Домашняя контрольная работа № 2

Вариант № 1

Теоретические вопросы:

1. Переменный электрический ток. Законы Ома для цепи переменного тока.

2. Соотношение неопределённостей Гейзенберга.

Задачи:

1. Определить индукцию магнитного поля двух длинных прямых параллельных токов I₁ = 0,2А и I₂ = 0,4А в точке, лежащей на про­должении прямой, соединяющей провода с токами, на расстоянии r₂ = 2 см от второго провода. Расстояние между проводами L = 10 см.

 

2. В магнитное поле индукцией В = 50 мкТл перпендикулярно линиям поля помещен провод длиной L = 10 см. Найти силу, с которой поле действует на провод, если по нему течет ток I = 2 A.

 

3. Колебательный контур состоит из плоского конденсатора с площадью пластин S = 50 см², разделенных слюдой толщиной d = 0,1 мм и катушки с индуктивностью L =10^-3 Г. Определить период колебаний в контуре.

 

4. На дифракционную решетку, имеющую 400 штрихов на 1 мм, падает нормально монохроматический свет длиной волны λ = 700 нм. Определить угол отклонения лучей, соответствующих первому дифракционному максимуму.

 

5. Энергия, приносимая солнечными лучами на Землю в течение года, равна 5,6∙10²⁴ Дж. На сколько изменилась бы масса Земли за год, если бы она не излучала энергию в пространство?

 

6. Вычислить энергию ядерной реакции: ₄Ве⁹ + ₂Не⁴ → 3₂Не⁴+ ₀n¹
Выделяется или поглощается эта энергия?

 

Вариант № 2

Теоретические вопросы:

1. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Система уравнений Максвелла.

2. Явление вращения плоскости поляризации.

Задачи:

1. Два длинных прямых провода, по которым текут в противоположных направлениях токи I₁ = 0,2 А и I₂ = 0,4 А, расположены на расстоянии L = 14 см друг от друга. Найти индукцию магнитного поля на линии, соединяющей проводники, в точке, удаленной от первого провода на r₁ = 4 см.

 

2. Протон влетает в однородное магнитное поле с индукцией В = 2 мТл перпендикулярно силовым линиям со скоростью υ = 2∙10 ^{6 .} С каким ускорением движется протон?

 

3. Определить расстояние между пластинами воздушного конденсатора, если колебательный контур, состоящий из конденсатора с площадью обкладок S = 50 см² и катушки с индуктивностью L = 1 мкГн, резонирует на радиоволну с длиной волны = 40 м.

 

4. На дифракционную решетку, имеющую 100 штрихов на 1мм, нормально падает свет с длиной волны λ = 500нм. Определить углы, под которыми наблюдаются максимумы первого и третьего порядка.

 

5. При переходе электрона в атоме водорода с одного энергетического уровня на другой излучается квант света с энергией ε = 1,89 эВ. Определить длину волны излучения.

 

6. Сколько выделяется энергии при образовании ядра атома гелия ₂Не⁴.

 

Вариант № 3

Теоретические вопросы:

1. Движение заряженной частицы в магнитном поле.

2. Квантовые свойства света. Давление света. Фотоэффект. Эффект Комптона.

Задачи:

1. Найти индукцию магнитного поля на оси соленоида, если он намотан плотно в один слой из проволоки диаметром d = 0,8 мм с сопротивлением R = 100 Ом и напряжение на концах его обмотки U = 10 В.

 

2. Прямой провод длиной l = 10 см, по которому течет ток I = 10 А, находится в однородном магнитном поле индукцией B = 40 мкТл. На провод действует сила F = 20 мкН. Определить угол между направлением поля и направлением тока.

 

3. Какова должна быть ёмкость в колебательном контуре с индуктивностью L = 50 мГн, чтобы частота колебаний в контуре была равна n = 10³ Гц?

 

4. Свет падает из воздуха на стекло (n = 1,5). Определить угол падения луча света, если отраженный луч максимально поляризован.

 

5. Солнечные лучи приносят на 1 м² поверхности Земли энергию 41,9 кДж в минуту. Какой должна быть температура почвы, чтобы она излучала такое же количество энергии обратно?

 

6. Написать реакцию - распада ядра изотопа фосфора ₁₅Р³² . Вычислить дефект массы нового ядра.

 

Вариант № 4

Теоретические вопросы:

1. .Магнитные свойства вещества.

2. . Намагничивание вещества.

3. Постоянные магниты можно изготовить из Fe, Co, Ni и из сплавов с этими металлами.

4. Все вещества, помещенные в МП – намагничиваются.

5. 2. Гипотеза Ампера

6.

7. Согласно гипотезе Амперавнутри молекул и атомов циркулируют элементарные электрические токи. Циркулирующие токи расположены беспорядочно, поэтому их действия взаимно компенсируются и тело не обнаруживает магнитных свойств.

8. В намагниченном состоянии элементарные токи обладают преимущественной ориентацией и их магнитные действия складываются.

9. В настоящее времяизвестно, что эти токи образуются в результате движения электронов в атомах.

10. Температура Кюри. Температура, при которой, исчезают магнитные свойства у ферромагнетиков, называют температурой Кюри.

11. TK= 753˚C – для железа; ТК= 365˚С – для никеля; ТК= 1000˚С – для кобальта

12. Ферромагнетики и их применение.Ферромагнетики имеют наибольшее практическое применение. Железный сердечник в катушке во много раз усиливает создаваемое ею магнитное поле, без увеличения силы тока.

13. Постоянные магниты изготавливают из материалов, у которых упорядоченная ориентация элементарных токов не пропадает при выключении внешнего магнитного поля.

 

. Понятие радиоактивного распада. α и β распад. Виды радиоактивного излучения

 

Радиоакти́вный распа́д (от лат. radius «луч» и āctīvus «действенный») — спонтанное изменение состава (заряда Z,массового числа A) или внутреннего строения нестабильных атомных ядер путём испускания элементарных частиц, гамма-квантов и/или ядерных фрагментов^[1]. Процесс радиоактивного распада также называют радиоакти́вностью, а соответствующие ядра (нуклиды, изотопы и химические элементы) радиоактивными. Радиоактивными называют также вещества, содержащие радиоактивные ядра.

Основные типы радиоактивных излучений: альфа, бета, нейтронные (группа корпускулярных излучений), рентгеновские и гамма-излучения (группа волновых).

Альфа-распад[править | править вики-текст]

Основная статья: Альфа-распад

Альфа-распадом называют самопроизвольный распад атомного ядра на дочернее ядро и α-частицу (ядро атома ⁴He).

Альфа-распад, как правило, происходит в тяжёлых ядрах с массовым числом А ≥ 140 (хотя есть несколько исключений). Внутри тяжёлых ядер за счёт свойства насыщения ядерных сил образуются обособленные α-частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Образовавшаяся α-частица подвержена большему действию кулоновских сил отталкивания от протонов ядра, чем отдельные протоны. Одновременно α-частица испытывает меньшее ядерное притяжение к нуклонам ядра, чем остальные нуклоны. Образовавшаяся альфа-частица на границе ядра отражается от потенциального барьера внутрь, однако с некоторой вероятностью она может преодолеть его (см. Туннельный эффект) и вылететь наружу. С уменьшением энергии альфа-частицы проницаемость потенциального барьера очень быстро (экспоненциально) уменьшается, поэтому время жизниядер с меньшей доступной энергией альфа-распада при прочих равных условиях больше.

Правило смещения Содди для α-распада:

Пример (альфа-распад урана-238 в торий-234):

В результате α-распада атом смещается на 2 клетки к началу таблицы Менделеева (то есть заряд ядра Z уменьшается на 2), массовое число дочернего ядра уменьшается на 4.

Бета-распад[править | править вики-текст]

Бета-минус-распад

Беккерель доказал, что β-лучи являются потоком электронов. Бета-распад — это проявление слабого взаимодействия.

Бета-распад (точнее, бета-минус-распад, β⁻-распад) — это радиоактивный распад, сопровождающийся испусканием из ядра электрона и электронногоантинейтрино.

Фейнмановская диаграмма бета-минус-распада: d-кварк в одном из нейтронов ядра превращается в u-кварк, испуская виртуальный W-бозон, который распадается в электрон и электронное антинейтрино.

Бета-распад является внутринуклонным процессом. Бета-минус-распад происходит вследствие превращения одного из d-кварков в одном из нейтронов ядра в u-кварк; при этом происходит превращение нейтрона в протон с испусканием электрона и антинейтрино:

Свободные нейтроны также испытывают β⁻-распад, превращаясь в протон, электрон и антинейтрино (см. Бета-распад нейтрона).

Правило смещения Содди для β⁻-распада:

Пример (бета-распад трития в гелий-3):

После β⁻-распада элемент смещается на 1 клетку к концу таблицы Менделеева (заряд ядра увеличивается на единицу), тогда как массовое число ядра при этом не меняется.

 

Задачи:

1.По двум длинным проводам, расположенным параллельно на расстоянии L = 15 см друг от друга текут в противоположных направлениях токи I₁ = 10 А и I₂= 5 А. Определить индукцию магнитного поля в точке, расположенной на расстоянии г₁ = 5 см от первого провода на продолжении отрезка прямой, соединяющего провода.

 

11.9. Два прямолинейных длинных проводника расположены параллельно на расстоянии d = 10 см друг от друга. По проводникам текут токи I₁ = I₂ = 5 А в противоположных направлениях. Найти модуль и направление напряженности Н магнитного поля в точке, находящейся на расстоянии а = 10см от каждого проводника.

 

 

2. Протон движется по окружности радиусом г = 2 мм в однородном магнитном поле с индукцией В=0,2 Тл. Какова кинетическая энергия протона?

 

3. На какую длину волны будет резонировать контур, состоящий из катушки с индуктивностью L = 4 мкГн и конденсатора емкостью С = 1 мкФ?

 

4.Чему равен угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора, если интенсивность естественного света, прошедшего через поляризатор и анализатор уменьшается в 4 раза? Поглощением света пренебречь.

 

5. Определить энергию одного фотона: а)для красного света длиной волны λ₁=700 нм; б) для зеленого света длиной волны λ₂ = 500 нм.

 

6. Вычислить удельную энергию связи, т.е. энергию приходящуюся на один нуклон, для ядра ₂Не³.

 

Вариант № 5

Теоретические вопросы:

1. Магнитное поле соленоида и тороида. Понятие индуктивности.

2. Элементарные частицы. Их классификация.

Задачи:

1. Электрон влетел в однородное магнитное поле, индукция ко­торого В = 200 мкТл, перпендикулярно силовым линиям и описал дугу окружности радиуса г = 4см. Определить кинетическую энергию электрона.

 

2. На виток с током силой I = 10 А, помещенный в однородное магнитное поле индукцией B = 20 мТл, действует вращающий момент M = 10^–3 Н ^. м. Плоскость витка параллельна силовым линиям поля. Определить площадь витка.

 

3. Какую освещенность создает лампа силой света I = 50 кд на расстоянии r₁ = 2 м и r₂ = 50 см при нормальном падении лучей.

 

4. Определить концентрацию раствора глюкозы, если при прохождении света через трубку длиной L = 20 см плоскость поляризации поворачивается на угол φ = 35,5^о. Удельное вращение глюкозы [а] = 76,1 град/дм при концентрации 1 г/см³.

 

5. Максимум энергии излучения абсолютно черного тела приходится на длину волны λ_о = 460 нм. Определить мощность излучения с площади S =10 см² поверхности этого тела.

 

9. Период полураспада трития Т_1/2 = 12 лет. Определить постоянную распада и время жизни ядра.

 

Вариант № 6

Теоретические вопросы:

1. Понятие волновой функции. Гипотеза де^,Бройля.

2. Дифракция световых волн. Плоская дифракционная решетка.

Задачи:

1. Два длинных прямых параллельных провода, по которым текут в противоположных направлениях токи I₁ = 0,2 А и I₂ = 0,4 А, находятся на расстоянии а = 14 см. Найти индукцию магнитного поля в точке, расположенной на отрезке прямой, соединяющем токи, на расстоянии г₁ = 4 см от первого провода.

 

2. Протон, пройдя ускоряющую разность потенциалов U = 600 В, движется параллельно прямому длинному проводу на расстоянии r = 2 мм от него. Какая сила действует на протон, если по проводу идет ток I = 10А.

 

3. На какую длину волны будет резонировать контур, состоящий из катушки с индуктивностью L = 4 мкГн и конденсатора емкостью С = 1 мкФ?

 

4. При прохождении света через слой 10% сахарного раствора толщиной L₁= 15 см плоскость поляризации света повернулась на угол φ₁ = 12,9^о. В другом растворе, в слое толщиной L₂ = 12 см, плоскость поляризации повернулась на φ₂ = 7,2^о. Найти концентрацию второго раствора.

 

5. Вычислить энергию, которую поглощает атом водорода при переходе электрона со второго энергетического уровня на пятый.

 

6. Вычислить энергию ядерной реакции: ₄Ве⁹ + ₂Не⁴ → 3₂Не⁴ + _оn^1.. Выделяется или поглощается эта энергия?

 

 

Вариант № 7

Теоретические вопросы:

1. .Зонная структура твёрдых тел. Зонная структура проводников и диэлектриков.

2. Дисперсия и поляризация световых волн. Закон Малюса. Закон Брюстера.

Задачи:

1. Из проволоки длиной l = 3,14 м и сопротивлением R = 2 Ом сделано кольцо. Определить индукцию магнитного поля в центре кольца, если на концах проводника создана разность потенциалов U = 1 В.

 

2. Определить вращающий момент, действующий на виток с оком силой I = 5 А, помещенный в однородное магнитное поле индукцией В = 3 мТл, если плоскость витка составляет угол b = 60° с направлением силовых линий. Площадь витка S = 10 см².

 

3. Какова должна быть емкость в колебательном контуре с индуктивностью L=50 мГн, чтобы частота колебаний в контуре была равна n =10³ Гц?

 

4. При прохождении света через трубку длиной L = 20 см с сахарным раствором плоскость поляризации света поворачивается на угол φ = 5^о. Удельное вращение сахара [a] = 0,6 град/(дм∙проц). Определить концентрацию раствора.

 

5. Солнечные лучи приносят на 1 м² поверхности почвы энергию Е = 41,9 кДж в минуту. Какова должна быть температура почвы, чтобы она излучала такое же количество энергии обратно в мировое пространство?

 

6. Сколько энергии необходимо затратить для того, чтобы ядро гелия ₂Не⁴ разделить на нуклоны?

 

Вариант № 8

Теоретические вопросы:

1. Уравнение Шредингера для электрона в атоме. Квантовые числа. .

2. Тепловое излучение. Квантовая природа света.

Задачи:

1. Магнитный момент витка p_m = 0,314 А^. м². Какова сила тока в витке, если его диаметр d = 4 см?

 

2. Поток a - частиц, имеющих скорость u = 1О⁷ м/с, влетает в однородное магнитное поле с индукцией В = 1 мТл перпендикулярно направлению магнитного поля. Найти силу, действующую на каждую a-частицу.

 

3. Колебательный контур, состоящий из воздушного конденсатора с площадью пластин S = 50 см² каждая и катушки с индуктивностью

L =1 мкГн, резонирует на длину волны l = 20 м. Определить расстояние между пластинами конденсатора.

 

4. Угол поворота плоскости поляризации при прохождении через трубку с раствором сахара φ = 40^о. Длина трубки L = 15 см. Удельное вращение сахара [α] = 66,5 град/дм на 1 г/см³ концентрации. Определить концентрацию раствора.

 

5. Работа выхода для электрона из натрия А = 2,27 эВ. Найти красную границу фотоэффекта для натрия.

 

6. Ядро изотопа фосфора ₁₅Р³² выбросило отрицательно заряженную β –частицу. В какое ядро превратилось ядро фосфора? Написать реакцию и вычислить дефект массы нового ядра.

 

 

Вариант № 9

Теоретические вопросы:

1. Электрический колебательный контур.

2. Строение атома. Модель атома Резерфорда-Бора. Современные квантово-механические представления о строении атома.

Задачи:

1. В магнитное поле индукцией В = 50 мкТл перпендикулярно линиям поля помещен провод длиной l = 10 см. Найти силу, с которой поле действует на провод, если по нему течет ток I = 2 A.

 

2. Заряженная частица движется по окружности радиуса r = 2 см в однородном магнитном поле с индукцией В = 12,6 мТл. Найти удельный заряд частицы, если ее скорость u = 10 ⁶ м/с.

 

3. Плоский конденсатор с площадью пластин S = 100 см² и стеклянным диэлектриком толщиной d = l мм соединен с катушкой самоиндукции длиной l = 20 см и радиусом г = 3 см, содержащей N = 1000 витков. Найти период колебаний в этой цепи.

 

4. На столбе высотой h = 8 м подвешена лампа силой света I = 10 кд. Определить освещенность горизонтальной поверхности на расстоянии 10 м от столба.

 

5. Раствор глюкозы с концентрацией С = 0,28 г/см³, налитый в стеклянную трубку длиной L = 15 см, поворачивает плоскость поляризации монохроматического света, проходящего через этот раствор, на угол φ = 32^о. Определить удельное вращение глюкозы.

 

6. Вычислить энергию ядерной реакции: ₇ N ¹⁴ + _o n ¹ → ₆ C ¹⁴ + ₁ H ¹

Выделяется или поглощается эта энергия?

 

Вариант № 10

Теоретические вопросы:

1. Интерференция световых волн. Интерференция на тонких пленках.

2. Ядерные силы. Модели строения атомного ядра.

Задачи:

1. По двум длинным прямым проводам, расположенным, параллельно друг другу, текут одинаковые токи. Расстояние между ними d = 10 см. Определить силу тока в проводах, если они взаимодействуют с силой F = 0,02 Н на каждый метр длины провода.

 

2. Электрон движется по окружности со скоростью u = 2^.10⁶ м/с в однородном магнитном поле с индукцией В = 2 мТл. Вычислить радиус окружности.

 

3. Магнитный поток, пронизывающий замкнутый контур, возрастает с 10^-2 Вб до 6^.10 ^-2 Вб за время t = 0,001с. Определить среднее значение э. д. с. индукции, возникающей в контуре.

 

4. Какую освещенность создает лампа силой света I = 50 кд на расстоянии r₁ = 2м и r₂ = 50 см при нормальном падении лучей.

 

5. Монохроматический свет с длиной волны λ = 0,5 мкм падает нормально на решетку. Второй дифракционный максимум, наблюдаемый на экране, смещен от центрального на угол φ = 14^о. Определить число штрихов на 1 мм решетки.

 

6. Определить энергию, необходимую для того, чтобы ядро ₃Li⁷ разделить на нуклоны.