответ поясните.

 

 

 

Задание №1

Магнитные бури на Земле представляют собой

1) вспышки радиоактивности

2) потоки заряженных частиц

3) быстрые и непрерывные изменения облачности

4) быстрые и непрерывные изменения магнитного поля планеты

 

Задание №2

Протон и электрон влетают с одинаковыми скоростями в магнитное поле Земли перпендикулярно магнитным линиям. У какой из частиц радиус окружности будет больше? Ответ поясните.

 

 

Занятие №3

 

Текст 6. Коллайдер

Для получения заряженных частиц высоких энергий используются ускорители заряженных частиц. В основе работы ускорителя лежит взаимодействие заряженных частиц с электрическим и магнитным полями. Ускорение создается электрическим полем, способным изменять энергию частиц, обладающих электрическим зарядом. Постоянное магнитное поле изменяет направление движения заряженных частиц, не меняя величины их скорости, поэтому в ускорителях оно применяется для управления движением частиц (формой траектории).

По назначению ускорители классифицируются на коллайдеры, источники нейтронов, источники синхротронного излучения, установки для терапии рака, промышленные ускорители и др. Колла́йдер – ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для изучения продуктов их соударений. Благодаря коллайдерам учёным удаётся сообщить частицам высокую кинетическую энергию, а после их столкновений –наблюдать образование других частиц.

Самым крупным кольцевым ускорителем в мире является Большой адро́нныйколла́йдер (БАК), построенный в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований, на границе Швейцарии и Франции. В создании БАК принимали участие ученые всего мира, в том числе и из России. Большим коллайдер назван из-за своих размеров: длина основного кольца ускорителя составляет почти 27 км; адронным –из-за того, что он ускоряет адроны (к адронам относятся, например, протоны). Коллайдер размещён в тоннеле на глубине от 50 до 175 метров. Два пучка частиц могут двигаться в противоположном направлении на огромной скорости (коллайдер разгонит протоны до скорости 0,999999998 от скорости света). Однако в ряде мест их маршруты пересекутся, что позволит им сталкиваться, создавая при каждом соударении тысячи новых частиц. Последствия столкновения частиц и станут главным предметом изучения. Ученые надеются, что БАК позволит узнать, как происходило зарождение Вселенной.

 

Задание №1

В ускорителе заряженных частиц

1) и электрическое, и магнитное поле изменяет направление движения заряженной частицы

2) электрическое поле изменяет направление движения заряженной частицы

3) постоянное магнитное поле ускоряет заряженные частицы

4) электрическое поле ускоряет заряженные частицы

 

Задание №2

Какое(-ие) из утверждений является(-ются) правильным(-и)?

А. По виду Большой адронныйколлайдер относится к кольцевым ускорителям.

Б. В Большом адронномколлайдере протоны разгоняются до скоростей, больших скорости света.

1) только А

2) только Б

3) и А, и Б

4) ни А, ни Б

 

Задание №3

Какой будет траектория движения заряженной частицы, влетающей в магнитное поле со скоростью, направленной перпендикулярно вектору индукции магнитного поля? Ответ поясните.

 

Текст 7. Циклотрон

 

Для получения заряженных частиц (электронов, протонов, атомных ядер, ионов) больших энергий применяются специальные устройства – ускорители заряженных частиц. В основе работы ускорителя заложено взаимодействие заряженных частиц с электрическим и магнитным полями. Электрическое поле способно напрямую совершать работу над частицей, то есть увеличивать её энергию. Магнитное же поле, создавая силу Лоренца, лишь отклоняет частицу, не изменяя её энергии, и задаёт траекторию, по которой движутся частицы.

Ускорители заряженных частиц можно классифицировать по разным признакам. По типу ускоряемых частиц различают электронные ускорители, протонные ускорители и ускорители ионов. По характеру траекторий частиц различают линейные ускорители, в которых пучок частиц однократно проходит ускоряющие промежутки и траектории частиц близки к прямой линии, и циклические ускорители, в которых пучки движутся по замкнутым кривым (например, окружностям или спиралям), проходя ускоряющие промежутки по многу раз.

На рисунке 1 представлена схема работы циклотрона – циклического ускорителя протонов (или ионов). Частицы из ионного источника 1 непрерывно поступают в вакуумную камеру и ускоряются электрическим полем, создаваемым электродами 3. Магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости рисунка, заставляет заряженную частицу отклоняться от прямолинейного движения.

Каждый раз, проходя зазор между электродами, заряженная частица получает новую порцию энергии и дополнительно ускоряется. Траекторией движения ускоряющейся частицы в постоянном магнитном поле получается раскручивающаяся спираль.

Рис. 1. Схема движения частиц в циклотроне; магнитное поле перпендикулярно плоскости чертежа. 1 – ионный источник; 2 – орбита ускоряемой частицы (спираль); 3 – ускоряющие электроды; 4 – выводное устройство (отклоняющие пластины); 5 – источник ускоряющего поля.

Циклотрон – первый из циклических ускорителей. Впервые был разработан и построен в 1931 году. До сих пор циклотроны широко применяются для ускорения тяжёлых частиц до относительно небольших энергий.

 

Задание №1

На рисунке 1 в тексте представлена траектория движения (раскручивающаяся спираль) для положительно заряженного иона. Магнитное поле циклотрона направлено

1) перпендикулярно плоскости чертежа от нас +B ⃗

2) перпендикулярно плоскости чертежа к нам ∙B⃗

3) слева направо →B⃗

4) справа налево ←B⃗

 

Задание №2

В циклотроне заряженная частица, влетающая в магнитное поле, движется не по окружности, а по спирали. Это объясняется тем, что

1) магнитное поле по мере движения частицы ослабевает

2) магнитное поле по мере движения частицы усиливается

3) кинетическая энергия частицы по мере её движения увеличивается

4) потенциальная энергия частицы по мере её движения увеличивается

 

Задание №3

В циклотроне

1) электрическое и магнитное поля увеличивают энергию заряженной частицы

2) электрическое и магнитное поля служат для изменения направления движения заряженной частицы

3) электрическое поле служит для изменения направления движения заряженной частицы, а магнитное поле служит для увеличения её энергии

4) электрическое поле служит для увеличения энергии заряженной частицы, а магнитное поле служит для изменения направления её движения

 

 

Тест 8. Масс-спектрограф

 

Масс-спектрограф — это прибор для разделения ионов по величине отношения их заряда к массе. В самой простой модификации схема прибора представлена на рисунке.

Исследуемый образец специальными методами (испарением, электронным ударом) переводится в газообразное состояние, затем образовавшийся газ ионизируется в источнике 1. Затем ионы ускоряются электрическим полем и формируются в узкий пучок в ускоряющем устройстве 2, после чего через узкую входную щель попадают в камеру 3, в которой создано однородное магнитное поле. Магнитное поле изменяет траекторию движения частиц. Под действием силы Лоренца ионы начинают двигаться по дуге окружности и попадают на экран 4, где регистрируется место их попадания. Методы регистрации могут быть различными: фотографические, электронные и т. д. Радиус траектории определяется по формуле:

 

,

 

где U — электрическое напряжение ускоряющего электрического поля; B — индукция магнитного поля; m и q — соответственно масса и заряд частицы.

Так как радиус траектории зависит от массы и заряда иона, то разные ионы попадают на экран на различном расстоянии от источника, что и позволяет их разделять и анализировать состав образца.

В настоящее время разработаны многочисленные типы масс-спектрометров, принципы работы которых отличаются от рассмотренного выше. Изготавливаются, например, динамические масс-спектрометры, в которых массы исследуемых ионов определяются по времени пролёта от источника до регистрирующего устройства.

 

Задание №1. В масс-спектрографе

1) электрическое и магнитное поля служат для ускорения заряженной частицы

2) электрическое и магнитное поля служат для изменения направления движения заряженной частицы

3) электрическое поле служит для ускорения заряженной частицы, а магнитное поле служит для изменения направления её движения

4) электрическое поле служит для изменения направления движения заряженной частицы, а магнитное поле служит для её ускорения

 

Задание 2. При увеличении магнитной индукции в 2 раза радиус окружности, по которой движется заданная заряженная частица,

1) увеличится в раза

2) увеличится в 2 раза

3) уменьшится в раза

4) уменьшится в 2 раза

 

Задание № 3. В магнитное поле спектрографа влетели с одинаковой скоростью две заряженные частицы. Какая из частиц (1 или 2) имеет положительный заряд? Ответ поясните.

 

 

Занятие №4

Как работает прибор?

 

Задание №1

Для разогрева пищи в СВЧ-печи нельзя использовать посуду из

1)меди

2)стекла

3)фарфора

4)керамики

 

Задание №2

В полярных молекулах центры положительного и отрицательного зарядов не совпадают, поэтому эти молекулы схематически изображают в виде диполей. В отсутствие внешнего электрического поля диполи расположены хаотично (см. рисунок)

В электрическом поле, созданном разноимённо заряженными пластинами, диполи выстраиваются в соответствии с рисунком

1)

2)

3)

4)

 

Задание №3.

Микроволновое излучение, используемое в СВЧ-печи, имеет длину волны порядка

1) 0,1 мм

2) 1 мм

3) 1 см

4) 10 см

 

Тест 10. Магнитная подвеска

 

Средняя скорость поездов на железных дорогах не превышает
150 км/ч. Сконструировать поезд, способный состязаться по скорости с самолетом, непросто. При больших скоростях колеса поездов не выдерживают нагрузку. Выход один: отказаться от колес, заставив поезд лететь. Один из способов «подвесить» поезд над рельсами — использовать отталкивание магнитов.

В 1910 году бельгиец Э. Башле построил первую в мире модель летающего поезда и испытал ее. 50-килограммовый сигарообразный вагончик летающего поезда разгонялся до скорости свыше 500 км/ч! Магнитная дорога Башле представляла собой цепочку металлических столбиков с укрепленными на их вершинах катушками. После включения тока вагончик со встроенными магнитами приподнимался над катушками и разгонялся тем же магнитным полем, над которым был подвешен.

Практически одновременно с Башле в 1911 году профессор Томского технологического института Б.Вейнберг разработал гораздо более экономичную подвеску летающего поезда. Вейнберг предлагал не отталкивать дорогу и вагоны друг от друга, что чревато огромными затратами энергии, а притягивать их обычными электромагнитами. Электромагниты дороги были расположены над поездом, чтобы своим притяжением компенсировать силу тяжести поезда. Железный вагон располагался первоначально не точно под электромагнитом, а позади него. При этом электромагниты монтировались по всей длине дороги. При включении тока в первом электромагните вагончик поднимался и продвигался вперед, по направлению к магниту. Но за мгновение до того, как вагончик должен был прилипнуть к электромагниту, ток выключался. Поезд продолжал лететь по инерции, снижая высоту. Включался следующий электромагнит, поезд опять приподнимался и ускорялся. Поместив свой вагон в медную трубу, из которой был откачан воздух, Вейнберг разогнал вагон до скорости 800 км/ч!

 

Задание №1

При движении поезда на магнитной подвеске

1) силы трения между поездом и дорогой отсутствуют

2) силы сопротивления воздуха пренебрежимо малы

3) используются силы электростатического отталкивания

4) используются силы притяжения одноименных магнитных полюсов

 

Задание №2

Что следует сделать в модели магнитного поезда Б. Вейнберга, чтобы вагончик большей массы двигался в прежнем режиме? Ответ поясните

 

Задание №3

Какое из магнитных взаимодействий можно использовать для магнитной подвески?

А. Притяжение разноимённых полюсов.

Б. Отталкивание одноимённых полюсов.

Правильный ответ

1) только А

2) только Б

3) ни А, ни Б

4) и А, и Б

 

Тест 11. Магнитная подушка

 

К.Э. Циолковский считал, что при очень высоких скоростях движения транспорта «никакие колеса не могут быть пригодны». Один из эффективных заменителей колес – магнитная подушка. Суть ее можно понять из простейшего опыта: надо приложить друг к другу одноименными полюсами два магнита. Они будут взаимно отталкиваться. Явление, которое положено в основу создания магнитной подушки, называется левитацией.

Если ряд мощных магнитов поместить, например, под полотном железной дороги и в вагонах поезда, можно добиться того, что поезд как бы повиснет над дорогой. Такой проект поезда на магнитной подушке был предложен в России еще в 1911. Сегодня же экспериментальные образцы такого поезда построены и прошли успешные испытания.

Сравним устройство и принцип действия двигателя на магнитной подушке с обычным электродвигателем.

У обычного электродвигателя статор представляет собой стальное кольцо с обмоткой. В двигателе на магнитной подушке кольцо как бы разрезано и распрямлено (поэтому его называют линейным двигателем). При этом статорные обмотки уложены на плоскости вдоль всего пути, по которому движется транспорт. Ротором такого двигателя служит алюминиевый брус, уложенный посередине между обмотками тоже вдоль всего пути (см. рис.).

Принцип работы линейного двигателя, по существу, тот же, что и у обычного электрического двигателя переменного тока: электрический ток через контактные провода поступает в статор, а в роторе-полосе возникают электромагнитные силы. Они направлены вдоль полотна и приводят вагон, установленный на таком линейном двигателе, в движение. Таким образом электрическая энергия непосредственно преобразуется в энергию поступательного движения вагона.

Исключить трение помогают установленные с обеих сторон пути 2 рельса – 2 стальные полосы, которые в сечении похожи на букву П. На вагоне как раз под стальными полосами расположены мощные электромагниты. Они-то и удерживают вагон на весу.

 

Задание №1

Какое(-ие) преобразование(-я) энергии происходят в двигателе на магнитной подушке?

А. энергия электрического тока – в механическую

Б. энергия магнитного поля – в механическую

В. энергия электрического тока – в электромагнитную

Выберите верное(-ые) утверждение(-я).

1) только А

2) только Б

3) только В

4) А и В

 

Задание №2

Основными элементами электродвигателя переменного тока являются: статор, ротор, обмотка проводов. Какие из этих элементов используются в линейном двигателе?

1) только ротор

2) только статор и ротор

3) только ротор и обмотка

4) статор, ротор и обмотка

 

Задание №3

Стальные полосы, установленные с обеих сторон пути, позволяют

А. исключить трение между вагоном и железнодорожным полотном

Б. увеличить скорость поезда

В. приподнять поезд над железнодорожным полотном

Выберите верное(-ые) утверждение(-я).

1) только А

2) только В

3) А и В

4) А, Б и В

 

Занятие №5

Электричество в природе

 

Задание №1

Имеет ли заряд земной шар?

1)да, положительный

2)да, отрицательный

3)нет

4)в целом нет, но в некоторых точках аномалий заряд может быть зафиксирован

 

Задание № 2

Где находится положительный заряд, частично компенсирующий заряд Земли?

1)на Луне

2)в центре Земли

3)на поверхности Земли

4)на высоте нескольких десятков километров над Землей

 

Задание № 3

Какую работу совершает электрическое поле Земли при подъёме электрона с поверхности земли на 1 м?

1)1,04·10^–17 Дж

2)2,08·10^–17 Дж

3)0,1·10^–23 Дж

4)0,2·10^–23 Дж

 

Задание №1

В какой части тела электрического угря сконцентрированы отрицательные заряды?

1) около головы

2) около хвоста

3) вдоль всей поверхности рыбы

4) в зависимости от направления угрозы заряды могут менять положение

 

Задание №2

Выберите утверждение, соответствующее содержанию текста.

1) Аристотель внёс большой вклад в изучение электричества.

2) Электрические органы рыб представляют собой мускульные клетки, напоминающие электробатареи.

3) Алессандро Вольта доказал, что внутри электрических рыб содержится батарея в виде вольтова столба.

4) Сила электрического воздействия угря не зависит от его размеров.

 

Задание №3

Два угря при виде добычи испускают электрические импульсы. При этом напряжение у первого угря достигает 600 В, а сила тока – 20 А, а у второго напряжение – 350 В и сила тока – 5 А. Как соотносятся сопротивления электрических пластин первого (R₁) и второго (R₂) угрей?

1) R₁ =R₂

2) R₁ >R₂

3) R₁ <R₂

4) в морской воде R₁ >R₂, в пресной R₁ <R₂

 

 

Текст 15. «Открытие животного электричества»

 

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

И вот 26 сентября лапка наконец сократилась. Но это произошло не тогда, когда изменилась погода, а при совершенно других обстоятельствах: лапка лягушки была подвешена к железной решётке балкона на медном крючке и свисающим концом случайно коснулась решётки.

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

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

 

Задание №1. Какую гипотезу пытался проверить Л.Гальвани, начиная в 1786 г. новую серию опытов с лапкой лягушки?

 

Задание №2. Какой вывод сделал Л.Гальвани на основании своих опытов? В чём состояла ошибочность его вывода?

 

Задание №3. Из каких основных частей должен состоять гальванический элемент?

 

Задание №4. Если бы вы проводили опыты, аналогичные опытам Л.Гальвани, то какие бы дополнительные исследования (кроме проверки разных пар металлов) осуществили?

 

Занятие №6

 

Из истории…

 

Текст 17. Токи Фуко

 

Рассмотрим простейший опыт, демонстрирующий возникновение индукционного тока в замкнутом витке из провода, помещённомв изменяющееся магнитное поле. Судить о наличии в витке индукционного тока можно по нагреванию проводника. Если, сохраняя прежние внешние размеры витка, сделать его из более толстого провода, то сопротивление витка уменьшится, а индукционный ток возрастет. Мощность, выделяемая в витке в виде тепла, увеличится.

Индукционные токи при изменении магнитного поля возникают и
в массивных образцах металла, а не только в проволочных контурах. Эти токи обычно называют вихревыми токами, или токами Фуко, по имени открывшего их французского физика. Направление и сила вихревого тока зависят от формы образца, от направления и скорости изменяющегося магнитного поля, от свойств материала, из которого сделан образец.
В массивных проводниках вследствие малости электрического сопротивления токи могут быть очень большими и вызывать значительное нагревание.

Если поместить внутрь катушки массивный железный сердечник и пропустить по катушке переменный ток, то сердечник нагревается очень сильно. Чтобы уменьшить нагревание, сердечник набирают из тонких пластин, изолированных друг от друга слоем лака.

Токи Фуко используются в индукционных печах для сильного нагревания и даже плавления металлов. Для этого металл помещаютв переменное магнитное поле, создаваемое током частотой 500–2000 Гц.

Тормозящее действие токов Фуко используется для создания магнитных успокоителей – демпферов. Если под качающейсяв горизонтальной плоскости магнитной стрелкой расположить массивную медную пластину, то возбуждаемые в медной пластине токи Фуко будут тормозить колебания стрелки. Магнитные успокоители такого рода используются в гальванометрах и других приборах.

 

Задание №1

Какой железный сердечник будет больше нагреваться в переменном магнитном поле: сердечник, набранный из тонких изолированных пластин, или сплошной сердечник?

 

Задание №2

Медная пластина, подвешенная на длинной изолирующей ручке, совершает свободные колебания. Если пластину отклонить от положения равновесия и отпустить так, чтобы она вошла со скоростью υ в пространство между полюсами постоянного магнита (см. рисунок), то

 

 

1) частота колебаний пластины возрастёт

2) амплитуда колебаний пластины увеличится

3) колебания пластины резко затухнут

4) пластина будет совершать обычные свободные колебания

 

Задание №3

В переменном магнитном поле железный сердечник, набранный из тонких изолированных пластин, по сравнению со сплошным сердечником будет нагреваться

1) меньше, так как его электрическое сопротивление будет меньше

2) меньше, так как его электрическое сопротивление будет больше

3) больше, так как его электрическое сопротивление будет меньше

4) больше, так как его электрическое сопротивление будет больше

 

 

Задание №1

Как меняется угол наклонения магнитной стрелки по мере движения по земному шару вдоль меридиана от экватора к полюсу?

1) все время увеличивается

2) все время уменьшается

3) сначала увеличивается, затем уменьшается

4) сначала уменьшается, затем увеличивается

 

Задание №2

В опыте, обнаруживающем «магнетизм через влияние», обе железные полоски намагничиваются. На рисунках 2а и 2б для обоих случаев указаны полюса левой полоски.

На нижнем конце правой полоски

1) в обоих случаях возникает южный полюс

2) в обоих случаях возникает северный полюс

3) в первом случае возникает северный, а во втором возникает южный

4) в первом случае возникает южный, а во втором возникает северный

 

Задание №3

В каких точках расположены магнитные полюсы тереллы (рис.1)?

1) А и Б

2) А и В

3) Г и В

4) Г и Б

 

 

Занятие №7

В мире интересного

 

Занятие №8

 

Итоговое занятие

 

Задание №1

Пьезоэлектричество – это явление

1) возникновения электрических зарядов на поверхности кристаллов при их деформации

2) возникновения деформации растяжения и сжатия в кристаллах

3) прохождения электрического тока через кристаллы

4) прохождения искрового разряда при деформации кристаллов

Задание №2

Пьезоэлектрический кристалл сжали в вертикальном направлении. При этом на левой грани образовался положительный заряд. Если теперь на правой грани того же недеформированного кристалла создать положительный заряд, а на левой — отрицательный, то кристалл

1) сожмется в вертикальном направлении

2) приобретет отрицательный заряд на верхней грани

3) растянется в вертикальном направлении

4) приобретет отрицательный заряд на нижней грани

 

Задание №3

В начале 20-го века французский ученый Поль Ланжевен изобрел излучатель ультразвуковых волн. Заряжая грани кварцевого кристалла электричеством от генератора переменного тока высокой частоты, он установил, что кристалл совершает при этом колебания с частотой, равной частоте изменения напряжения. В основе действия излучателя лежит

1) прямой пьезоэлектрический эффект

2) обратный пьезоэлектрический эффект

3) явление электризации под действием внешнего электрического поля

4) явление электризации при ударе

Задание 1.

Под рефракцией в тексте понимается явление

1) изменения направления распространения светового луча из-за отражения на границе атмосферы.

2) изменения направления распространения светового луча из-за преломления в атмосфере Земли.

3) поглощения света при его распространении в атмосфере Земли.

4) огибание световым лучом препятствий и, тем самым, отклонения от прямолинейного распространения.

 

Задание 2.

Какой из приведенных ниже выводов противоречит опытам Птолемея?

1) угол преломления меньше угла падения при переходе луча из воздуха в воду.

2) с увеличением угла падения линейно увеличивается угол преломления.

3) отношение синуса угла падения к синусу угла преломления не меняется.

4) синус угла преломления линейно зависит от синуса угла падения.

 

Задание 3.

Из-за рефракции света в спокойной атмосфере кажущееся положение звезд на небосклоне относительно горизонта

1) выше действительного положения.

2) ниже действительного положения.

3) сдвинуто в ту или иную сторону по вертикали относительно действительного положения.

4) совпадает с действительным положением.

 

Текст 2. Радуга.

 

рис.1

рис.2

Радуга — это разноцветная дуга на небосводе. Наблюдается она, когда Солнце освещает завесу дождя, расположенную на противоположной стороне неба.Радуга наглядно демонстрирует смесь цветов, составляющих белый свет. Капли влаги в атмосфере действуют подобно призмам, разлагая свет на составляющие его цвета. Наблюдатель видит различные цвета спектра, создаваемые множеством капель. В зависимости от положения наблюдателя относительно Солнца, капель влаги и горизонта он видит радугу различной. Иногда можно видеть две радуги: внутреннюю, или первичную, и внешнюю, или вторичную. Цвета в этих радугах располагаются в

противоположной последовательности. Луч света, проходя дождевую каплю, испытывает дисперсию, затем отражается от задней поверхности капли прямо по направлению к наблюдателю — так возникает первичная радуга (рис. 1). Некоторые лучи дважды отражаются внутри капли (рис. 2), создавая последовательность цветов, наблюдаемую во вторичной радуге.

 

Задание №1.

По каким причинам во вторичной радуге последовательность цветов обратна цветам первичной радуги?

А. лучи внутри капли испытывают двойное отражение

Б. лучи испытывают двойное преломление

1) только А.

2) только Б.

3) и А, и Б .

4) другие причины.

 

Задание №1.

По мере опускания Солнца к горизонту в прямом солнечном свете исчезают в первую очередь

1) жёлтые лучи.

2 ) голубые лучи.

3 ) фиолетовые лучи.

4) красные лучи.

 

Задание №2.

В 1869 году английский физик Дж. Тиндаль выполнил следующий опыт: через прямоугольный аквариум, заполненный водой, пропустил слабо расходящийся узкий пучок белого света.

 

Какой оттенок (голубой или красный) будет иметь пучок при рассмотрении его с выходного торца? Ответ поясните.

 

Задание №3.

Длина волны фиолетовых лучей (0,4 мкм) примерно в 2 раза меньше длины волны красных лучей (0,8 мкм). Поэтому фиолетовые лучи будут рассеиваться

1) в 2 раза слабее, чем красные.

2) в 2 раза сильнее, чем красные.

3) в 16 раз слабее, чем красные.

4) в 16 раз сильнее, чем красные.

 

 

Задание №1.

Какое(-ие) утверждение(-я) справедливо(-ы)?

А. Для звезды, находящейся в зените, угол рефракции равен нулю.

Б. Наблюдатель на Земле может видеть только те звёзды, истинное положение которых выше горизонта.

1) только А.

2) только Б.

3) и А, и Б.

4) ни А, ни Б.

 

Задание №2.

Ещё в древности Птолемей (2 век) описал кажущееся изменение формы диска Солнца, когда оно находится у горизонта. Сплюснутым или растянутым по вертикали будет казаться диск Солнца у горизонта? Ответ поясните.

 

Задание №3.

Рефракцией света в атмосфере называется атмосферно-оптическое явление, вызываемое

1)поглощением световых лучей в атмосфере.

2)преломлением световых лучей в атмосфере.

3)рассеянием световых лучей в атмосфере.

4)поглощением, преломлением и рассеянием световых лучей в атмосфере.

 

 

Текст 5. Мираж.

 

Мираж – оптическое явление, возникающее в результате искривления хода световых лучей в неравномерно нагретых слоях воздуха.

Мираж можно наблюдать не только в жарких пустынях, но и в холодной Арктике. В зависимости от расположения слоёв воздуха с разной температурой миражи бывают двух типов: нижние и верхние. Нижним называется мираж, который появляется, если у поверхности земли образуется слой более горячего воздуха. Чаще всего они возникают в пустыне, но бывают и в средней полосе. Если мы посмотрим на асфальт жарким летним днём, то иногда увидим небольшие «лужи», которые возникают в мареве на шоссе. Это и есть нижний мираж.

Рассмотрим, как же он возникает. Нагретый воздух имеет более низкую плотность, чем холодный, а коэффициент преломления воздуха сильно зависит от его плотности. Поэтому отдельные слои мы можем рассматривать как плоскопараллельные пластинки с разным показателем преломления. Световой луч, проходящий через такие пластинки, распространяется не по прямой, а отклоняется в сторону более плотного слоя (рис. 1).

 

Рис. 1

Нижние миражи дают возможность увидеть кусочек неба, и это вызывает иллюзию водной глади, в которой отражается голубое небо. Путешественники в пустыне видят иногда точно такие же «озёра» и думают, что это спасительный водоём (рис. 2).

 

В Арктике можно увидеть верхние миражи, которые образуются над поверхностью Северного Ледовитого океана. Вода в нём, как правило, не прогревается выше 8 °С, а воздух, принесённый с континента, может иметь температуру +30 °С. Поэтому слои расположены иначе: холодный воздух – внизу, а тёплый – наверху. Такое положение более стабильно: холодный воздух тяжелее и не стремится подняться вверх. Лучи при переходе из тёплого слоя в холодный слой отклоняются вниз. В итоге, мы начинаем видеть гораздо дальше, горизонт от нас отодвигается, как будто Земля становится более плоской. Чем больше разница температур между слоями, тем сильнее лучи отклоняются от прямолинейной траектории.

При очень большом отклонении видимый горизонт будет располагаться гораздо выше реального, и если там есть острова или льды, то Земля и вовсе будет напоминать блюдце с поднятыми краями.

Если же образуются чередующиеся слои разных температур, то миражи получаются слоистыми, причём каждый второй мираж оказывается перевёрнутым, как будто отражённым в зеркале. История знает немало случаев, когда верхние миражи были причиной географических открытий. Так, например, некоторые историки считают, что плавание скандинавских викингов из Исландии в Гренландию в 982 году и плавание из Гренландии в Северную Америку были вызваны верхними миражами. Изменив ход лучей, они сделали видимыми горы, невидимые в обычном состоянии, и побудили к дальнему плаванию.

 

Задание №1.

При переходе в более плотную среду световой луч

1) отклоняется в сторону более плотной среды.

2) отклоняется в сторону менее плотной среды.

3) разворачивается на 90°.

4) полностью отражается.

 

Задание №2.

Возможны ли в пустыне миражи в виде пальм?

1) не возможны, так как плотность воздуха с высотой всегда увеличивается.

2) возможны, но только в условиях песчаной бури.

3) не возможны, так как нижний мираж – это изображение кусочка неба, а пальм там нет.

4) возможны, при наличии более горячих слоёв воздуха, принесённых ветром из других районов пустыни..

 

Задание №3.

Нижний мираж образуется, если

1) у поверхности земли образуется слой более горячего воздуха.

2) у поверхности земли образуется слой более холодного воздуха.

3) слои горячего и холодного воздуха чередуются.

4) воздух равномерно прогрет.

 

Занятие 4.

«Волновая оптика»

 

Задание №1.

Примерно сто лет назад американский астроном ВестоСлайфер обнаружил, что длины волн в спектрах излучения большинства галактик смещены в красную сторону. Этот факт может быть связан с тем, что

1) галактики разбегаются (Вселенная расширяется).

2) галактики сближаются (Вселенная сжимается).

3) Вселенная бесконечна в пространстве.

4) Вселенная неоднородна.

 

Задание №2.

Наблюдатель, к которому источник света приближается, зафиксирует.

1) Увеличение скорости света и уменьшение длины световой волны.

2) Увеличение скорости света и увеличение длины световой волны.

3) Уменьшение длины световой волны и увеличение её частоты.

4) Увеличение длины световой волны и уменьшение её частоты.

Задание №3.

Эффект Доплера справедлив и для звуковых волн. Что происходит с высотой тона звукового сигнала поезда при его удалении от наблюдателя. Ответ поясните

 

Текст 7. Зелёный луч.

 

Рефракция света в атмосфере – оптическое явление, вызываемое преломлением световых лучей в атмосфере и проявляющееся в кажущемся смещении удалённых объектов. Вследствие того, что атмосфера является средой оптически неоднородной (с высотой меняется температура, плотность, состав воздуха), лучи света распространяются в ней не прямолинейно, а по некоторой кривой линии. Наблюдатель видит объекты не в направлении их действительного положения, а вдоль касательной к траектории луча в точке наблюдения (см. рис. 1).

 

Рис. 1. Криволинейное распространение светового луча в атмосфере (сплошная линия) и кажущееся смещение объекта (пунктирная линия)

Показатель преломления зависит не только от свойств воздушных слоёв атмосферы, но и от длины световой волны (дисперсия света). Поэтому рефракция в атмосфере сопровождается разложением светового луча в спектр. Чем меньше длина волны светового луча, тем более сильную рефракцию он испытывает. Например, фиолетовые лучи преломляются сильнее, чем зелёные, а зелёные – сильнее, чем красные. Поэтому чем меньше длина волны луча, тем сильнее будет видимое смещение за счёт рефракции. В результате верхняя каёмка диска Солнца на восходе и закате кажется сине-зелёной, нижняя – оранжево-красной (рис. 2).

 

Рис. 2. Пояснение к появлению зелёного луча

Дисперсия солнечных лучей в наиболее явном виде проявляется в самый последний момент захода Солнца. Когда Солнце уходит за горизонт, последним лучом мы должны были бы увидеть фиолетовый. Однако самые коротковолновые лучи – фиолетовые, синие, голубые – на долгом пути в атмосфере (когда Солнце уже у горизонта) настолько сильно рассеиваются, что не доходят до земной поверхности. Кроме того, к лучам этой части спектра менее чувствительны глаза человека. Поэтому последний луч заходящего Солнца оказывается яркого изумрудного цвета. Это явление и получило название зелёный луч.

 

Задание №1.

Появление зелёного луча в момент захода Солнца связано

1) только с рефракцией света.

2) только с дисперсией света.

3) только с рассеянием света.

4) с рефракцией, дисперсией и рассеянием света.

 

Задание №2.

В ясную погоду наблюдают цвет Луны при её разных положениях: высоко над горизонтом и вблизи горизонта. В каком случае цвет Луны приобретает красный оттенок? Ответ поясните.

 

Задание №3.

Криволинейное распространение света при прохождении атмосферы объясняется

1) поглощением света в оптически неоднородной среде.

2) рассеянием света в оптически неоднородной среде.

3) преломлением света в оптически неоднородной среде.

4) дисперсией света в оптически неоднородной среде.

 

 

Текст 8. Цвет предметов.

 

Цвет различных предметов, освещённых одним и тем же источником света (например, солнцем), бывает весьма разнообразен. Основную роль в таких эффектах играют явления отражения и пропускания света. При рассмотрении непрозрачного предмета мы воспринимаем его цвет в зависимости от того излучения, которое отражается от поверхности предмета и попадает к нам в глаз. При рассмотрении прозрачного тела на просвет его цвет будет зависеть от пропускания лучей различных длин волн.

Световой поток, падающий на тело, частично отражается (рассеивается), частично пропускается и частично поглощается телом. Доля светового потока, участвующего в каждом из этих процессов, определяется с помощью соответствующих коэффициентов: отражения ρ, пропускания τ и поглощения α. Так, например, коэффициент отражения равен отношению светового потока, отражённого телом, к световому потоку, падающему на тело.

Каждый из указанных коэффициентов может зависеть от длины волны (цвета), благодаря чему и возникают разнообразные эффекты при освещении тел.

Тела, у которых для всех лучей поглощение велико, а отражение и пропускание очень малы, будут чёрными непрозрачными телами (например, сажа). Для красных непрозрачных лепестков розы коэффициент отражения близок к единице для красного цвета (для других цветов очень мал), коэффициент поглощения, наоборот, близок к единице для всех цветов, кроме красного, коэффициент пропускания практически равен нулю для всех длин волн. Прозрачное зелёное стекло имеет коэффициент пропускания, близкий к единице, для зелёного цвета, тогда как коэффициенты отражения и поглощения для зелёного цвета близки к нулю. Прозрачные тела могут иметь разный цвет в проходящем и отраженном свете.

Различие в значениях коэффициентов ρ, τ и α и их зависимость от длины световой волны обусловливает чрезвычайное разнообразие в цветах и оттенках различных тел.

 

Задание №1.

Коэффициент поглощения равен

1) световому потоку, падающему на тело.

2) световому потоку, поглощённому телом.

3) отношению светового потока, падающего на тело, к световому потоку, поглощённому телом.

4) отношению светового потока, поглощённого телом, к световому потоку, падающему на тело.

 

Задание 2.

Для белого непрозрачного тела

1) коэффициенты пропускания и отражения близки к единице для всех длин волн.

2) коэффициенты пропускания и поглощения близки к единице для всех длин волн.

3) коэффициенты пропускания и отражения близки к нулю для всех длин волн.

4) коэффициенты пропускания и поглощения близки к нулю для всех длин волн.

 

Задание 3.

Хлорофилл – зелёное вещество, содержащееся в листьях растений и обусловливающее их зелёный цвет. Спиртовой раствор (вытяжка) хлорофилла оказывается на просвет красным, а в отраженном свете – зелёным. Это означает, что в растворе

1) коэффициенты пропускания и отражения для зелёного цвета близки к единице.

2) коэффициенты пропускания и отражения для красного цвета близки к единице.

3) коэффициенты пропускания для красного цвета и отражения для зелёного цвета близки к единице.

4) коэффициенты пропускания для зелёного цвета и отражения для красного цвета близки к единице.

 

 

Текст 9.Фотолюминесценция.

 

Некоторые вещества при освещении электромагнитным излучением сами начинают светиться. Такое свечение, или люминесценция, отличается важной особенностью: свет люминесценции имеет иной спектральный состав, чем свет, вызвавший свечение. Наблюдения показывают, что свет люминесценции характеризуется большей длиной волны, чем возбуждающий свет. Например, если пучок фиолетового света направить на колбочку с раствором флюоресцеина, то освещённая жидкость начинает ярко люминесцировать зелёно-жёлтым светом.

Некоторые тела сохраняют способность светиться некоторое время после того, как освещение их прекратилось. Такое послесвечение может иметь различную длительность: от долей секунды до многих часов. Принято называть свечение, прекращающееся с освещением, флюоресценцией, а свечение, имеющее заметную длительность, фосфоресценцией.

Фосфоресцирующие кристаллические порошки используются для покрытия специальных экранов, сохраняющих своё свечение две-три минуты после освещения. Такие экраны светятся и под действием рентгеновских лучей.

Очень важное применение нашли фосфоресцирующие порошки при изготовлении ламп дневного света. В газоразрядных лампах, наполненных парами ртути, при прохождении электрического тока возникает ультрафиолетовое излучение. Советский физик С.И. Вавилов предложил покрывать внутреннюю поверхность таких ламп специально изготовленным фосфоресцирующим составом, дающим при облучении ультрафиолетом видимый свет. Подбирая состав фосфоресцирующего вещества, можно получить спектральный состав излучаемого света, максимально приближённый к спектральному составу дневного света.

Явление люминесценции характеризуется крайне высокой чувствительностью: достаточно иногда 10 ^{– 10} г светящегося вещества, например в растворе, чтобы обнаружить это вещество по характерному свечению. Это свойство лежит в основе люминесцентного анализа, который позволяет обнаружить ничтожно малые примеси и судить о загрязнениях или процессах, приводящих к изменению исходного вещества.

 

Задание 1.

Ткани человека содержат большое количество разнообразных природных флуорофоров, которые имеют различные спектральные области флуоресценции. На рисунке представлены спектры свечения основных флуорофоров биологических тканей и шкала электромагнитных волн.

 

 

Согласно приведённым данным пироксидин светится

1) красным светом.

2) жёлтым светом.

3) зелёным светом.

4) фиолетовым светом.

 

Задание 2.

Два одинаковых кристалла, имеющих свойство фосфоресцировать в жёлтой части спектра, были предварительно освещены: первый красными лучами, второй синими лучами. Для какого из кристаллов можно будет наблюдать послесвечение? Ответ поясните.

 

Задание 3.

При исследовании пищевых продуктов люминесцентный метод можно использовать для установления порчи и фальсификации продуктов.
В таблице приведены показатели люминесценции жиров.

Вид жира

Цвет люминесценции

Масло сливочное

От бледно- до ярко-жёлтого

Маргарин сливочный

Голубоватый

Маргарин «Экстра»

Голубоватый

Сало растительное

Интенсивно-голубой

Цвет люминесценции сливочного масла изменился с жёлто-зелёного на голубой. Это означает, что в сливочное масло могли добавить

1) только маргарин сливочный.

2) только маргарин «Экстра».

3) только сало растительное.

4) любой из указанных жиров.

 

Задание 1.

Необходимо обнаружить маскировку, рассчитанную на человеческий глаз. Для этого можно использовать

1) жёлтый фильтр.

2) зелёный фильтр.

3) жёлто-зелёный фильтр

4) синий фильтр.

 

Задание 2.

Коэффициент отражения света равен

1) световому потоку, падающему на тело.

2) световому потоку, отражённому от поверхности тела.

3) отношению светового потока, падающего на тело, к световому потоку, отражённому от поверхности тела.

4) отношению светового потока, отражённого от поверхности тела, к световому потоку, падающему на тело.

 

Текст 11. Гало и венцы.

 

Гало — оптическое явление, заключающееся в образовании светящегося кольца вокруг источника света. Термин произошёл от фр. halo и греч. halos -«световое кольцо».

Гало обычно возникают вокруг Солнца или Луны, иногда — вокруг других мощных источников света, таких как уличные огни. Они вызваны преимущественно отражением и преломлением света ледяными кристаллами в перистых облаках и туманах. Для возникновения некоторых гало необходимо, чтобы ледяные кристаллы, имеющие форму шестигранных призм, были ориентированы по отношению к вертикали одинаковым или хотя бы преимущественным образом.

Отражённый и преломлённый ледяными кристаллами свет нередко разлагается в спектр, что делает гало похожим на радугу, однако гало в условиях низкой освещённости имеет малую цветность. Окрашенные гало образуются при преломлении света в шестигранных кристаллах ледяных облаков; неокрашенные (бесцветные) формы — при его отражении от граней кристаллов. Иногда в морозную погоду гало образуется очень близко к земной поверхности. В этом случае кристаллы напоминают сияющие драгоценные камни.

Вид наблюдаемого гало зависит от формы и расположения кристаллов. Наиболее обычные формы гало: радужные круги вокруг диска Солнца или Луны; паргелии, или «ложные Солнца», - слегка окрашенные светлые пятна на одном уровне с Солнцем справа и слева от него; паргелический круг — белый горизонтальный круг, проходящий через диск светила; столб — часть белого вертикального круга, проходящего через диск светила; он в сочетании с паргелическим кругом образует белый крест.

Гало следует отличать от венцов, которые внешне схожи с ним, но имеют другое происхождение. Венцы возникают в тонких водяных облаках, состоящих из мелких однородных капель (обычно это высококучевые облака) и закрывающих диск светила, за счёт дифракции. Они могут появиться также в тумане около искусственных источников света. Основная, а часто единственная часть венца — светлый круг небольшого радиуса, окружающий вплотную диск светила (или искусственный источник света). Круг в основном имеет голубоватый цвет и лишь по внешнему краю — красноватый. Его называют также ореолом. Он может быть окружён одним или несколькими дополнительными кольцами такой же, но более светлой окраски, не примыкающими вплотную к кругу и друг к другу.

 

Задание №1. Вид гало зависит от

А. Формы кристаллов льда.

Б. Расположения кристаллов льда.

Правильный ответ:

1) только А

2) только Б

3) и А, и Б

4) ни А, ни Б

 

Задание №2. Неокрашенные гало возникают вследствие

1) отражения света

2) дисперсии света

3) дифракции света

4) преломления света

 

Задание №3. Какую окраску имеют гало при преломлении белого света в кристалликах льда? Ответ поясните.

 

 

Занятие 5.

 

«Излучение. Спектры»

 

Задание 1

Что происходит при покрытии лаком картин, написанных масляными красками?

1) Уменьшается коэффициент преломления света.

2) Увеличивается коэффициент поглощения света.

3) Отражение света становится направленным.

4) Свет ещё больше рассеивается.

 

Задание 2

Какая из тканей, окрашенных одинаковой краской, – бархат или шёлк – будет иметь более насыщенный цвет? Ответ поясните.

 

Задание 3

Какая из указанных физических величин характеризует свет разного цвета?

1) амплитуда колебаний.

2) частота волны.

3) плотность среды, на поверхность которой падает свет.

4) оптическая плотность среды.

 

Задание 1.

Длина волны в красной части видимого спектра примерно в 2 раза больше длины волны в фиолетовой части спектра. Согласно теории Рэлея интенсивность рассеянных фиолетовых лучей по сравнению с красными

1) в 8 раз больше.

2) в 16 раз больше.

3) в 8 раз меньше.

4) в 16 раз меньше.

 

Задание 2.

Какая часть заходящего Солнца (верхняя или нижняя) выглядит более красной? Ответ поясните.

 

Задание 3.

Небо имеет голубой цвет, потому что при прохождении белого света через атмосферу

1) интенсивность рассеянного света убывает с ростом частоты.

2) флуктуации плотности воздуха поглощают в основном синий свет.

3) красный свет поглощается сильнее синего света.

4) синий свет рассеивается сильнее, чем красный.

 

Задание 1.

На рисунке представлены спектры оптического пропускания синтетического кварцевого стекла Suprasil 300, оптического стекла BK 7 и обычного оконного стекла.

 

Согласно приведённым данным можно утверждать, что

1) оконное стекло по сравнению с другими стеклами в наибольшей степени пропускает инфракрасное излучение.

2) очки с оптическими стеклами BK 7 полностью защищают глаза от ультрафиолета-А (УФ-A).

3) кварцевое стекло Suprasil 300 пропускает все ультрафиолетовое излучение, достигающее поверхности Земли.

4) все стекла одинаково хорошо пропускают инфракрасную часть солнечного спектра.

 

Задание 2.

Для получения максимального бактерицидного эффекта целесообразно использовать

1) ультрафиолет-А.

2) ультрафиолет-В.

3) ультрафиолет-С.

4) естественный ультрафиолет.

 

Задание 3.

Термин «световое голодание» связывают с

1) недостаточной освещённостью в помещении.

2) недостаточным уровнем видимого излучения.

3) недостатком ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 290 нм.

4) недостатком ультрафиолетового излучения с длиной волны более 290 нм.

 

Цветовое зрение.

 

Согласно теории цветового зрения Юнга – Гельмгольца ощущение любого цвета можно получить смешиванием спектрально чистых излучений красного, зелёного и синего цветов. Эта теория хорошо согласуется с наблюдаемыми фактами и предполагает, что в глазу есть только три типа светочувствительных приёмников. Они отличаются друг от друга областями спектральной чувствительности. Красный свет воздействует преимущественно на приёмники первого типа, зелёный – второго, синий – третьего. Сложением излучений таких трёх цветов в различных пропорциях можно получить любую комбинацию возбуждения всех трёх типов светочувствительных элементов, а значит, и ощущение любого цвета. Если все рецепторы возбуждены в одинаковой степени, мы имеем ощущение белого цвета, если рецепторы не возбуждены – чёрного. Наложение красного и синего цветов даёт фиолетовый цвет, зелёного и синего – бирюзовый, красного и зелёного – жёлтый.

 

Приведённые на рисунке графики показывают относительную спектральную чувствительность глаза к излучениям различных длин волн (так называемая кривая видности) при дневном и сумеречном свете. Максимальная чувствительность глаза при дневном свете достигается на длине волны 555 нм, а при сумеречном свете – на длине волны 500–510 нм. Максимальная чувствительность глаза в обоих случаях принимается за единицу. Различие между этими двумя кривыми видности объясняется тем, что дневной и сумеречный свет воспринимаются различными рецепторами глаза (палочками при сумеречном свете и колбочками при дневном свете). При этом палочки обеспечивают чёрно-белое зрение и обладают очень высокой чувствительностью. Колбочки же позволяют человеку различать цвета, но их чувствительность гораздо ниже.

 

Задание 1.

Пятно белого цвета можно получить наложением излучений

1) красного и синего цветов.

2) зелёного и синего цветов.

3) синего, зелёного и жёлтого цветов.

4) красного, зелёного и синего цветов.

 

Задание 2.

В сумерках человек не различает цвета, и все предметы воспринимаются серого цвета. Это объясняется тем, что

1) при сумеречном свете работают только палочки.

2) при сумеречном свете работают только колбочки.

3) максимальная чувствительность глаза при сумеречном свете достигается на длине волны 510 нм.

4) максимальная чувствительность глаза при сумеречном свете достигается на длине волны 555 нм.

 

Задание 3.

На рисунке представлена шкала электромагнитных волн.

 

Согласно приведённым данным максимальная чувствительность глаза в сумерках приходится на

1) жёлтую часть спектра.

2) желто-зелёную часть спектра.

3) голубовато-зелёную часть спектра.

4) всю область видимого света.

 

Задание 1.

На стенках полости, состоящих из теплочувствительной плёнки, появляется изображение

1) перевёрнутое мнимое.

2) перевёрнутое действительное.

3) прямое мнимое.

4) прямое действительное.

 

Задание 2.

Частота теплового излучения, воспринимаемого змеёй, примерно равна

1) 3·10¹⁰ Гц.

2) 9·10¹³ Гц.

3) 3·10¹³ Гц.

4) 9·10¹⁶ Гц.

 

Задание 3.

Тепловое излучение относится к

1) видимому.

2) ультрафиолетовому.

3) инфракрасному.

4) рентгеновскому.

 

Текст 17. Изучение спектров

 

Все нагретые тела излучают электромагнитные волны. Чтобы экспериментально исследовать зависимость интенсивности излучения от длины волны, необходимо:

1) разложить излучение в спектр;

2) измерить распределение энергии в спектре.

 

Для получения и исследования спектров служат спектральные аппараты -спектрографы. Схема призменного спектрографа представлена на рисунке. Исследуемое излучение поступает сначала в трубу, на одном конце которой имеется ширма с узкой щелью, а на другом - собирающая линза L₁. Щель находится в фокусе линзы. Поэтому расходящийся световой пучок, попадающий на линзу из щели, выходит из неё параллельным пучком и падает на призму Р.

Так как разным частотам соответствуют различные показатели преломления, то из призмы выходят параллельные пучки разного цвета, не совпадающие по направлению. Они падают на линзу L₂. На фокусном расстоянии от этой линзы располагается экран, матовое стекло или фотопластинка. Линза L₂фокусирует параллельные пучки лучей на экране, и вместо одного изображения щели получается целый ряд изображений. Каждой частоте (точнее, узкому спектральному интервалу) соответствует своё изображение в виде цветной полоски. Все эти изображения вместе и образуют спектр. Энергия излучения вызывает нагревание тела, поэтому достаточно измерить температуру тела и по ней судить о количестве поглощённой в единицу времени энергии. В качестве чувствительного элемента можно взять тонкую металлическую пластину, покрытую тонким слоем сажи, и по нагреванию пластины судить об энергии излучения в данной части спектра.

 

Задание 1. Разложение света в спектр в аппарате, изображённом на рисунке, основано на

 

1) явлении дисперсии света

2) явлении отражения света

3) явлении поглощения света

4) свойствах тонкой линзы

 

Задание 2. В устройстве призменного спектрографа линза L₂ (см. рисунок) служит для

 

1) разложения света в спектр

2) фокусировки лучей определённой частоты в узкую полоску на экране

3) определения интенсивности излучения в различных частях спектра

4) преобразования расходящегося светового пучка в параллельные лучи

 

Задание 3. Нужно ли металлическую пластину термометра, используемого в спектрографе, покрывать слоем сажи? Ответ поясните.

Открытия в квантовой физике

 

1. Опыты Томсона и открытие электрона.

На исходе XIX века было проведено много опытов по изучению электрического разряда в разреженных газах. Разряд возбуждался между катодом и анодом, запаянными внутри стеклянной трубки, из которой был откачан воздух. То, что исходило от катода, было названо катодными лучами.

Чтобы определить природу катодных лучей, английский физик Джозеф Джон Томсон (1856—1940) провел следующий эксперимент. Его экспериментальная установка представляла собой вакуумную электронно-лучевую трубку (см. рисунок). Накаливаемый катод К являлся источником катодных лучей, которые ускорялись электрическим полем, существующим между анодом А и катодом К: В центре анода имелось отверстие. Катодные лучи, прошедшие через это отверстие, попадали в точку G на стенке трубки S напротив отверстия в аноде. Если стенка S покрыта флуоресцирующим веществом, то попадание лучей в точку G проявляется как светящееся пятнышко. На пути от A и Gлучи проходили между пластинами конденсатора CD, к которым могло быть приложено напряжение от батареи.

Если включить эту батарею, то лучи отклоняются электрическим полем конденсатора и на экране S возникает пятнышко в положении G₁Томсон предположил, что катодные лучи ведут себя как отрицательно заряженные частицы. Создавая в области между пластинами конденсатора еще и однородное магнитное поле, перпендикулярное плоскости рисунка (оно изображено точками), можно вызвать отклонение пятнышка в том же или обратном направлении. Опыты показали, что заряд частицы равен по модулю заряду иона водорода 10(1,6^-19 Кл), а ее масса оказывается почти в 1840 раз меньше массы иона водорода.

В дальнейшем эта частица получила название электрона. День 30 апреля 1897года, когда Джозеф Джон Томсон доложил о своих исследованиях, считается «днем рождения» электрона.

Задание 1.

Что представляют собой катодные лучи?

1) рентгеновские лучи.

2) гамма-лучи.

3) поток электронов.

4) поток ионов.

 

Задание 2.

Какие утверждения справедливы?

А. Катодные лучи взаимодействуют с электрическим полем.

Б. Катодные лучи взаимодействуют с магнитным полем.

1) только А.

2) только Б.

3) и А, и Б.

4) ни А, ни Б.

 

Задание 3.

Катодные лучи (см. рисунок) попадут в точку G при условии, что между пластинами конденсатора CD

1) действует только электрическое поле.

2) действует только магнитное поле.

3) действие сил со стороны электрического и магнитного полей скомпенсировано.

4) действие сил со стороны магнитного поля пренебрежимо мало.

 

Открытие рентгеновских лучей.

 

Рентгеновские лучи были открыты в 1895 г. немецким физиком Вильгельмом Рентгеном. Исследуя катодные лучи (поток электронов), Рентген заметил, что при торможении быстрых электронов на любых препятствиях возникает сильно проникающее излучение, которое ученый назвал Х-лучами (в дальнейшем за ними утвердится термин «рентгеновские лучи»). Когда Рентген держал руку между трубкой и экраном, то на экране были видны темные тени костей на фоне более светлых очертаний всей кисти руки.

Рентгеновские лучи действовали на фотопластинку, вызывали ионизацию воздуха, не взаимодействовали с электрическими и магнитными полями. Сразу же возникло предположение, что рентгеновские лучи — это электромагнитные волны, которые в отличие от световых лучей видимого участка спектра и ультрафиолетовых лучей имеют гораздо меньшую длину волны. Но если рентгеновское излучение представляет собой электромагнитные волны, то оно должно обнаруживать дифракцию — явление, присущее всем видам волн. Дифракцией называется огибание волнами препятствий и отклонение, тем самым, от прямолинейного распространения в однородной среде. Дифракция выражена особенно ярко, если размеры препятствий сопоставимы с длиной волны.

Дифракцию рентгеновских волн удалось наблюдать на кристаллах. Кристалл с его периодической структурой и есть то устройство, которое неизбежно должно вызвать заметную дифракцию рентгеновских волн, так как их длина близка к размерам атомов. На рисунке показана дифракционная картина, полученная при облучении кристалла узким пучком рентгеновских лучей.

 

Задание 1.

Использование рентгеновских лучей для диагностики переломов костей основано на том, что рентгеновские лучи

1) дифрагируют на клетках биологической материи.

2) проникают через мягкие ткани и задерживаются костной тканью человека.

3) активно взаимодействуют с кровеносной системой, увеличивая концентрацию кислорода.

4) вызывают свечение костной ткани человека.

Задание 2.

Рентгеновские лучи образуются при

1) распространении электронов в вакууме.

2) распространении электронов в газах.

3) резком торможении быстрых электронов на препятствии.

4) взаимодействии электронов с молекулами газа.

Задание 3.

Что послужило доказательством волновой природы рентгеновских лучей?

1) Рентгеновские лучи обладают сильной проникающей способностью.

2) Рентгеновские лучи не взаимодействуют с электрическим полем.

3) Рентгеновские лучи не взаимодействуют с магнитным полем.

4) Рентгеновские лучи дифрагируют на кристаллах.

 

Задание 1.

Что происходит при попадании в счетчик быстрой заряженной частицы?

 

Задание 2.

Какие частицы вызывают ионизацию газа?

А. Электроны.

Б. Положительно заряженные ионы.

Правильным является ответ

1) только А.

2) только Б.

3) и А, и Б.

4) ни А, ни Б.

 

Задание 3.

При каком условии происходит ионизация газа в газоразрядном счетчике?

А. При попадании в него заряженной частицы.

Б. При наличии электрического поля, ускоряющего движение частицы.

Верным является ответ

1) только А.

2) только Б.

3) и А, и Б.

4) ни А, ни Б.

 

Определение возраста Земли.

 

Один из методов определения возраста Земли основан на радиоактивном распаде урана. Уран (атомная масса 238) распадается самопроизвольно с последовательным выделением восьми альфа-частиц, а конечным продуктом распада является свинец с атомной массой 206 и газ гелий. На рисунке представлена цепочка превращений урана-238 в свинец-206.

Каждая освободившаяся при распаде альфа-частица проходит определенное расстояние, которое зависит от ее энергии. Чем больше энергия альфа-частицы, тем большее расстояние она проходит. Поэтому вокруг урана, содержащегося в породе, образуется восемь концентрических колец. Такие кольца (плеохроические гало) были найдены во многих горных породах всех геологических эпох. Были сделаны точные измерения, показавшие, что для разных вкраплений урана кольца всегда отстоят на одинаковых расстояниях от находящегося в центре урана.

Когда первичная урановая руда затвердевала, в ней, вероятно, не было свинца. Весь свинец с атомной массой 206 был накоплен за время, прошедшее с момента образования этой горной породы. Раз так, то измерение количества свинца-206 по отношению к количеству урана-238 — вот всё, — что нужно знать, чтобы определить возраст образца, если период полураспада известен. Для урана-238 период полураспада составляет приблизительно 4,5 млрд лет. В течение этого времени половина первоначального количества урана распадается на свинец и гелий.

Таким же образом можно измерить возраст других небесных тел, например метеоритов. По данным таких измерений возраст верхней части мантии Земли и большинства метеоритов составляет 4,5 млрд лет.

 

Задание 1. Для определения возраста образца горной породы, содержащей уран-238, достаточно определить

1) количество урана-238

2) количество свинца-206

3) отношение количества урана-238 к количеству свинца-206

4) отношение периода полураспада урана-238 к периоду полураспада свинца-206

Задание 2. Период полураспада — это

1) интервал времени, прошедший с момента образования горной породы до проведения измерения числа ядер радиоактивного урана

2) интервал времени, в течение которого распадается половина от первоначального количества радиоактивного элемента

3) параметр, равный 4,5 млрд лет

4) параметр, определяющий возраст Земли

 

Задание 3. Зависят ли радиусы концентрических колец плеохроического гало от химической формулы соединения, в которое входит уран-238? Ответ поясните.

 

Альбедо Земли

 

Температура у поверхности Земли зависит от отражательной способности планеты — альбедо. Альбедо поверхности — это отношение потока энергии отражённых солнечных лучей к потоку энергии падающих на поверхность солнечных лучей, выраженное в процентах или долях единицы. Альбедо Земли в видимой части спектра — около 40%%. В отсутствие облаков оно было бы около 15%%.

Альбедо зависит от многих факторов: наличия и состояния облачности, изменения ледников, времени года и соответственно от осадков. В 90-х годах XX века стала очевидна значительная роль аэрозолей — мельчайших твёрдых и жидких частиц в атмосфере. При сжигании топлива в воздух попадают газообразные оксиды серы и азота; соединяясь в атмосфере с капельками воды, они образуют серную, азотную кислоты и аммиак, которые превращаются потом в сульфатный и нитратный аэрозоли. Аэрозоли не только отражают солнечный свет, не пропуская его к поверхности Земли. Аэрозольные частицы служат ядрами конденсации атмосферной влаги при образовании облаков и тем самым способствуют увеличению облачности. А это, в свою очередь, уменьшает приток солнечного тепла к земной поверхности.

Прозрачность для солнечных лучей в нижних слоях земной атмосферы зависит также от пожаров. Из-за пожаров в атмосферу поднимается пыль и сажа, которые плотным экраном закрывают Землю и увеличивают альбедо поверхности.

 

Задание 1. Под альбедо поверхности понимают

1) общий поток падающих на поверхность Земли солнечных лучей

2) отношение потока энергии отражённого излучения к потоку поглощенного излучения

3) отношение потока энергии отражённого излучения к потоку падающего излучения

4) разность между падающей и отражённой энергией излучения

 

Задание 2. Какие утверждения справедливы?

А. Аэрозоли отражают солнечный свет и тем самым способствуют уменьшению альбедо Земли.

Б. Извержения вулканов способствуют увеличению альбедо Земли.

1) только А

2) только Б

3) и А, и Б

4) ни А, ни Б

 

Задание 3. В таблице приведены некоторые характеристики для двух планет Солнечной системы — Венеры и Марса. Для какой из планет альбедо имеет большее значение? Ответ поясните.

 

Занятие 7.

Тема «Физические приборы»

 

Оптические телескопы.

 

Все небесные тела находятся от нас так далеко, что пучок света, идущий от любого из них, можно считать параллельным. Мы способны видеть невооружённым глазом только достаточно яркие звезды, так как от большинства космических объектов наш зрачок, имеющий диаметр в 5 мм, не может получить достаточное для регистрации количество света. Тут нам на помощь приходит телескоп, объектив которого имеет гораздо более крупный диаметр и, следовательно, собирает больше света. Таким образом, одно из основных назначений телескопа – собрать как можно больше света от источника.

С другой стороны, глаз человека плохо распознаёт детали предмета, которые он видит под углом зрения менее одной угловой минуты (одна угловая минута составляет 1/60 часть от углового градуса). Поэтому другим важным назначением телескопа является увеличение угла зрения, под которым виден источник света.

Телескоп состоит из двух основных частей – объектива и окуляра. Объектив (длиннофокусная собирающая линза) даёт действительное изображение весьма удалённого источника света вблизи фокуса линзы объектива. Чтобы разглядеть полученное с помощью объектива изображение, используется окуляр. В качестве окуляра может использоваться собирающая линза, действующая как лупа. На рис. 1 представлен ход лучей в зрительной трубе Кеплера (1611 г.).

 

Рис. 1. Зрительная труба Кеплера.

В её оптической схеме две собирающие линзы. Телескопическая система, собранная по схеме Кеплера, даёт перевёрнутое изображение наблюдаемого объекта.

 

Задание 1.

Какое(-ие) из утверждений является(-ются) правильным(-и)?

По сравнению с человеческим глазом оптический телескоп позволяет

А. собрать во много раз больше света от наблюдаемого космического объекта.

Б. уменьшить во много раз угол зрения, под которым видны детали рассматриваемого объекта.

1) только А.

2) только Б.

3) и А, и Б.

4) ни А, ни Б.

 

Задание 2.

Количество света, собираемого от космического объекта телескопом, зависит от

1) оптической силы объектива.

2) диаметра объектива.

3) оптической силы окуляра.

4) диаметра окуляра.

 

Задание 3.

В зрительной трубе Галилея (см. рисунок) используются две линзы – собирающая и рассеивающая. На пути сходящегося пучка лучей, между объективом и его фокальной плоскостью, располагается рассеивающая линза.

 

Такая труба даёт

1) мнимое изображение и увеличенный угол зрения.

2) мнимое изображение и уменьшенный угол зрения.

3) действительное изображение и увеличенный угол зрения.

4) действительное изображение и уменьшенный угол зрения.

 

 

Микроскоп.

 

Человеческий глаз характеризуется определённым разрешением (предельной разрешающей способностью), то есть наименьшим расстоянием между двумя точками наблюдаемого объекта, при котором эти точки ещё могут быть отличены одна от другой. Для нормального глаза при удалении от объекта на расстояние наилучшего видения (D = 250 мм) среднестатистическое нормальное разрешение составляет 0,176 мм. Размеры микроорганизмов, большинства растительных и животных клеток, мелких кристаллов, деталей микроструктуры металлов и сплавов и т.д. значительно меньше этой величины.

Увеличение разрешающей способности глаза достигается с помощью оптических приборов. При наблюдении мелких предметов применяют оптический микроскоп.

Увеличенное изображение предмета в микроскопе получается с помощью оптической системы, состоящей из двух короткофокусных собирающих линз – объектива и окуляра (рис. 1). Расстояние между объективом и окуляром можно изменять при настройке на резкость. Предмет S помещается на расстоянии, немного большем фокусного расстояния объектива. В этом случае объектив даст действительное перевёрнутое увеличенное изображение S1 предмета. Это промежуточное изображение рассматривается глазом через окуляр. Окуляр располагают так, чтобы промежуточное изображение S1 находилось немного ближе его фокальной плоскости. Окуляр действует как лупа. S2 – изображение, которое увидит человеческий глаз через окуляр.

 

Рис.1 Ход лучей в микроскопе

Хороший микроскоп может давать увеличение в несколько сотен раз. Однако, осуществляя большие увеличения, мы можем повысить разрешающую способность микроскопа лишь до известного предела. Это связано с тем фактом, что становится необходимым учитывать волновые свойства света. Фундаментальное ограничение заключается в невозможности получить при помощи электромагнитного излучения изображение объекта, меньшего по размерам, чем длина волны этого излучения. Предельная разрешающая способность микроскопа связана с длиной волны электромагнитного излучения. «Проникнуть глубже» в микромир возможно при применении излучений с меньшими длинами волн.

 

Задание 1.

Принципиальное ограничение разрешающей способности микроскопа определяется

1) интенсивностью используемого излучения.

2) длиной волны используемого излучения.

3) оптической силой объектива.

4) оптической силой объектива и окуляра.

 

Задание 2.

Рентгеновский микроскоп основан на использовании электромагнитного излучения с длиной волны от 0,01 до 1 нанометра. Предельная разрешающая способность рентгеновского микроскопа

1) немного больше предельной разрешающей способности оптического микроскопа .

2) немного меньше предельной разрешающей способности оптического микроскопа.

3) во много раз больше предельной разрешающей способности оптического микроскопа .

4) во много раз меньше предельной разрешающей способности оптического микроскопа.

 

Задание 3.

Изображение предмета, получаемое через окуляр, является

1) действительным уменьшенным.

2) действительным увеличенным.

3) мнимым уменьшенным.

4) мнимым увеличенным.

 

Лупа.

 

Лупа – оптическая система (одна или несколько линз) с небольшим фокусным расстоянием (от 1 до 10 см), располагаемая между предметом и глазом, позволяющая простейшим образом увеличить угол, под которым виден предмет. Угол, под которым виден предмет, называют углом зрения (на рис. 1 это угол β).

 

Рис. 1

При рассматривании предмета «невооружённым» глазом для получения максимального угла зрения предмет нужно поместить на расстояние наилучшего видения d₀. Угол зрения приблизительно равен: β≈hd0.

 

Рис. 2

Для нормального глаза расстояние наилучшего видения принимают равным 25 см. Для близорукого глаза, который не может видеть чётко далёкие объекты, это расстояние меньше 25 см, а для дальнозоркого ––больше 25 см.

При рассматривании малых предметов с помощью лупы его помещают вблизи фокальной плоскости лупы, между фокусом и лупой. Глаз при этом рассматривает не сам предмет, а его мнимое увеличенное изображение H, которое значительно удалено от лупы и глаза на значительное расстояние d (рис. 2). При приближении предмета к фокальной плоскости его изображение отодвигается в «бесконечность».

Угол зрения, под которым виден предмет, рассматриваемый через лупу, исходя из подобия треугольников (см. рис. 2), можно приблизительно считать равным: β′≈Hd≈hF, где F – фокусное расстояние лупы.

Увеличением лупы Г называют отношение угла зрения, под которым видно изображение предмета в лупе, к углу зрения, под которым предмет виден «невооружённым» глазом с расстояния наилучшего видения: Г=β′β=d0F. Таким образом, увеличение лупы зависит не только от фокусного расстояния линзы, но и от особенностей глаза человека, который пользуется этой лупой.

Увеличение можно сделать очень большим, применяя короткофокусные линзы. Однако в этом случае появляются значительные аберрации (искажения). Для их устранения лупы с большим увеличением (до 50) делают из двух или трёх линз. Однолинзовые лупы обычно делают с 2–4-кратным увеличением.

 

Задание1.

Одна и та же линза с фокусным расстоянием 10 см даст увеличение

1) больше, чем 2,5, для близорукого глаза и меньше, чем 2,5, для дальнозоркого.

2) меньше, чем 2,5, для близорукого глаза и больше, чем 2,5, для дальнозоркого.

3) больше, чем 2,5, для близорукого глаза и равно 2,5 для нормального.

4) меньше, чем 2,5, для дальнозоркого глаза и равно 2,5 для нормального.

 

Задание 2.

Где необходимо поместить предмет, чтобы при рассмотрении его через лупу его мнимое изображение находилось в бесконечности?

1) в фокальной плоскости лупы.

2) между фокусом и двойным фокусом.

3) между фокусом и лупой.

4) за двойным фокусом.

 

Светофор.

 

Первый светофор был установлен 10 декабря 1868 года в Лондоне, возле здания Британского парламента. Его изобретатель – Дж. П. Найт - был специалистом по железнодорожным семафорам. Его детище управлялось вручную и имело два семафорных крыла. Поднятые горизонтально, они означали сигнал «стоп», а опущенные под углом в 45⁰ – движение с осторожностью. В темное время суток использовался вращающийся газовый фонарь, с помощью которого подавались соответственно сигналы красного и зеленого цветов. Светофор использовался для облегчения перехода пешеходов через улицу, а его сигналы предназначались для транспортных средств. В 1910 году система светофоров была автоматизирована. В 1920 году трехцветные светофоры с использованием желтого сигнала были установлены в Детройте и Нью-Йорке. Авторами изобретений были Уильям Поттс и Джон Ф. Харрис. В СССР первый светофор установили 15 января 1930 года в Ленинграде.

 

Задание 1.

 

Светофор дает три сигнала: красный, зеленый, желтый, тогда как внутри него установлены обычные лампы накаливания. Почему и как получаются разноцветные сигналы светофора?

1. стекла поглощают белый свет от лампочек, а затем излучают красный, желтый, зеленый.

2. проходя через стекло частицы света, расщепляются по-разному.

3. свет от лампы проходит светофильтры, которые пропускают свет только соответствующего цвета.

4. разнообразие цветов связано со всевозможными комбинациями основных цветов спектра

5. среди приведенных ответов отсутствуют правильные.

 

Задание 2.

Почему на транспорте сигнал опасности выбран именно красного цвета?

1. красный цвет приятней для восприятия человеческим глазам.

2. красный свет имеет самую маленькую длину волны в видимой части спектра, а потому больше всего рассеиваются в загрязненном воздухе.

3. красный свет имеет самую большую длину волны в видимой части спектра, а потому меньше всего рассеиваются в загрязненном воздухе.

4. среди ответов нет правильного.

 

Задание 3.

 

Свет, какого цвета обладает наименьшим показателем преломления при переходе из воздуха в стекло?

1. красного.

2. желтого.

3. зеленого.

4. у всех одинаковый.

 

Задание 4.

Сетчатка глаза начинает реагировать на желтый свет с длиной волны 600 нм при помощи падающего на нее излучения 1,98 *10^-18 Вт. Сколько фотонов при этом падает на сетчатку каждую секунду?

1. 500 2)3000 3) 6 4) 100 5) 28

 

Задание 5.

Какое изображение получается на сетчатке глаза водителя?

1. действительное, прямое.

2. мнимое, прямое.

3. действительное перевернутое.

4. мнимое, перевернутое.

5. среди ответов нет правильного..

 

Закон Мура

 

Компьютеры прошли впечатляющий путь — от первых шестерёнчатых машин к современным машинам, построенным на интегральных схемах. При этом чем стремительнее росла вычислительная мощность компьютеров, тем быстрее уменьшались в размерах составляющие их элементы.

В 1965 году Гордон Мур — один из основателей фирмы Intel — на основе наблюдений за индустриальным прогрессом в развитии микросхем заметил, что число транзисторов, входящих в одну микросхему, примерно удваивается каждые 2 года, хотя сама микросхема остается примерно одной и той же по своим физическим размерам. Мур предсказал удвоение числа транзисторов на одну микросхему того же размера каждые 18—24 месяца. Предсказание оказалось точным. Закон Мура успешно работает на протяжении более чем 40 лет, и существенных отклонений от него пока не наблюдается.

Современные микросхемы содержат уже сотни миллионов транзисторов. Размер одного транзистора, в том числе и элементарной ячейки микросхемы, несущей 1 бит информации, в современной микросхеме составляет 0,25 микрона, или 250 нанометров. Когда размер одного транзистора в микросхеме достигнет примерно 10 нанометров, то современные технологии производства микросхем придётся менять. Почему? Потому что на этих масштабах начнут проявляться квантовые эффекты. Ну а когда размер одного бита информации уменьшится до 0,1 нанометра — размера атома, то на таких малых расстояниях квантовая механика будет работать не только на уровне отдельных эффектов, но уже и в полной мере. И закон Мура предсказывает достижения этих масштабов в промышленной электронике через 18—20 лет. Таким образом, в погоне за всё большей производительностью компьютеров человечеству рано или поздно придётся иметь дело с квантовой механикой, описывающей физические процессы в микромире.

 

Задание 1. Размер в 0,1нм соответствует размеру

1) электрона

2) атомного ядра

3) атома

4) белковой молекулы

 

Задание 2. Закон Мура является

1) законом развития природы

2) законом развития общества

3) эмпирическим наблюдением

4) математическим методом исследования

 

Задание 3. Можно ли с помощью классической физики объяснить устойчивость ядерной модели атома, полученной экспериментально Резерфордом? Ответ поясните.

 

 

Сейсмические методы исследования

Механические волны, распространяющиеся в Земле от очагов землетрясений или каких-нибудь мощных взрывов, называются сейсмическими волнами.

Для исследования землетрясений и внутреннего строения Земли наибольший интерес вызывают два вида сейсмических волн: продольные (волны сжатия) и поперечные. В отличие от продольных волн, поперечные волны не распространяются внутри жидкостей и газов. Скорость этих волн в одном и том же веществе разная: продольные распространяются быстрее поперечных. Например, на глубине 500 км скорость поперечных сейсмических волн примерно 5 км/с, а скорость продольных волн: 10 км/с.

Распространяясь из очага землетрясения, первыми на сейсмическую станцию приходят продольные волны, а спустя некоторое время - поперечные. Зная скорость распространения сейсмических волн в земной коре и время запаздывания поперечной волны, можно определить расстояние до центра землетрясения. Для более точных измерений используют данные нескольких сейсмических станций. Ежегодно на земном шаре регистрируют сотни тысяч землетрясений.

Сейсмические волны используются для исследования глубоких слоёв Земли. Когда сейсмические волны проходят через среду, плотность и состав которой изменяются, то скорости волн также меняются, что проявляется в преломлении волн. В более плотных слоях Земли скорость волн возрастает; соответственно, возрастает угол преломления. Характер преломления сейсмических волн позволяет исследовать плотность и внутреннее строение Земли. Отсутствие поперечных волн, прошедших через центральную область Земли, позволило английскому сейсмологу Олдгему сделать вывод о существовании жидкого ядра Земли.

Сейсмический метод отражённых волн используется для поиска полезных ископаемых (например, месторождений нефти и газа). Этот метод основан на отражении искусственно созданной сейсмической волны на границе пород с разными плотностями. В скважине, пробуренной в исследуемом районе, взрывают небольшой заряд. Возникающая сейсмическая волна распространяется по всем направлениям. Достигнув границ исследуемой породы, волна отражается и возвращается обратно к земной поверхности, где её «ловит» специальный прибор (сейсмоприемник).На рисунке схематически изображено распространение сейсмической волны от очага землетрясения. Какой из слоёв (А или Б) имеет большую плотность? Ответ обоснуйте.

Образец возможного ответа

1. Плотность слоя Б больше.

2. Согласно рисунку на границе областей А и Б сейсмическая волна преломляется таким образом, что угол преломления больше угла падения. Следовательно, скорость распространения волны и плотность вещества в области Б больше.

С античных времен считалось всё связанное с небом божественным, а потому — идеальным. Согласно одной из древнейших систем строения мира, разработанной александрийским астрономом Клавдием Птолемеем, в центре мироздания находится Земля, а вокруг нее по идеальным кривым — окружностям — движутся Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн. Остальные планеты во времена Птолемея еще не были открыты. Однако в 17 веке выяснилось, что на самом деле орбиты планет отличаются от окружностей. Это важное открытие совершил немецкий астроном Иоганн Кеплер.

Свои выводы об орбитах планет он сделал, основываясь на результатах многолетних астрономических наблюдений датского астронома Тихо Браге за планетой Марс. Также наблюдались расхождения между вычисленными заранее и наблюдаемыми реальными положениями остальных планет. Чтобы объяснить эти несоответствия, Кеплер предложил считать, что орбитой каждой планеты является эллипс, в одном из фокусов которого находится Солнце (см. рис.). Это утверждение получило название 1-го закона Кеплера.

 

Степень отличия эллипса от окружности (его вытянутость) показывает величина, называемая эксцентриситетом е. При е = 0 эллипс превращается в окружность. Орбиты Венеры и Земли близки к окружностям: их эксцентриситеты 0,0068 и 0,0167 соответственно, орбиты других планет более вытянуты. Другие два закона Кеплера описывают скорости движения планет по орбитам и периоды их обращения вокруг Солнца.

Законы Кеплера изучил Ньютон и не только подтвердил их правильность, но и доказал, что они являются следствием закона всемирного тяготения. Более того, их можно применить не только для движения планет вокруг Солнца, но и для движения спутников планет и даже искусственных небесных тел. В формулировке Ньютона 1-ый закон Кеплера звучит так: под действием силы тяготения одно небесное тело по отношению к другому может двигаться по окружности, эллипсу, параболе и гиперболе.

При различных начальных скоростях, направленных перпендикулярно земному радиусу, получаются различные формы орбит искусственных небесных тел: круговая при скорости 7,9 км/с, эллиптическая в диапазоне скоростей от 10 км/с до 11,1 км/с, параболическая в диапазоне от 11,1 км/с до 12 км/с и свыше 12 км/с — гиперболическая.

XX век, ставший эпохой космонавтики, блестяще подтвердил и эмпирические законы Кеплера и теоретические выводы Ньютона, так как траектории движения искусственных спутников Земли, полетов к Луне, планетам Солнечной системы рассчитываются на основе этих законов.

 

Задание1. Какая кривая является траекторией движения Венеры вокруг Солнца?

1) парабола 2) гипербола 3) эллипс 4) окружность

 

Задание2. Какой будет орбита искусственного космического зонда, которому сообщили начальную скорость 11,6 км/с относительно Земли за пределами атмосферы перпендикулярно земному радиусу?

1)параболическая 2)круговая

3)эллиптическая 4)гиперболическая

 

Задание 3. Какую скорость должен развить космический корабль, чтобы отправиться за пределы Солнечной системы к звездам?

1) 10км/с 2) 15км/с 3) 8км/с 4) 11,8км/с