Учебник по физике для поступающих в ВУЗ /Экзаменационные вопросы по физике (2006-2007)/

Это - положительная обратная связь.

Рассмотренный генератор незатухающих электромагнитных колебаний является примером автоколебательной системы.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ(уч.10кл.стр.323-324)

Физическая модель волнового процесса

Способы передачи энергии и импульса между двумя точками пространства

Определение волнового процесса

Определение возмущения

Определение механической волны

Условия распространения механической волны

Определение скорости механической волны

Существует два фундаментальных способа передачи энергии и импульса между двумя точками пространства:

- непосредственное перемещение частиц из одной точки в другую

- перенос энергии без переноса вещества в результате последовательной передачи энергии и импульса по цепочке между соседними взаимодействующими друг с другом частицами среды. (Волновой процесс)

Волновой процесс – процесс переноса энергии без переноса вещества.

В результате внешнего воздействия на среду в ней возникает

возмущение – отклонение частиц среды от положения равновесия.

Механическая волна – возмущение, распространяющееся в упругой среде.

Наличие упругой среды – необходимое условие распространения механической волны.

Скорость механической волны – скорость распространения возмущения в среде.

Длина волны – расстояние, на которое распространяется волна за период колебаний ее источника

λ = vT

v – скорость распространения волны

Т – период волны

При возникновении волн их частота определяется частотой колебаний источника, а скорость – средой, где они распространяются, поэтому волны одной частоты могут иметь в разных средах различную длину.

СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЛНЫ

См. Механические волны (уч.10кл.стр.323-324)

Скорость механической волны – скорость распространения возмущения в среде.

ДЛИНА ВОЛНЫ(уч.10кл.стр.329)

См. Периодические волны (уч.10кл.стр.329)

Определение длины волны (уч.10кл.стр.329)

Длина волны – расстояние, на которое распространяется волна за период колебаний ее источника

λ = vT

v – скорость распространения волны (скорость распространения возмущения в среде)

Т – период волны

При волне в газе или жидкости расстояние между областями наибольшего сжатия определяет длину волны.

ПОПЕРЕЧНЫЕ И ПРОДОЛЬНЫЕ ВОЛНЫ(уч.10кл.стр.324-328)

Определение механической волны(см.выше уч.10кл.стр.323-324)

Определение продольной волны. Примеры

Физическая модель продольной волны

Определение поперечной механической волны.

Физическая модель поперечной механической волны

Поперечные волны в газах и жидкостях

Отражение поперечных волн. Пример

Различают продольные и поперечные волны.

Продольная волна – волна, в которой движение частиц среды происходит в направлении распространения волны.

Пример – волна в пружине

Продольные волны могут распространяться в любой среде, в том числе в жидкости и газе.

Сжатие газа поршнем изменяет компоненту скорости молекул, направленную вдоль хода поршня. При последующих упругих столкновениях одинаковых молекул возмущение передается в среде.

Поперечная механическая волна – волна в которой частицы среды перемещаются перпендикулярно направлению распространения волны.

В твердом теле из-за сильной связи частиц между собой возможно возникновение поперечных волн.

Пример – сейсмические волны при землетрясении.

Первоначальное возмущение вдоль оси X начинает распространяться в виде поперечной волны по оси Y.

Поперечные волны в газах и жидкостях не возникают, так как в них отсутствует фиксированное положение частиц.

Поперечная волна в шнуре, дошедшая до точки крепления шнура, отражается. Форма отражения зависит от того, как закреплен шнур.

В случае жесткого крепления по третьему закону Ньютона на шнур будет действовать сила, противоположная силе, действующей со стороны шнура. Волна отразится в противофазе.

При подвижном закреплении конца шнура волна отразится в фазе с падающей волной.. Опускаясь вниз, свободно закрепленный конец, изменяет форму шнура, создавая отраженную волну, совпадающую по фазе с падающей.

УРАВНЕНИЕ ГАРМОНИЧЕСКОЙ ВОЛНЫ(уч.10кл.стр.328-337)

Понятие периодической волны

Определение гармонической волны. Примеры

Определение длины и периода волны. Формула. Обозначение. Единицы измерения. (см.выше)

ДОБАВИТЬ ПРО ГАРМОНИЧЕСКУЮ ВОЛНУ И ЕЕ ФОРМУЛУ

Периодическое внешнее воздействие вызывает гармонические волны, если оно изменяется по закону синуса или косинуса.

Гармоническая волна – волна, порождаемая гармоническими колебаниями частиц среды.

При гармонических колебаниях физическая величина изменяется со временем по закону синуса или косинуса с определенным периодом Т или частотой ν.

При волне в газе или жидкости расстояние между областями наибольшего сжатия определяет длину волны.

Области сжатия соответствуют гребням волн.

Области разряжения – впадинам волн.

ПОЛЯРИЗАЦИЯ ВОЛН (уч.10кл.стр.330-331)

Физическая модель поляризации

Определение поляризации волны

Определение плоскости поляризации волны

Определение линейно-поляризованной механической волны

Пример опытов с волной и щелью

Колебания частиц среды могут происходить либо в произвольных направлениях, либо во вполне определенных. Соответственно волны распространяются в этих направлениях.

В случае упорядоченных колебаний возникает явление поляризации.

Поляризация – упорядоченность направления колебаний частиц среды в волне.

Плоскость поляризации – плоскость, в которой колеблются частицы среды в волне.

Линейно-поляризованная механическая волна – волна, частицы которой колеблются вдоль определенного направления.

Для выделения волны определенной поляризации используют специальное устройство – поляризатор.

Простейшим поляризаторов является щель. Такой поляризатор не пропускает волну, поляризованную в перпендикулярной щели плоскости XZ:

СТОЯЧИЕ ВОЛНЫ (уч.10кл.стр.332-337)

Процесс образования стоячих волн

Определение стоячей волны

Определение пучностей стоячей волны

Определение узлов стоячей волны

Понятие моды колебаний. Пример струны

Гармоники, обертоны

Стоячая волна – волна, образующаяся в результате наложения двух гармонических волн, распространяющихся навстречу друг другу и имеющих одинаковый период, амплитуду и поляризацию. (частоту и амплитуду)

Пример – наложение падающей и отраженной волн на шнуре. Энергия не переносится вдоль шнура, а лишь трансформируется в поперечном направлении из потенциальной в кинетическую и наоборот.

В стоячей волне все точка колеблются с одинаковой фазой. Их амплитуды колебаний изменяются периодически от точки к точке.

Пучности стоячей волны – положения точек, имеющих максимальную амплитуду колебаний.

Узлы стоячей волны – не перемещающиеся точки волны, амплитуда которых равна нулю.

Расстояние между соседними узлами стоячей волны одинаково и равно половине длины волны внешнего гармонического воздействия.

Для шнура, закрепленного с одного конца, расстояние между узлами стоячей волны не зависит от длины шнура.

Если закрепить оба концы шнура, то отражение волн происходит с обоих концов. В этом случае расстояние между узлами стоячей волны зависит лишь от длины шнура.

(Считаем, что внешняя сила воздействует с левого закрепленного конца шнура)

Дважды отраженная волна может усилить внешнее воздействие, если достигнет правого края шнура через промежуток, кратный периоду внешнего воздействия

 = Tn (n =1,2,3,…)

Таким образов в шнуре будут поддерживаться только такие гармонические колебания, длина волны которых связана с длиной шнура l соотношением:

 = n (n = 1,2,3,…)

На длине струны, закрепленной на концах, укладывается целое число n полуволн поперечных стоячих волн.

Такие волны, называемые модами собственных колебаний, могут длительно поддерживаться в струне.

Волны других частот не усиливают внешнее воздействие при отражении от концов струны и потому быстро затухают в результате потерь энергии на трение.

Частота собственных колебаний струны (ν = 1/t = v/λ ) связана с ее длиной соотношением:

 = n (n = 1,2,3,…) ; ν = 1/t = v/λ Þ  νn =  n (n = 1,2,3,…)

Мода колебаний, соответствующая n = 1, называется первой гармоникой собственных колебаний или основной модой.

Для произвольного n >1 соответствующая мода называется n-й гармоникой или n-м обертоном.

ЗВУК(уч.10кл.стр.338-344)

Определение звука

Физика распространения звуковой волны и ее восприятия

Примеры ультразвуковой локации в природе

Условия распространения звуковых волн

Скорость звука в различных средах

Высота звука

Тембра звука

Громкость звука

Болевой порог

Интенсивность звука. Единицы измерения

Уровень интенсивности звука. Формула. Обозначение. Децибел

Звуковые волны – упругие волны в среде, вызывающие у человека слуховые ощущения.

Слуховые ощущения у человека вызывают волны в диапазоне 16 Гц- 20 кГц

Звуковые волны являются продольными.

Скорость звука зависит, как и скорость любых волн, от среды.

В воздухе скорость звука 331 м/с, в воде – 1500 м/с, в стали – 6000 м/с.

Инфразвук – упругая волна с частотой менее 16 Гц

Ультразвук – упругая волна с частотой более 20 кГц

Акустика – область физики, изучающая звук.

Частота собственных колебаний связана с длиной волны (см.выше)

νn =  n (n = 1,2,3,…), поэтому инфразвуковые волны, имеющие малую частоту, вызываются источниками, размеры которых значительны.

Необходимым условием распространения звуковых волн является наличие упругой среды.

В вакууму звуковые волны не распространяются (там нет частиц передающих возмущение от источника колебаний)

Скорость распространения звуковых волн определяется скоростью передачи взаимодействия между частицами упругой среды.

В газе скорость звука оказывается порядка (точнее – чуть меньше) тепловой скорости движения молекул.

В воздухе при температуре 20оС скорость звука 343 м/с

Чем больше потенциальная энергия взаимодействия молекул вещества, тем больше скорость звука.

Поэтому скорость звука в твердом теле, как правило, превышает скорость звука в газе.

В твердом теле, где могут распространяться как поперечные так и продольные волны, скорость их распространения различна.

В морской воде скорость звука 1513 м/с

Традиционными физиологическими характеристиками воспринимаемого звука являются:

- высота

- тембр

- громкость

Высота звука определяется частотой источника звуковых колебаний. Чем больше частота колебаний, тем выше звук.

Тембр звука определяется формой звуковых колебаний. Различие формы колебаний, имеющих одинаковый период, связано с разной относительной амплитудой моды и обертонов.

Громкость звука определяется давлением в звуковой волне и зависит от амплитуды колебаний в звуковой волне.

Порог слышимости – минимальное изменение давления, которое может фиксироваться человеческим ухом.

При частоте 1 кГц порог слышимости составляет 10-5Па (10-10атм)

Болевой порог – максимальное изменение давления, которое еще в состоянии фиксировать человеческое ухо без болевых ощущений.

Болевой порог соответствует давлению 10Па (10-4атм)

На практике громкость звука характеризуется уровнем интенсивности звука.

Интенсивность звука – отношение падающей на поверхность звуковой мощности к площади этой поверхности.

Единица интенсивности звука – Вт/м2

Порог слышимости соответствует интенсивности звука I0 = 10-12 Вт/м2

Болевой порог соответствует интенсивности звука Iбп = 1 Вт/м2

Уровень интенсивности звука – десятичный логарифм отношения двух интенсивностей звука.

Единица измерения – Б (Белл, в честь ученого Белла)

k = lg

На практике в качестве уровня интенсивности звука принимается величина, в 10 раз большая:

β = 10 lg

Единица измерения – дБ (децибел)

Уровень интенсивности 120 дБ является болевым порогом.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Мгновенное значение – значение в данный момент времени

Фаза колебаний – аргумент функции, описывающей гармонические колебания.

Напряжение и ток на резисторе совпадают по фазе в любой момент времени.

Действующее значение силы переменного тока – равно силе постоянного тока, выделяющего в проводнике такое же количество теплоты, что и переменный ток, за один и тот же промежуток времени.

Если переменный ток изменяется по гармоническому закону, в качестве промежутка времени выбирают период изменения тока.

Действующее (эффективное) значение силы переменного гармонического тока в меньше его амплитуды.

Iд =

Изменяющееся со временем электрическое поле является источником магнитного поля.

Магнитоэлектрическая индукция – явление возникновения магнитного поля в переменном электрическом поле.

Активное сопротивление – сопротивление элемента электрической цепи, в котором электрическая энергия необратимо преобразуется во внутреннюю (тепловую)

Реактивное сопротивление – элемент цепи, для которого средняя мощность переменного тока равна нулю.

Емкостное сопротивление – реактивное сопротивление конденсатора.

Индуктивное сопротивление – реактивное сопротивление катушки.

На активном сопротивлении ток и напряжение совпадают по фазе.

На индуктивном сопротивлении фаза напряжения «опережает» ток на π/2

На емкостном сопротивлении фаза тока «опережает» напряжение на π/2

Период электромагнитных колебаний в иде­альном колебательном контуре (т.е. в таком контуре, где нет потерь энергии) зависит от индуктивности катушки и емкости конденсатора и находится по формуле Томпсона:

Т = 2π

Полное сопротивление колебательного контура переменному току:

Z =

Резонанс в колебательном контуре – физическое явление резкого возрастания амплитуды колебаний силы тока в контуре при совпадении частоты вынужденных колебаний с частотой собственных колебаний в контуре.

Резонансная кривая – график зависимости амплитуды вынужденных колебаний силы тока от частоты приложенного к контуру напряжения.

В полупроводниках существует два механизма собственной проводимости – электронная и дырочная.

Электромагнитная волна – возмущение электромагнитного поля, распространяющееся в пространстве со скоростью света.

Электромагнитная волна является поперечной. Направления векторов напряженности электрического поля и индукции магнитного поля перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны

Излучение электромагнитных волн возникает при ускоренном движении электрических зарядов.

Плотность энергии электромагнитного поля в вакууме пропорциональна квадрату напряженности электрического поля:

wэм = ε0E2

ε0 – диэлектрическая проницаемость вакуума

Уравнение бегущей гармонической волны напряженности электрического поля, распространяющейся в положительном направлении оси Х со скоростью v:

E = E0 sin [ w (t - ) ]

Длина волны – расстояние, на которое распространяется волна за период колебаний ее источника:

λ = vT

Плоскополяризованная (или линейнополяризованная) электромагнитная волна – волна, в которой вектор Е колеблется только в одном направлении, перпендикулярном направлению распространения волны.

Плоскость поляризации электромагнитной волны – плоскость, проходящая через направление колебаний вектора напряженности электрического поля и направление распространения волны

Фронт электромагнитной волны – поверхность постоянной фазы напряженности электрического поля и индукции магнитного поля.

Плотность потока энергии электромагнитной волны – мощность электромагнитного излучения, проходящая сквозь единицу площади поверхности, расположенной перпендикулярно направлению распространения волны.

Интенсивность электромагнитной волны – среднее значение плотности потока энергии электромагнитной волны.

Интенсивность гармонической электромагнитной волны прямо пропорциональна квадрату амплитуды напряженности электрического поля:

I ~ E02

Интенсивность излучения точечного источника убывает обратно пропорционально квадрату расстояния до источника:

I ~ 1/r2

Интенсивность гармонической электромагнитной волны прямо пропорциональна четвертой степени ее частоты:

I ~ v4

Спектр электромагнитных волн условно делят на восемь диапазонов частоты (длины волн):

- волны звуковой частоты

- радиоволны

- СВЧ (микроволновое) излучение

- инфракрасное (ИК) излучение

- видимый свет

- ультрафиолетовое (УФ) излучение

- рентгеновское излучение

- γ - излучение

Радиосвязь – передача и прем информации с помощью радиоволн, распространяющихся в пространстве без проводов.

Различают четыре вида радиосвязи, отличающиеся типом кодирования передаваемого сигнала:

- радиотелеграфная связь

- радиотелефонная связь и радиовещание

- телевидение

- радиолокация

Модуляция передаваемого сигнала– кодированное изменение одного из его параметров

Амплитудная модуляция – изменение амплитуды высокочастотных колебаний по закону изменения передаваемого сигнала.

Частотная модуляция - изменение частоты высокочастотных колебаний по закону изменения передаваемого сигнала.

ДОБАВИТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ШИМ

Детектирование (или демодуляция) – процесс выделения низкочастотных колебаний (колебаний звуковой частоты) из модулированных колебаний высокой частоты

Ширина канала связи – полоса частот, необходимая для передачи данного сигнала

КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР

Электромагнитные колебания — это колеба­ния электрических и магнитных полей, которые со­провождаются периодическим изменением заряда, тока и напряжения.

Простейшей замкнутой электрической системой, где могут возникнуть и существовать свободные электромагнитные коле­бания, является колебательный контур.

Колебатель­ный контур — это система, состоящая из катушки индуктивности и конденсатора, включенных параллельно друг другу.

Обычно активное сопротивление проводов катушки пренебрежимо мало (R ≈ 0)

Если кон­денсатор зарядить и замкнуть на катушку, то по ка­тушке потечет ток разряда конденсатора. Сила тока не сразу достигает максимального значения, а увеличивается постепенно. Это обусловлено явлением самоин­дукции в катушке.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49