Вказівки щодо розв'язування задач

1. При оформленні розв'язаної задачі вказувати основні закони та формули, на яких базується розв'язок та давати письмове обґрунтування цих законів. Потрібно пояснювати буквені позначення у формулах. Якщо при розв'язку задачі використовуєть-ся формула, яка отримана для окремого випадку, що не виражає будь-який нефізичний закон або не є визначенням будь-якої фізичної величини, то її необхідно отримати.

2. Дати рисунок, який пояснює зміст задачі (у тих випадках, коли це можливо). Виконати його треба ретельно (за допомогою олівця, лінійки, циркуля).

3. Супроводжувати розв'язок задач короткими, але вичерпними поясненнями.

4. Всі початкові значення величин в умові задачі потрібно перевести у одиниці системи СІ. Наприклад, потрібно переводити км/год - у м/с, градуси - у радіани, градуси ⁰С - у градуси Кельвіна (К).

5. Отримати розв'язок задачі у загальному вигляді, тобто виразити величину, яку потрыбно знайти, у буквених позначеннях величин, що задані в умові задачі. При такому способі розв'язку не проводяться обчислення проміжних величин.

6. Підставити у праву частину отриманої робочої формули замість символів величин позначення одиниць вимірювань, провести з ними відповідні дії і переконатись у тому, що результат відповідає тій, яку знаходимо.

7. Підставляти у робочу формулу числові значення величин потрібно, тільки якщо вони виражені у системі СІ. Недотримання цього правила приводить до невірного результату.

8. При підстановці у робочу формулу, а також при запису відповіді, числові значення величин потрібно записувати у вигляді добутку десяткового дробу з однією значущою цифрою перед комою на відповідну ступінь десяти. Наприклад, радіус Землі 6400 км потрібно записати у вигляді 6,410⁶ м, а замість 0,00123 потрібно записати 1,2310^-3 і таке інше.

9. Оцінити, де це можливо, правдоподібність чисельної відповіді. У ряді випадків така оцінка допоможе знайти хибність отриманого результату. Наприклад, коефіцієнт корисної дії теплової машини не може бути більшим за одиницю, електричний заряд не може бути меншим за елементарний заряд, швидкість тіла не може бути більшою за швидкість світла у вакуумі і таке інше.

Вимоги до оформлення контрольних робіт

1. Семестрові контрольні роботи виконуються чорними або синіми чорнилами чи кульковою ручкою в звичайному шкільному зошиті, на обкладинці якого наводяться відомості студента про себе. Умови задач у контрольній роботі переписуються повністю, без скорочень. Для зауважень та приміток викладача на сторінках зошита потрібно залишаюти поля.

2. У кінці контрольної роботи вказується, яким підручником чи посібником студент користувався при вивченні фізики та розв'язку задач. Це робиться для того, щоб викладач у випадку необхідності міг вказати, що потрібно студенту вивчити (з цих матеріалів) для закінчення контрольної роботи. У контрольній роботі студент повинен розв'язати задачі того варіанту, номер якого збігається із його шифром. Контрольна робота виконана не за своїм варіантом не перевіряється.

3. Якщо контрольна робота при рецензуванні не зарахована, то студент повинен подати її на повторну рецензію, у яку потрібно включити ті задачі, розв'язки яких були невірними. Повторна робота подається разом із незарахованою. Зарахована контрольна робота подається викладачу на іспит або залік. Студент повинен вміти дати пояснення по суті розв'язку задач, які входять у контрольну роботу.

модуль № 5 “ОПТИКА”

Оптика – розділ фізики, в якому вивчаються закономірності випромінювання, поширення і взаємодії із речовиною світла. За традицією оптику прийнято підрозділяти на геометричну і фізичну. Геометрична оптика не розглядає природу світла. Її основними законами є прямолінійне поширення світла, його відбивання і заломлення на межах розділу прозорих середовищ. Фізична оптика вивчає проблеми, пов'язані із природою світла і світлових явищ. Згідно сучасним уявленням, світло має подвійну корпускулярно-хвильову природу (володіє курпускулярно-хвильовим дуалізмом): з одного боку, йому властиві хвильові властивості (явища інтерференції, дифракції, поляризації), а з іншого – світло є потоком частинок – фотонів, які мають нульову масу спокою і рухаються зі швидкістю, рівною швидкості світла у вакуумі. Корпускулярно-хвильовий дуалізм є проявом найзагальнішого взаємозв'язку двох основних форм існування матерії – речовини і поля.

Оскільки природа світла подвійна, для пояснення світлових явищ у оптиці використовуються дві теорії. З одного боку, світло є електромагнітною хвилею – описується хвильовою оптикою, а з іншого – це потік корпускул (частинок) – фотонів, і описується корпускулярною (квантовою) оптикою. Із часом погляди на природу світла змінювались, проте обмежитись однією із теорій для опису всіх властивостей світла не вдається.

ОСНОВИ ТЕОРІЇ ІЗ РОЗДІЛУ “ФОТОМЕТРІЯ”

Фотометрія – розділ оптики, що займається вимірюванням інтенсивності світла і його джерел. У фотометрії використовуються енергетичні величини, що характеризують енергетичні параметри оптичного випромінювання безвідносно до його дії на приймачі випромінювання, і світлові величини, що характеризують фізіологічні дії світла і оцінюються по дії на око (виходять із середньої чутливості ока) або інші приймачі випромінювання. Їх назви, позначення, визначення і одиниці вимірювання приведені у відповідних таблицях.

Енергетичні величини

Величина	Позна-чення	Визначення	Формула	Оди-ниця
Потік випроміню-вання	е	Кількість енергії dW, яку переносять світлові хвилі за одиницю часу dt.		Вт
Енергетична світ-ність (випроміню-ваність)	Re	Потік випромінювання de, що випромінюється по верхнею, на одиницю площини перерізу dS, через який він проходить.
Енергетична сила світла (сила випро мінювання)	Ie	Потік випромінювання від джерела світла de, на одиницю тілесного кута d, в межах якого він по-ширюється.
Енергетична яск-равість (промени-стість)	Be	Сила світла dIe елементу поверхні, що випромінює на одиницю площі dS його проекції на площину, перпендикулярну напрямку спостереження.

Світлові величини

Величина	Позна-чення	Визначення	Формула	Оди-ниця
Світловий потік		Потужність оптичного випромінювання по світловому відчуттю, яке ним спричиняється.		лм люмен
Світність	R	Світловий потік d на одиницю площини dS, через яку він проходить.
Освітленість	Е	Світловий потік від джерела світла d, що припадає на одиницю площі dS освітлюваної поверхні.		лк (люкс)

R=E, R=B.

Точкове джерело силою світла I створює на площадці, віддаленій від нього на відстані r освітленість: де  - кут падіння проміння. Якщо світність тіла R обумовлена його освітленістю E, то: де  - коефіцієнт розсіяння (відбивання). Якщо тіло випромінює за законом Ламберта (яскравість не залежить від напрямку), то світність R і яскравість В зв'язані співвідношенням:

ТЕСТОВІ ЗАВДАННЯ ІЗ РОЗДІЛУ “Фотометрія”

1. Світло від електричної лампи силою І=200 кд падає під кутом =45⁰ на робоче місце, освітленість якого Е=141 лк. На якій відстані r від робочого місця знаходиться лампа ?

А) 1,75 м. Б) 1,0 м. В) 1,25 м. Г) 2,0 м Д) 0,75 м.

2. За умов попередньої задачі визначте висоту h, на якій висить освітлювальна лампа над робочим місцем.

А) 0,86 м. Б) 0,48 м. В) 1,12 м. Г) 0,71 м. Д) 0,64 м.

3. Під час весняного та осіннього рівнодення Сонце стоїть на екваторі у зеніті. У скільки разів у цей час освітленість поверхні Землі на екваторі більша за освітленість поверхні Землі у Санкт-Петербурзі, широта якого =60⁰ ? (Сонячні промені вважати паралельними).

А) У 1,33 рази. Б) У 0,86 разів. В) У 1,41 рази. Г) У 2 рази. Д) У 1,73 рази.

4. Над центром круглого столу діаметром d=2 м на висоті h=0,9 м висить лампа, сила світла якої дорівнює I=100 кд. Вважаючи лампу точковим джерелом світла, визначте освітленість Е на краю столу.

А) 37 лк. Б) 118 лк. В) 74 лк. Г) 21 лк. Д) 56 лк.

5. У центрі круглого столу діаметром d=1,2 м знаходиться настільна лампа силою I=150 кд на висоті h=40 см від поверхні столу. Визначте освітленість E на краю столу.

А) 40 лк. Б) 120 лк. В) 200 лк. Г) 80 лк. Д) 160 лк.

6. У центрі круглого столу діаметром d=1,6 м висить люстра із чотирьох електричних ламп силою I=80 кд кожна на висоті h=2 м від поверхні столу. Визначте ос-вітленість Е на краю столу.

А) 8 лк. Б) 64 лк. В) 16 лк. Г) 32 лк. Д) 48 лк.

7. При фотографуванні предмет освітлюється електричною лампою, розташованою на відстані r₁=2 м від нього. У скільки разів потрібно збільшити експозицію t, якщо цю лампу відсунути на відстань r₂=3 м від предмета ?

А) У 1,5 рази. Б) У 2,25 разів. В) У 2 рази. Г) У 1,75 разів. Д) У 2,5 разів.

8. Визначити освітленість поверхні Землі Е, яку здійснюють нормальні до неї сонячні промені, якщо яскравість Сонця В=1,210⁹ кд/м², а коефіцієнт відбивання від земної поверхні =0,3. Радіус Сонця r_c становить 6,9510⁸ м, а середній радіус земної орбіти R₃ дорівнює 1,510¹¹ м.

А) 4,310³ лк. Б) 2,410⁵ лк. В) 8,610⁴ лк. Г) 9,810³ лк. Д) 1,210⁴ лк.

9. Спіраль електричної лампи із силою світла І=100 кд вміщена у матову сферичну колбу діаметром d=5 см. Визначте світність лампи R, якщо утратами світла у оболонці лампи можна знехтувати.

А) 1,610⁵ лк/м². Б) 6,810⁴ лк/м². В) 9,410⁵ лк/м². Г) 3,210³ лк/м². Д) 4,810⁴ лк/м².

10. Визначте яскравість електричної лампи В за умов попередньої задачі.

А) 3,810³ кд/м². Б) 1,410⁴ кд/м². В) 7,210⁵ кд/м². Г) 5,110⁴ кд/м². Д) 8,610⁵ кд/м².

11. У виготовленій із прозорого скла електричній лампі світнім тілом є розжарена кулька діаметром d=3 мм, і сила її світла І становить 85 кд. Визначте яскравість В цієї лампи.

А) 5,710⁵ кд/м². Б) 3,410⁶ кд/м². В) 9,310⁷ кд/м². Г) 7,610⁶ кд/м². Д) 1,210⁷ кд/м².

12. За умов попередньої задачі визначте освітленість поверхні, що лежить на відстані r=5 м при нормальному падінні світла.

А) 5,2 лк. Б) 3,4 лк. В) 13,6 лк. Г) 6,8 лк. Д) 1,7 лк.

13. Сферична електрична лампа виготовлена із матового скла Діаметр її колби становить 6 см, а сила світла I дорівнює 85 кд. Визначте яскравість В цієї лампи.

А) 710³ кд/м². Б) 510⁵ кд/м². В) 310⁴ кд/м². Г) 210³ кд/м². Д) 910⁴ кд/м².

14. На лист білого паперу розміром 2030 см нормально до його поверхні падає світловий потік =120 лм. Визначте освітленість Е цього паперового листа.

А) 810³ лк. Б) 410⁴ лк. В) 310⁵ лк. Г) 210³ лк. Д) 910⁴ лк.

15. Визначте світність R паперового листа за умов попередньої задачі, якщо коефіцієнт його розсіювання =0,75.

А) 9,210⁴ лм/м². Б) 1,510³ лм/м². В) 3,410⁴ лм/м². Г) 8,710³ лм/м². Д) 2,310⁵ лм/м².

16. Визначте яскравість В паперового листа за умов попередньої задачі.

А) 478 кд/м². Б) 119 кд/м². В) 356 кд/м². Г) 524 кд/м². Д) 237 кд/м².

17. Якою мусить бути освітленість Е листа паперу, щоб його яскравість В дорівнювала 10⁴ кд/м², якщо коефіцієнт його розсіювання  становить 0,75.

А) 2,310⁵ лк. Б) 6,810³ лк. В) 1,110⁴ лк. Г) 8,410⁵ лк. Д) 4,210⁴ лк.

18. Лист паперу розміром 1030 см освітлюється світлом від лампи силою I=100 кд, причому на нього падає 0,5% від усього світлового потоку ₀, який посилає ця лампа. Визначте освітленість Е цього листа паперу.

А) 108 лк. Б) 165 лк. В) 210 лк. Г) 54 лк. Д) 246 лк.

19. Електрична лампа посилає у всі боки щохвилини 122 Дж світлової енергії. Визначте коефіцієнт корисної дії  світлової віддачі, якщо лампа споживає потужність P=100 Вт.

А) 4,5%. Б) 1,0%. В) 7,5%. Г) 2,0%. Д) 1,5%.

20. Електрична лампа силою І=100 кд щохвилини випромінює 120 Дж світлової енергії. Визначити механічний еквівалент світла k для даного світлового джерела (k=Р₀/₀ [Вт/лм]).

А) 1,610^-3 Вт/лм. Б) 2,410^-2 Вт/лм. В) 9,110^-3 Вт/лм. Г) 7,210^-4 Вт/лм. Д) 5,610^-2 Вт/лм.