Потенциальная энергия взаимодействия заряда с полем.

Практическое занятие № 1

Наименование занятия:Кинематика механического движения..

Цель занятия: отработать навык решения задач по кинематике.

Подготовка к занятию: лекции № 1 – 2. Касьянов В.А. Физика. 10 класс. §1–12.

В-1

Задание на занятие:

1. а) Приведите примеры задач, в которых поезд можно считать материальной точкой.

б) Установите траекторию точки А относительно точек В и С на рисунке справа.

в) Мальчик вышел из дому и прошел по прямым улицам сначала два квартала - на восток, а затем 2 квартала - на север. Определите путь и модуль перемещения, если длина квартала 150 м.

2. Уравнения движения двух автомобилей и . Найти время и координату встречи автомобилей. Задачу решить графически.

3. Скорость поезда на подъеме 30 км/ч, а на спуске – 90 км/ч. Определите среднюю скорость поезда на всем участке пути, если спуск в два раза длиннее подъема.

4. Скорость лодки относительно воды 4 км/ч, а скорость течения 2 км/ч. За какое время лодка пройдет 12 км по течению реки? Против течения?

5. За какое время автомобиль, двигаясь из состояния покоя с ускорением 0,5 м/с², пройдет путь 30 м?

6. Мяч падает с начальной скоростью 5 м/с. Какой будет его скорость через 3 с после начала падения?

7. Колесо мотоцикла радиусом 0,25 м вращается с частотой 8 Гц. Какова скорость вращения колеса? Какой путь проехал мотоцикл, если колесо совершило 1000 оборотов?

8. По графику проекции скорости построить график проекции ускорения и график проекции перемещения тела.

В-2

Задание на занятие:

1. а) Приведите примеры задач, в которых поезд нельзя считать материальной точкой.

б) Установите траекторию точки А относительно точек В и С на рисунке справа.

в) Мячик упал с высоты 4 м, отскочил от земли и был пойман на половине высоты. Каков путь и модуль перемещения мячика?

2. Вдоль оси OX движутся два тела, координаты которых изменяются согласно формулам: и . В какой момент времени тела встретятся? Найдите координату точки встречи. Задачу решить графически.

3. Автомобиль ехал 5 ч со скоростью 80 км/ч, а на следующие 200 км потратил 7 ч. Какова средняя скорость автомобиля на всем пути?

4. Два автомобиля движутся навстречу друг другу со скоростями 90 км/ч и 60 км/ч относительно земли. Определите модуль скорости первого автомобиля относительного второго.

5. Электропоезд, отходящий от станции, в течении 0,5 мин двигался с ускорением 0,8 м/с2. Определите путь, который он прошел за это время, и скорость в конце этого пути.

6. Камень бросили вертикально вниз с начальной скоростью 5 м/с. С какой высоты бросили камень, если он падал 2 с?

7. Скорость точек экватора Юпитера при его вращении вокруг своей оси равна 2 км/с. Найти период вращения Юпитера вокруг своей оси и центростремительное ускорение точек экватора.

8. По графику проекции скорости построить график проекции ускорения и график проекции перемещения тела.

Содержание отчёта:

1. Записать наименование и цель занятия.

2. Ответить на контрольные вопросы и получить допуск к работе.

3. Выполнить задания.

Контрольные вопросы:записать формулы для вычисления:

1. скорости прямолинейного равномерного движения;

2. ускорения, скорости и перемещения при прямолинейном равноускоренном движении;

3. пути, скорости, ускорения при движении по окружности;

4. периода и частоты периодического движения

ПРИЛОЖЕНИЕ

Кинематика - раздел механики, в котором изучается механическое движение, без учета масс тел и причин, которые обеспечивают это движение.

Основная задача кинематики - описать движение тела в пространстве в зависимости от времени, не выясняя причин движения.

Материальная точка - модель тела, размерами которого в рассматриваемых условиях можно пренебречь.

Траектория - линия, вдоль которой движется тело.

Путь - длина траектории.

Перемещение - вектор, соединяющий начальное и конечное положения тела.

Средняя скорость перемещения равна отношению полного перемещения к промежутку времени, за которое это перемещение совершено.

Ускорение- векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости.

Равномерное движение – движение, при котором материальная точка за любые равные промежутки времени совершает равные перемещения.

Траектория равномерного прямолинейного движения - прямая линия.

Для физических величин характеризующих движение имеем:

Равноускоренным движением называют движение с ускорением, постоянным по модулю и направлению. При равноускоренном движении скорость тела изменяется, ускорение остается постоянным.

Для физических величин характеризующих движение имеем:

Скорость движения тела по окружности называют линейной скоростью. При равномерном движении по окружности модуль линейной скорости материальной точки со временем не изменяется, но изменяется ее направление.

Модуль линейной скорости равен отношению пройденного пути к промежутку времени.

Угловая скорость равна отношению угла поворота радиус-вектора к промежутку времени, за который этот угол пройден.

Связь между линейной и угловой скоростью определяется следующим равенством:

Практическое занятие № 2

Наименование занятия:Динамика механического движения.

Цель занятия: научиться применять законы Ньютона для решения задач.

Подготовка: лекция № 3. Касьянов В.А. Физика. 10 класс. § 14 – 21.

В-1

Задание на занятие:

1. На столе лежит брусок. Какие силы действуют на него? Почему брусок покоится? Изобразите силы графически.

2. а) Нарисуйте результирующую силу:

б) Тело массой 400 г соскальзывает с наклонной плоскости длиной 80 см, имея начальную скорость 2 м/с. Определить, какую скорость имело тело в конце наклонной плоскости, если равнодействующая всех сил, действующих на тело равна 1,25 Н.

3. Шар массой 1 кг сталкивается с шаром неизвестной массы. Полученные ими ускорения равны 0,2 и 0,4 м/с² соответственно. Определите значение силы их взаимодействия и массу второго шара. Трением пренебречь.

4. С какой силой притягиваются два вагона массой по 80 т каждый, если расстояние между ними 1 км?

5. На сколько удлинится рыболовная леска жесткостью 0.68 кН/м при поднятии вертикально вверх рыбы массой 250 г?

6. Масса человека 70 кг. Определите его вес и силу тяжести, действующую на него в кабине лифта: а) перед началом подъема; б) при торможении с ускорением 2 .

7. Брусок массой 4 кг лежит на столе, коэффициент трения равен 0.25. Какая сила трения действует на брусок, если его тянут в горизонтальном направлении с силой: а) 5 Н; б) 11 Н?

8. К концам шнура, перекинутого через блок, подвешены грузы с массами 100 г и 150 г. Найдите ускорения грузов, силу натяжения шнура и показания динамометра, на котором висит блок.

В-2

Задание на занятие:

1. Парашютист спускается, двигаясь равномерно и прямолинейно. Действие каких сил компенсируется? Сделайте чертеж.

2. а) Нарисуйте компенсирующую силу:

б) Покоящаяся хоккейная шайба массой 250 г после удара клюшкой, длящегося 0.02 с, скользит по льду со скоростью 30м/с. Определите среднюю силу удара.

3. Шар массой 1 кг сталкивается с шаром массы 2 кг, при этом второй шар получил ускорение равное 0,2 м/с². Определите значение силы их взаимодействия и ускорение первого шара. Трением пренебречь.

4. Определите силу тяготения между Землей и Солнцем, если массы их 6 кг и 2 кг соответственно и расстояние между ними 1.5 м.

5. Жесткость резинового жгута 140 Н/м. Какова жесткость половины этого жгута? Ответ обоснуйте.

6. Космическая ракета при старте с поверхности Земли движется вертикально с ускорением 18 . Найдите вес летчика-космонавта массой 70 кг в кабине при старте ракеты.

7. Брусок массой 4 кг лежит на столе, коэффициент трения равен 0.25. Какая сила трения действует на брусок, если его тянут в горизонтальном направлении с силой: а) 4 Н; б) 12 Н?

8. Грузовик, массой 4,5 т трогается с места и движется равноускоренно 500 м. Найти его скорость к концу разгона, если коэффициент трения 0,1. Сила тяги 6 кН.

Содержание отчёта:

1. Записать наименование и цель занятия.

2. Ответить на контрольные вопросы и получить допуск к работе.

3. Выполнить задания.

Контрольные вопросы:

1) Сформулировать законы Ньютона.

2) Записать формулы для вычисления

a) силы Всемирного тяготения;

b) силы тяжести;

c) силы упругости;

d) силы трения.

3)Какие вы знаете виды силы упругости; виды силы трения?

ПРИЛОЖЕНИЕ

Динамика- раздел механики, в котором исследуется влияние взаимодействия тел на их механическое движение.

Основная задача динамики - определить положение тела в любой момент времени по известным начальным условиям и силам, действующим на тело.

Сила - векторная физическая величина, мера воздействия на тело со стороны других тел или полей.

Законы Ньютона:

Первый закон Ньютона

Существуют такие системы отсчета относительно которых тело покоится или равномерно прямолинейно движется при отсутствии или компенсации внешних воздействий.

Второй закон Ньютона

Ускорение, приобретаемое материальной точкой в инерциальной системе отсчета пропорционально действующей на точку силе и обратно пропорционально ее массе и по направлению совпадает с силой.

Третий закон Ньютона

В инерциальной системе отсчета силы, с которыми две материальные точки действуют друг на друга, направлены вдоль одной прямой, соединяющей эти точки. Эти силы равны по модулю и противоположны по направлению.

I. Закон всемирного тяготения:

Между двумя материальными точками действуют силы взаимного притяжения, пропорциональные произведению масс точек, обратно пропорциональные квадрату расстояния между ними.

Сила, с которой Земля притягивает тела, называется силой тяжести.

II. Сила упругости

- сила, возникающая при деформации тела и противодействующая этой деформации.

Закон Гука: При упругой деформации растяжения (или сжатия) модуль силы упругости прямо пропорционален абсолютному значению изменения длины тела.

Виды силы упругости:

1. Сила реакции опоры ( )возникает в опоре тогда, когда тело деформирует ее, притягиваясь к Земле. Эта сила направлена вверх и приложена к телу, сжимающему опору.

2. Вес ( )–это сила, с которой тело действует на опору или подвес вследствие тяготения к Земле. Вес направлен вниз и приложен к опоре.

3. Сила нормального давления ( )действует, например, на наклонную плоскость со стороны тела, притягивающегося к Земле. Эта сила направлена по нормали (перпендикулярно) к поверхности и приложена к телу.

4. Сила натяжения нити ( )возникает в нити при ее растяжении под влиянии тела, тяготеющего к Земле. Эта сила приложена к телу.

5. Архимедова сила ( ) –это сила, которая возникает в жидкости или газе при их сжатии телом, тяготеющем к Земле. Архимедова сила приложена к телу и является ответной реакцией жидкости (газа) на силу нормального давления (вес) тела.

III. Трение

- взаимодействие между соприкасающимися телами, препятствующее их относительному перемещению.

Виды силы трения:

1.Сила трения покоя - сила, препятствующая движению одного тела по поверхности другого.

2.Трение скольжения - трение, характеризующееся относительным перемещением соприкасающихся тел.

3.Сила трения качениядействует на колеса, катки, катящиеся бревна и т.д.

4. Жидкое трениевозникает при движении в жидкостях или газах.

Практическое занятие № 3

Наименование занятия:Законы сохранения в механике.

Цель занятия: совершенствование в решении задач по теме «Законы сохранения».

Подготовка: лекция № 4. Касьянов В.А. Физика. 10 класс. §22 – 29.

В-1

Задание на занятие:

1. а) С какой скоростью должна лететь хоккейная шайба массой 150 г, чтобы её импульс был равен импульсу пули массой 7 г, летящей со скоростью 600 ?

б) Автомобиль массой 1т, тронувшись с места, разогнался до скорости 20 за 10 с. Чему равен модуль силы, которая разгоняла автомобиль.

2. Вагон массой 30 т, движущийся со скоростью 0.3 , нагоняет вагон массой 35 т, движущийся со скоростью 0.2 . Какова скорость вагонов после взаимодействия, если удар неупругий?

3. Какую работу совершает человек, поднимающий груз массой 2кг на высоту 1,5 м с ускорением 3 .

4. На какую высоту за минуту может поднять 400 воды насос, развивающий мощность кВт?

5. Импульс тела равен 10 , а кинетическая энергия 20 Дж. Найти массу и скорость тела.

6. Длина недеформированной пружины равна 15 см. В результате деформации ее длина удвоилась. Какой запас энергии получила пружина, если ее жесткость 400 Н/м?

7. Камень брошен вертикально вверх с начальной скоростью 10 . На какой высоте кинетическая энергия камня равна его потенциальной энергии?

8. Пять кирпичей одинаковой длины кладут без раствора один на другой так, что очередной кирпич выступает над нижележащим. На какое наибольшее расстояние может выступать правый край самого верхнего кирпича над правым краем самого нижнего кирпича?

В-2

Задание на занятие:

1. а) Найдите импульс грузового автомобиля массой 12 т, движущегося со скоростью 40 км/ч, и легкового автомобиля массой 1т, движущегося со скоростью 22 м/с.

б) Тело массой 1 кг изменило свою скорость на 2 . Определите импульс силы действующий на тело?

2. Стальной шар движется со скоростью 1 , а алюминиевый шар того же радиуса – со скоростью 4 м/с. Какой из шаров имеет больший импульс? Во сколько раз?

3. Транспортер, длина которого 10 м, перемещает груз массой 2 т. Какая работа свершается при равномерном подъеме груза, если лента транспортера наклонена к горизонту под углом в 30º? Сопротивлением движению пренебречь.

4. Определите мощность, развиваемую подъемным краном при равномерном подъеме груза массой 2,5 т на высоту 15 м за 2,5 мин.

5. Какова кинетическая энергия тела массой 3 кг, падающего свободно с высоты 5 м, на расстояние 2 м от поверхности Земли?

6. На какой высоте потенциальная энергия груза массой 2 т равна 10 кДж?

7. Тело свободно падает на землю с высоты 25м. Пренебрегая сопротивлением воздуха определите его скорость при ударе о землю?

8. Однородная тонкая пластина имеет форму круга радиусом R, в котором вырезано круглое отверстие радиусом R/2 (см. рисунок). Где находится центр тяжести пластины?

Содержание отчёта:

1. Записать наименование и цель занятия.

2. Ответить на контрольные вопросы и получить допуск к работе.

3. Выполнить задания.

Контрольные вопросы:

1. Что называется импульсом тела и импульсом силы?

2. Сформулировать закон сохранения импульса.

3. Дать определение потенциальной энергии. Записать формулы для расчета.

4. Дать определение кинетической энергии. Записать формулу для расчета. Теорема о кинетической энергии.

5. Сформулировать закон сохранения полной механической энергии.

6. Дать определение мощности.

7. Абсолютно упругое и абсолютно неупругое столкновение.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Импульс материальной точки:

Импульс силы:

Закон сохранения импульса:если сумма внешних сил равна нулю, то импульс системы сохраняется.

Абсолютно неупругий удар - столкновение тел, в результате которого тела движутся как единое целое.

Абсолютно упругий удар - столкновение, при котором деформация тел оказывается обратимой, т.е. исчезающей после прекращения взаимодействия.

Работа постоянной силы равна произведению модулей векторов силы и перемещения на косинус угла между этими векторами.

Работа силы тяжести-не зависит от траектории движения тела и всегда равна изменению потенциальной энергии с противоположным знаком.

Работа силы упругости-равна изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком

Мощность – работа совершенная за единицу времени:

Энергия -величина, определяемая состоянием системы – положением тел и их скоростями; изменение энергии при переходе системы из одного состояния в другое равно работе внешних сил.

Кинетическая энергия-энергия, которой обладает тело, вследствие своего движения.

Теорема о кинетической энергии:

Потенциальная энергия -энергия, обусловленная взаимодействием различных тел или частей одного тела.

Потенциальная энергия тела, поднятого на высоту, намного меньше радиуса Земли	Потенциальная энергия деформированного тела	Потенциальная энергия гравитационного взаимодействия

Закон сохранения энергии: Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения или силами упругости, остается неизменной при любых движениях тел системы.

Практическое занятие № 4

Наименование занятия:Механические колебания и волны.

Цель занятия: отработать навык решения задач по теме.

Подготовка: лекция № 5. Касьянов В.А. Физика. 10 класс. § 50 – 53.

Задание на занятие:

В-1

1. Как будет меняться период колебаний ведерка с водой, подвешенного на длинном шнуре, если из отверстия в его дне постепенно будет вытекать вода?

2. Определите период и частоту колебаний материальной точки, совершившей 50 полных колебаний за 20 с.

3. Найдите массу груза, который на пружине жесткостью 250 Н/м делает 20 колебаний за 16 секунд.

4. Как относятся длины математических маятников, если за одно и то же время один из них совершает 10, а другой 30 колебаний?

5. По графику, приведенному на рисунке, найдите амплитуду, период и частоту колебаний. Напишите уравнение гармонических колебаний.

6. Напишите закон гармонических колебаний, если амплитуда колебаний 1,2 м, а частота колебаний 0,2 Гц.

7. Лодка качается на волне с частотой 0,5 Гц. Какова скорость этой волны, если расстояние между соседними гребнями равно 3 м?

8. Реактивный самолет пролетел со скорость, в два раза превышающей скорость звука, на высоте 5 км над наблюдателем. На каком расстоянии от наблюдателя был был самолет, когда человек услышал звук?

В-2

1. Наливая воду в термос, мы слышим звук. Как меняется его тон по мере заполнение термоса?

2. Колеблющаяся от ветра ветка каждые 2 секунды ударяет в оконное стекло. Найдите период и частоту колебаний ветки.

3. Пружина под действием прикрепленного к ней груза массой 5 кг совершает 45 колебаний в минуту. Найдите коэффициент жесткости пружины.

4. Определите ускорение свободного падения на луне, если маятниковые часы идут на её поверхности в 2,46 раза медленнее, чем на Земле.

5. По графику, приведенному на рисунке, найдите амплитуду, период и частоту колебаний. Напишите уравнение гармонических колебаний.

6. Напишите закон гармонических колебаний, если амплитуда колебаний 5 см, а период колебаний 1с.

7. Какова скорость звука в материале, в котором звуковые волны с частотой 900 Гц имеют длину волны 5 м?

8. Гоночный автомобиль с включенной сиреной мчится со скоростью 306 км/ч. Частота колебаний сирены 400 Гц. Впереди и на обочине стоит другой автомобиль с точно такой же включенной сиреной. Каждый из водителей различает звук сирены другого автомобиля, потому что он выше, чем звук его собственной сирены. Кто из них слышит более высокий звук? Какова частота этого звука?

Содержание отчета:

1. Записать наименование и цель занятия.

2. Ответить на контрольные вопросы и получить допуск к работе.

3. Выполнить задания.

Контрольные вопросы:

1. Дать определение и назвать единицы измерения периода и частоты колебаний.

2. Как рассчитать период колебаний пружинного и математического маятника?

3. Записать уравнение гармонических колебаний.

4. Как рассчитать скорость волны? Чему равна скорость звука в воздухе?

ПРИЛОЖЕНИЕ

Колебания– процессы (изменения состояния), обладающие той или иной повторяемостью во времени.

Механические колебания – движения, которые точно или приблизительно повторяются во времени. Колебания называются периодическими, если значения физических величин, изменяющихся в процессе колебаний, повторяются через равные промежутки времени.

Для возникновения колебания тело необходимо вывести из положения равновесия, сообщив либо кинетическую энергию (удар, толчок), либо – потенциальную (отклонение тела).

Свободные колебания — это колебания, которые возникают в системе под действием внутренних сил, после того как система была выведена из положения устойчивого равновесия. В реальной жизни все свободные колебания являются затухающими (т.е. их амплитуда, размах, уменьшается с течением времени).

Вынужденные колебания – колебания, которые происходят под действием внешней периодической силы.

Период [T]— время, за которое совершается одно полное колебание. Выражается в секундах (с).

Частота [n] — число полных колеба­ний за единицу времени. В СИ измеряется в герцах (Гц).

Циклическая (или круговая) частота - ω = 2πν.

Она связана с периодом отношением

Гармонические колебания – это колебания, при которых колеблющаяся величина изменяется по закону синуса или косинуса. Смещение определяется формулой

Математический маятник – тело небольших размеров, подвешенное на тонкой нерастяжимой невесомой нити длиной l

	Математический маятник	Пружинный (физический) маятник
Период
Частота
Циклическая частота

Если в каком-нибудь месте твердой, жидкой или газообразной среды возбуждены колебания частиц, то вследствие взаимодействия атомов и молекул среды колебания начинают передаваться от одной точки к другой с конечной скоростью. Процесс распространения колебаний в среде называется волной.

Если T – период волны, а υ – скорость ее распространения, то длина волны

Громкость звука зависит от потока энергии или интенсивности звуковой волны.

Звуковое давление зависит от амплитуды колебаний давления в звуковой волне. Порог слышимости соответствует значению давления порядка 10^–10 атм ≈ 10^–5 Па. Болевой порог соответствует значению давления порядка 10^–4 атм ≈ 10 Па.

Практическое занятие № 5

Наименование занятия:Агрегатные состояния вещества. Капиллярные явления.

Цель занятия: применение теоретических знаний для решения задач.

Подготовка к занятию: лекция № 6. Касьянов В.А. Физика-10 § 38.

Задание на занятие:

1. Почему после купания даже в самую сильную жару человек ощущает прохладу?

2. Что быстрее потушит пламя кипяток или холодная вода?

3. Если слить вместе 100 мл спирта и 100 мл воды, объем раствора окажется меньше 200 мл. Почему? Можете ли вы проиллюстрировать свой ответ простым примером или опытом?

4. Олово легко расплавить. Почему же нельзя выдувать из него изделия, как это делают из стекла?

5. Почему чернилами нельзя писать на жирной бумаге?

6. Перед пайкой поверхности тщательно обезжиривают и очищают от грязи и оксидов. Зачем это делают?

7. Почему водоплавающие птицы не тонут?

8. Почему ртуть не смачивает стекло?

9. Почему брызги воды, приобретают сферическую форму?

10. На какую высоту поднимется вода по капиллярам кирпичной стены, если их радиус в среднем равен 1 мкм? ( )

11. Круглая рамка, охватывающая поверхность площадью 40 см², затянута мыльной плёнкой. Чему равна сила поверхностного натяжения, если коэффициент поверхностного натяжения мыльного раствора равен 0,04 Н/м?

Содержание отчёта:

1. Записать наименование и цель занятия.

2. Ответить на контрольные вопросы и получить допуск к работе.

3. Выполнить задания.

Контрольные вопросы:

1) Какие вы знаете свойства жидкости?

2) В каком агрегатном состоянии вещества энергия его молекул сравнима с ?

3) Что такое анизотропия кристаллов? Что такое полиморфизм?

4) Как рассчитать силу поверхностного натяжения жидкости?

5) Что такое капилляр? Как рассчитать высоту жидкости в капилляре?

ПРИЛОЖЕНИЕ

Агрегатные состояния вещества - состояния одного и того же вещества в различных интервалах температур и давлений.
Основными агрегатными состояниями вещества считают газообразное, жидкое и твердое состояния, переходы между которыми обычно сопровождаются скачкообразными изменениями плотности, энтропии и других физических свойств. Четвертым агрегатным состоянием вещества считают плазму.
Существование у вещества нескольких агрегатных состояний обусловлено различиями в тепловом движении его молекул/атомов и в их взаимодействии.

Поверхностное натяжение, стремление вещества (жидкости или твердой фазы) уменьшить избыток своей потенциальной энергии на границе раздела с другой фазой (поверхностную энергию).

Коэффициент поверхностного натяжения — величина, численно равная работе, совершенной молекулярными силами при изменении площади свободной поверхности жидкости на 1 м² при постоянной температуре. Согласно другому определению, поверхностное натяжение – сила, отнесенная к единице длины контура, ограничивающего поверхность раздела фаз (размерность Н/м); эта сила действует тангенциально к поверхности и препятствует ее самопроизвольному увеличению.

Единицей коэффициента поверхностного натяжения в СИ является джоуль на квадратный метр (Дж/м²) или ньютон на метр (Н/м).

Вблизи границы между жидкостью, твердым телом и газом форма свободной поверхности жидкости зависит от сил взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела (взаимодействием с молекулами газа (или пара) можно пренебречь). Если эти силы больше сил взаимодействия между молекулами самой жидкости, то жидкость смачивает поверхность твердого тела (1). В этом случае жидкость подходит к поверхности твердого тела под некоторым острым углом θ, характерным для данной пары жидкость – твердое тело. Угол θ называется краевым углом. Если силы взаимодействия между молекулами жидкости превосходят силы их взаимодействия с молекулами твердого тела, то краевой угол θ оказывается тупым. В этом случае говорят, что жидкость не смачивает поверхность твердого тела (2). При полном смачиванииθ = 0, при полном несмачивании θ = 180°.

Капиллярными явлениями называют подъем или опускание жидкости в трубках малого диаметра – капиллярах. Смачивающие жидкости поднимаются по капиллярам, несмачивающие – опускаются.

Пусть дана капиллярная трубка некоторого радиуса r, опущенная нижним концом в смачивающую жидкость плотности ρ. Верхний конец капилляра открыт. Подъем жидкости в капилляре продолжается до тех пор, пока сила тяжести, действующая на столб жидкости в капилляре, не станет равной по модулю результирующей F_н сил поверхностного натяжения, действующих вдоль границы соприкосновения жидкости с поверхностью капилляра: , где , .

Отсюда следует:

При полном смачивании θ = 0, cos θ = 1. В этом случае:

При полном несмачивании θ = 180°, cos θ = –1 и, следовательно, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Практическое занятие № 6

Наименование занятия:Молекулярно-кинетическая теория (МКТ) идеального газа.

Цель занятия: применение теоретических знаний для решения задач.

Подготовка к занятию: лекция № 7. Касьянов В.А. Физика-10 § 37, 39–44.

В-1

Задание на занятие:

1. Сколько молекул содержится в углекислом газе (CO₂) массой 20 г?

2. Рассчитайте давление, которое производят молекулы газа на стенки сосуда, если масса газа 3 г, объём 0,5×10^-3 м³, а средняя квадратичная скорость молекул 500 м/с.

3. Какова средняя квадратичная скорость молекул гелия при 27 °C?

4. В процессе изохорного охлаждения давление газа уменьшилось в 3 раза. Какой была начальная температура газа, если конечная температура стала равной 27 °C?

5. При давлении 10⁵ Па и температуре 15 °C воздух имеет объем 2 л. При каком давлении воздух данной массы займет объем 4 л, если температура его станет равной 20 °C?

6. Баллоны электрических ламп заполняют азотом при давлении 52 кПа и температуре 290 К. Каким станет давление в горящей лампе в момент, когда температура газа достигнет 630 К?

7. Чему равно давление углекислого газа на стенки сосуда, если известно, что его температура 700 К?

8. На рисунке дан график изменения состояния идеального газа в координатах V – T. Представьте этот процесс на графиках в координатах p – V и p – T.

9. Оцените диаметр атома углерода, зная значение плотности алмаза, которая равна 3515 кг/ м³.

В-2

Задание на занятие:

1. Найти число атомов в свинцовом предмете массой 234 г.

2. Определите, при какой температуре средняя квадратичная скорость молекул кислорода равна 500 м/с.

3. Сколько молекул содержится в 2 м³ газа при давлении 150 кПа и температуре 27 °C?

4. В баллоне объемом 200 л находится гелий под давлением 100 кПа при температуре 17 °C. После подкачивания гелия его давление поднялось до 300кПа, а температура увеличилась до 47 °C. На сколько увеличилась масса гелия?

5. В процессе изобарного охлаждения объем идеального газа уменьшился в 2 раза. Какова конечная температура газа, если его начальная температура равна 819 °C? Масса газа постоянна.

6. Давление в резиновой покрышке 405,3 кПа при температуре 20 °C. Каким будет давление в этой покрышке, если температуру повысить на 28 °C ?

7. Определите массу кислорода в баллоне, если известно, что давление, которое он оказывает на стенки баллона при температуре 40 °C равно 840 кПа. Число молекул равно постоянной Авогадро.

8. На рисунке дан график изменения состояния идеального газа в координатах p – T. Представьте этот процесс в координатах p – V и V – T.

9. В озеро, имеющее среднюю глубину 10 м и площадь поверхности 20 км², бросили кристаллик поваренной соли массой 0,01 г. Сколько молекул соли оказалось бы в наперстке воды объемом 2 см³, зачерпнутой из озера, если полагать, что соль, растворившись, рвномерно распределилась во всем объеме воды?

Содержание отчёта:

1. Записать наименование и цель занятия.

2. Ответить на контрольные вопросы и получить допуск к работе.

3. Выполнить задания.

Контрольные вопросы:

1. Сформулировать основные положения МКТ.

2. Записать число Авогадро. Как рассчитать число молекул вещества?

3. Записать зависимость температуры от средней кинетической энергии. Чему равна постоянная Больцмана? Как перевести значение температуры, выраженной в градусах Цельсия в Кельвины?

4. Записать основное уравнение МКТ и универсальную газовую постоянную.

5. Сформулировать газовые законы для данной массы газа.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Молекулярно-кинетической теорией называют учение о строении и свойствах вещества на основе представления о существовании атомов и молекул как наименьших частиц химического вещества.
В основе молекулярно-кинетической теории лежат три основных положения:

1. Любое вещество состоит из мельчайших частиц — молекул и атомов. Они расположены в пространстве дискретно, то есть на некоторых расстояниях друг от друга.

2. Атомы или молекулы вещества находятся в состоянии беспорядочного движения , которое никогда не прекращается.

3. Атомы или молекулы вещества взаимодействуют друг с другом силами притяжения и отталкивания, которые зависят от расстояний между частицами.

Атом — это наименьшая частица данного химического элемента, сохраняющая все его химические свойства. Химических элементов не так много — все они сведены в таблицу Менделеева.

Молекула — это наименьшая частица данного вещества (не являющегося химическим элементом), сохраняющая все его химические свойства. Молекула состоит из двух или более атомов одного или нескольких химических элементов.

Количество вещества-физическая величина, характеризующая количество однотипных структурных единиц, содержащихся в веществе.

МОЛЬ - это количество вещества, равное 6,02^.10²³ структурных единиц данного вещества – молекул (если вещество состоит из молекул), атомов (если это атомарное вещество), ионов (если вещество является ионным соединением).

Основное уравнение МКТ:

Уравнение состояния идеального газа:

, при

Изопроцессы и газовые законы:

Практическое занятие № 7

Наименование занятия:Термодинамика.

Цель занятия: применение теоретических знаний для решения задач.

Подготовка к занятию: лекция № 8. Касьянов В.А. Физика-10 § 45-49.

В-1

Задание на занятие:

1. Может ли повыситься температура газа без его нагревания, т.е. без теплопередачи?

2. Рассчитать изменение внутренней энергии воздуха массой 5 кг при нагревании от 10 до 30 . Молярную массу воздуха следует принять равной 4 г/моль.

3. Найдите работу идеального газа при изобарном расширении от начального объёма 10 л до конечного 15 л, если давление газа 10⁴ Па постоянно. Вычислите изменение внутренней энергии газа.

4. Водород массой 20 г нагревается изобарно от температуры 300 К до температуры 350 К. Какую работу совершает газ при этом нагревании? Найдите изменение его внутренней энергии в результате этого процесса.

5. С какой скоростью (в м/с) должна лететь свинцовая пуля, чтобы расплавиться при ударе о стену? Температура летящей пули 120 °С. Считать, что всё количество теплоты, выделившееся при ударе, пошло на нагревание и плавление пули. Удельная теплоемкость и удельная теплота плавления свинца равны соответственно 126 Дж/(кг•°С) и 300 кДж/кг. Температура плавления свинца равна 327 °С.

6. В идеальной тепловой машине за счёт каждого килоджоуля энергии, получаемой от нагревателя, совершается работа 400 Дж. Определите КПД машины и температуру нагревателя, если температура холодильника 300 К.

7. Какое количество теплоты было подведено к идеальному газу, если работа, совершаемая газом при изобарном расширении, составляет 3,8 кДж?

8. Газ переводится из состояния 1 в состояние 2 двумя различными способами: 1-а-2; 1-б-2.

а) В каком из этих случаев совершается большая работа? Во сколько раз отличаются работы?

б) Какому состоянию газа соответствует наименьшая температура?

В-2

Задание на занятие:

1. Почему для изобарного нагревания газа требуется большее количество теплоты, чем для изохорного на столько же Кельвин?

2. Рассчитать изменение внутренней энергии гелия массой 7 кг при нагревании от 23 до 50 .

3. Для изобарного нагревания газа, количество которого равно 830 моль, на 750 К газу сообщили количество теплоты, равное 6,5 МДж. Определите работу газа и изменение его внутренней энергии.

4. Найдите работу идеального газа при изобарном сжатии от начального объёма 40 л до конечного 15 л, если давление газа 10⁴ Па постоянно. Вычислите изменение внутренней энергии газа.

5. С какой высоты должен упасть кусок льда, имеющий температуру -1 , чтобы при ударе о землю он полностью расплавился? Удельная теплоемкость и удельная теплота плавления льда равны соответственно 2100 Дж/(кг•°К) и 332 кДж/кг. Температура плавления льда равна 0 °С.

6. Какое количество теплоты получил азот массой 6 г при изобарном нагревании на 100К?

7. В идеальной тепловой машине за счёт каждого килоджоуля энергии, получаемой от нагревателя, совершается работа 600 Дж. Определите КПД машины и температуру нагревателя, если температура холодильника 200 К.

8. При изобарном нагревании объем гелия увеличился в 3 раза

(см.рис.). Какую работу совершил газ? Какое количество теплоты ему передано? Масса гелия 12 г, начальная температура равна -123 °C.

Содержание отчёта:

1. Записать наименование и цель занятия.

2. Ответить на контрольные вопросы и получить допуск к работе.

3. Выполнить задания.

Контрольные вопросы:

1. Как рассчитать значение внутренней энергии идеального газа?

2. Записать формулу работы идеального газа при изобарном нагревании?

3. Как рассчитать количество теплоты нагревания, плавления, парообразования?

4. Сформулируйте первый закон термодинамики.

5. Сформулируйте второй закон термодинамики.

6. Записать формулу для расчёта КПД тепловой машины.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Термодинамика — наука о наиболее общих свойствах макроскопических физических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия и о процессах перехода между этими состояниями.

Внутренняя энергия тела - это суммарная кинетическая энергия движения молекул тела и потенциальная энергия их взаимодействия.

· Для идеального газа :

· Для реального газа :

Количество теплоты-часть внутренней энергии, теряемой или приобретаемой телом при теплопередаче.

Нагревание (охлаждение):

Плавление (отвердевание):

Парообразование (конденсация):

Горение топлива:

Работа в термодинамике-процесс изменения внутренней энергии системы, связанный с перемещением ее частей друг относительно друга.

· Изохорный процесс (1) :

· Изобарный процесс (2) :

· Изотермический процесс (3):

Первый закон термодинамики:

Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе:

Второй закон термодинамики:

Невозможно передать тепло от холодной системе к горячей без изменений в них или в окружающих телах.

Тепловой двигатель-устройство для преобразования внутренней энергии в механическую.

КПД тепловой машины:

КПД идеальной тепловой машины:

Применение I начала термодинамики к изопроцессам:

1.

2.

3.

Практическое занятие № 8

Наименование занятия:Силовой аспект электростатики.

Цель занятия: применение теоретических знаний для решения задач.

Подготовка: лекция №9. Касьянов В.А. Физика-10 § 54-61.

В-1

Задание на занятие:

1. Известно, что при трении янтаря о шёлк электроны переходят с шёлка на янтарь. Определить знак заряда янтаря. Сколько электронов перешло на янтарь, если его заряд q= ? (Заряд электрона )

2. Электрон влетел в электрическое поле напряженностью 43кВ/м. Найти ускорение, с которым он двигался.

3. Рассчитать напряжённость электрического поля заряда 4 нКл, находящегося в вакууме, на расстоянии 1 см от него. Изобразить на рисунке направление вектора напряженности.

4. Какой заряд должна иметь пылинка массой 0.1 мг, чтобы она «висела» в направленнов вверх электростатическом поле напряженностью 1кН/Кл?

5. Нарисуйте линии напряженности электрического поля ,образованного двумя точечными разноименными зарядами неодинаковой величины.

6. Найдите значение каждого из двух одинаковых зарядов, если в масле на расстоянии 10 см они взаимодействуют с силой 0,5 мН.

7. На нитях длиной 1 м, закрепленных в одной точке, подвешены 2 одиноковых шарика массой 4,3 г каждый. Если сообщить шарикам одинаковые одноименные заряды, то нити образуют угол в 30 . Найти заряд каждого шарика.

В-2

Задание на занятие:

1. Два отрицательно заряженных шарика взаимодействуют друг с другом с силами 2,34 мН. Найти число избыточных электронов на каждом шарике, если они находятся на расстоянии 22 см друг от друга. (Заряд электрона )

2. Рассчитайте силы взаимодействия одинаковых зарядов , расположенных на расстоянии 5 см в вакууме. Изобразить на рисунке направление сил.

3. На расстоянии 3 см от заряда в 14 нКл, находящегося в жидком диэлектрике, напряженность поля равна 28 кВ/м. Какова диэлектрическая проницаемость жидкости?

4. С каким ускорением движется протон в электрическом поле с напряженностью 40 клН/Кл?

5. Нарисуйте линии напряженности электрического поля ,образованного двумя точечными одноименными зарядами неодинаковой величины.

6. С какой силой отталкиваются заряды 1 нКл и 3 нКл, помещённые в воду на расстоянии 20 см друг от друга. Диэлектрическая проницаемость воды .

7. Заряды +q и –q расположены в точках А и В соответственно.Заряд q/2 помещают сначала в точку С, а затем в точку D. Сравнить силы (по модулю), действующие на этот заряд, если расстояние между точками одинаково.

D

В

А

С

Содержание отчёта:

1. Записать наименование и цель занятия.

2. Ответить на контрольные вопросы и получить допуск к работе.

3. Выполнить задания.

Контрольные вопросы:

1. Что является источником электрического поля?

2. Виды электризации тел.

3. По какой формуле можно рассчитать силу взаимодействия зарядов?

4. Дайте определение напряжённости электрического поля. В каких единицах измеряют напряженность? Изобразите на рисунке направление вектора напряжённости электрического поля для положительного и для отрицательного заряда.

5. Диэлектрики. Виды диэлектриков. Что такое силовые линии эл. поля?

6. Как взаимодействуют одноимённые и разноимённые заряды?

7. Сформулируйте закон сохранения заряда.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Электростатика– наука о неподвижных и связанных с ними неизменяющихся электрических полях.

Электрический заряд - физическая величина определяющая электромагнитное взаимодействие.

Электроскоп– прибор для обнаружения заряда.

Электрометр– прибор для выявления и измерения электрических зарядов.

Силовой аспект.

Если частицы взаимодействуют друг с другом силами, которые убываю с увеличением расстояния так же как и силы всемирного тяготения, но превышают их во много раз, то говорят что эти частицы имеют электрический заряд.А сами называются заряженными.

Взаимодействие между заряженными частицами называется электромагнитным.

Виды электрических зарядов:

+	-
Стекло потертое и шелк (недостаток )	Эбонит потертый о шерсть (избыток )

Взаимодействие электрических зарядов:

-

-

+

+

-

+

Законы:

Закон сохранения заряда.

В изолированной системе алгебраическая зарядов всех частиц сохраняется.

Закон Кулона.

Если расстояние между телами во много раз больше их размеров, то ни форма, ни размеры заряженных тел существенно не влияют на взаимодействие между ними. В таком случае заряженные частицы считаются точечными зарядами.

(Для точечных зарядов вакууме)

Коэффициент пропорциональности, численно равный силе взаимодействия единичных зарядов на расстоянии равном единице длинны.

Электрическое поле – электрическое поле неподвижных зарядов. Оно не меняется со временем. Оно существует в пространстве и неразрывно с ним связанно.

Напряженность – силовая характеристика поля в точке пространства [Е]=Н/Кл.

Направление:

+

-

А

А

Принцип суперпозиции полей:

-

+

A

Силовые линии:

Непрерывные линии касательная к которым в каждой точке, через которую они проходят совпадают с векторами напряженности.

· умозрительны;

· вектор напряженности направлен по касательной к силовым линиям;

· линии строятся на основе принципа суперпозиции;

· поле однородное если напряженность одинакова во всех точках (линии параллельны);

· густота силовых линий больше вблизи заряженных тел, где напряженность также больше.

Практическое занятие № 9

Наименование занятия:Энергия электрического поля.

Цель занятия: применение теоретических знаний для решения задач.

Подготовка: лекция № 10. Касьянов В.А. Физика-10 § 62-66.

В-1

Задание на занятие:

1. Какую опасность представляют обесточенные цепи с имеющимися в них конденсаторами? Что необходимо предпринять после размыкания цепи?

2. Электрическое поле совершает работу в 45 мкДж при перемещении заряда между точками с разностью потенциалов 2,5 МВ. Чему равен этот заряд?

3. В однородном электрическом поле напряженностью 4,5 кВ/м переместили заряд 45000 пКл. Найдите изменение потенциальной энергии заряда, работу поля и разность потенциалов между начальной и конечной точками перемещения.