Взаимодействие тел. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета.

Билет 1

Взаимодействие тел. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. - student2.ru Из кинематики известно, что характер движения зависит от выбора системы отсчета. Для определения положения тела в любой момент времени необходимо знать причину изменения скорости тела (т. е. ускорение тела).

Рассмотрим условия, при которых тело находится в покое. Например, карандаш лежит на столе. Действия Земли и стола компенсируют друг друга. Карандаш не придет в движение, если на него не подействовать рукой или еще каким либо способом. Т. о., чтобы изменить скорость карандаша, необходимо действие какого-либо другого тела. Шар прикрепленный к нитке, поднят над столом. Шар неподвижен, так как действие на него со стороны Земли уравновешивается противоположным действием нитки. Если перерезать нитку, т.е. убрать ее действие, шар упадет на стол. Причиной изменения скорости шара является притяжение Земли. В данном случае действие Земли не скомпенсировано, и шар приобретает ускорение.

Рассмотрим условия, при которых тело движется равномерно и прямолинейно. Движущийся с какой-то скоростью по горизонтальной дороге автомобиль после выключения двигателя через некоторое время остановится. Причиной изменения (уменьшения) скорости автомобиля является действие сил трения на автомобиль. Если на автомобиль не действовали никакие силы (со стороны дороги и воздуха), то он, имевший некоторую скорость, после выключения двигателя сохранил бы эту скорость постоянной. В реальных условиях избавится полностью от внешних воздействий на автомобиль невозможно. Поэтому равномерное движение автомобиля можно осуществить, если с помощью двигателя компенсировать действие дороги и воздуха.

Эти примеры являются доказательством того, что изменение скорости одного тела всегда вызывается действием на него других тел.

Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него не влияют другие тела (или влияние других тел компенсируется).

Первый закон Ньютона справедлив для инерциальных систем отсчета. Под системой отсчета мы подразумеваем, тело отсчета, связанное с системой координат и выбранным способом измерения времени. Системы отсчета, относительно которых тело при компенсации внешних воздействий движется прямолинейно и равномерно или находится в покое, называются инерциальными системами отсчета.

Само явление сохранения скорости (в частности, состояния покоя) при компенсации внешних воздействий называют инерцией.

Первый закон Ньютона. Инерциальная система отсчета.

Явление сохранения скорости тела при отсутствии внешних воздействий называется инерцией. Первый закон Ньютона, он же закон инерции, гласит: “существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущиеся тела сохраняют свою скорость постоянной, если на них не действуют другие тела”. Системы отсчета, относительно которых тела при отсутствии внешних воздействий движутся прямолинейно и равномерно, называются инерциальными системами отсчета. Системы отсчета, связанные с землей считают инерциальными, при условии пренебрежения вращением земли.

Материальная точка сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока внешнее воздействие не выведет его из этого состояния.

Всякое изменение состояния, любое ускорение, есть результат действия на движущееся тело со стороны других тел.

Экспериментальное задание: «Проверка законов отражения света».

Оборудование: оптический диск с осветителем, плоское зеркало.

Порядок выполнения задания.

1. В центре оптического диска укрепить плоское зеркало.

2. Направить от осветителя, на зеркало луч света под углом i к перпендикуляру,

проведенному к плоскости зеркала в точку падения луча (см. рис. 164, физика, VIII класс).

3. Показать, что угол отражения i' луча от зеркала равен углу падения i.

4. Повторить опыт при другом угле падения i на зеркало.

Билет 2

Билет 3

Билет 4

Билет 5

Билет 6

Билет 7

Билет 8

Билет 9

Билет10

Билет 11

Билет 12

Билет 13

Билет 14

Билет 15

Электрический ток в газах. Самостоятельный и несамостоятельный разряды. Плазма.

Газы в естественном состоянии не проводят электричества (являются диэлектриками), так как состоят из электрически нейтральных атомов и молекул. Проводниками могут быть только ионизированные газы, в которых содержатся электроны, положительные и отрицательные ионы.

Для того чтобы отделить электрон от атома, необходимо совершить работу, определяемую свойствами атома, т. е. израсходовать энергию ионизации W, обычно выражаемую в электрон-вольтах. Разность потенциалов, которую должен пройти электрон для приобретения энергии ионизации, называется потенциалом ионизации атома или молекулы.

Ионизация, возникающая под действием высоких температур называется термоионизацией различных излучений (ультрафиолетового, рентгеновского, радиоактивного) и космических лучей— фотоионизацией вследствие столкновения частиц между собой — ударной ионизацией.

Образовавшиеся вследствие ионизации электроны и ионы делают газ проводником электричества. Поскольку при ионизации молекулы газа образуется пара противоположно заряженных частиц: электрон и положительный ион, то свободные заряды в газе в основном имеют элементарный заряд е. (Для образования свободных зарядов 2е, Зе и т. д. необходима большая энергия, поэтому они встречаются гораздо реже.) Подчеркнем, что, сталкиваясь с нейтральными молекулами газа, свободные электроны могут присоединяться к ним, образуя и отрицательные ионы.

После прекращения действия ионизатора количество ионов в газе с течением времени уменьшается, так как электроны и ионы при тепловом движении соударяются друг с другом и превращаются в нейтральные атомы и молекулы. Процесс взаимной нейтрализации заряженных частиц называется рекомбинацией. При рекомбинации выделяется энергия, равная энергии, затраченной на ионизацию. Это может вызвать, например, свечение газа.

Явление прохождения электрического тока через газ называется газовым разрядом. Различают несамостоятельные и самостоятельные газовые разряды.

Газовые разряды, происходящие под действием внешнего ионизатора, называются несамостоятельными. В результате действия ионизатора в пространстве между пластинами конденсатора ежесекундно образуется определенное число пар разноименных свободных зарядов (положительных ионов и электронов). Заметим, что одновременно с ионизацией начинается процесс рекомбинации. Его скорость пропорциональна числу ионизированных частиц, поэтому со временем число вновь образованных заряженных частиц становится равным числу рекомбинировавших. Таким образом, устанавливается динамическое равновесие, при котором процессы ионизации и рекомбинации «уравновешивают» друг друга. Среднее число заряженных частиц в пространстве между пластинами с течением времени не изменяется.

Если между обкладками конденсатора создать постоянное электрическое поле, то все заряженные частицы, наряду с тепловым движением, под действием сил поля будут участвовать в направленном движении. Положительные ионы будут двигаться к катоду, а электроны — к аноду. Цепь замкнется, и амперметр покажет наличие в ней электрического тока.

При увеличении напряжения скорости движения частиц возрастают. Все большее число частиц будут достигать электродов, не успев рекомбинировать. Сила тока возрастает. Наконец, при определенном напряжении все частицы, образованные под действием ионизатора, будут достигать катода и анода. Процесс рекомбинации прекратится. С этого момента сила тока больше не изменяется: дальнейшее увеличение напряжения приводит лишь к увеличению скорости направленного движения частиц, но не их концентрации. Таким образом, достигается ток насыщения.

Резкое возрастание силы тока при дальнейшем увеличении напряжения указывает на то, что в пространстве между пластинами появляется дополнительное число свободных носителей заряда. Они возникают вследствие столкновения электронов с молекулами воздуха. Когда напряженность электрического поля в воздухе между обкладками конденсатора достигает десятков тысяч вольт на сантиметр, кинетическая энергия электронов становится достаточной для ударной ионизации, при которой электрон, сталкиваясь с нейтральным атомом, выбивает из него один или несколько «новых» электронов. Нейтральный атом превращается в положительный ион, и в газе появляются дополнительные носители заряда, которые увеличивают силу тока.

Поскольку ионы намного массивнее электронов, то под действием приложенного электрического поля они не достигают скоростей, достаточных для ударной ионизации молекул. Однако при бомбардировке поверхности катода ионами с нее выбиваются электроны, которые получили название вторичных электронов. Соответственно, явление выбивания электронов ионами с поверхности катода называется вторичной электронной эмиссией.

Если для образования свободных электронов используется нагревание катода, то говорят о явлении термоэлектронной эмиссии.

При ударной ионизации число образовавшихся электронов и ионов с течением времени возрастает в геометрической прогрессии, образуя так называемые электронную и ионную лавины. С возникновением лавин характер газового разряда меняется с несамостоятельного на самостоятельный поскольку свободные заряды в газе образуются самопроизвольно, без действия внешнего ионизатора. Если теперь убрать ионизатор, то газовый разряд при этом не исчезнет.

Газовый разряд, который продолжается после прекращения действия внешнего ионизатора, называется самостоятельным разрядом.

Процесс перехода несамостоятельного газового разряда в самостоятельный называется электрическим пробоем, а соответствующее ему напряжение U — напряжением пробоя.

Характер самостоятельного разряда определяется свойствами и состоянием газа, величиной и распределением приложенного напряжения, формой и расположением электродов.

Экспериментальное задание: «Определение коэффициента трения дерева по дереву».

Оборудование:деревянный брусок (80 — 100 г), деревянная доска, динамометр.

Порядок выполнения задания.

1. С помощью динамометра определить вес Р деревянного бруска.

2. Положить брусок на горизонтально расположенную деревянную доску иравномерно перемещать его по доске с помощью пружины динамометра. Определить
силу трения скольжения F_тр бруска по доске, равную F_ynp пружины.

3. Определить коэффициент трения дерева по дереву, учитывая, что F_давл = Р, по
формуле: Взаимодействие тел. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. - student2.ru