Дидактическое обеспечение уроков физики десятого класса, с включением материалов по истории физики.

10. Машины, в которых  получают сжатый воздух, (компрессоры)  сильно нагреваются во время  работы. Почему?

А: работа любой  машины сопровождается нагреванием. Б: работа сжатия воздуха превращается во внутреннюю энергию воздуха. В: работа сжатия воздуха превращается в теплоту.

Г: от движения частей машины молекулы воздуха получают большие скорости.

Д: среди этих ответов нет правильного. 

ВАРИАНТ 4.

1. Как меняется  внутренняя энергия идеального  газа при изотермическом расширении?

А: не изменяется. Б: увеличивается. В: уменьшается. Г: определенного  ответа дать нельзя.

Д: среди этих ответов нет правильного.

2. В каком  процессе количество теплоты,  переданное газу, равно работе  расширения газа?

А: изохорическом. Б: изобарическом. В: адиабатическом. Г: изотермическом. Д: среди этих ответов нет правильного.

3. Газ получил 300 Дж теплоты,  при этом он совершил работу  в 100 Дж. Насколько изменилась  его внутренняя энергия?

А: 400 Дж. Б: 300 Дж. В: 200 Дж.

Г: 100 Дж. Д: 0 Дж.

4. Чему равна работа, совершенная газом при переходе из состояния 1 в состояние 2 (см. рис.)?

А: 0 кДж. Б: 2 кДж. В: 4 кДж.

Г: 6 кДж. Д: среди  этих ответов нет правильного.   

5. Каково наибольшее значение  КПД тепловой машины, в которой  температура нагревателя 727⁰С, а температура холодильника 27⁰ С?

А: 100%. Б: 97%. В: 70%. Г: 30%. Д: среди этих ответов нет  правильного.

6. Переход газа  из состояния К в состояние  М можно провести четырьмя  способами (см. рис). При каком  способе нам придется совершить  наименьшую работу?

А: 1. Б: 2. В: З. Г: 4. Д: среди этих ответов  нет правильного.

7. При охлаждении  пар превращается  в жидкость, а затем в твердое вещество. Какой участок графика охлаждения  соответствует конденсации пара?

А: 1-2. Б: 2-3. В: 3-4. Г: 4-5. Д: 5-3. 

8. Почему лед  не сразу начинает таять, если  его внести с мороза в теплое  помещение?

А: это неверно, лед сразу начинает таять. Б: лед  сначала должен получить тепло. В: лед сначала должен нагреться до 0⁰С. Г: лед сначала должен нагреться до комнатной температуры.

Д: среди этих ответов нет правильного.

9. Какой из ниже перечисленных способов наверняка увеличивает КПД теплового двигателя?

А: повышение  давления сжатого газа. Б: увеличение температуры нагревателя. В: уменьшение температуры холодильника. Г: увеличение подачи топлива. Д: уменьшение трения в двигателе.

10. Задняя стенка  домашнего холодильника весьма  заметно нагревается во время работы. Почему?

А: работа любой  машины сопровождается нагреванием. Б: тепло, отнятое от холодильной камеры не может исчезнуть бесследно. В: сжатие фреона компрессором ведет к его нагреванию. Г: тепло в холодильнике превращается в холод. Д: тепло в холодильнике превращается в холод. 

   В первом задании проверяется умение описать поведение внутренней энергии при различных процессах в идеальном газе.

Второе задние на умение справляться с описанием  различных изопроцессов.

Третье задание  – знание первого закона термодинамики.

Четвёртое –  умение рассчитать работу газа по графику.

Пятое – знание формулы КПД теплового двигателя.

Шестое –  качественная задача на определение  работы газа по графику.

Седьмое посвящено  умению читать графики нагревания/охлаждения тел с изменением агрегатного  состояния вещевства.

Восьмое задание  – на понимание теплоёмкости.

Девятое задание  – на понимание принципа работы теплового двигателя.

Десятое задание  – общий вопрос по теме. 
 
 
 
 

Приложение 6. 
Статья по истории физики «Кто изобрёл радио?»

   У нас  в стране считают, что Александр  Попов, на Западе – что Гульельмо  Маркони. 
А что такое радио? А что такое изобретение? От этого зависит и ответ. Попробуем разобраться.    
   Ещё в 1845 году Майкл Фарадей ввёл понятие электромагнитного поля. По мнению Альберта Эйнштейна, идея поля была самым важным научным открытием со времён Исаака Ньютона. До этого пространство считалось наполненным телами и зарядами, через которые передавалось воздействие. А поле – это пустота, через которое тоже может осуществляться взаимодействие.    
   В 1865 году Джеймс Максвелл создал теорию электромагнитного поля, где выразил все основные закономерности этого явления. Главный вывод теории – свободное распространение электромагнитного излучения в пространстве со скоростью света. 
   В 1887 году Генрих Герц создал реальную конструкцию генератора и резонатора электромагнитных колебаний. В 1888 году с помощью этих приборов экспериментально доказал существование электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве со скоростью света. Именно тех – предсказанных Фарадеем и описанных Максвеллом. 
   Если радио – распространение электромагнитных волн, то эти трое его открыли. Если изобретение – конкретный прибор, то его создал Герц. Другое дело, что его приборы работали на расстоянии только нескольких метров друг от друга, и в приёмнике приходилось наблюдать только очень слабую искру в темноте. Но усовершенствование приборов – это дело техники. И новых изобретений, но уже конкретных технических устройств. Можно ли считать изобретение сотовой связи изобретением радио? Или это изобретение конкретного телефона, использующего уже известную радиосвязь? 
   Ранняя смерть Герца в 1894 году (в возрасте 37 лет) не позволила этому гениальному учёному, экспериментатору, инженеру продолжить совершенствование созданных им приборов. А что же в это время сделали Попов и Маркони, между которыми разгорелся и до сих пор существует спор о приоритете на изобретение в 1895-1896 годах радио? 
   В техническом плане для увеличения расстояний и Попов, и Маркони добавили к приборам Герца антенну и заземление. Для более чёткой регистрации сигнала оба добавили в приёмник Герца когерер – стеклянную трубку, наполненную металлическим порошком. Когерер изобрёл в 1887 году французский физик Эдуард Бранли, а в 1893 году англичанин Оливер Лодж обнаружил, что порошок в трубке резко меняет сопротивление в присутствии волн Герца. Практические применения когерера Лоджа не интересовали, а Попов и Маркони использовали его для включения звонка, вместо малозаметной искры у Герца. 
   Так что Попов и Маркони в техническом плане сделали примерно одно и то же. Кто раньше – запутано до сих пор. С одной стороны, у нас днём радио считается 7 мая 1895 года, когда Попов на заседании физического отделения Российского физико-химического общества продемонстрировал свой грозоотметчик – фактически приёмник Герца с антенной и когерером. Передачу радиосигнала от передатчика к приёмнику он продемонстрировал там же только 24 марта 1896 года, передав радиограмму из двух слов: «Генрих Герц». А Маркони к этому времени не только провёл аналогичные эксперименты с аналогичной аппаратурой, но и подал заявку на патент. 
   Об их споре, продолжающемся уже 110 лет, написано много книг, есть много сайтов в Интернете. Каждый автор приводит множество аргументов в пользу своей версии. Не будем ввязываться в этот спор и портить своё здоровье. Давайте считать днём радио 24 декабря 1906 года, когда профессор Реджинальд Фессенден устроил первую в истории радиопередачу голоса и музыки из своего собственного дома в Брэнт Рок, штат Массачусетс. Всё-таки под словом «Радио» мы привыкли понимать именно передачу звуков, а не азбуки Морзе.

Приложение 7. 
Статья по истории физики «От граммофона до магнитофона»

  Томас Эдисон (Thоmas A Edisоn, 1847–1931), работая над улучшением телефонного аппарата, как-то раз запел над мембраной, к которой была припаяна иголка. Чуткая металлическая пластинка, вибрируя, уколола палец знаменитого изобретателя. «Я задумался, — признавался он впоследствии. — Если бы можно было записать эти колебания иглы, а потом снова провести иглой по такой записи — отчего бы пластинке не заговорить? Вот и вся история: не уколи я палец — не изобрел бы фонографа». 
   Первый фонограф Эдисон испытал 12 августа 1877 года. Данное громоздкое сооружение, которое обошлось изобретателю в 18 долларов, состояло из цилиндрического валика, покрытого оловянной фольгой, и усиливающей акустические волны трубы. К узкой стороне трубы была приделана мембрана с иголкой, прочерчивающей на валике борозды, профиль которых зависел от воздействующих на мембрану звуковых колебаний. Цилиндр поворачивался при помощи ручки, которая также задавала игле поступательное движение. 
   Понимая, что созданный аппарат имеет невысокую чувствительность, Эдисон буквально прокричал в широкую часть трубы куплет популярной песенки «У Мэри была маленькая овечка». После чего вернул иглу на исходную позицию — в самое начало прочерченной ею спиралеобразной дорожки, и вновь привел в движение валик фонографа. Из раструба раздались негромкие шипящие звуки, в которых можно было узнать песенку про пейзанку Мэри, несмотря на то, что Эдисон был начисто лишен музыкального слуха. 
   У изобретателя фонографа были весьма смутные представления о том, для каких целей человечество могло бы его использовать. Среди различных предложенных им версий запись музыки занимала одно из последних мест. Эдисон предполагал, что куда полезнее было бы заменить фонографом стенографисток, выпускать с его помощью звуковые книги для слепых, использовать как будильник и даже как устройство, обучающее попугаев разговорной речи. Но история распорядилась этим изобретением по-своему: массовому потребителю в первую очередь нужна была музыка, которой можно было бы наслаждаться, не дожидаясь, когда состоится концерт любимого исполнителя. Однако о наслаждении применительно к качеству звучания фонографа на первых порах говорить не приходилось. В связи с чем Эдисон постоянно работал над усовершенствованием своего детища. Он заменил олово более чувствительным к вибрациям воском. Это дало дополнительный эффект — появилась возможность, разровняв воск, делать на валике новые записи. Оптимизировал звукозаписывающую иглу и мембрану, доведя длительность звучания валика до трех минут. Ввел маховик, который сглаживал неравномерность вращения ручки, приводящей в движение валик. И, наконец, заменил ручку пружинным приводом, а затем электродвигателем постоянного тока. 
   Эдисон пытался наладить массовое производство фонографов, которые стоили недешево — 150 долларов. Поэтому их приобретали в ограниченном количестве лишь состоятельные люди либо организации. Например, Николай Николаевич Миклухо-Маклай записал на фонографе Российского географического общества речь папуасов. 
   Более прогрессивный граммофон не появился раньше фонографа исключительно по причине головотяпства французских чиновников. В апреле 1877 года, почти за полгода до первого испытания фонографа, фантастически одаренный поэт, музыкант и ученый Шарль Кро (Charles Crоs, 1842–1888), в четырнадцать лет окончивший университет, послал в Парижскую академию наук описание прибора, названного им «палеофоном» — «голос прошлого». Его принцип действия был таким: прикрепленная к мембране игла прочерчивает на вращающемся стеклянном диске, покрытом сажей, звуковые дорожки. При этом игла колеблется в горизонтальной плоскости, в то время, как у фонографа она перемещается в вертикальном направлении. После записи звука дорожки оптическим путем переносятся на светочувствительную хромовую пластинку. При вращении пластинки игла отслеживает акустические колебания и, соприкасаясь с мембраной, извлекает записанные звуки. Изобретатель просил о выделении средств на реализацию своего проекта. 
   В декабре Кро, прочитав в газете об изобретении Эдисоном звукозаписывающего прибора, пришел в академию и потребовал, чтобы ему наконец-то дали ответ относительно перспективности его технического предложения. Выяснилось, что конверт с его бумагами так и не удосужились вскрыть. После изучения описания граммофона академия признала идеи Шарля Кро правильными, однако отказала ему в финансовой поддержке. 
   Спустя 10 лет идеи француза-неудачника развил и реализовал Эмиль Берлинер (Emile Berliner, 1851–1929), перебравшийся в США из Германии в 19-летнем возрасте. Юноша был талантлив и энергичен. Работая на первых порах разнорабочим, все свободное время он просиживал в библиотеках, изучая научно-техническую литературу. Там он и наткнулся и на публикации Шарля Кро. 
   Действуя с огромным воодушевлением, изобретатель в короткий срок реализовал идеи своего французского коллеги. Полученная фотохимическим способом цинковая пластинка, по которой заскользила соединенная с мембраной игла, запела самым наилучшим образом. И 26 сентября 1887 года Берлинер запатентовал устройство, назвав его граммофоном. После чего пять лет работал над усовершенствованием как самого граммофона, так и технологии изготовления пластинок. Вначале он заменил фотохимический метод методом травления кислотой цинковой пластинки, покрытой воском с проделанными в нем звуковыми дорожками. В результате не только возросла скорость тиражирования записей, но и увеличилась громкость звучания. 
   В конце концов Берлинер разработал процесс штамповки эбонитовых пластинок при помощи стальной печатной матрицы, и ввел его на открытом им заводе граммофонных пластинок. А вскоре дорогой эбонит был заменен дешевым шеллаком. Это был фантастический прорыв в утверждении принципов взаимоотношения поставщиков и потребителей массовой культуры: дешевизна, крупнотиражность и материальная заинтересованность исполнителей. Берлинер, который начал строить такого рода индустрию, первым ввел принцип выплаты гонораров записывающимся на пластинках певцам и музыкантам. 
   Граммофоны начали стремительно завоевывать мир. Вслед за Америкой их производство было налажено и в Европе. Первыми тут были братья Пате, основавшие во Франции фирму Pathe. Именно здесь были произведены первые патефоны — миниатюризированные граммофоны с акустическим раструбом, размещавшимся в корпусе проигрывающего устройства 
   Начался граммофонно-патефонный бум. Аппараты производились для всех слоев населения. Роскошные граммофоны изготавливали из красного дерева и обильно инкрустировали, а рупоры делали из чистого серебра. В России их стоимость доходила до тысячи рублей. Демократичные патефоны собирали поточно из недорогих комплектующих. Конструкторы изощрялись, предлагая покупателям патефоны на все случаи жизни: для салонов, для пикников, для морских путешествий, для многолюдных балов. Делали даже крошечные проигрывающие аппараты, умещающиеся в кармане. 
   Более всего на этом буме заработали, конечно же, звукозаписывающие фирмы, плодившиеся, словно грибы после дождя. В начале XX века в мире ежегодно выпускалось 3 000 наименований грампластинок общим тиражом свыше 4 млн. Эти цифры из года в год возрастали почти по экспоненциальному закону. Поп-идолами в ту пору, как ни странно, были не исполнители фокстротов и танго, а Карузо, Шаляпин, Собинов. Даже безумно популярная в широких народных кругах Анастасия Вяльцева, которую в газетах величали «ярой жрицей пошлости», не могла состязаться с Федором Шаляпиным по части гонораров. За одну запись прославленный бас получал 10 тыс. рублей, Вяльцева же за целый год «непосильного труда» зарабатывала 100 тыс. 
   Звукозаписывающие фирмы разработали стандарт, согласно которому скорость вращения пластинки равнялась 78 об/мин. Это обеспечивало оптимальное воспроизведение 3-минутных записей. Однако, несмотря на ухищрения инженеров, частотный диапазон у патефонов был невелик — от 150 до 4000 Гц. 
   И лишь впоследствии, когда появились ламповые усилители и пьезокристаллические звукосниматели, электропроигрыватели начали адекватно воспроизводить записанную на пластинках музыку. Да и пластинки при этом существенно изменились: их стали изготавливать из винила. За счет понижения скорости вращения до 33 об/мин и увеличения плотности записи, время звучания каждой стороны возросло до 40 минут. Появилась возможность стереофонической записи и воспроизведения звука. В 60-е годы прошлого века наступила эпоха винила, которая, как тогда казалось, не закончится никогда. Однако в конце века пластинки были вытеснены компакт-дисками. Наступила цифровая эпоха. 
   Обзор «ископаемых» видов звукозаписи был бы неполон без упоминания об аналоговой магнитной записи. Первое упоминание о ней можно найти в американском техническом журнале «The Electrical Wоrld» в статье, опубликованной в 1888 году. Американский инженер Оберлин Смит (Oberlin Smith, 1840–1926) уже тогда обращал внимание специалистов на то, что магнитный материал способен хранить информацию о звуковых волнах, записанную последовательно на каком-либо линейном носителе. И эту информацию можно считывать, если носитель записанной электромагнитной волны будет перемещаться мимо обмотки, индицируя в ней сигнал, эквивалентный звуковому. В статье проводится параллель с фонографом: нанесенную иглой на валик борозду автор уподобляет линейной магнитозаписи, осуществляемой при вращении барабана. При этом в качестве борозды он предлагает использовать хлопчатобумажную нить с закрепленными на ней металлическими опилками. Автор ограничился теоретической стороной вопроса, не приведя никаких соображений относительно конструкции такого аппарата. 
   Когда технический прогресс достиг таких высот, что для магнитозаписи более не нужны были огромные бобины с километрами тяжелой пленки, настала эра владычества компакт-кассет. Длилась она около двадцати лет, пока компакт-диски и цифровые технологии не захватили пальму первенства. Фото (Creative Cоmmоns licens): GracinhaMarcо Abundо. 
   Прошло всего лишь десять лет, и 29-летний лаборант телефонной станции Копенгагена Вальдемар Паульсен (Valdemar Pоulsen, 1869–1942) запатентовал действующую модель «телеграфона», которая была создана с учетом гипотетической теории американца Смита. Паульсен производил запись на стальную проволоку толщиной 0,5 мм, навитую на цилиндр, который вращался при помощи часового механизма. Записывающий электромагнит перемещался вдоль струны со скоростью 2,1 м/с. При воспроизведении сигнал, наведенный магнитозаписью, поступал на телефонную мембрану. Запись стиралась при помощи мощного постоянного магнита. Громкость у такого устройства была невелика, да и частотная полоса оставляла желать лучшего: 150–2500 Гц. 
   На Всемирной выставке в Париже в 1900 году телеграфон получил Гран-при. В определенной степени этому способствовал рекламный трюк: Паульсен продемонстрировал запись голоса императора Австро-Венгрии Франца Иосифа. Через год он создал новый аппарат, который имел большое конструктивное сходство с «настоящими» магнитофонами. Запись осуществлялась на стальную ленту шириной 3 мм и толщиной 0,5 мм. Лента сматывалась с одной катушки и наматывалась на другую, проходя мимо двух головок — записывающей и считывающей. Запись прослушивалась при помощи наушников. 
    В этой же области работал Гульельмо Маркони (Guglielmо Marcоni, 1874–1937). Вес его магнитозаписывающего прибора приближался к тонне, а катушки со стальной лентой имели диаметр в 60 см. В случае обрыва лента восстанавливалась при помощи электросварки. Для того, чтобы записать на магнитофон доклады проходившего в Копенгагене в 1916 году международного конгресса, пришлось израсходовать сто километров ленты весом почти в две с половиной тонны. При этом продолжительность записи составила всего четырнадцать часов. 
   Несмотря на отсутствие спроса на магнитофоны вплоть до конца 1940-х годов, инженеры и конструкторы не прекращали работу по превращению «динозавра» в более соответствующее новейшей истории «существо». Разрабатывались более совершенные записывающие и считывающие головки, снижалась скорость движения ленты, расширялась полоса воспроизводимых частот, оптимизировался лентопротяжный механизм. Стальная лента была заменена пластмассовой с нанесенным на нее ферромагнитным слоем. И уже в 1935 году немецкая фирма AEG выпустила магнитофон, имевший конструктивную структуру и электрическую схему, принципиально не отличавшиеся от тех, которыми обладают современные магнитофоны. Намотанная на катушку диаметром 30 см лента позволяла воспроизводить запись длительностью двадцать минут в диапазоне частот от 100 до 6000 Гц. 
   Ну, а магнитофонный бум начался в развитых странах в 1947 году. В Советском Союзе первый бытовой магнитофон «Днепр» начали выпускать двумя годами позже. Но, конечно же, о насыщении рынка говорить не приходилось: во-первых, магнитофон был дорогим, а, во-вторых, ориентирующаяся прежде всего на оборонные нужды советская электронная промышленность выпускала «Днепр» в очень ограниченных количествах. Ощутимый прорыв в производстве отечественной бытовой звукозаписывающей аппаратуры произошел лишь во второй половине 60-х годов. И со временем воспроизводимый магнитофоном частотный диапазон перекрыл акустический спектр, воспринимаемый человеческим ухом. 
   Потом пришли кассетники и плееры, благодаря которым у каждого человека появилась возможность сделать музыку постоянным фоном вне зависимости от местонахождения, времени суток и любых прочих обстоятельств. Что же касается сегодняшнего дня, то на смену движущимся носителям все больше и больше приходят чипы памяти, хранящие звук в цифровой форме. Что соответствует глобальной тенденции развития человечества, когда непрерывные, аналоговые процессы все больше и больше вытесняются их дискретной нарезкой.