Лабораторная работа 2-6 1. Назовите основные характеристики магнитного поля. Каков единицы измерения величин, характеризующих поле? Ответ: Магнитная индукция B - это векторная величина определяющая силу действующую за заряженную частицу со стороны магнитного поля. Измеряется в теслах Тл. Магнитный поток Ф – скалярная физическая величина численно равная произведению магнитной индукции на площадь поверхности ограниченной замкнутым контуром. Измеряется в веберах Вб. Напряженность – это векторная величина, независящая от магнитных свойств среды. Измеряется в ампер на метр А/м. Магнитная проницаемость – величина характеризующая магнитные свойства среды. Безразмерная величина. 2. Как связаны между собой векторы B и H в вакууме? Ответ: учитывая, что в вакууме магнитная проницаемость равна единице, эти вектора связаны по формуле B 0 H Где 0 4 107 магнитная постоянная. 3. Как графически изображается магнитное поле? Дайте определение линиям индукции магнитного поля. Ответ: Во-первых, силовые линии магнитного поля являются замкнутыми либо уходят на бесконечность. Кроме этого, следует помнить, что они выходят из северного полюса магнита и входят в южный. Во-вторых, наиболее сильное магнитное поле является у полюсов магнитов, что изображается как более плотное расположение магнитных линий, в областях же с менее сильным магнитным полем магнитные линии изображают на большем расстоянии друг от друга. 4. В чем заключается явление электромагнитной индукции? Сформулируйте закон электромагнитной индукции и дайте его математическую запись. Ответ: ЭДС электромагнитной индукции в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром. i dФ dt dФ Вб Единица измерения i В (Вольт). В dt с 5. Что называется магнитным потоком, от чего он зависит? Ответ: Магнитным потоком Ф через поверхность площадью S называются величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции B на площадь S и косинус угла между векторами индукции B и нормалью к поверхности n . Ф BS cos Видно, что модуль магнитного потока зависит от напряженности магнитного поля, площади поверхности и угла между вектором нормали и индукции. 6. Сформулируйте правило Ленца для определения направления индукционного тока. Ответ: Согласно правилу, Ленца возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван. Более кратко это правило можно сформулировать следующим образом: индукционный ток направлен так, чтобы препятствовать причине, его вызывающей. Лабораторная работа 2-12 1. Дайте определение колебательного движения. Ответ: Колебательное движение – это движение, повторяющееся через одинаковые промежутки времени, при котором тело многократно и в разных направлениях проходит положение равновесия. 2. Какие колебания называются гармоническими? Ответ: Гармоническим называются колебания, при которых физическая величина изменяется с течением времени по гармоническому закону (например, синусоидальному или косинусоидальному). 3. Почему происходит затухание колебаний? Нарисуйте электрическую схему колебательного контура, в котором происходят затухающие электромагнитные колебания. Ответ: В электромагнитном контуре к уменьшению энергии колебаний приводят тепловые потери в проводниках, образующих систему. Когда израсходуется вся энергия, запасенная в колебательной системе, колебания прекратятся. 4. Запишите уравнение затухающих колебаний для величины заряда и напряжения в дифференциальном и интегральном видах. Ответ: Изменение заряда в контуре описывается дифференциальным уравнением. d 2q dq 2 02 q 0 2 dt dt Интегральная форма данного уравнения: q q0e t cos t ( R 1 коэффициент затухания; 0 собственная частота контура) 2L LC Изменение напряжения на конденсаторе U q0 t e cos t U 0e t cos t C 5. Назовите основные характеристики электромагнитных колебаний. Ответ: Собственная частота колебаний в контуре f0 1 2 LC Период колебаний в контуре (Формула Томсона) T0 1 2 LC f0 Длина волны cT 2 c LC Энергия магнитного поля катушки WL 2 LI max 2 Энергия электрического поля конденсатора Wc 2 CU max q2 2 2C Волновое сопротивление контура L C Логарифмический декремент затухания ln A0 ln eT T T A0e Добротность колебательного контура Q 1 L R C 6. Что называется логарифмическим декрементом затухания? Ответ: Логарифмическим декрементом затухания называется натуральный логарифм отношение двух амплитуд, отличающихся друг от друга по времени на период ln A0 ln eT T T A0e где коэффициент затухания. 7. Что называется временем релаксации? Ответ: Время релаксации это время, за которое амплитуда уменьшается в e раз A 1 e t A0e где коэффициент затухания. Таким образом, коэффициент затухания есть величина, обратная времени релаксации. 8. Запишите, по какому закону происходит убывание амплитуды затухающих колебаний. Ответ: Амплитуда затухающих колебаний убывает по экспоненциальному закону A A0e t . Где коэффициент затухания. 9. Запишите формулу для частоты затухающих колебаний. Ответ: Циклическая частота свободных затухающих колебаний определяется по формуле 02 2 Для математического маятника 0 g l g l k r k r2 Для пружинного маятника 0 ; m 2m m 4m 2 Для колебательного контура 0 1 R ; 2L LC 1 R2 LC 4 L2 Лабораторная работа 3-4 1. Наблюдаемая интерференционная картина – полосы равной толщины или полосы равного наклона? Ответ: Полосы равного наклона. 2. Как возникают полосы равного наклона? Ответ: Интерференционные полосы или кольца, возникающие из-за наличия разности хода между отдельными парами вторичных лучей, из которых каждая пара происходит от различных точек источника света, называются полосами равного наклона. Интерференцию можно наблюдать как в отраженном, так и в проходящем свете. 3. Укажите условие когерентности. Ответ: Два источника волн называются когерентными, если они колеблются с одинаковой частотой и не изменяющейся разностью фаз, в течение длительного времени. Волны, излучаемые этими источниками, называются когерентными волнами. При наложении когерентных волн возникает их взаимное усиление в одних точках пространство и взаимное ослабление в других. 4. Почему интерференционная картина на экране имеет вид концентрических колец? Ответ: Эти кольца называются кольцами Ньютона. Они образовались в результате интерференции двух волн. Первая волна возникла в результате отражения от внутренней поверхности линзы в точке А на границе стекловоздух. Вторая волна прошла воздушную прослойку под линзой и только потом отразилась в точке В на границе воздух-стекло. 5. Напишите условия наблюдения тёмных и светлых колец в отраженном свете. Ответ: С учетом условия максимума интерференции ( m ), радиусы светлых колец Ньютона в отраженном свете: rm R 1 m n 2 1 При выполнении условия минимума интерференции ( m получим 2 формулу для расчете радиусов темных колец Ньютона в отраженном свете: rm Rm n 6. Что называется абсолютным показателем преломления вещества? От чего он зависит? Ответ: Абсолютный показатель преломления вещества n - безразмерная величина, которая показывается, во сколько раз скорость V света в веществе меньше, чем скорость c света в вакууме n c V Абсолютной показатель преломления зависит от свойств данной среды. 7. Что называется относительным показателем преломления? Ответ: Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления: n12 n1 n2 Лабораторная работа 3-11 1. Как зависят сопротивление металлов и полупроводников от температуры? Записать формулы. Ответ: Сопротивление полупроводника с повышением температуры сильно уменьшается за счет увеличения концентрации свободных носителей тока – дырок и электронов – при переходе электронов из валентной зоны в зону проводимости. R R0e E 2 kT Для металла, при чем больше его температура, тем больше сопротивление R R0 1 T 2. Что называется термическим коэффициентом сопротивления? Ответ: Термический коэффициент сопротивления – это отношение относительного изменения сопротивления к изменению температуры 1 dR R2 R1 2 1 R dT R1T 1T 3. Что называется энергией активации полупроводника? Ответ: При повышении температуры полупроводника электроны, задействованные в ковалентных связях между атомами кристаллической решетки, получают дополнительную энергию и могут перейти в свободное состояние, т.е. стать носителями заряда и учувствовать в проводимости. Минимально необходимая для этого энергия E называется энергией активации полупроводника. 4. Изобразите энергетические зоны для металлов, диэлектриков и полупроводников. Для металла E 0 ; для полупроводников E 3 эВ; для диэлектрика E 3 эВ. 5. Что называется собственной проводимостью полупроводников. Ответ: Проводимость полупроводников и диэлектриков, обусловленную свободными электронами и дырками, образовавшимися в результате перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости, называется собственной проводимость. Собственная проводимость полупроводников, пропорциональная числу носителей заряда, зависит от температуры по закону 0e E 2 kT 6. Что называется электронной примесной проводимостью полупроводников, описать механизм проводимости. Ответ: При нагревании в результате теплового заброса электронов в зону проводимости возникает электронная проводимость (проводимость n-типа). Полупроводники такого типа называются электронными (или полупроводниками n-типа). Энергия активации проводимости значительно меньше, чем для собственных полупроводников. Если примесь, например, In, B содержит три валентных электрона, то одна двойная связь не укомплектована. Эта связь может быть обеспечена переходом от атома Si или Ge к атому индия другого электрона, то есть возникает энергетический уровень, расположенный выше потолка валентной 3 зоны. Но при T = 0 такой переход невозможен, так как необходима дополнительная энергия 7. Что называется дырочной примесной проводимостью полупроводников, описать механизм проводимости. Ответ: В полупроводниках с примесью, валентность которой на единицу меньше валентности основных атомом, носителями тока являются дырки; возникает дырочная проводимость (проводимость р-типа). Полупроводники с такой проводимостью называются дырочными (или полупроводниками р-типа) Лабораторная работа 3-15 1. Что называется внешним фотоэффектом? Ответ: Внешним фотоэффектом называется испускание фотоэлектронов веществом под действием электромагнитного излучения (света). 2. Законы фотоэффекта. Ответ: Первый закон: Фототок насыщения пропорционален световому потоку, падающему на металл. Второй закон: Кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а зависит от его частоты. Третий закон: Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. существует наименьшая частота nmin , при которой еще возможен фотоэффект. 3. Квантовая теория фотоэффекта. Ответ: Свет не только испускается, но и поглощается квантами. Эйнштейн для описания взаимодействия кванта света с электроном использовал закон сохранения энергии, где энергия кванта ( E h ), поглощенная электроном при фотоэффекте, расходуется на совершение работы выхода и на сообщение ему кинетической энергии после вылета из вещества. 4. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Ответ: Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта, в общем виде Eф Aвых T Где Eф h A h 0 hc 0 hc энергия фотона, падающего на поверхность металла, работа выхода электрона, T максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона, вылетевшего из металла. 5. Объяснить вольтамперную характеристику и законы фотоэффекта, используя теорию Эйнштейна для фотоэффекта. Ответ: Из вольт-амперной характеристики следует, что при U 0 фототок не исчезает. Следовательно, электроны, выбитые светом и катода, обладают некоторой начальной скоростью V , а значит, и отличной от нуля кинетической энергией и могут достигнуть анода без внешнего поля. Для того, чтобы фототок стал равным нулю, необходимо приложить задерживающее напряжение U 0 . При U U 0 ни один из электронов, даже обладающий при вылете из катода максимальной скоростью Vmax , не может преодолеть задерживающего поля и достигнуть анода. Следовательно 2 mVmax eU 0 2 Т.е. измерив задерживающее напряжение U 0 , можно определить максимальное значение скорости кинетической энергии фотоэлектронов. 6. Что такое задерживающее напряжение? Ответ: Задерживающее напряжение – это напряжение, при котором прекращается ток через фотоэлемент. 7. Чем объясняется наличие тока насыщения? Ответ: Ток насыщения устанавливается, потому что все электроны достигают катода. 8. Что называется работой выхода электронов из металла? Ответ: Минимальная работа, которую нужно совершить фотону для вырывания электронов из металла A h 0 hc 0 9. Что такое красная граница фотоэффекта и от чего она зависит? Ответ: Максимальная длина волны 0 (минимальная частота колебаний 0 ), начиная с которой фотоэффект прекращается, называется красной границей фотоэффекта 0 hc A 0 A h Или Зависят эти величины только от материала поверхности.
