Билет №1 (1)

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Ученые давно перестали верить в то, что постичь истину можно сидя за столом, или прогуливаясь под звездами. Около 360 лет назад были окончательно выработаны основы наиболее подходящего физического метода исследования. Он состоит в следующем: опираясь на опыт, отыскивают количественно (математически) формулируемые законы природы. Открытые законы проверяются практикой. Начиная с Галилее и Ньютона, ученые престали считать, что наука должна сводить непривычные явления к привычным и понятным с точки зрения здравого смысла. Задачей науки стал поиск математически выражаемых общих законов природы, которые охватили бы громадную совокупность фактов, и на основе этих законов объяснять привычные явления, которые, казалось бы, не требуют объяснений. Например, почему книга не проваливается сквозь стол или камень падает вниз.

Роль эксперимента. Физика, в отличие от математики, экспериментальная наука. Ее законы основаны на фактах, установленных опытным путем. Факты устанавливаются в результате планомерных наблюдений. Ученый должен выделить и зафиксировать те общие черты, которые повторяются, и которые практически важны. Это ведет к образованию понятий, которые являются первым шагом на пути познания природы. Что бы из наблюдений над явлениями сделать общие выводы, надо установить зависимости между различными величинами. Если такая зависимость найдена, то говорят, что открыт физический закон. Для подтверждения зависимостей между физическими величинами или установления новых зависимостей от наблюдения переходят к эксперименту. Например, Галилей видел, что камень падает вниз, то есть наблюдал. Потом он перешел к эксперименту, бросая камень с Пизанской башни, и вывел законы движения тел при свободном падении.

Роль теории. Изучая экспериментально количественные связи между отдельными величинами, выявляют частные закономерности. На их основе создают теорию явлений, которая объединяет в одно целое отдельные законы. Теория, таким образом, призвана объяснить частные закономерности с общей точки зрения. Теория не только позволяет объяснить уже наблюдавшиеся явления, но и предсказать новые. С развитием и углублением теории появляется возможность дать истолкование многих понятий, введенных в начале исследования. Примером может служить теория относительности Эйнштейна, теория электромагнитного поля Джеймса Максвелла и другие.

Моделирование явлений и объектов природы. Любое явление, любой процесс, свойства любого конкретного тела бесконечно сложны, поэтому, приступая к исследованию физического явления, ученые должны выделить то главное, от чего это явление существенно зависит и отбросить второстепенные обстоятельства, которые в рассматриваемом явлении не играют существенной роли. Без такого упрощения, то есть моделирования, физических явлений исследования было бы немыслимо. Самые простые явления приводили бы к сложным не разрешимым теоретическим задачам. Поэтому в физике при анализе каждого нового явления нужно уметь каждый раз создавать модель этого явления. И только опыт дает нам уверенность в правильности той или иной модели явления. Например, при изучении кинематики мы пользуемся моделью материальной точки, при изучении Молекулярно-кинетической теории газов, моделью идеального газа, при изучении атомной физики планетарной моделью атома, моделью абсолютно твердого тела при изучении законов динамики и т.д.

Билет №1 (2)

1. Электроёмкость конденсатора,

2. Энергия электрического поля.

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Конденсатор – система из двух проводников, разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников.

Между пластинами, напряженность поля равна удвоенной напряженности каждой из пластин, вне пластин она равна нулю.

Физическая величина, равная отношению заряда одной из пластин к напряжению между обкладками называется электроемкостью конденсатора . Единица электроемкости – фарад, емкостью 1 фарад обладает конденсатор, между обкладками которого напряжение равно 1 вольту при сообщении обкладкам заряда по 1 кулону. Напряженность поля между пластинами твердого конденсатора равна сумме напряженность ей пластин , а т.к. для однородного поля выполняется , то , т.е. электроемкость прямо пропорциональна площади обкладок и обратно пропорциональна расстоянию между ними. При введении между пластинами диэлектрика, его электроемкость повышается в  раз, где  – диэлектрическая проницаемость вводимого материала.

Конденсаторы используются в различных радиоэлектронных устройствах.

Они используются для:

• сглаживания пульсаций в выпрямителях переменного тока;

• для разделения постоянной и переменной составляющей тока;

• в электрических колебательных контурах радиопередатчиков и радиоприёмников;

• для накопления больших запасов электрической энергии при проведениии физических экспериментов в области лазерной техники и управляемого термояжерного синтеза;

Билет №2 (1)

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Для объяснения экспериментальных фактов привлекаются гипотезы. Гипотеза - это предположение, позволяющее объяснить и количественно описать наблюдаемое явление. Описать что-либо количественно можно лишь на языке математики. Между явлениями природы существуют устойчивые, повторяющиеся связи - проявления законов природы. Законы, записанные на языке формул, позволяют перейти к высокой ступени познания. Эту ступень называют теорией. Непременным условием превращения гипотезы в теорию является предсказание новых, до сих пор, не наблюдавшихся явлений, и подтверждение этих предсказаний в специально поставленных экспериментах. Например, теория электромагнитного поля Джеймса Максвелла предсказала существование электромагнитных волн, которые были обнаружены Герцем.

Нужно различать законы природы и законы науки. Законы природы проявляются в особенностях протекания природных явлений и процессов. Они неизменны и всегда выполняются. Научные законы - это попытка описать законы природы на языке математических формул и точных формулировок. Научные законы не точны и не постоянны. На определенных этапах развития науки возникает необходимость уточнения наблюдаемых в опыте явлений и пересмотра законов или границ их применимости. Постоянная проверка опытных фактов на базе новых экспериментальных методик, позволяющих увеличить точность проведения эксперимента, необходима всегда на любом уровне знаний. Расхождение экспериментальных данных и существующих законов позволяет выдвигать новые гипотезы и строить новые теории.

Фундаментальные законы физики описывают огромное количество явлений в разных областях. И все они подчиняются некоторым общим правилам. Законы сами по себе не меняются. Именно поэтому они и называются фундаментальными. Иначе никакая наука не могла бы развиваться. Но, надо помнить о том, что закон написан для определенной области явлений. Всякий раз, когда с определенной степенью точности подтверждается какой-либо закон, можно утверждать, что закон окончателен и ни какой результат его не опровергнет в той области, для которой он написан. Однако, может так случится, что появление новых экспериментальных данных или теорий приведет к тому, что закон окажется приближенным, так как в основе каждой теории лежит "модель". (Материальная точка, абсолютно твердое тело, идеальный газ и т.д.) Иначе говоря, увеличение точности измерений может обнаружить неточность даже самых незыблемых законов. При формулировке законов необходимо задавать границы их применимости. Законы и теория должны описывать всю совокупность явлений в той области, для которой они сформулированы, и не должны противоречить известным фактам. Другими словами, границы применимости физической теории определяются пределами применимости используемой моделью. Более того, теории обязательно должны предсказывать новые, неизвестные ранее явления. Теория только тогда приобретает право на законное существование, когда она подтверждена абсолютно всеми экспериментами, которые ставились в границах ее применимости, достаточно одного "необъяснимого" факта, чтобы объявить ее ошибочной.

Приведем примеры физических теорий или законов и границы их применимости:

• Законы Ньютона: границы применимости – инерциальные системы отсчета и скорости много меньше скорости света.

• Закон сохранения энергии: границы применимости – замкнутая система тел и отсутствие неконсервативных сил.

• Закон Гука - упругие дкформации

• Закон всемирного тяготения: границы применимости – в той форме, которой изучали, тела считаем материальными точками или шарами.

• Закон Кулона: границы применимости – заряды точечные.

• Молекулярно – кинетическая теория: границы применимости – газ считаем идеальным и т. д.

Билет №2 (2)

1. электрический ток.

2. последовательное и параллельное соединение проводников.

3. электродвижущая сила (ЭДС).

4. закон Ома для полной электрической цепи.

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Электрический ток – это совокупность упорядоченно движущихся заряженных частиц. Поэтому действие магнитного поля на проводник с током есть результат действия поля на движущиеся заряженные частицы внутри проводника. Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называют силой Лоренца. Модуль силы Лоренца равен отношению модуля силы F, действующей на участок проводника длиной ∆l, к числу N заряженных частиц, упорядоченно движущихся на этом участке проводника: Fл=F/N. Рассмотрим отрезок тонкого прямого проводника с током. Пусть длина отрезка ∆l и площадь поперечного сечения проводника S настолько малы, что вектор индукции магнитного поля В можно считать неизменным в пределах этого отрезка проводника. Сила тока I в проводнике связана с зарядом частиц q, концентрацией заряженных частиц (числом зарядов в единице объема) и скоростью их упорядоченного движения v следующей формулой I=qnvS. Модуль силы, действующей со стороны магнитного поля на выбранный элемент тока, равен: F=│q│∆lBsina. Подставляя сюда предыдущее выражение для силы тока, получим: F=│q│nvS∆lBsina=v│q│NBsina, где N=nS∆l – число заряженных частиц в рассматриваемом объеме. Следовательно на каждый движущийся заряд со стороны магнитного поля действует сила Лоренца, равная:Fл=f/n=│q│vBsina, где а – угол между вектором скорости и вектором магнитной индукции. Сила Лоренца перпендикулярна векторам В и v, и ее направление определяется правилом левой руки. Так как сила Лоренца перпендикулярна скорости частицы, то она не совершает работу. Сила Лоренца не меняет кинетическую энергию частицы и, следовательно, модуль ее скорости. Под действием силы Лоренца меняется лишь направление частицы. При движении заряженной частицы в однородном электрическом поле радиус движения частицы остается неизменным: mv²/r=│q│vB, отсюда r=mv/│q│B.

Электродви­жущая сила в замкнутом контуре представляет собой отношение рабо­ты сторонних сил при перемещении заряда вдоль контура к заряду:

Электродвижущую силу выража­ют в вольтах.

Электро­движущая сила гальванического эле­мента есть работа сторонних сил при перемещении единичного положи­тельного заряда внутри элемента от одного полюса к другому.

З акон Ома. Наиболее простой вид имеет вольт-амперная характеристика металлических проводников и растворов электролитов. Впервые (для металлов) ее установил немецкий ученый Георг Ом, поэтому зависимость силы тока от напряжения носит название закона Ома.

Закон Ома для участка цепи: сила тока прямо пропорциональна

напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению:

Доказать экспериментально справедливость закона Ома трудно.

Сопротивление источника часто на­зывают внутренним сопротивлением в отличие от внешнего сопротивле­ния R цепи. В генераторе r — это сопротивление обмоток, а в гальва­ническом элементе — сопротивление раствора электролита и электродов. Закон Ома для замкнутой цепи связывает силу тока в цепи, ЭДС и полное сопротивление R+r цепи.

Произведение силы тока и сопро­тивления участка цепи часто назы­вают падением напряжения на этом участке. Таким образом, ЭДС равна сумме падений напряжений на внут­реннем и внешнем участках замкну­той цепи. Обычно закон Ома для замкну­той цепи записывают в форме:

где R – сопротивление нагрузки, ε –эдс , r- внутреннее сопротивление.

Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению.

С ила тока зависит от трех вели­чин: ЭДС ε, сопротивлений R и r внешнего и внутреннего участков цепи. Внутреннее сопротивление ис­точника тока не оказывает заметного влияния на силу тока, если оно мало по сравнению с сопротивлением внешней части цепи (R>>r). При этом напряжение на зажимах источ­ника приблизительно равно ЭДС:

U=IR≈ε.

При коротком замыкании, когда R→0, сила тока в цепи определяет­ся именно внутренним сопротивле­нием источника и при электродви­жущей силе в несколько вольт мо­жет оказаться очень большой, если r мало (например, у аккумулятора r≈0,1—0,001 Ом). Провода могут расплавиться, а сам источник выйти из строя.

Если цепь содержит несколько

последовательно соединенных эле­ментов с ЭДС ε₁ , ε₂, ε₃ и т.д., то полная ЭДС цепи равна алгебраи­ческой сумме ЭДС отдельных элементов.

Если при обходе цепи переходят от отрицательного полюса источника к положительному, то ЭДС >0.

Билет №3 (1)