Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Ответы на билеты по физике
Электродинамика
1. Электрическое поле. З-н Кулона. Напряженность. Характеристики эл.поля
2. Работа при перемещении заряда в электрическом поле. Потенциал эл.поля
3. Проводники в эл.поле. Конденсаторы
4. Постоянный ток. З-н Ома для участка цепи, для замкнутой цепи.
5. З-н Ампера
6. Сила Лоренца
7. ЭМИ. З-н Фарадея
8. ЭМ колебания в колебательном контуре. Свободно затухающие ЭМ колебания
9. Вынужденные колебания
Оптика
1. Интерференция света. Когерентность. Условия максимума и минимума при интерференции
2. Кольца Ньютона
3. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля
4. Дифракция света на решетке
5. Поляризация света. З-н Малюса
6. Тепловое излучение и его законы
7. Фотоэффект
8. Теория Бора и атома водорода
9. P-n переход. В-А зависимость
Электрическое поле. З-н Кулона. Напряженность. Характеристики эл.поля.
Эл. заряд - скалярная физическая величина, определяющая интенсивность электромагнитного взаимодействия. Эл. заряд обнаруживается только по силовому действию на другие заряженные тела и частицы.
[q]=[Кл]=[Кулон]
1 Кл – это заряд, проходящий за одну секунду через поперечное сечение проводника при силе тока в 1А.
Минимальный заряд, существующий в природе – заряд электрона.
Заряд всех элементарных частиц, если он не равен нулю, одинаков по модулю.
З-н Кулона – сила взаимодействия между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, прямопропорциональна произведению модулей зарядов и обратнопропорциональна квадрату расстояния между ними, и направлена по прямой, соединяющей заряды.
, где k=109 Н*м2/Кл2
Эл. поле – материальный передатчик взаимодействия эл. зарядов, которые существуют вокруг наэлектризованный тел.
Характеристики эл. поля:
1) действует на заряд с силой
2) порождается зарядом
3) способно совершать работу по перемещению заряда
4) напряженность [Н/Кл]
Напряженность – векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой эл.поля. Показывает силу, с которой поле действует на единичный пробный заряд, помещенный в данную точку поля.
Пробный заряд – заряд, который вносят в поле для его исследования. Он всегда положительный и по величине мал, чтобы своим полем не исказить то поле, которое с его помощью исследуется.
Работа при перемещении заряда в электрическом поле. Потенциал эл.поля
І. Главное свойство эл.поля – с силой действовать на заряд, внесенный в него. поэтому эл.поле может совершать работу по перемещению этого заряда
ІІ. Пусть заряд +q перемещается под действием эл.поля, Е из В в С под углом α линии напряжений.
ІІІ. Поля, в которых работа не зависит от формы траектории, а следовательно равна нулю по замкнутой траектории, называются потенциальными.
ІV. Электростатическое поле – потенциальное.
Разность потенциалов – это энергетическая х-ка эл.поля. Это скалярная величина, равная отношению работы по перемещению заряда из начальной точки поля в конечную к этому заряду.
Проводники в эл.поле. Конденсаторы
Характеристика проводников:
1) в-ва, проводящие ток-проводники
2) металлы проводят эл.ток, потому что у них есть свободные электроны
3) свободные заряды при электризации располагаются на поверхности проводника
4) эл.поле не существует внутри проводника
Конденсаторы
Электроемкость – х-ка электрических св-в проводника, определяющей способность накопления заряда на этом проводнике. [C]=[Ф]=[Фарад]
На емкость проводника не влияет ни материал, ни его масса, т.к. заряды распределяются на внешней поверхности проводника.
Электроемкость зависит от размеров и форм проводника, от среды, от соседства с другими проводниками.
Конденсатор – система 2х проводников (обкладка), разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала. Проводники заряжаются равными по модулю на противоположными по знакам зарядами. У пластин ОБЩЕЕ эл.поле
Электроемкость плоского конденсатора зависит от площади одной из пластин, от рода диэлектрика, от его толщины.
, где S-площадь пластины, d-толщина, E-диэлектрическая проницаемость среды,
E0-эл.постоянная (8,85*10-12 Ф/м)
Постоянный ток. З-н Ома для участка цепи, для замкнутой цепи.
Эл.ток – упорядоченное движение свободных эл.зарядов под действием эл.поля.
Свободными зарядами являются:
а) в металлах - электроны
б) в электролитах – ионы
в) в газах – электроны и ионы
г) в вакууме – термоэлектроны
д) в полупроводниках – электроны и дырки
Для возникновения и существования в в-ве эл.тока необходимы условия:
1) наличие свободных заряженных частиц
2) наличие эл.поля для упорядоченного движения этих частиц
3) замкнутая эл.цепь
Для поддержки эл.поля в проводнике необходим источник тока.
За направление эл.тока принимают направление движения положительно заряженных частиц.
Количественной х-кой является сила тока:
Сила тока зависит от:
а) заряда, переносимого каждой частицей
б) концентрации частиц
в) скорости их направленного движения
г) площади поперечного сечения проводника
I=q0*n*v*S
Если сила тока со временем не изменяется, то эл.ток называют постоянным.
З-н Ома для участка цепи:
Сила тока на участке цепи прямопропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.
Сопротивление – это эл.х-ка проводника.
З-н Ома для замкнутой цепи:
Любая замкнутая цепь состоит из 2х частей: внутренняя, которую составляет сам источник тока (ЭДС, r) и внешняя (потребитель провода, ключи и т.д.)
З-н Ампера
Α-угол между направлением тока в проводнике и вектором магнитной индукции. Направление силы Ампера определяется правилом левой руки: ладонь левой руки располагаем так, чтобы: вектор м/и входил в ладонь, направление силы тока по направлению четырех пальцев, тогда направление силы Ампера покажет большой палец.
Сила Лоренца
Если сила Ампера – это сила, действующая со стороны магнитного поля на ток, т.е. на все заряды, действующие в проводнике, то сила Лоренца – это сила магнитного поля действующая на каждый движущийся заряд.
Сила Лоренца определяется по правилу левой руки. Если левую руку расположить так, чтобы составляющая м/и перпендикулярная скорости заряда входила в ладонь, а четыре пальца были направлены по движению положительного заряда, то отогнутый на 900 большой палец покажет направление силы Лоренца.
Сила Лоренца перпендикулярна скорости.
ЭМИ. З-н Фарадея
Индукционный ток – ток, который появился в рез-те изменяющегося магнитного поля.
Для определения направления индукционного тока используют правило правой руки. Если руку расположить так, чтобы м/и входила в ладонь, а отогнутый большой палец показывал направление движения проводника, то четыре пальца покажут направление индукционного тока.
ЭМИ – явление возбуждения электрического поля при всяком изменении магнитного
З-н Фарадея: ЭДС индукции в контуре численно равна скорости изменения магнитного потока через этот контур и противоположны ему по знаку.
ЭМ колебания в колебательном контуре. Свободно затухающие ЭМ колебания
ЭМ колебания – вынужденные колебания, т.к. создаются внешним источником энергии. ЭМ колебаниями являются радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи, гамма-луч.
Наблюдения и исследования магнитных колебаний производят при помощи осциллографа.
Простейшая эл.цепь, в которой могут происходить свободные ЭМ колебания за счет первоначального запаса энергии состоит из конденсатора и катушки индуктивности. Такую систему называют колебательным контуром. Колебательный контур – устр-во, с помощью которого можно получить ЭМ колебания.
Интерференция света. Когерентность. Условия максимума и минимума при интерференции
Св-ва ЭМ волн:
1) отражение
2) преломление
3) интерференция
4) поляризация
5) дисперсия
6) дифракция
Интерференция волн – устойчивая картина чередования мах колебания точек среды при наложении когерентных волн.
Когерентные волны – волны одинаковой частоты с постоянной разностью фаз.
Интерференция света – сложение двух и более когерентных волн, вследствие которой наблюдается устойчивая картина усиления или ослабления световых колебаний в разных точках.
В природе нет когерентных источников света. Их получают путем разделения одного и того же пучка или при помощи лазера.
Итак, максимумы и минимумы получаются в тех местах пластинки, толщина которых h удовлетворяет условию
причем минимумы соответствуют нечетному значению n=1, 3, 5, ., максимумы соответствуют четному значению n=2, 4, . Таковы выводы для проходящего света.
Кольца Ньютона
Кольца Ньютона образуются при интерференции световых волн, отраженных от границ тонкой воздушной прослойки, заключенной между выпуклой поверхностью линзы и плоской стеклянной пластинкой.
Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля
Дифракция волн – отклонение направления распространения волны у границы преград (огибание волнами препятствия).
Дифракция света – явление огибания светом препятствий , размеры которого соизмеримы с длиной световой волны.
Согласно принципу Гюйгенса, каждую точку фронта волны можно рассматривать как самостоятельный источник колебаний. Френель дополнил этот принцип, введя представления о том, что волновое возмущение в любой точке пространства можно рассматривать как результат интерференции вторичных волн от фиктивных источников, на которые разбивается волновой фронт. Френель выказал предположение, что эти фиктивные источники когерентны и могут интерферировать в любой точке пространства, в результате чего элементарные волны могут гасить или усиливать друг друга.
Для того, чтобы определить р-т дифракции в некоторой точке пространства, Френель предложил разбивать волновую поверхность на отдельные участки (зоны Френеля), расположенные таким образом, чтобы волны, посылаемые двумя соседними зонами в данную точку пространства, приходили в противофазе. Математические операции показывают, что площади зон равновелики, а следовательно, содержат одинаковой количество когерентных источников света. Таким образом, колебания, возбуждаемые в данной точке пространства двумя соседними зонами, противоположны по фазе и при наложении должны взаимно ослаблять друг друга.
Зоны Френеля, участки, на которые можно разбить поверхность световой (или звуковой) волны для вычисления результатов дифракции света (или звука). Впервые этот метод применил О. Френель в 1815—19. Суть метода такова. Пусть от светящейся точки Q (рис.) распространяется сферическая волна и требуется определить характеристики волнового процесса, вызванного ею в точке Р. Разделим поверхность волны S на кольцевые зоны; для этого проведём из точки Р сферы радиусами PO, Pa = PO + l/2; Pb = Pa + l/2, Pc = Pb + l/2, (О — точка пересечения поверхности волны с линией PQ; l — длина световой волны). Кольцеобразные участки поверхности волны, «вырезаемые» из неё этими сферами, и называется З. Ф. Волновой процесс в точке Р можно рассматривать как результат сложения колебаний, вызываемых в этой точке каждой З. Ф. в отдельности. Амплитуда таких колебаний медленно убывает с возрастанием номера зоны (отсчитываемого от точки О), а фазы колебаний, вызываемых в Р смежными зонами, противоположны. Поэтому волны, приходящие в Р от двух смежных зон, гасят друг друга, а действие зон, следующих через одну, складывается. Если волна распространяется, не встречая препятствий, то, как показывает расчёт, её действие (сумма воздействий всех З. Ф.) эквивалентно действию половины первой зоны. Если же при помощи экрана с прозрачными концентрическими участками выделить части волны, соответствующие, например, N нечётным зонам Френеля, то действие всех выделенных зон сложится и амплитуда колебаний Uнечёт в точке Р возрастёт в 2N раз, а интенсивность света в 4N2 раз, причём освещённость в точках, окружающих Р, уменьшится. То же получится при выделении только чётных зон, но фаза суммарной волны Uчёт будет иметь противоположный знак.
Такие зонные экраны (т. н. линзы Френеля) находят применение не только в оптике, но и в акустике и радиотехнике — в области достаточно малых длин волн, когда размеры линз получаются не слишком большими (сантиметровые радиоволны, ультразвуковые волны).
Метод З. Ф. позволяет быстро и наглядно составлять качественное, а иногда и довольно точное количественное представление о результате дифракции волн при различных сложных условиях их распространения. Он применяется поэтому не только в оптике, но и при изучении распространения радио- и звуковых волн для определения эффективной трассы «луча», идущего от передатчика к приёмнику; для выяснения того, будут ли при данных условиях играть роль дифракционные явления; для ориентировки в вопросах о направленности излучения, фокусировке волн и т.п.
Дифракционная решетка
Дифракционная решетка – это совокупность большого числа узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками.
расстояние, через которое повторяются штрихи на решётке, называют периодом дифракционной решётки. Обозначают буквой d.
Если известно число штрихов (N), приходящихся на 1 мм решётки, то период решётки находят по формуле: d = 1 / N мм.
Условия интерфереционных максимумов дифракционной решётки, наблюдаемых под определенными углами, имеют вид:
где
d — период решётки,
α — угол максимума данного цвета,
k — порядок максимума,
λ — длина волны.
Поляризация света. З-н Малюса
Если в поперечной волне колебания совершаются только в одном каком-либо определенном направлении, то волну называют плоскополяризованной или поляризованной.
Поляризация света - ориентация векторов напряженности электрического поля и магнитной индукции световой волны в плоскости, перпендикулярной световому лучу. Обычно поляризация возникает при отражении и преломлении света, а также при распространении света в анизотропной среде. Различают линейную, круговую и эллиптическую поляризацию света.
Закон Малюса — зависимость интенсивности линейно-поляризованного света после его прохождения через поляризатор от угла между плоскостями поляризации падающего света и поляризатора.
где I0 — интенсивность падающего на поляризатор света, I — интенсивность света, выходящего из поляризатора.
Установлен Э. Л. Малюсом в 1810 году.
Свет с иной (не линейной) поляризацией может быть представлен в виде суммы двух линейно-поляризованных составляющих, к каждой из которых применим закон Малюса. По закону Малюса рассчитываются интенсивности проходящего света во всех поляризационных приборах, например в поляризационных фотометрах и спектрофотометрах.
Тепловое излучение
Тепловое излучение – это ЭМ излучение, испускаемое нагретыми телами за счет своей внутренней энергии. Оно ведет к уменьшению внутр. энергии и, следовательно, к снижению температуры тела, к его остыванию.
Х-ки теплового излучения:
1) излучение характеризуют его энергией W. Поток излучения Фе – отношение энергии излучения ко времени t, за которое оно произошло:
2) отношение потока излучения, испускаемого телом, к площади S поверхности излучателя, называется энергетической светимостью тела:
[Вт/м2]
З-н Кирхгофа:
Если система состоит из нескольких тел, нагретых до различной температуры, то спустя некоторое время произойдет выравнивание температур, даже если передача теплоты конвекцией и теплопроводностью исключена. Горячие тела, излучая, передают холодным энергии больше, чем получают от них, так происходит до тех пор, пока не наступит равновесное состояние.
Фотоэффект
Фотоэффект – это явление вырывания электронов из твердых и жидких в-в под действием света.
Возникающий в цепи эл.ток называют фототоком, а вырванные электроны – фотоэлектронами. Фототок возникает даже при разности потенциалов между анодом и катодом.
З-ны фотоэффекта:
1) фототок насыщения прямопропорционален интенсивности света, падающего на катод.
2) максимальная кинетич. энергия фотоэлектронов прямопропорциональна частоте света и не зависит от его интенсивности
3) для каждого вещества существует минимальная частота света, называемая красной границей фотоэффекта, ниже которой фотоэффект невозможен
4) работа выхода – минимальная работа, которую нужно совершить для удаления электрона из металла.
З-н сохранения энергии называют уравнением Эйнштейна для фотоэффекта:
Теория Бора и атома водорода
В основе боровской теории атома лежат два основных постулата:
1) Электроны могут двигаться в атоме только по определенным орбитам, находясь на которых они, несмотря на наличие у них ускорения, не излучают.
Эти орбиты соответствуют стационарным состояниям электронов в атоме и определяются условием
где rп — радиус n-й орбиты;
— скорость электрона на этой орбите;
те — масса электрона;
—момент импульса электрона на этой орбите;
п— целое число (п≠О).
2) Атом излучает или поглощает квант электромагнитной энергии при переходе электрона из одного стационарного состояния в другое.
Энергия кванта равна разности энергий стационарных состояний электрона до (E2) и после (E1) перехода;
Рассмотрим простейший атом — атом водорода. Он состоит из ядра, в со став которого входит один протон, и одного электрона, вращающегося вокруг ядра по круговой орбите. На электрон со стороны ядра действует кулоновская сила притяжения, сообщая ему центростремительное ускорение. Поэтому
где е — заряд электрона и протона, — электрическая постоянная.
P-n переход. В-А зависимость
p-n-перехо́д (n — negative — отрицательный, электронный, p — positive — положительный, дырочный), или электронно-дырочный переход — разновидность гомопереходов, Зоной p-n перехода называется область полупроводника, в которой имеет место пространственное изменение типа проводимости от электронной n к дырочной p.
Электронно-дырочный переход может быть создан различными путями:
в объёме одного и того же полупроводникового материала, легированного в одной части донорной примесью (n-область), а в другой — акцепторной (p-область);
на границе двух различных полупроводников с разными типами проводимости.
Если p-n-переход получают вплавлением примесей в монокристаллический полупроводник, то переход от n- к р-области происходит скачком (резкий переход). Если используется диффузия примесей, то образуется плавный переход.
Схема p-n-перехода: чёрные кружки — электроны; светлые кружки — дырки.