sotrud.ru 1 2 3

Ответы на экзаменационные билеты по физике. 9 класс

Билет № 1. Механическое движение. Путь. Скорость, Ускорение

Механическое движение — изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени.

По характеру изменения положений точек тела, механическое движение делится на поступательное и вращательное. К поступательному движению относятся движения, при которых все точки тела движутся одинаково.

По виду траектории, механическое движение делится на прямолинейное и криволинейное.

По характеру изменения скорости: на равномерное, равноускоренное и ускоренное. Равномерным называется движение, при котором скорость тела остается постоянной и по направлению, и по модулю во все время движения. Равноускоренным называется движение, при котором скорость тела изменяется одинаково за единицу времени.

Для описания механического движения используются различные характеристики.


  1. Материальная точка – это тело, имеющее массу, размерами которого можно пренебречь в условиях данной задачи. Например, автомобиль, движущийся по трассе можно считать материальной точкой. Тот же автомобиль, въезжающий в гараж материальной точкой считать нельзя.

  2. Траектория - это линия, вдоль которой движется тело.

  3. Путь — длина траектории, по которой движется тело в течение некоторого времени. Обозначается буквой S и измеряется в метрах (м).

  4. Скорость — это физическая величина, характеризующая быстроту изменения координаты тела.

Скорость обозначается буквой υ и измеряется в метрах в секунду (м/с). Скорость бывает средняя, мгновенная и относительная.

Средняя скорость - скалярная физическая величина, равная отношению всего пути, пройденного телом, ко времени движения тела. Рассчитывается:



Мгновенная скорость – это скорость в данный момент времени или в данной точке траектории. Определяет как быстроту движения, так и его направление в данный момент времени. Мгновенная скорость равна отношению перемещения тела за очень малый промежуток времени, к величине этого времени. Рассчитывается
Относительная скорость – это скорость тела в подвижной системе отсчета.

Она рассчитывается: , где υотн – скорость относительно движущегося тела, υсо – скорость тела, являющегося подвижной системой отсчета;

υ – скорость тела относительно Земли.

Если в процессе движения меняется скорость, для характеристики движения используется физическая величина – ускорение.


  1. Ускорение при равноускоренном движении — это векторная физическая величина, равная отношению изменения скорости к промежутку времени, за которое это изменение произошло. Определяет быстроту изменения скорости по модулю и направлению. Обозначается буквой а и измеряется в метрах в секунду в квадрате (м/ с2). Рассчитывается по формуле:



Для характеристики механического движения также используются графики.




Билет № 2. Явление инерции. Первый закон Ньютона. Сила и сложение сил.

Второй закон Ньютона

Закон инерции был сформирован Г. Галилеем. Он гласит: Явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел называется инерцией. Например, человек едет в автобусе. Если автобус резко останавливается, человек продолжает двигаться по инерции вперед.


Ньютон в своем первом законе вводит понятие инерциальных систем отсчета: существуют такие системы отсчета, относительно которых тела сохраняют свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела, или действия других тел скомпенсированы. Такие системы отсчета называются инерциальными. К ним относятся системы отсчета, связанные с Землей, а также с любым телом, движущимся равномерно и прямолинейно относительно Земли.

Системы отсчета, где закон инерции не выполняется - неинерциальные.

На Земле нет тел, на которые не действовали бы никакие другие тела, причем это действие взаимное. Для характеристики взаимодействий вводится физическая величина – сила.

Сила — векторная физическая величина, которая является мерой взаимодействия тел. Обозначается буквой F и измеряется в ньютонах (Н).

В природе существует 4 типа взаимодействий: гравитационное -характеризуется силой тяготения (частный случай – сила тяжести); электромагнитное- в механике характеризуется силами упругости, трения; сильное и слабое.

Сила, которая производит на тело такое же действие, как несколько одновременно действующих сил, называется равнодействующей этих сил. Она определяется через векторную сумму всех сил, действующих на тело.


Равнодействующая сил, направленных по одной прямой в одну сторону, направлена в ту же сторону, а ее модуль равен сумме модулей составляющих сил.

Равнодействующая сил, направленных по одной прямой в противоположные стороны, направлена в сторону большей по модулю силы, а ее модуль равен разности модулей составляющих сил.

Чем больше равнодействующая приложенных к телу сил, тем большее ускорение получит тело. При уменьшении силы в два раза, ускорение тоже уменьшается в два раза. При увеличении массы тела в два раза, ускорение уменьшается в два раза.


2 закон Ньютона устанавливает связь между силой, действующей на тело и его ускорением: ускорение, сообщаемое телу, прямо пропорционально приложенной к этому телу силе, в результате действия которой возникает ускорение, и обратно пропорционально массе тела.

Масса в этом случае выступает мерой инертности тел. Чем больше масса, тем труднее изменить скорость тела, тем больше требуется для этого времени.

Математически второй закон Ньютона выражается формулой:

Следствия 2 закона Ньютона:


  1. Ускорение и сила, вызвавшая его всегда сонаправлены.

  2. Если на тело действует несколько сил, тогда ускорение прямо пропорционально равнодействующей всех сил, действующих на тело.

  3. Сила, вызвавшая появление ускорения может быть любой природы: гравитационная, электромагнитная и т.д.



Билет № 3. Третий закон Ньютона. Импульс. Закон сохранения импульса. Объяснение реактивного движения на основе закона сохранения импульса

Если два тела соединить пружиной, сжатой и связанной нитью, то после разрезания нити оба тела придут в движение.

Третий закон Ньютона гласит: силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению.

  Математически третий закон Ньютона выражается так:



Следствия 3 закона Ньютона:


  1. Силы имеют одну и ту же природу.

  2. Силы появляются и исчезают одновременно.

  3. Как правило, силы приложены к разным телам, а поэтому не складываются.

Пример 3 закона Ньютона: комар ударяется о ветровое стекло автомобиля. Силы, с которыми автомобиль действует на комара и комар действует на автомобиль, одинаковы по модулю, но направлены в разные стороны.

Однако результат действия силы зависит не только от ее модуля, но и от времени действия. Если в 1 закон Ньютона подставить формулу – определение ускорения, то мы получим:



Величину, равную произведению силы на время ее действия называется импульсом силы. Она измеряется в Н·с.

Векторная физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость называется импульсом тела. Обозначается буквой р и измеряется в килограммах на метр в секунду (кг·м/с).

Введем понятие замкнутой системы тел – это тела, взаимодействующие только друг с другом.

Для замкнутой системы тел выполняется закон сохранения импульса: геометрическая сумма импульсов замкнутой системы тел остается неизменной при любом движении и взаимодействии тел системы. Математическая формула:



Примером выполнения закона сохранения импульса является реактивное движение. Например, движения воздушного шарика с выходящей из него струей воздуха. Согласно закону сохранения импульса суммарный импульс системы, состоящей из двух тел должен остаться таким же, каким был до начала истечения воздуха, т.е. равным нулю. Поэтому шарик начинает двигаться в противоположную струе воздуха сторону с такой скоростью, что его импульс равен модулю импульса вырывающейся воздушной струи.




Реактивное движение, используемое ныне в самолетах, ракетах и космических снарядах, свойственно осьминогам, кальмарам, каракатицам, медузам – все они, без исключения, используют для плавания реакцию (отдачу) выбрасываемой струи воды.

Инженеры уже создали двигатель, подобный двигателю кальмара. Его называют водометом. В нем вода засасывается в камеру. А затем выбрасывается из нее через сопло; судно движется в сторону, противоположную направлению выброса струи. Вода засасывается при помощи обычного бензинового или дизельного двигателя.

В южных странах ( и у нас на побережье Черного моря тоже) произрастает растение под названием "бешеный огурец". Стоит   только слегка прикоснуться к созревшему плоду, похожему на огурец, как он отскакивает от плодоножки, а через образовавшееся отверстие из плода фонтаном, со скоростью до 10 м/с, вылетает   жидкость с семенами.

Сами огурцы при этом отлетают в противоположном направлении. Стреляет бешеный огурец (иначе его называют «дамский пистолет») более чем на 12 м.


Билет № 4. Сила тяжести. Свободное падение. Ускорение свободного падения. Закон всемирного тяготения.

Если тело выпустить из рук, бросить вверх или под углом к горизонту, оно через некоторое время упадет на землю. Следовательно, со стороны Земли на тела действует сила – сила притяжения к Земле. Сила, с которой Земля притягивает к себе тела, называется силой тяжести. Обозначается Fтяж , измеряется в Н. Сила тяжести всегда приложена к центру тяжести тела и направлена к центру Земли. Является, характеристикой гравитационного взаимодействия тел; проявлением силы всемирного тяготения.

Сила тяжести рассчитывается: . Масса в этом случае выступает мерой гравитации.


Свободное падение — движение тел под действием только силы тяжести.

Если взять трубку Ньютона, откачать воздух, то тела, помещенные в трубку, после ее переворачивания упадут одновременно, т.к. будут двигаться с одинаковым ускорением.

В данном месте Земли все тела независимо от их масс и других физических характеристик совершают свободное падение с одинаковым ускорением, которое называется ускорением свободного падения. Оно обозначается буквой g и для Земли примерно равно 9,8 м/с2.

Особенностью свободного падения является то, что время подъема до максимальной высоты, равно времени падения до первоначальной высоты. При этом данное движение относится к равноускоренному, поэтому для него справедливы формулы равноускоренного движения.

, где t- время падения тела; , или .

В общем случае для тел, имеющих массу, выполняется закон всемирного тяготения: два тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной массе каждого из них и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

 , где m1, m2 – массы тел, R – расстояние между ними.

G - гравитационная постоянная; G=6,67·10-11Н·м2/кг2.

Сила всемирного тяготения направлена вдоль линии, соединяющей центры взаимодействующих тел.



Закон всемирного тяготения применим, если:


  1. Оба тела – материальные точки, т.е. размеры тел малы по сравнению с расстоянием между ними;

  2. Оба тела – однородны и имеют форму шаров;

  3. Одно тело – шар, размеры и масса которого во много раз больше, чем у второго тела, находящегося на поверхности первого или вблизи неё.


Так как Fтяж = Fтяг,


, где M – масса Земли, а R – ее радиус.


Билет № 5. Сила упругости. Объяснение устройства и принципа действия динамометра. Сила трения. Трение в природе и технике.

Сила, возникающая в теле в результате его деформации, стремящаяся вернуть тело в исходное положение, называется, силой упругости. Обозначается Fупр.







Деформация –это изменение формы или размеров тела. Деформация бывает упругая и пластическая. При упругой деформации, после прекращения действия силы, тело возвращается форму или размеры.

При малых упругих деформациях выполняется закон Гука: , где  удлинение (измеряется в м), k – жесткость тела (измеряется в Н/м), которая зависит от материала, формы и размеров тела.

Для измерения силы используется прибор - динамометр.

Основная часть динамометра — стальная пружина, которой придают разную форму в зависимости от назначения прибора. Устройство простейшего динамометра основано на сравнении любой силы с силой упругости пружины.




Динамометр показывает величину силы упругости, действующей на

пружину, однако, если тело покоится или равномерно прямолинейно

движется, приложенная сила равна силе упругости.

Например,  = -  (рис.).

При соприкосновении одного тела с другим возникает взаимодействие, препятствующее их относительному движению, которое называют трением. А силу, характеризующую это взаимодействие

направления движения, вдоль поверхности соприкосновения. Бывает трение покоя, трение скольжения и трение качения.


  1. Сила трения покоя. Возникает в случае, если тела покоятся относительно друг друга.

F Приложенная сила в этом случае равна по модулю силе трения покоя.

Fтр Максимальное значение силы трения покоя равно силе трения скольжения.

Без трения покоя ни люди, ни животные не могли бы ходить по земле, т.к. при ходьбе мы отталкиваемся ногами от земли. Не будь трения, предметы выскальзывали бы из рук. Сила трения останавливает автомобиль при торможении, но без трения покоя он не смог бы и начать движение.
  1. Сила трения скольжения. Возникает при скольжении одного тела по поверхности другого. υ Силу трения скольжения можно рассчитать по формуле: , или с


Fтр учетом 3 закона Ньютона, так как сила реакции опоры равна весу тела:



где μ – коэффициент трения скольжения, зависит от рода соприкасающихся поверхностей и качества их обработки, не имеет единиц измерения.

  1. Сила трения качения. Возникает при вращательном движении тела по поверхности другого. υ Сила трения качения всегда много меньше трения скольжения.

Чтобы уменьшить трение используют подшипники для замены

Fтр трения скольжения на трение качения.


Во многих случаях трение вредно и с ним приходится бороться. Для уменьшения трения соприкасающиеся поверхности делают гладкими, а между ними вводят смазку.

Иногда трение полезно, тогда трение увеличивают, увеличивая шероховатость поверхностей, например, используя песок при гололеде; делая рельефную подошву на зимней обуви.


Билет №6. Давление. Атмосферное давление. Закон Паскаля. Закон Архимеда

Результат действия силы зависит от ее величины, точки приложения, направления и площади поверхности, на которую действует сила. Например, комар, действуя малой силой, может проколоть кожу человека.

Величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности, называется давлением. Обозначается буквой р , измеряется в паскалях (Па). Рассчитывается по формуле , 1 Па = 1Н/м2.

Если необходимо увеличить давление, уменьшают площадь поверхности, пример: игла, нож, лопата и др.


Если необходимо уменьшить давление, увеличивают площадь поверхности, пример: гусеницы трактора, лыжи, наперсток и др.

Твердые тела оказывают давление из-за наличия силы тяжести.

Давление, которое оказывают газы, объясняется ударами молекул о стенки сосуда. Давление газа зависит от объема сосуда, в котором он находится, и температуры. Чем больше объем, тем меньше давление; чем выше температура, тем больше давление.

Вокруг земли существует воздушная оболочка, называемая атмосферой. Существование атмосферы объясняется наличием достаточной силы тяжести, для удержания вокруг Земли воздушных масс. При этом, хотя молекулы непрерывно хаотично движутся, их скорости недостаточно, чтобы покинуть Землю. Двигаясь, молекулы воздуха ударяются о земную поверхность и тела, находящиеся на ней, создавая давление.

Атмосферное давление — это давление всей толщи воздуха на земную поверхность и тела, находящиеся на ней.

Доказательством существования атмосферного давления может служить опыт с Магдебургскими полушариями, проведенным О. Герике.

Для измерения атмосферного давления раньше использовалась трубка, наполненная ртутью, опущенная открытым концом в чашу с ртутью. Высота ртути в трубке устанавливалась на таком уровне, чтобы ее давление было равно атмосферному. Атмосферное давление, равное давлению столба ртути высотой 760мм при температуре 0ºС называется нормальным атмосферным давлением. Нормальное атмосферное давление равно 101300Па= 1013гПа.

Через каждые 12м давление уменьшается на 1мм. рт. ст. (или на 1,ЗЗгПа).

Сейчас давление измеряется с помощью приборов: манометров и барометров.

Если выдуть мыльный пузырь, он имеет форму шара. Это можно объяснить законом Паскаля.

Закон Паскаля: давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку одинаково во всех направлениях.

Жидкости тоже создают давление, которое зависит от ее плотности и высоты столба (глубины): 


Так как при погружении тела давление на верхнюю его грань и нижнюю разное, в жидкости возникает сила, направленная против силы тяжести и называемая Сила Архимеда.

Закон Архимеда: на тело, погружённое в жидкость (или газ, или плазму), действует выталкивающая сила (называемая силой Архимеда): , где ρ — плотность жидкости (газа),  — ускорение свободного падения, а V — объём погружённого тела (или часть объёма тела, находящаяся ниже поверхности).


FA

Выталкивающая сила равна весу жидкости в объеме, вытесненному телом.

Следует заметить, что тело должно быть полностью окружено жидкостью (либо пересекаться поверхностью жидкости). Так, например, закон Архимеда нельзя применить к кубику, который лежит на дне резервуара, герметично касаясь дна.


Билет №7. Работа силы. Кинетическая и потенциальная энергия. Закон сохранения механической энергии.

Механическая работа совершается в том случае, когда тело движется под действием приложенной к нему силы.

Механическая работа прямо пропорциональна произведению приложенной силы и пройденному пути. Обозначается буквой А и измеряется в джоулях (Дж). Рассчитывается по формуле A=F·S.

В общем случае A=F·S∙cosα.

Работа, совершаемая силой, считается положительной, если тело перемещается вдоль направления действия силы.

Работа, совершаемая силой, считается отрицательной, если тело перемещается против направления действия силы.


Работа, совершаемая силой, равна нулю, если сила и перемещение перпендикулярны друг другу.

Энергия — физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело. Измеряется энергия в джоулях (Дж).

Механическая энергия бывает двух видов: потенциальная и кинетическая.

Потенциальной энергией называется энергия, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела. Обозначается буквой Ер.

Если тело поднято над Землей, оно обладает потенциальной энергией, которую можно рассчитать по формуле: Ep=mgh. Где h – высота относительно выбранного нулевого уровня потенциальной энергии, который часто выбирается на поверхности Земли.

Потенциальной энергией обладает деформированное тело. Его потенциальная энергия рассчитывается по формуле: , где к – жесткость системы, х – удлинение тела.

Энергия, которой обладает тело вследствие своего движения, называется кинетической энергией. Обозначается буквой Ек. Рассчитывается по формуле , m – масса тела, υ – его скорость.

Сумма кинетической и потенциальной энергии тела называется полной механической энергией.

Физический смысл имеет не сама энергия, а ее изменение, которое связано с механической работой.

А= Ек2 - Ек1; А= Ер1 – Ер2.

Если работу совершают сила упругости или тяжести, ее величина не зависит от формы траектории движения тела, а на замкнутом пути работа равна нулю. Поэтому данные силы называются консервативными.


Если на тела действуют только консервативные силы, для такой системы тел выполняется закон сохранения энергии.

Закон сохранения механической энергии: Полная механическая энергия замкнутой системы тел, в которой действуют только консервативные силы, сохраняется при любых движениях и взаимодействиях тел системы. Таким образом, механическая энергия не возникает из ничего и не может никуда исчезнуть, она переходит из одного вида в другой.


Е
р

р
р1 + Ек1 = Ек2 + Ер2

Билет № 8. Механические колебания. Механические волны. Звук. Колебания в природе и технике.

Движения, обладающие той или иной степенью повторяемости, называются механическими колебаниями. Колебания бывают свободными и вынужденными.

Колебания, происходящие только благодаря начальному запасу энергии, называются свободными колебаниями.

Система тел, которые способны совершать свободные колебания, называются колебательными системами. Общие свойства всех колебательных систем:


  1. Наличие положения устойчивого равновесия.

  2. Наличие силы, возвращающей систему в положение равновесия.
    Наиболее часто рассматривают движения двух колебательных систем: нитяного и пружинного маятников. Математическим маятником называется нитяной маятник, если масса подвешенного к нити груза много больше массы нити, а длина нити много больше размеров тела.



Характеристики колебательного движения:
  1. Амплитуда — наибольшее (по модулю) отклонение тела от положения равновесия. Обозначается А или Хmax, измеряется в метрах (м).


  2. Период — промежуток времени, в течение которого тело совершает одно полное колебание. Обозначается T, измеряется в метрах (c). Период можно найти, зная время колебаний t и число колебаний N, совершенных телом за это время: T=t/N.

Период нитяного (математического)маятника зависит от длины нити и ускорения свободного падения; пружинного маятника – зависит от жесткости пружины и массы подвешенного груза:

, .

  1. Частота — число колебаний в единицу времени. Обозначается ν, измеряется в герцах (Гц=c-1). Частота-величина, обратная периоду колебаний: ν =1/ T.

  2. Смещение – это отклонение тела от положения равновесия. Обозначается Х, измеряется в метрах (м).

  3. Фаза колебаний определяет координату тела в данный момент времени. Если тела совершают синхронные движения при колебаниях (их скорости всегда сонаправлены), говорят, что колебания происходят в фазе.

Если тела движутся так, что их скорости всегда противоположно направлены по отношению друг к другу, говорят, что колебания происходят в противофазе.

Например. Два нитяных маятника движутся навстречу друг другу из точек Х1 =А и Х2 = -А. При этом период колебаний тел одинаков. Это движение - в противофазе.

При колебаниях периодически происходит переход кинетической энергии движения тел в потенциальную энергию и обратно.

Так как при движении тел присутствует сила трения, амплитуда свободных колебаний постепенно уменьшается, что приводит к их затуханию.


Вынужденные колебания – это колебания, происходящие под действием внешней, периодической силы. Амплитуда таких колебаний зависит от частоты вынуждающей силы. Если она равна собственной частоте колебательной системы, возникает резонанс – резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний.

Возмущения, распространяющиеся в пространстве, удаляясь от места их возникновения, называются волнами. Упругие волны – это волны, распространяющиеся в упругой среде. В бегущей волне происходит переноса энергии без переноса вещества.

Необходимым условием возникновения волны является появление в момент возникновения

возмущения препятствующих ему сил, например сил упругости. По характеру колебаний волны делятся на продольные и поперечные:


  1. Продольная волна- это волна, в которой колебания происходят вдоль направления ее распространения. Продольные волны – это волны растяжения и сжатия, они могут распространяться в любых средах.

  2. Поперечная — волна, в которой колебания происходят перпендикулярно направлению их
    распространения. Поперечные волны – это волны сдвига, они могут распространяться только в твердых средах.

Х
у, см
арактеристики волны:

  1. Д
    х, см
    лина волны — расстояние между ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах. Обозначается λ, измеряется в метрах (м).

2. Скорость волны — величина численно равная расстоянию, на которое распространяется волна за единицу времени.

Они связаны соотношением: λ=υ·T=υ/ν.

Примером продольных волн являются звуковые волны. Ухо человека воспринимает в виде звука колебания с частотой от 20 Гц до 20000 Гц.


Источник звука — тело, колеблющееся со звуковой частотой.

Приемник звука — тело способное воспринимать звуковые колебания. Звуковые волны не могут распространяться в вакууме.

Скорость звука — расстояние, на которое распространяется звуковая волна за 1 секунду. Она зависит от:


  1. Среды, а именно вещества, а также его агрегатного состояния: твердое тело, жидкость, газ. Чем выше плотность вещества, тем выше скорость волны. Чем больше силы взаимодействия между молекулами, тем выше скорость волны.

  2. Температуры. Чем выше температура, тем больше скорость хаотического движения молекул, а, следовательно, скорость волны.
    Характеристики звука:

  1. Высота звука — зависит от частоты колебаний. Чем выше частота, тем выше звук.

  2. Громкость. Зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук. Громкость звука влияет на самочувствие человека. Если он постоянно находится там, где шумно, становится раздражительным, быстрее устает. Громкость звука определяется в децибелах. Громкость около 130 дб может привести к потере слуха.

  3. Тембр звука. Зависит от обертонов (дополнительных частот колебаний), присутствующих в волне.

Практическое применение получили как звуковые волны, так и ультразвуковые, с частотой более 20000 Гц (эхолокация, ультразвуковые исследования в медицине и др.), и инфразвуковые, с частотой менее 20Гц (медицина, исследование земных недр и др.).


Билет №9. Модели строения газов, жидкостей и твердых тел. Тепловое движение атомов и молекул. Броуновское движение и диффузия. Взаимодействие частиц вещества

Существует три агрегатных состояния вещества: жидкое, твердое, газообразное. Согласно молекулярно кинетической теории строения вещества: все вещества состоят из молекул, все молекулы хаотически непрерывно двигаются, частицы взаимодействуют.


Опыты, доказывающие, что все вещества состоят из частиц:


  • делимость вещества;

  • изменение объема тел при нагревании.

Опыты, доказывающие, что все молекулы хаотически непрерывно двигаются:

  • броуновское движение;

  • диффузия.

Броуновское движение — это беспорядочное движение малых частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под действием ударов молекул окружающей среды. Открыто и впервые исследовано в 1827 г. английским ботаником Р. Броуном. Он рассматривал под микроскопом движение цветочной пыльцы, помещенной в воду. Броуновское движение никогда не прекращается, скорость движения частицы зависит от температуры окружающей среды.

Явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого, называют диффузией. Скорость диффузии зависит от агрегатного состояния, температуры, а так же внешних факторов, таких как наличие ветра, перемешивания веществ.

Опыты, доказывающие, что частицы взаимодействуют:

  • смачивание;

  • наличие твердых и жидких тел.

В разных агрегатных состояниях молекулы одинаковых веществ одинаковы, а вот расположение и взаимодействие их различно.

В газах расстояние между молекулами намного больше размеров самих молекул. Молекулы газа, двигаясь во всех направлениях, почти не притягиваются друг к другу. Поэтому газы не имеют собственной формы и постоянного объема (они заполняют весь предоставленный им объем).

Молекулы жидкости находятся на расстояниях сравнимых с размерами самих молекул, поэтому притяжение между ними становится значительным, следовательно, в обычных условиях жидкость сохраняет свой объем. Но так как молекулы расположены хаотично, их движение – это «перескоки» от одного положения равновесия в другое, поэтому жидкость принимает форму сосуда и обладает свойством текучести.


В твердых телах молекулы (атомы) расположены в определенном порядке, на расстояниях сравнимых с размерами самих молекул, поэтому силы притяжения между молекулами (атомами) еще больше, чем у жидкостей. Кроме того, молекулы (атомы) твердых тел могут совершать только колебательные движения возле положений равновесий, следовательно, в обычных условиях твердые тела сохраняют свою форму и объем. Например, лед, соль, металлы и др. Такие тела называются кристаллами.

Т.к. со скоростью движения молекул связана его температура, то хаотическое движение молекул, из которых состоят тела, называют тепловым движением. Тепловое движение отличается от механического тем, что в нем участвует множество молекул и каждая движется беспорядочно.

Между молекулами вещества одновременно существуют как силы притяжения, так и отталкивания. На расстояниях, сравнимых с размерами самих молекул, силы притяжения и отталкивания примерно равны. При уменьшении расстояния между частицами заметнее проявляется отталкивание; при удалении частиц друг от друга – притяжение:

Fприт.>Fот.=> частицы притягиваются друг к другу

Fприт.< Fот.=> частицы отталкиваются друг к другу

Данные силы действуют только на малых расстояниях, и потому являются короткодействующими.

Молекулы состоят из атомов, однако мельчащими частицами вещества являются молекулы.


Билет № 10. Тепловое равновесие. Температура. Измерение температуры. Связь температуры со скоростью хаотического движения частиц

Две системы находятся в состоянии теплового равновесия, если при контакте параметры состояния обеих систем не изменяются, а их температуры становятся одинаковыми.

При установлении теплового равновесия энергия всегда передается от более нагретого тела менее нагретому.

Например. Если привести в соприкосновение два сосуда с жидкостью разной температуры, через некоторое время температура в каждом сосуде будет одинакова, при этом объем останется разным, но будет оставаться постоянным. Жидкость в сосуде А будет отдавать энергию и охлаждаться, а жидкость в сосуде В – получать энергию и нагреваться.


Температура — физическая величина, характеризующая степень нагрева тела. Температура измеряется с помощью термометров.

Основные единицы измерения температуры — это Цельсий, Фаренгейт и Кельвин.

В нашей стране используется шкала Цельсия. За 0 ºC принята температура плавления льда при нормальном атмосферном давлении, а за 100 ºC - температура кипения воды при том же давлении.

Обозначается температура t, измеряется в градусах Цельсия (ºC).

Термометр — устройство, используемое для измерения температуры. Для измерения термометр приводят в соприкосновение с телом, температуру которого надо измерить. Добиваются установления теплового равновесия. Поэтому термометр, показывая свою собственную температуру, позволяет определить и температуру тела.

Измерение происходит путем сравнения с опорными значениями, условно выбранными за точки отсчета и указанные на шкале прибора.

При этом в разных термометрах используются разные связи между температурой и каким-то наблюдаемым свойством используемого вещества, которое можно считать линейно зависящим от температуры. Например, расширение жидкости (линейное увеличение ее объема) в зависимости от температуры; изменение сопротивления металла при нагревании и др.

Увеличение температуры тела связано с увеличением средней скорости хаотического движения частиц тела.

Так, например, при увеличении температуры тела диффузия протекает быстрее, броуновская частица начинает двигаться быстрее, а эти явления объясняются движением частиц вещества.

Поэтому температура — физическая величина, являющаяся мерой средней кинетической энергии хаотического движения частиц макроскопической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия.

Так, лед и вода, взятые при температуре 0ºС, будут иметь отличия в расположении и взаимодействии частиц, а средняя скорость хаотического движения молекул у них будет одинакова.


Билет №11. Внутренняя энергия. Работа и теплопередача как способы изменения внутренней энергии тела. Закон сохранения энергии в тепловых процессах

При взаимодействии тел один вид энергии может переходить в другой. Например, при падении шарика на металлическую плиту, потенциальная энергия переходит в кинетическую. В момент же удара кинетическая и потенциальная энергия шарика равна нулю, однако шарик нагревается от удара, говорят, что механическая энергия переходит во внутреннюю энергию шарика и пластины.

Энергию движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело, называют внутренней энергией тела. Обозначается U, измеряется в Джоулях (Дж).

При увеличении температуры тела, увеличивается средняя кинетическая энергия хаотического движения его молекул, а, следовательно, увеличивается внутренняя энергия тела.

Внутренняя энергия тела не зависит ни от механического движения тела, ни от положения этого тела относительно других тел.

Внутреннюю энергию тела можно изменить двумя способами: совершением механической работы или теплопередачей.

Работа обозначается А, измеряется в Джоулях (Дж).

Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом

называется теплопередачей.

Например. При трении ладоней друг о друга, мы совершаем работу над телом, и его внутренняя энергия увеличивается. Если поставить чайник на плиту, в процессе теплопередачи увеличивается внутренняя энергия и чайника, и воды.

Величина, равная изменению внутренней энергии тела в процессе теплопередачи (без совершения работы), называется количество теплоты.

Обозначается Q, измеряется в Джоулях (Дж).

Закон сохранения энергии запишется следующим образом:


Q = ∆U+А.

Внутренняя энергия тела увеличивается при совершении работы над ним, уменьшается, если работу совершает само тело.

Как механическая энергия может передаваться от одного тела другому, так и внутренняя энергия. Это справедливо для всех тепловых процессов. При теплопередаче, например, тело более нагретое отдает энергию, а тело менее нагретое получает энергию.

При переходе энергии от одного тела к другому или при превращении одного вида энергии в другой энергия сохраняется.

Если между телами происходит теплообмен, то внутренняя энергия всех нагревающихся тел увеличивается настолько, насколько уменьшается внутренняя энергия остывающих тел.

Таким образом,

Q1+ Q2+ Q3+ … + Qn= 0.

При этом, количество теплоты считается меньше нуля, если тело отдает энергию, больше нуля, если получает.

Билет № 12. Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение. Примеры теплопередачи в природе и технике.

Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом называется теплопередачей. Теплопередача бывает трех видов: теплопроводность, конвекция, излучение.

Перенос энергии от более нагретых тел или участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия частиц, называется теплопроводностью. Например, если металлический стержень нагревать с одного конца, то постепенно нагреется весь стержень.

Различные вещества обладают разной теплопроводностью. Это связано, прежде всего, с различием сил взаимодействия между частицами. Так твердые тела обладают хорошей теплопроводностью, а газы - плохой. Плохой теплопроводностью обладают и пористые вещества, так как в порах находится воздух.

При конвекции энергия переносится потоками жидкости или газа. При нагревании плотность вещества уменьшается. Нагретая жидкость или газ выталкиваются силой Архимеда, действующей со стороны менее нагретых слоев. И теплопроводность и конвекция могут протекать только в веществе.


Излучение — процесс передачи энергии электромагнитными волнами. Это единственный способ переноса энергии, который может осуществляться в вакууме.

Излучают энергию все тела, температура которых больше температуры окружающей среды. При этом больше всего поглощают энергию темные тела, серебристые – хорошо отражают.

Примеры теплопередачи в природе и технике:

1.Ветры. Все ветры в атмосфере представляют собой конвекционные потоки огромного масштаба. Конвекцией объясняются, например, ветры бризы, возникающие на берегах морей. В летние дни суша прогревается излучением от солнца быстрее, чем вода, поэтому и воздух над сушей нагревается больше, чем над водой, его плотность уменьшается и давление становится меньше давления более холодного воздуха над морем. В результате, как в сообщающихся сосудах, холодный воздух понизу с моря перемещается к берегу — дует ветер.

2. Тяга. Для создания тяги над топкой, например в котельных установках фабрик, заводов, электростанций, устанавливают трубу. При горении топлива воздух в ней нагревается. Значит, давление воздуха, находящегося в топке и трубе, становится меньше давления наружного воздуха. Вследствие разницы давлений холодный воздух поступает в топку, а теплый поднимается вверх — образуется тяга. Чем выше труба, сооруженная над топкой, тем больше разница давлений наружного воздуха и воздуха в трубе. Поэтому тяга усиливается при увеличении высоты трубы.

3. Отопление и охлаждение жилых помещений. Нагревание и охлаждение воздуха в помещениях основано на конвекции. Охлаждающие устройства целесообразно располагать наверху, ближе к потолку, чтобы осуществлялась естественная конвекция. Ведь холодный воздух имеет большую плотность, чем теплый, и поэтому будет опускаться.

Обогревательные приборы располагают внизу. Во многих современных больших домах устраивают водяное отопление. Циркуляция воды в нем и прогревание воздуха в помещении происходят за счет конвекции.


4. Теплопередача и растительный мир. В ясные, безоблачные ночи почва сильно охлаждается - излучение от почвы беспрепятственно уходит в пространство. В такие ночи ранней весной возможны заморозки на почве. Если же погода облачная, то облака закрывают Землю и играют роль своеобразных экранов, защищающих почву от потери энергии путем излучения.

Одним из средств повышения температуры участка почвы и припочвенного воздуха служат теплицы. Участок почвы покрывают стеклянными рамами или прозрачными пленками. Стекло хорошо пропускает видимое солнечное излучение, которое, попадая на темную почву, нагревает ее, но хуже пропускает невидимое излучение, испускаемое нагретой поверхностью Земли. Кроме того, стекло (или пленка) препятствует движению теплого воздуха вверх, т. е. осуществлению конвекции. Таким образом, внутри теплиц температура выше, чем на незащищенном грунте.

5. Чтобы сохранить горячей воду, пищу или предохранить лед или мороженое от таяния, пользуются термосом. Он состоит из стеклянного сосуда с двойными стенками. Внутренняя поверхность стенок покрыта блестящим металлическим слоем, а из пространства между стенками сосуда выкачан воздух. Лишенное воздуха пространство между стенками обладает плохой теплопроводностью, блестящий слой, вследствие отражения, препятствует передаче энергии излучением. Чтобы защитить стекло от повреждений, термос помещают в картонный или металлический футляр. Сосуд закупоривают пробкой, а сверху футляра навинчивают колпачок, который предотвращает перенос энергии конвекционными потоками.

Билет № 13. Количество теплоты. Удельная теплоемкость. Плавление. Кристаллизация.

Энергия, которую тело получает или теряет при теплопередаче, называется количеством теплоты. Обозначается буквой Q и измеряется в джоулях (Дж).

Количество теплоты, необходимое для нагревания тела (или выделяемое им при остывании),

зависит от рода вещества, из которого оно состоит, от массы этого тела и от изменения его температуры.


Чтобы подсчитать количество теплоты, необходимое для нагревания тела или выделяемое им при охлаждении, нужно удельную теплоемкость вещества умножить на массу тела и на разность между большей и меньшей его температурами.

, где с – удельная теплоемкость данного вещества, m – его масса, t1-начальная температура тела, t2- его конечная температура.

Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты требуется для изменения температуры тела из данного вещества массой 1 кг на 1 °С, называется удельной теплоемкость. Измеряется в Дж/(кг·ºС).

Как правило, металлы обладают низкой удельной теплоемкость, поэтому они быстро нагреваются и также быстро остывают.

Переход вещества из твердого состояния в жидкое, называют плавлением. Температуру, при которой вещество плавится, называют температурой плавления вещества. Переход вещества из жидкого состояния в твердое, называют отвердеванием или кристаллизацией. Температуру, при которой вещество отвердевает (кристаллизуется), называют температурой отвердевания или кристаллизации. Вещества отвердевают при той же температуре, при которой плавятся. Температура плавления и кристаллизации зависит от атмосферного давления: чем выше давление, тем выше температура плавления. Поэтому в таблице значения температуры плавления представлены при нормальном атмосферном давлении.

Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо сообщить кристаллическому телу массой 1 кг, чтобы при температуре плавления полностью перевести его в жидкое состояние, называется удельной теплотой плавления. Обозначается буквой λ и измеряется в Дж/кг.

Количество теплоты, необходимое для плавления вещества массы m, взятого при температуре плавления, рассчитывается по формуле: Q=λ·m.


Для расчета количества теплоты в данных процессах значения удельных величин даны в таблицах.

П
На рисунке представлен график зависимости температуры тела от времени его нагревания. Для примера взяли вещество - воду. На первом участке графика – лед нагревается до температуры его плавления, - 0ºС.

Горизонтальный участок графика соответствует процессу плавления льда. Энергия, поступающая в это время, идет на перестроение молекул, преодоление сил
роцесс плавления всегда протекает при поглощении энергии, обратный процесс идет с выделением энергии. При этом, так как в процессе плавления температура остается постоянной, средняя кинетическая энергия хаотического движения молекул не изменяется, меняется потенциальная энергия их взаимодействия.




молекулярного взаимодействия.

В нагреваемом сосуде одновременно присутствует и лед и вода – два агрегатных состояния одного и того же вещества, до тех пор, пока не растает весь лед. Далее, нагревается образовавшаяся вода. Так как удельная теплоемкость воды больше, чем удельная теплоемкость льда, вода нагревается медленнее, угол наклона линии меньше.


Билет № 14. Испарение. Конденсация. Кипение. Влажность воздуха

Явление превращения жидкости в пар называется парообразованием. Существует два способа перехода жидкости в газообразное состояние: испарение и кипение.

Испарение – это парообразование, происходящее с поверхности жидкости. Наиболее быстрые молекулы, находясь в поверхностном слое, преодолевают силы притяжения с другими частицами и покидают жидкость. Испарение происходит при любой температуре.

Скорость испарения зависит от рода жидкости, температуры (чем выше температура жидкости, тем выше скорость), площади поверхности жидкости. При ветре испарение жидкости происходит быстрее. Так как вылетевшие молекулы, потеряв энергию, а следовательно уменьшив скорость движения, при отсутствии ветра могут конденсировать.


Явление превращения пара в жидкость называется конденсацией.

При испарении, жидкость покидают наиболее быстрые молекулы, поэтому средняя кинетическая энергия хаотического движения молекул уменьшается, что приводит к уменьшению температуры оставшейся жидкости.

Кипение — это интенсивный переход жидкости в пар, вследствие образования и роста пузырьков пара по всему объему жидкости.

В процессе кипения в жидкости образуются пузырьки пара, внутрь которых идет испарение жидкости. Так как плотность пара меньше плотности жидкости, сила Архимеда заставляет пузырьки всплывать на ее поверхность, где они лопаются.

Кипение протекает при определенной температуре для каждой жидкости, которая называется температурой кипения. Во время кипения температура жидкости не меняется.

Температура кипения зависит не только от вещества, но и атмосферного давления: чем выше давление, тем выше температура кипения, поэтому температура кипения различных веществ дана в таблице при нормальном атмосферном давлении.

Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо, чтобы обратить жидкость, взятую при температуре кипения, массой 1 кг в пар, получила название удельной теплоты парообразования. Обозначается буквой L и измеряется в Дж/кг.

Количество теплоты, полученное веществом в процессе кипения, рассчитывается по формуле: Q=L·m.

Процесс кипения всегда протекает при поглощении энергии, обратный процесс (конденсация при температуре кипения) идет с выделением энергии.

Г
Энергия, поступающая в процессе кипения, идет на перестроение молекул, преодоление сил молекулярного взаимодействия.

В нагреваемом сосуде одновременно присутствует вещество в двух агрегатных состояниях: жидком и газообразном, до тех пор, пока вся жидкость не превратится в пар.


При этом, так как в процессе кипения температура остается постоянной, средняя кинетическая энергия хаотического
рафик процесса:


t, ºC


0 τ, мин




движения молекул не изменяется, меняется потенциальная энергия их взаимодействия.

Так наша Земля окружена водой, то в воздухе всегда присутствует некоторое количество водяных паров. Масса водяных паров, находящихся в 1 м3 воздуха, называется абсолютной влажностью. Обозначается ρ, измеряется в кг/м3.

При любой температуре существует максимальное значение абсолютной влажности воздуха – это значение называется плотность насыщенного пара. Обозначается ρ0, измеряется в кг/м3.

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным.

Во многих случаях важно знать не абсолютную, а относительную влажность воздуха. Так, например, для человека считается оптимальной влажность от 40 до 60%. При большой влажности картины в музеи будут гнить, при низкой – трескаться.

Относительная влажность обозначается φ, измеряется в процентах. Ее можно рассчитать по формуле: , плотность насыщенного пара дана в таблице.

Относительную влажность можно измерить с помощью прибора – психрометра.


Билет №15. Электризация тел. Два вида электрических зарядов. Взаимодействие зарядов. Закон сохранения электрического заряда

Про тело, которое после натирания притягивает к себе другие тела, говорят, что оно наэлектризовано или что ему сообщен электрический заряд.

Заряд – это свойство тел вступать в электромагнитные взаимодействия. Заряженное тело часто называют зарядом, хотя заряд не может существовать при отсутствии тела.


Электризоваться могут тела, сделанные из разных веществ. Электризация тел происходит при соприкосновении и последующем разделении тел (например, при трении).


В электризации участвуют два тела. При этом электризуются оба тела.

Существует два вида электрических зарядов: « +» и «-». Заряд обозначается q, измеряется в Кулонах [Кл].

Заряд, полученный на стекле, потертом о шелк, назвали положительным, а заряд, полученный на янтаре, потертом о шерсть, назвали отрицательным.

Электризация объясняется перемещением электронов с одного тела на другое. Если тело теряет 1 или несколько электронов, оно приобретает положительный заряд. Если тело приобретает 1 или несколько электронов, оно приобретает отрицательный заряд.



следующая страница >>