9.3. Задача

Дифракційна решітка має 300 штрихів на міліметр. На решітку падає монохроматичне світло з довжиною хвилі 600 нм. Максимум якого найбільшого порядку можна спостерігати за допомогою цієї решітки?

Дано: - умова інтерфераційного

,

-? ,

10.1. Електричне поле в діелектриках. Поляризація діелектриків. Діелектрична проникність та сприйнятливість. Енергія зарядженого провідника та конденсатора.

Діелектрики — це матеріали, в яких заряди не можуть пересуватися з однієї частини тіла в іншу (зв'язані заряди). Зв'язаними зарядами є заряди що входять в склад атомів або молекул діелектрика, заряди іонів, в кристалах з іонною ґраткою.

На практиці абсолютних діелектриків немає.

Діелектрик або ізолятор складається з нейтральних атомів або молекул. Електрони і ядра в нейтральному атомі зв’язані між собою і не можуть переміщатися під дією поля по всьому об’єму тіла, як вільні заряди провідника. Всередині діелектрика може існувати електричне поле.

Розглянемо атом водню. Додатній заряд зосереджений в центрі атома. Електрон рухається навколо ядра з великою швидкістю: один оберт за 10 –15 с. Це дає підставу вважати, що центр розподілу від’ємного заряду припадає на середину атома, тобто збігається з додатно зарядженим ядром.

Тепер розглянемо молекулу кухонної солі NaCl. Атом Na має один валентний електрон, слабо зв’язаний з атомом, а Cl – сім валентних електронів. Під час утворення молекули Cl захоплює валентний електрон Na. Обидва нейтральні атоми перетворились на систему з двох іонів протилежних знаків.

Центр розподілу додатного заряду припадає на іон натрію, а від’ємного на іон хлору, тобто утворюється електричний диполь (твердий).

Електричним диполем наз. нейтральну в цілому систему двох однакових за модулем і протилежних за знаком точкових зарядів, що перебувають на деякій відстані один від одного.

Отже, діелектрики можна поділити на такі види:

Неполярні – що складаються з атомів або молекул, у яких центри розподілу додатних і від’ємних зарядів збігаються (інертні гази, кисень, водень).

Полярні – що складаються з молекул, у яких центри розподілу додатних і від’ємних зарядів не збігаються (спирт, вода, сіль,…).

Поляризацією діелектрика називають зміщення додатних і від’ємних зв’язаних зарядів діелектрика в протилежні боки під дією електричного поля.

В полярному діелектрику тепловий рух зумовлює хаотичну орієнтацію електричних диполів. На поверхні і в об’ємі діелектрика електричний заряд рівний нулю. І напруженість електричного поля рівна нулю.

Помістимо діелектрик в однорідне електричне поле (між двома металевими пластинами). З боку електричного поля на диполь буде діяти сила, яка прагне розвернути диполь вздовж силових ліній поля.

Біля додатної пластини на поверхні діелектрика виникають від’ємні заряди диполів, а біля від’ємної – додатні. Тому на поверхні діелектрика виникає зв’язаний заряд. В об’ємі зв’язаний заряд рівний нулю.

В неполярному діелектрику під дією поля молекули деформуються і їх можна розглядати як пружні електричні диполі.

Отже, діелектрик, вміщений в електричне поле, поляризується.

Електричне поле поляризаційних зарядів завжди спрямоване назустріч зовнішньому полю, тому зовнішнє поле всередині діелектрика послаблюється (але не компенсується повністю, як у провідниках), а поблизу діелектрика поле спотворюється.

Для характеристики електричних властивостей діелектрика вводять фізичну величину – діелектричну проникливість та сприйнятливість.

Діелектрична проникливість середовища – це фізична величина, що показує, у скільки разів модуль напруженості електричного поля Е всередині діелектрика менший за модуль напруженості поля Е0 у вакуумі:

Діелектрична сприйнятливість — фізична величина, що характеризує властивість речовини поляризуватись, тобто змінювати свою поляризація P під дією електричного поля.

Енергія зарядженого конденсатора визначається за формулою:

10.2.Урок на тему: «Електрична ємність. Конденсатор.»

Викладання матеріалу.

1. Поняття електроємності. Під час введення поняття електроємності можна поставити ряд дослідів, на яких треба показати неоднакову зміну потенціалів двох ізольованих провідників різного розміру в разі надання їм різних зарядів продемонструвати далі, що для отримання рівних потенціалів цим провідникам потрібні неоднакові заряди.

Дослід 1.

За допомогою пробної кульки з електрофорної машини переносять на кожну з куль рівнц кількість електрики. За показанням електрометрів роблять висновок, що потенціал малої кулі з кожною порцією перенесеного заряду збільшується швидше й досяг більшої величини, ніж у великої, це відбувається подібно до того, як рівень рідини у вузький циліндровій посудині підвищується швидше, ніж у широкий, у разі наливання в них однакової кількості рідини.

Дослід 2.

Заряджені кулі з’єднують провідником, із показів електрометрів видно, що потенціали куль стали однаковими.

Проведені досліди показують, що у кожного провідника потенціал змінюється пропорційно заряду, а відношення заряду до потенціалу для даного провідника, величина стала залежно від його розмірів і форми, й називається електроємністю провідника . Проведемо аналогію з рідиною .

Отже, електроємністю відокремленого провідника називають величину, яка дорівнює відношенню заряду, наданого провіднику до його потенціалу.

2. Одиниці електроємності. В СІ є , 1 фарад це – ємність провідника, у якого зміна заряду на 1Кл викликає зміну потенціалу на 1В.

3. Конденсатори. Приєднаємо до одного з електродів металевий диск, заряджений так само, як і в1 досліді, й ще раз спотерігають, що із збільшенням заряду на дисках пропорційно збільшується також його потенціал. Далі беруть другий диск, заземляють його та розташовують паралельно першому, з меншою відстанню між дисками. При цьому стрілка електрометра, показує зменшення потенціалу.

Цей дослід показує, що електроємність залежить не тільки від розмірів і форми, збільшується в разі наближення іншого провідника, а також у разі збільшення діелектричної проникності середовища.

Пристрої, здатні за малих розмірів і невеликих відносно навколишніх тіл потенціалів нагромаджувати великі заряди, іншими словами, мати велику електроємність, називають кондесаторами.

Під електричною ємністю конденсатора розуміють фізичну величину, яка дорівнює відношенню заряду, накопиченому на конденсаторі, до різниці потенціалів на його обкладинах . Електроємність характеризує здатність провідників накопичувати електричний заряд.

10.3. Визначити середню квадратичну швидкість молекул азоту, якщо відомо, що при тиску концетрація молекул .

Дано:

, , , ,

, , , - відносна атомна маса,

, , .

Відповідь: .

11.1.Закони збереження у фізиці.

Закони збереження в фізиці -- це група законів, які стверджують, що значення певних фізичних величин не змінюється в замкненій системі з її еволюцією. Далі наводиться частковий перелік законів збереження, але не є доказаним на сьогодні фактом, що він є повний або повністю коректний (наприклад, в загальній теорії відносності, імпульс та момент імпульсу не зберігаються через те, що викривлений просторово-часовий многовид не задовольняє певним топологічним умовам):

1. закон збереження енергії

2. закон збереження маси (тільки в нерелятивістських теоріях)

3. закон збереження імпульсу

4. закон збереження моменту імпульсу

5. закон збереження електричного заряду

6. закон збереження кольорового заряду.

Закон збереження енергії - закон, який стверджує, що повна енергія в ізольованих системах не змінюється з часом. Проте енергія може перетворюватися з одного виду в інший. У термодинаміці закон збереження енергії відомий також під назвою першого закону термодинаміки. Закон збереження енергії є, мабуть, найважливішим із законів збереження, які застосовуються в фізиці.

Закон збереження маси стверджує, що у замкненій системі сумарна маса всіх речовин зберігається, незважаючи на будь-які внутрішні процеси. Цей закон працює лише у класичній фізиці, коли релетивістські ефекти невеликі.

Цей закон також відомий під назвою закону Ломоносова-Лавуаз'є. Вважається, що одним з перших його висловив Михайло Ломоносов у 1748 році.

Закон збереження маси справедливий для будь-яких хімічних перетворень у замкненій системі, але при ядерних перетвореннях він набирає специфічних рис.

Метематично закон збереження маси виражається рівнянням неперервності.

У релятивістській фізиці маса частинки невідривно зв'язана з її енергією спокою співвідношенням Енштейна . Для інваріантної маси закону збереження не існує.

Закон збереження імпульсу - один із фундаментальних законів фізики, який стверджує, що у замкненій системі сумарний імпульс усіх тіл зберігається.

Якщо на систему тіл зовнішні сили не діють або вони врівноважені, то така система називається замкнутою, для неї виконується закон збереження імпульсу: повний імпульс замкнутої системи тіл залишається незмінним за будь-яких взаємодій тіл цієї системи між собою:

Закон збереження моменту імпульсу стверджує, що момент кількості руху у замкненій системі зберігається під час еволюції цієї системи з часом.

Закон збереження електричного заряду — один із фундаментальних законів фізики. Він полягає в тому, що повний заряд (алгебраїчна сума зарядів) ізольованої замкнутої фізичної системи тіл залишається незмінним при будь-яких процесах, які відбуваються всередині цієї системи.

Для неізольованих систем закон збереження заряду набирає вигляду рівняння неперервності: ,

де - густина заряду, - густина струму.

11.2.Вивчення законів збереження імпульсу та енергії в школі.

1. Розглянемо питання про введення закону збереження імпульсу в школі.

Місце теми в програмі: тема вивчається в 10 кл.

Вимоги до знань учнів: знають: поняття імпульс тіла, закон збереження імпульсу, здатні пояснити реактивний рух, вміють записувати рівняння закону під час пружного зіткнення тіл, володіють експериментальними способами дослідження пружного удару, здатні розв’язувати фізичні задачі на застосування збереження імпульсу.

Виклад теми. На початку викладу нового матеріалу слід нагадати учням, що єдиний результат дії сили – надання тілу прискорення – відбувається не миттєво, а лише за певний інтервал часу, протягом якого на тіло діє сила.

Доцільно провести досліди (демонстрації) з взаємодією тіл (взаємодія двох куль, двох візків). Зробити висновки з дослідів (виділити суттєві властивості). На основі висновків з дослідів сформулювати закон збереження імпульсу.

Закон збереження імпульсу: векторна сума імпульсів тіл, що складають замкнену систему, залишається сталою за будь-яких взаємодій тіл одне з одним:

Закріплення отриманих знань доцільно провести розв’язуючи задачі.

Наприклад,

Задача. Сталева кулька рухається зі швидкістю 2 м/с, а алюміньова кулька такого самого радіуса – зі швидкістю 6 м/с. Яка зкуль має більший імпульс.

Місце теми в програмі: тема вивчається в 10 кл.

Вимоги до знань учнів: знають: поняття імпульс тіла, закон збереження механічної енергії, вміють записувати рівняння закону під час пружного зіткнення тіл, володіють експериментальними способами дослідження пружного удару, здатні розв’язувати фізичні задачі на застосування збереження енергії.

Виклад теми. Перед вивченням теми потрібно провести актуалізацію опорних знань учнів: поняття кінетичної і потенціальної енергій, залежність енергій від взаємодії тіл, про взаємозалежність між кінетичною і потенціальною енергією. Вводити закон збереження механічної енергії шляхом демонстрації дослідів на прикладі вільного падіння. На прикладі маятника також можна показати перетворення потенціальної енергії в кінетичну і навпаки. Далі можна розібрати з учнями таке питання: чи справджується це твердження в разі пружної деформації.

Розглянувши рух бруска, прикріпленого до пружини, дістанемо, що й для системи, у якій діють сили пружності, повна механічна енергія зберігається незмінною, тобто

На підставі розглядуваних прикладів формулюємо закон збереження енергії:

Сума кінетичної і потенціальної енергії є величина стала.

Закріплення отриманих знань доцільно провести розв’язуючи задачі.

11.3. Гелій при сталому тиску розширяється від об’єму до об’єму . Визначити роботу розширення газу і приріст його внутрішньої енергії.

Дано:

, , ,

Відповідь: , .