Экспериментальное исследование 1. B 23 № 2402. Ученик изучал в школьной лаборатории колебания математического маятника. Результаты измерений каких величин дадут ему возможность рассчитать период ко​ле​ба​ний ма​ят​ни​ка? 1) массы ма​ят​ни​ка m и зна​ние таб​лич​но​го зна​че​ния уско​ре​ния сво​бод​но​го па​де​ния g 2) длины нити ма​ят​ни​ка l и зна​ние таб​лич​но​го зна​че​ния уско​ре​ния сво​бод​но​го па​де​ния g 3) ам​пли​ту​ды ко​ле​ба​ний ма​ят​ни​ка А и его массы m 4) амплитуды колебаний маятника А и знание табличного значения ускорения свободного па​де​ния g 2. B 23 № 2404. При проведении эксперимента ученик исследовал зависимость модуля силы упругости пружины от длины пружины, которая выражается формулой, где - длина пружины в недеформированном состоянии. График полученной зависимости приведен на ри​с ун​ке. Какое(-ие) из утвер​ж де​ний со​от​вет​с тву​ет(-ют) ре​з уль​та​там опыта? А. Длина пру​ж и​ны в не​де​фор​ми​ро​ван​ном со​с то​я​нии равна 3 см. Б. Жест​кость пру​ж и​ны равна. 1) А 2) Б 3) А и Б 4) Ни А, ни Б 3. B 23 № 2407. Необходимо экспериментально обнаружить ко​ле​ба​ний пру​ж ин​но​го ма​ят​ни​ка от жест​ко​с ти пру​ж и​ны. зависимость периода Какую пару маятников можно использовать для этой цели? На рисунке пружины и грузы изоб​ра​ж е​ны в со​с то​я​нии рав​но​ве​с ия. 1) А, В или Г 2) толь​ко Б 3) толь​ко В 4) толь​ко Г 4. B 23 № 2408. Необходимо экспериментально выяснить зависимость периода малых колебаний математического маятника от вещества, из которого изготовлен груз. Какую пару ма​ят​ни​ков (см. ри​с у​нок) можно взять для этой цели? Грузы маятников - полые шарики из меди и алюминия одинаковой массы и одинакового внеш​не​го диа​мет​ра. 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4 5. B 23 № 2410. При измерении напряжения на концах проволочной спирали четыре уче​ни​ка по-раз​но​му под​с о​еди​ни​ли вольт​метр. Ре​з уль​тат этих работ изоб​ра​ж ен на ри​с ун​ке. Какой из уче​ни​ков под​с о​еди​нил вольт​метр пра​виль​но? 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4 6. B 23 № 2411. Пучок бе​ло​го света, прой​дя через приз​му, раз​ла​га​ет​с я в спектр. Была выдвинута гипотеза, что ширина спектра, получаемого на стоящем за призмой экране, зависит от угла падения пучка на грань призмы. Необходимо экспериментально проверить эту ги​по​те​з у. Какие два опыта нужно про​ве​с ти для та​ко​го ис​с ле​до​ва​ния? 1) А и 2) Б и 3) Б и 4) В и Б В Г Г 7. B 23 № 2414. Про​вод​ни​ки из​го​тов​ле​ны из од​но​го и того же ма​те​ри​а​ла. Какую пару проводников нужно выбрать, чтобы на опыте обнаружить зависимость со​про​тив​ле​ния про​вод​ни​ка от его длины? 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4 8. B 23 № 2415. Про​вод​ни​ки из​го​тов​ле​ны из раз​ных ма​те​ри​а​лов. Какую пару проводников нужно выбрать, чтобы на опыте обнаружить зависимость со​про​тив​ле​ния про​вод​ни​ка от его удель​но​го со​про​тив​ле​ния? 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4 9. B 23 № 2416. Кон​ден​с а​то​ры за​пол​не​ны оди​на​ко​вы​ми ди​э лек​три​ка​ми. Какую пару конденсаторов нужно выбрать, чтобы на опыте обнаружить зависимость ем​ко​с ти кон​ден​с а​то​ра от пло​ща​ди его пла​с тин? 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4 10. B 23 № 2417. Кон​ден​с а​то​ры за​пол​не​ны оди​на​ко​вы​ми ди​э лек​три​ка​ми. Какую пару конденсаторов нужно выбрать, чтобы на опыте обнаружить зависимость ем​ко​с ти кон​ден​с а​то​ра от рас​с то​я​ния между его пла​с ти​на​ми? 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4 11. B 23 № 2418. Кон​ден​с а​то​ры за​пол​не​ны раз​ны​ми ди​э лек​три​ка​ми. Какую пару конденсаторов нужно выбрать, чтобы на опыте обнаружить зависимость ем​ко​с ти кон​ден​с а​то​ра от ди​э лек​три​че​с кой про​ни​ца​е​мо​с ти? 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4 12. B 23 № 2419. При измерении силы тока в проволочной спирали R четыре ученика пораз​но​му под​с о​еди​ни​ли ам​пер​метр. Ре​з уль​тат изоб​ра​ж ен на ри​с ун​ке. Ука​ж и​те вер​ное под​с о​еди​не​ние ам​пер​мет​ра. 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4 13. B 23 № 2421. Чтобы экспериментально проверить, что жесткость упругого стержня за​ви​с ит от его длины, надо ис​поль​з о​вать пару сталь​ных стерж​ней 1) А и 2) Б и 3) В и 4) Б и Б В Г Г 14. B 23 № 2429. Два сосуда заполнены разными жидкостями. Какую пару сосудов надо вы​брать, чтобы на опыте об​на​ру​ж ить за​ви​с и​мость дав​ле​ния стол​ба жид​ко​с ти от ее плот​но​с ти? 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4 15. B 23 № 2430. Два сосуда заполнены одинаковой жидкостью. Какую пару сосудов надо выбрать, чтобы на опыте обнаружить зависимость давления столба жидкости от высоты стол​ба? 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4 16. B 23 № 3119. Про​вод​ни​ки из​го​тов​ле​ны из од​но​го и того же ма​те​ри​а​ла. Какую пару проводников нужно выбрать, чтобы на опыте обнаружить зависимость со​про​тив​ле​ния про​во​ло​ки от ее диа​мет​ра? 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4 17. B 23 № 3122. Была выдвинута гипотеза, что размер мнимого изображения предмета, создаваемого рассеивающей линзой, зависит от оптической силы линзы. Необходимо экспериментально проверить эту гипотезу. Какие два опыта можно провести для такого ис​с ле​до​ва​ния 1) А и 2) А и 3) Б и 4) В и Б В В Г 18. B 23 № 3124. Ученик изучал в школьной лаборатории колебания пружинного маятника. Результаты измерений каких двух величин он должен знать, чтобы определить жесткость пру​ж и​ны ма​ят​ни​ка? 1) ам​пли​ту​ду ко​ле​ба​ний ма​ят​ни​ка А и его пе​ри​од ко​ле​ба​ний Т 2) ам​пли​ту​ду ко​ле​ба​ний ма​ят​ни​ка А и массу m груза 3) уско​ре​ние сво​бод​но​го па​де​ния g и ам​пли​ту​ду ко​ле​ба​ний ма​ят​ни​ка А 4) пе​ри​од ко​ле​ба​ний ма​ят​ни​ка Т и массу m груза 19. B 23 № 3127. Два шара полностью погружены в жидкости разных плотностей. Какую пару шаров надо выбрать, чтобы на опыте обнаружить зависимость силы Архимеда от плот​но​с ти жид​ко​с ти? 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4 20. B 23 № 3128. Два шара сделаны из различных материалов. Какую пару шаров надо вы​брать, чтобы на опыте об​на​ру​ж ить за​ви​с и​мость масс от плот​но​с ти? 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4 21. B 23 № 3214. Чтобы определить молярную массу газа, находящегося в равновесном со​с то​я​нии, до​с та​точ​но знать зна​че​ние уни​вер​с аль​ной га​з о​вой по​с то​ян​ной и из​ме​рить 1) Тем​пе​ра​ту​ру газа, его массу и дав​ле​ние 2) Плот​ность газа, его тем​пе​ра​ту​ру и дав​ле​ние 3) Плот​ность газа, его массу и тем​пе​ра​ту​ру 4) Дав​ле​ние газа, его объем и его тем​пе​ра​ту​ру 22. B 23 № 3215. Пружинный маятник совершает свободные гармонические колебания. Какую величину можно определить, если известны масса груза m и период колебаний T ма​ят​ни​ка? 1) Длину не​рас​тя​ну​той пру​ж и​ны 2) Мак​с и​маль​ную по​тен​ци​аль​ную энер​гию 3) Жест​кость пру​ж и​ны 4) Ам​пли​ту​ду ко​ле​ба​ний пру​ж и​ны ма​ят​ни​ка 23. B 23 № 3246. Во время лабораторной работы необходимо было измерить напряжение на со​про​тив​ле​нии. Это можно сде​лать с по​мо​щью схемы 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4 24. B 23 № 3247. Во время лабораторной работы необходимо было измерить силу тока через со​про​тив​ле​ние Это можно сде​лать с по​мо​щью схемы 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4 25. B 23 № 3248. Во время лабораторной работы необходимо было измерить напряжение на рео​с та​те. Это можно сде​лать с по​мо​щью схемы 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4 26. B 23 № 3249. В цилиндрический сосуд налита жидкость. Была высказана гипотеза, что давление жидкости на дно сосуда зависит от площади дна сосуда. Для проверки этой ги​по​те​з ы нужно вы​брать сле​ду​ю​щие два опыта из пред​с тав​лен​ных ниже. 1) А и 2) Б и 3) А и 4) Б и В В Г Г 27. B 23 № 3318. Чтобы рассчитать в равновесном состоянии плотность разреженного газа с известной молярной массой, достаточно знать значение универсальной газовой постоянной и из​ме​рить 1) дав​ле​ние газа р и его объём V 2) массу газа m и его тем​пе​ра​ту​ру Т 3) тем​пе​ра​ту​ру газа Т и его объём V 4) дав​ле​ние газа р и его тем​пе​ра​ту​ру Т 28. B 23 № 3320. Математический маятник совершает свободные гармонические колебания. Какую ве​ли​чи​ну можно опре​де​лить, если из​вест​ны длина l и пе​ри​од ко​ле​ба​ний Т ма​ят​ни​ка? 1) ам​пли​ту​ду А ко​ле​ба​ний ма​ят​ни​ка 2) уско​ре​ние сво​бод​но​го па​де​ния g 3) мак​с и​маль​ную ки​не​ти​че​с кую энер​гию 4) массу m груза ма​ят​ни​ка ма​ят​ни​ка 29. B 23 № 3347. Грузы маятников - медные шарики. Какую пару маятников (см. рисунок) надо выбрать, чтобы экспериментально выяснить, зависит ли период малых колебаний ма​те​ма​ти​че​с ко​го ма​ят​ни​ка от длины нити? 1) А и 2) А и 3) А и 4) Б и Б В Г В 30. B 23 № 3391. Проволочная катушка с током создает магнитное поле. Была выдвинута гипотеза, что магнитный поток через поперечное сечение катушки зависит от количества витков и диаметра. Необходимо экспериментально проверить эту гипотезу. Какие два набора ка​ту​шек нужно взять для та​ко​го ис​с ле​до​ва​ния? 1) А и 2) Б и 3) Б и 4) В и Б В Г Г 31. B 23 № 3392. Предположим, вы не знаете формулу для расчета периода колебаний математического маятника. Необходимо экспериментально проверить, зависит ли эта величина от массы груза. Какие ма​ят​ни​ки нужно ис​поль​з о​вать для такой про​вер​ки? 1) А и 2) А и 3) Б и 4) Б и Б Г В Г 32. B 23 № 3395. Ученик изучает закон Архимеда, изменяя в опытах объем погруженного в жидкость тела и плотность жидкости. Какую пару опытов он должен выбрать, чтобы обнаружить зависимость архимедовой силы от объема погруженного тела? (На рисунках ука​з а​на плот​ность жид​ко​с ти.) 33. B 23 № 3462. При исследовании вольт-амперной характеристики спирали лампы на​ка​ли​ва​ния на​блю​да​ет​с я от​кло​не​ние от за​ко​на Ома для участ​ка цепи. Это свя​з а​но с тем, что 1) из​ме​ня​ет​с я число элек​тро​нов, дви​ж у​щих​с я в спи​ра​ли 2) на​блю​да​ет​с я фо​то​э ф​фект 3) из​ме​ня​ет​с я со​про​тив​ле​ние спи​ра​ли при на​гре​ва​нии 4) воз​ни​ка​ет маг​нит​ное поле 34. B 23 № 3467. Для определения КПД наклонной плоскости использовано оборудование, изображенное на рисунке. Ученик с помощью динамометра поднимает брусок с двумя грузами равномерно вдоль наклонной плоскости. Данные эксперимента ученик занес в таблицу. Чему равен КПД на​клон​ной плос​ко​с ти? Ответ вы​ра​з и​те в про​цен​тах. По​ка​за​ния ди​на​мо​мет​ра при подъ​е ме груза, Н 1,5 Длина на​клон​ной плос​ко​сти, м 1,0 Масса брус​ка с двумя гру​за​ми, кг 0,22 Вы​со​та на​клон​ной плос​ко​сти, м 0,15 1) 10 % 2) 22 % 3) 45 % 4) 100 % 35. B 23 № 3595. Школьник проводит опыты с двумя линзами, направляя на них параллельный пучок света. Ход лучей в этих опытах показан на рисунках. Согласно результатам этих опытов, фо​кус​ное рас​с то​я​ние линзы 1) боль​ше фо​кус​но​го рас​с то​я​ния линзы 2) мень​ше фо​кус​но​го рас​с то​я​ния линзы 3) равно фо​кус​но​му рас​с то​я​нию линзы 4) не может быть соотнесено с фокусным расстоянием линзы 36. B 23 № 3608. Школьник проводит опыты с двумя линзами, направляя на них параллельный пучок света. Ход лучей в этих опытах показан на рисунках. Согласно результатам этих опытов, фо​кус​ное рас​с то​я​ние линзы 1) боль​ше фо​кус​но​го рас​с то​я​ния линзы 2) мень​ше фо​кус​но​го рас​с то​я​ния линзы 3) равно фо​кус​но​му рас​с то​я​нию линзы 4) не может быть соотнесено с фокусным расстоянием линзы 37. B 23 № 3644. В недавнем прошлом для точных электрических измерений использовались «магазины» сопротивлений, представляющие собой деревянный ящик, под крышкой которого помещалась толстая медная пластина (1) с разрывами (2), в которые могут вставляться медные штекеры (3) (см. рисунок). Если все штекеры плотно вставлены, то электрический ток течет через них напрямую по пластине, сопротивление которой ничтожно мало. Если же какой-либо из штекеров отсутствует, то ток течет через проволоки (4), которые за​мы​ка​ют раз​ры​вы и об​ла​да​ют точно из​ме​рен​ным со​про​тив​ле​ни​ем. Определите, чему равно сопротивление, установленное на магазине сопротивлений, по​ка​з ан​ном на сле​ду​ю​щем ри​с ун​ке, если, . 1) 8 Ом 2) 9 Ом 3) 0,125 Ом 4) 0,1 Ом 38. B 23 № 3645. Для того чтобы при постоянном объеме увеличить температуру молей одноатомного идеального газа на величину, ему нужно сообщить количество теплоты. Какую кон​с тан​ту можно опре​де​лить по этим дан​ным? 1) число Аво​га​д​ро 2) элек​три​че​с кую по​с то​ян​ную 3) уни​вер​с аль​ную га​з о​вую по​с то​ян​ную 4) по​с то​ян​ную Больц​ма​на 39. B 23 № 3646. В недавнем прошлом для точных электрических измерений использовались «магазины» сопротивлений, представляющие собой деревянный ящик, под крышкой которого помещалась толстая медная пластина (1) с разрывами (2), в которые могут вставляться медные штекеры (3) (см. рисунок). Если все штекеры плотно вставлены, то электрический ток течет через них напрямую по пластине, сопротивление которой ничтожно мало. Если же какой-либо из штекеров отсутствует, то ток течет через проволоки (4), которые за​мы​ка​ют раз​ры​вы и об​ла​да​ют точно из​ме​рен​ным со​про​тив​ле​ни​ем. Определите, чему равно сопротивление, по​ка​з ан​ном на сле​ду​ю​щем ри​с ун​ке, если установленное на, магазине, сопротивлений, . 1) 10 Ом 2) 16 Ом 3) 0,1 Ом 4) 0,625 Ом 40. B 23 № 3647. Для того чтобы при постоянном давлении уменьшить температуру молей одноатомного идеального газа на величину, от него нужно отвести количество теплоты. Какую кон​с тан​ту можно опре​де​лить по этим дан​ным? 1) число Аво​га​д​ро 2) элек​три​че​с кую по​с то​ян​ную 3) уни​вер​с аль​ную га​з о​вую по​с то​ян​ную 4) по​с то​ян​ную Больц​ма​на 41. B 23 № 3718. Для определения мощности постоянного электрического вы​де​ля​ю​щей​с я в ре​з и​с то​ре, ис​поль​з о​ва​ли иде​аль​ные ам​пер​метр и вольт​метр. Какая схема подключения этих приборов со​еди​ни​тель​ных про​во​дов пре​не​бре​ж и​мо мало. 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4 является правильной? тока, Сопротивление 42. B 23 № 3719. Для изучения газовых законов лаборант изготовил газовый термометр, представляющий собой колбу с воздухом, герметично подсоединенную к изогнутой трубке, в открытой вертикальной части которой находится столбик воды. Нагревая воздух в колбе, лаборант наблюдал перемещение водяного столбика внутри трубки. Атмосферное давление при этом оста​ва​лось не​и з​мен​ным. Не​ко​то​рые этапы экс​пе​ри​мен​та изоб​ра​ж е​ны на ри​с ун​ке. Какое(-ие) из утверждений соответствует(-ют) результатам этого опыта, проводимого при ука​з ан​ных усло​ви​ях? А) При на​гре​ва​нии газа из​ме​не​ние его объ​е​ма про​пор​ци​о​наль​но из​ме​не​нию тем​пе​ра​ту​ры. Б) При на​гре​ва​нии газа его дав​ле​ние уве​ли​чи​ва​ет​с я. 1) толь​ко А 2) толь​ко Б 3) и А, и Б 4) ни А, ни Б 43. B 23 № 3753. Для определения относительной влажности воздуха используют разность показаний сухого и влажного термометров (см. рисунок). Используя данные рисунка и психрометрическую таблицу, определите, какую температуру (в градусах Цельсия) показывает сухой тер​мо​метр, если от​но​с и​тель​ная влаж​ность воз​ду​х а в по​ме​ще​нии 60%. 1) 10,5ºС 2) 21ºС 3) 11ºС 4) 29ºС 44. B 23 № 3886. В своём известном опыте британский физик Генри Кавендиш подвешивал на коромысле крутильных весов небольшие тяжёлые шарики, после чего располагал на различных расстояниях от них большие свинцовые шары и измерял углы закручивания нити, на ко​то​рой ви​с е​ло ко​ро​мыс​ло. В ре​з уль​та​те этого опыта Г. Ка​вен​диш из​ме​рил зна​че​ние 1) плот​но​с ти свин​ца 2) ко​э ф​фи​ци​ен​та про​пор​ци​о​наль​но​с ти в за​ко​не Ку​ло​на 3) гра​ви​та​ци​он​ной по​с то​ян​ной 4) уско​ре​ния сво​бод​но​го па​де​ния на Земле 45. B 23 № 4131. Метеорит массой 10 тонн приближается к сферической планете. Радиус этой пла​не​ты 2,5 106 м. Гра​фик за​ви​с и​мо​с ти силы F гравитационного взаимодействия планеты с ме​тео​ри​том от рас​с то​я​ния d между их цен​тра​ми изоб​ражён на ри​с ун​ке (сплош​ная линия). Уско​ре​ние сво​бод​но​го па​де​ния на по​верх​но​с ти этой пла​не​ты при​мер​но равно 1) 3,5 м/с 2 2) 50 м/с 2 3) 0,2 м/с 2 4) 1,4 м/с 2 46. B 23 № 4356. Имеется набор грузов массой 20г, 40г, 60г и 80г и пружина, прикреплённая к опоре в вертикальном положении. Грузы поочередно аккуратно подвешивают к пружине (см. рисунок 1). Зависимость удлинения пружины от массы груза, прикрепляемого к пружине, по​ка​з а​на на ри​с ун​ке 2. Груз какой массы, будучи прикреплённым к этой пружине, может совершать малые ко​ле​ба​ния вдоль оси с уг​ло​вой ча​с то​той? 1) 20 г 2) 40 г 3) 50 г 4) 80 г 47. B 23 № 4391. Имеется набор грузов массой 20г, 40г, 60г и 80г и пружина, прикреплённая к опоре в вертикальном положении. Грузы поочередно аккуратно подвешивают к пружине (см. рисунок 1). Зависимость удлинения пружины от массы груза, прикрепляемого к пружине, по​ка​з а​на на ри​с ун​ке 2. Груз какой массы, будучи прикреплённым к этой пружине, может совершать малые ко​ле​ба​ния вдоль оси с уг​ло​вой ча​с то​той? 1) 10 г 2) 40 г 3) 60 г 4) 100 г 48. B 23 № 4428. Показания сухого и влажного термометров, установленных в некотором помещении, соответственно равны и. Используя данные таблиц, определите абсолютную влажность воздуха в помещении, где установлены данные термометры. В первой таб​ли​це при​ве​де​на от​но​с и​тель​ная влаж​ность, вы​ра​ж ен​ная в %. 1) 2) 3) 4) 49. B 23 № 4463. Показания сухого и влажного термометров, установленных в некотором помещении, соответственно равны и. Используя данные таблиц, определите абсолютную влажность воздуха в помещении, где установлены данные термометры. В первой таб​ли​це при​ве​де​на от​но​с и​тель​ная влаж​ность, вы​ра​ж ен​ная в %. 1) 2) 3) 4) 50. B 23 № 4498. Дом стоит на краю поля. С балкона с высоты 5 м мальчик бросил камешек в горизонтальном направлении. Начальная скорость камешка 7 м/с, его масса 0,1 кг. Через 2 с после брос​ка ки​не​ти​че​с кая энер​гия ка​меш​ка при​бли​з и​тель​но равна 1) 15,3 Дж 2) 0 3) 7,4 Дж 4) 22,5 Дж 51. B 23 № 4568. Дом стоит на краю поля. С балкона с высоты 5 м мальчик бросил камешек в горизонтальном направлении. Начальная скорость камешка 7 м/с. Через 2 с после броска ско​рость ка​меш​ка при​бли​з и​тель​но равна 1) 21 м/с 2) 14 м/с 3) 7 м/с 4) 0 52. B 23 № 4603. Дом стоит на краю поля. С балкона с высоты 5 м мальчик бросил камешек в горизонтальном направлении. Начальная скорость камешка 7 м/с, его масса 0,1 кг. Через 2 с после брос​ка им​пульс ка​меш​ка при​бли​з и​тель​но равен 1) 0,7 кг м/с 2) 1,4 кг м/с 3) 2,1 кг м/с 4) 0 53. B 23 № 4638. Дом стоит на краю поля. С балкона с высоты 5 м мальчик бросил камешек в горизонтальном направлении. Начальная скорость камешка 7 м/с. Через 2 с после броска ка​ме​шек будет на​х о​дить​с я на вы​с о​те 1) 0 2) 14 м 3) 15 м 4) 25 м 54. B 23 № 4743. Учитель продемонстрировал опыт по наблюдению напряжения, возникающего в катушке при пролёте через неё магнита (рис. 1). Напряжение с катушки по​с ту​па​ло в ком​пью​тер​ную из​ме​ри​тель​ную си​с те​му и отоб​ра​ж а​лось на мо​ни​то​ре (рис. 2). Что ис​с ле​до​ва​лось в опыте? 1) за​ви​с и​мость ЭДС са​мо​и н​дук​ции поля от из​ме​не​ния на​прав​ле​ния элек​три​че​с ко​го тока 2) за​ви​с и​мость силы Ам​пе​ра от силы тока 3) воз​ник​но​ве​ние маг​нит​но​го поля при из​ме​не​нии элек​три​че​с ко​го поля 4) за​ви​с и​мость на​прав​ле​ния ин​дук​ци​он​но​го тока от из​ме​не​ния маг​нит​но​го по​то​ка 55. B 23 № 4778. Учитель собрал цепь, представленную на рис. 1, соединив катушку с конденсатором. Сначала конденсатор был подключён к источнику напряжения, затем переключатель был переведён в положение 2. Напряжение с катушки индуктивности поступает в ком​пью​тер​ную из​ме​ри​тель​ную си​с те​му, и ре​з уль​та​ты отоб​ра​ж а​ют​с я на мо​ни​то​ре (рис. 2). Что ис​с ле​до​ва​лось в опыте? 1) ав​то​ко​ле​ба​тель​ный про​цесс в ге​не​ра​то​ре 2) вы​нуж​ден​ные элек​тро​маг​нит​ные ко​ле​ба​ния 3) яв​ле​ние элек​тро​маг​нит​ной ин​дук​ции 4) сво​бод​ные элек​тро​маг​нит​ные ко​ле​ба​ния 56. B 23 № 4813. Учитель продемонстрировал опыт по наблюдению напряжения, возникающего в катушке при пролёте через нее магнита (рис. 1). Напряжение с катушки по​с ту​па​ло в ком​пью​тер​ную из​ме​ри​тель​ную си​с те​му и отоб​ра​ж а​лось на мо​ни​то​ре (рис. 2). В опыте ис​с ле​до​ва​лось 1) воз​ник​но​ве​ние маг​нит​но​го поля при из​ме​не​нии элек​три​че​с ко​го поля 2) яв​ле​ние элек​тро​маг​нит​ной ин​дук​ции 3) яв​ле​ние са​мо​и н​дук​ции 4) дей​с твие силы Ам​пе​ра 57. B 23 № 4848. Учитель продемонстрировал опыт, установка для которого представлена на фотографии (рис. 1). Сначала он подключил конденсатор к источнику напряжения, а затем перевёл переключатель в положение 2. Напряжение с катушки индуктивности поступает в компьютерную измерительную систему, и результаты изменения напряжения с течением вре​ме​ни отоб​ра​ж а​ют​с я на мо​ни​то​ре (рис. 2). Что на​блю​да​лось в опыте 1) сво​бод​ные не​з а​ту​х а​ю​щие ко​ле​ба​ния в иде​аль​ном кон​ту​ре 2) сво​бод​ные за​ту​х а​ю​щие ко​ле​ба​ния в ко​ле​ба​тель​ном кон​ту​ре 3) яв​ле​ние воз​ник​но​ве​ния ре​з о​нан​с а в ко​ле​ба​тель​ном кон​ту​ре 4) вы​нуж​ден​ные элек​тро​маг​нит​ные ко​ле​ба​ния в кон​ту​ре 58. B 23 № 4953. Ученик измерял силу тяжести, действующую на груз. Показания динамометра приведены на фотографии. Погрешность измерения равна цене де​ле​ния ди​на​мо​мет​ра. В каком слу​чае по​ка​з а​ния ди​на​мо​мет​ра за​пи​с а​ны верно? 1) (2,0 ± 0,1) Н 2) (2,0 ± 0,2) Н 3) (2,0 ± 0,5) Н 4) (2,0 ± 0,01) Н 59. B 23 № 5163. Ученик измерял силу тяжести, действующую на груз. Показания динамометра приведены на фотографии. Погрешность измерения равна цене де​ле​ния ди​на​мо​мет​ра. В каком слу​чае по​ка​з а​ния ди​на​мо​мет​ра за​пи​с а​ны верно? 1) (1,6 ± 0,2) Н 2) (1,4 ± 0,2) Н 3) (2,4 ± 0,1) Н 4) (1,6 ± 0,1) Н 60. B 23 № 5198. Ученик измерял силу тяжести, действующую на груз. Показания динамометра приведены на фотографии. Погрешность измерения равна цене де​ле​ния ди​на​мо​мет​ра. В каком слу​чае по​ка​з а​ния ди​на​мо​мет​ра за​пи​с а​ны верно? 1) (1,8 ± 0,2) Н 2) (1,3 ± 0,2) Н 3) (1,4 ± 0,01) Н 4) (1,4 ± 0,1) Н 61. B 23 № 5303. Ученик измерял силу тяжести, действующую на груз. Показания динамометра приведены на фотографии. Погрешность измерения равна цене деления динамометра. В каком случае показания динамометра за​пи​с а​ны верно? 1) (4,3 ± 0,1) Н 2) (4,3 ± 0,2) Н 3) (4,6 ± 0,1) Н 4) (4,3 ± 0,3) Н 62. B 23 № 6127. Ученик при помощи осциллографа изучал вынужденные колебания в колебательном контуре, состоящем из последовательно соединенных проволочной катушки, конденсатора и резистора с небольшим сопротивлением. Индуктивность катушки равна 5 мГн. На рисунке показан вид экрана осциллографа при подключении его щупов к выводам конденсатора для случая резонанса. Также на рисунке изображён переключатель осциллографа, который позволяет изменять масштаб изображения вдоль горизонтальной оси: поворачивая этот переключатель, можно устанавливать, какому промежутку времени соответствует одно деление экрана осциллографа. Определите, чему равна ёмкость ис​поль​з у​е​мо​го в ко​ле​ба​тель​ном кон​ту​ре кон​ден​с а​то​ра? 1) 20 мкФ 2) ≈ 64 мФ 3) ≈ 80 мкФ 4) 80 Ф 63. B 23 № 6162. Ученик при помощи осциллографа изучал вынужденные колебания в колебательном контуре, состоящем из последовательно соединенных проволочной катушки, конденсатора и резистора с очень маленьким сопротивлением. Ёмкость конденсатора равна 16 мкФ. На рисунке показан вид экрана осциллографа при подключении его щупов к выводам конденсатора для случая резонанса. Также на рисунке изображён переключатель осциллографа, который позволяет изменять масштаб изображения вдоль горизонтальной оси: поворачивая этот переключатель, можно устанавливать, какому промежутку времени соответствует одно деление экрана осциллографа. Определите, чему равна индуктивность ис​поль​з у​е​мой в ко​ле​ба​тель​ном кон​ту​ре ка​туш​ки. 1) 1 Гн 2) 25 мГн 3) 0,17 Гн 4) 64 мкГн 64. B 23 № 6206. Различные проволоки изготовлены из одного и того же материала. Какую пару проволок нужно выбрать, чтобы на опыте проверить зависимость сопротивления про​во​ло​ки от её длины? 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4 65. B 23 № 6241. Необходимо экспериментально обнаружить зависимость периода колебаний пружинного маятника от массы груза. Какую пару маятников нужно использовать для этой цели? 1) А и Г 2) толь​ко Б 3) толь​ко В 4) толь​ко Г 66. B 23 № 6278. Необходимо экспериментально обнаружить зависимость периода малых колебаний маятника от массы, подвешенного к нити груза. Какую пару маятников нужно ис​поль​з о​вать для такой про​вер​ки? 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4 67. B 23 № 6314. Необходимо экспериментально выяснить зависимость периода малых колебаний математического маятника от вещества, из которого изготовлен груз. Какую пару маятников можно взять для этой цели? Грузы маятников - полые шарики из меди и алюминия оди​на​ко​вой массы и оди​на​ко​во​го внеш​не​го диа​мет​ра. 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4 68. B 23 № 6350. Для выполнения лабораторной работы ученику выдали динамометр, груз неизвестной плотности и мензурку с водой. К сожалению, на динамометре не была указана цена деления шкалы. Используя зарисовки хода эксперимента, определите цену деления шкалы ди​на​мо​мет​ра. 1) 0,1 Н 2) 0,2 Н 3) 0,4 Н 4) 0,5 Н 69. B 23 № 6385. Для выполнения лабораторной работы ученику выдали динамометр, груз неизвестной плотности и мензурку с водой. К сожалению, на мензурке не была указана цена деления шкалы. Используя зарисовки хода эксперимента, определите цену деления шкалы мен​з ур​ки. 1) 200 мл 2) 250 мл 3) 400 мл 4) 500 мл

Вступление

Раздел 1. Колебания

1 Периодические колебания

Раздел 2. Физический маятник

1 Основные формулы

3 Фрикционный маятник Фроуда

Вступление

Изучая явление, мы одновременно знакомимся со свойствами объекта и учимся их применять в технике и в быту. В качестве примера обратимся к колеблющемуся нитяному маятнику. Любое явление «обычно» подсматривается в природе, но может быть предсказано теоретически, либо случайно обнаружено при изучении другого. Еще Галилей обратил внимание на колебания люстры в соборе и «было в этом маятнике что-то, что заставило его остановиться». Однако наблюдения обладают крупным недостатком, они пассивны. Для того чтобы перестать зависеть от природы, необходимо построить экспериментальную установку. Теперь мы можем воспроизводить явление в любое время. Но какова цель наших опытов с тем же нитяным маятником? Человек многое взял от «братьев наших меньших» и поэтому можно представить, какие опыты провела бы с нитяным маятником обыкновенная обезьяна. Она бы попробовала его «на вкус», понюхала, дернула за ниточку и потеряла к нему всякий интерес. Природа научила ее очень быстро изучать свойства объектов. Съедобно, несъедобно, вкусно, невкусно - вот краткий перечень свойств, которые изучила обезьяна. Однако человек пошел дальше. Он обнаружил такое важное свойство, как периодичность, которое можно измерить. Любое измеримое свойство объекта называют физической величиной. Ни один механик мира не знает всех законов механики! А нельзя ли путем теоретического анализа или тех же экспериментов выделить главные законы. Те, кому удалось это сделать, навсегда вписали свое имя в историю науки.

В своей работе мне бы хотелось изучить свойства физических маятников, определить в какой степени уже изученные свойства можно применить в практике, в жизни людей, в науке, а может применять их в качестве метода изучения физических явлений других областей этой науки.

Раздел 1. Колебания

Колебания - один из самых распространенных процессов в природе и технике. Колеблются высотные здания и высоковольтные провода под действием ветра, маятник заведенных часов и автомобиль на рессорах во время движения, уровень реки в течение года и температура человеческого тела при болезни.

С колебательными системами приходится иметь дело не только в различных машинах и механизмах, термин "маятник" широко используют в приложении к системам различной природы. Так, электрическим маятником называют цепь, состоящую из конденсатора и катушки индуктивности, химическим - смесь химикатов, вступающих в колебательную реакцию, экологическим маятником - две взаимодействующие популяции хищников и жертв. Этот же термин применяется к экономическим системам, в которых имеют место колебательные процессы. Мы также знаем, что колебательными системами является большинство источников звука, что распространение звука в воздухе возможно лишь потому, что сам воздух представляет собой своего рода колебательную систему. Более того, кроме механических колебательных систем, существуют электромагнитные колебательные системы, в которых могут совершаться электрические колебания, составляющие основу всей радиотехники. Наконец, имеется очень много смешанных - электромеханических - колебательных систем, используемых в самых различных технических областях.

Мы видим, что звук - это колебания плотности и давления воздуха, радиоволны - периодические изменения напряженностей электрического и магнитного полей, видимый свет - тоже электромагнитные колебания, только с несколько иными длиной волны и частотой. Землетрясения - колебания почвы, приливы и отливы - изменение уровня морей и океанов, вызываемое притяжением Луны и достигающее в некоторых местностях 18 метров, биение пульса - периодические сокращения сердечной мышцы человека и т.д. Смена бодрствования и сна, труда и отдыха, зимы и лета. Даже наше каждодневное хождение на работу и возвращение домой попадает под определение колебаний, которые трактуются как процессы, точно или приближенно повторяющиеся через равные промежутки времени.

Итак, колебания бывают механические, электромагнитные, химические, термодинамические и различные другие. Несмотря на такое разнообразие, все они имеют между собой много общего и поэтому описываются одними и теми же дифференциальными уравнениями. Специальный раздел физики - теория колебаний - занимается изучением закономерностей этих явлений. Знать их необходимо судостроителям и самолетостроителям, специалистам промышленности и транспорта, создателям радиотехнической и акустической аппаратуры.

Любые колебания характеризуются амплитудой - наибольшим отклонением некоторой величины от своего нулевого значения, периодом (T) или частотой (v). Последние две величины связаны между собой обратно пропорциональной зависимостью: T=1/v. Частота колебаний выражается в герцах (Гц). Единица измерения названа так в честь известного немецкого физика Генриха Герца (1857...1894). 1Гц - это одно колебание в секунду. Примерно с такой частотой бьется человеческое сердце. Слово «херц» по-немецки означает «сердце». При желании в этом совпадении можно усмотреть некую символическую связь.

Первыми учеными, изучавшими колебания, были Галилео Галилей (1564...1642) и Христиан Гюйгенс (1629...1692). Галилей установил изохронизм (независимость периода от амплитуды) малых колебаний, наблюдая за раскачиванием люстры в соборе и отмеряя время по ударам пульса на руке. Гюйгенс изобрел первые часы с маятником (1657) и во втором издании своей монографии «Маятниковые часы» (1673) исследовал ряд проблем, связанных с движением маятника, в частности нашел центр качания физического маятника. Большой вклад в изучение колебаний внесли многие ученые: английские - У.Томсон (лорд Кельвин) и Дж.Рэлей <#"justify">.1 Периодические колебания

Среди всевозможных совершающихся вокруг нас механических движений и колебаний часто встречаются повторяющиеся движения. Любое равномерное вращение является повторяющимся движением: при каждом обороте всякая точка равномерно вращающегося тела проходит те же положения, что и при предыдущем обороте, причем в такой же последовательности и с теми же скоростями. Если мы посмотрим, как раскачиваются от ветра ветви и стволы деревьев, как качается на волнах корабль, как ходит маятник часов, как движутся взад и вперед поршни и шатуны паровой машины или дизеля, как скачет вверх и вниз игла швейной машины; если мы будем наблюдать чередование морских приливов и отливов, перестановку ног и размахивание руками при ходьбе и беге, биения сердца или пульса, то во всех этих движениях мы заметим одну и ту же черту - многократное повторение одного и того же цикла движений.

В действительности не всегда и не при всяких условиях повторение совершенно одинаково. В одних случаях каждый новый цикл очень точно повторяет предыдущий (качания маятника, движения частей машины, работающей с постоянной скоростью), в других случаях различие между следующими друг за другом циклами может быть заметным (приливы и отливы, качания ветвей, движения частей машины при ее пуске или остановке). Отклонения от совершенно точного повторения очень часто настолько малы, что ими можно пренебречь и считать движение повторяющимся вполне точно, т. е. считать его периодическим.

Периодическим называется повторяющееся движение, у которого каждый цикл в точности воспроизводит любой другой цикл. Продолжительность одного цикла называется периодом. Период колебаний физического маятника зависит от многих обстоятельств: от размеров и формы тела, от расстояния между центром тяжести и точкой подвеса и от распределения массы тела относительно этой точки.

Раздел 2. Физический маятник

1 Основные формулы

Физическим маятником называется твердое тело, которое может качаться вокруг неподвижной оси. Рассмотрим малые колебания маятника. Положение тела в любой момент времени можно характеризовать углом отклонения его из положения равновесия (рис. 2.1).

Запишем уравнение моментов относительно оси вращения OZ (ось OZ проходит через точку подвеса О перпендикулярно плоскости рисунка "от нас"), пренебрегая моментом сил трения, если известен момент инерции тела

Здесь - момент инерции маятника относительно оси OZ,

Угловая скорость вращения маятника,

Mz=- - момент силы тяжести относительно оси OZ,

a - расстояние от центра тяжести тела С до оси вращения.

Если считать, что при вращении, например, против часовой стрелки угол увеличивается, то момент силы тяжести вызывает уменьшение этого угла и, следовательно, при момент Mz<0. Это и отражает знак минус в правой части (1)

Учитывая, что и, принимая во внимание малость колебаний, перепишем уравнение (1) в виде:

(мы учли, что при малых колебаниях, где угол выражен в радианах). Уравнение (2) описывает гармонические колебания с циклической частотой и периодом

Частным случаем физического маятника является математический маятник. Вся масса математического маятника практически сосредоточена в одной точке - центре инерции маятника С. Примером математического маятника может служить маленький массивный шарик, подвешенный на длинной легкой нерастяжимой нити. В случае математического маятника а=l, где l - длина нити, и формула (3) переходит в известную формулу

Сравнивая формулы (3) и (4), заключаем, что период колебаний физического маятника равен периоду колебаний математического маятника с длиной l, называемой приведенной длиной физического маятника:

Период колебаний физического маятника <#"5" height="11" src="doc_zip19.jpg" />) немонотонно зависит от расстояния. Это легко заметить, если в соответствии с теоремой Гюйгенса-Штейнера момент инерции выразить через момент инерции относительно параллельной горизонтальной оси, проходящей через центр масс: Тогда период колебаний будет равен:

Изменение периода колебаний при удалении оси вращения от центра масс O в обе стороны на расстояние а показано на рис. 2.2.

2 Кинематика колебаний маятника

Маятником является всякое тело, подвешенное так, что его центр тяжести находится ниже точки подвеса. Молоток, висящий на гвозде, весы, груз на веревке - все это колебательные системы, подобные маятнику стенных часов (рис. 2.3).

У всякой системы, способной совершать свободные колебания, имеется устойчивое положение равновесия. У маятника - это то положение, при котором центр тяжести находится на вертикали под точкой подвеса. Если мы выведем маятник из этого положения или толкнем его, то он начнет колебаться, отклоняясь то в одну, то в другую сторону от положения равновесия. Наибольшее отклонение от положения равновесия, до которого доходит маятник, называется амплитудой колебаний. Амплитуда определяется тем первоначальным отклонением или толчком, которым маятник был приведен в движение. Это свойство - зависимость амплитуды от условий в начале движения - характерно не только для свободных колебаний маятника, но и вообще для свободных колебаний очень многих колебательных систем.

Если прикрепить к маятнику волосок - кусочек тонкой проволочки или упругой нейлоновой нити - и будем двигать под этим волоском закопченную стеклянную пластинку, как показано на рис. 2.3. Если двигать пластинку с постоянной скоростью в направлении, перпендикулярном к плоскости колебаний, то волосок прочертит на пластинке волнистую линию (рис. 2.4). Мы имеем в этом опыте простейший осциллограф - так называются приборы для записи колебаний. Кривые, которые записывает осциллограф, называются осциллограммами. Таким образом, рис. 2.2.3. представляет собой осциллограмму колебаний маятника. Амплитуда колебаний изображается на этой осциллограмме отрезком АВ, дающим наибольшее отклонение волнистой кривой от прямой линии ab, которую волосок прочертил бы на пластинке при неподвижном маятнике (покоящемся в положении равновесия). Период изображается отрезком CD, равным расстоянию, на которое передвигается пластинка за период маятника.

Запись колебаний маятника на закопченной пластинке

Осциллограмма колебаний маятника: АВ - амплитуда, CD - период

Так как мы двигаем закопченную пластинку равномерно, то всякое ее перемещение пропорционально времени, в течение которого оно совершалось. Мы можем сказать поэтому, что вдоль прямой аb в определенном масштабе (зависящем от скорости движения пластинки) отложено время. С другой стороны, в направлении, перпендикулярном к аb, волосок отмечает на пластинке расстояния конца маятника от его положения равновесия, т.е. путь, пройденный концом маятника от этого положения. Таким образом, осциллограмма есть не что иное, как график движения - график зависимости пути от времени.

Как мы знаем, наклон линии на таком графике изображает скорость движения. Через положение равновесия маятник проходит с наибольшей скоростью. Соответственно этому и наклон волнистой линии на рис. 2.2.3. наибольший в тех точках, где она пересекает прямую ab. Наоборот, в моменты наибольших отклонений скорость маятника равна нулю. Соответственно этому и волнистая линия на рис. 4 в тех точках, где она наиболее удалена от ab, имеет касательную, параллельную ab, т. е. наклон, равный нулю.

3 Динамика колебаний маятника

Маятники, изображенные на рис. 2.6 представляют собой протяженные тела различной формы и размеров, совершающие колебания около точки подвеса или опоры. Такие системы называются физическими маятниками. В состоянии равновесия, когда центр тяжести находится на вертикали под точкой подвеса (или опоры), сила тяжести уравновешивается (через упругие силы деформированного маятника) реакцией опоры. При отклонении из положения равновесия сила тяжести и упругие силы определяют в каждый момент времени угловое ускорение маятника, т.е. определяют характер его движения (колебания). Рассмотрим теперь динамику колебаний подробнее на простейшем примере так называемого математического маятника, который представляет собой грузик малого размера, подвешенный на длинной тонкой нити.

В математическом маятнике мы можем пренебречь массой нити и деформацией грузика, т.е. можем считать, что масса маятника сосредоточена в грузике, а упругие силы сосредоточены в нити, которую считают нерастяжимой. Посмотрим теперь, под действием каких сил происходит колебание нашего маятника после того, как он каким-либо способом (толчком, отклонением) выведен из положения равновесия. Возвращающая сила Р1 при отклонении маятника от положения равновесия.

Рисунок 2.6

Когда маятник покоится в положении равновесия, то сила тяжести, действующая на его грузик и направленная вертикально вниз, уравновешивается силой натяжения нити. В отклоненном положении (рис. 2.6) сила тяжести Р действует под углом к силе натяжения F, направленной вдоль нити. Разложим силу тяжести на две составляющие: по направлению нити (Р2) и перпендикулярно к нему (P1). При колебаниях маятника сила натяжения нити F несколько превышает составляющую P2 - на величину центростремительной силы, которая заставляет груз двигаться по дуге. Составляющая же Р1 всегда направлена в сторону положения равновесия; она как бы стремится восстановить это положение. Поэтому ее часто называют возвращающей силой. По модулю Р1 тем больше, чем больше отклонен маятник.

Итак, как только маятник при своих колебаниях начинает отклоняться от положения равновесия, скажем, вправо, появляется сила Р1 замедляющая его движение тем сильнее, чем дальше он отклонен. В конечном счете эта сила его остановит и повлечет обратно к положению равновесия. Однако по мере приближения к этому положению сила P1 будет становиться все меньше и в самом положении равновесия обратится в нуль. Таким образом, через положение равновесия маятник проходит по инерции. Как только он начнет отклоняться влево, опять появится растущая с увеличением отклонения сила Р1, но теперь уже направленная вправо. Движение влево опять будет замедляться, затем маятник на мгновение остановится, после чего начнется ускоренное движение вправо и т. д.

Что происходит с энергией маятника при его колебаниях?

Два раза в течение периода - при наибольших отклонениях влево и вправо - маятник останавливается, т.е. в эти моменты скорость равна нулю, а значит, равна нулю и кинетическая энергия. Зато именно в эти моменты центр тяжести маятника поднят на наибольшую высоту и, следовательно, потенциальная энергия наибольшая. Наоборот, в моменты прохождения через положение равновесия потенциальная энергия наименьшая, а скорость и кинетическая энергия достигают наибольшего значения.

Мы предположим, что силами трения маятника о воздух и трением в точке подвеса можно пренебречь. Тогда по закону сохранения энергии эта наибольшая кинетическая энергия как раз равна избытку потенциальной энергии в положении наибольшего отклонения над потенциальной энергией в положении равновесия.

Итак, при колебаниях маятника происходит периодический переход кинетической энергии в потенциальную и обратно, причем период этого процесса вдвое короче периода колебаний самого маятника. Однако полная энергия маятника (сумма потенциальной и кинетической энергий) все время постоянна. Она равна той энергии, которая была сообщена маятнику при пуске, безразлично - в виде ли потенциальной энергии (начальное отклонение) или в виде кинетической (начальный толчок).

Так обстоит дело при всяких колебаниях в отсутствие трения или каких-либо иных процессов, отнимающих энергию у колеблющейся системы или сообщающих ей энергию. Именно поэтому амплитуда сохраняется неизменной и определяется начальным отклонением или силой толчка.

Те же самые изменения возвращающей силы P1 и такой же переход энергии мы получим, если вместо подвешивания шарика на нити заставим его кататься в вертикальной плоскости в сферической чашке или в изогнутом по окружности желобе. В этом случае роль натяжения нити возьмет на себя давление стенок чашки или желоба (трением шарика о стенки и воздух мы опять-таки пренебрегаем).

Раздел 3. Свойства физического маятника

1 Использование маятника в часах

Изучение свойств маятника пустило свои корни в глубокую даль. Первыми приборами, в которых использовались эти свойства были часы. Период колебаний (вращений) практически не изменяется. Если сначала колебания происходят с очень большим отклонением, скажем на 80° от вертикали, то при затухании колебаний до 60°, 40°, 20 ° период уменьшится всего на несколько процентов, при уменьшении отклонений от 20° до едва заметного он изменится меньше чем на 1%. При отклонениях меньше 5° период останется неизменным с точностью до 0,05% Это свойство независимости маятника от амплитуды, называемое изохронность, и легло в основу механизма.

Самый старый шпиндельный маятник появился в 14 веке. Он имел форму коромысла с подвижными регулировочными грузами. Оно насаждалось на вал (шпиндель) с двумя паллетами(пластинами на концах). Палеты поочередно входили между зубцами спускового колеса, которое раскручивала опускающаяся гиря. Вращаясь, оно надавливало зубом на верхнюю паллету и поворачивало на пол-оборота шпиндель. Нижняя застревала между двумя зубцами и тормозила колесо. Затем цикл повторялся.

На смену шпиндельному маятнику пришел анкерный механизм, который своим внешним видом напоминал якорь. Он служит связующим звеном между маятником (балансиром) и спусковым колесом. В 1675 году Гюйленс предложил в качестве регулятора колебаний крутильный маятник - балансир со спиралью. Система Гюйленса до сих пор применяется в наручных часах и настольных механических часах. Балансир - колесо, к которому крепится тонкая спиральная пружина (волосок). Поворачиваясь, балансир качает анкер. Паллеты анкера из синтетического рубина поочередно входят между зубьями спускового колеса. За один период качания балансира колесо поворачивается на ширину одного зуба. При этом оно подталкивает скобу анкера и тот, поворачиваясь, подкручивает балансир.

В середине 17 века появилась минутная и секундная стрелка, что сразу отразилось на точности хода часов. Причина этому материал маятника (спирали), которая, расширяясь и сокращаясь при повышении, либо понижении температуры колеблется с разной частотой. Это приводит к ошибкам в расчете времени. Поэтому ученые изобрели особый материал, устойчивый к перепадам температуры - инвар (сплав железа и никеля). С его использованием погрешность за сутки не превышает и полсекунды.

В 30-ых годах 19 века были представлены первые попытки создать компактные часы, однако они появились лишь столетие спустя. Первыми изобрели электромеханические часы. Электрический ток проходил по контактам, управляя маятником и двигая стрелки. С появлением компактных батареек мир увидел электрические наручные часы, которые в своем строении имели балансир, а их электрическую цепь замыкали механическими контактами, более усовершенствованными моделями были часы на полупроводниковых и интегральных схемах. Чуть позже появились электромеханические часы с кварцевыми осцилляторами в качестве колебательных систем, погрешность которых была меньше двух секунд в сутки!

Еще одним шагом вперед стали полностью электронные часы. Основными составляющими являются электронная схема, цифровые индикаторы на жидких кристаллах. Это миниатюрные специализированные электронные вычислительные устройства (генератор, делители, формирователи, умножители электронных колебаний).

Отдельно хочется сказать про астрономические часы, которые используются при наблюдении за небесными светилами и хранения времени. Их погрешность составляет лишь 0,000000001 секунд в сутки. Еще меньшей погрешностью обладают молекулярные часы, в основе каких положена способность некоторых молекул поглощать электромагнитные колебания строго определенной частоты (например, атомы цезия 1с за 10000 лет). Но сверх точностью могут похвастаться квантовые часы, где используются электромагнитные колебания водородного квантового генератора и составляют погрешность в 1с за 100000 лет.

Интересно рассмотреть две самых ярких разновидности маятников, которые отдельно вошли в историю, носят имена своих открывателей и естественно знамениты именно тем, что обладают удивительными свойствами.

3 января 1851 года января Жан Бернар Леон Фуко провёл успешный опыт с маятником, впоследствии получившим его имя. Для опыта был выбран Парижский Пантеон, так как в нем можно было укрепить нить маятника длиной 67 метров. На конце нити из стальной проволоки был укреплён чугунный шар весом 28 килограмм. Перед пуском шар отводился в сторону и привязывался тонкой бечёвкой, опоясывающей шар по экватору. Под маятником был сделан круглый помост, по краю которого насыпан валик песка. Одно полное колебание маятника длилось 16 сек, и при каждом размахе прикреплённое под шаром маятника остриё прочерчивало новую черту на песке, наглядно показывая вращение под ним помоста, а, следовательно, и всей Земли.

В основе опыта лежит свойство маятника сохранять плоскость колебаний независимо от вращения опоры, к которой маятник подвешен. Наблюдатель, вращающийся вместе с Землёй, видит постепенное изменения направления качаний маятника относительно окружающих земных предметов.

При практическом осуществлении опыта с маятником Фуко важно устранить причины, нарушающие его свободное качание. Для этого его и делают очень длинным, с тяжелым и симметричным грузом на конце. Маятник должен иметь одинаковую возможность качаться во всех направлениях, быть хорошо защищённым от ветра. Укрепляют маятник либо на карданном шарнире, либо на горизонтальном шарикоподшипнике, поворачивающемся вместе с плоскостью качания маятника. Большое значение для результатов опыта имеет пуск маятника без бокового толчка. На первой публичной демонстрации опыта Фуко в Пантеоне именно для этого маятник и привязали бечёвкой. Когда маятник после привязывания пришел в состояние полного покоя, веревку пережгли и он пришел в движение.

Так как маятник в Пантеоне совершал одно полное колебание за 16,4 с, вскоре стало видно, что плоскость качания маятника поворачивается по часовой стрелке относительно пола. При каждом следующем качании металлическое острие сметало песок примерно в 3 мм на 1°от предыдущего места. За час плоскость качания повернулась более чем на 11°, примерно за 32 ч совершила полный оборот и вернулась в прежнее положение. Эта впечатляющая демонстрация приводила зрителей прямо-таки в истерику; им казалось, что они чувствуют вращение Земли под ногами.

Чтобы выяснить, почему маятник ведет себя, таким образом, рассмотрим песочное кольцо. Северная точка 51° кольца находится в 3 м от центра, и, учитывая, что Пантеон находится на 48 северной широты, эта часть кольца на 2,3 м ближе к земной оси, чем центр. в течение 24 ч северный край кольца будет ближе. Поэтому при повороте Земли на 360° он будет двигаться по кругу меньшего радиуса, чем центр, и за сутки пройдет на 14,42 м меньше. Следовательно, разность скоростей этих точек равна 1 см/мин. Точно так же южный край кольца движется на 14,42 м в сутки, или на 1 см/мин, быстрее, чем центр кольца. Благодаря этой разности скоростей линия, соединяющая северную и южную точки кольца, всегда остается направленной с севера на юг. На земном экваторе северный и южный концы столь небольшого пространства находились бы на одном расстоянии от земной оси и, следовательно, двигались с одинаковой скоростью. Поэтому поверхность Земли не вращалась бы вокруг вертикального столба, стоящего на экваторе, а маятник Фуко качался бы по одной и той же линии. Скорость вращения плоскости качания была бы равна нулю, а время полного оборота было бы бесконечно большим. Если бы маятник был установлен точно на одном из географических полюсов, то оказалось бы, что плоскость качания поворачивается за 24 ч. (Поверхность в 1° каждый час и совершает полный оборот на 360° точно на 15 м в сутки вокруг земной оси.). На 360 широтах эффект Фуко проявляется в различной степени, при этом его действие становится более наглядным по мере приближения к полюсам.

Самая длинная нить - 98 метров - была у маятника Фуко, расположенного в Исаакиевском соборе в г. Санкт-Петербурге. Маятник снят в 1992 году, как не соответствующий назначению здания. Теперь на северо-западе России есть лишь один маятник Фуко - в Санкт-Петербургском Планетарии. Длина его нити невелика - около 8 метром, но от этого степень наглядности не уменьшается. Этот экспонат Планетария вызывает неизменный интерес у посетителей всех возрастов.

Маятник Фуко, размещающийся в настоящее время в вестибюле для посетителей здании Генеральной Ассамблеи Организации Объединённых Наций в Нью-Йорке, является даром правительства Нидерландов. Этот маятник представляет собой 200-фунтовый позолоченный шар диаметром 12 дюймов, частично наполненный медью и подвешенный на проволоке из нержавеющей стали под потолком над церемониальной лестницей в 75 футах от пола. Верхний конец проволоки закреплен с помощью универсального шарнира, что позволяет маятнику свободно качаться в любой вертикальной плоскости. При каждом колебании шар проходит над рельефным металлическим кольцом с электромагнитом, в результате чего в меди внутри шара наводится электрический ток. Это взаимодействие дает необходимую энергию для преодоления трения и сопротивления воздуха и обеспечивает равномерность качания маятника.

3 Фрикционный маятник Фроуда

Имеется физический маятник, расположенный на вращающемся валу. Сила трения между валом и маятником с увеличением их относительной скорости убывает.

Если маятник движется в направлении вращения и его скорость меньше скорости вала, то со стороны вала на него действует достаточно большой момент силы трения, подталкивающий маятник. При движении в противоположном направлении, скорость маятника относительно вала велика, поэтому момент силы трения мал. Так автоколебательная система сама регулирует поступление энергии к осциллятору.

Маятник колеблется относительно нового положения равновесия, смещенного в сторону вращения вала, а его скорость в установившемся режиме не превышает скорости вала. Можно изменить начальные условия, например, задать начальную скорость маятника больше скорости вращения вала. При этом через некоторое время установятся колебания с той же амплитудой, а фазовая кривая будет стремиться к тому же аттрактору.

4 Зависимость между периодом и длиной маятника

А существуют ли связи между величинами? Любую связь между величинами, выраженную математически в виде таблицы, графика или формулы, называют физическим законом. Пробуем установить связь между периодом и длиной маятника. Для этого обычно составляется таблица (Таблица 3.1), в которую заносятся результаты экспериментов.

Таблица 3.1.

М00.250,50,751Т, с011,41,72

Из таблицы хорошо видно, что с увеличением длины маятника увеличивается его период колебаний. Еще нагляднее эту таблицу представить в виде графика (рис. 3.1), но еще лучше выразить приблизительно в виде формулы: Т? 2. Формула-закон дает возможность оперативно рассчитать период колебаний нитяного маятника и в этом ее красота. Но не только в этом главная ценность закона. Теперь можно изменять период колебаний и, следовательно, регулировать ход часов так, чтобы они показывали точное время. Все остальные законы колебаний нитяного маятника так же нашли применение в часах, уже описанных выше, и в других технических устройствах.

Рисунок 3.1

Изучив данную тему, я определила основные свойства маятника. Главным, и максимально используемым есть изохронность (с греческого - «равномерный») движения маятника при малых амплитудах, то есть независимость периода колебаний от амплитуды. При удвоении амплитуды период колебания маятника остается неизменным, хотя груз проходит вдвое большее расстояние. Но все-таки на период колебаний физического маятника влияет размеры и формы тела, расстояние между центром тяжести и точкой подвеса, распределения массы тела относительно этой точки.

С увеличением длины маятника увеличивается и период его колебаний, на этом свойстве основан механизм часов и построение ряда других технических устройств. Маятник широко используют в приложении к системам различной природы. Например, электрическим маятником называют цепь, состоящую из конденсатора и катушки индуктивности, экологическим маятником - две взаимодействующие популяции хищников и жертв.

Любое равномерное вращение является повторяющимся движением (периодическим): при каждом обороте мы можем наблюдать, как всякая точка равномерно вращающегося тела проходит те же положения, что и при предыдущем обороте, причем с той же последовательностью.

При колебаниях маятника происходит периодический переход кинетической энергии в потенциальную и обратно, а период всего этого процесса вдвое короче периода колебаний самого маятника. Но при нахождении суммы потенциальной и кинетической энергий становится заметно ее постоянность. Она равна той энергии, которая была сообщена маятнику при пуске, безразлично - в виде ли потенциальной энергии (начальное отклонение) или в виде кинетической (начальный толчок).

Для любого физического маятника можно найти такие положения чечевиц и призм, при которых маятник будет колебаться с одинаковым периодом. На этом факте основана теория оборотного маятника, с помощью которой измеряется ускорение свободного падения. Еще одним важным фактором есть то, что при измерении таким способом не нужно определять положение центра масс, что гораздо повышает точность измерений. С этой целью нужно измерить зависимость периода колебаний маятника от положения оси вращения и по этой экспериментальной зависимости найти приведенную длину. Длина, определенная таким образом, приведенная в сочетании с измеренным с хорошей точностью периодом колебаний относительно обеих осей и позволяет рассчитать ускорение свободного падения. Также с помощью маятников и их математических моделей демонстрируются феномены, присущие нелинейным колебательным системам, которые отличаются особой сложностью.

Интересными свойствами обладают два замечательных маятника: маятник Фуко и фрикционный маятник Фроуда. В основе первого лежит свойство сохранять плоскость колебаний независимо от вращения опоры, к которой маятник подвешен. Наблюдатель, вращающийся вместе с Землёй, видит постепенное изменения направления качаний маятника относительно окружающих земных предметов. Второй же расположен на вращающемся валу. Если маятник движется в направлении вращения и его скорость меньше скорости вала, то со стороны вала на него действует достаточно большой момент силы трения, подталкивающий маятник. При движении в противоположном направлении, скорость маятника относительно вала велика, поэтому момент силы трения мал. Так автоколебательная система сама регулирует поступление энергии к осциллятору.

На основе исследования зависимости периода колебания бутылки от времени наблюдения и изменении массы вещества в ней можно смело утверждать, что при амплитудах колебания не превышающих 1 см момент инерции физического маятника не влияет на период его колебания.

Итак, подведя окончательный итог всему вышесказанному, можно утверждать, что свойства физического маятника и колебательные системы, в целом, используются в очень многих сферах разнообразной природы, и заметьте, как сами по себе, так и как часть единого целого, так и как метод либо способ исследования или проведения ряда опытов.

кинематика физический маятник колебание

Литература

1. Аксенова М.Д. Энциклопедия для детей, "Аванта+", 1999. 625-627 стр.

Анищенко В.С. Детерминированный хаос, Соросовский. //Образовательный Журнал. 1997. № 6. 70-76 стр.

Заславский Г.М., Сагдеев Р.З. Введение в нелинейную физику: От маятника до турбулентности и хаоса. - М.: Наука, 1988. 368 стр.

Заславский Г.М. Физика хаоса в гамильтоновых системах. Пер. с англ. - Ижевск, Москва: Институт компьютерных исследований, 2004. 288 стр.

Зубков Б.В., Чумаков С.В. Энциклопедический словарь юного техника. - Москва "Педагогика", 1980. - 474 стр.

Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г., Справочник по элементарной физике. - Москва, "Наука", 1972.

Красносельский М.А., Покровский А.В. Системы с гистерезисом. - М., Наука, 1983. 271 стр.

Трубецков Д.И. Колебания и волны для гуманитариев. - Саратов: ГосУНЦ "Колледж", 1997. 392 стр.

Кузнецов С.П. Динамический хаос (курс лекций). - М.: Физматлит, 2001.

Кузьмин П.В. Колебания. Краткий конспект лекций, издательство КГСХА, 2002 г.

Ландау Л.Д., Ахиезер А.И., Лифшиц Е.М. Курс общей физики. Механика и молекулярная физика. - Москва, "Наука", 1969.

Лишевский В. Наука и жизнь, 1988, №1.

Малинецкий Г.Г., Потапов А.Б., Подлазов А.В. Нелинейная динамика: подходы, результаты, надежды. - М.: УРСС, 2006.

Малов Н.Н. Основы теории колебаний. - Москва, "Просвещение", 1971.

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

Вариант 1

Часть 1

Ответами к заданиям 1–23 являются слово, число или последовательность цифр или чисел. Запишите ответ в соответствующее поле справа. Каждый символ пишите без пробелов. Единицы измерения физических величин писать не нужно.

На рисунке представлен график движения автобуса по прямой дороге, расположенной вдоль оси X. Определите проекцию скорости автобуса на ось X в интервале времени от 0 до 30 мин.

Ответ: _____ км/ч

В инерциальной системе отсчета сила ⇀ F F ⇀ сообщает телу массой m ускорение, равное по модулю 2 м/с 2 . Чему равен модуль ускорения тела массой m 2 m2 под действием силы 2 ⇀ F F ⇀ в этой системе отсчета?

Ответ: _____ м/с 2

Автомобиль массой 2т, движущийся со скоростью v, сталкивается с неподвижным автомобилем массой 2m. После столкновения они движутся как одно целое. Каким суммарным импульсом обладают два автомобиля после столкновения? Взаимодействие автомобилей с другими телами пренебрежимо мало.

Ответ: _____

Чему равен вес человека в воздухе с учётом действия силы Архимеда? Объём человека V = 50 дм 3 , плотность тела человека 1036 кг/м 3 . Плотность воздуха 1,2 кг/м 3 .

Ответ: _____ Н

На рисунке приведены графики зависимости координаты от времени для двух тел: А и В, движущихся по прямой, вдоль которой и направлена ось X. Выберите два верных утверждения о движении тел.

1. Временной интервал между встречами тел А и В составляет 6 с.

2. Тело А движется со скоростью 3 м/с.

3. Тело А движется равноускоренно.

4. За первые 5 с тело А прошло 15 м.

5. Тело В движется с постоянным ускорением.

Груз изображенного на рисунке пружинного маятника совершает гармонические колебания между точками 1 и 3. Как меняются потенциальная энергия пружины маятника и скорость груза при движении груза маятника от точки 3 к точке 2?

1. увеличивается

2. уменьшается

3. не изменяется

Потенциальная энергия пружины

Скорость груза

Шайба массой m съезжает с горки из состояния покоя. Ускорение свободного падения равно g. У подножия горки кинетическая энергия шайбы равна Е к . Трение шайбы о горку пренебрежимо мало. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА

А) высота горки

Б) модуль импульса шайбы у подножия горки

ФОРМУЛА

1) E k √ 2 mg Ek2mg

2) √2 mE k 2mEk

3) √ 2 E k gm 2Ekgm

4) E k gm Ekgm

В сосуде под поршнем находится идеальный газ. Давление газа равно 100 кПа. При постоянной температуре объем газа увеличили в 4 раза. Определите давление газа в конечном состоянии.

Ответ: _____ кПа.

Газ переводят из состояния 1 в состояние 3 так, как показано на p-V-диаграмме. Чему равна работа, совершенная газом в процессе 1-2-3, если р 0 = 50 кПа, V 0 = 2 л?

Ответ: _____ Дж.

Какое количество теплоты отдает чугунная деталь массой 10 кг при понижении ее температуры на 20 К?

Ответ: _____ кДж.

Зависимость объема постоянной массы идеального газа от температуры показана на V-T-диаграмме (см. рисунок). Выберите два верных утверждения о процессе, происходящем с газом.

1. Давление газа минимально в состоянии А.

2. При переходе из состояния D в состояние А внутренняя энергия уменьшается.

3. При переходе из состояния В в состояние С работа газа все время отрицательна.

4. Давление газа в состоянии С больше, чем давление газа в состоянии А.

5. Давление газа в состоянии D больше, чем давление газа в состоянии А.

На рисунках А и Б приведены графики двух процессов 1-2 и 3-4, каждый из которых совершается одним молем аргона. Графики построены в координатах p-V и V-T, где р - давление, V - объем и Т - абсолютная температура газа. Установите соответствие между графиками и утверждениями, характеризующими изображенные на графиках процессы.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

ГРАФИКИ

А)

Б)

УТВЕРЖДЕНИЯ

1) Внутренняя энергия газа уменьшается, при этом газ отдает теплоту.

2) Над газом совершают работу, при этом газ отдает теплоту.

3) Газ получает теплоту, но не совершает работы.

4) Газ получает теплоту и совершает работу.

А

По трем тонким длинным прямым параллельным проводникам текут одинаковые токи I (см. рисунок). Как направлена сила Ампера, действующая на проводник 3 со стороны двух других (вверх, вниз, влево, вправо, от наблюдателя, к наблюдателю)? Расстояния между соседними проводниками одинаковы. Ответ запишите словом (словами).

Ответ: _____

На рисунке представлен участок электрической цепи. Каково отношение количеств теплоты Q 1 /Q 2 , выделившихся на резисторах R 1 и R 2 за одно и то же время?

Ответ: _____

Луч света падает на плоское зеркало. Угол между падающим лучом и зеркалом равен 30°. Определите угол между падающим и отраженным лучами.

Ответ: _____ °.

Два незаряженных стеклянных кубика 1 и 2 сблизили вплотную и поместили в электрическое поле, напряженность которого направлена горизонтально вправо, как показано в верхней части рисунка. Затем кубики раздвинули и уже потом убрали электрическое поле (нижняя часть рисунка). Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведенных экспериментальных исследований, и укажите их номера.

1. После того, как кубики раздвинули, заряд первого кубика оказался отрицателен, заряд второго - положителен.

2. После помещения в электрическое поле электроны из первого кубика стали переходить во второй.

3. После того, как кубики раздвинули, заряды обоих кубиков остались равными нулю.

4. До разделения кубиков в электрическом поле левая поверхность 1-го кубика была заряжена отрицательно.

5. До разделения кубиков в электрическом поле правая поверхность 2-го кубика была заряжена отрицательно.

Как изменятся частота собственных колебаний и максимальная сила тока в катушке колебательного контура (см. рисунок), если ключ К перевести из положения 1 в положение 2 в тот момент, когда заряд конденсатора равен 0?

1. увеличится

2. уменьшится

3. не изменится

Частота собственных колебаний

Максимальная сила тока в катушке

Установите соответствие между сопротивлением участка цепи постоянного тока и схематическим изображением этого участка цепи. Сопротивления всех резисторов на рисунках одинаковы и равны R.

СОПРОТИВЛЕНИЕ УЧАСТКА ЦЕПИ

А) 3R

Б) 2R/3

УЧАСТОК ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

4)

Чему равно число протонов и нейтронов в изотопе азота 147 N 714N ?

Число протонов

Число нейтронов

Период полураспада изотопа натрия 2211 Na 1122Na равен 2,6 года. Изначально было 208 г этого изотопа. Сколько его будет через 5,2 года?

Ответ: _____ г.

Для некоторых атомов характерной особенностью является возможность захвата атомным ядром одного из ближайших к нему электронов. Как изменяются при этом массовое число й заряд ядра?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1. увеличивается

2. уменьшается

3. не изменяется

Запишите выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Массовое число ядра

Заряд ядра

На рисунке представлен секундомер, справа от него дано увеличенное изображение части шкалы и стрелки. Стрелка секундомера делает полный оборот за 1 минуту.

Запишите показания секундомера, учитывая, что погрешность измерения равна цене деления секундомера.

Ответ: (_____ ± _____)

Ученик изучает свойства маятников. В его распоряжении имеются маятники, параметры которых приведены в таблице. Какие из маятников нужно использовать для того, чтобы на опыте обнаружить зависимость периода колебаний маятника от его длины?

№ маятника

Длина маятника

Объем сплошного шарика

Материал, из которого сделан шарик

1,0 м

5 см 3

сталь

1,5 м

5 см 3

сталь

2,0 м

5 см 3

алюминий

1,0 м

8 см 3

сталь

1,0 м

5 см 3

медь

По горизонтальному столу движется брусок массой 0,8 кг, соединенный с грузом массой 0,2 кг невесомой нерастяжимой нитью, перекинутой через гладкий невесомый блок. Груз движется с ускорением 1,2 м/с2. Определите коэффициент трения бруска о поверхность стола.

Ответ: _____

Точка В находится в середине отрезка АС. Неподвижные точечные заряды -q и -2q (q = 1 нКл) расположены в точках А и С соответственно. Какой положительный заряд надо поместить в точку С взамен заряда - 2q, чтобы модуль напряженности электрического поля в точке В увеличился в 2 раза?

Ответ: _____ нКл

Прямолинейный проводник длиной I = 0,2 м, по которому течет ток I = 2 А, находится в однородном магнитном поле с индукцией В = 0,6 Тл и расположен параллельно вектору ⇀ B B ⇀ . Определите модуль силы, действующей на проводник со стороны магнитного поля.

Ответ: _____ H.

Часть 2.

Полное правильное решение каждой из задач 27-31 должно содержать законы и формулы, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи, а также математические преобразования, расчеты с численным ответом и при необходимости рисунок, поясняющий решение.

Отдельная икринка лягушки прозрачна, оболочка её состоит из студенистого вещества; внутри икринки находится темный зародыш. Ранней весной в солнечные дни, когда температура воды в водоемах близка к нулю, икра на ощупь кажется теплой. Измерения показывают, что ее температура может достигать 30 градусов.

1) Как можно объяснить это явление?

2) Приведите подобные примеры, встречающиеся в быту или в природе.

Показать ответ

Человек начинает подниматься по движущемуся вверх эскалатору метро с ускорением а = 0,21 м/с 2 . Добежав до середины эскалатора, он останавливается, поворачивает и начинает спускаться вниз с тем же ускорением. Определите, сколько времени человек находится на эскалаторе.

Длина эскалатора L=100 м, а скорость его движения V = 2 м/с.

Показать ответ

В цилиндре находится азот массой m = 24 г при температуре Т = 300 К. Газ охлаждается изохорно так, что его давление падает в n = 3 раза. Затем газ нагревается при постоянном давлении до тех пор, пока его температура не достигает первоначальной. Определите работу A, совершенную газом.

Показать ответ

При коротком замыкании выводов гальванического элемента сила тока в цепи равна 2 А. При подключении к выводам гальванического элемента электрической лампы c электрическим сопротивлением 3 Ом сила тока в цепи равна 0,5 А. По результатам этих экспериментов определите внутреннее сопротивление гальванического элемента.

Показать ответ

Человек читает книгу, держа её на расстоянии 50 см от глаз. Если это для него расстояние наилучшего видения, то какой оптической силы очки позволят ему читать книгу на расстоянии 25 см?

Ответами к заданиям 1–24 являются слово, число или последовательность цифр или чисел. Запишите ответ в соответствующее поле справа. Каждый символ пишите без пробелов. Единицы измерения физических величин писать не нужно.

1

На рисунке представлен график движения автобуса по прямой дороге, расположенной вдоль оси X. Определите проекцию скорости автобуса на ось X в интервале времени от 0 до 30 мин.

Ответ: _____ км/ч

2

В инерциальной системе отсчета сила \overset\rightharpoonup F сообщает телу массой m ускорение, равное по модулю 2 м/с 2 . Чему равен модуль ускорения тела массой \frac m2 под действием силы 2\overset\rightharpoonup F в этой системе отсчета?

Ответ: _____ м/с 2

3

На вагонетку массой 50кг, катящуюся по пути со скоростью 0.8м/с насыпают сверху 200кг песка. Определить скорость вагонетки после загрузки

Ответ: _____

4

Чему равен вес человека в воздухе с учётом действия силы Архимеда? Объём человека V = 50 дм 3 , плотность тела человека 1036 кг/м 3 . Плотность воздуха 1,2 кг/м 3 .

Ответ: _____ Н

5

На рисунке приведены графики зависимости координаты от времени для двух тел: А и В, движущихся по прямой, вдоль которой и направлена ось X. Выберите два верных утверждения о движении тел.

1. Временной интервал между встречами тел А и В составляет 6 с.

2. Тело А движется со скоростью 3 м/с.

3. Тело А движется равноускоренно.

4. За первые 5 с тело А прошло 15 м.

5. Тело В движется с постоянным ускорением.

6

Груз изображенного на рисунке пружинного маятника совершает гармонические колебания между точками 1 и 3. Как меняются потенциальная энергия пружины маятника и скорость груза при движении груза маятника от точки 3 к точке 2?

1. увеличивается

2. уменьшается

3. не изменяется

7

Шайба массой m съезжает с горки из состояния покоя. Ускорение свободного падения равно g. У подножия горки кинетическая энергия шайбы равна Е к. Трение шайбы о горку пренебрежимо мало. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА

А) высота горки

Б) модуль импульса шайбы у подножия горки

1) E_k\sqrt{\frac{2m}g}

2) \sqrt{2mE_k}

3) \sqrt{\frac{2E_k}{gm}}

4) \frac{E_k}{gm}

8

В сосуде под поршнем находится идеальный газ. Давление газа равно 100 кПа. При постоянной температуре объем газа увеличили в 4 раза. Определите давление газа в конечном состоянии.

Ответ: _____ кПа.

9

Газ переводят из состояния 1 в состояние 3 так, как показано на p-V-диаграмме. Чему равна работа, совершенная газом в процессе 1-2-3, если р 0 = 50 кПа, V 0 = 2 л?

Ответ: _____ Дж.

10

Какое количество теплоты отдает чугунная деталь массой 10 кг при понижении ее температуры на 20 К?

Удельная теплоемкость чугуна C=500\frac{Дж}{кг^\circ C}

Ответ: _____ кДж.

11

Зависимость объема постоянной массы идеального газа от температуры показана на V-T-диаграмме (см. рисунок). Выберите два верных утверждения о процессе, происходящем с газом.

1. Давление газа минимально в состоянии А.

2. При переходе из состояния D в состояние А внутренняя энергия уменьшается.

3. При переходе из состояния В в состояние С работа газа все время отрицательна.

4. Давление газа в состоянии С больше, чем давление газа в состоянии А.

5. Давление газа в состоянии D больше, чем давление газа в состоянии А.

12

На рисунках А и Б приведены графики двух процессов 1-2 и 3-4, каждый из которых совершается одним молем аргона. Графики построены в координатах p-V и V-T, где р - давление, V - объем и Т - абсолютная температура газа. Установите соответствие между графиками и утверждениями, характеризующими изображенные на графиках процессы.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

А)

Б)

УТВЕРЖДЕНИЯ

1) Внутренняя энергия газа уменьшается, при этом газ отдает теплоту.

2) Над газом совершают работу, при этом газ отдает теплоту.

3) Газ получает теплоту, но не совершает работы.

4) Газ получает теплоту и совершает работу.

А	Б

13

По трем тонким длинным прямым параллельным проводникам текут одинаковые токи I (см. рисунок). Как направлена сила Ампера, действующая на проводник 3 со стороны двух других (вверх, вниз, влево, вправо, от наблюдателя, к наблюдателю)? Расстояния между соседними проводниками одинаковы. Ответ запишите словом (словами).

Ответ: _____

14

На рисунке представлен участок электрической цепи. Каково отношение количеств теплоты Q 1 /Q 2 , выделившихся на резисторах R 1 и R 2 за одно и то же время?

Ответ: _____

15

Луч света падает на плоское зеркало. Угол между падающим лучом и зеркалом равен 30°. Определите угол между падающим и отраженным лучами.

Ответ: _____ °.

16

Два незаряженных стеклянных кубика 1 и 2 сблизили вплотную и поместили в электрическое поле, напряженность которого направлена горизонтально вправо, как показано в верхней части рисунка. Затем кубики раздвинули и уже потом убрали электрическое поле (нижняя часть рисунка). Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведенных экспериментальных исследований, и укажите их номера.

1. После того, как кубики раздвинули, заряд первого кубика оказался отрицателен, заряд второго - положителен.

2. После помещения в электрическое поле электроны из первого кубика стали переходить во второй.

3. После того, как кубики раздвинули, заряды обоих кубиков остались равными нулю.

4. До разделения кубиков в электрическом поле левая поверхность 1-го кубика была заряжена отрицательно.

5. До разделения кубиков в электрическом поле правая поверхность 2-го кубика была заряжена отрицательно.

17

Как изменятся частота собственных колебаний и максимальная сила тока в катушке колебательного контура (см. рисунок), если ключ К перевести из положения 1 в положение 2 в тот момент, когда заряд конденсатора равен 0?

1. увеличится

2. уменьшится

3. не изменится

18

Установите соответствие между сопротивлением участка цепи постоянного тока и схематическим изображением этого участка цепи. Сопротивления всех резисторов на рисунках одинаковы и равны R.

СОПРОТИВЛЕНИЕ УЧАСТКА ЦЕПИ

УЧАСТОК ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

4)

19

Чему равно число протонов и нейтронов в изотопе азота {}_7^{14}N ?

20

Период полураспада изотопа натрия {}_{11}^{22}Na равен 2,6 года. Изначально было 208 г этого изотопа. Сколько его будет через 5,2 года?

Ответ: _____ г.

21

Для некоторых атомов характерной особенностью является возможность захвата атомным ядром одного из ближайших к нему электронов. Как изменяются при этом массовое число и заряд ядра?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1. увеличивается

2. уменьшается

3. не изменяется

Запишите выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

22

На рисунке представлен секундомер, справа от него дано увеличенное изображение части шкалы и стрелки. Стрелка секундомера делает полный оборот за 1 минуту.

Запишите показания секундомера, учитывая, что погрешность измерения равна цене деления секундомера.

Ответ: (_____ ± _____)

23

Ученик изучает свойства маятников. В его распоряжении имеются маятники, параметры которых приведены в таблице. Какие из маятников нужно использовать для того, чтобы на опыте обнаружить зависимость периода колебаний маятника от его длины?

24

Рассмотрите таблицу, содержащую сведения о планетах земной группы Солнечной системы.

Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам планет, и укажите их номера.

1) Из планет земной группы по наиболее вытянутой орбите вокруг Солнца вращается Венера.

2) Ускорение свободного падения на Марсе равно примерно 3,8 м/с 2 .

3) Первая космическая скорость для Меркурия меньше, чем для Земли.

4) Среди планет земной группы частота обращения вокруг Солнца максимальная у Венеры.

5) Средняя плотность Меркурия меньше, чем у Венеры.

25

По горизонтальному столу движется брусок массой 0,8 кг, соединенный с грузом массой 0,2 кг невесомой нерастяжимой нитью, перекинутой через гладкий невесомый блок. Груз движется с ускорением 1,2 м/с2. Определите коэффициент трения бруска о поверхность стола.

Ответ: _____

26

Точка В находится в середине отрезка АС. Неподвижные точечные заряды -q и -2q (q = 1 нКл) расположены в точках А и С соответственно. Какой положительный заряд надо поместить в точку С взамен заряда - 2q, чтобы модуль напряженности электрического поля в точке В увеличился в 2 раза?

Ответ: _____ нКл

27

Прямолинейный проводник длиной I = 0,2 м, по которому течет ток I = 2 А, находится в однородном магнитном поле с индукцией В = 0,6 Тл и расположен параллельно вектору \overset\rightharpoonup B. Определите модуль силы, действующей на проводник со стороны магнитного поля.

Ответ: _____ H.

Часть 2.

Полное правильное решение каждой из задач 28-32 должно содержать законы и формулы, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи, а также математические преобразования, расчеты с численным ответом и при необходимости рисунок, поясняющий решение.

Отдельная икринка лягушки прозрачна, оболочка её состоит из студенистого вещества; внутри икринки находится темный зародыш. Ранней весной в солнечные дни, когда температура воды в водоемах близка к нулю, икра на ощупь кажется теплой. Измерения показывают, что ее температура может достигать 30 градусов.

1) Как можно объяснить это явление?

S=Vt_1+\\frac{at_1^2}2.

Запишем уравнение в другом виде:

\\frac{0,21}2t_1^2+2t_1-50=0.

Решением являются два числа: 14,286 и -33,333.

Физический смысл имеют только положительные значения, тогда t 1 =14,286с.

Вторую часть пути человек движется равноускоренно, но ускорение направлено в противоположную сторону скорости эскалатора. Запишем формулу описывающую это движение:

S=\\frac{at_2^2}2-Vt_2;

подставим значения:

\\frac{0,21}2t_2^2-2t_2-50=0.

При решении получим два значения: -14,286 и 33,333.

Физический смысл имеют только положительные значения, тогда t 2 =33,333с.

Общее время нахождения на эскалаторе: t=t 1 +t 2 =14,286+33,333=47.6 c.

В цилиндре находится азот массой m = 24 г при температуре Т = 300 К. Газ охлаждается изохорно так, что его давление падает в n = 3 раза. Затем газ нагревается при постоянном давлении до тех пор, пока его температура не достигает первоначальной. Определите работу A, совершенную газом.

При коротком замыкании выводов гальванического элемента сила тока в цепи равна 2 А. При подключении к выводам гальванического элемента электрической лампы c электрическим сопротивлением 3 Ом сила тока в цепи равна 0,5 А. По результатам этих экспериментов определите внутреннее сопротивление гальванического элемента.

Глаз и линза очков составляют оптическую систему оптическую силу которой можно вычислить по формуле: D=D 1 +D 2 .

Тогда, D_1+D_2=\frac1F;

D_2=\frac1F-D_1;

D_2=\frac1{0,25\;м}-2\;дптр=2\;дптр.

На нашем сайте вы можете хорошо подготовиться к сдаче ЕГЭ по физике, ведь каждую неделю на нашем сайте появляются новые варианты заданий.

1.На рисунке представлен график движения автобуса по прямой дороге, расположенной вдоль оси X. Определите проекцию скорости автобуса на ось X в интервале времени от 0 до 30 мин.

Ответ: _____ км/ч

2.В инерциальной системе отсчета сила ⇀ F

Сообщает телу массой m ускорение, равное по модулю 2 м/с 2 . Чему равен модуль ускорения тела массой m 2 под действием силы 2⇀ F

в этой системе отсчета?

Ответ: _____ м/с 2

3.На вагонетку массой 50кг, катящуюся по пути со скоростью 0.8м/с насыпают сверху 200кг песка. Определить скорость вагонетки после загрузки

Ответ: _____

4.Чему равен вес человека в воздухе с учётом действия силы Архимеда? Объём человека V = 50 дм 3 , плотность тела человека 1036 кг/м 3 . Плотность воздуха 1,2 кг/м 3 .

Ответ: _____ Н

5.На рисунке приведены графики зависимости координаты от времени для двух тел: А и В, движущихся по прямой, вдоль которой и направлена ось X. Выберите два верных утверждения о движении тел.

1. Временной интервал между встречами тел А и В составляет 6 с.

2. Тело А движется со скоростью 3 м/с.

3. Тело А движется равноускоренно.

4. За первые 5 с тело А прошло 15 м.

5. Тело В движется с постоянным ускорением.

Ответ:_____;

6.Груз изображенного на рисунке пружинного маятника совершает гармонические колебания между точками 1 и 3. Как меняются потенциальная энергия пружины маятника и скорость груза при движении груза маятника от точки 3 к точке 2?

1. увеличивается

2. уменьшается

3. не изменяется

7.Шайба массой m съезжает с горки из состояния покоя. Ускорение свободного падения равно g. У подножия горки кинетическая энергия шайбы равна Е к. Трение шайбы о горку пренебрежимо мало. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА

А) высота горки

Б) модуль импульса шайбы у подножия горки

1) E k √ 2 m g

2) √ 2 m E k

3) √ 2 E k g m

4) E k g m

Ответ:____;

8.В сосуде под поршнем находится идеальный газ. Давление газа равно 100 кПа. При постоянной температуре объем газа увеличили в 4 раза. Определите давление газа в конечном состоянии.

Ответ: _____ кПа.

9.Газ переводят из состояния 1 в состояние 3 так, как показано на p-V-диаграмме. Чему равна работа, совершенная газом в процессе 1-2-3, если р 0 = 50 кПа, V 0 = 2 л?

Ответ: _____ Дж.

10.Какое количество теплоты отдает чугунная деталь массой 10 кг при понижении ее температуры на 20 К?

Удельная теплоемкость чугуна C = Д ж к г о С

Ответ: _____ кДж.

11.Зависимость объема постоянной массы идеального газа от температуры показана на V-T-диаграмме (см. рисунок). Выберите два верных утверждения о процессе, происходящем с газом.

1. Давление газа минимально в состоянии А.

2. При переходе из состояния D в состояние А внутренняя энергия уменьшается.

3. При переходе из состояния В в состояние С работа газа все время отрицательна.

4. Давление газа в состоянии С больше, чем давление газа в состоянии А.

5. Давление газа в состоянии D больше, чем давление газа в состоянии А.

Ответ:____;

12.На рисунках А и Б приведены графики двух процессов 1-2 и 3-4, каждый из которых совершается одним молем аргона. Графики построены в координатах p-V и V-T, где р - давление, V - объем и Т - абсолютная температура газа. Установите соответствие между графиками и утверждениями, характеризующими изображенные на графиках процессы.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

УТВЕРЖДЕНИЯ

1) Внутренняя энергия газа уменьшается, при этом газ отдает теплоту.

2) Над газом совершают работу, при этом газ отдает теплоту.

3) Газ получает теплоту, но не совершает работы.

4) Газ получает теплоту и совершает работу.

А	Б
Ответ:____;

13.По трем тонким длинным прямым параллельным проводникам текут одинаковые токи I (см. рисунок). Как направлена сила Ампера, действующая на проводник 3 со стороны двух других (вверх, вниз, влево, вправо, от наблюдателя, к наблюдателю)? Расстояния между соседними проводниками одинаковы. Ответ запишите словом (словами).

Ответ: _____

14.На рисунке представлен участок электрической цепи. Каково отношение количеств теплоты Q 1 /Q 2 , выделившихся на резисторах R 1 и R 2 за одно и то же время?

Ответ: _____

16.Луч света падает на плоское зеркало. Угол между падающим лучом и зеркалом равен 30°. Определите угол между падающим и отраженным лучами.

Ответ: _____ °.

16.Два незаряженных стеклянных кубика 1 и 2 сблизили вплотную и поместили в электрическое поле, напряженность которого направлена горизонтально вправо, как показано в верхней части рисунка. Затем кубики раздвинули и уже потом убрали электрическое поле (нижняя часть рисунка). Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведенных экспериментальных исследований, и укажите их номера.

1. После того, как кубики раздвинули, заряд первого кубика оказался отрицателен, заряд второго - положителен.

2. После помещения в электрическое поле электроны из первого кубика стали переходить во второй.

3. После того, как кубики раздвинули, заряды обоих кубиков остались равными нулю.

4. До разделения кубиков в электрическом поле левая поверхность 1-го кубика была заряжена отрицательно.

5. До разделения кубиков в электрическом поле правая поверхность 2-го кубика была заряжена отрицательно.

Ответ:_____;

17.Как изменятся частота собственных колебаний и максимальная сила тока в катушке колебательного контура (см. рисунок), если ключ К перевести из положения 1 в положение 2 в тот момент, когда заряд конденсатора равен 0?

1. увеличится

2. уменьшится

3. не изменится

18.Установите соответствие между сопротивлением участка цепи постоянного тока и схематическим изображением этого участка цепи. Сопротивления всех резисторов на рисунках одинаковы и равны R.

СОПРОТИВЛЕНИЕ УЧАСТКА ЦЕПИ

УЧАСТОК ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Ответ:_____;

19.Чему равно число протонов и нейтронов в изотопе азота 14 7 N?

20.Период полураспада изотопа натрия 22 11 N a

равен 2,6 года. Изначально было 208 г этого изотопа. Сколько его будет через 5,2 года?

Ответ: _____ г.

21.Для некоторых атомов характерной особенностью является возможность захвата атомным ядром одного из ближайших к нему электронов. Как изменяются при этом массовое число и заряд ядра?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1. увеличивается

2. уменьшается

3. не изменяется

Запишите выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.