Электрические взаимодействия. Взаимодействие электрических зарядов

Интенсивность известных нам взаимодействий зависит от энергий участвующих во взаимодействиях частиц и расстояний между ними, и частично эта зависимость определяется виртуальными частицами. Например, интенсивность электромагнитного взаимодействия меньше, когда два электрона удалены на большее расстояние друг от друга. (Напомним, что это квантово-механическое уменьшение существует дополнительно к классической зависимости электромагнетизма от расстояния.) Следствия, к которым приводят виртуальные частицы и зависимость взаимодействий от расстояния, вполне реальны; теоретические предсказания и эксперименты очень хорошо согласуются друг с другом.
Причина того, что параметры эффективной теории, например интенсивность взаимодействий, зависят от энергий и расстояния между участвующими частицами, вытекает из свойства квантовой теории поля, которое физик Джонатан Флинн шутливо назвал анархическим принципом *. Этот принцип следует из квантовой механики, которая утверждает, что все взаимодействия частиц, которые могут случиться, случаются. В квантовой теории поля все, что не запрещено, произойдет.
Назовем путем каждый отдельный процесс, в котором участвует конкретная группа физических частиц. Путь может как включать, так и не включать виртуальные частицы. Если верно первое, будем называть путь квантовым вкладом. Квантовая механика утверждает, что в результирующую интенсивность взаимодействия вносят вклад все возможные пути. Например, физические частицы могут превращаться в виртуальные частицы, которые, в свою очередь, могут взаимодействовать друг с другом и затем превращаться в другие физические частицы. В таком процессе могут вновь возникнуть первоначальные физические частицы или эти частицы могут превратиться в другие физические частицы. И хотя виртуальные частицы не могут долго существовать, что не позволяет нам непосредственно их наблюдать, они влияют на то, как реальные наблюдаемые частицы взаимодействуют друг с другом.
Попытку уберечь виртуальные частицы от участия во взаимодействии можно сравнить с такой ситуацией: допустим, вы поделились секретом с одним вашим приятелем и надеетесь, что этот секрет не достигнет ушей другого вашего приятеля. Вы знаете, что рано или поздно кто-нибудь из «промежуточных виртуальных» приятелей выдаст ваш секрет и расскажет его этому другому приятелю. Даже если вы уже сами рассказали ему, в чем дело, сам*факт, что ваши виртуальные приятели обсуждали с ним ваш секрет, будет влиять на его мнение о предмете. На самом деле его мнение будет суммой мнений всех, с кем он разговаривал.
В передаче взаимодействий между физическими частицами играют роль не только прямые взаимодействия между ними, но и непрямые взаимодействия,
1 Это модифицированная версия термина «тоталитарный принцип», введенного Мюрреем Гелл- Манном, однако мне кажется, что «анархический принцип» лучше отражает физику явления, к которому он применяется.
содержащие виртуальные частицы. Точно так же, как на мнение вашего приятеля оказывают влияние мнения всех разговаривавших с ним, окончательное взаимодействие между частицами есть сумма всех возможных вкладов, включая вклады от виртуальных частиц. Поскольку важность вклада виртуальных частиц зависит от расстояний, интенсивность взаимодействий также зависит от расстояния.
Метод ренормализационной группы дает точные указания, как вычислить вклад виртуальных частиц в любое взаимодействие. Все вклады промежуточных виртуальных частиц суммируются, и это либо усиливает, либо ослабляет интенсивность взаимодействий калибровочных бозонов.
Непрямые взаимодействия играют более важную роль, когда взаимодействующие частицы находятся дальше друг от друга. Большее расстояние аналогично тому, что вы рассказываете свой секрет большему числу «виртуальных» приятелей. Хотя вы не можете быть уверены в том, что каждый отдельный приятель выдаст ваш секрет, но чем большему количеству приятелей вы расскажете его, тем больше вероятность, что кто-то «проколется». Всякий раз, когда существует путь, по которому виртуальные частицы могут дать вклад в полную интенсивность взаимодействия, квантовая механика гарантирует, что это произойдет. При этом величина влияния виртуальных частиц на интенсивность взаимодействия зависит от расстояния, на которое распространяется сила взаимодействия.
Однако реальные вычисления по методу ренормализационной группы еще умнее, так как они также суммируют вклады бесед приятелей друг с другом. Более ясная аналогия со вкладами за счет виртуальных частиц напоминает пути документа, проходящего сквозь большое бюрократическое учреждение. Если человек, находящийся на вершине иерархии, посылает письмо, оно немедленно проходит сквозь учреждение. Но послания кого-то, находящегося на более низком уровне иерархии, будут подвергнуты проверке его начальниками. Если письмо исходит от кого-то, находящегося на еще более низком уровне, оно сначала может быть втянуто в бюрократическую машину и пройти все ее уровни, прежде чем в конце концов достигнет места назначения. В этом случае бюрократы на каждом уровне будут рассылать документ всем работникам своего уровня, прежде чем послать его последовательно на более высокий уровень. Только достигнув верхних эшелонов, документ будет выпущен из учреждения. То послание, которое возникнет в этом случае, будет, вообще говоря, не совпадать с оригиналом, а представлять собой документ, многократно профильтрованный многоэтажной бюрократической машиной.
Если представить себе виртуальные частицы как чиновников, причем чиновник верхнего уровня соответствует виртуальной частице большей энергии, то письмо с высокого уровня будет немедленно передано адресату, а документы с более низких уровней должны будут пройти много стадий. Квантово-механический вакуум - это «бюрократическое учреждение», с которым сталкивается фотон. Каждое взаимодействие изучается промежуточными виртуальными частицами со все меньшей энергией. Как и в бюрократической системе, возможны отклонения на всех уровнях (или расстояниях). Некоторые пути будут обходить бюрократические препоны, создаваемые виртуальными частицами, другие будут включать виртуальные частицы, путешествующие на все более далекие расстояния. Передача информации на все меньшие расстояния (все большие энергии) сталкивается со все меньшим количеством виртуальных процессов по сравнению с теми, которые встречаются на больших расстояниях.

цщдЗЛ поправка за счет виртуальных частиц к процессу электрон-позитронного рассеяния. Глядя на диаграмму слева направо: электрон и позитрон аннигилируют в фотон, который, в свою очередь, превращается в виртуальную электрон-позитронную пару, а эта пара опять превращается в фотон, который снова превращается в электрон и позитрон, таким образом, промежуточные виртуальные электрон и позитрон влияют на интенсивность электромагнитного взаимодействия
Однако между виртуальными процессами и бюрократическим учреждением имеется существенное различие. В бюрократическом учреждении каждое конкретное послание проходит по своему пути, независимо от того, насколько он сложен. С другой стороны, квантовая механика утверждает, что может существовать много путей. При этом она настаивает на том, что средняя интенсивность взаимодействия равна сумме вкладов от всех возможных путей, которые только могут существовать.
Рассмотрим фотон, распространяющийся от одной заряженной частицы к другой. Так как он может по дороге превращаться в виртуальные электрон-позитрон- ные пары (см. рис. 60), квантовая механика утверждает, что когда-то это произойдет. При этом пути с виртуальными электронами и позитронами влияют на эффективность, с которой фотон переносит электромагнитное взаимодействие.
И это не единственный квантово-механический процесс, который может возникнуть. Виртуальные электроны и позитроны могут сами испускать фотоны, которые, в свою очередь, могут превращаться в другие виртуальные частицы и т. д. Расстояние между двумя заряженными частицами, обменивающимися фотоном, определяет число таких взаимодействий, которые произойдут между фотоном- переносчиком и частицами в вакууме, и то, насколько сильным будет это взаимодействие. Интенсивность электромагнитного взаимодействия - это суммарный вклад многих путей, по которым движется фотон, если принять во внимание все возможные бюрократические окольные пути, т. е. квантово-механические процессы с участием виртуальных частиц на больших или малых расстояниях. Так как число виртуальных частиц, с которыми сталкивается фотон, зависит от проходимого им расстояния, интенсивность взаимодействия фотона зависит от расстояния между заряженными телами, с которыми он взаимодействует.
Как показывают вычисления, если сложить все вклады от всех возможных путей, то вакуум ослабляет тот сигнал, который фотон переносит от электрона.
Интуитивное объяснение ослабления электромагнитного взаимодействия состоит в том, что заряды противоположного знака притягиваются, а заряды одного знака отталкиваются, поэтому в среднем виртуальные позитроны находятся ближе к электрону, чем виртуальные электроны. Поэтому заряды от виртуальных частиц ослабляют полное воздействие исходной электрической силы, создаваемой электроном. Квантово-механические эффекты экранируют электрический заряд. Экранировка электрического заряда означает, что интенсивность взаимодействия между фотоном и электроном уменьшается с расстоянием.
Реальная электрическая сила на больших расстояниях оказывается меньше, чем классическая электрическая сила на малых расстояниях, так как фотон, переносящий взаимодействие на короткие расстояния, чаще выбирает путь, не содержащий виртуальных частиц. Фотону, путешествующему на малое расстояние, не требуется проходить сквозь большое ослабевающее облако виртуальных частиц, как это приходится делать фотону, переносящему взаимодействие на большие расстояния.
Не только фотон, но и все переносящие взаимодействие калибровочные бозоны взаимодействуют по дороге к месту назначения с виртуальными частицами. Пары виртуальных частиц - частица и ее античастица - спонтанно извергаются из вакуума и поглощаются им, что влияет на конечную интенсивность взаимодействия. Эти виртуальные частицы на время устраивают засаду на переносящий взаимодействие калибровочный бозон, изменяя суммарную интенсивность взаимодействия. Вычисления показывают, что, как и в случае электромагнитного взаимодействия, интенсивность слабого взаимодействия уменьшается с расстоянием.
Однако виртуальные частицы не всегда навешивают тормоза на взаимодействия. Как это ни удивительно, иногда они могут помочь усилить их. В начале 1970-х годов Дэвид Политцер, который был тогда аспирантом Сидни Коулмена в Гарварде (который и предложил Политцеру задачу), и независимо Дэвид Гросс и его студент Фрэнк Вильчек (оба из Принстона), и, наконец, Герард ’т Хоофт из Голландии проделали вычисления, показавшие, что сильное взаимодействие ведет себя полностью противоположным образом по сравнению с электромагнитным взаимодействием. Вместо экранирования сильного взаимодействия на больших расстояниях и тем самым его ослабления, виртуальные частицы на самом деле усиливают взаимодействия глюонов (частиц, переносящих сильное взаимодействие), так что сильное взаимодействие на больших расстояниях оправдывает свое название. Гросс, Политцер и Вильчек получили Нобелевскую премию по физике 2004 года за глубокое проникновение в суть сильного взаимодействия.
Ключ к этому явлению - поведение самих глюонов. Большое различие между глюонами и фотонами заключается в том, что глюоны взаимодействуют друг с другом. Глюон может влететь в область взаимодействия и превратиться в пару виртуальных глюонов, которые будут оказывать влияние на интенсивность взаимодействия. Эти виртуальные глюоны, как и все виртуальные частицы, существуют только краткий миг. Но их влияние накапливается с ростом расстояния, пока сильное взаимодействие не становится действительно необычайно сильным. Результат вычислений показывает, что виртуальные глюоны чрезвычайно усиливают интенсивность сильного взаимодействия, когда расстояния между частицами растут. Сильное взаимодействие намного сильнее тогда, когда частицы достаточно далеки друг от друга, а не тогда, когда они находятся рядом друг с другом.
По сравнению с экранировкой электрического заряда, рост интенсивности сильного взаимодействия с расстоянием противоречит интуиции. Как так может получиться, что взаимодействие становится сильнее, когда частицы находятся дальше друг от друга? Большинство взаимодействий ослабевает с расстоянием. На самом деле, чтобы доказать это, нужно проделать вычисления, однако можно привести и примеры такого поведения в окружающем мире.
Допустим, некто посылает в бюрократическое учреждение письмо, важность которого какой-то менеджер среднего звена просто не понимает. В этом случае менеджер может раздуть то, что было обычной памятной запиской, в критически важную директиву. Как только менеджер среднего звена модифицировал письмо, оно стало оказывать намного большее влияние, чем то, которое возникло бы, если бы автор письма передал его непосредственно адресату.
Другим примером, показывающим, что взаимодействия на больших расстояниях могут быть сильнее взаимодействий на малых расстояниях, может служить Троянская война. Согласно Илиаде, Троянская война началась после того, как троянский царевич Парис решил сбежать вместе с Еленой, женой спартанского царя Менелая. Если бы Менелай и Парис сразились друг с другом за право обладать Еленой до того, как Парис и Елена сбежали в Трою, война между греками и троянцами могла бы закончиться до того, как она превратилась в эпос. Но поскольку Менелай и Парис оказались далеко друг от друга, они взаимодействовали со многими людьми и собрали большие силы, участвовавшие в очень кровопролитных греко-троянских битвах.
Как ни удивительно, рост сильных взаимодействий с расстоянием достаточен для объяснения всех характерных свойств сильных взаимодействий. Это объясняет, почему сильное взаимодействие столь сильно, чтобы удерживать кварки связанными внутри протонов и нейтронов, и кварки, захваченные струями: сильное взаимодействие растет на больших расстояниях до момента, когда испытывающая его частица не может быть удалена слишком далеко от других сильновзаимодействующих частиц. Фундаментальные сильновзаимодействующие частицы, например кварки, никогда не обнаруживаются в изоляции.
Достаточно удаленные друг от друга кварк и антикварк запасли бы колоссальное количество энергии, настолько большое, что было бы энергетически выгоднее создать дополнительные физические кварки и антикварки между исходными, чем сохранить их изолированными. Если бы вы попробовали раздвинуть кварк и антикварк еще дальше друг от друга, из вакуума стали бы рождаться новые кварки и антикварки. Это напоминает автомобильное движение в городе Бостоне. Вам никогда не удастся двигаться так, чтобы промежуток между вашей машиной и машиной спереди превышал длину машины, так как этот промежуток тут же занимает какая-то машина из соседней полосы. Так и новые кварки и антикварки будут болтаться вблизи исходных, так что ни один отдельный кварк или антикварк не станет более изолированным, чем в начале, - рядом всегда найдутся другие кварки и антикварки.
Так как сильное взаимодействие на больших расстояниях столь велико, что оно не позволяет сильновзаимодействующим частицам изолироваться друг от друга, частицы, несущие сильный заряд, всегда оказываются окруженными другими заряженными частицами, образуя нейтральные по отношению к сильному взаимодействию комбинации. Поэтому мы никогда не наблюдаем изолированные кварки. Наблюдаются только сильно связанные адроны и струи.

Задачи урока: объяснить происхождение термина «электричество»; раскрыть механизм электризации тел при соприкосновении; охарактеризовать взаимодействие заряженных тел.

Оборудование:демонстрационное –стеклянная, эбонитовая палочки; шерстяной и шёлковый лоскутки, мелкие кусочки бумаги, фольги, пенопласта; воздушные шары, штатив, гильзы из фольги; фронтальное–полиэтиленовая плёнка, пластмассовая линейка, деревянная палочка, резиновая полоска, штатив, нить, гильзы из фольги.

Раздаточный материал: бланки опорных конспектов (ОК, см. с. ??); задания «Проверь себя», схемы-заготовки «Использование, вред и нейтрализация статического электричества».

Оформление класса:портреты Фалеса, М.В.Ломоносова, Б.Франклина, Ш.Дюфе; плакаты «Использование статического электричества», «Вред статического электричества», «Нейтрализация статического электричества».

Ход урока

Учитель. Наблюдая за взаимодействиями между телами, мы замечаем, что они могут происходить как при непосредственном соприкосновении, так и на расстоянии. Пожалуй, самым известным действием тел друг на друга на расстоянии является их гравитационное притяжение. В повседневной жизни падение на Землю какого-нибудь предмета редко вызывает удивление. Неизбежность подобного события делает его обыденным. Другой вид действия на расстоянии, который мы сегодня с вами рассмотрим, может проявляться и как притяжение, и как отталкивание между телами. Тема нашего урока «Этот вездесущий электрический заряд». Наши задачи: выяснить, что такое электрический заряд; ответить, что значит наэлектризовать тело; выяснить виды электрических зарядов; определить экспериментально, при каких условиях происходит электризация тел и каков характер взаимодействия зарядов; обсудить роль электризации в природе.

У каждого на столе лежит бланк – лист с заготовкой будущего опорного конспекта. По ходу изучения темы будем заполнять конспект, который поможет вам подготовиться к следующему уроку. (Рассказ о Фалесе. )

В античной Греции философ Фалес, натирая меховой шкуркой янтарь, кусочек окаменевшей смолы хвойных деревьев, с удивлением наблюдал, как янтарь после этого начинал притягивать к себе перья птиц, пух и сухие листья. Янтарь по-гречески [электро], поэтому это явление получило название электризация , а впоследствии возник термин электричество . Но не только янтарь обладает таким свойством, многие предметы после натирания тоже притягивают к себе лёгкие тела. При этом говорят, что они электризуются , т.е. приобретают электрический заряд . Наблюдаемые явления в начале XVII в. были названы электрическими .

Электрические явления каждый раз вызывают интерес и у детей, и у взрослых. Возможно, дело в том, что, с одной стороны, примеры электрических взаимодействий весьма разнообразны и не так хорошо знакомы нам с детского возраста, как притяжение Земли. С другой стороны, здесь у нас большие возможности создавать различные экспериментальные условия, обходясь несложным оборудованием.

    Учебный эксперимент 1 (УЭ1)

Демонстрация: взаимодействие стеклянной палочки и шёлкового лоскутка; органического стекла и бумаги; эбонита (каучука с большой примесью серы) и меха (сукна); притяжение тонких струек воды к стеклянной палочке.

Учитель. Что наблюдаем? Как называется наблюдаемое явление? Что значит наэлектризовать тело? Сколько тел участвовали в электризации в каждом опыте? Каким образом мы наэлектризовали тела?

Учащиеся. Притяжение мелких кусочков бумаги к палочкам... Электризация... Сообщить ему электрический заряд... Два... Соприкосновением, трением, увеличиваем площадь соприкосновения тел...

    Учебный эксперимент 1 (продолжение УЭ1)

Фронтальный эксперимент: исследование электризации различных тел (приборы и материалы, а также порядок выполнения работы см. в ОК на с. 14).

Учитель. Выполните эксперимент, результаты наблюдений запишите в таблицу ОК. Сделайте выводы по УЭ1 и запишите их в ОК. (Ответы учащихся даны светлым шрифтом. – Ред. )

Заряд возникает везде: при игре в баскетбол, волейбол, сидении на стуле, игре на музыкальных инструментах, когда вы причёсываетесь, листаете книгу, пишите ручкой, при движении автомобиля, при движении пара вверх и т.п. Но почему-то мы не обращаем на него внимания и считаем электризацию редким явлением. Почему же?

(Учащиеся обсуждают и делают вывод: заряд маленький .)

    Учебный эксперимент 2 (УЭ2)

Демонстрация: взаимодействие одноимённых и разноимённых зарядов; отталкивание подвешенной на непроводящей нити гильзы из тонкой фольги от пластмассовой (эбонитовой) палочки, натёртой о шерсть, после прикасания к ней (в итоге оба тела заряжаются отрицательно); притягивание такой же гильзы после предварительного прикасания к ней стеклянной палочки, натёртой о шёлк (гильза заряжается положительно), а также пластмассовой (эбонитовой) палочки, натёртой о шерсть (вариант: опыт с воздушными шарами).

Учитель. Что наблюдаем? Чем вызвано различие во взаимодействии наэлектризованных тел?

Учащиеся. Отталкивание в первом случае, притяжение во втором... Разными по знаку зарядами...

Учитель. Электрический заряд, полученный на стеклянной палочке, потёртой о шёлк, отличается от заряда на эбонитовой палочке, потёртой о мех. Заряд стеклянной палочки, потёртой о шёлк, условились называть положительным (+), заряд эбонитовой палочки, потёртой о мех, – отрицательным (–).

Наэлектризованные тела притягиваются, если они заряжены разноимённо, и отталкиваются, если они заряжены одноимённо. (Рассказывает о Ш.Дюфе и Б.Франклине. )

Самым убедительным оппонентом теории существования двух видов зарядов был знаменитый американец Бенджамuн Франклuн (1706–1790). Он первым ввёл понятие о положительных и отрицательных зарядах. Однако объяснял он наличие этих зарядов у тел соответственно избытком или недостатком в телах некоей общей электрической материи. Эта особая материя, впоследствии названная флюидом Франклина , по его мнению, обладала положительным зарядом. Таким образом, получалось, что при электризации тела либо приобретают, либо теряют только положительные заряды. По современным представлениям, в большинстве случаев контактной электризации тела обмениваются элементарными отрицательными зарядами – электронами.

Пожалуй, самым оригинальным образом доказывал существование двух видов зарядов англичанин Роберт Симмер (1707–1763). Он обратил внимание на необычное поведение своих шерстяных и шёлковых чулок. Снятые вечером чёрные шерстяные и белые шёлковые чулки эффектно раздувались, принимая форму ноги, если только лежали порознь. При размещении одного чулка внутри другого они принимали обычный вид. Поднесённые друг к другу, все четыре чулка причудливо переплетались, подобно змеям. Основываясь на своих наблюдениях, Симмер стал рьяным сторонником теории двух видов зарядов, за что был прозван современниками «раздутым философом». Но он оказался прав. Выражаясь современным языком, его шёлковые чулки имели отрицательные, а шерстяные – положительные заряды. Этим и объяснялось их поведение.

    Учебный эксперимент 2 (продолжение УЭ2)

Фронтальный эксперимент: исследование характера электризации различных тел (приборы и материалы , а также порядок выполнения работы см. в ОК, с. 14).

Учитель. Выполните эксперимент 2, результаты сведите в таблицу ОК, сделайте выводы и запишите их в ОК.

Мы сегодня экспериментально изучили явление накопления электрических зарядов, т.е. статическое электричество. Вот как описывает поэт один из видов статического электричества (читает отрывок из стихотворения Е.Б.Кульман *). (* См. № 1/06, с. 18. Елизавета Борисовна Кульман (1808–1825) с детских лет отличалась поразительной одарённостью, переводчица, владевшая 14 языками и умершая в 17 лет от простуды, полученной во время очередного петербургского наводнения. Поэзия Кульман вдохновила одного из крупнейших композиторов мира Р.Шумана : в 1851 г. он сочинил на стихи Кульман два вокальных цикла. Благодаря этим шумановским опусам петербургская поэтесса вошла в историю мировой культуры. – Ред .)

Молния – это величественное и грозное явление природы, невольно вызывающее чувство страха. Долгое время человек не умел объяснять причин грозовых явлений. Люди считали грозу деянием богов, наказывающих человека за грехи. Природа молнии стала проясняться после исследований, проведённых в ХVIII столетии М.Ломоносовым, Г.Рихманом и Б.Франклином.

Объяснение М.В.Ломоносова было таким. В земной атмосфере воздух находится в постоянном движении. Благодаря трению восходящих и нисходящих воздушных потоков друг о друга частички воздуха электризуются и, сталкиваясь с капельками воды в облаках, отдают им свой заряд. Таким образом, в облаках со временем скапливаются весьма большие заряды. Они-то и являются причиной молний. Пытаясь зарядить «небесным» электричеством во время грозы железный стержень, погиб помощник Ломоносова Георг Рихман. Сам Ломоносов во время подобных опытов тоже не раз подвергался смертельной опасности. Но новое влекло неудержимо. Недаром он записал в дневнике: «Один опыт я ставлю выше, чем тысячу мнений, рождённых только воображением».

На другом конце земного шара, в Америке, в те же годы работал учёный столь же разносторонний, как Ломоносов, – Бенджамен Франклин. Русский и американский исследователи не были знакомы друг с другом, но их роднило многое. Оба, например, писали остроумные стихи, увлекались искусством и примерно в одно и то же время занялись изучением... атмосферного электричества. К счастью, очень рискованные опыты Франклина окончились благополучно для него. Ведь он тоже вызывал молнию на себя, запуская во время грозы высоко в небо воздушного змея на влажной бечёвке. «Вода проводит электричество, и если молния имеет электрическую природу, то она спустится, – подумал Франклин, – по мокрой верёвке». И молния действительно послушно ударила в землю рядом с Франклином!

Мы постоянно находимся в океане электрических разрядов, создаваемых многочисленными машинами, станками и самим человеком (например, когда мы ходим, причёсываемся). Эти разряды, конечно, не такие мощные, как природные молнии, поэтому мы не замечаем их, если не считать лёгких уколов, которые иногда испытываем, коснувшись рукой металлического предмета или другого человека. Но ведь такие разряды существуют и могут так же, как и большие молнии, вызывать пожары и взрывы, приводить к значительным убыткам, повреждениям и увечьям, если мы не будем знать, отчего они возникают и как от них защищаться.

Использование статического электричества и борьба с ним (по схемам)

Оно может служить человеку:

    в лечебных целях – электростатический душ, положительно воздействующий на весь организм, электроаэрозоли для лечения органов дыхания;

    для очистки воздуха от пыли, сажи, кислотных и щелочных паров – электростатический фильтр;

    для размножения чертежей, графиков, текстов – электрокопировальные устройства (в частности, ксерокс); для быстрой и прочной окраски тканей;

    для копчения рыбы – электрокамеры, где конвейер с рыбой, заряженной положительно, движется под электродами, заряженными отрицательно; такое копчение происходит в десятки раз быстрее, чем обычным способом.

Статическое электричество может причинять вред как на производстве, так и в быту, так что зачастую с ним приходится бороться. Так, при трении о воздух самолёт электризуется, поэтому после посадки к нему нельзя сразу же приставлять металлический трап: может возникнуть разряд, который вызовет пожар. Сначала самолёт разряжают, для чего опускают на землю металлический трос, соединённый с обшивкой самолёта, и заряд уходит в землю. Микроразряды возникают, когда вы ходите по полу, покрытому полимерным покрытием, или снимаете синтетическую одежду.

Чтобы нейтрализовать вредное действие статического электричества:

    на производстве заземляют станки и машины, увлажняют воздух, используют специальные нейтрализаторы зарядов;

    дома увлажняют помещения, используют специальные добавки к воде при мытье полов, сбрызгивают антистатиком одежду.

Давайте посмотрим на содержание нашего ОК и повторим материал: о каких явлениях мы сегодня говорили? что значит наэлектризовать тело? Приведите примеры возникновения электрического заряда (игра в баскетбол, волейбол, «ёрзание» на стуле, игра на музыкальных инструментах, причёсывание, листание книг, письмо ручкой, движение шин по асфальту, движении пара вверх и т.п.). Почему же мы не обращаем на него внимания и считаем редким явлением? Назовите виды электрических зарядов. Как можно наэлектризовать тело? Каков характер взаимодействия заряженных тел? Расскажите о роли электризации в природе.

Проверим полученные знания (решение задач силлюстрацией условий фрагментами из мультфильмов или рисунками)

1.Аладдин поглубже запахнул полы своего единственного шёлкового халата, обмотался своим единственным шерстяным шарфом и опустился в холодное подземелье, где нашёл странную лампу: одна её часть была стеклянной, а другая – из янтаря. На лампе были написаны странные слова и символы:

«Лампа (+) + добрый джин три желания»;

«Лампа (–) злой джин ...».

Что должен сделать Аладдин?

(Ответ. Потереть стекло о халат для получения положительного заряда.)

2.При правильном ответе А покажите красную карточку, Б – синюю, В – зелёную.

1. В каком случае взаимодействие зарядов указано правильно?

2. Известно, что натиранием о шерсть заряжаются палочки из резины, серы, эбонита, пластмассы, капрона. Заряжается ли при этом шерсть?

А) Да, т.к. в электризации трением всегда участвуют два тела и при этом электризуются оба;

Б) хотя в электризации трением участвуют два тела, в опытах всегда используются только палочки. Поэтому можно считать, что заряжаются только палочки.

3. Как взаимодействуют друг с другом две эбонитовые палочки, наэлектризованные трением о мех?

4. Как взаимодействуют друг с другом две стеклянные палочки, наэлектризованные трением о шёлк?

5. Как взаимодействуют друг с другом эбонитовая палочка, наэлектризованная трением о мех, и стеклянная палочка, наэлектризованная трением о шёлк?

6. Какое действие друг на друга оказывают два одинаковых тела, получивших заряд от эбонитовой палочки?

7. Какое действие друг на друга оказывают два одинаковых тела, получивших заряд от стеклянной палочки?

8. Какое действие оказывает тело, получившее заряд от эбонитовой палочки, на тело, получившее заряд от стеклянной палочки?

9. Какое действие оказывают друг на друга наэлектризованные обычным способом стеклянные палочки?

10. Какое действие оказывает эбонитовая палочка на стеклянную палочку, если их наэлектризовать обычным способом (натиранием стекла о шёлк, эбонита – о мех)?

11. Составьте тексты из фраз А , Б , В .

А1 Б... В...
А2 Б … В …
А3 Б … В …

А: 1. Две эбонитовые палочки, потёртые о мех...

2. Две стеклянные палочки, потёртые о шёлк...

3. Стеклянная палочка, потёртая о шёлк, и эбонитовая палочка, потёртая о мех...

Б: 1. ...имеют заряды разного знака.

2. ...имеют заряды одного знака.

В: 1. ...поэтому они отталкиваются друг от друга.

2. ...поэтому они притягиваются друг к другу.

12. Отгадайте слово:

Эточастица, обладающая, по мнению Франклина,положительным зарядом: 1 – наука о природе (первая буква); 2 – русский учёный, внёсший большой вклад в изучение электричества (первая буква); 3 – знак электрического заряда на стеклянной палочке при её трении о шёлк (третья буква); 4 – знак электрического заряда на эбонитовой палочке при её трении о шерсть (вторая буква); 5 – учёный, впервые аргументированно отстаивавший точку зрения о двух видах электрических зарядов (первая буква).

Ответ: флюид.

Учитель. Все, кто допустил ошибки при выполнении заданий, ещё раз просмотрите ОК и материал учебника.

Как вы оцениваете свою работу на уроке? Спасибо!

Литература

Балашов М.М. О природе: Книга для учащихся. – М.: Просвещение, 1991.

Буров В.А., Иванов А.И ., Свиридов В.И . Фронтальные экспериментальные задания по физике. 9-й класс. – М.: Просвещение, 1986.

Буров В.А., Кабанов С.Ф ., Свиридов В.И. Фронтальные экспериментальные задания по физике в 6–7-х классах. – М.: Просвещение, 1981.

Горев Л.А. Занимательные опыты по физике. – М.: Просвещение, 1985.

Книга для чтения по физике: Сост. И.Г.Кириллова. – М.: Просвещение, 1986.

Колтун М. Мир физики. – М.: Детская литература, 1984.

Луппов Г.Д. Молекулярная физика и электродинамика в опорных конспектах и тестах. – М.: Просвещение, 1992.

Пеннер Д.И., Худайбердиев А . Программированные задания по физике для 6–7-х классов. – М.: Просвещение, 1985.

Пёрышкин А.В. Физика-8. – М.: Дрофа, 2001.

Усольцев А.П. Задачи по физике на основе литературных сюжетов. – Екатеринбург: У-Фактория, 2003.

У Ирины Ивановны Жалыбиной две замечательные профессии: одна – педагог, соединяющая в себе интеллект учёного, талант актёра, выдержку разведчика, осмотрительность сапёра, гибкость дипломата; другая объединяет в себе жену, маму и дочь. Это самая замечательная профессия. «Я счастлива от того, что утром с радостью иду в школу, а вечером, довольная, возвращаюсь домой, к своей семье – к любимому и терпеливому мужу, к замечательной маме и к двум прекрасным дочуркам – двенадцати лет и одного годика».

МАОУ «Экспериментальный лицей « Научно-образовательный комплекс»

Учебное пособие по физике

(5-6 класс)

Электромагнитные и световые явления.

Составитель:

учитель физики

Введение.

Дорогие ребята, мы приступаем к изучению одной из самых важных и интересных наук – физике. С момента появления сознания, человек всегда пытался понять: как устроен мир, в котором он живет, почему идет дождь, сверкает молния, восходит и заходит Солнце, лето сменяется зимой, любое тело непременно падает на Землю. Поиски ответов на многочисленные вопросы и стали основой науки о природе – физики. Но человек не просто нашел ответы на вопросы, он открыл законы природы и заставил их работать на себя. Благодаря развитию физики появились новые механизмы, устройства, значительно упрощающие жизнь человека, а открытие электрических явлений позволило перейти человечеству на новую ступень развития цивилизации. Итак, начинается наше знакомство с удивительным миром науки.

Тема 1. Электрические явления.

Электрическое взаимодействие. Электризация тел трением.

Возьмём пластмассовую линейку или авторучку и проведём ею несколько раз по сухим волосам или листочку бумаги. Как ни удивительно, но после такого простого действия пластмасса приобретёт новое свойство: начнёт притягивать мелкие кусочки бумаги, другие лёгкие предметы и даже тонкие струйки воды (см. рисунок).

Такие явления были известны ещё до нашей эры. Для опытов по электризации трением брали янтарь и натирали его шерстью. После этого и янтарь, и шерсть начинали притягивать к себе сухие травинки и пылинки. Янтарь по-гречески «электрон». Отсюда и произошли слова электричество и наэлектризованные тела.

Наэлектризованные тела могут не только притягиваться, они могут и отталкиваться. Проведём опыты. Натрём палочку из эбонита шерстяной варежкой, а палочку из стекла – шёлковым платком. Подвесив палочки на нитях, увидим, что эбонит и шерсть, а также стекло и шёлк притягивают друг друга (см. рисунок).

Теперь поменяем пары тел. Мы видим, что эбонит и шёлк, а также стекло и шерсть отталкивают друг друга (см. рисунок).

Увидеть взаимодействие заряженных тел можно с помощью простого прибора – электрического султана. На металлическом стержне укреплены легкие полоски бумаги. Коснувшись стержня заряженным телом, мы передаем заряд и стержню и лепесткам султанчика, которые начинают отталкиваться друг от друга. Наблюдение двух видов взаимодействия натолкнуло ученых на мысль о существовании двух видов электрических зарядов. Сейчас два рода зарядов мы называем:

Символом «q» обозначена физическая величина «электрический заряд» . Единицей для измерения заряда служит 1 Кулон (коротко: 1 Кл). Проведя несложные эксперименты, легко заметить, что сила взаимодействия заряженных тел бывает различной: больше или меньше. Это объясняют тем, что заряд, который приобретают тела в процессе электризации, может быть больше или меньше.

Для обнаружения наэлектризованных тел и сравнения их зарядов служит прибор электроскоп. Его внешний вид вы видите на рисунке.

Металлический корпус (1) спереди закрыт стеклом (2). Внутрь прибора вставлен металлический стержень (3) с легкой подвижной стрелкой (4). От корпуса стержень отделён круглой пластмассовой втулкой (5). Если верхней части стержня коснуться наэлектризованным телом, то стрелка оттолкнется от стержня тем сильнее, чем больше заряд тела.

Лабораторная работа №1

Наблюдение электризации различных тел и их взаимодействия.

Цель: Наблюдать электризацию различных тел.

Приборы и материалы: Пластмассовая линейка, бумага, кусочки ткани, резина.

Ход работы: используя предоставленные материалы, пронаблюдайте за явлением электризации, напишите вывод.

Атомы состоят из ещё меньших частиц трёх видов. В центре атома имеется ядро, образованное протонами и нейтронами . Вокруг ядра быстро движутся электроны, образуя так называемые электронные облака. Количество протонов в ядре равно количеству электронов, движущихся вокруг него. Количество нейтронов может быть разным.

Масса протона приблизительно равна массе нейтрона. По сравнению с их массами масса электрона пренебрежимо мала. Электроны относятся к так называемым отрицательно заряженным частицам, протоны – к положительно заряженным частицам. Нейтроны – к незаряженным или электронейтральным частицам.

Частицы ядра прочно связаны друг с другом особыми ядерными силами. Притяжение электронов к ядру гораздо слабее взаимного притяжения протонов и нейтронов, поэтому электроны (в отличие от частиц ядра – протонов и нейтронов) могут отделяться от своих атомов и переходить к другим (см. рисунок).

В результате переходов электронов образуются ионы – атомы или группы атомов, в которых число электронов не равно числу протонов. Если ион содержит отрицательно заряженных частиц больше, чем положительно заряженных, то такой ион называют отрицательным. В противоположном случае ион называют положительным. В верхней части рисунка показана потеря атомом электрона, то есть образование положительного иона. В нижней части рисунка – образование из атома отрицательного иона. Ионы очень часто встречаются в веществах, например, они есть во всех без исключения металлах. Причина заключается в том, что один или несколько электронов от каждого атома металла отделяются и движутся внутри металла, образуя так называемый электронный газ. Именно из-за потери электронов, то есть отрицательных частиц, атомы металла становятся положительными ионами. Это справедливо для металлов в любом состоянии – твёрдом, жидком или газообразном (например, для паров ртути).

При трении тел друг о друга «трутся» именно электронные облака атомов, из которых эти тела состоят. А так как электроны слабо связаны с ядрами своих атомов, то электроны могут отделяться от «своих» атомов и переходить на другое тело. В результате на нём возникает избыток электронов (и тело приобретает отрицательный заряд), а на первом теле – недостаток электронов (и оно становится положительно заряженным).

Итак, электризация трением объясняется переходом части электронов от одного тела к другому, в результате чего тела заряжаются разноимённо. Поэтому тела, наэлектризованные трением друг о друга, всегда притягиваются.

Кроме электризации трением, которую мы только что объяснили, существует также и электризация индукцией (от лат. «индукцио» – наведение, возникновение). Рассмотрим её на опыте, – см. рисунок.

Имеются два незаряженных металлических шара, которые касаются друг друга (а). Затем к одному из них подносят, не касаясь его, наэлектризованную палочку (б), после чего второй шар отодвигают (в). Теперь палочку можно убрать, – шары будут разноимённо заряженными.

Объясним опыт. Сначала металлические шары не были заряжены. Это значит, что электронный газ присутствовал в шарах в равных количествах (а). Поскольку палочка стеклянная, считаем её заряд положительным. Она притягивает отрицательно заряженные частицы шаров – электроны. Поэтому электронный газ «перетекает» в левую часть левого шара, и в этом месте образуется скопление отрицательного заряда (б).

Положительные ионы металла прочно связаны друг с другом (они и есть металл), поэтому никуда не «перетекут». Значит, во всех остальных частях шаров возникнет недостаток электронов, то есть положительный заряд. Если в этот момент, не убирая палочки, раздвинуть шары (в) и лишь затем убрать её, шары останутся разноимённо заряженными (г).

Итак, электризация индукцией объясняется перераспределением электронного газа между телами (или частями тела), в результате чего тела (или части тела) заряжаются разноимённо.

По способности проводить электрический заряд все вещества делятся на два вида. Диэлектрики – вещества, не имеющие свободных заряженных частиц и потому не проводящие заряд от одного тела к другому. Проводники – тела и вещества со свободными заряженными частицами, которые могут перемещаться, перенося заряд в другие части тела и к другим телам.

Различные тела можно наэлектризовать по-разному: передать им положительный или отрицательный заряд, сделать его большим или малым. После этого тела будут по-разному действовать на другие тела: отталкивать или притягивать их, делать это сильнее или слабее. Но как одно тело «узнаёт» заряд другого (например, чтобы «знать»: притягивать его или отталкивать)? Для ответа на этот вопрос рассмотрим понятие «электрическое поле».

Наэлектризуем одноимённо металлический шар на пластмассовой подставке и лёгкий пробковый или пенопластовый шарик на нити (назовём его пробным шариком). Будем переносить его в различные точки пространства вокруг большого шара (см. рисунок). Мы заметим, что в каждой точке пространства вокруг наэлектризованного тела обнаруживается сила, действующая на пробный шарик.

О том, что существует сила, мы судим по отклонению нити шарика от вертикали. По мере удаления от заряженного шара пробный шарик отклоняется всё слабее, следовательно, действующая на него сила становится всё меньше (сравните положения а, б, в).

Для следующего опыта используем магнит и стальной шарик, который положим на горизонтальную поверхность стола. Приблизим магнит к шарику сверху, и он незамедлительно покатится по столу вслед за магнитом. Следовательно, в каждой точке пространства вокруг намагниченного тела есть сила, действующая на стальной шарик.

Итак, в каждой точке пространства вокруг наэлектризованных или намагниченных тел существует так называемое силовое поле, способное воздействовать на другие тела. Заметим, что действие силы тяжести также обнаруживается во всех точках пространства вокруг Земли. Поэтому по аналогии говорят, что в пространстве вокруг планет также существует силовое поле; его называют гравитационным полем.

Электрический ток.

Открытие электрически заряженных частиц и их взаимодействия изменило мир, в котором мы с вами живем после того, как были обнаружены удивительные явления, возникающие при упорядоченном движении заряженных частиц, так был открыт электрический ток.

Электрический ток – это направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц: электронов и/или ионов.

Рассмотрим, как возникает электрический ток в металлическом проводнике, соединяющем заряженный и нейтральный электроскопы. При возникновении кратковременного тока, часть заряда переходит с одного электроскопа на другой. То есть, в проволоке короткое время существовал электрический ток, образованный движущимися электронами.

Познакомимся теперь с устройствами, предназначенными для создания долговременного электрического тока, – источниками электроэнергии (иногда говорят – источниками тока, но это менее желательный термин).

Известно много видов источников электроэнергии. Простейшие из них –гальванические элементы (1, 2, 3). Они превращают свою внутреннюю (химическую) энергию в энергию электрического тока. Аналогичное превращение энергии происходит и в аккумуляторах (4). Но после того, как энергия аккумулятора иссякнет, его можно вновь зарядить, и он опять будет служить источником электроэнергии. Образно выражаясь, обычные гальванические элементы – это «одноразовые», а аккумуляторы – «многоразовые» источники энергии.

Кроме одиночных аккумуляторов и гальванических элементов часто встречаются их батареи – несколько элементов, соединённых вместе. Цифрой 2 обозначена батарея гальванических элементов – «плоская батарейка», а цифрой 4 – батарея аккумуляторов для автомобиля. Цифрой 5 обозначен выпрямитель или блок питания , служащий источником электроэнергии для электронных приборов – ноутбуков, телефонов. Он берёт энергию от домашней электросети.

Любой источник электроэнергии, обязательно имеет не менее двух полюсов – металлических проводников, предназначенных для присоединения потребителей электроэнергии. Они называются положительный и отрицательный, обозначенные знаками «+» и «–».

Назначение источника электроэнергии – создание и долговременное поддержание неодинаковой электризации своих полюсов. Рассмотрим это на конкретном примере (см. рисунок).

Присоединим к «батарейке» лампочку от карманного фонарика. Избыточные электроны, всегда имеющиеся на отрицательном полюсе, в момент соединения контактов двинутся к положительному полюсу батарейки. Это приведёт к частичной нейтрализации зарядов на полюсах. Поэтому если внутри батарейки электроны под воздействием каких-либо сторонних сил не будут вновь попадать на отрицательный полюс, ток быстро прекратится, и лампочка погаснет. Но этого не происходит, значит, ток есть и внутри батарейки.

Обратите внимание: снаружи источника электроны движутся от «–» к «+», как и должны двигаться отрицательные частицы, находящиеся в электрическом поле. Однако внутри источника электроны движутся от «+» к «–». Такое движение вопреки силам электрического поля возможно лишь под воздействием так называемых сторонних сил , которые не имеют отношения к силам электрического поля; они возникают и совершают работу за счёт внутренней (химической) энергии батарейки.

Исторически так сложилось, что току приписывают направление от «+» источника к его «–» через потребители. Физики об этом договорились несколько веков назад, когда не знали о существовании электронов. Тогда же появилось и не вполне удачное название «источник тока», так как теперь мы знаем, что у электрического тока нет «истоков» и «стоков»: ток циркулирует по проводникам, подобно воде в замкнутой трубе с насосом Как вы думаете, как можно узнать – есть ли в проводнике ток? Заглянуть внутрь проводника невозможно, но, оказывается, это и не нужно. Прохождение тока по проводнику всегда сопровождается хотя бы одним из особых явлений – действий тока. Всего известно три действия тока: магнитное, химическое и тепловое.

Слева вы видите опыт, иллюстрирующий магнитное действие тока . К источнику электроэнергии (на рисунке он не показан) при помощи двух проводов подключим катушку с проволокой и стальным стержнем внутри. При включении тока катушка становится магнитом и начинает притягивать стальные предметы (например, гвозди).

Магнитное действие тока наблюдается вокруг любых проводников: толстых или тонких, прямых или свитых в спираль, горячих или холодных, твёрдых, жидких или газообразных.

Слева изображён опыт, иллюстрирующий химическое действие тока . В стакан с раствором сульфата меди CuSO4 опустим два угольных стержня. Через несколько минут на стержне, подключённом к «–», образуется тонкий слой ярко-красного цвета. Это чистая медь, выделившаяся из раствора. Поскольку произошло явление, при котором одно вещество (сульфат меди) превратилось в другое (чистую медь), значит, мы видели химическую реакцию.

Химическое действие тока, как правило, наблюдается в жидких проводниках и сравнительно реже – в газообразных. В твёрдых проводниках химические реакции протекать не могут, так как в них отсутствуют подвижные ионы (то есть «носители» химических свойств вещества).

Тепловое действие тока встречается, например, в утюгах, электрокаминах и лампах. Утюг горяч настолько, что нельзя притронуться рукой; спирали электрокамина нагреты ещё сильнее: до «красного каления», а спираль лампочки – даже до «белого каления». Жидкие и газообразные проводники также нагреваются при прохождении через них тока.

9. Сделайте вывод.

Мы изучили явление отражения света. Познакомимся теперь со вторым явлением, при котором лучи меняют направление своего распространения. Это явление – преломление света на границе раздела двух сред. Взгляните на чертежи с лучами и аквариумом. Луч, выходящий из лазера, был прямолинейным, но, дойдя до стеклянной стенки аквариума, луч изменил направление – преломился.

Преломлением света называют изменение направления луча на границе раздела двух сред, при котором свет переходит во вторую среду (сравните с отражением). Например, на рисунке мы изобразили примеры преломления светового луча на границах воздуха и воды, воздуха и стекла, воды и стекла.

Из сравнения левых чертежей следует, что пара сред «воздух-стекло» преломляет свет сильнее, чем пара сред «воздух-вода». Из сравнения правых чертежей видно, что при переходе из воздуха в стекло свет преломляется сильнее, чем при переходе из воды в стекло. То есть, пары сред, прозрачные для оптических излучений, обладают различной преломляющей способностью, характеризующейся относительным показателем преломления.

Чем больше угол, на который отклоняется луч, переходя из вакуума в среду, тем больше показатель преломления среды. Поскольку показатель преломления воздуха почти не отличается от единицы, влияние воздуха на распространение света практически незаметно.

Закон преломления света. Чтобы рассмотреть этот закон, введём определения. Угол между падающим лучом и перпендикуляром к границе раздела двух сред в точке излома луча назовём углом падения (a). Аналогично, угол между преломлённым лучом и перпендикуляром к границе раздела двух сред в точке излома луча назовём углом преломления (g).

Используем качественную трактовку закона преломления света: при переходе света в оптически более плотную среду луч отклоняется к перпендикуляру к границе раздела сред. И наоборот. Количественно закон мы с вами изучим в старших классах.

Принцип обратимости световых лучей. При отражении или преломлении света падающий и отражённый лучи всегда можно поменять местами. Это означает, что ход лучей не изменится, если изменить их направления на противоположные. Многочисленные опыты подтверждают: при этом «траектория» хода лучей не меняется (см. чертёж).

Для пояснений обратимся к чертежам. Слева показано, что лучи, идущие параллельно главной оптической оси собирающей линзы, после неё «сходятся», проходя через точку F – действительный главный фокус собирающей линзы. Справа показано прохождение лучей света через рассеивающую линзу параллельно её главной оптической оси. Лучи после линзы «расходятся» и кажутся исходящими из точки F", называемой мнимым главным фокусом рассеивающей линзы. Он не действительный, а мнимый потому, что через него лучи света не проходят: там пересекаются лишь их воображаемые (мнимые) продолжения.

В школьной физике изучаются только так называемые тонкие линзы, которые вне зависимости от их симметричности «в разрезе» всегда имеют два главных фокуса, расположенные на равных расстояниях от линзы.

Линзой можно не только собирать или рассеивать лучи. При помощи линз можно получать увеличенные и уменьшенные изображения предметов. Например, благодаря собирающей линзе на экране получается увеличенное и перевёрнутое изображение золотой статуэтки (см. рисунок).

Опыты показывают: отчётливое изображение возникает, если предмет, линза и экран расположены на определённых расстояниях друг от друга. В зависимости от них изображения могут быть перевёрнутыми или прямыми, увеличенными или уменьшенными, действительными или мнимыми.

Ситуация, когда расстояние d от предмета до линзы больше её фокусного расстояния F, но меньше двойного фокусного расстояния 2F, описана во второй строке таблицы. Именно это мы и наблюдаем со статуэткой: её изображение действительное, перевёрнутое и увеличенное. Если изображение действительное, его можно спроецировать на экран. При этом изображение будет видно из любого места комнаты, из которого виден экран. Если изображение мнимое, то его нельзя спроецировать на экран, а можно лишь увидеть глазом, располагая его определённым образом по отношению к линзе (нужно смотреть «в неё»).

Лабораторная работа № 7

Изучение изображений, даваемых собирающей линзой.

Цель: Изучить изображения, даваемые собирающей линзой.

Приборы и материалы: собирающая линза, электрическая лампа, источник тока, соединительные провода, экран, линейка.

Ход работы.

1. Получая, изображение удаленного источника, определите фокусное расстояние линзы.

2. Изменяя расстояние между лампой и линзой, определите тип изображения при различных положениях лампы.

3. Результаты наблюдений занесите в таблицу.

4.сделайте вывод.

Опыты показывают, что рассеивающие линзы дают уменьшенное прямое мнимое изображение при любом расстоянии от предмета до линзы.

Лучи, испущенные предметом и прошедшие через лупу, расходятся (см. чертёж). От кончика пламени мы провели «красные» лучи. Один – параллельно главной оптической оси линзы, второй – через её центр. Первый луч после преломления в линзе пройдёт через её фокус, а второй луч не изменит направление распространения. От основания свечи отходят два «синих» луча. Они проходят так же, как и красные – параллельно главной оптической оси линзы и через её оптический центр. И «красные», и «синие» лучи являются расходящимися. Поэтому лупа не может создавать изображений на экране; их нужно наблюдать только оптическим прибором: глазом, фотоаппаратом и т. п.

Проектор. В отличие от лупы, этот прибор предназначен для получения действительных изображений, которые можно спроецировать на экран и сделать видимыми многим зрителям одновременно (см. чертёж). Свет лампы 1 при помощи вогнутого зеркала 2 направляется на слайд 3. Он расположен между фокусом и двойным фокусом собирающей линзы 4. Поэтому на экране 5 получается увеличенное действительное изображение.

Обратите внимание: красные лучи от верхней части слайда попадают в нижнюю часть экрана. И наоборот, синие лучи от нижней части слайда попадают в верхнюю часть экрана. Поэтому изображение на слайдах должно располагаться «вверх ногами».

Глаз. Орган зрения человека является сложным оптическим прибором. Основные части глаза: 1 – склера (плотная наружная оболочка), 2 – роговица (передняя более выпуклая прозрачная часть склеры), 3 – радужная оболочка, 4 – хрусталик, 5 – мышца, 6 – сетчатка (светочувствительная внутренняя задняя поверхность склеры), 7 – зрительный нерв.

Свет от рассматриваемого предмета, попадая в глаз, проходит через хрусталик. Он является собирающей линзой, поэтому на сетчатке образуется действительное изображение предмета. Светлые и тёмные части, из которых оно образовано, по-разному воздействуют на нервные окончания, расположенные на сетчатке. Эти воздействия по зрительному нерву попадают в головной мозг, который «переворачивает» изображение и распознаёт его.

Одним из особенных свойств хрусталика является его упругость. Если окружающие его мышцы напрягаются, то хрусталик растягивается и становится менее выпуклым. При этом его преломляющая способность уменьшается, и мы можем чётко видеть более удалённые предметы.

Очки. Они предназначены для исправления таких дефектов зрения, как дальнозоркость и близорукость . Близорукий глаз хорошо видит только близкие предметы. Их чёткие изображения получаются на сетчатке глаза (чертёж «а»). Если же предмет далеко, то его чёткое изображение получается перед сетчаткой (чертёж «б»).

Для исправления близорукости поместим перед глазом рассеивающую линзу (чертёж «в»). Она сделает пучок лучей от предмета более расходящимся. В результате он станет похожим на тот пучок, который попадал в глаз в случае «а». Следовательно, изображения окажутся на сетчатке, и близорукий человек отчетливо увидит далёкие предметы. Для дальнозорких людей нужны очки с собирающими линзами.

Дисперсия света. Образование цвета.

Опыт можно повторять, используя лучи других цветов, однако вывод будет прежним: показатель преломления вещества зависит от цвета света. Это влияние называют дисперсией света. В физике также встречается трактовка дисперсии как явления «разложения» света (рис. «в»).

Направив на призму белый свет, мы увидим два новых явления: во-первых, тонкий пучок превратится в расширяющийся и, во-вторых, белый свет превратится в многоцветный. Поместив на его пути белый экран, мы увидим радужную полоску – сплошной спектр (см. рисунок).

Откуда же появились разноцветные лучи? Рассмотрим рисунок «в» внимательнее. Красно-оранжевая часть спектра расположена там, куда шёл красный луч в опыте «а». При этом сине-фиолетовая часть спектра расположена там, куда шёл фиолетовый луч в опыте «б». Следовательно, белый свет разделяется призмой на цветные лучи. Таким образом, белый свет – сложный свет, образованный из света всех цветов спектра.

Цвета тел. На средней фотографии ракетки и теннисный шарик освещены белым светом. Посмотрим на них сквозь зелёное стекло: белый шарик стал зелёным, малиновая ракетка чёрной, а зелёная сохранила свой цвет (фото слева). Если же мы используем красное стекло, то белый шарик станет красным, зелёная ракетка чёрной, а малиновая красной (фото справа).

Правая ракетка видится нам зелёной, так как из всего спектра падающего на неё белого света она отражает лишь жёлто-зелёно-голубые лучи, дающие в смеси зелёный цвет. Лучи остальных цветов ракетка не отражает, а поглощает. Аналогично, если левая ракетка видится нам красной, значит, из всего спектра падающего на неё белого света она отражает только жёлто-красно-оранжевые лучи. Лучи других цветов ракетка поглощает.

Теперь объясним, почему ракетки поочерёдно выглядят чёрными: малиновая при рассматривании через зелёное стекло и зелёная – при рассматривании через красное. Оно потому и красное, что поглощает лучи всех цветов, пропуская лишь красно-оранжевые. А поскольку от зелёной ракетки таких лучей не исходит, она выглядит чёрной – от этой ракетки в наши глаза свет не поступает вообще, что наш мозг считает чёрным цветом. Аналогично, зелёное стекло поглощает лучи всех цветов, кроме сине-зелёно-жёлтых. Поэтому, наблюдая красную ракетку сквозь него, мы не видим испускаемого ею света – она выглядит чёрной.

Примером дисперсии света является образование радуги. Разложение белого цвета происходит при прохождении через капельки дождя.


Электрический заряд. З акон сохранения электрического заряда. Электростатическая сила. Закон Кулона.

Электрический заряд

Заряд является свойством материи, так же, как масса, объем или плотность.
Все они являются измеримыми величинами. Точно так же, как вы можете количественно измерить массу тела, вы можете измерить, какой заряд он имеет.

Для того, чтобы заряды могли перемещаться , нужны носители зарядов (вот где наши знания атомных частиц пригодятся).
Из предыдущего урока мы уже знаем, что носителями зарядов в проводниках являются свободные электроны.
Электроны всегда несут отрицательный заряд в отличие от протонов, которые всегда положительно заряжены. При этом оба – и электрон и протон – несут одинаковый заряд, только разного знака.

Это наименьший из всех встречающихся в природе электрических зарядов, называемый поэтому элементарным зарядом или квантом электрического заряда. Все заряды, наблюдаемые в природе, являются кратными этому элементарному заряду.

Таким образом , заряд может передаваться от одного тела к другому только порциями , содержащими целое число элементарных зарядов (квантов).
Дискретность или квантованность электрического заряда в терминах математики записывается так:

q = ± n · e

где: n = 0, 1, 2, 3, …
e = 1,6 · 10 -19 (Кл) - элементарный заряд

Нейтроны , оправдывая свое название, являются нейтральными, они не имеют заряда. Ниже в таблице приведены элементарные частицы, их массы и заряды.


Частица Масса Заряд
электрон 9.11 х 10 -31 кг - 1.6 х 10 -19 Кл
протон 1.672 х 10 -27 кг + 1.6 х 10 -19 Кл
нейтрон 1.674 х 10 -27 кг 0


З акон сохранения электрического заряда

Одним из фундаментальных законов природы является экспериментально установленный закон сохранения электрического заряда. Закон сохранения заряда утверждает, что суммарный заряд изолированной системы остается постоянным:

q 1 + q 2 + q 3 + ... +q n = const.

Это означает, что в замкнутой системе тел не могут наблюдаться процессы рождения или исчезновения зарядов только одного знака. Заряды в замкнутой системе могут создаваться и уничтожаться, но только в положительно/отрицательных парах.

Электростатическая сила

Электростатическая сила - это сила, которая действует между зарядами. Электростатические силы взаимодействия точечных зарядов описываются законом Кулона.
Закон утверждает, что заряды одного знака отталкиваются друг от друга, в то время как заряды противоположных знаков притягиваются (рис. 1 ).





Рис. 1



Между электронами действуют электростатические силы отталкивания, а между электронами и протонами - электростатические силы притяжения. Эти силы являются частью «клея», который удерживает частицы атома вместе, но это также инструмент, который делает электроны (и заряды) подвижными.
Электроны вращаются на различных расстояниях от ядра атома. Те электроны, которые ближе к ядру, гораздо сильнее взаимодействуют с ядром, чем находящиеся на внешних орбитах. Внешние электроны атома называются валентными электронами и они требуют приложения минимальной силы, чтобы освободиться от атома.
Достаточно воздействия электростатической силы на валентный электрон – либо отталкивания от другого отрицательного заряда, либо притяжения его положительным зарядом, – чтобы он стал

Атом вещества может потерять один или несколько электронов или приобрести лишний электрон. В этих случаях нейтральный атом превращается в положительно или отрицательно заряженный ион.

Сила взаимодействия двух зарядов зависит от того, как далеко они находятся друг от друга. Чем ближе заряды друг к другу, тем больше будет сила (притяжения или отталкивания).

Закон Кулона

В 1784 году великий французский физик и инженер Шарль Огюстен Кулон изобрел и построил крутильные весы, которые предназначались для измерения сверхмалых сил, а уже в следующем году сформулировал свой знаменитый закон, который сейчас известен любому школьнику:

Сила взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
расстояние между зарядами.

Коэффициент пропорциональности k в законе Кулона зависит от выбора системы единиц. Коэффициент k в системе СИ обычно записывают в виде:



- электрическая постоянная

● Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием.



● Силы взаимодействия являются силами отталкивания при одинаковых знаках зарядов и силами притяжения при разных знаках.

● Закон Кулона хорошо выполняется, если размеры заряженных тел много меньше расстояния между ними, то есть для точечных зарядов.

● Нужно помнить, что сила является векторной величиной, поэтому, когда взаимодействуют три и более зарядов, то равнодействующая сила взаимодействия этих зарядов равна векторной сумме отдельных сил.

БИЛЕТ №1

1 . Почему в плавких предохранителях применяют именно свинцовую проволоку?Если сила тока превысит до­пустимое значение, проволока в пробке расплавится, и электрическая цепь разомкнётся .

2. Где в квартире устанавливают предохранители? В распределительном щите перед квартирой.

3.Имеют ли автономные электрические устройства, например телевизоры, предохранители? Да .

Существуют ли другие конструкции предохранителей? Существуют. По своей конструкции предохранители могут быть резьбового типа (пробочные) или трубчатые.

Для нормальных предохранителей, кроме пробок с плавкими вставками выпускаются пробочные автоматы, которые ввертываются в то же основание вместо пробок. При перегрузке и коротких замыканиях в линии автомат отключает линию своими контактами. Цепь восстанавливается нажатием на кнопку. Другая кнопка служит, для отключения цепи (вместо выключателя).

БИЛЕТ № 2

1. Какую гипотезу пытался проверить Ампер своими опытами? Что надо пони- мать под словами «электрический конфликт»? Если проводник тока всегда окружен магнитными силами, то «электрический конфликт» должен выступать не только между проводом и магнитной стрелкой, но и между двумя проводами, по которым течет ток. «электрический конфликт»-взаимодействие

2. Играет ли роль в проверке взаимодействия между проводниками с током расстояние между ними? Да, т.к. сила убывает с ростом расстояния.

3. Как ведут себя два соленоида с током, установленные рядом?что соленоиды, установленные рядом, при пропускании через них тока ведут себя, подобно двум магнитам.

Билет №3

1. Как зависит температура плавления льда от внешнего давления?Однако расчеты показывают, что человек массой 60 кг, стоя на коньках, оказывает на лед давление примерно в 15 атм. Это означает, что под коньками температура плавления льда уменьшается только на 0,11 °С. Такого повышения температуры явно недостаточно для того, чтобы лед стал плавиться под давлением коньков при катании, например, при –10 °С



2. Приведите два примера, которые иллюстрируют возникновение избыточного давления при замерзании воды. Лед разрывает стеклянную бутылку в морозилке.

3. При протекании какого процесса может выделяться теплота, которая идет на плавление льда при катании на коньках?Трение.

БИЛЕТ № 4

1. Зачем в описанном опыте применяли батарею конденсаторов?По мере заряжения конденсаторов увеличивается разность потенциалов между электродами, а следовательно, будет увеличиваться напряженность поля в газе

2.К какому виду разрядов можно отнести молнию? Искровой разряд.

3.Когда между облаками проскакивает молния?При достаточной напряженности поля

4.Может ли возникнуть молния между облаками и Землей? Объясните.Грозовые облака несут в себе большие электрические заряды

Билет №5

1. Знали ли вы, что в нашей стране накопилось много радиоактивного «мусора» и что он теперь - реальная и грозная опасность для нашей жизни и здоровья? Откуда берется этот «мусор»?Ядерная энергетика, широко используемая в последние десятилетия, оставляет много радиоактивных отходов.

2. Какие могут быть экологические последствия, если эту проблему не решить?Эти отходы накапливаются и представляют чрезвычайную радиационную опасность для обширных районов России и сопредельных стран.

3. Как вы думаете: какой метод захоронения отходов дороже - метод стеклования взрывом или традиционный, требующий сооружения бетонных могильников? Почему? (Ответ. Традиционный метод дороже: для его осуществления требуется возвести помимо могильников комплекс обслуживающих предприятий и поддерживать постоянные параметры захоронений - давление, температуру, влажность.)

4. Можно ли, с вашей точки зрения, «совместить» предлагаемый проект захоронения отходов с помощью подземных ядерных взрывов и Договор о всеобщем запрещении ядерных испытаний, который подписан Россией и за бессрочное продление которого выступает наша страна? Можно, т.к. захоронение это не испытания.

Билет №6.

1 Почему опыт не удается, если воздух в цилиндре сжимать медленно?Так как топливо не сможет самовозгорется.

2 Почему для проведения опыта берется именно эфир? двигатель Дизеля

3. Какой из двигателей: карбюраторный двигатель внутреннего сгора­ния или двигатель Дизеля более экологичный?Двигатели Дизеля имеют больший коэффициент полезного действия, чем обычные, но более сложны в изготовлении и эксплуатации .

4. Почему у двигателей Дизеля больше КПД, чем у карбюраторных двигателей? Больше топлива идет на совершение работы.

Билет 7

1. В чем заключается явление электромагнитной индукции? Возникновение индукционного тока при изменении магнитного потока или вихревого поля.

2. Может ли трансформатор работать от постоянного тока? Трансформатор преобразует переменный электрический ток

3. Каковы потери передаваемой мощности в трансформаторах? В среднем 15-20%.

4. Почему сердечник трансформатора набирается из пластин? Чтобы избежать нагревания от токов Фуко.

БИЛЕТ № 8

1.Какое физическое явление лежит в основе появления огней святого Эльма? Коронный разряд .

2.Почему не возникает такого свечения на плоской металлической крыше? Нет острия .

3.Опасно ли находиться вблизи возникших огней святого Эльма на ко­рабле? Да, если высокая напряженность поля .

4. Как можно получить огни святого Эльма? Ножницы и лист оргстекла.

Билет №9

1. Одинакова ли скорость движения маятника?

2. Постоянно ли ускорение при движении маятника? Нет, меняется по синусоидальному закону

3. Отчего зависит период колебаний?От длины нити.

4.В чем заключается свойство изохронности? Свойство независимости периода колебаний маятника от амплитуды на­зывается изохронностью.

Билет №10

1. Что представляет собой явление гидравлического удара? Каковы условия его возникновения?Явление гидравлического удара, заключающегося в резком увеличении давления при внезапном падении скорости потока жидкости, нашло свое воплощение в устройствах, называемыми гидравлическими таранами.

2. Назовите причину возникновения повышения давления в нижнем конце трубопровода гидравлического тарана?. Под действием нарастающего динамического напора воды закрывается отбойный клапан, расположенный на нижнем конце трубопровода, и вследствие инерции движущейся воды и её не сжимаемости давление здесь резко повышается.

3. Чем обусловлена необходимость установления в трубах теплосетей специальных устройств - стабилизаторов давления?

Для предотвращения разрыва.

4.Где можно применять гидротаран?использует только потенциал небольшой плотины или даже просто естественного рельефа реки.

Билет №11.

1. Что означает слово синтез?Заставить сблизиться ядра можно с помощью нагрева до высоких температур, когда в результате обычных столкновений ядра смогут сблизиться на столь малые расстояния, чтобы ядерные силы вступили в реакцию, и произошел синтез

2.Всегда ли при ядерной реакции выделяется энергия? Да

3. Каковы проблемы управления термоядерным синтезом?Проблема использования синтеза ядер в мирных целях, например для производства электриче­ской энергии, упирается в очень трудную проблему удержания реак­ции.

Билет №12

1. Для чего, для каких целей используют металлодетекторы?Её, например, уменьшают, если необходимо произвести досмотр только с целью обнаружения крупных металлических предметов. А небольшие предметы - ключи, оправы очков, ручки - сигнализацию детектора не вызовут.

2. Как вы понимаете характеристику «рабочая частота» прибора?(частота изменения направления тока в секунду) Велика ли она?(низкая)

3. Какой закон физики лежит в основе действия описанного металлодетектора? Какими другими словами мы называем «наведенный ток»?(индукционный) Закон электромагнитной индукции

4. Каким образом с помощью металлодетектора можно обнаружить взрывное устройство в пластиковой оболочке?В любом металлическом (и даже электропроводящем) объекте, оказавшемся поблизости, под действием такого изменяющегося магнитного поля возникнут электрические токи.

БИЛЕТ № 13

1.Какой уровень шума безвреден для человека 0 20-30 дБ

2. Какой допустимый уровень шума для человека? Допустимая граница поднимаемся примерно до 80 дБ

3.Как называется наука, изучающая воздействие звука и шума на человека? аудиология

4.Как влияют сверхдопустимые уровни шумов на человека?психологическое воздействие, усталости, стойкой бессоннице и атеросклерозу

Билет №14

1.Какие еще тепловые двигатели, кроме двигателей внутреннего сгора­ния, оказывают отрицательное влияние на окружающую среду? газовый, реактивный, паровой

2.К каким последствиям приводят широкое применение тепловых ма­шин в энергетике и транспорте? к загрязнению окружающей среды

3.К чему может привести повышение температуры Земли? Дальнейшее увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере может привести к так называемому «парниковому эффекту».

4.Что предпринимается для охраны природы? использование дизелей, применение электродвигателей на транспорте или двигателей, в которых топливом является водород, создание автомобилей, работающих на сол­нечной энергии .

Билет №15

1. В чем отличие ультразвука от звуковых волн, воспринимаемых человеком? Ультразвуковые волны люди не слышат, а звуковые волны слышим

2. Что называют кавитанционным пузырьком? Какой эффект получается при «схлопывании» кавитанционных пузырьков? кавитацией - образованием в растворе огромного количества микроскопических пузырьков, заполненных газом, паром и их смесью, эти пузырьки возникают при прохождении акустической волны во время полупериода разрежения . Под действием перепада давления при появлении и «схлопывании» пузырьков нарушается сцепление загрязненных микрочастиц с волокнами изделий и облегчается их удаление поверхностно-активными веществами моющего раствора стирального порошка или мыла.

3. Почему излучатель ультразвуковых колебаний имеет чаще всего форму шара или диска? Потому что там большая площадь поверхности излучения.

4. Попробуйте объяснить, зачем на блоках питания установлены светодиодные индикаторы. Ответ: Для определения рабочего состояния устройства.

Билет №16

1.Каким образом некоторые насекомые, например stenus, удерживаются на воде и даже используют силы поверхностного натяжения для того, чтобы двигаться? В результате поверхность служит как бы пленкой, стягивающей всю массу жидкост

2. Почему пузырь имеет всегда шарообразную форму? Наружный слой воды давит на воздух и сжимает его

3.Зависят ли силы поверхностного натяжения от температуры? Зависят, потому, что увеличивается скорость движения молекул на поверхности воды .

4. Как можно измерить силу поверхностного натяжения? С помощью специального динамометра ДПН. К пружине прикреплена пластина, которая опускается на поверхность жидкости. При поднятии пластины пружина растягивается и на шкале динамометра регистрируется сила, удерживающая пластину. Это и будет сила поверхностного натяжения.

Билет №17

1. Назовите отличительную особенность теплопроводности как вида теплопередачи. Почему воздух является плохим проводником тепла? Ответ: Существует два вида теплопередачи: теплопроводность и конвекция. Теплопроводность зависит от вида вещества. Воздух-это газ, расстояние между молекулами большое, соударения редкие, передача энергии минимальная. Это свойство воздуха используется в стеклопакетах.

2. В сильный мороз птицы чаще замерзают на лету, чем сидя на месте. Чем это можно объяснить? Почему в холодную погоду многие животные спят, свернувшись клубком? Ответ.1. Во время полета крылья птицы расправлены и тело не защищено от мороза. Когда птица сидит на месте, крылья мешают теплопередаче. 2. Животные спят, свернувшись клубком, чтобы уменьшить площадь поверхности тела, участвующую в теплопередаче.

3. У человека замерзают быстрее всего конечности, уши и нос, так как эти части тела имеют тонкие стенки. А еще почему? В эти части тела меньше поступает крови, нет мышц.

4. Когда человеку холодно, он начинает дрожать. Какую роль играют эти защитные механизмы для увеличения внутренней энергии человека?

Ответ: при дрожании мышцы сокращаются и вырабатывают энергию.

Билет №18

1. С какой целью проводился эксперимент, описанный в тексте?Для объяснения принципа действия пузырьковой камеры.

2. Почему в пробирке с водопроводной водой пузырьки образуются в основном на кусочке мела? Что является «кипелкой» для процесса кипения воды в обычном чайнике? Мел-неоднородность. Неровности, накипь.

3. Объясните, как вы понимаете смысл понятия «перегретая жидкость». В идеально чистом сосуде с однородной жидкостью кипение не наступает вплоть до температуры 140°С..

4. Почему важнейшим условием работы камеры Глейзера является однородность жидкости и чистота ампулы? Чтобы жидкость была перегретой.

Билет №19

1. Почему для осаждения облака необходимо получение крупных капель и кристаллов? Для этого над облаком разбрасывают кристаллы «сухого льда» (СО2), которые, охлаждая облако, вызывают усиленную конденсацию с образованием крупных капель и кристаллов льда.

2. Почему в качестве «затравки» для образования крупных капель воды и кристаллов используют йодид серебра? . Для этого в облаках распыляют микрочастицы, которые служат так называемыми ядрами кристаллизации для образования крупных капель и кристаллов.

3. Каким образом кристаллы «сухого льда» усиливают конденсацию? В чём суть этого явления? Можно разбрасывать в облаках микроскопические крупинки гигроскопических солей (NaCl или КС1), которые, попав в облако, будут притягивать к себе влагу и разбухать, становясь зародышами больших капель.

4. Объясните необходимость разумного влияния человека на атмосферные процессы. В честь какова нибудь праздика разогнать облака, что бы была хорошая погода .

БИЛЕТ № 20

1. Какова причина броуновского движения? Беспорядочные удары молекул о частицу, попавшую в газ или жидкость.

2. Как влияет температура вещества на броуновское движение? С увеличением температуры скорость движения частиц увеличивается.

3. Наблюдается ли броуновское движение в твердых телах? Да, дрожание стрелок чувствительных приборов.

4. Кто окончательно построил теорию броуновского движения и экспе­риментально ее подтвердил? Молекулярно-кинетическая теория броуновского движения была создана А. Эйнштейном в 1905 г.

БИЛЕТ №21

1. Как определяется химический состав звезд? спектральный анализ их излучения

2. Как определяется качественный состав звезд? спектральный анализ их излучения

БИЛЕТ № 22

3. Текст по разделу «Механика», содержащий описание физиче­ских явлений или процессов, наблюдаемых в природе или в повсе­дневной жизни. Задание на понимание физических терминов, опре­деление явления, его признаков или объяснение явления при по­мощи имеющихся знаний

Звуки

Задумайтесь о происхождении звуков - вот стукнула дверь, ударили кулаком по столу, проехала машина, стучат каблучки по полу. Звук всегда вызывается каким-либо механическим движением. Доски,стол, стены, большинство других предметов от толчков не приходят в видимое движе­ние, если только они не очень сильны. Но они способны несколько проги­баться, и в результате возникает их легкое движение вперед-назад (вибра­ция). Хорошо иллюстрирует природу колебаний туго натянутая струна или резиновый шнур. Предположим, что мы оттянули середину струны гитары из нормального положения. Струна натягивается, и когда мы ее отпустим, она вернется назад, но в момент возвращения в свое нормальное положение она будет двигаться. Продолжая движение, постепенно замедляясь, она остановится, но уже по другую сторону от своего первоначального положе­ния. Теперь струна снова натянута и должна двигаться назад. Со временем, после многих таких колебаний струна вернется в состояние покоя.

Подобным способом происходят колебания твердых упругих предме­тов, если какой-то участок тела толкнуть и вывести из нормального состоя­ния. Колебания одной части предмета оказывают влияние на остальные части. Колеблющиеся участки тянут и толкают соседние, а те тоже начина­ют колебаться. В свою очередь, они приводят в движение окружающие их участки и т.д. Таким образом, колебания, созданные в одной точке тела, передаются другим его точкам по всем направлениям, так что через какое-то время колеблются все точки внутри сферы с центром в источнике коле­баний. Так распространяется звуковая волна в твердом материале.

Ответьте на вопросы к тексту и выполните задание:

1.Одинакова ли скорость распространения звука в различных твердых материалах? Скорость распространения звука зависит от вида твердого материала

2.Только ли в твердых материалах распространяется звук? В любых средах можем услышать звук (кроме вакуума)

3. Можно ли на Земле услышать гул двигателя космического корабля, пролетающего в открытом космосе? Нет, не можем

4. Получите звуковые колебания на одном из физических приборов.Можно получить звук с помощью камертона

БИЛЕТ № 23

1. Что вы чувствуете, когда протираете кожу своей руки спиртом? Чувствуется охлаждение

2.При одной и той же температуре, когда нам кажется теплее - в сы­рую погоду или в сухую? В сухую .

3. Когда быстрее растает кусочек льда - закутанный в теплый шарф или положенный на тарелку? На тарелке

4.Каков принцип работы холодильника?

Работа холодильника основана на использовании теплового насоса , переносящего тепло из рабочей камеры холодильника наружу, где оно рассеивается во внешнюю среду .

БИЛЕТ № 24

1.Для чего понижается давление в газоразрядных трубках?Если из трубок, которым можно придать разную форму, откачать воз­дух до давления порядка десятых и сотых долей миллиметров ртутного столба и на впаянные в трубку электроды подать напряжение порядка нескольких сотен вольт, то в трубке возникает свечение

2.От чего зависит цвет свечения?Если трубка наполнена неоном, возникает красное свечение, аргоном - синевато-зеленое свечение. В лампах дневного света используют раз­ряд в парах ртути

3.Почему при возникшем тлеющем разряде не вся трубка заполнена положительным столбом?При тлеющем разряде почти вся трубка, за исключением небольшого участка возле катода, заполнена однородным свечением, называемым положительным столбом

4.Где применяют трубки с тлеющим разрядом? квантовых генераторах - га­зовых лазерах.

БИЛЕТ № 25

1. Что объединяло все эти опыты?Во всех опытах стало отсутствовать давление верхних слоев воды на нижние

2. Почему при свободном падении отсутствовало давление внутри па­дающей системы? (Потому что когда тело падает отсутствует вес, поэтому отсутствует давление)

3. Как называется состояние свободного падения? (Невесомость)

4. Где встречается состояние невесомости? (В лифте во время прыжка))

БИЛЕТ № 26

3. Текст по теме «Электромагнитные поля», содержащий ин­формацию об электромагнитном загрязнении окружающей среды. Задание на определение степени воздействия электромагнитных полей на человека и обеспечение экологической безопасности

Невидимое загрязнение

В последние годы повышенное внимание уделяется вопросам влияния электромагнитных полей на состояние здоровья населения и объекты при­родной среды. Основным источником электромагнитных полей на Земле является Солнце. Суммарная плотность потока электромагнитной энергии у поверхности Земли составляет 10 -10 - 10 -9 Вт/м 2 в период мощных сол­нечных вспышек. Использование электромагнитной энергии в различных областях человеческой деятельности привело к тому, что к существующим природному электрическому и магнитному полям добавились электромаг­нитные поля искусственного происхождения, уровень которых в несколько десятков раз превышает уровень естественного электромагнитного поля.

В последнее время отмечено резкое увеличение количества и видов но­вой техники, оборудования и устройств, эксплуатация которых сопровож­дается излучением электромагнитной энергии в окружающую среду. Это оборудование развивающегося радио- и телевизионного вешания, систем подвижной и персональной радиосвязи, энергетическое оборудование, со­временная бытовая техника, линии электропередачи.

Являясь биологически активным фактором, электромагнитное поле ис­кусственного происхождения оказывает неблагоприятное воздействие на человека и окружающую природную среду, что и было отмечено в 1989 г. Всемирной организацией здравоохранения, включившей этот фактор в чис­ло значимых экологических проблем.

Помните, что электромагнитные поля различаются по длине волны и частоте колебаний. Чем короче длина волны, тем больше частота колеба­ний и наоборот. Их подразделяют на высокочастотные, ультравысокочас­тотные и сверхвысокой частоты. Биологическая активность электромагнит­ных излучений возрастает с уменьшением длины волны, что приводит к большей «агрессивности» действия полей радиочастот по сравнению с по­лями промышленной частоты.

По предварительным оценкам, в России электромагнитному облучению гигиенически значимых уровней подвергаются приблизительно 70 % обшей численности населения, облучаемого вне производственной сферы (прожи­вающие вблизи воздушных линий электропередачи, в домах с электропли­тами и т.д.).

Самые опасные -, волны миллиметровые, санти­метровые и дециметровые. По санитарным нормам в диапазоне СВЧ при круглосуточном

Между интенсивностью электромагнитных полей, продолжительностью их воздействия и состоянием здоровья населения имеется однозначная связь. Она выражается в снижении иммунологической реактивности орга­низма, увеличении общей заболеваемости, распространенности болезней органов дыхания, нервной системы, болезней кожи, разрушения сетчатки глаз, увеличения онкологических заболеваний.

Применение американскими полицейскими радиотелефонов, работаю­щих в СВЧ диапазоне, привело к значительному увеличению числа заболе­ваний раком мозга.

Размещение садовых и дачных участков вблизи ЛЭП и радарных уста­новок приводит к тому, что электромагнитные поля воздействуют на чело­века не только снаружи, но и внутри здания.

Дети в возрасте до 15 лет в 2.7 раза чаще страдают злокачественными заболеваниями, подвергаясь действию электромагнитного поля с индукцией свыше 0,2 мкТл.

Регулярная работа с компьютером без применения защитных средств приводит к заболеванию органов зрения, к болезням сердечно-сосудистой системы и желудочно-кишечного тракта.

Не до конца изучено воздействие ЭМП на сельскохозяйственные объекты.

Недооценка электромагнитных полей как загрязнителя окружающей природной среды привела к ухудшению экологической ситуации в стране. Необходимо научно обосновать нормативные оценки степени загрязнения окружающей среды электромагнитными полями.

Чтобы в дальнейшем обеспечить экологическую безопасность и защи­тить население и природную среду от повреждающего действия ЭМП, не­обходимо детальное нормирование уровня электромагнитных полей раз­личных диапазонов в жилых помещениях, общественных зданиях и на при­легающих к источникам ЭМП территориях.

Ответьте на вопросы к тексту.

1.Какие из бытовых приборов создают наиболее опасные электромаг­нитные поля? поля СВЧ диапазона

2.Почему магнитные поля создаются лишь работающими приборами и установками? (т.к. при выключенном приборе нет тока, который порождает магнитное поле. Зная основные свойства магнитного поля, устанавливаемые экспериментально:

Похожие публикации