Распространенным прибором для регистрации заряженных частиц является газоразрядный счетчик Гейгера-Мюллера. Газоразрядный счетчик представляет собой металлический цилиндр, по оси которого натянута тонкая проволока, изолированная от цилиндра. Цилиндр заполняется специальной смесью газов (например, аргон + пары спирта), давление которых 1000-1500 ммрт.ст. Счетчик включается в цепь: цилиндр соединяется с отрицательным полюсом источника тока, а нить с положительным; на них подается напряжение порядка 1000 В.
Попадание в счетчик быстрой заряженной частицы вызывает ионизацию газа. При этом образуется свободный электрон. Он движется к положительно заряженной нити, и в области сильного поля вблизи нити ионизирует атомы газа. Продукты ионизации – электроны – ускоряются полем и в свою очередь ионизируют газ, образуя новые свободные электроны, которые участвуют в дальнейшей ионизации атомов газа.
Число ионизированных атомов лавинообразно возрастает – в газе счетчика вспыхивает электрический разряд. При этом по цепи счетчика проходит кратковременный импульс электрического тока. Отрицательно заряженные электроны собираются вблизи нити, а более массивные положительно заряженные ионы медленно движутся к стенкам цилиндра. Электроны уменьшают положительный заряд нити, а положительные ионы – отрицательный заряд цилиндра, соответственно, электрическое поле внутри цилиндра ослабевает. Через промежуток времени порядка микросекунды поле ослабляется настолько, что электроны не будут иметь скорости, необходимой для ионизации. Ионизация прекращается, и разряд обрывается.
За счет притока зарядов из источника тока счетчик снова будет готов к работе через 100-2000 мкс после вспышки. Таким образом, в счетчике возникают кратковременные разряды, которые могут быть подсчитаны специальным устройством. По их числу можно оценить число частиц, попадающих в счетчик.
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.
Дата: 2019-12-09, просмотров: 481.
