Экзаменационный материал

БИЛЕТ №1

1. Научные методы познания окружающего мира. Роль экспе­римента и теории в процессе познания. Научные гипотезы. Физи­ческие законы. Физические теории.

2. Качественная задача по теме «Законы сохранения в механике»

Железнодорожная платформа, движущаяся с некоторой скоростью, сталкивается с другой платформой и останавливается. Буферная пружина между платформой сжимается. Какие преобразования энергии происходят в этом процессе?

3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий информацию об использовании различных электрических устройств. Задание на определение условия условий безопасного использования электрических устройств

Короткое замыкание. Плавкие предохранители.

Любое электрическое устройство рассчитывают на определенную силу тока. Во время эксплуатации прибора, если произойдет увеличение силы тока больше допустимого значения, может возникнуть короткое замыкание. Возрастание силы тока в цепи может произойти при соединении оголенных проводов, при ремонте электрических цепей под током. В любом случае короткое замыкание возникает тогда, когда соединяются концы участков цепи проводником, сопротивление которого мало по сравнению с сопротивлением самого участка цепи. При коротком замыкании резко возрастает сила тока в электрической цепи, что может стать причиной пожара. Чтобы этого не случилось, применяют плавкие предохранители. Плавкие предохранители при возникновении короткого замыкания отключают электрическую цепь.

Главная часть предохранителя — свинцовая проволока, находящаяся в фарфоровой трубке. В зависимости от толщины проволоки, она выдержи­вает ту или иную силу тока, например 10 А. Если сила тока превысит допустимое значение, проволока в пробке расплавится, и электрическая цепь разомкнётся. Если перегоревшую проволоку заменить, то плавкий предохранитель можно использовать снова.

 

Ответьте на вопросы к тексту.

1. Почему в плавких предохранителях применяют именно свинцовую проволоку?

2. Где в квартире устанавливают предохранители?

3. Имеют ли автономные электрические устройства, например телеви­зоры, предохранители?

4. Существуют ли другие конструкции предохранителей?

 

БИЛЕТ 2

1. Механическое движение и его виды. Относительность движе­ния. Система отсчета. Скорость. Ускорение. Прямолинейное рав­ноускоренное движение.

2. Экспериментальное задание по теме «Элементы электроста­тики»: наблюдение явления электризации тел

В вашем распоряжении имеется оборудование для наблюдения явления электризации тел: два электростатических маятника на изолирую­щих штативах, стеклянная и эбонитовая палочки, кусочек шелковой ткани, кусочек меха.

3. Текст по разделу «Квантовая физика и элементы астрофизи­ки», содержащий описание опыта. Задание на формулировку гипо­тезы опыта, условий его проведения и выводов.

Изучение космических лучей

В 1896 г. французский физик А. Беккерель открыл ионизирующее дей­ствие быстрых заряженных частиц на эмульсию фотопластинки. Фото­эмульсия содержит большое количество микроскопических кристалликов бромида серебра. Быстрая заряженная частица, пронизывая кристаллик, отрывает электроны от отдельных атомов брома. Цепочка таких кристалли­ков образует скрытое изображение, при проявлении в этих кристалликах восстанавливается металлическое серебро, и цепочка зерен серебра образует трек частицы.

Эти опыты Беккереля легли в основу создания метода изучения косми­ческих лучей и ядерных процессов, разработанных Л.С. Мысовским, А.П. Ждановым и др. Наблюдения показали, что α - частицы, попадая в эмульсию фотопластинки под острым углом к ее поверхности, оставляют в ней характерный след, становящийся видимым в микроскоп после проявле­ния. Пробег α - частицы в фотоэмульсии вследствие большой плотности среды составляет несколько десятков микрометров. У обычных фотопла­стинок слой светочувствительной эмульсии имеет толщину всего около 20 мкм. Для ядерных исследований изготавливают пластинки с тридцати­кратной и более толщиной светочувствительного слоя (до 600 и даже 1000 мкм) и применяют мелкозернистые эмульсии, позволяющие запечат­леть след протонов.

Изучение следов космических частиц в толстослойных фотопластинках, поднятых с помощью ракет на высоту 100 км, не оставляет сомнения в том, что первичными частицами космического излучения являются главным об­разом протоны и в меньшем количестве альфа-частицы и ядра других бо­лее тяжёлых элементов.

Интенсивность первичных космических лучей равна, примерно 100 000 МэВ/мин на 1 см² в единице телесного угла.

По порядку величины энергия, приносимая на Землю космическим из­лечением, примерно равна энергии, получаемой Землей от звезд.

Ответьте на вопросы к тексту:

1. Можно ли для регистрации космических лучей использовать фото­пластинки, применяемые при обычном фотографировании?

2. Как, изучая трек частиц, можно определить массу частиц?

3. Как, изучая трек частиц, можно определить энергию частиц?

4. Каковы преимущества метода фотоэмульсии перед другими методами исследования частиц?

 

БИЛЕТ №3

1. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Взаимодействие тел. Сила. Масса. Второй закон Ньютона. Третий закон Ньютона.

2. Экспериментальное задание по теме «Оптика»: наблюдение изменения энергии отраженного и преломленного лучей света

В вашем распоряжении имеется оборудование, для наблюдения отражения и преломления света: плоское зеркало, источник света, экран со щелью, плоскопараллельная стеклянная пластинка.

3. Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий опи­сание использования законов МКТ и термодинамики в технике. Задание на понимание основных принципов, лежащих в основе ра­боты описанного устройства

 

Тепловая машина

В современной технике механическую энергию в основном получают за счет внутренней энергии топлива. Устройства, в которых происходит пре­образование внутренней энергии в механическую, получили название теп­ловых двигателей. Если в цилиндре есть поршень, который может свободно перемещаться, то можно заставить перемещаться этот поршень за счет рас­ширения газа, т.е. газ совершает работу. В этом случае газ называют рабо­чим телом. Чтобы двигатель работал непрерывно, необходимо, чтобы пор­шень после расширения газа каждый раз возвращался в исходное положе­ние, сжимая газ до первоначального положения. Сжатие газа может проис­ходить только под действием внешней силы, которая при этом совершает работу. После этого вновь могут происходить процессы расширения и сжатия газа. Следовательно, работа теплового двигателя должна состоять из периодически повторяющихся процессов расширения и сжатия.

Рассмотрим принцип работы поршневого двигателя. В таком двигателе рабочим телом является газ, который давит на поршень, вследствие чего поршень перемещается. При расширении газа возникает движение поршня, которое передается валу двигателя с укрепленным на нем маховиком. Для сжатия газа поршень должен переместиться под действием внешней силы в противоположном направлении. Это движение совершается за счет кинети­ческой энергии, запасенной маховиком в процессе расширения газа.

Если работа сжатия газа меньше работы рас­ширения газа, то мы получим полезную работу, т.е. каждому значению объема газа при сжатии должно соответствовать меньшее давление, чем при расширении. Давление газа при одном и том же объеме тем меньше, чем ниже его температу­ра. Поэтому газ перед сжатием должен быть ох­лажден. Для этого его необходимо привести в контакт с телом, имеющим более низкую темпе­ратуру. Это тело называют холодильником.

Нагреватель, рабочее тело, и холодильник — основные части теплового двигателя. На рис. 3.5 в координатных осях pV графически представлен процесс расширения газа (линия АВ) и сжатия до первоначального объема (линия CD).

Ответьте на вопросы к тексту:

Чему численно равна площадь фигуры ABEF?

2. Чему численно равна площадь фигуры DCEF?

3. Чему численно равна площадь фигуры ABCD?

4. Может ли коэффициент полезного действия тепловой машины быть больше единицы? Ответ обоснуйте.

 

БИЛЕТ № 4

1. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное дви­жение в природе и технике.

2. Экспериментальное задание по теме «Молекулярная физика»: наблюдение изменения давления воздуха при изменении температу­ры и объема

В вашем распоряжении имеется оборудование для наблюдения изменения давления при изменении объема и температуры: гофрированный сосуд, манометр, регистрирующий давление внутри сосуда, термометр, сосуд с горячей водой.

3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе или в повседневной жизни. Задание на понимание физических терминов, определение явления при помощи физических знаний

Молния

Наблюдали ли вы молнию? Красивое и небезопасное явление природы! Уже в середине XIII в. ученые обратили внимание на внешнее сходство мол­нии и электрической искры. Высказывалось предположение, что молния — это электрическая искра. Когда же она возникает? Соберем установку: к двум шарикам, закрепленным на изолирующих штативах и находящимися на некотором расстоянии друг от друга, подклю­чим батарею конденсаторов (рис. 4.6). Начнем заряжать конденсаторы от элек­трической машины.

 

По мере заряжения конденсаторов увеличивается разность потенциалов между электродами, а, следовательно, будет увеличиваться напряженность поля в газе. Пока напряженность поля невелика, между шариками нельзя заме­тить никаких изменений. Однако при достаточной напряженности поля (30 000 В/см) между электродами появляется электрическая искра, имеющая вид ярко светящегося извилистого канала, соединяющего оба электро­да. Газ вблизи искры нагревается до высокой температуры и расширяется, отчего возникают звуковые волны, и мы слышим характерный треск.

Опыты с атмосферным электричеством, проводимые М.В. Ломоносовым и Франклином независимо друг от друга, доказали, что грозовые облака несут в себе большие электрические заряды и что молния — это гигантская искра, ничем (кроме размеров) не отличающаяся от искры между шариками.

Ответьте на вопросы к тексту:

1. Зачем в описанном опыте применяли батарею конденсаторов?

2. К какому виду разрядов можно отнести молнию?

3. Когда между облаками проскакивает молния?

4. Может ли возникнуть молния между облаками и Землей? Объясните.

 

БИЛЕТ № 5

1. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Невесомость.

2. Качественная задача по теме «Электростатика»

Как направлен вектор напряженности электростатического поля, соз­данного двумя одинаковыми по модулю, но противоположными по знаку зарядами в точке А, одинаково удаленной от зарядов (рис. 5.5).

Как направлен вектор напряженности электростатического поля, соз­данного двумя одинаковыми отрицательными зарядами, в точке В, одина­ково удаленной от зарядов (рис. 5.6).

3. Текст по теме «Ядерная физика», содержащий информацию о влиянии радиации на живые организмы или воздействия ядерной энергетики на окружающую среду. Задание на понимание основных принципов радиационной безопасности

Экологические последствия на Чернобыльской АЭС.

Авария на Чернобыльской АЭС является не только крупной по своим масштабам, но и классической по опасным экологическим последствиям. Первичное парогазовое облако, образовавшееся в результате разрушения реактора, содержало всю гамму радионуклидов, накопившихся в реакторе за время его работы, а также компоненты ядерного топлива. Облако содер­жало большое количество образовавшихся биологически опасных изотопов плутония и других актинидов (нептуний-237, америций-242, -245, кюрий-242,-244 и другие), опасных газообразных изотопов (ксенон-133, криптон-15, йод-131,-132). При подъеме этого облака и его движении образовались два радиоактивных следа: западный и северный.

Безусловно, что радиационному воздействию за счет прохождения первичного парогазового облака подверглись люди и окружающая среда. Причем на малых расстояниях от аварийного облака доза облучения на его следе была весьма значительна, о чем свидетельствует гибель хвойных пород леса на западном следе облака. В дальнейшем значительные выбросы радионуклидов продолжались еще 9 суток. Bсe эти выбросы радионуклидов при меняющих­ся в этот период метеорологических условиях и вызвали в целом неравномер­ное радиоактивное загрязнение огромных территорий. Значимые с точки зрения экологических последствий для населения и территорий выпадения радионуклидов были ограничены расстоянием 100-200 км от аварийного энергоблоком. На дальних расстояниях преобладала конденсация компонента выпадения, характерной особенностью которой является преимущественный вклад цезия-147 в суммарную активность загрязнения объектов окружающей распада короткоживущих радионуклидов. В развитии радиаци­онной обстановки после аварии на Чернобыльской АЭС принято выделять два основных периода: период «йодовой опасности» и «цезиевый» период, который наступил спустя два месяца после аварии. В «йодовом периоде», кроме внешнего облучения, за счет которого формировалось до 45% дозы за первый год, основные проблемы были связаны со снижением уровней внут­реннего облучения, которое определялось в основном употреблением молока — главного «поставщика» радионуклида йода в организм человека, и листо­вых овощей. Для примера отметим, что корова ежесуточно съедает на паст­бище корм с площади около 150 м2 и является идеальным концентратором радиоактивности в молоке.

«Цезиевый период», наступивший в конце июня 1986 г., будет продол­жаться длительное время, и цезий будет являться основной причиной радиационного воздействия на население и окружающую среду. Как известно, период полураспада цезия-137 составляет 300 лет.

Анализ чернобыльской аварии убедительно подтверждает, что радиоактивное загрязнение окружающей среды является наиболее важным экологическим последствием радиационных аварий с выбросами радионуклидов, основным фактором, оказывающим влияние на состояние здоровья и условия жизнедея­тельности людей на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению.

Ответьте на вопросы к тексту:

1. Когда произошла авария на Чернобыльской АЭС?

2. Какие наиболее опасные изотопы актинидов?

3. Что значит принцип обоснования, обеспечения радиационной без­опасности?

4. Что значит принцип аварийной оптимизации обеспечения радиаци­онной безопасности?

 

БИЛЕТ № 6

1.Силы трения скольжения. Сила упругости. Закон Гука

2. Экспериментальное задание по теме «Магнитное поле»: на­блюдение взаимодействия постоянного магнита и катушки с током (или обнаружение магнитного поля проводника с током при помо­щи магнитной стрелки)

В вашем распоряжении имеет­ся проволочная катушка, соедини­тельные провода, разъединительный ключ, источник постоянного тока, дугообразный магнит, миллиамперметр.

3. Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий опи­сание опыта. Задание на формулировку гипотезы опыта, условий его проведения и выводов.

Огонь из «ничего»

Возьмем толстостенный сосуд, сделанный из оргстекла (рис. 6.6). Сосуд имеет диаметр порядка 40мм и высоту около 160 мм. Вблизи дна сосуда имеется плотно закрывающееся отверстие. Внутри сосуда может перемещаться хорошо пригнанный к стенкам поршень с ручкой. Положим на дно цилиндра смоченный эфиром кусочек ваты и быстро опустим поршень вниз. Сквозь стенки прозрачного сосуда мы видим ярко вспых­нувшее пламя. Нагревание воздуха при быстром сжатии нашло применение в двигателях Дизеля.

В цилиндр двигателя заса­сывается атмосферный воздух, и в тот момент, когда наступает его максимальное сжатие, туда вспрыски­вается жидкое топливо. К этому моменту температура воздуха так велика, что горючее самовоспламеняется. Двигатели Дизеля имеют больший коэффициент по­лезного действия, чем обычные, но более сложны в изготовлении и эксплуатации. Сейчас все большее количество автомобилей снабжается двигателями Дизеля.

Ответьте на вопросы к тексту:

1. Почему опыт не удается, если воздух в цилиндре сжимать медленно?

2. Почему для проведения опыта берется именно эфир?

3. Какой из двигателей: карбюраторный двигатель внутреннего сгорания или двигатель Дизеля более экологичный?

4. Почему у двигателей Дизеля больше КПД, чем у карбюраторных двигателей?

 

БИЛЕТ № 7

1. Работа. Механическая энергия. Кинетическая и потенциальная энергия. Закон сохранения механической энергии

2. Качественная задача по разделу «Мо­лекулярная физика»

На рис. 7,5 представлен график изменения давления в зависимости от температуры для не­которой массы идеального газа. Как при этом изменялся объем газа?

3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание использования законов электродинамики в технике. Задание на понимание основных принципов, лежащих в основе работы опи­санного устройства

Какое хочу, такое и получу

При практическом использовании энергии электрического тока очень часто возникает необходимость изменять напряжение, даваемое каким-либо генератором. В одних случаях нужны напряжения в тысячи или даже сотни тысяч вольт, в других необходимы напряжения в несколько вольт или несколько десятков вольт. Осуществить такого рода преобразова­ния можно в устройствах, которые называют трансформаторами. В основе работы транс­форматора лежит явление электромагнитной индукции. Трансформатор состоит из двух обмоток, надетых на магнитомягкий стальной сердечник. Сердечник собран из пластин. Одна из обмоток, называемая первичной, подключа­ется к источнику переменного тока. Вторая обмотка, к которой подсоединяют «нагрузку»,называют вторичной (рис. 7.6).

Для трансформаторов, работающих на холостом ходу, справедливо со­отношение

U1/U2= N1/N2= к, где U1, U2 — напряжения на первичной и вторичной обмотках трансфор­матора, a N1 и N2 — число витков на первичной и вторичной обмотках трансформатора. Величину к называют коэффициентом трансформации. Трансформатор преобразует переменный электрический ток таким образом, что произведение силы тока на напряжение приблизительно одинаково в первичной и вторичной обмотках.

Электрическая энергия — самая универсальная и удобная форма энер­гии для передачи на большие расстояния. Удвоение потребления электроэнергии происходит в среднем за 10 лет. Это означает, что роль трансфор­маторов как повышающих, так и понижающих будет возрастать.

Ответьте на вопросы к тексту:

1. В чем заключается явление электромагнитной индукции?

2. Может ли трансформатор работать от постоянного тока?

3. Каковы потери передаваемой мощности в трансформаторах?

4. Почему сердечник трансформатора набирается из пластин?

 

БИЛЕТ № 8

1. Механические колебания. Свободные и вынужденные коле­бания. Резонанс. Превращение энергии при механических колеба­ниях

2. Экспериментальное задание по теме «Элементы термодина­мики»: построение графика зависимости температуры от времени остывания воды

В вашем распоряжении имеются стакан с горячей водой, большой ста­кан с холодной водой (стакан с горячей водой должен помещаться в стакан с холодной водой), термометр, часы с секундной стрелкой.

3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе или в повседневной навил. Задание на понимание физических терминов, определение явления, его признаков или объяснение явления при помощи имеющихся знаний

Огни святого Эльма

В природе наблюдается интересное явление. Иногда в тропическую ночь на мачтах и реях кораблей появляются кисточки холодного пламени. Эти огни известны очень давно. Их видели Колумб и Магеллан, о них писал даже Юлий Цезарь, который однажды видел такое свечение на копьях своих солдат во вре­мя ночного похода через горы. Не составляет большого труда самим получить такое свечение. Если хорошо натереть лист оргстекла сухой тканью и после этого к листу поднести полураскрытые ножницы остриями к листу, то в затем­ненной комнате можно увидеть как на остриях ножниц появляются дрожащие пучки нитей, светящиеся лиловатым пламенем. В тишине можно услышать легкое шипение или жужжание. Если вместо ножниц к листу оргстекла поднес­ти спичку, то она не зажжется, хотя огонь будет плясать прямо на головке спички. Возникшее свечение холодное. Такое же свечение часто появлялось на шпиле церкви святого Эльма в одном из городов Франции и считалось доброй приметой. Подобное свечение получило название огней святого Эльма.

Ответьте на вопросы к тексту и выполните задание:

1. Какое физическое явление лежит в основе появления огней святого Эльма?

2. Почему не возникает такого свечения на плоской металлической крыше?

3. Опасно ли находиться вблизи возникших огней святого Эльма на ко­рабле?

4. На каком физическом приборе можно получить огни святого Эльма? Продемонстрируйте.

 

БИЛЕТ № 9

1. Возникновение атомистической гипотезы строения вещества и ее экспериментальные доказательства. Идеальный газ. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. Аб­солютная температура как мера средней кинетической энергии теплового движения частиц вещества

2. Качественная задача по теме «Магнитное поле»

В однородное магнитное поле с индукцией В со скоростью v влетает частица массой m и зарядом q перпендикулярно линиям магнитной индукции. Как будет двигаться эта частица в магнитном поле?

3. Текст по разделу «Механика», содержащий описание использования законов механики в технике. Задание на понимание основных принципов, лежащих в основе работы описанного устройства/

От Галилея до современности

Маятник обладает удивительным свойством — оно казалось удивительным Галилею, измерявшему время по числу биений пульса, оно кажется таким же и современному человеку, пользующемуся секундомером. Заключается оно в том, что колебания маятника и с малой амплитудой и с большой амплитудой совершаются практически за одно и то же время. Если сначала колебания происходят с очень большим отклонением, скажем на 80° от вертикали, то при затухании колебаний до 60...40...20° период уменьшится лишь на несколько процентов; а при уменьшении отклонений от 20° до едва заметного период изменяется меньше чем на 1%. При отклонениях меньше 5° период остается неизменным с точностью до 0,05%.

Это свойство маятника оказалось не только удивительным, но и полезным. Галилей предложил использовать маятник в качестве регулятора в часах. Лишь столетие спустя после Галилея часы с маятниковым регулятором вошли в обиход. Однако мореплаватели нуждались в точных часах для измерения долготы на море. Была объявлена премия за создание морских часов, которые позволяли бы измерять время с достаточной точностью. Премию получил Гариссон за хронометр, в котором для регулирования хода использовалось маховое колесо (баланс) и специальная пружина.

Свойство независимости периода колебаний маятника от амплитуды называется изохронностью.

Ответьте на вопросы к тексту:

1. Одинакова ли скорость движения маятника?

2. Постоянно ли ускорение при движении маятника?

3. Отчего зависит период колебаний?

4. В чем заключается свойство изохронности?

 

БИЛЕТ № 10

1. Давление газа. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева - Клапейрона). Изопроцессы/

2. Экспериментальное задание по теме «Динамика»: проверка зависимости периода колебания маятника от длины нити (или не­зависимости периода от массы груза).

В вашем распоряжении имеется штатив с закрепленной лапкой, к кото­рой привязана нить длиной 1 м (на конце нити закреплен металлический шарик), секундомер, сантиметровая лента.

3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание использования законов электродинамики в технике. Задание на понимание основных принципов, лежащих в основе работы опи­санного устройства.

Действие магнитного поля на проводник с током

Воспользуемся магнитным полем дугооб­разного магнита, а электрическую цепь собе­рем согласно рис. 10.5.

Проводник АВ представляет собою пря­молинейный участок цепи, находящийся в магнитном поле дугообразного магнита. При пропускании электрического тока на­блюдается отклонение проводника с током в магнитном поле. Меняя направление тока, можно наблюдать изменение направления отклонения проводника с током в магнит­ном поле.

В 1820 г. французский физик Ампер экспериментально установил, от каких физических величин зависит эта сила.

Сила, с которой магнитное поле действует на помешенный в него отрезок проводника с током, равна произведению силы тока, модуля вектора магнитной индукции, длины отрезка проводника и синуса угла между направлениями тока и магнитной индукции:

F = IB l sinα.

Существует правило, по которому опреде­ляется направление силы Ампера. Если в маг­нитном поле будет находиться рамка с током, то на нее действует пара сил, которая создает вращающий момент для рамки (рис. 10.6): М = ISB sinα.

Поворот рамки с током в магнитном поле используют в электроизмерительных приборах магнитоэлектрической системы, например в амперметрах. В магнитном поле между посто­янным магнитом и цилиндром из мягкого железа располагается катушка, способная вращаться вокруг горизонтальной оси. При такой конструкции вращающий момент, действующий на катушку, максимален. Вращающий момент пропорционален силе измеряемого тока и числу витков в катушке. Измеряемая сила тока прямо пропорциональна углу отклонения стрелки.

Ответьте на вопросы к тексту:

1. Почему магнитное поле действует на проводник с током, находящий­ся в этом магнитном поле?

2. Сформулируйте правило для определения направления силы Ампера.

3. В каких единицах измеряют магнитную индукцию?

4. Возможно ли использовать поворот рамки с током в магнитном поле в приборах для измерения напряжения в электрической цепи? Как называ­ют такие приборы?

 

БИЛЕТ №11

1. Испарение и конденсация. Насыщенные и ненасыщенные па­ры. Влажность воздуха.

2. Экспериментальное задание по теме «Электромагнитная ин­дукция»: наблюдение явления электромагнитной индукции.

В вашем распоряжении имеется оборудование для исследования явления электромагнитной индукции: дугообразный магнит, 2 проволочные катушки с сердечниками, миллиамперметр, соединительные провода, ключ, магнитная стрелка (компас), реостат.

3. Текст по разделу «Квантовая физика и элементы астрофи­зики», содержащий описание использования законов квантовой, атомной или ядерной физики в технике. Задание на понимание основных принципов, лежащих в основе работы описанного уст­ройства

Пока еще недоступная энергия

При слиянии легких ядер выделяется энергия. Как научиться управ­лять этой энергией? Задача состоит в том, чтобы, преодолев электриче­ское отталкивание, сблизить легкие ядра на достаточно близкие рас­стояния друг от друга, где уже начинают действовать между ними ядер­ные силы притяжения. Если бы можно было заставить два протона и два нейтрона объединиться в ядро атома гелия — или же четыре протона с соответствующими превращениями, — то при этом выделилась бы ог­ромная энергия. Заставить сблизиться ядра можно с помощью нагрева до высоких температур, когда в результате обычных столкновений ядра смогут сблизиться на столь малые расстояния, чтобы ядерные силы вступили в реакцию, и произошел синтез. Начавшись, процесс синтеза, по-видимому, сможет дать такое количество теплоты, которое нужно для поддержания высокой температуры, необходимой для дальнейших слияний ядер. Этот многостадийный процесс «горения» водорода, в результате которого происходит синтез ядер гелия, является источником непрерывного потока солнечной радиации. Проблема использования синтеза ядер в мирных целях, например для производства электриче­ской энергии, упирается в очень трудную проблему удержания реак­ции. Газ должен быть раскален до температуры порядка 50 000 000°С, и любая твердая оболочка, соприкоснувшись с ним, обратится в пар. Если к тому же при синтезе выделяется полезное тепло, то задача удержания реакции еще более усложняется.

В настоящее время ведутся исследования по удержанию реагирую­щих веществ с помощью электромагнитного поля. Можно подвешивать в воздухе магнит с помощью других магнитов, хотя такое равновесное положение и является неустойчивым. Если пропускать ток достаточно большой силы через газ, то образуются потоки электронов и положи­тельных ионов, движущихся навстречу друг другу. Под действием магнитного поля, которое окружает ток, такой поток движущихся зарядов будет сжиматься в узкий шнур. В этом заключается так называемый пинч-эффект. Пинч-эффект и силы, создаваемые магнитными полями, меняющимися по определенному закону, можно использовать для удержания плазмы — смеси быстро движущихся ядер и электронов в «магнитной бутылке», где происходит реакция синтеза.

Ответьте на вопросы к тексту:

1. Что означает слово синтез?

2. Всегда ли при ядерной реакции выделяется энергия?

3. Что такое плазма?

4. Каковы проблемы управления термоядерным синтезом?

 

БИЛЕТ № 12

1. Работа в термодинамике. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики. Адиабатный процесс. Второй закон термодинамики.

2. Качественная задача по теме «Строение атомного ядра»

Сколько протонов Z и сколько нейтронов N в ядре изотопа урана .

3. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание опыта. Задание на определение (или формулировку) гипотезы опыта, условий его проведения и выводов.

Разделение атомов в газовом разряде

На рис. 12.5 представлена разрядная стеклянная трубка, в которой впаяны два электрода А и В в виде металлических пластин, между которыми подается высокое напряжение порядка 40 000 В для создания сильна го поля в области Y между электродами. Трубка наполнена газом при пониженном давлении. По обе стороны электродов впаяны по две, параллельные между собой, пластины, к которым подается постоянное напряжение.

Предполагается, что во внешних областях X и Z горизонтальное электрическое поле отсутствует. В области Y находится небольшое количество газа, в котором образуются электроны и положительные ионы. Большинство во электронов, увлекаемые полем, ударяется в пластину В, но некоторые проходят через отверстие, образуя пучок в области Z. Вертикальное электрическое поле, создаваемое пластинами PzPz^/, отклоняет этот пучок вниз. В области Z действует и магнитное поле, перпендикулярное плоскости страницы; это поле также отклоняет пучок электронов вниз. Эти пол действуют и на положительные ионы, проходящие через отверстие в пластине А в область X. Наличие магнитного поля в области X приводит к тому, что в пучке движущихся зарядов происходит разделение зарядов. Отклонения зарядов будут пропорциональны значениям е, m, v.

Ответьте на вопросы к тексту:

1. Между пластинами Рх и Р¹х действует такое же электрическое поле как между пластинами PzPz^l. В каком направлении будут отклоняться положительные ионы электрическим полем?

2. В области X действует такое же магнитное поле, как и в области Z. Куда это поле будет отклонять положительные ионы — вверх или вниз. Почему?

3. По какой траектории будут двигаться отклоняющиеся частицы?

4. По какой формуле можно рассчитать радиус кривизны траекторий частиц?

 

БИЛЕТ № 13

1. Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона. Закон сохра­нения электрических зарядов. Электрическое поле.

2. Экспериментальное задание по разделу «Молекулярная фи­нка»: измерение влажности воздуха при помощи термометра.

В вашем распоряжении имеется: гигрометр, термометр, эфир, таблицы насыщенного водяного пара, психрометр.

3. Текст по разделу «Механика», содержащий информацию, на­пример, о мерах безопасности при использовании транспортных средств или шумовом загрязнении окружающей среды. Задание на понимание основных принципов, обеспечивающих безопасность использования механических устройств, или выявление мер М снижению шумового воздействия на человека Шумовое загрязнение среды

Остановитесь и прислушайтесь: по улице с шумом проносятся многотонные МАЗы и ЗИЛы, хлопают двери парадных на мощных стальным пружинах, со двора несутся крики детворы, до глубокой ночи бренчат гитары, оглушают магнитофоны и телевизоры, заводские цеха встречают нас грохотом станков и других машин… Картина вроде обыденная. Но нормально ли это?

Наш век стал очень шумным. Трудно сейчас назвать область техники производства и быта, где в звуковом спектре не присутствовал бы шум, т.е. мешающая и раздражающая нас смесь звуков. За определенный комфорт удобства связи и передвижения, благоустройство быта и совершенствование производства современному человеку приходится слушать не скрип телег, а вой автомобилей, лязг трамваев, рев реактивных самолетов. Внедрение в промышленность новых технологических процессов, рост мощности и быстроходности транспорта, механизация производственных процес­сов привели к тому, что человек в производстве и быту постоянно подвергается воздействию шума высоких уровней.

Шумом является всякий нежелательный для человека звук. При нор мольных физических условиях скорость звука в воздухе 344 м/с. Звуковое поле — это область пространства, в которой распространяются звуковые волны. При распространении звуковой волны происходит перенос энергии. Уровень шума измеряется в единицах, выражающих степень звукового давления, децибелах (дБ), это давление воспринимается не беспредельно. Шум, в 20-30 дБ практически безвреден для человека и составляет естественный звуковой фон, без которого невозможна жизнь. Допустимая граница поднимается примерно до 80 дБ. Шум в 130 дБ уже вызывает у человека болевое ощущение, а достигнув 150 дБ, становится для него непереносимы. Недаром в средние века существовала казнь «под колокол»; колокольный звон убивал человека. На многих оживленных магистралях даже ночью шум не бывает ниже 70 дБ, в то время как по санитарным нормам он и должен превышать 40 дБ.

Шум, даже когда он не велик, создает значительную нагрузку на нервную систему человека, оказывая на него психологическое воздействие. Отсутствие необходимой тишины, особенно в ночное время, приводит к преждевремен­ной усталости, стойкой бессоннице и атеросклерозу. Под воздействием шума 85 - 90 дБ снижается слуховая чувствительность на высоких частотах. Недомогание, головокружение, тошнота, чрезмерная раздражительность — все это результат пребывания в шумных условиях. В настоящее время воздействие звука, шума на функции организма изучает наука аудеология. Было установ­лено, что шумы природного происхождения (шум морского прибоя, листвы, дождя и др.) благотворно влияют на организм, успокаивают его, нормализуют сон. В 1980 г. был принят закон «Об охране атмосферного воздуха», в кото­ром в статье 12 отмечается, что «в целях борьбы с производственными и иными шумами должны, в частности, осуществляться: внедрение малошумных технологических процессо