Лабораторная работа

Билет № 20

1. Явление электромагнитной индукции. Индукционный ток. Опыты Фарадея. Переменный ток.

2. Экспериментальное определение относительной влажности воздуха.

3. Комплексная задача на применение законов сохранения энергии и импульса.

Ответ

Явление электромагнитной индукции было открыто выдающимся английским физиком М. Фарадеем в 1831 г. Явление возникновения тока в замкнутом проводнике при изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника, называют электромагнитной индукцией.

Ток, возникающий в замкнутом проводнике, называется индукционным током.

При перемещении магнита вдоль оси катушки наблюдают отклонение стрелки прибора. Это говорит о том, что в витках катушки есть электрический ток. Но как только магнит останавливается, ток исчезает. При движении магнита в обратном направлении стрелка прибора отклоняется в другую сторону.

Опыты Фарадея дали основание для утверждения, что причиной возникновения ин- дукционного тока является изменение магнитного поля, которое пронизывает витки катушки.

Электрический ток, периодически меняющийся со временем по модулю и направлению, называется переменным током.

Лабораторная работа

Цель работы: определить относительную влажность воздуха.

Оборудование: термометр, стакан с водой комнатной температуры, таблица психрометрическая.

Для предсказания погоды, атмосферных явлений необходимо следить за изменением температуры, давления и влажности воздуха. Температуру измеряют термометром жидкостным. Для снятия показаний термометра нужно установить глаз на уровне столбика жидкости в капилляре прибора.

Атмосферное давление измеряют барометром-аневроидом в мм рт, ст. (внутренняя шкала) или в гПа (внешняя шкала).

Величина, характеризующая влажность воздуха, называется относительной влажностью. Ее измеряют с помощью гигрометра или психрометра.

Указания к работе

1. Измерьте термометром температуру воздуха в помещении и воды и стакане и убедитесь в их равенстве.

2. Оберните резервуар термометра кусочком увлажненной ваты или марли и держите некоторое время «влажный» термометр в воздухе. Как только понижение температуры прекратится, запишите показание термометра.

3. Определите разность температур «сухого» и «влажного» термометров и с помощью психрометрической таблицы определите относительную влажность воздуха в помещении.

Билет № 21

1. Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Плоское зеркало. Явление преломления света.

2. Экспериментальное определение ускорения бруска при его соскальзывании с наклонной плоскости.

3. Задача на работу электрического тока.

Ответ

Закон прямолинейного распространения света : в однородной прозрачной среде свет распространяется прямолинейно. Доказательством этого закона является образование тени и полутени. Луч – часть прямой, указывающей направление распространения света. 

При малых размерах источника (источник, находится на расстоянии, по сравнению с которым размерами источника можно пренебречь) получается только тень (область пространства, в которую свет не попадает). При больших размерах источника света (или, если источник находится близко к предмету) создаются нерезкие тени (тень и полутень). В астрономии – объяснение затмений.

Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (плоскость падения). Угол отражения равен углу падения α.

Зеркало, поверхность которого представляет собой плоскость, называется плоским

зеркалом.

Изображение в плоском зеркале называется мнимым, потому что оно получается в результате пересечения не реальных лучей света, а их воображаемых продолжений. Если бы это изображение получалось путем переечения самих лучей света, то оно называлось бы действительным.

Преломление света — явление, при котором луч света, переходя из одной среды в другую, изменяет направление на границе этих сред.

Преломление света происходит по следующему закону: Падающий и преломленный лучи и перпендикуляр, проведенный к границе раздела двух сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред: , где α — угол падения, β — угол преломления, n — постоянная величина, не зависящая от угла падения.

При изменении угла падения изменяется и угол преломления. Чем больше угол падения, тем больше угол преломления. Если свет идет из среды оптически менее плотной в более плотную среду, то угол преломления всегда меньше угла падения: β < α. Луч света, направленный перпендикулярно к границе раздела двух сред, проходит из одной среды в другую без преломления.

Билет № 22

1. Линза. Фокусное расстояние линзы. Построение изображения в собирающей линзе. Формула линзы. Глаз как оптическая система.

2. Экспериментальное определение КПД наклонной плоскости.

3. Задача на расчет работы или мощности электрического тока.

Ответ

Линзой называется прозрачное тело, ограниченное с двух сторон сферическими поверхностями. Линзы бывают двух видов: выпуклые и вогнутые. Линза, у которой края тоньше, чем середина, является выпуклой. Линза, у которой края толще, чем середина, является вогнутой.

Прямая, проходящая через центры Сг и С2 сферических поверхностей, ограничивающих линзу, называется главной оптической осью. Точку О, лежащую на оптической оси в центре линзы, называют оптическим центром линзы. Пучок света, параллельный главной оптической оси после прохождения через линзу, собирается в одной точке F, названной главным фокусом линзы. Расстояние OF от центра линзы до главного фокуса называется фокусным расстоянием. Каждая линза характеризуется оптической силой— это величина, обратная ее фокусному расстоянию: D — 1 /F.

Построение. Для построения изображения точки достаточно промести два луча, ход которых после преломления известен. Первый луч, параллельный главной оптической оси, после преломления пройдет через фокус линзы. Второй луч, проходящий через оптический центр линзы, не меняет своего направления после прохождения через линзу.

Глаз имеет сложное строение: снаружи он покрыт склерой (1), которая в передней части переходит в прозрачную роговицу (2). За роговицей расположена радужная оболочка 3, в центре которой имеется отверстие — зрачок, позади которого располагается хрусталик(4) Кривизна хрусталика может изменяться, что приводит к изменению фокусного расстояния глаза. За хрусталиком — прозрачное стекловидное тело.

С помощью оптической системы глаза (роговица, хрусталик — стекловидное тело) на сетчатке (5 )глаза образуется действительное, уменьшенное, перевернутое изображение находящихся перед глазом предметов. Раздражение сетчатой оболочки по зрительному нерву передается в мозг. В результате коррекции мозгом мы воспринимаем изображение прямым.

Оптическая система глаза обеспечивает отчетливое изображение удаленных и близко расположенных предметов на сетчатке глаза. Это обеспечивается изменением кривизны хрусталика и соответственно фокусного расстояния. Таким образом, изображение предмета всегда оказывается на сетчатке.

Лабораторная работа.

Билет № 23

1. Радиоактивность. Альфа-, бета- и гамма-излучения.

2. Экспериментальное определение плотности твердого тела неправильной формы.

3. Задача на применение закона Джоуля–Ленца.

Ответ

О дним из первых доказательств сложного строения атома стало открытие А.Беккереля в 1896 году, когда он изучал явления фосфоресценции – свечение, появляющееся после облучения солнечными лучами; и обнаружил, что почернение пластинки, на которой лежала соль урана, происходит и без освещения солнечным светом. То есть уран узлучал какие-то неведомые лучи.

Билет № 24

1. Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома. Состав атомного ядра. Ядерные реакции.

2. Экспериментальное исследование зависимости силы трения скольжения от веса бруска.

3. Задача на увеличение, даваемое линзой.

Ответ

Первая попытка создания модели атома на основе накопленных экспериментальных данных (1903 г.) принадлежит Дж. Томсону( он считал, что  положительный заряд атома равномерно распределен по всему объему шара, а отрицательно заряженные электроны находятся внутри него). Через несколько лет в опытах великого английского физика Э. Резерфорда было доказано, что модель Томсона неверна.

От радиоактивного источника, заключенного в свинцовый контейнер, α-частицы направлялись на тонкую металлическую фольгу. Рассеянные частицы попадали на экран, покрытый слоем кристаллов сульфида цинка, способных светиться под ударами быстрых заряженных частиц. Сцинтилляции (вспышки) на экране наблюдались глазом с помощью микроскопа. Наблюдения рассеянных α-частиц в опыте Резерфорда можно было проводить под различными углами φ к первоначальному направлению пучка. Было обнаружено, что большинство α-частиц проходит через тонкий слой металла, практически не испытывая отклонения. Однако небольшая часть частиц отклоняется на значительные углы, превышающие 30°. Очень редкие α-частицы (приблизительно одна на десять тысяч) испытывали отклонение на углы, близкие к 180°.

Этот результат был совершенно неожиданным даже для Резерфорда. Его представления находились в резком противоречии с моделью атома Томсона, согласно которой положительный заряд распределен по всему объему атома. При таком распределении положительный заряд не может создать сильное электрическое поле, способное отбросить α-частицы назад. Электрическое поле однородного заряженного шара максимально на его поверхности и убывает до нуля по мере приближения к центру шара. Если бы радиус шара, в котором сосредоточен весь положительный заряд атома, уменьшился в n раз, то максимальная сила отталкивания, действующая на α-частицу, по закону Кулона возросла бы в n² раз. Следовательно, при достаточно большом значении n α-частицы могли бы испытать рассеяние на большие углы вплоть до 180°. Эти соображения привели Резерфорда к выводу, что атом почти пустой, и весь его положительный заряд сосредоточен в малом объеме. Эту часть атома Резерфорд назвал атомным ядром. Так возникла ядерная модель атома. Линейный размер ядра по крайней мере в 10 000 раз меньше размера атома.

После отрытия нейтрона учеными была предложена модель ядра, состоящая из протонов Z и нейтронов N, которые называют нуклонами. Число нуклонов в ядре называют массовым числом: A=Z+N. Число протонов в ядре называют зарядовым числом и обозначают буквой Z. Для каждого химического элемента зарядовое число равно порядковому номеру элемента в таблице Менделеева. Число протонов равно числу электронов. Массовое число А численно равно массе ядра, выраженной в атомных единицах массы и округленной до целого числа.

Ядра одного и того же химического элемента могут отличаться числом нейтронов. Такие ядра называются изотопами. У большинства химических элементов имеется несколько изотопов. Например, у водорода их три:  – обычный водород, дейтерий и тритий. У углерода – 6 изотопов, у кислорода – 3.

Ядерная реакция – это превращение исходного атомного ядра при взаимодействии с ядром другого элемента или элементраной частицей в другое ядро. В результате ядерных реакций могут образовываться новые радиоактивные изотопы, которых нет на Земле в естественных условиях.

Первая ядерная реакция была осуществлена Э. Резерфордом в 1919 году. Это было расщепление ядра азота быстрой a( альфа) частицей:

Для всех ядреных реакций обязательно выполнение зарядового и массового чисел. Для осуществления ядерных реакций чаще всего используют ускорители элементарных частиц.

Лабораторная работа

Билет № 25

1. Криволинейное движение. Скорость и ускорение при криволинейном движении. Равномерное движение по окружности. Центростремительное ускорение.

2. Экспериментальное исследование взаимодействия постоянных магнитов, получение спектров магнитных полей постоянных магнитов разной формы.

3. Задача на расчет давления твердого тела.

Ответ

Криволинейное движение-движение точки по траектории, не представляющей собою прямую, с произвольным ускорение и произвольной скоростью в любой момент времени. Скорость и ускорение тела также постоянно изменяются по направлению, а в общем случае и по модулю. Криволиейное движение- это движение всегда с ускорением, даже если по модулю скорость постоянна.

Модуль скорости криволинейного движения определется как отношение пути, пройденного точкой вдоль траектрории за достаточно малый промежуток времени к этму промежутку времени.

Чтобы приписать скорости направление движения, нужно ввеси понятие мгновенного направления скорости, и для этого нужно рассматривать криволинейное движение за малые промежутки времени. Чем меньшие промежутки времени мы будем выбирать, тем меньше будет отличаться соответственный малый участок траектрории от прямолинейного отрезка, например, от своей хорды. За достаточно малый промежуток времени данное движение будет неотличимо от прямолинейного. Кроме того, для малого участка пути хорда будет практически неотличима от касательной, проведенной в любой точке этого участка траектории. Поэтому мгновенным направлением скорости считают направление касательной к той точке траектории, где в данный момент находится движущееся тело.

При криволинейном движении скорости непрерывно меняется, так что это движение происходит с ускорением. Пусть, например, точка, двигаясь криволинейно, имела в некоторый момент скорость V1, а через малый промежуток времени V2. Приращение скорости есть разность между векторами V2 и V1. Так как эти векторы имеют различное направление, то нужно зять их векторную разность. Приращение скорости выразится вектором ▵V. Ускорением а называется отношение приращения скорости к промежутку времени t, за которое это приращени произошло. Значит, ускорение (по направлению а совпадает с вектором ▵V)

Равномерное движение точки по криволинейной траектории. Чтобы найти ускорение, достаточно рассмотреть ускорение для частного случая равномерного движения по окружности. Возьмем два близких положения А и В движущейся точки, разделенных малым промежутком времени t(а). Скорости в движущейся точке А и В равны по модулю и противоположны по направлению. Найдем разность этих скоростй, пользуясь правилом треугольника(б). Треугольники ОАВ и О´ А´ В´ подобны, как равнобедренные треугольники с равными углами при вершине. Длину стороны А´В´, изображающей приращение скорости за промежуток времени t, можно положить равной at, где а – модуль искомого ускорения. Сходственная ей сторона АВ есть хорда дуги АВ, вследствии малости дуг, длина ее хорды может быть приближенно принята равной длине дуги, те Vt. Далее, O´A´=O´B´=v; OA=OB=R, где R- радиус окружности. Из подобия треугольников следует, что отношения сходственных сторон в них равны , откуда находим модуль искомого ускорения

Направление ускорения направлено к центру окружности по радиусу, поэтому это ускорение называется центростремительным.