Эффект Доплера для световых волн

Вариант № 22

Задание 1

Невесомая пру­жи­на жёсткостью 100 Н/м при­креп­ле­на одним кон­цом к вер­ти­каль­ной стене. К дру­го­му концу пру­жи­ны прикреплён брусок, по­ко­я­щий­ся на глад­кой го­ри­зон­таль­ной поверхности. Ось пру­жи­ны горизонтальна. Если вы­ве­сти бру­сок из по­ло­же­ния равновесия, сме­стив его вдоль оси пру­жи­ны на 10 см, и затем отпустить, то он будет со­вер­шать гар­мо­ни­че­ские ко­ле­ба­ния с ча­сто­той ν = 0,8 Гц. Опре­де­ли­те (быть может, приближенно) зна­че­ния со­от­вет­ству­ю­щих ве­ли­чин в СИ, ха­рак­те­ри­зу­ю­щих эти колебания. К каж­до­му эле­мен­ту пер­во­го столб­ца под­бе­ри­те со­от­вет­ству­ю­щий эле­мент из вто­ро­го и вне­си­те в стро­ку от­ве­тов вы­бран­ные цифры под со­от­вет­ству­ю­щи­ми буквами.

 

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА		ЗНАЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫВ СИ
А) пе­ри­од ко­ле­ба­ний бруска Б) мак­си­маль­ная сила упру­го­сти пружины В) мак­си­маль­ная ско­рость брус­ка		А Б В       1) 0 2) 0,5 3) 1 4) 1,25 5) 10

 

Запишите в ответ цифры, рас­по­ло­жив их в порядке, со­от­вет­ству­ю­щем буквам:

Задание 2

Аэростат летит равномерно и прямолинейно параллельно горизонтальной дороге, на которой находится неподвижный автомобиль. Выберите правильное утверждение.

 

1) Система отсчёта, связанная с аэростатом, является инерциальной, а система отсчёта, связанная с автомобилем, инерциальной не является.

2) Система отсчёта, связанная с автомобилем, является инерциальной, а система отсчёта, связанная с аэростатом, инерциальной не является.

3) Система отсчёта, связанная с любым из этих тел, является инерциальной.

4) Система отсчёта, связанная с любым из этих тел, не является инерциальной.

Задание 3

Тело дви­жет­ся в по­ло­жи­тель­ном направлении оси Ox. На ри­сун­ке представлен гра­фик зависимости от вре­ме­ни t для про­ек­ции силы F_x, дей­ству­ю­щей на тело. В ин­тер­ва­ле времени от 0 до 5 с про­ек­ция импульса тела на ось Ох

1) не изменяется 2) увеличивается на 5 кг·м/с 3) увеличивается на 10 кг·м/с 4) уменьшается на 5 кг·м/с

Задание

Диск ра­ди­у­сом R вра­ща­ет­ся вокруг своей оси с по­сто­ян­ной частотой. Какой из гра­фи­ков зависимости мо­ду­ля линейной ско­ро­сти v точек диска от рас­сто­я­ния r до его цен­тра соответствует та­ко­му вращению?

 

1) 1 2) 2 3) 3 4) 4

Задание 5

На уроке фи­зи­ки де­мон­стри­ру­ют сле­ду­ю­щий опыт: ста­кан вы­со­той h по­гру­жа­ют в боль­шую ёмкость с водой так, чтобы он пол­но­стью на­пол­нил­ся водой. После этого ста­кан пе­ре­во­ра­чи­ва­ют вверх дном и мед­лен­но вы­тас­ки­ва­ют из воды до тех пор, пока края ста­ка­на не срав­ня­ют­ся с уров­нем воды в боль­шом со­су­де (см. рисунок). Учитывая, что ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние равно p_атм, а плот­ность воды равна ρ, опре­де­ли­те дав­ле­ние p_A в точке A внут­ри стакана.

1) 2) 3) 4)

Задание

На покоящееся тело, находящееся на гладкой горизонтальной плоскости, в момент времени t = 0 начинают действовать две горизонтальные силы (см. рисунок). Определите, как после этого изменяются со временем модуль скорости тела и модуль ускорения тела.

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличивается 2) уменьшается 3) не изменяется

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины.

Цифры в ответе могут повторяться.

 

Модуль скорости	Модуль ускорения

Задание

К динамометру прикрепили цилиндр, как показано на рисунке 1. Затем цилиндр полностью погрузили в воду (рисунок 2).

 

Определите объём цилиндра. Ответ запишите в см³.

8. Задание 8 Утром жар­ко­го дня ветер дует с суши на море. Это объ­яс­ня­ет­ся тем, что

1) удель­ная теп­ло­ем­кость воды больше, чем удель­ная теп­ло­ем­кость суш 2) удель­ная теп­ло­ем­кость воды меньше, чем удель­ная теп­ло­ем­кость суш 3) теп­ло­про­вод­ность воды больше, чем теп­ло­про­вод­ность суши

4) теп­ло­про­вод­ность воды меньше, чем теп­ло­про­вод­ность суши

Задание 9 № 2591

Катушка ин­дук­тив­но­сти под­клю­че­на к ис­точ­ни­ку тока с пре­не­бре­жи­мо малым внут­рен­ним со­про­тив­ле­ни­ем через ре­зи­стор R = 60 Ом (см. рисунок). В мо­мент t = 0 ключ K замыкают. Зна­че­ния силы тока в цепи, из­ме­рен­ные в по­сле­до­ва­тель­ные мо­мен­ты вре­ме­ни с точ­но­стью ±0,01 А, пред­став­ле­ны в таблице.

 

t, с		0,5	1,0	1,5	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0
I, А		0,12	0,19	0,23	0,26	0,28	0,29	0,30	0,30

 

Выберите два вер­ных утвер­жде­ния о процессах, на­блю­да­е­мых в опыте.

1) В опыте на­блю­да­ют­ся ко­ле­ба­ния силы тока в цепи.

2) Через 6 с после за­мы­ка­ния ключа ток через ка­туш­ку до­стиг ми­ни­маль­но­го значения.

3) ЭДС ис­точ­ни­ка тока со­став­ля­ет 18 В.

4) В мо­мент вре­ме­ни t = 2,0 с ЭДС са­мо­ин­дук­ции ка­туш­ки равнa 2,4 В.

5) В мо­мент вре­ме­ни t = 3,0 с на­пря­же­ние на ре­зи­сто­ре равно 15 В.

Задание 10

Д ва од­но­род­ных ку­би­ка при­ве­ли в теп­ло­вой кон­такт друг с дру­гом (см. рисунок). Пер­вый кубик из­го­тов­лен из цинка, длина его ребра 2 см, а на­чаль­ная тем­пе­ра­ту­ра t ₁ = 1 °C. Вто­рой кубик из­го­тов­лен из меди, длина его ребра 3 см, а на­чаль­ная тем­пе­ра­ту­ра t ₂ = 74,2 °C. Пре­не­бре­гая теп­ло­об­ме­ном ку­би­ков с окру­жа­ю­щей средой, най­ди­те тем­пе­ра­ту­ру ку­би­ков после уста­нов­ле­ния теп­ло­во­го равновесия.

1) ≈ 20 °C 2) ≈ 44 °C 3) ≈ 60 °C 4) ≈ 71 °C

Примечание. Плотности цинка и меди соответственно:

Удельные теплоёмкости цинка и меди соответственно:

Задание 11 № 253

К середине массивного проводника, соединяющего два незаряженных электрометра, поднесли отрицательно заряженную палочку. Как распределится заряд на электрометрах?

 

1) на электрометре 1 будет избыточный положительный заряд, на электрометре 2 — избыточный отрицательный заряд

2) на электрометре 1 будет избыточный отрицательный заряд, на электрометре 2 — избыточный положительный заряд

3) оба электрометра будут заряжены положительно, а массивный проводник отрицательно

4) оба электрометра будут заряжены отрицательно, а массивный проводник положительно

Задание 12

К источнику постоянного тока подсоединили две лампы (см. рисунок), имеющие одинаковые электрические сопротивления. Чему равна мощность электрического тока, потребляемая каждой лампой, если показания идеального амперметра и вольтметра равны соответственно 3 А и 6 В?

1) 0,5 Вт 2) 2 Вт 3) 9 Вт 4) 18 Вт

13. Задание 13 Проводник, по ко­то­ро­му про­те­ка­ет элек­три­че­ский ток I, рас­по­ло­жен пер­пен­ди­ку­ляр­но плос­ко­сти чер­те­жа (см. рисунок). Рас­по­ло­же­ние какой из маг­нит­ных стрелок, вза­и­мо­дей­ству­ю­щих с маг­нит­ным полем про­вод­ни­ка с током, по­ка­за­но правильно?

1) 1 2) 2 3) 3 4) 4

Задание 14

За то­чеч­ным ис­точ­ни­ком света S на рас­сто­я­нии l = 0,2 м от него по­ме­сти­ли кар­тон­ный круг диа­мет­ром d = 0,1 м. Какой диа­метр имеет тень от этого круга на экране, на­хо­дя­щем­ся на рас­сто­я­нии L = 0,4 м за кругом? Плос­ко­сти круга и экра­на па­рал­лель­ны друг другу и пер­пен­ди­ку­ляр­ны линии, про­хо­дя­щей через ис­точ­ник и центр круга.

1) 0,2 м 2) 0,3 м 3) 0,4 м 4) 0,6 м

15. Задание 15 На ри­сун­ке пред­став­ле­на элек­три­че­ская схема, ко­то­рая со­дер­жит ис­точ­ник тока, про­вод­ник AB, ключ и реостат. Про­вод­ник AB помещён между по­лю­са­ми по­сто­ян­но­го магнита.

 

 

Используя рисунок, вы­бе­ри­те из пред­ло­жен­но­го пе­реч­ня два вер­ных утверждения. Ука­жи­те их номера.

1) Маг­нит­ные линии поля по­сто­ян­но­го маг­ни­та в об­ла­сти рас­по­ло­же­ния про­вод­ни­ка AB на­прав­лены вер­ти­каль­но вверх.

2) Элек­три­че­ский ток, про­те­ка­ю­щий в про­вод­ни­ке AB, создаёт од­но­род­ное маг­нит­ное поле.

3) При за­мкну­том ключе элек­три­че­ский ток в про­вод­ни­ке имеет на­прав­ле­ние от точки A к точке B.

4) При за­мкну­том ключе про­вод­ник будет вы­тал­ки­вать­ся из об­ла­сти маг­ни­та вправо.

5) При пе­ре­ме­ще­нии пол­зун­ка рео­ста­та впра­во сила Ампера, дей­ству­ю­щая на про­вод­ник AB, уменьшится.

16. Задание 16 Рассчитайте длину ни­хро­мо­вой про­во­ло­ки пло­ща­дью по­пе­реч­но­го се­че­ния 0,05 мм², не­об­хо­ди­мой для из­го­тов­ле­ния спи­ра­ли на­гре­ва­те­ля мощ­но­стью 275 Вт, ра­бо­та­ю­ще­го от сети по­сто­ян­но­го на­пря­же­ния 220 В.

17. Задание 17 Если бомбардировать α -частицами ядра атомов бора , то возникают новые частицы — ядра атомов водорода . Пользуясь фрагментом периодической системы элементов Д. И. Менделеева, определите, какие ещё продукты образуются в результате этой ядерной реакции.

1) нейтроны 2) электроны 3) ядра изотопов атомов углерода 4) ядра изотопов атомов бериллия

18. Задание Какой набор приборов и материалов можно использовать, чтобы продемонстрировать опыт Эрстеда по обнаружению магнитного поля тока?

1) два полосовых магнита, подвешенных на нитях

2) магнитная стрелка и прямолинейный проводник, подключённый к источнику постоянного тока

3) проволочная катушка, подключённая к миллиамперметру, полосовой магнит

4) полосовой магнит, лист бумаги и железные опилки

19. Задание 19 Ученик провёл эксперимент по изучению выталкивающей силы. Для этого он использовал точный динамометр, стакан, три различные жидкости: воду, керосин и глицерин — и сплошной кубик с ребром a = 5 см. Погрешность шкалы динамометра равна 0,01 Н. Каждый раз ученик подвешивал к динамометру кубик и погружал его в жидкость ровно на половину объёма. Результаты экспериментальных измерений представлены на графике зависимости показаний динамометра от плотности ρ жидкости.

Какие утверждения соответствуют результатам проведённых экспериментов? Из предложенного перечня утверждений выберите два правильных. Укажите их номера.

1) При увеличении плотности жидкости выталкивающая сила, действующая на кубик, увеличивается.

2) При уменьшении плотности вещества кубика выталкивающая сила, действующая на него, уменьшается.

3) Плотность материала кубика примерно равна 2400 кг/м³.

4) Выталкивающая сила, действующая на кубик, не зависит от глубины погружения кубика.

5) Выталкивающая сила, действующая на кубик, зависит только от плотности жидкости и плотности кубика.

20. Задание 20 Наблюдатель, к которому источник света приближается, зафиксирует

1) увеличение скорости света и уменьшение длины световой волны 2) увеличение скорости света и увеличение длины световой волны3) уменьшение длины световой волны 4) увеличение длины световой волны

Эффект Доплера для световых волн

На скорость света не влияет ни скорость источника света, ни скорость наблюдателя. Постоянство скорости света в вакууме имеет огромное значение для физики и астрономии. Однако частота и длина световой волны меняются с изменением скорости источника или наблюдателя. Этот факт известен как эффект Доплера.

Предположим, что источник, расположенный в точке О, испускает свет с длиной волны λ ₀. Наблюдатели в точках A и B, для которых источник света находится в покое, зафиксируют излучение с длиной волны λ ₀ (рис. 1). Если источник света начинает двигаться со скоростью v, то длина волны меняется. Для наблюдателя A, к которому источник света приближается, длина световой волны уменьшается. Для наблюдателя B, от которого источник света удаляется, длина световой волны увеличивается (рис. 2). Так как в видимой части электромагнитного излучения наименьшим длинам волн соответствует фиолетовый свет, а наибольшим — красный, то говорят, что для приближающегося источника света наблюдается смещение длины волны в фиолетовую сторону спектра, а для удаляющегося источника света — в красную сторону спектра.

Изменение длины световой волны зависит от скорости источника относительно наблюдателя (по лучу зрения) и определяется формулой Доплера: Эффект Доплера нашёл широкое применение, в частности в астрономии, для определения скоростей источников излучения.

Задание 21

Примерно 100 лет назад американский астроном Весто Слайфер обнаружил, что длины волн в спектрах излучения большинства галактик смещены в красную сторону. Этот факт может быть связан с тем, что

1) галактики разбегаются (Вселенная расширяется) 2) галактики сближаются (Вселенная сжимается)

3) Вселенная бесконечна в пространстве4) Вселенная неоднородна

 

22. Задание 22 Как меняется воспринимаемая высота тона звукового сигнала поезда при его приближении к наблюдателю? Ответ поясните.

 

23. Задание 23 Используя собирающую линзу, экран, лампу на подставке, источник тока, соединительные провода, ключ, линейку, соберите экспериментальную установку для исследования свойств изображения, полученного с помощью собирающей линзы от лампы, расположенной от центра линзы на расстоянии 15 см.

В ответе:

1) сделайте схематический рисунок экспериментальной установки для наблюдения изображения лампы, полученного с помощью собирающей линзы;

2) передвигая экран, получите чёткое изображение лампы и перечислите свойства изображения (мнимое или действительное, уменьшенное или увеличенное, прямое или перевёрнутое);

3) сформулируйте вывод о расположении лампы относительно двойного фокусного расстояния линзы.

1) Схема установки:

2) Передвинув экран, получим чёткое изображение:

Изображение получилось перевёрнутое, уменьшенное, действительное.

3) Лампа расположена за двойным фокусным расстоянием от центра линзы.

 

Задание 24

Две лампы, рас­счи­тан­ные на оди­на­ко­вое напряжение, но по­треб­ля­ю­щие различную мощность, вклю­че­ны в элек­три­че­скую сеть последовательно. Какая лампа будет горeть ярче? Ответ поясните.

Задание 25 № 431

Прямолинейный проводник, имеющий длину 50 см и массу 5 г, подвешен горизонтально на двух проводниках в горизонтальном однородном магнитном поле с индукцией 0,05 Тл (см. рисунок). При пропускании через проводник электрического тока натяжение вертикальных проводников увеличилось в 2 раза. Чему равна сила тока?

Задание 26

С высоты 2 м вертикально вниз бросают мяч. Абсолютно упруго отразившись от горизонтальной поверхности, мяч поднимается на высоту 4 м. С какой скоростью бросили мяч?