Экзамен по физике в ПТУ (стр. 1 )

Содержание

I. Билеты

1. Ответы на теоретические вопросы

2. Разноуровневые задачи

3. Лабораторные работы и экспериментальные задания

II. Приложение

1. Основные формулы

2. Единицы измерения основных физических величин

3. Фундаментальные физические постоянные

4. Приставки для образования десятичных

5. Рекомендации как готовиться к экзамену

Билет 1

I. Основные положения молекулярно-кинетической теории вещества и их опытное обоснование. Диффузия и броуновское движение. Размеры и масса молекул.

Молекулярно-кинетическая теория объясняет наблюдаемые на опыте свойства и строение макроскопических тел как результат действия и взаимодействия большого числа атомов, молекул и ионов, из которых состоят все тела.

В основе теории лежат три основных положения:

·  Все вещества состоят из огромного числа мельчайших частиц – атомов, молекул и ионов.

·  Молекулы (атомы, ионы) в веществе (твердом, жидком, газообразном) находятся в непрерывном тепловом (хаотическом) движении. Характер этого движения зависит от агрегатного состояния вещества. Интенсивность его возрастает при нагревании вещества.

·  Между молекулами (атомами, ионами) действуют силы взаимодействия, которые в зависимости от расстояния между частицами будут силами притяжения или отталкивания.

Опытное обоснование основных положений теории:

·  Наблюдение (фотографирование) молекул с помощью электронных микроскопов, а также сжимаемость, проницаемость и растворимость веществ подтверждает их молекулярное строение.

·  Доказательством существования теплового движения молекул вещества служит броуновское движение и диффузия.

·  Доказательством существования сил притяжения между молекулами вещества являются упругость и прочность тел, явления смачивания и поверхностного натяжения в жидкости.

Броуновским движением называют непрерывное хаотическое движение очень малых частиц, взвешенных в жидкости или газе.

Диффузией называется явление самопроизвольного проникновения двух или нескольких соприкасающихся веществ одного в другое, в результате которого происходит выравнивание их концентраций (плотностей) в занимаемом ими объеме.

Молекулой называется устойчивая наименьшая частица данного вещества, обладающая его основными химическими свойствами.

Количеством вещества называется физическая величина, определяемая числом структурных элементов (атомов, молекул, ионов), из которых состоит вещество.

Один моль – это количество вещества, в котором содержится столько же молекул и атомов, сколько их содержится в 12 граммах углерода 12С.

Масса одного моля вещества, выраженная в граммах, называется молярной массой М.

Число атомов (молекул), содержащихся в одном моле вещества, называется постоянной Авогадро NА.

NА= 6, 022 ∙ 1023 моль-1

Масса молекулы (m0 ~ 10-26кг)

m0 = = = ,

где m - масса вещества, N – число молекул в веществе, ν – количество молей.

Размеры молекулы (эффективный диаметр) d имеет величину порядка

~ 10-10 м.

Формула

Где Vo – объем молекулы, VM – объем одного моля вещества, ρ – плотность вещества.

Броуновским движением называют непрерывное хаотическое движение очень малых частиц, взвешенных в жидкости или газе.

Диффузией называется явление самопроизвольного проникновения двух или нескольких соприкасающихся веществ одного в другое, в результате которого происходит выравнивание их концентраций (плотностей) в занимаемом объеме.

II. Задача на движение тела, брошенного под углом к горизонту.

1. По какой траектории движется тело, брошенное под углом к горизонту?

А. по дуге окружности

Б. по гиперболе

В. по параболе

Г. траектория зависит от величины начальной скорости

2. Во сколько раз отличается все время движения тела и время подъема на максимальную высоту при движении тела, брошенного под углом к горизонту?

3. Тело бросили с начальной скоростью υ0 = 10 , а проекция скорости на вертикальную ось Оy υy = 5 . Найдите угол бросания α.

4. Тело бросили под углом 45 ° к горизонту, при этом оно достигло максимальной высоты h = 2 м. Найдите дальность полета тела.

5. Камень бросают с начальной скоростью υ0 под углом α к горизонту. Через какое время t скорость камня составит угол β с горизонтом?

III. Лабораторная работа: «Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решетки».

Оборудование: прибор для определения длины световой волны, лампа накаливания, дифракционная решетка.

Порядок выполнения работы

1. Установить дифракционную решетку в держателе с периодом d, который прикреплен к концу линейки. На линейке располагается черный экран с узкой вертикальной щелью посередине. Экран может перемещаться вдоль линейки, что позволяет менять расстояние между ним и дифракционной решеткой. На экране и линейке имеются миллиметровые шкалы.

2. Установить экран на расстоянии a = 0,5 м от дифракционной решетки.

3. Глядя сквозь дифракционную решетку и щель в экране на источник света, установить решетку так, чтобы дифракционные спектры располагались параллельно шкале экрана с обеих сторон щели.

4. Определить расстояние b от щели в экране до красной спектральной полосы справа и слева в спектре первого порядка, k = 1.

5. Вычислить bср (кр) = b1 + b2 / 2.

6. Определить расстояние b от щели в экране до фиолетовой спектральной полосы справа и слева в спектре первого порядка, k = 1.

7. Вычислить bср (фиол.) = b1 + b2 / 2.

8. Вычислить длину волны красного света и фиолетового, используя формулу

λ = d∙sin φ / k, преобразовав ее в следующую λ = d∙b/ k∙a.

9. Сравнить полученные результаты с длинами волн красного света

(λ =7,8 ∙ 10-7м) и фиолетового (λ =4 ∙ 10-7м).

Билет 2

I. Электрический ток. Условия для возникновения электрического тока. Сила тока. Закон Ома для участка цепи.

Электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение электрических заряженных частиц. Тело, проводящее электрический ток, называют проводником. Носителями тока в металлах и полупроводниках являются электроны, в электролитах – положительные и отрицательные ионы, в ионизированных газах – ионы и электроны.

Направлением электрического тока условились считать то направление, в котором упорядоченно движутся положительные заряды. Это направленное движение заряженных частиц происходит на фоне их теплового (хаотического) движения.

Для количественной характеристики электрического тока введены две характеристики: скалярная – сила тока и векторная – плотность тока. Сила тока равна отношению заряда ∆q, прошедшего через поперечное сечение проводника за время ∆t, к этому интервалу времени

Ток называют постоянным, если за равные конечные промежутки времени через поперечное сечение проходят равные заряды и направление тока не изменяется со временем.

Единицей силы тока в СИ является ампер. Силе тока в 1 А соответствует перенос за 1 с через поперечное сечение проводника заряда в 1 Кл.

Величина, равная отношению силы тока I к площади поперечного сечения S, называется плотностью тока.

Для существования постоянного электрического тока необходимы условия наличия:

- свободных заряженных частиц;

- электрического поля, действующего на заряженные частицы;

- замкнутой электрической цепи;

- неэлектрических (сторонних) сил (кроме кулоновских), действующих на свободные заряды.

О наличии электрического тока можно судить по действиям, которые он оказывает:

·  тепловое (проводник, по которому течет ток, нагревается);

·  химическое (ток может изменить химический состав проводника);

·  магнитное (ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела).

Магнитное действие тока проявляется у всех проводников, тепловое не проявляется у сверхпроводников, а химическое в основном наблюдается в электролитах.

Силу тока измеряют амперметром. Он включается в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором нужно измерить. На практике используются амперметры, миллиамперметры, микроамперметры.

II. Задача на применение уравнения Эйнштейна для фотоэффекта.

1. Работа выхода электронов из металла зависит от …

А. длины падающей волны

Б. частоты падающей волны

В. энергии фотона

Г. строения металла и состояния его поверхности

2. Сформулируйте и запишите уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

3. Найдите работу Авых выхода электрона с поверхности металла, если при его облучении светом длиной волны λ = 590 нм скорость выбитых электронов υ = 0,28 ∙ 10 6 м/с.

4. При фотоэффекте с поверхности серебра (Авых = 4,3 эВ) задерживающее напряжение Uз = 1,2 В. Найдите частоту ν падающего света.

5. Уединенный шарик, облученный светом длиной волны λ = 4 нм, зарядился до потенциала φ = 0,31 кВ. Найдите работу выхода Авых электронов с поверхности металла.

III. Лабораторная работа: «Определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника».

Порядок выполнения работы

1. Установить на краю стола штатив. У его верхнего конца укрепить при помощи муфты кольцо и подвесить к нему шарик на нити, длиной, равной 1 метр.

2. Отклонить маятник от положения равновесия на 5 – 8 см и отпустить его.

3. Измерить с помощью секундомера время ∆t 40 полных колебаний (N).

4. Повторить измерение ∆t (не изменяя условий опыта) и найти среднее значение ∆tср по формуле:

∆tср = t1 + t2 + t3 / 3.

5. Вычислить среднее значение периода колебаний Tср по формуле:

Tср = ∆tср / N

6. Вычислить значение gср по формуле: gср = 4π2 ℓ /

7. Полученные результаты занести в таблицу:

№ опыта	ℓ, м	N	∆t, м	∆tср, м	Tср, с	gср, м/с2

8. Сравнить полученное среднее значение для gср со значением g = 9,8 м/с2 и рассчитать относительную погрешность измерения по формуле:

εg = | gср - g| / g

Билет 3

I. Электрический заряд и его свойства. Дискретность электрического заряда. Элементарный заряд. Электризация. Закон Кулона.

Электрический заряд – физическая величина, определяющая интенсивность электромагнитных взаимодействий.

Существует два вида электрических зарядов: положительные и отрицательные. Заряды, возникающие на стекле, потертом о шелк, называют положительными, а заряды, возникающие на поверхности эбонита, потертом о мех – отрицательными зарядами. Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются. В обычных условиях тела содержат одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов, т. е. оно не заряжено или электрически нейтрально.

Явление, сопровождающееся перераспределением зарядов на телах, называется электризацией, а тело, обладающее избытком или недостатком каких-либо зарядов, - наэлектризованным телом. Тело можно наэлектризовать, т. е. создать на нем избыток или недостаток зарядов. Простейший способ электризации тел – соприкосновение, при котором электризуются оба тела и притом разноименно.

Отрицательный наименьший заряд (элементарный) имеет частица – электрон, а положительный наименьший заряд – протон.

Электрические заряды (положительные и отрицательные) входят в состав всех атомов и не могут бесследно исчезать и создаваться из ничего.

Закон сохранения заряда:

В изолированной системе электрический заряд остается постоянным при любых взаимодействиях в системе.

Полный электрический заряд q системы равен алгебраической сумме ее положительных и отрицательных зарядов.

q1 + q2 + q3 + ... +qn = const.

Этот закон играет фундаментальную роль в ядерных реакциях и процессах взаимодействия элементарных частиц.

Раздел физики, в котором изучают свойства и взаимодействие неподвижных электрических зарядов и создаваемых ими электрических полей, называется электростатикой.

Наиболее простой вид законы взаимодействия заряженных тел имеют в случае точечных зарядов. Заряды можно рассматривать как точечные, если размеры тел много меньше расстояния между этими телами.

Основным законом электростатики является закон Кулона:

Сила F электростатического взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов q 1 и q2

прямо пропорциональна произведению величин зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними:

k – числовой коэффициент, зависящий от выбора единиц заряда, расстояния и силы.

II. Задача на определение амплитуды, частоты, периода и фазы гармонических колебаний.

1. Укажите единицу измерения периода колебаний в СИ:

А. герц

Б. секунда

В. радиан

Г. радиан в секунду

2. Что называется амплитудой, частотой и фазой колебаний?

3. Амплитуда гармонических колебаний А = 30 см, а период T = 5 с. Постройте график зависимости смещения колеблющегося тела от времени x(t), если в начальный момент времени смещение колеблющегося тела равно нулю.

4. Амплитуда колеблющейся точки А = 3 см, а период T = 4 с. Определите максимальные значения скорости υ max и ускорения

а max точки.

5. Составьте уравнение гармонических колебаний x(t) тела, если его полная энергия Е = 3 ∙Дж, а максимальная сила, действующая на тело, F = 1,5 мН. За промежуток времени ∆t = 1мин тело совершает

N = 30 полных колебаний, начальная фаза колебаний φ0 = 60 °.

III. Экспериментальное задание: «Измерение относительной влажности воздуха и температуры».

Оборудование: психрометр, психрометрическая таблица

Порядок выполнения работы

1. Заполнить водой сосуд, в который опущена полоска ткани, обмотанная вокруг резервуара одного из термометров, который будем называть мокрым.

2. Определите цену деления термометров психрометра.

3. Определить показания сухого термометра психрометра tcух. Результат измерений занести в таблицу.

4. Определить показания мокрого термометра психрометра tм. Результат измерений занести в таблицу.

5. Вычислить разность температур сухого и мокрого термометров

∆t = tcух - tм. Результат измерений занести в таблицу.

6. Используя психрометрическую таблицу по показаниям сухого термометра и разности температур (сухого и мокрого термометров), определить влажность воздуха в кабинете.

tcух, °С	tм, °С	∆t, °С	φ,%

7. Измерить температуру в кабинете с помощью сухого термометра.

Билет 4

I. Идеальный газ. Давление газа. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории.

Идеальный газ – простейшая физическая модель реального газа.

Газ считается идеальным, если выполнимы следующие допущения:

·  Размеры молекул ничтожны по сравнению со средним расстоянием между ними (молекула – материальная точка)

·  Силы притяжения стремятся к нулю, а силы отталкивания проявляются только при соударениях.

·  Молекулы – абсолютно упругие шары, которые движутся по законам Ньютона.

Идеальным газом называется газ, в котором собственным объемом молекул и межмолекулярным взаимодействием можно пренебречь.

Давление газа – это результат соударений большого числа молекул о стенки сосуда, в котором газ находится, и каждая молекула передает им определенный импульс.

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории устанавливает зависимость между параметрами молекул и давлением.

Давление идеального газа p пропорционально произведению массы молекулы m0, концентрации молекул (числу молекул в единице объема) n и квадрату средней квадратичной скорости поступательного движения молекул υ2кв

р = m0∙ n∙ 2кв

Через среднюю кинетическую энергию молекулы это уравнение записывают в виде

р = n∙ к

Давление газа численно равно двум третям средней кинетической энергии поступательного движения всех молекул, заключенных в единице объема.

Давление идеального газа определяется кинетической энергией его молекул.

II. Задача на расчет электрических цепей с применением законов последовательного и параллельного соединения проводников.

1. При параллельном соединении резисторов общее сопротивление цепи

А. увеличивается

Б. уменьшается

В. не изменяется

Г. может увеличиваться, а может уменьшаться

2. Как изменяется сила тока и напряжение на участке цепи последовательно соединенных резисторов? Запишите соответствующие формулы.

3. Цепь, содержащая несколько одинаковых лампочек, соединенных параллельно, сопротивлением R1 = 100 Ом каждая, подключена к сети напряжением U = 20 В. Найдите количество n лампочек, если цепь потребляет ток I = 2 А.

4. Какие сопротивления можно получить, соединяя различными способами три резистора по R = 6 кОм?

5. Найдите общее R контура, состоящего из одинаковых участков сопротивлением R1.

III. Экспериментальное задание: «Проверка условия равновесия неподвижного блока».

Оборудование: блок, штатив с лапкой и муфтой, груз на нити

(m = 102 г), динамометр.

Порядок выполнения задания.

1. Определить динамометром вес Р груза на нити.

2. Закрепить блок в лапке штатива.

3. Перебросить через блок нить, один конец которой связан с грузом, а другой с динамометром.

4. Удерживая динамометром систему в равновесии, определить силу упругости Fупр пружины динамометра.

5. Показать, что Р = Fупр

Билет 5

I. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Изображение электрических полей с помощью силовых линий.

Электрическим полем называют вид материи, посредством которой происходит взаимодействие электрических зарядов.

Понятие электрического поля было введено М. Фарадеем в 30-х годах XIX века. Согласно Фарадею каждый покоящийся заряд создает в окружающем пространстве электрическое поле. Поле одного заряда действует на другой заряд и наоборот. Так осуществляется взаимодействие зарядов.

Свойства электрического поля:

·  порождается электрическим зарядом;

·  обнаруживается по действию на заряд;

·  действует на заряды с некоторой силой;

·  распространяется с конечной скоростью.

Напряженность электрического поля – векторная физическая величина, являющаяся основной количественной характеристикой электрического поля, определяется отношением силы, действующей со стороны поля на электрический заряд, к величине этого заряда

Единицей напряженности электрического поля в СИ является вольт на метр: =

Напряженность электрического поля точечного заряда q в данной точке пространства находится по формуле

Где Q – заряд.

Напряженность электрического поля удовлетворяет принципу суперпозиции:

полная напряженность поля, создаваемого зарядами q 1 , q2 , q3,… qn в некоторой точке, равна геометрической сумме напряженностей полей, создаваемых отдельными зарядами в той же точке

Распределение электрического поля в пространстве можно изображать графически с помощью силовых линий электрического поля.

Силовая линия – воображаемая линия в пространстве, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением вектора напряженности в этой точке. Силовые линии начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных. По густоте силовых линий можно судить о величине напряженности электрического поля. Силовые линии одного и того же поля не пересекаются.

Поле неподвижных зарядов называют электростатическим полем.

Однородное поле – это поле, в каждой точке которого вектор напряженности одинаков по величине и направлению.

II. Задача на применение закона электромагнитной индукции.

1. Укажите единицу измерения ЭДС в СИ:

А. ампер

Б. Ом

В. вольт

Г. кулон

2. Сформулируйте и запишите закон электромагнитной индукции

3.Определите направление индукционного тока в проводящем кольце

4. Замкнутая катушка диаметром d = 10 см, имеющая N = 200 витков, находится в магнитном поле, индукция которого изменяется от B1 = 2 Тл до B2 = 6 Тл в течение промежутка времени Δt = 0,1 с. Найдите значение ЭДС индукции εi в катушке, если плоскость витков перпендикулярна линиям индукции.

5. На рисунке дан график зависимости ЭДС индукции, возникающей в замкнутом контуре от времени εi(t). Постройте график зависимости изменения магнитного потока от времени ΔФ(t).

III.Экспериментальное задание: «Определение КПД наклонной плоскости».

Оборудование: штатив с лапкой и муфтой, деревянная доска, деревянный брусок, динамометр, измерительная лента.

Порядок выполнения работы

1. Установить доску под углом α = 30° к горизонту.

2. Измерить высоту h и длину ℓ наклонной плоскости.

3. Определить вес Р бруска с помощью динамометра

4. Положить брусок на наклонную плоскость и перемещать его равномерно вверх по наклонной плоскости с помощью динамометра. По показаниям динамометра определить силу упругости Fу пружины динамометра.

5. Вычислить работу силы упругости пружины по формуле:

Ау = Fу ∙ ℓ

6. Вычислить полезную работу при подъеме бруска на высоту h по формуле:

Ап = m∙ g∙ h

7. Определить КПД наклонной плоскости по формуле:

ή = ∙ 100 %

Билет 6

I. Электрический ток в полупроводниках. Собственная и примесная проводимости полупроводников.

Полупроводниками называют такой класс веществ, который по своей электропроводимости расположен между проводниками и диэлектриками.

Примеры: фосфор, мышьяк, бор, германий, кремний, селен, теллур и др.

Характерной особенностью полупроводников является резкое уменьшение удельного сопротивления при их нагревании.

Для возникновения электрического тока необходимы два условия: наличие свободных заряженных частиц и разности потенциалов. В полупроводниках имеются носители зарядов двух типов: электроны и «дырки». «Дырки» - это места, откуда под влиянием внешнего воздействия электрон был переведен в свободное состояние или же захвачен примесным атомом. «Дырка» ведет себя как положительно заряженная частица

При определенных температурах валентные электроны полупроводника, например, кремния, участвуют в образовании ковалентных связей с соседними атомами, поэтому полупроводик в таком состоянии ведет себя как диэлектрик. Но с повышением температуры или освещением полупроводника излучением определенной частоты некоторые электроны становятся свободными подобно электронам в металле и перемещаются между узлами решетки. В электрическом поле свободные электроны перемещаются в одну сторону, а «дырки» - в противоположную.

Проводимость полупроводников, обусловленная наличием у них свободных электронов, называют электронной проводимостью, наличием «дырок» - дырочной проводимостью. Проводимость чистых полупроводников, не содержащих каких-либо примесей, называют собственной проводимостью. Собственная проводимость полупроводников обычно невелика, т. к. мало число свободных электронов, а следовательно и «дырок». Число свободных носителей заряда при собственной проводимости можно увеличить за счет повышения температуры полупроводника.

При наличии примесей наряду с собсвенной проводимостью возникает дополнительная проводимость – примесная. Изменяя концентрацию примесей, можно значительно изменить число носителей заряда того или иного знака. Примеси, легко отдающие электроны, называют донорными, а полупроводники с такими примесями - n-типа. Примеси, захватывающие электроны и создающие «дырки», - акцепторными, а полупроводники с макими примесями – р - типа.

II. Задача на применение первого закона термодинамики

1.  Как изменяется внутренняя энергия тела в процессе нагревания?

А. не изменяется

Б. увеличивается

В. уменьшается

2. Запишите первое начало термодинамики в различных формулировках

3. Газу сообщают ΔQ = 200 Дж теплоты, при этом его объем изобарно увеличивается на ΔV= 1 л. Найдите изменение внутренней энергии газа, если его давление равно атмосферному.

4. Азот массой m = 510 г изобарно нагрели на ΔT = 81 К. Найдите работу, совершенную газом; количество теплоты, сообщенное газу; изменение внутренней энергии газа.

5. Идеальный газ совершает цикл, состоящий из двух изохор и двух изобар. Температуры газа в точках 1 – 4 имеют значение: 200 К, 400 К, 400К, 800 К. Найдите работу, совершаемую газом, взятом в количестве 1 моль

III. Экспериментальное задание: «Определение коэффициента трансформации трансформатора с неизвестным числом витков в обмотках».

Оборудование: источник переменного тока (40В), трансформатор (школьный), вольтметр переменного тока (50В), ключ, соединительные провода, вольтметр переменного тока (демонстрационный на 15 В).

Порядок выполнения работы.

1. Собрать электрическую цепь по схеме:

2. Замкнуть ключ и измерить вольтметрами действующие значения напряжений U1 и U2 на первичной (с большим числом витков) и вторичной обмотках трансформатора.

3. Определить коэффициент трансформации по формуле:

k =

Билет 7

I. Электродвижущая сила. Закон Ома для замкнутой цепи. Источники тока.

Для получения в электрической цепи постоянного тока на заряды должны действовать какие-либо силы, отличные от (кулоновских) сил электростатического поля. Такие силы получили название сторонних сил. Характеристикой действия сторонних сил является электродвижущая сила (ЭДС), которая численно равна работе сторонних сил по перемещению единичного положительного (пробного) заряда по замкнутой цепи или, другими словами, определяется работой сторонних сил по перемещению заряда по замкнутому контуру, отнесенной к величине этого заряда,