Шпаргалка с билетами по физике, 11 класс

системы равно сумме количества теплоты, переданной системе, и работы,

внешних сил, совершенной над системой. ? U= Q + А, где ? U— изменение

внутренней энергии, Q — количество теплоты, переданной системе, А — работа

внешних сил. Если система сама совершает работу, то ее условно обозначают

А'. Тогда закон сохранения энергии для тепловых процессов, который

называется первым законом термодинамики, можно записать так: Q = ?' + ? U,

т. е. количество теплоты, переданное системе, идет на совершение системой

работы и изменение ее внутренней энергии.

2) Генератор переменного тока. Трансформатор. Успехи и перспективы

электрификаци СССР.

Переменный ток в электрических цепях является результатом возбуждения в них

вынужденных электромагнитных колебаний. Пусть плоский виток имеет площадь S

и вектор индукции B составляет с перпендикуляром к плоскости витка угол (.

Магнитный поток Ф через площадь витка в данном случае определяется

выражением [pic]. При вращении витка с частотой ( угол ( меняется по закону

[pic]., тогда выражение для потока примет вид[pic]. Изменения магнитного

потока создают ЭДС индукции, равную минус скорости изменения потока [pic].

Следовательно, изменение ЭДС индукции будет проходить по гармоническому

закону [pic]. Напряжение, снимаемое с выхода генератора, пропорционально

количеству витков обмотки. При изменении напряжения по гармоническому

закону [pic] напряженность поля в проводнике изменяется по такому же

закону. Под действием поля возникает то, частота и фаза которого совпадают

с частотой и фазой колебаний напряжения [pic]. Колебания силы тока в цепи

являются вынужденными, возникающими под воздействием приложенного

переменного напряжения. При совпадении фаз тока и напряжения мощность

переменного тока равна [pic]или [pic]. Среднее значение квадрата косинуса

за период равно 0.5, поэтому [pic]. Действующим значением силы тока

называется сила постоянного тока, выделяющая в проводнике такое же

количество теплоты, что и переменный ток. При амплитуде Imax гармонических

колебаний силы тока действующее напряжение равно [pic]. Действующее

значение напряжения также в [pic] раз меньше его амплитудного значения

Средняя мощность тока при совпадении фаз колебаний определяется через

действующее напряжение и силу тока[pic].

Преоьразование переменного тока, при котором напряжение увеличивается или

уменьшается в несколько раз практически без потери мощности, осуществляется

с помощью трансформаторов. Трансформатор состоит из замкнутого стального

сердечника, собранного из пластин, на который надеты две (иногда более)

катушки с проволочными обмотками. Одна из обмноток называется первичной,

подключается к источнику переменного напряжения. Вторая обмотка, к которой

присоединяют «нагрузку», т.е приборы и устройства, потребляющие

электроэнергию, называется вторичной. Действие трансформатора основано на

явлении электромагнитной инддукции. При прохождении переменного тока по

первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток,

который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Сердечник из

трансформаторной стали концентрирует магнитное поле, так что магнитный

поток существует практически только внутри сердечника и одинаков во всех

его сечениях. В первичной обмотке, меющей ЭДС индукции e1 равноа N1e. Во

вторричной обмоткеполная ЭДС e2=n2e (N2-число витков вторичной обмотки).

Отсюда следует, что e1/e2=n1/n2 Обычно активное сопротивление

трансформаторных обмоток мало и им можно пренебречь. U1/u2=e1/e2=n1/n2=k

k=коэффициент трансформации. При K>1 трансформатор понижающий, при K>r). При этом напряжение на зажимах

источника приблизительно равно ЭДС:

U=IR??.

При коротком замыкании, когда R>0, сила тока в цепи определяется именно

внутренним сопротивлением источника и при электродвижущей силе в несколько

вольт может оказаться очень большой, если r мало (например, у аккумулятора

r?0,1—0,001 Ом). Провода могут расплавиться, а сам источник выйти из строя.

Если цепь содержит несколько

последовательно соединенных элементов с ЭДС ?1 , ?2, ?3 и т.д., то полная

ЭДС цепи равна алгебраической сумме ЭДС отдельных элементов.

Если при обходе цепи переходят от отрицательного полюса источника к

положительному, то ЭДС >0.

2) Свободные колебания в механических и электрических колебательных

системах. Частота свободных колебаний. Затухание колебаний.

Механическими колебаниями называют движения тел, повторяющиеся точно или

приблизительно одинаково через одинаковые промежутки времени. Силы,

действующие между телами внутри рассматриваемой системы тел, называют

внутренними силами. Силы, действующие на тела системы со стороны других

тел, называют внешними силами. Свободными колебаниями называют колебания,

возникшие под воздействием внутренних сил, например – маятник на нитке.

Колебания под действиями внешних сил – вынужденные колебания, например –

поршень в двигателе. Общим признаков всех видов колебаний является

повторяемость процесса движения через определенный интервал времени.

Гармоническими называются колебания, описываемые уравнением [pic]. В

частности колебания, возникающие в системе с одной возвращающей силой,

пропорциональной деформации, являются гармоническими. Минимальный интервал,

через который происходит повторение движения тела, называется периодом

колебаний Т. Физическая величина, обратная периоду колебаний и

характеризующая количество колебаний в единицу времени, называется частотой

[pic]. Частота измеряется в герцах, 1 Гц = 1 с-1. Используется также

понятие циклической частоты, определяющей число колебаний за 2( секунд

[pic]. Модуль максимального смещения от положения равновесия называется

амплитудой. Величина, стоящая под знаком косинуса – фаза колебаний, (0 –

начальная фаза колебаний. Производные также гармонически изменяются, причем

[pic], а полная механическая энергия при произвольном отклонении х (угол,

координата, и т.д.) равна [pic], где А и В – константы, определяемые

параметрами системы. Продифференцировав это выражение и приняв во внимание

отсутствие внешних сил, возможно записать, что [pic], откуда. [pic]

Билет №16

1) Взаимодействие токов. Магнитное поле тока. Магнитная индукция. Сила

Ампера. Сила Лоренца.

Взаимодействия между проводниками с током, т. е. взаимодействия между

движущимися электрическими зарядами, называют магнитными. Силы, с которыми

проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами.

Магнитное поле. Согласно теории близкодействия ток в одном из проводников

не может непосредственно действовать на ток в другом проводнике.

В пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает

электрическое поле, в пространстве, окружающем токи, возникает поле,

называемое магнитным.

Электрический ток в одном из проводников создает вокруг себя магнитное

поле, которое действует на ток во втором проводнике. А поле, созданное

электрическим током второго проводника, действует на первый.

Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой

осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными

частицами.

Свойства магнитного поля:

1. Магнитное поле порождается электрическим током (движущимися зарядами).

2. Магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток

(движущиеся заряды).

Подобно электрическому полю, магнитное поле существует реально, независимо

от нас, от наших знаний о нем.

Магнитная индукция – способность магнитного поля оказывать силовое действие

на проводник с током (векторная величина). Измеряется вТл.

За направление вектора магнитной индукции принимается направление от южного

полюса S к северному N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в

магнитном поле. Это направление совпадает с направлением положительной

нормали к замкнутому контуру с током.

Направление вектора магнитной индукции устанавливают с помощью правила

буравчика:

если направление поступательного движения буравчика совпадает с

направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика

совпадает с направлением вектора магнитной индукции.

Линии магнитной индукции.

Линия, в любой точке которой вектор магнитной индукции направлен по

касательной – линии магнитной индукции. Однородное поле – параллельные

линии, неоднородное поле – кривыми линиями. Чем больше линий, тем больше

сила этого поля. Поля с замкнутыми силовыми линиями называют вихревыми.

Магнитное поле - вихревое поле.

Магнитный поток –величина равная произведению модуля вектора магнитной

индукции на площадь и на косинус угла между вектором и нормалью к

поверхности.

Сила Ампера равна произведению вектора магнитной индукции на силу тока,

длину участка проводника и на синус угла между магнитной индукцией и

участком проводника.

где l – длина проводника, B – вектор магнитной индукции.

Силу Ампера применяют в громкоговарителях, динамиках.

Принцип работы: По катушке протекает переменный электрический ток с

частотой, равной звуковой частоте от микрофона или с выхода радиоприемника.

Под действием силы Ампера катушка колеблется вдоль оси громкоговорителя в

такт с колебаниями тока. Эти колебания передаются диафрагме, и поверхность

диафрагмы излучает звуковые волны.

Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного

поля, называю силой Лоренца.

Сила Лоренца. Поскольку ток представляет собой упорядоченное движение

электрических зарядов, то естественно предположить, что сила Ампера

является равнодействующей сил, действующих на отдельные заряды, движущиеся

в проводнике. Опытным путём установлено, что на заряд, движущийся в

магнитном поле, действительно действует сила. Эту силу называют силой

Лоренца. Модуль FL силы находится по формуле

[pic]

где В — модуль индукции магнитного поля, в котором движется заряд, q и v —

абсолютная величина заряда и его скорость, ( - угол между векторами v и В.

Эта сила перпендикулярна к векторам v и В, её направление находится по

правилу левой руки: если руку расположить так, чтобы четыре вытянутых

пальца совпадали с направлением движения положительного заряда, линии

индукции магнитного поля входили в ладонь, то отставленный на 900 большой

палец показывает направление силы. В случае отрицательной частицы

направление силы противоположное.

Так как сила Лоренца перпендикулярна скорости частицы, то. она не совершает

работу.

Силу Лоренца применяют в телевизорах, масс-спектограф.

Принцип работы: Вакуумная камера прибора помещена в магнитное поле.

Ускоренные электрическим полем заряженные частицы (электроны или ионы),

описав дугу, попадают на фотопластинку, где оставляют след, позволяющий с

большой точностью измерить радиус траектории. По этому радиусу определяется

удельный заряд иона. Зная же заряд иона, легко определить его массу.

2) Термоядерная реакция. Энергия солнца и звёзд. Успехи и перспективы

развития энергетики в СССР. Борьба СССР за устранения ядерной войны.

При слимянии легких ядер масса покоя уменьшается и, следовательно, должна

выделяться значительная энергия. Подобного рода реакции слияния легких ядер

могут протекать только при очень высоких температурах. Поэтому они

называются термоядерными. Термоядерные реакции – это реакции слияния лёгких

ядер при очень высокой температуре. Энергия, корьорая выделяется при

термоядерных реакциях в расчёте на один кулон, превышает удельную энергию,

выделяющуюся при цепных реакциях деления ядер.

Билет № 17

1) Явление электромагнитной индукции. Доказать сществование этого явления

на экспериментальной установке. Закон электромагнитной индукции. Правило

Ленца.

Если контур замкнут, то под действием этой э.д.с. появляется электрический

ток, названный индукционньм. Фарадей установил, что э.д.с. индукции не

зависит от способа изменения магнитного потока и определяется только

быстротой его изменения, т.е.

[pic]

Соотношение называется законом электромагнитной индукции: ЭДС индукции в

проводнике равна быстроте изменения магнитного потока, пронизывающего

площадь, охватываемую проводником. Знак минус в формуле, является

математическим выражением правила Ленца. Известно, что магнитный поток

является алгебраической величиной. Примем магнитный поток, пронизывающий

площадь контура,положительным. При увеличении этого потока

[pic] возникает з.д.с. индукции [pic], под действием которой появляется

индукционный ток, создающий собственное магнитное поле, направленное

навстречу внешнему полю, т.е. магнитный поток индукционного тока

отрицателен.

Если же поток, пронизывающий площадь контура, уменьшается [pic] , то [pic]

, т.е. направление магнитного поля индукционного тока совпадает с

направлением внешнего поля.

Рассмотрим один из опытов, проведённых Фарадеем, по обнаружению

индукционного тока, а следовательно, и э.д.с. индукции. Если в соленоид,

замкнутый на очень чувствительный электроизмерительный

прибор(гальванометр), вдвигать или выдвигать магнит, то при движении

магнита наблюдается отклонение стрелки гальванометра, свидетельствующее о

возникновении индукционного тока. То же самое наблюдается при движении

соленоида относительно магнита. Если же магнит и соленоид неподвижны

относительно друг друга, то и индукционный ток не возникает. Из

приведённого опыта следует вывод, что при взаимном движении указанных тел

происходит изменение магнитного потока через нитки соленоида, что и

приводит к появлению индукционного тока, вызванного возникающей э.д.с.

индукции.

2. Направление индукционного тока определяется правилом Ленца:

индукционный ток всегда имеет такое направление. что создаваемое им

магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, которое вызывает

этот ток. Из этого правила следует, что при возрастании магнитного потока

возникающий индукционный ток имеет такое направление, чтобы порождаемое им

магнитное поле было направлено против внешнего поля, противодействуя

увеличению магнитного потока. Уменьшение магнитного потока, наоборот,

приводит к появлению индукционного тока, создающего магнитное поле,

совпадающее по направлению с внешним полем. Пусть, например, в однородном

магнитном поле находится проволочная квадратная рамка, пронизываемая

магнитным полем Предположим, что магнитное поле возрастает. Это приводит к

увеличению магнитного потока через площадь рамки. Согласно правилу Ленца,

магнитное поле, возникающего индукционного тока, будет направлено против

внешнего поля, т.е. вектор В2 этого поля противоположен вектору Ё. Применяя

правило правого винта (см. § 65, п. З), находим направление индукционного

тока Ii.

З. Явление электромагнитной индукции получило широкое применение в технике:

промышленности получение электроэнергии на электростанциях, разогрев и

плавление проводящих материалов (металлов) в индукционных электропечах и

т.д.

2) Принцип действия тепловых двигателей. КПД тепловых двигателей и пути

его повышения. Тепловые двигатели и охрана окружающей среды.

Обычно в тепловых машинах работа совершается расширяющимся газом. Газ,

совершающий работу при расширении, называется рабочим телом. Расширение

газа происходит в результате повышения его температуры и давления при

нагревании. Устройство, от которого рабочее тело получает количество

теплоты Q называется нагревателем. Устройство, которому машина отдает

тепло после совершения рабочего хода, называется холодильником. Сначала

изохорически растет давление, изобарически расширяется, изохорически

охлаждается, изобарически сжимается. . В результате

совершения рабочего цикла газ возвращается в начальное состояние, его

внутренняя энергия принимает исходное значение. Это значит, что [pic].

Согласно первому закону термодинамики, [pic]. Работа, совершаемая телом за

цикл, равна Q. Количество теплоты, полученное телом за цикл, равно разности

полученного от нагревателя и отданного холодильнику[pic]. Следовательно,

[pic]. Коэффициентом полезного действия машины называется отношение полезно

использованной к затраченной энергии [pic]. Для повышения КПД тепловых

машин существует 2 пути: повышение температуры T1 нагревателя и понижение

температуры T2 холодильника (КПД max=(T2-T1)/T1 КПД тепловой машины мог бы

стать равным 1, если бы имелась возможность использовать холодильник с

температурой равной абсолютному нулю. Однако этот путь не может быть

достигнут. Наиболее приемлимыми холодлильниками для реальных тепловых машин

являются атмосферный воздух или вода при T около 300K Следовательно

основной путь повышения КПД – это повышение температуры нагревателя.

Один из путей уменьшения загрязнения окружающей среды – переход от

использования в автомобилях карбюраторных бензиновых двигателей к

использованию дизельных двигателей, в топливо которых не доюавля.т свинца

(fixed) Перспективными являются разработку и испытания автомобилей, в

которых вместо бензина двигателей используется электродвигатель, питающийся

от аккумулятора, или двигаетль, использующий в качестве топлива водород. В

последнем типае двигателей при сгорании водорода образуется вода.

Билет № 18

1) Электромагнитное поле и его материальность. Электромагнитные волны и их

свойства. Радиолокация и её применение.

С современной точки зрения в природе существует совокупность двух полей —

электрического и магнитного — это электромагнитное поле, оно представляет

собой особый вид материи, т. е. существует объективно, независимо от нашего

сознания. Магнитное поле всегда порождается переменным электрическим, и,

наоборот, переменное электрическое поле всегда порождает переменное

магнитное поле. Электрическое поле, вообще говоря, можно

рассматривать отдельно от магнитного, так как носителями его являются

частицы — электроны и протоны. Магнитное поле без электрического не

существует, так как носителей магнитного поля нет. Вокруг проводника с

током существует магнитное поле, и оно порождается переменным электрическим

полем движущихся заряженных частиц в проводнике

Английский ученый Джеймс Максвелл на основании изучения экспериментальных

работ Фарадея по электричеству высказал гипотезу о существовании в природе

особых волн, способных распространяться в вакууме.

Эти волны Максвелл назвал электромагнитными волнами. По представлениям

Максвелла: при любом изменении электрического поля возникает вихревое

магнитное поле и, наоборот, при любом изменении магнитного поля возникает

вихревое электрическое поле. Однажды начавшийся процесс взаимного

порождения магнитного и электрического полей должен непрерывно продолжаться

и захватывать все новые и новые области в окружающем пространстве (рис.

31). Процесс взаимопорождения электрических и магнитных полей происходит во

взаимно перпендикулярных плоскостях. Переменное электрическое поле

порождает вихревое магнитное поле, переменное магнитное поле порождает

вихревое электрическое поле.

Электрические и магнитные поля могут существовать не только в

веществе, но и в вакууме. Поэтому должно быть возможным распространение

электромагнитных волн в вакууме.

Впервые опытным путем получил электромагнитные волны физик Генрих

Герц, использовав приэтом высокочастотный искровой разрядник (вибратор

Герца). Герц опытным путем определил также скорость электромагнитных волн.

Она совпала с теоретическим определением скорости волн Максвеллом.

Простейшие электромагнитные волны — это волны, в которых электрическое и

магнитное поля совершают синхронные гармонические колебания.

Конечно, электромагнитные волны обладают всеми основными свойствами

волн.

Они подчиняются закону отражения волн:

угол падения равен углу отражения. При переходе из одной среды в другую

преломляются и подчиняются закону преломления волн: отношение синуса угла

падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных

сред и равная отношению скорости электромагнитных волн в первой среде к

скорости электромагнитных волн во второй среде и называется показателем

преломления второй среды относительно первой.

Явление дифракции электромагнитных волн, т. е. отклонение направления их

распространения от прямолинейного, наблюдается у края преграды или при

прохождении через отверстие. Электромагнитные волны способны к

интерференции. Интерференция — это способность когерентных волн к

наложению, в результате чего волны в одних местах друг друга усиливают, а в

других местах — гасят. (Когерентные волны — это волны, одинаковые по

частоте и фазе колебания.) Электромагнитные волны обладают дисперсией, т.

е. когда показатель преломления среды для электромагнитных волн зависит от

их частоты. Опыты с пропусканием электромагнитных волн через систему из

двух решеток показывают, что эти волны являются поперечными.

При распространении электромагнитной волны векторы напряженности Е и

магнитной индукции В перпендикулярны направлению распространения волны и

взаимно перпендикулярны между собой (рис. 32).

С помощью радиоволн осуществляется передача на расстояние не только

звуковых сигналов, но и изображения предмета. Большую роль в современном

морском флоте, авиации и космонавтике играет радиолокация. В основе

радиолокации лежит свойство отражения волн от проводящих тел. (От

поверхности диэлектрика электромагнитные волны отражаются слабо, а от

поверхности металлов почти полностью.)

2) Архимедова сила, объяснение причины её возникновения. Условия плавания

тел. Плавание судов. Измерить выталкивающую силу с помощью динамометра.

Зависимость давления в жидкости и газе от глубины приводит к возникновению

Страницы: 1, 2, 3, 4