Краткий конспект подготовки к ЗНО по физике №38 "Строение атомного ядра. Ядерные реакции."

Конспект 38. Строение атомного ядра. Ядерные реакции.

3. Строение атомного ядра

Строение ядра атома (нуклоны):
1) Протоны – положительно заряженные частицы (их заряд равен элементарному заряду, т.е. модулю заряда электрона), их количество равно порядковому номеру элемента в таблице Менделеева (обозначается Z – зарядовое число);
2) Нейтроны – незаряженные частицы, их количество определяется по формуле N=A-Z, где A – округленное до целых значение атомной массы (нуклонное число).
Замечания:
1) Общее обозначение ядра данного элемента: , где X – обозначение элемента в таблице Менделеева;
2) Обозначения элементарных частиц:  – протон,  – нейтрон,   электрон;
3) Массы микрочастиц удобно вычислять в а.е.м., ;
4) Массы протона и нейтрона примерно равны 1 а.е.м., их приблизительные значения являются мировыми константами;
5) Массой электрона часто принято пренебрегать по сравнению с массами протона и нейтрона.
Определение. Изотопы – элементы с одинаковым количеством протонов Z и различным количеством нейтронов N в ядре. Свойства различных изотопов одного и того же элемента могут сильно отличатся.
Примеры изотопов водорода:  – протий,  – дейтерий,  – тритий.
Определение. Дефект масс ядра () – разница между суммой масс нуклонов ядра в свободном состоянии и массой покоя самого ядра. Масса ядра всегда меньше суммы масс его нуклонов.
 – дефект масс ядра, кг или а.е.м.
Где  – масса покоя протона
 – масса покоя нейтрона
 – масса покоя ядра (табл.), кг или а.е.м.
Определение. Энергия связи ядра () – энергия, которая необходима для расщепления ядра на входящие в него нуклоны.
Энергия связи ядра:
 – Дж (∆m в кг)
 – МэВ (∆m в а.е.м.)
Замечание. Часто для измерения энергий в микромире используется единица измерения электронвольт: , соответственно .
Определение. Удельная энергия связи атомных ядер () – энергия связи, приходящаяся на один нуклон.
Замечание. Это средняя характеристика стойкости ядра к самопроизвольному распаду, чем эта энергия меньше, тем ядро менее стабильно. Последним стабильным ядром в таблице Менделеева является свинец.
– удельная энергия связи ядра, 
Определение. Ядерные реакции – искусственные превращения атомных ядер, обусловленные взаимодействием с различными частицами или с другими ядрами.
Пример записи ядерной реакции: .
Правила составления ядерных реакций:
1) Сумма нуклонных чисел A у элементов, вступающих в реакцию, и у ее продуктов равна;
2) Сумма протонных (зарядовых) чисел Z у элементов, вступающих в реакцию, и у ее продуктов равна (закон сохранения заряда);
3) Неизвестный элемент определяется зарядовым числом по таблице Менделеева, проверяется соответствие порядкового номера и названия элемента.
Замечание. В результате протекания ядерных реакций наблюдается дефект масс ядерной реакции и выделение либо поглощение энергии.
 – дефект масс ядерной реакции, кг или а.е.м.
Варианты результатов ядерных реакций:
1) Энергия выделяется, если ∆M>0 – реакция экзоэнергетическая;
2) Энергия поглощается, если ∆M<0 – реакция эндоэнергетическая.
Энергетический выход ядерной реакции:
 – Дж (∆M в кг)
 – МэВ (∆M в а.е.м.)
Определение. Радиоактивность – способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению.
Замечание. Э. Резерфорд обнаружил, что радиоактивное излучение состоит из α-частиц и β-частиц, позже было еще обнаружено γ-излучение, Ф. Содди сформулировал правила смещения.
Правила смещения для радиоактивного распада:
1) Во время α-распада нуклонное число ядра атома уменьшается на 4, а протонное – на 2, в результате образуется ядро элемента, порядковый номер которого в периодической таблице на 2 единицы меньше, чем порядковый номер исходного элемента.

2) Во время β-распада нуклонное число ядра атома остается неизменным, а протонное увеличивается на 1, в результате образуется ядро элемента, порядковый номер которого в периодической таблице на 1 единицу больше, чем порядковый номер исходного элемента.

Замечание. Проникающие способности излучения: α-частицы задерживаются листом бумаги, β-частицы – пластиной алюминия толщиной несколько миллиметров, γ-излучение ослабляется свинцовой пластинкой толщиной 1 см примерно в два раза.
Счетчик Гейгера – прибор для регистрации ионизирующих частиц, в основе принципа работы которого лежит газовый разряд, возникающий из-за ионизации электронным ударом.
Определение. Период полураспада () – время, за которое распадается половина радиоактивных ядер.
Закон радиоактивного полураспада:


Где N – количество оставшихся ядер, ед.
 – начальное количество ядер, ед.
m – оставшаяся масса вещества, кг
 – начальная масса вещества, кг
t – время распада, ед. измерения времени
T – период полураспада, ед. измерения времени
Замечание. Количество распавшихся ядер .

Краткий конспект подготовки к ЗНО по физике №37 "Строение атома. Элементы теории относительности"

Конспект 37. Строение атома. Элементы теории относительности.
Тема: Строение атома и атомного ядра, СТО

1. Строение атома

История выдвижения гипотез о строении атома:
1) Древнегреческий философ Демокрит предполагал, что вещество состоит из атомов. Атом в переводе с древнегреческого – «неделимый»;
2) Д.Томсон в 1904 г. предлагает, т.н. «пудинговую модель атома» или «модель кекса». В ней атом представляет собой цельную субстанцию с положительным зарядом, которая распределена по всему объему атома, а в ней находятся вкрапления электронов подобно изюму в кексе;

3) Э. Резерфорд в 1911 г. публикует статью, в которой предлагает свою «планетарную модель атома», которая максимально близка к современным представлениям об атоме.
Идея опыта Резерфорда по исследованию строения атома заключалась в рассеивании α-частиц (ядер атомов гелия ) при прохождении тонких слоев вещества (золотая фольга).
Опыты заключались в подсчете вспышек на люминесцентном экране, вызванных ударом α-частиц. Поток частиц направлялся на тонкую золотую фольгу, окруженную люминесцентным экраном, после прохождения фольги на экране с помощью микроскопа наблюдали вспышки. В результате бомбардировки α-частицами золотой фольги большинство частиц отклонялось на небольшой угол, а очень малая часть отражалась назад.

Схема опыта Резерфорда	Отклонение α-частиц в атоме

Основные результаты опытов Резерфорда:
1) Положительный заряд атома сконцентрирован в небольшом тяжелом ядре;
2) На большом расстоянии от ядра вращаются отрицательно заряженные электроны.

Замечание. В нейтральном атоме суммарный заряд электронов равен по модулю, но противоположен по знаку заряду ядра (количество электронов равно количеству протонов).
Замечание. С точки зрения классической электродинамики атом по модели Резерфорда не мог бы долго существовать из-за излучения ЭМВ электронами. Выход из противоречия этой модели законам электродинамики был найден в 1913 г. Н. Бором.
Постулаты Бора:
1) Постулат стационарных состояний – в атоме существуют определенные стационарные состояния, при которых он не излучает энергии, этим состояниям соответствуют стационарные орбиты вращения электронов, на которых они не излучают ЭМВ. Каждая орбита характеризуется определенной энергией;
2) Правило частот – при переходе электрона с одной орбиты на другую поглощается/излучается фотон с энергией, которая равна разности энергий на орбитах.
 – энергия поглощенного/излученного фотона, Дж
Где  – энергии электрона на орбитах, между которыми совершался переход, Дж
Замечание. При поглощении фотона происходит переход электрона на более высокую орбиту, при излучении – на более низкую.

Замечание. В связи с тем, что атомы различных веществ способны излучать/поглощать определенный уникальный для них набор частот ЭМИ (спектры), стали выделять несколько видов таких спектров.
Типы спектров:
1) Сплошной спектр состоит из набора всех длин волн, излучается при нагревании жидких и твердых тел, а также сильно сжатых газов (как Солнце).

2) Линейчатый спектр состоит из набора отдельных спектральных линий и возникает при нагревании атомарных газов.

3) Полосатый спектр состоит из полос плотно расположенных спектральных линий, полосы отделены темными участками, излучается молекулярными газами.

Пример практического использования: спектральный анализ – метод идентификации веществ по спектрам.

2. Элементы специальной теории относительности (СТО)

Постулаты теории относительности Эйнштейна:
1) Все процессы природы протекают во всех инерциальных системах отсчета (ИСО) одинаково;
2) Скорость света в вакууме  является абсолютной величиной, т.е. одинакова в любой ИСО и не зависит от скорости движения источника.
Замечание. Явления, которые имеют место при скоростях движения, близких к скорости света, принято назвать релятивистскими.
 – релятивистский закон сложения скоростей, м/с
Где  – скорости двигающихся относительно друг друга тел, м/с
Замечание. Достигнуть и превысить скорость света в вакууме невозможно, единственная частица, которая ее достигает, это фотон.
Релятивистские эффекты:
 – увеличение массы, кг
 – сокращение длины объекта, м
 – замедление времени, с
Где  – масса покоя, собственная длина, собственное время в ИСО, принятой за неподвижную, а  – относительные величины в движущейся ИСО.
Замечание. Согласно СТО между массой и энергией существует связь и возможность взаимопревращения.
 – энергия покоя, Дж
 – полная релятивистская энергия, Дж
 – связь полной релятивистской энергии с энергией покоя, Дж
Где  – кинетическая энергия тела, Дж
Замечание.  нельзя выражать по формуле классической механики.
 – изменение энергии тела, Дж

Краткий конспект подготовки к ЗНО по физике №35 "Волновая оптика"

Конспект 35. Волновая оптика.
Тема: Волновая оптика

1. Дисперсия

Определение. Дисперсия света – явление зависимости скорости распространения ЭМВ в данной среде от частоты этой ЭМВ (зависимость абсолютного показателя преломления от частоты излучения).
Замечания:
1) Чем больше частота ЭМВ, тем больше показатель преломления;
2) При прохождении белого света через стеклянную призму наблюдается его разложение в спектр, причем сильнее всего от первоначального направления отклоняется фиолетовый пучок лучей, а слабее всего – красный. Это явление было открыто И. Ньютоном;

3) Цвет видимого света определяется частотой ЭМВ;
4) Частота ЭМВ не изменяется при прохождении из одной среды в другую, но может изменяться длина волны:  (следствие из первого закона преломления света).
Ощущение цветов поверхностей глазами человека:
1) Белый цвет – отражение от поверхности совокупности всех цветов света;
2) Один определенный цвет – как правило, отражение от поверхности набора лучей без какой-то поглощенной части спектра. Например, человеческий глаз ощущает зеленый цвет листьев и травы, т.к. хлорофилл в них поглощает преимущественно лучи красного света;
3) Черный цвет – отсутствие отражения от поверхности.
Замечание. Тела могут окрашиваться и при излучении или прохождении света. В таком случае, если глаз человека ощущает какой-либо цвет, то говорят, что излучается (проходит) монохроматический свет, т.е. свет определенной частоты (длины волны).
Примеры проявления дисперсии:

Образование радуги	Окрашивание прозрачного алмаза

2. Интерференция света

Принцип независимости волн – волны не взаимодействуют друг с другом и распространяются независимо друг от друга.
Определение. Интерференция волн – явление усиления колебаний в одних точках пространства и ослабления в других в результате наложения двух или нескольких волн, приходящих в эти точки.
Замечание. Условием образования устойчивой интерференционной картины является когерентность волн.
Определение. Когерентные волны – это волны, имеющие одинаковую частоту и неизменный сдвиг фаз в каждой точке пространства.
Определение. Когерентные источники – это источники, имеющие одинаковую частоту и неизменный сдвиг фаз во времени.
Условия максимума и минимума интерференции:
1) Условие максимума:

В точке C наблюдается светлый участок поверхности.

Где ∆x – разность хода волн в данную точку пространства (на рис. ∆x=AC-BC=AD), м
k=0,1,2… – порядок максимума или минимума интерференции волн, ед
λ – длина волны, м
Замечание. Максимум интерференции наблюдается, если разность хода волн равна целому числу длин волн или четному числу полуволн.
2) Условие минимума:

В точке C наблюдается темный участок поверхности.

Замечание. Минимум интерференции наблюдается, если разность хода волн равна нечетному числу полуволн.
Стандартные лабораторные эксперименты по получению устойчивой интерференционной картины:
1) Интерференция от двух щелей (опыт Юнга)
Схема опыта:

Интерференционная картина на экране:

2) Кольца Ньютона

Примеры применения интерференции света в технике: просветление оптики, интерферометры, контроль качества обработки поверхностей.
Интерференционные картины в природе (интерференция в тонких пленках):

Мыльные, масляные, бензиновые, оксидные пленки и т.п.

Перья птиц	Крылья бабочек

3. Дифракция света

Принцип Гюйгенса – каждая точка среды, до которой дошло возмущение, сама становится источником вторичных волн.

Определение. Дифракция света – явление огибания светом границ непрозрачных тел – краев отверстий, узких щелей и экранов, т.е. нарушение прямолинейности распространения света. Явление наблюдается при преодолении препятствий, которые по размерам сравнимы с длиной волны света.

Определение. Дифракционная решетка (прозрачная) – прозрачная тонкая пластинка, на которую нанесены параллельные штрихи с промежутками между ними.
Замечание. Дифракционная решетка служит, как правило, для разложения света в спектр и измерения длины волны излучения.
 – период дифракционной решетки (основной параметр размера штрихов), м
Где l – длина решетки, м
N – количество штрихов в указанной длине, ед
a и b – размеры прозрачной области и штриха соответственно, м

Принцип работы дифракционной решетки:
1) На решетку, как правило, вертикально (перпендикулярно к решетке) направляют луч света;
2) На мелких штрихах, которые по размерам сравнимы с длиной волны излучения, наблюдается дифракция света;
3) Лучи после отклонения от первоначального направления характеризуются разностью хода, что объясняет их последующую интерференцию;
4) Установленная за решеткой собирающая линза фокусирует лучи в определенных точках, на линии этих точек устанавливается экран (фокальная плоскость линзы);
5) Для определенных углов отклонения лучей от первоначального направления (φ) наблюдается образование на экране интерференционных максимумов;
6) Как следствие, на экране для монохроматического света наблюдается картина одноцветных интерференционных полосок, а для белого света картина спектральных интерференционных полосок (белый свет после прохождения через решетку раскладывается в спектр).

Картина на экране после дифракционной решетки:

Монохроматический свет	Белый свет

 – формула дифракционной решетки (условие максимума интерференции на экране после дифракции на решетке)
Где φ – угол отклонения луча от первоначального направления (вертикали), рад или град
k=0,1,2… – порядок максимума интерференции, ед
 – наибольший порядок дифракционного максимума на экране, ед
Замечание. Для малых углов можно использовать  (в рад).
Примеры дифракционных решеток:

Прозрачные (элементы различных оптических приборов определения длины волны излучения)	Отражательные (блестящая поверхность компакт-диска)

Краткий конспект подготовки к ЗНО по физике №36 "Основы квантовой теории. Фотоэффект."

Конспект 36. Основы квантовой теории. Фотоэффект.
Раздел: КВАНТОВАЯ ФИЗИКА. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Тема: Квантовая физика

Корпускулярно-волновой дуализм – принцип, согласно которому любое тело в природе обладает одновременно свойствами частиц (корпускул) и волн. Зачастую этот принцип рассматривают на примере электромагнитных волн, которые проявляют себя в одних условиях, как волны, а в других, как частицы (корпускулы).
Замечание. Корпускулярные свойства света были подтверждены при исследовании явления фотоэффекта. Открыл фотоэффект Г. Герц, первые его полноценные исследования провел А.Г. Столетов, а объяснил с точки зрения квантовой физики А. Эйнштейн.
Гипотеза Планка. Энергия электромагнитного излучения передается не непрерывно, а отдельными порциями, которые называют квантами. Носителями квантов этой энергии являются условные элементарные частицы – фотоны.
 – квант энергии фотона, Дж
Где ν – частота излучения, Гц
 – постоянная Планка
 – импульс фотона, (кг∙м)/с
Основные свойства фотона:
1) Не имеет заряда;
2) Имеет массу только в движении, масса покоя ;
3) Передает энергию и импульс.
Замечание. Поскольку электромагнитная волна (свет) действует на освещенные поверхности (передает импульс), то она оказывает и давление на поверхности, его назвали световым давлением (было открыто П.Н. Лебедевым).
Воздействие света на поверхности с различными коэффициентами отражения n:
1) Черная. Свет не отражается (поглощается), как при абсолютно неупругом ударе, ;
2) Зеркальная (белая). Свет полностью отражается, как при абсолютно упругом ударе, . На зеркальную поверхность свет действует в два раза сильнее, чем на черную.

 – cила светового давления, Н
Где  - скорость света в вакууме
α – угол падения света на поверхность, град или рад
– мощность излучения источника ЭМВ, как правило, лазера, Вт
 – количество фотонов, испускаемых за время t, ед
Замечание. Световое давление максимально при перпендикулярном падении ЭМВ, т.е. α=90°.
Определение. Фотоэффект – явление испускания электронов из вещества под действием электромагнитного излучения.
Замечание. Классический эксперимент по исследованию фотоэффекта проводился А.Г. Столетовым при облучении цинковой пластинки ультрафиолетовым излучением.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта:


Где  – работа выхода электрона из вещества (табл.), Дж
 – максимальная кинетическая энергия электрона, Дж
 кг – масса электрона
 – максимальная скорость электрона, м/с
Замечание. Часто для измерения энергий в микромире используется единица измерения электронвольт: .
Основные этапы эксперимента Столетова:
1) На катод и анод подается напряжение;
2) Цинковый катод облучается ультрафиолетовым излучением;
3) В результате фотоэффекта с катода вырываются фотоэлектроны и напряжением разгоняются в сторону анода, амперметр при этом регистрирует фототок. Максимальный фототок при постоянном световом потоке назвали током насыщения ();
 – сила тока насыщения, А
Где  - количество фотоэлектронов, выбиваемых за время t, ед
 Кл – элементарный заряд
4) Если на катод и анод подать напряжение обратной полярности, т.е. которое будет тормозить фотоэлектроны, то фототок в цепи может прекратиться. Напряжение, при котором фотоэлектроны прилетают на анод с нулевой скоростью, называют задерживающим напряжением (). При его превышении фоток прекращается, т.е. фотоэлектроны не достигают анода;
 - уравнение Эйнштейна для фотоэффекта с использованием запирающего напряжения
5) В результате эксперимента была построена зависимость фототока от напряжения между катодом и анодом – вольтамперная характеристика фотоэффекта:

Законы фотоэффекта:
1) Количество фотоэлектронов, выбиваемых с поверхности вещества, пропорционально интенсивности падающего излучения (при постоянной частоте). Поскольку фототок насыщения определяется количеством выбиваемых фотоэлектронов, то он тоже пропорционален интенсивности ЭМИ;
2) Максимальная скорость фотоэлектронов (кинетическая энергия) растет при увеличении частоты падающего ЭМИ и не зависит от его интенсивности. Поскольку максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов определяется запирающим напряжением, то оно так же растет при увеличении частоты ЭМИ;
3) Существует определенная минимальная частота  и соответствующая ей максимальная длина волны  ЭМИ, при которых фотоэффект прекращается в независимости от интенсивности излучения. Такую  назвали красной границей фотоэффекта.
 – условие красной границы фотоэффекта
Основные виды фотоэффекта и его применение:
1) Внешний фотоэффект (фотоэлектронная эмиссия) – это явление вылета электронов с поверхности вещества под воздействием ЭМИ (именно этот вид и описывался выше). На внешнем фотоэффекте основан принцип работы приборов по измерению освещенности;
2) Внутренний фотоэффект проявляется в изменении концентрации носителей зарядов в веществе, а в следствие и в изменении проводимости вещества при облучении. На внутреннем фотоэффекте основан принцип работы фотоэлементов.

Краткий конспект подготовки к ЗНО по физике №34 "Линзы"

Конспект 34. Линзы.
4. Линзы

Определение. Линза – прозрачное тело, ограниченное двумя преломляющими сферическими поверхностями, в частности, одна из поверхностей может быть плоской.

Замечание. Тонкая линза – модель, в которой пренебрегают толщиной линзы d по сравнению с радиусом ее кривизны R, т.е. d≪R. В школьной программе рассматриваются именно тонкие линзы.
Виды линз:
1) Собирающая линза – это линза, после прохождения которой параллельные лучи, собираются в одной точке. Выпуклые линзы являются собирающими;

2) Рассеивающая линза – это линза, после прохождения которой параллельные лучи выходят из линзы рассеивающимся пучком, продолжения лучей при этом собираются в одной точке. Вогнутые линзы являются рассеивающими.

Определение. Фокус линзы – точка, через которую проходят лучи (или их продолжения), после того как они прошли через линзу, падая параллельно главной оптической оси.
Элементы, входящие в схемы построения изображений в линзах:

Правила построения прохождения луча света через линзу:
1) Все лучи, проходящие через центр линзы, не преломляются;

2) Для собирающей линзы при построении изображений используют действительный фокус (по другую сторону от падающего луча, через него луч проходит на самом деле), а для рассеивающей – мнимый фокус (по ту же сторону от линзы, через него проходит продолжение луча);
3) Лучи, которые падают параллельно главной оптической оси, проходят через фокус линзы;

4) Лучи, которые падают на линзу под произвольным углом, проходят через ее побочный фокус – точка пересечения побочной оптической оси, которая параллельна лучу, и фокальной плоскости.

Типы классификаций изображений:
1) Действительное/мнимое;
2) Прямое/перевернутое;
3) Увеличенное/уменьшенное/равновеликое.
Построение и классификация изображений, которые дает тонкая линза:
1) Собирающая линза:
а) Предмет перед фокусом. Изображение мнимое, прямое, увеличенное;

б) Предмет в фокусе. Изображение на бесконечности;

в) Предмет между фокусом и двойным фокусом. Изображение действительное, перевернутое, увеличенное;

г) Предмет в двойном фокусе. Изображение действительное, перевернутое, равновеликое;

д) Предмет за двойным фокусом. Изображение действительное, перевернутое, уменьшенное;

2) Рассеивающая линза:
Произвольное положение предмета. Изображение всегда мнимое, прямое, уменьшенное.

 – формула тонкой линзы
Где d – расстояние от предмета до линзы, м
f – расстояние от изображения до линзы, м
F – фокусное расстояние линзы, м
Расстановка знаков:
"+" - для действительного параметра
"-" - для мнимого параметра
Определение. Оптическая сила линзы () – величина, характеризующая преломляющие способности линзы.
 – оптическая сила линзы, дптр
 – увеличение в линзе, ед
Где H – размеры (высота) изображения, м
h – размеры (высота) предмета, м

Примеры линз в природе и технике:
Глаз человека                                                     Очки

Микроскоп                                                         Телескоп-рефрактор

Краткий конспект подготовки к ЗНО по физике №33 "Геометрическая оптика. Распространение света."

Конспект 33. Геометрическая оптика. Распространение света.
Раздел: ОПТИКА
Тема: Геометрическая оптика

1. Распространение света

Закон прямолинейного распространения света – в прозрачной однородной среде свет распространяется прямолинейно. Исходя из этого, линию, по которой распространяется свет, принято называть лучом света.
Замечание. Образование тени и полутени подтверждают закон прямолинейности распространения света. В космических масштабах это солнечные и лунные затмения.

Определение. Тень – область пространства, в которую не попадает свет от источника.
Замечание. Точечный источник света – модель источника света, размерами которого пренебрегают.
Определение. Полутень – область пространства, которая частично освещается несколькими имеющимися точечными источниками или частью источника света, имеющего размеры.
Замечание. Считается, что лучи света от Солнца падают на Землю практически параллельно.

2. Отражение света

Типы отражения света:
1) Зеркальное – пучок параллельных лучей после отражения остается параллельным. Поверхности, от которых свет отражается зеркально, называют глянцевыми;
2) Диффузное – пучок параллельных лучей после отражения перестает быть параллельным (отражается по всевозможным направлениям). Поверхности, от которых свет отражается диффузно, называют матовыми.

Законы отражения света:
1) Угол падения равен углу отражения: α=β

2) Падающий луч, отраженный и перпендикуляр к поверхности, построенный в точке падения, лежат в одной плоскости.
Замечание. В зеркальной поверхности можно увидеть изображение предмета, который перед ней расположен.
Типы изображений предметов:
1) Действительное – изображение предмета, образованное сходящимся пучком лучей. Его можно получить на экране;
2) Мнимое – изображение предмета, образованное расходящимся пучком лучей, прошедших оптическую систему, продолжения которых пересекаются. Такое изображение нельзя получить на экране.
Виды зеркал в зависимости от формы отражающей поверхности:
1) Плоское зеркало дает равновеликое прямое мнимое изображение.
Построение изображения в плоском зеркале:

Область видимости предмета в плоском зеркале:

2) Сферическое зеркало:
а) Вогнутое – параллельные лучи, падающие на поверхность, собираются в фокусе зеркала.

Замечание. Используется в косметических увеличительных зеркалах.
б) Выпуклое – параллельные лучи, падающие на поверхность, рассеиваются так, что их продолжения проходят через фокус зеркала.

Замечание. Используется в панорамных зеркалах.
Замечание. Изображения, полученные с помощью вогнутого зеркала, по характеристикам похожи на те, что дает собирающая линза, а те, которые получаются в выпуклом зеркале, похожи на изображения в рассеивающей линзе.

3. Преломление света

Определение. Преломление света – явление изменения направления распространения света при переходе через границу раздела прозрачных сред.
Замечание. Причиной преломления света является изменение скорости ЭМВ при переходе через границу двух сред и соблюдение принципа Ферма.
Принцип Ферма – из одной точки пространства в другую волна распространяется за наименьшее время.
Законы преломления света:

1)  – первый закон преломления
Где  – абсолютные показатели преломления среды (табл.), показывают во сколько раз скорость света в данной среде меньше, чем в вакууме, ед.
 – относительный показатель преломления второй среды относительно первой, ед.
2) Падающий луч, преломленный и перпендикуляр к поверхности, построенный в точке падения, лежат в одной плоскости.
Замечание. Оптическая плотность среды – величина, характеризующая способность среды к пропусканию света. Если в процессе преломления света оптическая плотность (показатель преломления) данной среды больше, то угол луча к перпендикуляру в точке падения будет меньше.
Определение. Полное внутреннее отражение – явление отсутствия преломленного луча света при переходе из оптически более плотной среды в менее плотную среду (из среды с большим показателем преломления в среду с меньшим), при этом угол падения должен быть больше либо равен критическому углу.

Замечание. Как правило, в школьной программе рассматривают выход луча из какой-либо прозрачной среды в воздух, например, из воды в воздух.
 – закон полного внутреннего отражения, если луч выходит в воздух
Где  – критический угол падения, то есть минимальный угол, при котором наблюдается явление полного внутреннего отражения, рад или град
n – абсолютный показатель преломления среды, из которой луч выходит в воздух, ед.
Замечание. Явление полного внутреннего отражения применяется в принципе работы оптоволоконных каналов связи, в оптоволоконных светильниках и т.п.

Краткий конспект подготовки к ЗНО по физике №32 "Электромагнитные волны (ЭМВ)."

Конспект 32. Электромагнитные волны (ЭМВ).

3. Электромагнитные волны

Определение. Электромагнитное поле – форма материи, которая является системой переменного электрического и магнитного полей, взаимно порождающих друг друга.
Определение. Электромагнитная волна (ЭМВ) – электромагнитное поле, которое распространяется в пространстве с течением времени.
Примеры излучателей электромагнитных волн: колебательный контур (основной элемент радиопередатчика/приемника), солнце, лампочка, рентген-аппарат и др.
Замечание. Генрих Герц экспериментально подтвердил существование ЭМВ, используя для приема и передачи ЭМВ колебательные контуры, настроенные в резонанс (вибратор Герца).

Основные свойства ЭМВ:
1) Скорость распространения ЭМВ в вакууме – это скорость света ;
2) ЭМВ – это поперечная волна, векторы напряженности , магнитной индукции  и скорости распространения  взаимно перпендикулярны;

3) Если ЭМВ излучается колебательным контуром, то ее период и частота совпадают с частотой колебаний контура;
4) Как и для всех волн, длина ЭМВ рассчитывается по формуле .
Шкала электромагнитных волн :

Определение. Радиолокация – обнаружение и определение места нахождения различных объектов с помощью радиоволн. Она базируется, прежде всего, на свойствах отражения радиоволн.
Замечание. Для радиолокации используется прибор, который обычно называют радаром, его основные элементы – это передатчик и приемник.

 – расстояние до объекта в радиолокации, м
Где t – время прохождения сигнала до цели и обратно, с
c – скорость света, м/с
Замечание. Принцип радиолокации аналогичен принципу эхолокации (см. конспект №30).
Ограничения в дальности обнаружения целей и в односторонней передаче сигнала:
1) Максимальная дальность обнаружения цели зависит от интервала времени между двумя последовательными импульсами радиолокатора ():
– максимальное расстояние радиолокации, м
2) Минимальная дальность обнаружения цели зависит от продолжительности импульса радиолокатора ():
 – минимальное расстояние радиолокации, м
3) Дальность передачи сигнала ограничена формой Земли;
4) Дальность передачи сигнала ограничена мощностью радиопередатчика и чувствительностью принимающей антенны:
 – минимальная мощность сигнала, который может принимать антенна (чувствительность), Вт
Где  – мощность передатчика, Вт
S – площадь поверхности принимающей антенны, м²
R – расстояние от передатчика до антенны, м
Замечание. В 1-3 пунктах при определении дальности распространения сигнала не учитывается, что мощность передающей антенны и чувствительность принимающей ограничены.

Краткий конспект подготовки к ЗНО по физике №31 "Электромагнитные колебания (ЭМК). Трансформатор."

Конспект 31. Электромагнитные колебания (ЭМК). Трансформатор.
Тема: Электромагнитные колебания и волны

1. Электромагнитные колебания. Колебательный контур

Определение. Электромагнитные колебания (ЭМК):
1) Процесс периодического изменения и взаимопревращения энергий электрического и магнитного полей;
2) Взаимосвязанные колебания вектора напряженности электрического поля и индукции магнитного поля;
3) Периодические изменения напряжения и силы тока в электрической цепи.
Замечание. Наиболее наглядно процесс ЭМК демонстрируется на принципе работы колебательного контура.
Определение. Идеальный колебательный контур – цепь без учета активного сопротивления проводов, состоящая из катушки индуктивности и конденсатора, в которой могут возникнуть свободные ЭМК.

Определение. Свободные электромагнитные колебания в колебательном контуре – это колебания, которые возникают и поддерживаются за счет энергии, которая однократно подается в колебательный контур.
Замечания:
1) Явление самоиндукции в катушке – причина поддержания процесса ЭМК;
2) Во время ЭМК периодически изменяются все электропараметры, которые характеризуют электромагнитное поле в контуре: u,q,i – мгновенные значения напряжения и заряда на конденсаторе и тока на катушке соответственно;
3) Начало свободных ЭМК обычно связано с зарядкой конденсатора, который замыкается на катушку;
4) ЭМК подчиняются тем же гармоническим законам, что и рассмотренные ранее механические колебания.
– формула Томсона (период колебаний в колебательном контуре), с
Превращения энергии в колебательном контуре:
1) t=0: на конденсаторе  и ; на катушке  и i=0;
2) : на конденсаторе  и u=0; на катушке  и ;
3) : на конденсаторе  и ; на катушке  и i=0; полярность зарядки конденсатора обратная;
4) : на конденсаторе  и u=0; на катушке  и ; направление тока обратное;
5) t=T: на конденсаторе  и ; на катушке  и i=0.

 – закон сохранения полной энергии идеального колебательного контура
 – закон сохранения энергии идеального колебательного контура между ее максимальными значениями
Где  – максимальное напряжение на конденсаторе, В
 – максимальная сила тока в катушке, А
 – закон гармонических колебаний напряжения на пластинах конденсатора
 – закон гармонических колебаний заряда на пластинах конденсатора
 – закон гармонических колебаний силы тока на катушке
Определение. Вынужденные ЭМК – периодические изменения напряжения и силы тока в цепи под действием внешней периодически изменяющейся электродвижущей силы.
Замечание. Как правило, внешними источниками ЭДС в электрических цепях являются генераторы переменного тока.
Определение. Генератор переменного тока – электрическая машина, которая является источником тока с принципом действия, основанным на явлении электромагнитной индукции. В нем происходит преобразование механической энергии в электрическую. В простейшем случае генератор представлен замкнутой катушкой, которая вращается в постоянном магнитном поле (подробнее смотри в конспекте № 28).
Определение. Электрический резонанс – явление резкого увеличения амплитуды колебаний силы тока, при совпадении собственной частоты колебаний контура с частотой внешней периодически изменяющейся ЭДС.
Примеры применения электрического резонанса: настройка радиоприемника на определенную частоту электромагнитной волны, микротоковая медицинская терапия и пр.
Замечание. Средние значения переменного тока называются действующими.
 – действующее значение силы переменного тока, А
 – действующее значение напряжения переменного тока, В

2. Трансформатор

Определение. Трансформатор – электромагнитное устройство для преобразования значений напряжения и силы тока в цепях переменного тока, обычно представляет собой две катушки (обмотки) одетые на один общий сердечник. Принцип работы основан на явлении электромагнитной индукции.

Замечание. Идеальный трансформатор – трансформатор, в котором сопротивлением обмоток можно пренебречь.
 – закон трансформации в идеальном трансформаторе
Где k –коэффициент трансформации, ед
 – напряжения соответственно в первичной и вторичной обмотках, В
 – силы тока соответственно в первичной и вторичной обмотках, А
 – количество витков соответственно в первичной и вторичной обмотках, ед
Виды трансформаторов:
1) Понижающий: , ;
2) Повышающий: , 1.
 – закон трансформации в реальном трансформаторе
Где – ЭДС соответственно в первичной и вторичной обмотках, В
 – КПД реального трансформатора, ед или %
Замечание. КПД идеального трансформатора равно 100 % (или 1).
Основные потери энергии в реальном трансформаторе:
1) Нагрев обмоток;
2) Токи Фуко, которые возникают вследствие явления электромагнитной индукции в сердечниках, усиливающих магнитное поле. Для борьбы с ними используют специальные слоистые сердечники;
3) Трение перемагничивающихся пластин слоистого сердечника, что проявляется в виде гудения трансформатора.

Краткий конспект подготовки к ЗНО по физике №30 "Маятники. Механические волны."

Конспект 30. Маятники. Механические волны.

2. Виды колебаний

Определение. Свободные колебания – это колебания, возникающие в системе под действием внутренних сил после того, как ее вывели из положения равновесия (после кратковременного действия внешней силы).
Примеры свободных колебаний: колебания свободных маятников, колебания струны гитары после удара и т.п.
Определение. Вынужденные колебания – это колебания, которые совершаются под действием внешней периодически изменяющейся силы.
Примеры вынужденных колебаний: колебания мембраны динамика, поршня в цилиндре камеры внутреннего сгорания и т.п.
Определение. Резонанс – это явление резкого возрастания амплитуды колебаний тела, при совпадении собственной частоты колебаний системы с частотой колебаний внешней силы.
Замечание. Собственная частота определяется параметрами колебательной системы.
Примеры резонанса: мост, который может разрушиться, если по нему пройдутся солдаты, маршируя в ногу; лопающийся от голоса певца хрустальный бокал и т.п.
Определение. Автоколебания – незатухающие колебания, которые существуют в системе за счет регулируемого самой системой поступления энергии от внешнего источника.
Примеры автоколебаний: колебания маятника в часах с гирьками, колебания электрического звонка и т.п.

3. Маятники

Замечание. Колебания рассматриваемых маятников являются гармоническими.
Определение. Математический маятник – это система, представляющая собой материальную точку на длинной невесомой нерастяжимой нити, которая совершает свободные малые колебания под действием равнодействующей силы тяжести и силы натяжения нити.

 – период колебаний математического маятника, с
Где l – длина нити, м
Замечания:
1) Формула периода корректна при условии того, что нить намного длиннее линейных размеров груза и что колебания малые;
2) Период не зависит от массы груза и от амплитуды колебаний;
3) Период зависит от длины нити (нагрев/охлаждение) и от ускорения свободного падения (горные районы, широта местности).
Определение. Пружинный маятник – колебательная система, состоящая из тела, закрепленного на упругой пружине, которое совершает свободные малые колебания.

Замечание. В простейшем случае рассматриваются колебания в горизонтальной плоскости вдоль поверхности без учета сил трения.
– период колебаний пружинного маятника, с
Где m – масса груза, кг
k – жесткость пружины, Н/м
Замечания:
1) Формула периода корректна при условии того, что колебания малые;
2) Период не зависит от амплитуды колебаний;
3) Период зависит от массы груза и жесткости пружины.
Превращение энергии при гармонических колебаниях:
1) Математический маятник: ;
2) Пружинный маятник (горизонтальный) .

4. Механические волны

Замечание. Если, возникнув в одном месте механические колебания, распространяются в соседние области пространства, заполненного веществом, то говорят про волновое движение.
Определение. Механическая волна – это процесс распространения механических колебаний в какой-либо среде.
Виды волн:
1) Поперечные волны – это такие волны, в которых направление колебаний перпендикулярно к направлению распространения волны.
Примеры поперечных волн: волны на воде, волны в хлысте и т.п.
2) Продольные волны – это такие волны, в которых направление колебаний параллельно к направлению распространения волны.
Пример продольных волн: звуковые волны.
Определение. Длина волны () – минимальное расстояние между двумя точками волны с одинаковой фазой колебаний, т.е. в упрощенной формулировке – это расстояние между соседними гребнями или впадинами волны. Оно же – расстояние, которое проходит волна за один период колебаний.

 – длина волны, м
Где υ – скорость распространения волны, м/с
T – период колебаний, с
ν – частота колебаний, Гц
Определение. Звуковые волны (звук) – механические продольные упругие волны, распространяющиеся в среде.
Диапазоны звуковых волн (по частотам):
1) Инфразвук:  , может оказывать неблагоприятное воздействие на организм человека;
2) Слышимый звук: ;
3) Ультразвук: частота более 20000 Гц, некоторые животные чувствительны к ультразвукам, летучие мыши используют его для ориентирования в пространстве, используется в технологиях эхолокации и ультразвукового исследования в медицине.
Замечания:
1) Скорость звука – это скорость передачи упругой волны в среде, как правило она тем больше, чем более плотной является вещество. Скорость звука в воздухе ;
2) Громкость звука характеризуется амплитудой и частотой колебаний частиц упругой среды;
3) Высота тона звука определяется частотой колебаний частиц упругой среды.
Определение. Эхолокация – технология измерения расстояний до объектов с помощью излучения звука и регистрации задержки времени до приема его эха, т.е. отражения звука от границы раздела сред. Как правило, в этой технологии используется ультразвук.

 – расстояние до объекта в эхолокации, м
Где c – скорость звука в среде, м/с
t – интервал времени прохождения звука до цели и обратно, с

Краткий конспект подготовки к ЗНО по физике №29 "Механические колебания"

Конспект 29. Механические колебания.
Раздел: КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

Тема: Механические колебания и волны

1. Гармонические колебания

Определение. Колебания – это повторяющийся во времени процесс изменения состояний системы относительно какого-то состояния (положения) равновесия.
Определение. Механические колебания – движение, при котором тело (точка) проходит одни и те же координаты в пространстве через одинаковые промежутки времени.
Основные параметры колебательного движения: период, частота, циклическая частота, амплитуда.
Замечание. Как правило, когда говорят описать колебания, необходимо указать его основные параметры.
Определение. Период колебаний () – это минимальное время между двумя одинаковыми состояниями колебательной системы (положениями точки в пространстве при механических колебаниях).
 – период, с
Где N – число оборотов за время t
Определение. Частота колебаний () – количество колебаний в единицу времени.
– частота, Гц
Определение. Циклическая частота колебаний () – мера частоты колебаний, показывающая количество колебаний за 2π секунд.
 – циклическая частота, 
Определение. Амплитуда колебаний – максимальное изменение величины, которая совершает периодические изменения, от ее среднего значения (положения равновесия).
Замечание. В зависимости от того, амплитуда колебаний какой величины рассматривается, используются различные обозначения. Например, амплитуда колебаний координаты тела , , амплитуда колебаний скорости тела , , амплитуда колебаний ускорения тела ,  и т.п.

Замечание. За одно полное колебание тело проходит путь равный четырем амплитудам.
Определение. Гармонические колебания – колебания, при которых величина периодически изменяется по гармоническому закону, т.е. закону косинуса или синуса.
Координата точки (тела) при гармонических механических колебаниях:
 – функция колебаний координаты, если они начинаются с точки максимального отклонения
– функция колебаний координаты, если они начинаются с положения равновесия
Замечание. A,ω – параметры колебательной системы (числа); x,t – переменные.
Построение графиков и описание функций гармонических механических колебаний:
1) 

2) 

Определение. Фаза гармонических колебаний (,[) – аргумент функции косинуса или синуса, который определяет состояние колебательной системы в определенный момент времени. В общем случае , где  – начальная фаза колебаний.
Координата точки (тела) при гармонических механических колебаниях с начальной фазой:


Замечание. Скорость – это первая производная координаты (механический смысл производной) , а ускорение – первая производная скорости или вторая производная координаты .
Скорость точки (тела) при гармонических механических колебаниях с начальной фазой:


 – амплитуда скорости, м/с
Замечание.  в крайней точке,  в положении равновесия.
Ускорение точки (тела) при гармонических механических колебаниях с начальной фазой:


 – амплитуда ускорения, м/с² 
Замечание.  в положении равновесия,  в крайней точке.