Контрольная работа по "Физике"

Нормальное  человеческое ухо воспринимает довольно широкий диапазон интенсивностей звука: так, например, на частоте 1 кГц от I₀ = Вт/м² или р₀ = 2 Па (порог слышимости) до  I Р_мах = 60 Па (порог болевого ощущения).

Ультразвуком (УЗ) называют механические колебания и волны, частоты которых более 20 кГц. Верхним пределом ультразвуковых частот условно можно считать - Гц. Этот предел определяется межмолекулярными расстояниями и поэтому зависит от агрегатного состояния вещества, в котором распространяется ультразвуковая волна.

Инфразвуком называют механические (упругие) волны с частотами, меньшими тех, которые воспринимает ухо человека (20 Гц). Источником инфразвука могут быть как естественные объекты (море, землетрясение, грозовые разряды и др.), так и искусственные (взрывы, автомашины, станки и др.). Инфразвук часто сопровождается слышимым шумом, например в автомашине, поэтому возникают трудности при измерении и исследовании собственно инфразвуковых колебаний. Инфразвук оказывает неблагоприятное влияние на функциональное состояние ряда систем организма: усталость, головная боль, сонливость, раздражение и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант № 1б.

1. Основные положения молекулярно-кинетической теории, основное уравнение; средняя длина свободного пробега и скорость. Температура, теплоемкость.
2. Дифракция. Интерференция. Опыт Юнга. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракционная решетка. Период  дифракционной решетки. Условия максимумов и минимумов дифракционной решетки.
3. Радиоактивность. Виды радиоактивности. Основной закон радиоактивного распада. Активность, единицы активности (внесистемные и в системе СИ).
4. Устройство рентгеновской трубки. Тормозное  рентгеновское  излучение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основные положения молекулярно-кинетической теории, основное уравнение; средняя  длина свободного пробега и скорость. Температура, теплоемкость.

Кинетическая  теория газов  есть теория, основанная на статистических методах исследования. Статистический  метод состоит  в изучении свойств макроскопических систем  на основе анализа, с  помощью методов  математической теории вероятностей, закономерностей  теплового  движения  огромного  числа микрочастиц, образующих  эти системы. Основное  уравнение кинетической теории газов:

ρV = 2/3Wк, где: р - давление  газа, V- его объем, W = ∑m_iu²_i/2 - суммарная кинетическая  энергия поступательного  движения  n молекул газа, находящегося  в объеме V,  m_i – масса i-й молекулы,  u_i - ее скорость.    

Молекулы  в  газах движутся почти свободно  в промежутках  между столкновениями, приводящими  к резкому  изменению их скоростей. Время  столкновения  значительно меньше среднего времени  свободного пробега  молекул газа  между столкновениями. Передача  энергии и  импульса в газе  происходит  главным образом благодаря парным столкновениям молекул. Число столкновений  основано  на  (гипотезе  молекулярного хаоса), т. е. на предположении об отсутствии корреляции  между скоростями  сталкивающих молекул, что  справедливо  для разреженных газов  и  газов средней плотности. 

Среднюю длину  пробега  молекул  можно определить через  среднее число  столкновений  в единицу времени. Между двумя  последовательными  соударениями молекула движется прямолинейно  и равномерно, проходя  в среднем  определенное расстояние, называемое средней длиной пробега  λ = (х) = 1/n¸ σ        Молекулы газа движутся с разными скоростями. Скорость, соответствующая максимуму называется наиболее вероятной, средняя скорость  больше наиболее вероятной скорости  и меньше средней квадратичной скорости. Средней скоростью молекул называют:  V = √ 8kT/¶m     V² = 2kT/3m                                                                                                                       

Теплоемкостью  называют отношение элементарного  количества тепла, сообщенного телу в  каком - либо  процессе к  соответствующему  изменению температуры тела, С = σQ/dТ

Величина, характеризующая  тепловое состояние тела, называется  температурой. Изменение температуры  тела  вызывает  изменения  свойств  тела         (размеров, плотности, упругости, электропроводности и  т.д.). 

 

 

Дифракция. Интерференция. Опыт Юнга. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракционная  решетка. Период  дифракционной решетки. Условия максимумов и минимумов  дифракционной решетки.

Под интерференцией света понимают такое сложение световых волн, в результате которого образуется  устойчивая картина  их усиления и ослабления. Для получения интерференции света необходимо выполнение определенных условий.       Сложение волн, распространяющихся в среде, определяется сложением соответствующих колебаний. Наиболее простой случай сложения электромагнитных волн наблюдается тогда, когда их частоты одинаковы и направления электрических векторов совпадают. В этом случае амплитуду результирующей волны можно найти по формуле, которую для напряженности электрического поля запишем в виде: Е²=Е²₁ + Е²₂ + 2Е₁Е₂ Cos ∆, где ∆ - разность фаз слагаемых волн. В зависимости от типа источников света результат сложения волн может быть принципиально различным. Сначала рассмотрим сложение волн, идущих от обычных источников света (лампа, пламя, Солнце и т.д.). Каждый такой источник представляет совокупность огромного количества излучаемых атомов. Отдельный атом излучает электромагнитную волну приблизительно в течение 10^-8 с, причем излучение есть событие случайное, поэтому и разность фаз ∆ принимает случайные значения. При этом среднее по излучениям всех атомов значение Cos ∆ = 0.

Вместо Е² = Е²₁ + Е²₂ + 2Е₁Е₂ Соs ∆ получаем  усредненное равенство для тех точек пространства, где складываются две волны, идущие от двух обычных источников света: ‹Е²› = ‹Е²₁› + ‹Е²₂›

Так как интенсивность  волны пропорциональна квадрату амплитуды, то из предыдущей формулы  имеем условие сложения интенсивностей I = I₁ + I₂ волн. Это означает, что для интенсивностей излучений, исходящих от двух или более обычных световых источников, выполняется достаточно простое правило сложения: интенсивность  суммарного излучения равна сумме интенсивностей слагаемых волн. Это наблюдается в повседневной практике: освещенность от двух ламп  равна сумме освещенностей, создаваемых каждой лампой в отдельности. Если ∆ остается неизменной, наблюдается интерференция света. Интерференция света возникает от согласованных, когерентных источников, которые обеспечивают постоянную во времени разность фаз ∆ слагаемых волн  в различных точках. Волны, отвечающие  этому условию, называются когерентными.

Интерференция  могла бы быть  осуществлена  от двух синусоидальных волн  одинаковой частоты, однако практически создать такие световые волны невозможно, поэтому когерентные волны получают, ˝расщепляя˝ световую волну, идущую от источника. Такой способ применяется в методе  Юнга. На пути  сферической волны, идущей от источника S, устанавливается  непрозрачная преграда  с двумя щелями. Точки волновой поверхности, дошедшей до преграды, становятся центрами когерентных вторичных волн, поэтому щели можно рассматривать как когерентные источники. На экране Э наблюдается интерференция.

 

 

 

 

Дифракцией  света называют явление отклонения света от прямолинейного распространения  в  среде с резкими неоднородностями. Возможность наблюдения дифракции зависит от соотношения длины волны  и размеров неоднородностей. Различают с некоторой степенью условности дифракцию сферических волн (дифракцию Френеля) и дифракцию плоскопараллельных волн (дифракцию Фраунгофера). Описание дифракционной картины возможно с учетом  интерференции вторичных волн. Расчет и объяснение дифракции света можно приближенно сделать, используя принцип Гюйгенса – Френеля.      Согласно Гюйгенсу, каждая точка волновой поверхности, которой достигла в данный момент волна, является центром элементарных вторичных волн, их внешняя огибающая будет волновой поверхностью в последующий момент времени S₁  и S₂ -волновые поверхности соответственно  в моменты t₁ и  t₂; t₁ > t₂. Френель дополнил  это положение Гюйгенса, введя представление о когерентности вторичных волн и их интерференции. В таком обобщенном виде эти идеи получили название принципа  Гюйгенса - Френеля.          Дифракционная решетка - оптическое устройство представляющее собой совокупность большого числа параллельных, обычно равноотстоящих друг от друга щелей. Дифракционную решетку можно получить нанесением непрозрачных царапин (штрихов) на стеклянную пластину. Непроцарапанные места - щели - будут пропускать свет, штрихи, соответствующие промежутку между щелями, рассеивают и не пропускают света. Суммарную ширину щели и промежутка между щелями  называют постоянной или периодом дифракционной решетки: c = a + b.

Если на решетку  падает пучок когерентных волн, то вторичные волны, идущие  по всевозможным направлениям, будут интерферировать, формируя дифракционную картину. Пусть на решетку нормально падает плоскопараллельный пучок когерентных волн. Выберем некоторое направление  вторичных волн под углом α  относительно нормали к решетке. Лучи, идущие от крайних точек двух соседних щелей, имеют разность хода δ =│А̒ В̒│. Такая же разность хода будет для вторичных волн, идущих от соответственно расположенных пар точек соседних щелей. Если эта разность хода кратна целому числу длин волн, то при интерференции возникнут главные максимумы, для которых выполняется условие │А̒ В̒│= kλ, или с sin α = ± kλ, где k=0, 1, 2, … - порядок главных максимумов. Они расположены симметрично относительно центрального (k=0, α=0). Равенство   является основной формулой дифракционной решетки. Между главными максимумами образуются минимумы (добавочные), число которых зависит от числа  всех щелей решетки. Выводим условие для добавочных минимумов. Пусть разность хода вторичных волн, идущих под углом α от соответственных точек соседних щелей, равна λ/N, т.е. δ = с sin α = λ/N, где N - число щелей дифракционной решетки. Этой разности хода δ (разность фаз и оптической разностью хода интерферирующих волн) отвечает разность фаз ∆ = 2¶/N.         

При большом  количестве щелей отдельные добавочные минимумы практически не различаются, а все пространство между главными максимумами выглядит  темным. Чем больше число щелей дифракционной решетки, тем более резки главные максимумы.

          Радиоактивность. Виды радиоактивности. Основной закон радиоактивного распада. Активность, единицы активности (внесистемные и в системе СИ).

Радиоактивностью  называют самоуправляемый распад неустойчивых ядер с испусканием других ядер  или элементарных частиц. Характерным  признаком, отличающим ее от других видов ядерных превращений, является самопроизвольность (спонтанность) этого процесса. Различают радиоактивность естественную и искусственную. Естественная радиоактивность встречается у неустойчивых ядер, существующих в природных условиях. Искусственной называют радиоактивность ядер, образованных в результате различных ядерных реакций. Принципиального различия между естественной и искусственной радиоактивностями нет. Им присущи общие закономерности.      Основные типы радиоактивного распада.                  α-распад состоит в самопроизвольном превращении ядра с испусканием α-частицы. Примером α-распада  является превращения радона в полоний, а полония в свинец. β-распад заключается во внутриядерном взаимном превращении нейтрона и протона. Различают три вида  β-распада. 1. Электронный или β-распад, который проявляется в вылете из ядра β-частицы (электрона). Энергия, выделяющаяся при  β-распаде, распределяется между  β-частицей и нейтрино или антинейтрино. Примером β-распада может быть превращение трития в гелий. 2.Позитронный, или β-распад. Примером является превращение рубидия в криптон. 3. Электронный, или е-захват. Примером служит превращение бериллия в литий. Радиоактивностью является также спонтанное деление ядер, протонная радиоактивность и др.

Радиоактивный  распад - это статистическое явление. Невозможно предсказать, когда распадется данное нестабильное ядро, можно лишь сделать некоторые вероятностные  суждения об этом событии. Для большей  совокупности радиоактивных ядер можно  получить статистический закон, выражающий  зависимость нераспавшихся ядер от времени. Пусть за достаточно малый интервал времени dt распадается  dN ядер. Это число пропорционально интервалу времени dt, а также общему числу N  радиоактивных ядер: dN = -λNdt, где λ - постоянная распада, пропорциональная вероятности распада  радиоактивного ядра и различная для разных радиоактивных веществ. Знак (-) поставлен в связи с тем, что dN<0, так как число нераспавшихся радиоактивных ядер убывает со временем. Приведя математические действия получим выражение: N=N₀е^-λt это и есть основной закон радиоактивного распада: число радиоактивных ядер, которые еще не распались, убывают со временем по экспоненциальному закону.               На рис. изображены кривые 1 и 2, соответствующие разным веществам (λ1 λ2); начальное число N₀ радиоактивных ядер одинаково.

На практике вместо постоянной распада  чаще используют другую характеристику радиоактивного изотопа - период полураспада Т. Это время в течение которого распадается половина радиоактивных ядер. Естественно, что это  определение справедливо для достаточно большого числа ядер. На рис. показано, как с помощью кривых 1 и 2 можно найти периоды полураспада ядер; проводимая прямая, соответствующая N₀/2, до пересечения с кривыми. Абциссы точек пересечения дают Т₁ и Т₂. 

 

Чтобы установить связь между  Т и λ, приведем новое уравнение: Т=  =0,69/λ. Работая с радиоактивными источниками, важно знать число частиц или

γ-фотонов, вылетающих из препарата в секунду. Это число  пропорционально скорости распада, поэтому скорость распада называемая активностью, является существенной характеристикой радиоактивного препарата: А=-dN/dt. Затем получаем следующую зависимость: А= . Таким образом, активность препарата тем больше, чем больше радиоактивных ядер и чем меньше их период полураспада. Активность препарата со временем убывает по экспоненциальному закону. Единица активности - беккерель (Бк), что соответствует активности нуклида в радиоактивном источнике, в котором за  1 с происходит один акт распада.        Наиболее употребительной единицей активности является  кюри (Ки); 1 Ки=3,7·10¹⁰ Бк=3,7·10¹⁰ с^-1. Кроме того, существует еще одна внесистемная единица активности - резерфорд (Рд); 1 Рд=10⁶ Бк =10⁶ с^-1. Для характеристики активности единицы массы радиоактивного источника вводят величину, называемую удельной массовой активностью и равную отношению активности изотопа к его массе. Удельная массовая активность выражается в беккерелях на килограмм  Бк/кг.