2. 2. Вынужденные колебания. Резонанс. Зависимость амплитуды колебаний от частоты вынуждающей силы.
Это колебания вызванные воздействием на тело периодической внешней силы. Резонанс – явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний тела при совпадении частоты вынуждающей периодической силы с собственной частотой колебаний тела. При резонансе вынуждающая сила в течении всего периода колебания направлена в туже сторону, что и вектор скорости колеблющегося тела. При отсутствии трения и сопротивления воздуха амплитуда колебаний могли бы возрастать неограниченно. Амплитуда – это модуль максимального значения изменяющейся частоты.
Билет 22
1. 1. Фотоэффект и его законы. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Кванты света. Применение фотоэффекта.
2. 2. Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора. Соединение конденсаторов.
3. 3. (Задача на закон сохранения мех. Энергии)
1. 1. При распространении света проявляются его волновые свойства, а при взаимодействии с веществом обнаруживается его прерывистая структура, проявляемая, например, при фотоэффекте. Фотоэффектом называется вырывание электрона вещества под действием света. Различают два вида: внешний заключается в испускании электронов с поверхности вещества, внутренний связан с перераспределением электронов атомов по их состоянию в твердом теле, при поглощении им электромагнитного излучения. Установлен закон: максимальная скорость вылетающих электронов зависит от частоты колебаний электромагнитной волны и растет с увеличением частоты. Hv=Aвых + mV^2/2 , где h постоянная Планка.
При испускании свет ведет себя подобно потоку частиц с энергией E=hv, зависящей от частоты испускания. Сама световая частица получила название фотон, или световой квант. Энергия фотона часто выражается через циклическую частоту w=2Пvh-=h/2п=1.05*10^-34 Дж*с Тогда E = hv=h-wE=mc^2 Тогда m=hv/c^2/ Фотон не имеет массы. Таким образом p=mc=hv/c=h/лямда.
На основе внешнего фотоэффекта работают фотоэлементы (турникет в метро)Фотодиоды для измерения распределение температуры слабо нагретых тел. Солнечные батареи в космических аппаратах.
2. 2. Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора. Соединение конденсаторов.
Электроемкостью называется физическая величина, определяемая отношением заряда q одной из пластин конденсатора к напряжению между обкладками конденсатора U: С=q/U. (Ф). Электроемкость – это способность проводника накапливать электрический заряд. Для накопления значительных количеств разноименных электрических зарядов применяются конденсаторы. Конденсатор – это система проводников электроемкость которых не меняется от внешнего воздействия. Напряжение между обкладками заряженного конденсатора U=q/C. В процессе разрядки напряжение падает до нуля. Среднее значение напряжения в процессе разрядки Uср=U/2 = q/2C. Для работы А, совершаемой электрическим полем при разрядке конденсатора A=q*Uср=qU/2 = CU^2/2. Значит потенциальная энергия W=A=CU^2/2=q^2/2C=qU/2. Энергия конденсатора обусловлена тем, что электрическое поле между его обкладками обладает энергией.
При последовательном соединении: 1/C0=1/C1+1/C2. При параллельном C0=C1+C2.
Билет 23
1. 1. Модель атома Резерфорда – Бора. Квантовые постулаты Бора.
2. 2. Полупроводниковые приборы.
3. 3. Задача на движение тела по окружности
1. 1. Эксперименты Резерфорда послужили основой для создания протонно – нейтронной модели атома. В центре атома находится атомное ядро. Весь остальной объем это электроны. Внутри ядра электронов нет. Ядро состоит из протонов и нейтронов. Число электронов равно числу протонов в ядре. Масса электрона примерно в 2000 раз меньше массы протона или нейтрона, поэтому почти вся масса находится в ядре. Электроны летают вокруг атома по орбитам. Но так как атом движется по орбитам с ускорением, то он должен испускать энергию, а значит в конце упасть на ядро, превратившись в нейтрино. Были введены постулаты Бора: 1. Атомная система может находится только в особых стационары, или квантовых, состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия. В стационарном состоянии атом не излучает. Этот постулат противоречит классической механике, согласно которой энергия движущегося электрона может быть любой. Противоречит и электродинамике, так как допускает ускоренного движения без испускания энергии. 2. При переходе атома из стационарного состояния в другое испускается или поглощается квант электромагнитной энергии. Этот постулат тоже противоречит электродинамике Максвелла, согласно которой частота излученного света равна частоте обращения электрона по орбите. По теории Бора частота только связана с изменением энергии атома.
2. 2. Полупроводниковые приборы.
Билет 24
1. 1. Состав ядра атома. Изотопы. Энергия связи.
2. 2. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Термо- и фоторезисторы.
3. 3. (Задача на второй закон Ньютона)
1. Согласно протонно – нейтронной модели атомные ядра состоят из элементарных частиц двух видов: протонов и нейтронов. Известно, что заряд электрона примерно равен заряду протона = 1,6*10^-19 Кл, а масса протона =1,6726 * 10^-27 кг или 1,00728 а.е.м. Нейтрон не имеет электрического заряда, его масса равна 1,00867 а.е.м. .1 а.е.м.=1,6605*10^-27 кг и соответствует энергии 931,5 МэВ. Число протонов в ядре называют зарядом ядра. Массовым числом ядра А называют сумму числа протонов Z и числа нейтронов N А=Z+N.
Изотопы – ядра с одинаковой массой.
Минимальную энергию, которую нужно затратить для разделения атомного ядра на составляющие его нуклоны, называют энергией связи. Эта энергия расходуется на совершение работы против действия ядерных сил притяжения между нуклонами. На основе закона сохранения энергии можно утверждать, что при образовании ядра из отдельных нуклонов выделяется энергия, равная энергия связи. E=mc^2. Всякое изменение энергии системы на дельта Е сопровождается изменением ее массы дельта m на величину дельтаЕ/c^2. Точнейшие измерения массы ядер показывают, что сумма масс покоя протонов и нейтронов, составляющих данное ядро больше массы покоя этого ядра. Разность масс дельта M=Zm+Nm – Mя.
2. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Термо- и фоторезисторы.
Полупроводник – это класс веществ, занимающих промежуточное положение между веществами, хорошо проводящими электрический ток, и веществами, практически не проводящим электрического тока. Для них характерна сильная зависимость их свойств и характеристик от микроскопических количеств содержащихся в них примесей. Важное свойство полупроводников состоит в том, что электрический ток переносится в них не только отрицательными зарядами – электронами, но и равными им по величие положительными зарядами – дырками. Атомы в кристалле полупроводника связаны между собой с помощью электронов внешней электронной оболочки. При тепловых колебаниях атомов тепловая энергия неравномерно распределяется между электронами, образующими связи. Отдельные электроны могут получать количество тепловой энергии, достаточное для того, чтобы «оторваться» от своего атома и получить возможность свободно перемещаться в кристалле, те стать потенциальными носителями тока. Такой уход электрона нарушает электрическую нейтральность атома, у которого возникает положительный заряд, равный по величине заряду ушедшего электрона. Это вакантное место называется дыркой. Так как вакантное место может быть занято электроном соседней связи, дырка также может перемещаться внутри кристалла и являться уже положительным носителем тока. Естественно, что электроны и дырки при этих условиях возникают в равных количествах, и электропроводность такого идеального кристалла будет в равной степени определяться как положительными, так и отрицательными зарядами. Если на место атома основного полупроводника поместить атом примеси, во внешней электронной оболочке которого содержится на один электрон больше, чем у атома основного полупроводника, то такой электрон окажется как бы лишним. Достаточно в десятки раз меньше энергии, чтобы оторвать его от своего атома и превратить в свободный электрон. Такие примеси называются донорными, те отдающими лишний электрон. Введение в полупроводник примесей, внешняя электронная оболочка которого содержит меньшее количество электронов, приводит к появлению незаполненных связей, и дырка получает возможность свободно перемещаться по кристаллу. Иными словами, движение дырки – это последовательный переход электронов из одной соседней связи в другую. Такие примеси, принимающие электрон, называются акцепторными. С увеличением количества примесей того или иного типа электропроводность кристалла начинает приобретать все более выраженный электронный или дырочный характер. Электропроводимость бывает n-типа и p-типа.
Билет 25
1. 1. Радиоактивность. Вида радиоактивных излучений и их свойства. Биологическое действие ионизирующих излучений.
2. 2. Сила трения в быту и технике. Измерьте силу трения.
3. 3. (Задача на использование законов электролиза)
1. 1. Радиоактивность представляет собой самопроизвольный процесс, происходящий в атомах радиоактивных элементов. Это явление определяется как самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа одного химического элемента в изотоп другого; при этом происходит испускание электронов, протонов, нейтронов или ядер гелия. Виды: гамма- лучи – это очень короткие электромагнитные волны. Их длина от 10^-10 до 10^-13 м. Скорость их распространения около скорости света. Бета – лучи. Природа бета лучей была установлена раньше всех – в 1899 году. По их отклонению в электрическом и магнитных полях был измерен удельный заряд. Оказалось, что он такой же как у электрона. Значит бета лучи -–это электроны, движущиеся с огромными скоростями, очень близкими к скорости света. Альфа – частицы. Знак заряда у них положительный. Это ядро атомов гелия. Значит ее заряд 2е, а масса 4 а.е.м. Вылетающие из радиоактивных ядер альфа частицы имеют большие скорости, достигающие десятых долей скорости света, значит обладают большой энергией. Их свойства – это проникающая и ионизирующая.