Зачет
1.Законы Ньютона. Закон сохранения импульса.
Первый закон Ньютона.
Всякое тело продолжает оставаться в своем состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока приложенные силы не заставят его изменить это состояние. Само явление сохранения скорости постоянной называется инерцией.
Второй закон Ньютона.
Ускорение, сообщенное телу, прямо пропорционально силе, действующей на тело, и обратно пропорционально массе тела.
Третий закон Ньютона.
Действия двух тел друг на друга равны, но противоположны по направлению. Этот закон показывает, что из-за взаимодействия тел силы всегда появляются парами. Сила возникает при взаимодействии тел.
Применение законов Ньютона к движению материальной точки по окружности.
Точка может двигаться по окружности, если она обладает центростремительным ускорением. Для этого ей надо сообщить центростремительную силу, которая является мерой воздействия на точку всех внешних тел или объектов. Такими силами могут быть: Земля (сила тяжести), нить (реакция опоры) или несколько тел.
Закон сохранения импульса.
Геометрическая сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остается постоянной при любых движениях и взаимодействиях тел системы. Замкнутая система тел - совокупность тел, взаимодействующих между собой, но не взаимодействующих с другими телами. Импульс - одна из немногих сохраняющихся величин.
2.Механника твердого тела. Момент силы. Момент импульса. Основной закон динамики вращательного движения.
Момент силы F относительно неподвижной точки О называется физическая величина, определяемая векторным произведением радиуса вектора r проведенного из точки О в точку А приложения силы, на силу F.
M= [rF]
Здесь М – псевдовектор его направление совпадает с направлением поступательного движения правого винта при его вращение от r к F.
Моментом силы относительно неподвижной оси z называется скалярная величина Mz, равная проекции на эту ось вектора М момента силы, определенного относительно произвольной точки О данной оси z. Если ось z совпадает с направлением вектора М, то момент силы представляется в виде вектора, совпадающего с осью.
Mz= [rF]z
Моментом импульса (количества движения) материальной точки А относительно неподвижной точки О называется физическая величина, определяемая векторным произведением:
L= [rp]= [r, mv]
Где r- радиус вектор, проведенный из точки О в точку А; p= mv – импульс материальной точки; L – псевдовектор, его направление совпадает с направление поступательного движения правого винта при его вращение от r к p.
Уравнение динамики вращательного движения твердого тела.
3.Момент инерции материальной точки, система материальных точек, твердого тела. Теорема Штейнера. Физический маятник.
Моментном инерции системы ( тела) относительно данной оси называется физическая величина, равная сумме произведения масс n материальных точек системы на квадраты их расстояний до рассматриваемой оси:
Моментном
инерции твердого тела:
Теорема
Штейнера: момент
инерции тела J
относительно произвольной оси равен
моменту его инерции Jc
относительно параллельной оси, проходящей
через центр масс C
тела, сложенному с произведением массы
m
на квадрат расстояния a
между осями:
Физический
маятник – это
твердое тело, совершающее под действием
силы тяжести колебания вокруг неподвижной
горизонтальной оси, проходящей через
точку О, не совпадающий с центром масс
С тела. Физический маятник совершает
гармонические колебания с циклической
частотой >0>
и периодом:
где
L
– приведенная длинна физ. маятника.
4. Кинетическая энергия вращю тела. Закон сохранения энергии. Закон сохранения момента импульса.
Кинетическая
энергия вращ тела.
Закон сохранения энергии: в системе тел, между которыми действуют только консервативные силы, полная механ энергия сохраняется, т.е. не изменяется во времени. Eк + Ep = E = const. Энергия превращается из одного вида в другой. Полная энергия тела- сумма потенциальной и кинетической энергии тела. E>K2>+E>P2>=E>K1>+E>P2>.
Закон
сохранения момент
а
импульса: момент
импульса замкнутой системы сохрон, т.е.
не изменяется с течением времени.
5. Первое начало термодинамики и его применение к разл изопроцессам. Первый закон термодинамики- закон сохранения энергии в тепловых процессах: теплота, переданная системе, идет на увеличение внутренней энергии и на совершение работы: Q= U+A , U – Изменение внутренней энергии.
Применение первого закона термодинамики к изопроцессам.
Количество теплоты, сообщенное системе извне, расходуется на изменение ее внутренней энергии и на работу, совершаемую системой против внешних сил.
Q=U+A>внешних сил>
Следствия:
A=0 Q=U (Q=cmt, Q=m, Q=Lm)
Q=0 A=-U
U=0 Q=A
Термодинамические процессы:
T=const U=0 Q>T>=A
V=const V=0, A=0 Q>V>=U
3) P=const Q>P>=U+A=U+PV=Q>V>+PV.
6.Средняя кинетическая энергия молекул идеального газа. Теплоемкость идеальных газов и их расчет.
7.Второе начало термодинамики. Тепловые машины. К.П.Д.цикла Карно.
Второе начало термодинамики. Невозможно провести теплоту от холодного тела к горячему, не совершая работы. Тепловой двигатель- устройство, преобразующее теплоту в механическую энергию. Физические принципы, лежащие в основе устройства тепловых машин, являются следствием второго закона термодинамики. Работа любого теплового двигателя должна состоять из периодически повторяющихся циклов расширения и сжатия. К.П.Д. Цикла Карно из всех периодически действующих машин, имеющих одинаковые температуры нагревателей и холодильников, наибольшим к.п.д. обладают обратимые машины:
Т1-
нагреватель, T2
– холодильник.
8.Энтропия- функция состояния, дифференциалом которой является Q/T. Обозначается – S
Q/T- Q сообщ телу. Статистический смысл – энтропия является мерой непорядочности системы. Энтропия системы и термодинамическая вероятность связаны между собой: S= klnW , где k – пост Больцмана.
9. Напряженность и потенциал электрического поля. Принцип суперпозиции полей.
Напряженность электрического поля.
Напряженность- векторная физическая величина, равная отношению силы, с которой электрическое поле действует на пробный заряд к величине этого заряда. Напряженность численно равна силе, действующей на единичный пробный заряд. Пробный заряд всегда положителен, всегда точечный (чтобы не искажать поле основного заряда). F/q, л].
Принцип суперпозиции полей.
В
любой точке системы, содержащей несколько
зарядов, напряженность равна сумме
напряженностей полей, созданных
каждым
зарядом системы:
Потенциал и разность потенциалов.
Потенциальная энергия заряда q численно равна той работе, которую могут совершить силы поля, перемещая заряд q из данной точки поля в бесконечность. Потенциал- энергетическая характеристика точек электрического поля. Потенциал какой-либо точки электрического поля измеряется потенциальной энергией точечного заряда, находящегося в этой точке. =E>P>/q. =q/4r, А=q(1-2). Разность потенциалов между двумя точками электрического поля измеряется работой, совершаемой полем при перемещении точечного заряда из одной точки поля в другую и называется напряжением. Вольт- такая разность потенциалов между двумя точками электрического поля, при которой силы поля, перемещая заряд в 1 Кл из одной точки в другую, совершают работу в один Джоуль. В=Дж/Кл. Связь разности потенциалов с напряженностью электростатического поля. А=Fd=Eqd=Uq E=U/d=(>1>->2>)/d. Напряженность электрического поля численно равна изменению потенциала на единицу длины силовой линии.
10.Теорема Остроградского – Гаусса и ее применение к расчету электростатического поля.
Поток вектора напряженности электростатического поля в вакууме сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности зарядов, деленной на 0 – эл.постоянная (Ф/м).
11.Конденсаторы. Энергия и плотность эл.поля.
Конденсаторы.
Конденсаторы- устройства, предназначенные для накопления зарядов обладающие большой емкостью. Образующие конденсатор проводники называют его обкладками разделенные диэлектриком. В зависимости от формы обкладок конденсаторы делятся на плоские (2 плоские пластины), цилиндрические (2 коаксиальных цилиндра) и сферические (2 концентрические сферы). Емкость конденсатора определяется как отношение заряда конденсатора к разности потенциалов между его обкладками. C=Q/=Q/U.
Э
нергия
электростатического поля. Формула
показывает, что энергия конденсатора
выражается через величину, характеризующую
электростатическое поле, -
напряженность
E.
V=Sd – объем конденсатора.
Плотность
эл-ого поля.
12. Правила Кирхгофа. Законы постоянного тока. Первое правило Кирхгофа. Точка соединения нескольких проводников называется узлом. Алгебраическая сумма токов в узле равна нулю. Токи, идущие к узлу, будем считать положительными, от узла отрицательными. Второе правило Кирхгофа. Алгебраическая сумма падений напряжений на замкнутом контуре разветвленной цепи равна алгебраической сумме эдс. Законы постоянного тока. Закон Ома для участка цепи (не содержащая источника тока): сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.
I= U/R, [I] =[A]
I =U/R – закон Ома для однородного участка цепи, т.е. такого , в котором не действует ЭДС ( нет действия сторонних сил).
I=
- закон Ома для
неоднородного участка цепи.
Если для данного участка (Е=0), то из закона Ома для неоднородной цепи приходим к закону Ома для однородного участка цепи: I= (1-2)/R = U/R
Если 1=2 тогда получаем Закон ома для замкнутой цепи:
I = E/R, где E – э.д.с. действующая в цепи, R= (r+R)- суммарное сопротивление всей цепи
r-внутреннее сопротивление
R- сопротивление внешней цепи.
13.Характеристики магнитного поля и связь между ними. Закон Био-Савара - Лапласа и его применение к выч. магн. индукции. 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.
Закон
Био-Савара – Лапласа для
проводника с током I,
элемент dl
которого создает в некоторой точке А
индукцию поля dВ,
записывается в виде:
где : dl
- вектор, по модулю равный длине dl
эл.проводника и совпадающий по направлению
с током, r-
радиус вектор, r
– модуль радиуса
вектора r
Магнитная индукция результирующего поля, создаваемого несколькими токами или движущимися зарядами, равна векторной сумме магнитных индукции складываемых полей, создаваемых каждым током или движ. зарядом в отдельности:
14.Действие магн. поля на движ. заряд и на проводник с током. Сила Лоренца и сила Ампера.
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.
Сила, действующая на эл. заряд q, движущейся в магнитном поле со скоростью v : F=q[vB]. 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.
15.Уравнение Максвелла в интегральной форме.
16.Уравнение эл-магн волны. Интерференция света. Оптическая разность хода.
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.
Интерференция света. При положение двух когерентных световых волн происходит пространственное перераспределение светового потока, в результате чего в одних местах возникает max, а в других – min интенсивности. 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.
Оптическая разность хода. Произведение геометрической длинны s пути световой волны в данной среде на показатель n преломления этой среды наз. оптической длинной пути L, а = L2 – L1 - разность оптических длин проводимых волнами путей – наз. оптической разностью хода. Если, оптической разностью хода равна целому числу длин волн в вакууме =+m>0.>
17.Дифракция света. Дифракция Френеля. Построение зон Френеля.
Дифракцией называется сгибание волнами препятствий, встречающихся на их пути, или любое отклонение распространения волн вблизи препятствий от законов геометрической оптики. Явление дифракции характерно для волновых процессов. Дифракция Френеля. 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. Построение зон Френеля.
18. Дифракция в параллельных лучах. Дифракционная решётка. Разрешающая способность дифракционной решётки.
Дифракционная решётка-система параллельных равных по ширине, лежащей в одной плоскости и разделённых равными по ширине непрозрачными промежутками. Дифракционная решётка может быть использована как спектральный прибор. Суммарная ширина прозрачной и непрозрачной полосы называется периодом дифракционной решетки d. Щели являются когерентными источниками. Разрешающая способность дифракционной решётки пропорциональна m спектру и числу N щелей, т.е. при заданном числе щелей увеличивается при переходе к большим значениям порядка m интерференции: R= mN
19. Энергия и импульс световых квантов. Давление света. Кванты электромагнитного излучения называются фотоном.
Энергия светового кванта: >0>=h=hc/ , где h- постоянная Планка (дж с).
Импульс светового кванта: p>> =>0>/c= h/c ,при массе покоя фотона m=0
Давление
света:
Eе=Nh
- энергия всех фотонов, подающих на
единицу поверхности в единицу времени,
Eе/c=w
– объемная плотность энергии излучения,
-
коэф. отражения света от поверхности.
Давление света на поверхность обусловлено тем, что каждый фотон при соударении с поверхностью передает ей свой импульс. Фотон- порция энергии света
20.Внешний фотоэффект.
Внешним фотоэффектом называется испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения. Наблюдается в твердых телах (металлах, полупроводниках, диэлектриках). Законы Столетова для внешнего фотоэффекта:
1 Закон: при фискальной частоте подающего света число фотоэлектронов вырываемых из катода в единицу времени, пропорционально интенсивности света;
2 Закон: max начальная скорость фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой.
3 Закон: для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть min частота света (зав. от хим. прир. вещества и состояния его поверхности), ниже которой фотоэффект не возможен.
Уравнение
Эйнштейна для внешнего фотоэффекта:
21.Эффект Комптона. Диаграмма импульсов для рассеяния фотона на свободном электроне.
Эффект
Комптона
называется
упругое рассеяние коротковолнового
электромагнитного излучения (рентгеновского
и т.д.) на свободных электронах вещества,
сопровождающееся увеличение длинны
волны. Он основан на квантовых
представлениях о природе света. Эффект
Комптона – результат упругого столкновения
рентгеновских фотонов со свободными
электронами вещества. В процессе этого
столкновения фотон передает электрону
часть своих энергии и импульса в
соответствии с законом их сохранения,
,
где
угол рассеяния, mo
– масса покоя электрона.
Диаграмма импульсов для рассеяния фотона на свободном электроне. Рассеяние происходит при взаимодействии фотона со свободным электроном, а фотоэффект – со связанными электронами. При столкновении фотона со свободным электроном не может произойти поглощение фотона, так как это находится в противоречии с законами сохранения импульса и энергии. При взаимодействии фотона со свободными электронами может наблюдаться только их рассеяние т. е. Эффект Комптона.
22. Волновое свойство микрочастиц. Гипотеза Деброля.
Волновые свойства света. Свет - сферическая волна, распространяющаяся во всех направлениях от источника света. Она подвержена интерференции, дифракции.
Гипотеза Деброля. Гипотеза утверждает, что не только фотоны, но и электроны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают также волновыми свойствами. С каждым микрообъектом связываются, с одной стороны, корпускулярные характеристики – энергии E и импульс p, а с другой – волновые характеристики – частота и длинна волны:
E = h, p = h/
Таким
образом, любой частицы, обладающей
импульсом, сопоставляют волновой процесс
с длинной волны, оред. по формуле Бройля:
Это отношение справедливо для любой
частицы с импульсом p.
23. Соотношение неопределенностей Гейзенберга, микрочастица (микрообъект) не может иметь одновременно и определенную координату (x, y, z), и определенную соответствующую проекцию импульса (px,py,pz), причем неопределенности этих величин удовлетворяют условиям
xpx
h,
ypy
h,
zpz
h,
т.е. произведение неопределенностей
координаты и соответствующей ей проекции
импульса не может быть меньше величины
порядка h.
Соотношение неопределенностей для
энергии E
и времени t:
Et
h.
E-
неопределенность энергии некоторого
состояния системы, t
– промежуток времени, в течение которого
оно существует.
24.Свойство волновой функции. Уравнение Шредингера.
Уравнение справедливо для любой частицы, движущийся с малой скоростью.
25.Квантовая энергия электронов в одномерной потенциальной яме с бесконечно высокими стенкам.
26.Боровская теория атомов водорода. 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. m>e>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 nm, то энергия излучается, когда nm, то энергия поглощается.
27.Энергетические зоны в кристаллах. Металлы. Диэлектрик. Полупроводники.
Полупроводники – в широкий класс веществ, характеризующийся значениями удельной электропроводности d, лежащей в диапазоне между удельной электропроводностью металлов и хороших диэлектриков, то есть эти вещества не могут быть отнесены как к диэлектрикам (так как не являются хорошими изоляторами), так и к металлам (не являются хорошими проводниками электрического тока). К полупроводникам, например, относят такие вещества как германий, кремний, селен, теллур, а также некоторые оксиды, сульфиды и сплавы металлов. Полупроводники преобразуют ток. К ним относятся: германий, кремний и тд. Отличается от проводников характером зависимости электропроводности от температуры. Удельное сопротивление с увеличением t0 не растет как у металлов, а наоборот резко уменьшается. При низких t0 полупроводник ведет себя как диэлектрик. Проводимость полупроводников, обусловлена наличием у них свободных электронов, называют электронной проводимостью
=
>>>
> Где >>>
>- постоянный коэффициент , соот.
электропроводности при T
стрем. к бесконечности
Диэлектрики – тела в которых практически отсутствуют свободные заряды ( стекло, пластмасса). В диэлектриках нет свободных зарядов. Полярные диэлектрики состоят из диполей, которые в отсутствие электрического поля расположены хаотично, и суммарное электрическое поле в диэлектриках равно нулю. Диполь представляет собой совокупность равных по модулю и разноименных зарядов, находящихся на малом расстоянии друг от друга. Независимо от природы диэлектрика напряженность внешнего поля в нем всегда ослаблена в раз: = Ео/Е. Относительная диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз напряженность электрического поля в диэлектрики меньше, чем в вакууме.
Металлы. В узлах кристаллической решетки располагаются + ионы металла. В металлах между положительными ионами хаотически, подобно молекулам газа, движутся свободные электроны, наличие которых обеспечивает хорошую электропроводность металлов. Если внутри металла нет электрического поля, то движение электронов хаотично, и в каждый момент скорости различных электронов имеют разную величину и направление. Металлы встреч. В виде полекресталлов.
28. Атомное ядро. Нуклоны. Ядерная сила. Энергия связи нуклонов в ядре.
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)изотон - атомы, имеющие ядра с одинаковым числом нейтронов.
Атомное ядро характеризуется зарядом Ze, где Z – зарядовое число ядра. Нуклоны – протоны и нейтроны. Ядерная сила – силы, превышающие кулоновские силы отталкивания между протонами. Основные свойства:
1) явл. силами притяжения;
2)явл. короткодействующими;
3)зарядовая независимость- силы имеют не эл.природу;
4)свойственно насыщение - удельная эн. не ростет, а остается постоянной;
5)зависит от ориентации спинов взаимод. нуклонов;
6)не явл. центральными.
Энергия связи нуклонов в ядре. Оболочечная модель предполагает распределение нуклонов в ядре по дискретным энергетическими уровням, заполняемым нуклонами, и связывает устойчивость этих ядер с заполнением этих уровней.
29. Альфа – распад и бета- распад. Закон радиоактивного распада.
Закон
радиоактивного распада:
,
где N0
– начальное число не распавшихся
ядер (t = 0), N
– число не распавшихся ядер в момент
времени t . Формула выражает
закон радиоактивного распада,
согласно которому число не распавшихся
ядер убывает со временем по экспоненциальному
закону.
Альфа – распад.
Бета- распад.