Физика в МГУ (билеты-вопросы-ответы) по лекциям Ремезовой Н.И. и лекторов из МГУ

отверстием, вставленный в металлический цилиндр. Форма и расположение в

пушке выбираются так, чтобы наряду с ускорением электронов происходила их

фокусировка. Выходя из анода, электронный пучок попадает на экран, покрытый

светящимся составом, в результате чего на экране возникает яркая светящаяся

точка. На пути к экрану электронный луч проходит между двумя парами

металлических пластин.

Полупроводники.

Полупроводники- вещества, которые нельзя отнести ни к проводникам, ни к

диэлектрикам.

Собственная и примесная проводимость полупроводников.

Собственный полупроводник- беспримесный и бездефектный полупроводник с

идеальной кристаллической решеткой. Собственная проводимость- проводимость

собственного полупроводника, обусловленная парными носителями теплового

происхождения. Примесная проводимость- проводимость, обусловленная наличием

примесных атомов.

Зависимость проводимости полупроводников от температуры.

При температуре 0 К в собственном полупроводнике нет свободных электронов,

и он является идеальным диэлектриком. По мере нагрева он приобретает

дополнительную энергию, которая вызывает колебательное движение узловых

атомов решетки.

p-n переход и его свойства.

p-n переход- область объемных зарядов, прилегающая к поверхности контакта p

и n слоев.контакт двух полупроводников с разным типом проводимости.

Комбинация двух типов проводниковых слоев обладает свойством пропускать ток

в одном направлении лучше, чем в другом (прямой и обратный ток, прямое и

обратное напряжение).

Полупроводниковый диод.

Полупроводниковый диод- прибор, в котором используется один p-n переход.

Бывает точечным и плоскостным. Диод- представитель нелинейных проводников.

Транзистор.

Транзистор- полупроводниковый прибор, в котором использовано два p-n

перехода. Бывает точечным и плоскостным. Их можно использовать для усиления

электрических сигналов.

Термистор и фоторезистор.

Термистор- полупроводниковый прибор, включающийся в цепь, управляющую

подачей тока, в случаях если недопустимо значительное повышение

температуры. Фоторезистор- полупроводниковый прибор, который под действием

света измеряет свое сопротивление. Причем материалы подобраны так, что под

действием света способны освободить больше электронов.

Электрический ток в газах.

В обычном состоянии газы не проводят электрический ток, так как в газе нет

свободных заряженных частиц. Чтобы газ стал проводящим, в нем создают

заряженные частицы. Заряд ионов газа бывает маленьким, а масса- большая, (

законы Фарадея не выполняются, закон Ома не выполняется при протекании тока

по газу.

Самостоятельный и несамостоятельный разряды.

Если постепенно увеличивать напряжение на электродах, то сила тока вначале

растет до определенного момента, а затем ток остается постоянным. Такой ток

называется током насыщения. На этом участке существует несамостоятельный

разряд (так как при отключении ионизатора ток прекращается). Но начиная с

некоторого напряжения сила тока снова начинает расти, в газе появляются

сильно выраженные световые и тепловые эффекты. Ионы создаются самим

разрядом, который уже будет самостоятельным.

Понятие о плазме.

Плазма- ионизированный газ, который образуется при электрических разрядах в

газах при нагреве газа до температуры, достаточно высокой для протекания

интенсивной термической ионизации. Плазма обладает высокой электрической

проводимостью.

3.3.Магнетим.

Магнитное поле.

Магнитное поле- неразрывно связанная с током материальная среда, через

которую осуществляется взаимодействие на расстоянии проводников с током.

Магнитное поле обладает энергией, которая непрерывно распределена в

пространстве. Магнитное поле создается либо движущимися электрическими

зарядами, либо переменным электрическим полем и действует только на

движущиеся заряды. Магнитные поля токов одинакового направления усиливают

друг друга, а токов противоположного направления ослабляют друг друга.

Действие магнитного поля на рамку с током.

Магнитное поле оказывает ориентирующее действие на рамку с током. В

качестве направления мы выбираем направление нормали рамки с током,

свободно установленной в поле. Направление вектора В определяется правилом

правого винта.

Индукция магнитного поля (магнитная индукция).

Магнитная индукция- вектор, величина его равна отношению силы F ,

приходящейся на единичный элемент тока (силовая характеристика поля в

данной его точке). Она не зависит от вносимого в данную точку поля элемента

тока. B=F/I2(l. 1 Тесла- такая магнитная индукция, которая возникает при

действии на единичный элемент тока силой в 1 Ньютон. Направление магнитной

индукции совпадает по направлению с силой, действующий на проводник.

Линии магнитной индукции.

Линия магнитной индукции- такая линия, касательная в каждой точке к которой

совпадает по направлению с вектором магнитной индукции в данной точке.

Линии магнитной индукции не имеют начала и конца. 1 Тесла- индукция

магнитного поля, которая действует на отрезок проводника длиной 1 м при

силе тока в 1 А силой, равной 1 Н.

Картины магнитного поля прямого тока и соленоида.

Магнитное поле прямого тока существует в каждой точке пространства, оно

уменьшается по мере удаления от проводника. Соленоид- катушка с большим

количеством витков. Магнитное поле соленоида существует только внутри его.

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле.

На проводник с током, находящийся в магнитном поле, действует магнитная

сила F. Направление этой силы можно определить по правилу левой руки. F-

большой палец, I- другие пальцы, B- входит в ладонь. Сила Ампера- сила,

действующая на прямолинейный проводник с током в магнитном поле. Эта сила

прямо пропорциональна длине проводника, величине тока в нем и зависит от

синуса угла между направлениями тока и магнитных силовых линий. F=IBlsin(-

закон Ампера. При этом происходит превращение электрической энергии в

механическую.

Закон Ампера.

F=IBlsin(- закон Ампера. Сила, действующая на прямолинейный проводник,

равна произведению силы тока на проводнике, длине проводника, магнитной

индукции и синуса угла между направлениями отрезка проводника и вектора

магнитной индукции.

Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца.

Магнитная сила действует не на сам проводник, а на движущиеся в нем заряды.

Так как они не могут выйти из проводника, то сила оказывается приложенной к

проводнику. Сила Лоренца всегда перпендикулярна плоскости, проходящей через

векторы индукции поля и скорости заряда. Ее направление для положительного

заряда определяется правилом левой руки. На отрицательный заряд, движущийся

в том же направлении, эта сила действует в обратную сторону. Сила Лоренца

всегда центростремительна.

Магнитные свойства вещества.

Вещества бывают парамагнитными, ферромагнитные и диамагнитные.

Парамагнитные- вещества, магнитная проницаемость которых немного больше,

чем у вакуума. Попадая в магнитное поле, они немного усиливают его у конца

стержня за счет своего магнетизма, и ослабляют его рядом со стержнем.

Ферромагнитные- вещества, магнитная проницаемость которых во много раз

больше, чем у вакуума. Попадая в магнитное поле, они намагничиваются и

значительно усиливают его за счет своего магнетизма у полюсов. Диамагнитные-

вещества, магнитная проницаемость которых меньше, чем у вакуума. Они

ослабляют у концов магнитное поле, в которое попали. Магнитное поле внутри

диамагнитного вещества меньше, чем снаружи.

Гипотеза Ампера.

Элементарный магнит- круговой ток, циркулирующий внутри небольшой частицы

вещества: атома, молекулы или их группы.

Ферромагнетики.

Ферромагнетики- вещества, магнитная проницаемость которых во много раз

больше, чем у вакуума. Их применяют для получения сильного магнитного поля.

Попадая в магнитное поле, они намагничиваются и значительно усиливают его

за счет своего магнетизма у полюсов. В их атомах есть электроны, которые,

двигаясь по орбитам вокруг ядер, совершают вращение вокруг своей оси.

Магнитные поля таких электронов очень сильные и так расположены в

пространстве, что при наложении усиливают друг друга. Внешнее магнитное

поле у полюсов ферромагнетиков велико, так как велико и внутреннее.

3.4.Электромагнитная индукция.

Магнитный поток.

Магнитный поток- величина, характеризующая число силовых линий, проходящих

через некоторую площадь. Ф=BScos(, где (- угол между направлениями вектора

магнитной индукции и нормалью к площадке. Он измеряется в Веберах. 1 Вебер

(вб)- поток, пронизывающий площадку в 1 м2, расположенную перпендикулярно

однородному полю с индукцией в 1 Тесла.

Опыты Фарадея.

Электромагнитная индукция- явление возникновения в замкнутом проводнике

электрического тока, обусловленного изменением магнитного поля. Явление

электромагнитной индукции состоит в появлении ЭДС в контуре при

изменении:1)магнитного потока через площадку, ограниченную контуром;

2)площади замкнутого контура, находящимся в магнитном поле; 3)угла наклона

плоскости контура к нормали.

Явление электромагнитной индукции.

Электромагнитная индукция- явление возникновения в замкнутом проводнике

электрического тока, обусловленного изменением магнитного поля. Создаваемый

при этом источник тока стали называть ЭДС индукции, а возникающий ток-

индукционным. Направление тока можно определить по правилу правой руки: В-

входит в ладонь, ( (направление движения проводника)- большой палец, I-

другие пальцы.

Вихревое электрическое поле.

Любое изменение магнитного поля вызывает появление индукционного

электрического поля в окружающем пространстве. Это поле вихревое, то есть

линии этого поля замкнуты. Направление вихревых токов таково, что

создаваемое ими магнитное поле противодействует движению проводника.

Закон электромагнитной индукции.

Индукционный ток создает собственное магнитное поле. Поле, вызвавшее

появление тока, и поле, появившееся, взаимодействуют между собой.

Правило Ленца.

Правило Ленца: ЭДС индукции вызывает в замкнутом проводнике такой

индукционный ток, который своим магнитным полем противодействует причине,

возбуждающей ЭДС. Величина ЭДС индукции прямо пропорциональна скорости

изменения магнитного потока, проходящего внутри рамки. (ин=-(Ф/(t.

Самоиндукция.

При замыкании цепи: самоиндукция- явление, при котором переменное магнитное

поле, созданное током в какой-либо цепи, возбуждает ЭДС индукции в той же

самой цепи. Ток направлен противоположно первичному току. При размыкании

цепи: запасенная в магнитном поле этой цепи энергия превращается в энергию

самоиндукции. Ток направлен одинаково с первичным током.

Индуктивность.

L- коэффициент, зависящий только от свойств контура. Ф=LI. Индуктивность

контура численно равна потоку напряженности магнитного поля, пронизывающему

этот контур и созданному током силой в 1 А, протекающим по этому контуру.

Единица индуктивности- Генри. (Гн(=(Вб А(. 1 Генри- такая индуктивность

контура, при которой при силе тока в нем в 1 Ампер возникает магнитный

поток в 1 Вебер.

ЭДС самоиндукции.

ЭДС самоиндукции- возникающая электродвижущая сила. Она приводит к

соответствующему перераспределению заряженных частиц в проводнике (при

размыкании цепи) или к возникновению тока самоиндукции, направление

которого определяется по правилу Ленца. Ec=L(I/(t.

Энергия магнитного поля тока.

Согласно закону сохранения энергии энергия магнитного поля, созданного

током, равна той энергии, которую должен затратить источник тока на

создание тока. При размыкании цепи ток исчезает и вихревое поле совершает

положительную работу. Запасенная током энергия выделяется (это видно по

мощной искре). WM=LI2/2.

3.5.Электромагнитные колебания и волны.

Переменный электрический ток.

Переменный электрический ток- ток, величина и направление которого меняются

с течением времени с различной частотой. Он являет собой вынужденные

незатухающие колебания. E(=-Ф(=-(BScos(t)(=BSsin(t=E0sin(t. Число витков

может увеличить Е0=NBSsin(t. Ток будет изменяться по закону:

I=I0sin((t+(0).

Амплитудное и действующее (эффективное) значение периодически изменяющегося

напряжения и силы тока.

Амплитудное значение I=I0sin((t+(0), где (0- разность фаз колебаний.

Действующее значение силы тока в цепи равно силе постоянного тока,

вызывающего такое же выделение количества теплоты. Действующее значение

силы тока IД=I0/(2(. I02(0 за период. IД=I0/(2(=U0/RA(2(; IДRA=U0/(2(, но

IДRA=UД ( UД=U0/(2(.

Получение переменного тока с помощью индукционных генераторов.

Генератор- устройство для создания переменного тока. При вращении рамки по

закону Фарадея на концах рамки возникает ЭДС, она равна E(=-Ф(=-

(BScos(t)(=BSsin(t=E0sin(t. Число витков может увеличить Е0=NBSsin(t.

Индуцируемая ЭДС определяется не значением самого потока, а скоростью его

изменения.

Трансформатор.

Трансформатор- прибор, который позволяет осуществить преобразование

переменный ток, при котором напряжение увеличивается или уменьшается в

несколько раз практически без потери мощности. Он имеет две обмотки

(первичную и вторичную), надетые на стальной сердечник. N1- число витков в

первичной обмотке, N2- во вторичной. N1/N2=U1/U2=K. K- коэффициент

трансформации. При K(1- понижающий трансформатор, при K(1- повышающий.

Передача электрической энергии.

Передача электроэнергии на большие расстояния с малыми потерями - сложная

задача. Поэтому ее выгодно осуществлять при высоком напряжении (при помощи

повышающих трансформаторов) и малой силе тока. На конце линии ставят

понижающие трансформаторы.

Колебательный контур.

Колебательный контур- простейшая система, в которой могут возникать

свободные электромагнитные колебания. Он представляет собой соединенные

последовательно конденсатор и катушку. В закрытом колебательном контуре

электромагнитных колебаний не возникает.

Свободные электромагнитные колебания в контуре.

Свободные электромагнитные колебания- периодически повторяющиеся изменения

силы тока в электрической цепи, сопровождающиеся периодическими

превращениями энергии электрического поля в энергию магнитного поля (или

обратно), происходящие без потребления энергии от внешних источников.

Простейшая система- колебательный контур (последовательно соединенные

конденсатор и катушка).

Превращение энергии в колебательном контуре.

t=0: зарядка конденсатора от батареи, вся энергия в конденсаторе; E=qm2/2c.

t=T/8: возникновение тока I, энергия распределена по контуру.

t=T/4: конденсатор разрядился, вся энергия в катушке, I достигает мах.

t=3T/8: конденсатор начинает перезаряжаться, энергия распределена.

t=T/2: конденсатор полностью перезарядился, энергия распределена, I=0.

Уравнение, описывающее процессы в колебательном контуре, и его решение.

В колебательном контуре роль ЭДС играет ЭДС самоиндукции. I(R+r)+UC=EL=-

LI(=-L(I/(t; R+r(0 ( I(R+r)(0; -LI(=UC=q/C; I(=q/LC. Пусть 1/LC=(02, тогда

q((=-(02q- это основное уравнение собственных электромагнитных колебаний.

Его решением является уравнение вида q=q0cos((0t+(0).

Формула Томсона для периода колебаний.

T=2((LC(- формула Томсона. В колебательном контуре роль ЭДС играет ЭДС

самоиндукции. I(R+r)+UC=EL=-LI(=-L(I/(t; (R+r)(0 ( I(R+r)(0; -LI(=UC=q/C;

I(=q/LC. Пусть 1/LC=(02; T=2(/(0=2((LC(.

Затухающие электромагнитные колебания.

Собственные колебания в контуре быстро затухают, то есть происходит

уменьшение амплитуды колебаний, так как значительная часть энергии при

каждом колебании превращается в теплоту из-за наличия электрического

сопротивления цепи и некоторая часть энергии излучается в окружающее

пространство.

Вынужденные колебания в электрических цепях.

Если помимо конденсатора и катушки индуктивности в контур включен источник

переменной ЭДС, то в контуре возникают вынужденные электромагнитные

колебания. Эти колебания происходят на частоте изменения переменной ЭДС (

независимо от собственной частоты колебаний контура (0.

Активное, емкостное и индуктивное сопротивление в цепи гармонического тока.

Активное сопротивление: ток по фазе совпадает с напряжением и его амплитуда

равна I0=U0/RA. Емкостное сопротивление: RC=1/(C. Индуктивное

сопротивление: опыты показали, что RL=(L. [RL]=[ГнГц]=[В с/А с]=[В/А]=Ом.

При включении всех сопротивлений в цепь R2=RA2+(L(-1/(C)2.

Резонанс в электрических цепях.

Резонанс в электрической цепи наступает при совпадении частоты вынужденных

колебаний с частотой собственных колебаний контура. При резонансе резко

возрастают амплитуды колебаний токов и напряжений на элементах схемы.

Явление резонанса широко используется в радиотехнике.

Открытый колебательный контур.

Открытый колебательный контур- стержень с шариками на концах, разделенный

посередине небольшим разрядным промежутком. Для получения колебаний в нем

необходимо зарядить шарики различными по модулю зарядами. Тогда возникнет

искровой заряд и электромагнитное поле.

Опыты Герца.

Герц проводил опыты с разрядом мощной индукционной катушки. Ему удалось

получить сверхбыстрые колебания электрического тока прямолинейном отрезке

проводника. Продолжая опыты, Герц установил, что быстрые колебания тока в

одном проводнике способны вызвать колебания тока в другом проводнике,

удаленном от первого на некоторое расстояние.

Электромагнитные волны. Их свойства.

Электромагнитная волна- процесс распространения электромагнитного поля

(происходит со скоростью света). Однажды начавшийся в некоторой ты=очке

пространства процесс изменения электромагнитного поля охватывает все новые

и новые области окружающего пространства (Максвелл). (=1/(((0((0(.

Электромагнитные волны- волны, направление колебаний которых

перпендикулярно направлению их распространения (поперечные волны). Они

отражаются, преломляются, поляризуются, то есть ведут себя идентично другим

волнам.

Шкала электромагнитных волн.

(=сТ=с/(. Радиоволны: ((10-2(102 м; видимый свет: ((0,4 10-6(0,7 10-6 м;

рентгеновские лучи ((10-10 м.

Излучение и прием электромагнитных волн.

Из опытов Герца: быстрые колебания в металлическом стержне возбуждают

колебания в другом металлическом стержне, находящимся на некотором

расстоянии от первого. Это и есть основной способ излучения и приема

электромагнитных волн.

Изобретение радио Поповым.

В 1895 году Попов применил для приема электромагнитной волны когерер, что

позволило значительно увеличить дальность приема. Этот прибор стал первым в

мире радиоприемником.

4.Оптика.

4.1.Геометрическая оптика.

Развитие взглядов на природу света.

В 17 веке существовали две теории. Корпускулярная теория (Ньютон): свет-

поток частиц, идущий во все стороны от источника. Теория не объясняет,

почему не происходит перенос вещества и лучи не взаимодействуют,

пересекаясь. Волновая теория (Гюйгенс): свет- поток волн,

распространяющийся в особой среде- эфире, которая заполняет все

пространство. Теория не объясняет возникновение тени. В 19 веке полностью

доказано волновое распространение света (интерференция, дифракция), а в 20

веке теория Гюйгенса не смогла объяснить явление фотоэффекта, а

корпускулярная теория смогла.

Закон прямолинейного распространения света.

В однородной среде свет распространяется прямолинейно (это следует из

наблюдений). Источники света- тела, которые можно видеть независимо от

освещенности. Лучи света- геометрические линии, вдоль которых

распространяется световая энергия. Световой поток- мощность светового

излучения, оцениваемая непосредственно нашим глазом (измеряется в люменах).

Освещенность- отношение светового потока, падающего на некоторый участок

поверхности, к площади этой поверхности (измеряется в люксах). Принцип

суперпозиции: суммарная освещенность- алгебраическая сумма всех

освещенностей.

Понятие луча.

Световой луч- это линия, вдоль которой распространяется световая энергия.

Законы отражения света.

Явление отражения света- изменение направления световых лучей на границе

раздела двух сред. Зеркальная поверхность- поверхность, размеры неровностей

которой меньше длины световой волны. Лучи, падающие на такую поверхность

параллельным пучком, при отражении от нее идут также параллельным пучком.

Рассеивающая поверхность- поверхность, размеры неровностей которой больше

длины световой волны. После отражения от такой поверхности параллельные

лучи рассеиваются. Закон отражения света: луч падающий и луч отраженный

лежат в одной плоскости с перпендикуляром, восстановленным в точке падения

луча, при этом угол падения равен углу отражения.

Плоское зеркало.

Плоское зеркало- тело, поверхность которого имеет форму плоскости и

обладает свойством отражать падающие на нее лучи. Особенности построения:

1)это изображение мнимое;

2)оно прямое;

3)размеры отраженного предмета равны размеру изображения;

4)расстояние, на котором находится изображение за зеркалом, равно

расстоянию, на котором находится предмет перед зеркалом.

(Для построения изображения предмета в плоском зеркале достаточно построить

изображение его крайних точек, лежащих на одной прямой.

Законы преломления света.

Преломление света- явление изменения направления распространения света при

переходе света через границу двух сред, если вторая среда прозрачна. Закон

отражения: луч падающий и луч отраженный лежат в одной плоскости с

перпендикуляром, восстановленным в точке падения луча. sin(/sin(=n2-1.

Абсолютный и относительный показатели преломления.

n2-1- относительный показатель преломления второй среды относительно первой

. Относительный показатель преломления любой среды- отношение абсолютных

показателей двух сред. n2-1=n2/n1. Абсолютный показатель преломления-

отношение скорости света в вакууме к скорости света в данной среде.

nаб=c/(ср. n1=c/(1, n2=c/(2. ( n2-1=n2/n1=c(1/c(2=(1/(2. Чем больше

показатель преломления, тем угол отражения будет меньше, а преломленный луч

будет ближе к перпендикуляру.

Ход лучей в призме.

Преломляющие грани- грани, через которые проходит луч, преломляющий угол-

угол преломления, угол отклонения- угол между падающим и отраженным лучами.

Разобрать на примерах.

Явление полного (внутреннего) отражения.

Полное внутреннее отражение- явление, при котором лучи, падающие на

поверхность раздела двух прозрачных сред под углом, большим предельного

угла, полностью отражаются. Предельный угол ((0)- угол падения, при котором

преломленный луч скользит на границе двух сред. sin(0/sin90(=n2/n1.

Тонкие линзы.

Линза- прозрачное тело, ограниченное криволинейными поверхностями. Тонкая

линза- линза, толщина которой значительно меньше радиусов поверхностей, из

которых линза образована. Оптический центр линзы (О)- вершина сферических

сегментов. Главная оптическая ось линзы- центр симметрии. Побочная

оптическая ось- любая другая прямая, проходящая через оптический центр

линзы. Фокус линзы (всегда два)- тачка пересечения преломленных лучей,

идущих параллельно главной оптической оси.

Фокусное расстояние и оптическая сила линзы.

Фокусное расстояние (F)- расстояние от центра линзы до фокуса. D=1/F-

оптическая сила линзы.

Построение изображения в собирающих и рассеивающих линзах.

Собирающая линза- линза, обладающая свойством собирать в одну точку лучи,

исходящие из какой-либо точки, после прохождения их через линзу, независимо

от того, через какую часть линзы эти лучи прошли. Рассеивающая линза-

линза, обладающая свойством рассеивать лучи света после прохождения ими

линзы. Построение изображения:

1)Луч, падающий на линзу параллельно главной оптической оси, после

преломления идет через фокус линзы.

2)Луч, исходящий из фокуса, преломляется линзой в направлении, параллельном

главной оптической оси.

3)Луч, прошедший через центр линзы, не преломляется.

4)Параллельный пучок лучей линза сводит в точку, расположенную в фокальной

плоскости.

Формула линзы.

d- расстояние от предмета до линзы, f- расстояние от линзы до изображения.

(d-F)/F=F/(f-F) ( 1/F=1/d+1/f. Вывод из подобия треугольников.

Увеличение, даваемое линзами.

M=F/(a-F)=(b-F)/F, где M- увеличение.

Оптические приборы: лупа, фотоаппарат, проекционный аппарат, микроскоп. Ход

лучей в этих приборах.

Лупа- выпуклая линза. Если предмет находится за фокусом, то изображение

действительное, перевернутое и увеличенное. Если предмет находится между

фокусом и линзой, то изображение получается мнимое, прямое и увеличенное.

Фотоаппарат состоит из камеры с объективом. Объектив строи на пленке сильно

уменьшенное действительное перевернутое изображение. Проекционный аппарат

работает обратно. Микроскоп строит сильно увеличенные мнимые изображения.

Глаз.

Глаз- хрусталик, прозрачная двояковыпуклая линза с коэффициентом

преломления М=1,386. Глаз обладает свойствами: аккомодации (способность

приспосабливаться к дальности), адаптации (способность приспосабливаться к

яркости) и конвергенции (схождение зрительных осей двух глаз на наблюдаемом

предмете).

4.2.Элементы физической оптики.

Волновые свойства света.

Свет- сферическая волна, распространяющаяся во всех направлениях от

источника света. Она подвержена интерференции, дифракции.

Поляризация света.

Поляризация света- выделение из неполяризованного (естественного) света

плоско поляризованного. Поляризация осуществляется с помощью специальных

приборов, основанных на поляризации света при отражении и преломлении на

границе раздела двух прозрачных диэлектриков.

Электромагнитная природа света.

Свет- электромагнитные волны, которые лежат (400(800)10-9м. Световые волны

излучаются электронами. Электроны в спокойном состоянии не излучают свет,

для этого им нужно сообщить дополнительную порцию энергии, и чтобы свет не

исчезал необходим приток энергии.

Скорость света в однородной среде.

Скорость света всегда одинакова. Она равна с=3 108м/с.

Дисперсия света.

Дисперсия- зависимость абсолютного преломления вещества от частоты света.

Вследствие дисперсии света узкий пучок белого света, проходя сквозь призму

из стекла или другого прозрачного вещества, образует на экране,

установленном за призмой, радужную полоску, называемую дисперсионным

спектром.

Спектроскоп.

Спектроскоп- прибор для наблюдения и исследования спектров. Он состоит из

двух труб с собирательными линзами и трехгранной призмы. В фокусе одной

линзы находится узкая щель. После прохождения линзы свет идет параллельным

пучком. В призме свет разлагается на цветные лучи. После второй линзы свет

попадает в третью и дает спектры.

Инфракрасное и ультразвуковое излучения.

Инфракрасное излучение- электромагнитное излучение, испускаемое источником,

и находящееся дальше красного (видимого) излучения. При таком излучении

выделяется гораздо больше энергии, чем при излучении красного спектра.

Ультрафиолетовое излучение- электромагнитное излучение, с более короткими

длинами волн, чем при фиолетовом спектре. При таком излучении выделяется

меньше энергии, чем при инфракрасном. Эти лучи отличаются высокой

химической активностью (в больших количествах могут разрушать клетки).

Интерференция света.

Свет, как любые другие колебания, может интерферировать. Но интерферировать

могут только те световые волны, которые были получены путем разделения

излучения от одного источника на два разных направления, которые потом

соединяются в какой-то области пространства. Свет испускается только

возбужденными атомами. Время испускания (=10-8с. Период колебаний

испускаемых им волн Т=10-15с. За это время они успевают испустить N=107

длин волн.

Когерентные источники.

Когерентные источники- источники колебаний, происходящих в одной фазе с

одинаковой частотой. Два различных источника не могут быть когерентными.

Условия образования максимумов и минимумов в интерференционной картине.

При наложении двух когерентных волн происходит перераспределение энергии по

волновому фронту, в результате чего происходит чередование областей

максимума и минимума.

Дифракция света.

Дифракция- интерференция вторичных волн. Френель первым открыл это явление,

проведя опыт: в центре тени от шара получено светлое пятно. Световые волны,

огибая края шара, заходят в область тени и, достигая центра тени на экране,

проходят одинаковые расстояния независимо от какой точки на краю шара они

идут. В этом случае они достигают центра тени в одинаковой фазе и в

результате интерференции усиливают друг друга, поэтому и получается светлое

пятно. В остальных частях тени происходит поочередное наложение волн в

противоположных и одинаковых фазах и мы видим концентрические темные и

светлые пятна.

Опыт Юнга.

На экране кончиком булавки прокалывались два близко расположенных

отверстия, которые освещались солнечным светом из небольшого просвета в

зашторенном окне. За экраном вместо ожидаемых двух ярких точек появлялась

серия чередующихся темных и светлых колец. Юнг назвал это явление общим

законом интерференции.

Принцип Гюйгенса- Френеля.

Вторичные волны, исходящие из любой точки фронта волны, обязательно

интерферируют (следствие из опыта прохождения света в маленькую щель).

Дифракционная решетка.

Дифракционная решетка- совокупность большого числа узких параллельных

щелей, расположенных на малых равных расстояниях друг от друга.

Корпускулярные свойства света.

Возникновение тени, излучение и поглощение света различными веществами,

фотоэффект.

Постоянная Планка.

Правило Планка установило зависимость между порцией энергии, которую

называют квантом, и частотой излучения. Опытным путем было установлено, что

(=6,63 10-34 Дж с.

Фотоэффект.

Фотоэффект- явление вырывания электронов из вещества под действием света.

Фототок- ток, возникший под действием света. В отсутствии напряжения (U=0)

IФ(0. Фототок возрастает только до определенного значения (его мах.)-

фототока насыщения. IФ=0 при задерживающем напряжении UЗ=m(2/2.

Законы фотоэффекта.

1)При фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов,

вырывающихся из катода за единицу времени, пропорционально интенсивности

падающего света. (нас.=((I), где (- интенсивность.

2)Максимальное значение скорости фотоэлектронов не зависит от интенсивности

света, а определяется только его частотой. Чем больше частота, тем больше

скорость.

3)Для каждого вещества существует «красная» граница фотоэффекта, то есть

наименьшей частотой света (или наибольшей длиной волны), при которой еще

возможен внешний фотоэффект.

Фотон.

Фотон- порция энергии света. Он движется со скоростью света в вакууме и

имеет нулевую массу покоя. Энергия фотона Е=h(, где h- постоянная Планка,

h=6,63 10-34 Дж с, а его импульс p=h(/c. Свет имеет прерывистую структуру и

может поглощаться любым веществом строго определенными порциями- фотонами.

Один фотон выбивает только один электрон.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

h(=Aвыхода+m(2/2. А=h(МИН (еще есть фотоэффект).(

h(=h(МИН+m(2/2=h(МИН+eUЗАДЕРЖ.( eUЗАДЕРЖ=h((-(МИН).

Давление света.

Максвелл: P=E/c; Лебедев: P=mc ( E=mc2.

Опыты Лебедева по измерению давления света.

1.Световой пучок света производит давление как на поглощающие, так и на

отражающие поверхности. 2.Давление света прямо пропорционально энергии

падающего света на единицу площади в единицу времени. Из этих опытов

следует, что свет обладает массой. P=E/c; P=mc ( E=mc2. Лебедев доказал,

что свет- особая форма материи.

Постулаты Эйнштейна.

1) Скорость света не зависит от системы отсчета.

2) E=mc2.

Связь между массой и энергией.

Энергия тела покоя равна произведению массы на квадрат скорости.

5.Атом и атомное ядро.

Опыты Резерфорда по рассеянию (-частиц.

В камере находился радиоактивный элемент, выдающий альфа частицы. На их

пути была диафрагма с очень узким отверстием, за которой находился экран,

покрытый сернистым цинком. За экраном находился микроскоп. После

рассеивания альфа частицы попадали на экран, причем на почти всю его

поверхность. Альфа частица обладает массой и зарядом. m((2/2=q(qАТОМА/r. (

Размер ядра r=10-13 см.

Планетарная модель атома.

Планетарная модель атома (это следует из опытов Резерфорда). В ядре

сосредоточена почти вся масса атома, а остальное пространство занято

пустотой, в которой находится соответствующее число электронов, достаточное

для нейтрализации атома. Заряд ядра равен количеству электронов в атоме, а

оно в свою очередь равно порядковому номеру элемента по периодической

системе. Электроны в атоме находятся в постоянном движении (иначе они бы

просто упали), вызванном кулоновскими силами. Масса ядра водорода равна

1840 масс электрона. Ядро атома водорода называется протоном. Устойчивость

ядра атома доказал своими опытами Резерфорд.

Квантовые постулаты Бора.

1)«постулат о стационарных состояниях»:

Атомы могут существовать длительное время только в определенных состояниях;

в этих состояниях, несмотря на движение электронов в атоме, атомы не

излучают и не поглощают энергию. В этих состояниях атомы обладают

энергиями, образующими дискретный (прерывистый) ряд. Эти состояния получили

название стационарные. me(r=nh/2(.

2)«постулат условия частот»:

При переходе из одного стационарного состояния в другое атомы поглощают или

испускают строго определенное количество энергии. h(=En-Em, где n- исходный

уровень, m- уровень, на который перешел электрон; когда n(m, то энергия

излучается, когда n(m, то энергия поглощается.

Испускание и поглощение энергии атомом.

При переходе электрона с орбиты на орбиту выделяется или поглощается

энергия. На большей орбите электрон должен обладать большей энергией,

поэтому он не может самопроизвольно перейти на большую орбиту. При переходе

на большую орбиту электрон может поглотить только определенное количество

энергии, ( он поглощает свет только определенной частоты. На более низкую

орбиту электрон может перейти сам, при этом выделив строго определенную

порцию энергии, ( он испустит свет только определенной частоты. n=1- серия

Лаймана (переход с первой орбиты на m-ную), n=2- серия Бальмера, n=3- серия

Пашена, n=4- серия Брекера.

Непрерывный и линейчатый спектры.

Непрерывный спектр- спектр, в котором представлены все длины волн, идущие

непрерывной чередой. Этот спектр дает солнце, лампа накаливания и печь.

Линейчатый спектр- спектр, который состоит из отдельных цветных линий на

сплошном темном фоне. Каждой линии соответствует определенная длина волны.

Такой спектр дают газы или пары.

Спектральный анализ.

Спектральный анализ- способ определения химического состава вещества по его

спектру. Длины волн линейчатого спектра зависят только от свойств атомов

этого вещества и совершенно не зависит от способов возбуждения атомов.

Спектры данного химического элемента всегда одинаковы, что свидетельствует

об устойчивости атомов.

Экспериментальные методы регистрации заряженных частиц: камера Вильсона,

счетчик Гейгера, пузырьковая камера, фото эмульсионный метод.

Камера Вильсона- прибор для наблюдения путей быстрых заряженных частиц. Она

состоит из стеклянного цилиндра с крышкой, в котором может перемещаться

поршень. Цилиндр заполнен пересыщенными парами. Заряженные частицы

оставляют цепочку ионов, на которые оседают капельки, и траектории частиц

становятся видны в виде туманного следа.

Счетчик Гейгера- газоразрядный счетчик, состоящий из металлического

цилиндра, по оси которого натянута тонкая проволока, изолированная от

цилиндра. Цилиндр заполняется смесью газов до низкого давления, на нить

подается положительный потенциал относительно цилиндра. Прохождение каждой

ионизирующей частицы через счетчик вызывает в нем кратковременную вспышку

газового разряда. При этом по цепи счетчика проходит кратковременный

импульс тока.

Пузырьковая камера- камера, заполненная перегретой жидкостью, для

наблюдений за элементарными частицами. Жидкость доводят при повышенном

давлении до температуры, превышающей температуру кипения, а затем резко

понижают давление и получают перегретую жидкость. Такое состояние очень

неустойчиво. Если через нее пролетает заряженная частица, то за ней

остается след, в котором жидкость кипит. Этот след можно зафиксировать.

Фото эмульсионный метод.

Состав ядра атома.

Атом образован из нуклонов, которые в свою очередь состоят из двух видов

микрочастиц - протонов и нейтронов. Z- число протонов, N- число нейтронов,

A=Z+N- массовое число. По составу атомного ядра элементы делятся на:

1)изотопы- химические элементы, имеющие одинаковое число протонов, но

разное число нейтронов;

2)изобары- атомы с различным составом ядра, но с одинаковым числом

нуклонов;

3)изотоны- атомы, имеющие ядра с одинаковым числом нейтронов.

Изотопы.

Изотопы- химические элементы, имеющие одинаковое число протонов, но разное

число нейтронов. Их химические свойства очень похожи, что объясняется

числом электронов на внешней оболочке. Изотопы водорода:

11H- водород (протон);

12H- дейтерий (дейтрон);

13H- тритий (тритон).

Энергия связи атомных ядер.

Атомное ядро- очень прочная система. Это обусловлено большими ядерными

силами, которые обладают следующими свойствами:

1)их природа не электрическая, они обладают зарядовой независимостью;

2)каждый нуклон может взаимодействовать только с определенным числом

нуклонов. Для каждого элемента это свое число;

3)ядерные силы- силы притяжения;

4)эти силы коротко действующие.

Энергия связи ядра- энергия, которую необходимо затратить на разрушение

ядра и его разделение на свободные нуклоны. При обратном процессе ядерные

силы совершают работу, это сопровождается выделением энергии. E=mc2 (

ECB=(mc2. (m- дефект массы- разность между суммой масс свободных нуклонов и

массой образованного из них ядра. Энергия измеряется в МЭВах ECB(МЭВ) =

931(m, а масса- в атомных единицах массы (АЕМ).

(m=NmN+ZmP-mЯДРА=ZmH+NmN-M. УЭС=ЕСВ/А.

Понятие о ядерных реакциях.

Ядерные реакции- процессы, результатом которых является превращение атомных

ядер. При ядерных реакциях нуклоны не уничтожаются, происходит только их

перераспределение: захват ядра, удаление, переход к другому ядру. Суммарное

массовое число и суммарный заряд ядер сохраняется. Ядерная реакция

происходит, когда частицы попадают в сферу действия ядерных сил.

37Li+11H(24He+24He. Нейтроны не имеют заряда и, следственно, не

отталкиваются ядрами и поэтому особенно эффективно вызывают превращения

ядер

Радиоактивность.

Радиоактивность- самопроизвольное превращение ядер неустойчивых изотопов

одного химического элемента в ядро или ядра других химических изотопов. Она

наблюдается в основном у ядер тяжелых химических элементов. Скорость

распада характеризуется величиной, называемой периодом полураспада. Период

полураспада- промежуток времени, за который радиоактивное вещество

распадается наполовину. Nn=N0 2-t/T1/2- закон Содди.

Виды радиоактивных излучений и их свойства.

При радиоактивном распаде рождаются альфа лучи (ядра атома гелия), бета

лучи (электроны) и гамма лучи (коротковолновое электромагнитное излучение).

Альфа излучения- положительно заряженные компонент потока. Они обладают

наименьшей проникающей способностью. Заряд протона равен элементарному, а

его масса близка к атомной единице массы.

Бета излучения- отрицательно заряженный компонент потока. Они поглощаются

гораздо меньше. Бета лучи- электроны, движущиеся со скоростями, очень

близкими к скорости света. Скорости бета частиц, испущенных данным

радиоактивным элементом, неодинаковы.

Гамма излучения- нейтрально заряженный компонент потока. Их проникающая

способность гораздо больше, чем у рентгеновских лучей. Гамма излучения

имеют очень малую длину волны. Скорость их распространения равна скорости

света.

Цепные ядерные реакции.

Ядерные реакции- процессы, результатом которых является превращение атомных

ядер. При ядерных реакциях нуклоны не уничтожаются, происходит только их

перераспределение: захват ядра, удаление, переход к другому ядру. Суммарное

массовое число и суммарный заряд ядер сохраняется. Ядерная реакция

происходит, когда частицы попадают в сферу действия ядерных сил.

37Li+11H(24He+24He. Нейтроны не имеют заряда и, следственно, не

отталкиваются ядрами и поэтому особенно эффективно вызывают превращения

ядер. Цепная реакция деления- ядерная реакция, в которой частицы,

вызывающие реакцию образуются как продукты этой реакции.

Термоядерная реакция.

Термоядерная реакция- реакция синтеза легких ядер в более тяжелые. Для

осуществления этой реакции необходимо наличие очень высокой температуры.

Реакции бывают управляемые и неуправляемые (самоподдерживающиеся).

Последние происходят в недрах звезд, на Солнце. Для того, чтобы произошла

термоядерная реакция, надо сблизить легкие ядра до расстояния, равного или

меньшего радиуса сферы действия ядерных сил притяжения. Следует нагреть

вещество до очень высоких температур (сотни млн К) для того, чтобы энергии

оказалось достаточно. При таких температурах вещество существует только в

виде плазмы. Создание высокой температуры нужно только в первый момент,

чтобы «зажечь» реакцию, а затем она существует сама за счет выделения

энергии при синтезе ядер. Критическая температура- температура, при которой

возможна самоподдерживающаяся реакция. Если температура равна критической,

количество энергии, выделяющейся при синтезе, полностью компенсирует

тепловые и ионизационные потери. Если температура меньше критической, то

реакция не идет. Если температура больше критической, то происходит

термоядерный взрыв.

Биологическое действие радиоактивных излучений.

Ионизация живых тканей происходит при поглощении ионизирующего излучения.

Это приводит к разрыву молекулярных связей, что приводит к изменению

структуры химических соединений, входящих в состав ткани. Возникает лучевая

болезнь. Поглощенная доза (D)- величина, равная отношению энергии

ионизирующего излучения к массе этого вещества. Измеряется в Греях. D=W/m.

Мощность поглощенной дозы N=D/t.

Защита от радиации.

От радиации может спасти только противорадиационное укрытие и средства

индивидуальной защиты.

Страницы: 1, 2, 3, 4