«ФИЗИКА 11класс В двух частях Часть 2 ЗАДАЧНИК для общеобразовательных учреждений (базовый уровень) Под редакцией Л. Э. ГЕНДЕНШТЕЙНА 2-е издание,исправленное.р-Т Л с,. ЕЬ л**r ^ Z > = —1 v,r ° Москва 2 0 1 0 УДК ...»

11.41. На стеклянную пластинку нанесли тонкий слой чистого спирта и наблюдают в пластинке отражение горящей электриче­ ской лампочки. Спустя некоторое время слой спирта приобретает легкую радужную окраску. Объясните это явление.

11.42. Если в театре встать за колонной, то артиста не видно, но голос его слышен. Почему?

(^) 11.43. Почему для запрещающих сигналов на транспорте при­ нят красный цвет?

11.44. На Луне во время лунного «дня» небо черное. Почему же на Земле днем небо окрашено в разные тона (в зависимости от времени суток и состояния атмосферы)?

11.45. Почему Солнце или Луна приобретают красный отте­ нок, когда находятся низко над горизонтом?

11.46. Почему зимой в ясную погоду тени деревьев на снегу имеют голубоватый оттенок?

11.47. Почему виднеющийся на горизонте лес кажется не зеле­ ным, а подернутым голубой дымкой?

11.48. Хорошо ли проходит ультрафиолетовое излучение че­ рез стекло? Где следует это учитывать?

(^) 11.49. Могут ли две «разноцветные» световые волны, напри­ мер красного и желтого излучений, иметь одинаковые длины волн? Если могут, то при каких условиях?

11.50. Почему при прохождении через треугольную стеклян­ ную призму широкого пучка белого света радужная окраска по­ является только у краев пучка?

КВАНТЫ, АТОМЫ, ЯДРА,

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ

12. СВЕТОВЫЕ КВАНТЫ. ФОТОЭФФЕКТ

УСТНАЯ РАЗМИНКА

12.1. Что нового внес Эйнштейн в развитие квантовых пред­ ставлений по сравнению с гипотезой Планка?

12.2. Какие закономерности фотоэффекта невозможно объяс­ нить с позиций классической физики?

12.3. Какие факты свидетельствуют о наличии у света волно­ вых свойств?

12.4. Какие факты свидетельствуют о наличии у света корпу­ скулярных свойств?

12.5. Какие закономерности фотоэффекта нельзя объяснить на основе волновой теории света?

12.6. Что такое красная граница фотоэффекта? Чем она опре­ деляется?

12.7. Как объясняется существование красной границы фото­ эффекта на основе представления о световых квантах?

12.8. Почему для разных веществ красная граница фотоэф­ фекта имеет различные значения?

12.9. Частота световой волны от первого источника в 1,5 раза больше, чем частота световой волны от второго. Сравните энер­ гии фотонов, испускаемых этими источниками.

- г Н Первый уровень 12.10. Выразите в джоулях и в электрон-вольтах энергию фо­ тона ультрафиолетового излучения частотой 6 101 Гц.

12.11. У какого света — красного или зеленого — энергия фо­ тона больше?

12.12. Сравните энергии фотонов видимого света, инфракрас­ ного, ультрафиолетового и рентгеновского излучений.

12.13. На поверхность металла падают фотоны с энергией 2 эВ. Может ли свободный электрон в металле поглотить энергию 1 эВ? 2 эВ? 3 эВ? 4 эВ?

12.14. Красная граница фотоэффекта для никеля равна 248 нм.

Будет ли наблюдаться фотоэффект при освещении никеля светом с длиной волны 300 нм? 200 нм?

12.15. Какова работа выхода электронов из металла, если под действием фотонов с энергией 4 эВ с поверхности металла вы­ летают фотоэлектроны с максимальной кинетической энергией 1,8 эВ?

12.16. При фотоэффекте с поверхности металла вылетают электроны с максимальной кинетической энергией 1,2 эВ. Како­ ва энергия падающих на поверхность фотонов, если работа выхо­ да электронов из данного металла 1,5 эВ? Является ли падающее на поверхность излучение видимым светом?

г-W l Второй уровень 12.17. Найдите энергию фотона видимого света с длиной вол­ ны 500 нм. Выразите ответ в джоулях и электрон-вольтах.

12.18. Найдите энергию фотона видимого света с длиной вол­ ны 600 нм. Выразите энергию в джоулях и в электрон-вольтах.

12.19. Определите красную границу фотоэффекта Атах:

а) для цинка;

б) для оксида бария.

12.20. Как изменяются максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов и задерживающее напряжение при уменьшении длины волны излучения, вызывающего фотоэффект?

12.21. Как изменяются при удалении источника света от ваку­ умного фотоэлемента:

а) максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов;

б) количество фотоэлектронов, ежесекундно вылетающих с поверхности катода?

12.22. Работа выхода электронов из натрия равна 3,6 •10“1 Дж.

Возникает ли фотоэффект при облучении натрия видимым излу­ чением? инфракрасным?

12.23. При освещении поверхности металла светом частотой 5 •101 Гц вылетают фотоэлектроны. Какова работа выхода элек­ тронов из металла, если максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов 1,2 эВ?

12.24. Определите наибольшую скорость электронов, вылетев­ ших из цезия при освещении его светом частотой 7,5 • 101 Гц.

12.25. Работа выхода электронов из кадмия равна 4,08 эВ. Ка­ кова частота света, если максимальная скорость фотоэлектронов 7,2 • 105 м /с?

12.26. Каково задерживающее напряжение для электронов, вырванных ультрафиолетовым излучением с длиной волны 0,1 мкм из вольфрамовой пластины?

12.27. Измеренное при фотоэффекте значение задерживающе­ го напряжения равно 2,4 В. Найдите длину волны падающего на поверхность излучения, если работа выхода электронов из метал­ ла 2,4 • 10-19 Дж.

12.28. Какова максимальная скорость фотоэлектронов, выле­ тающих при действии на поверхность цинка ультрафиолетового излучения с длиной волны 150 нм?

12.29. Падающий на поверхность катода желтый свет вызыва­ ет фотоэффект. Обязательно ли возникнет фотоэффект при осве­ щении катода синим светом? оранжевым светом?

г-НЦ Третий уровень 12.30. На сколько надо изменить частоту падающего на по­ верхность металла излучения, чтобы максимальная скорость фо­ тоэлектронов увеличилась от 500 до 800 к м /с?

12.31. Какова максимальная скорость фотоэлектронов при действии на катод света длиной волны 450 нм, если красная гра­ ница фотоэффекта для данного катода 600 нм?

12.32. На рисунке представлен результат экспериментального исследования зависимости максимальной кинетической энергии фотоэлектронов от частоты падающего на катод фотоэлемента све­ та. Используя эти результаты, определите (в электрон-вольтах) ра­ боту выхода электронов и максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов при частоте падающего света 7 • 101 Гц.

(^) 12.33. Фотоэлектроны, вырванные с поверхности металла из­ лучением частотой Vj = 2 •101 Гц, полностью задерживаются тор­ мозящим электрическим полем при напряжении U1 = 7 В, а из­ лучением частотой v2 = 4 • 101 Гц — при напряжении U2 = 15 В.

Какое значение постоянной Планка получается на основе этих экспериментальных данных?

12.34. Когда на поверхность металла действует излучение длиной волны 500 нм, задерживающее напряжение равно 0,6 В.

Каково задерживающее напряжение при действии на эту поверх­ ность излучения длиной волны 350 нм?

13. СТРОЕНИЕ АТОМ А.

АТОМНЫЕ СПЕКТРЫ. ЛАЗЕРЫ

УСТНАЯ РАЗМИНКА

13.1. На основании каких экспериментальных данных Резер­ форд сформулировал планетарную модель атома?

13.2. Ядро атома и электроны имеют разные знаки зарядов и, следовательно, притягиваются друг к другу. Объясните в рам­ ках планетарной модели атома, почему электроны не падают на ядро.

13.3. Можно ли применять закон Кулона для вычисления силы взаимодействия альфа-частицы с ядром атома золота в опы­ те Резерфорда?

13.4. Какие классические представления о движении и взаи­ модействии частиц лежат в основе теории Бора?

13.5. В чем заключается противоречие между планетарной мо­ делью атома по Резерфорду и законами классической физики?

13.6. В чем заключаются противоречия между постулатами Бора и законами классической физики?

13.7. При каком условии атом не излучает энергию?

13.8. В результате каких происходящих в атоме изменений возникает излучение?

13.9. Какие изменения происходят в атоме в результате по­ глощения излучения?

13.10. В каком состоянии находится вещество, имеющее ли­ нейчатый спектр испускания?

13.11. Чем определяется частота излучения атома по теории Бора?

13.12. Какую среду называют активной?

13.13. Что можно сказать о фотонах, входящих в состав пучка лазерного излучения?

- г П Первый уровень 13.14. Укажите, при каких переходах атом излучает энергию, а при каких — поглощает:

а) переход с первого энергетического уровня на четвертый;

б) переход со второго энергетического уровня на первый;

в) переход со второго энергетического уровня на третий;

г) переход с третьего энергетического уровня на первый.

13.15. При переходе атома с одного энергетического уровня на другой испущен фотон энергией 1,5 эВ. Увеличилась или умень­ шилась в результате перехода энергия атома? на сколько?

13.16. При переходе атома с одного энергетического уровня на другой поглощен фотон частотой 6 • 101 Гц. Увеличилась или уменьшилась в результате перехода энергия атома? На какое значение?

13.17. При облучении атом водорода перешел из первого энер­ гетического состояния в третье. При возвращении в исходное со­ стояние он сначала перешел из третьего состояния во второе, а затем из второго в первое. Сравните энергии фотонов, поглощен­ ных и излученных атомом.

13.18. Минимальная частота излучения, которое может погло­ тить атом, находящийся на первом энергетическом уровне, равна 2 •101 Гц. Каково «расстояние» в джоулях между первым и вто­ рым энергетическими уровнями атома?

r-d~l Второй уровень 13.19. Какие из разреженных газов дают линейчатые спектры испускания и поглощения: метан, неон, углекислый газ, гелий, радон, водяной пар, пары ртути, сернистый газ?

13.20. Какое вещество дает линейчатые спектры испускания и поглощения:

а) твердый кислород;

б) жидкий кислород;

в) разреженный атомарный кислород;

13.21. В люминесцентных лампах пары ртути при прохожде­ нии тока испускают ультрафиолетовое излучение. Находящийся с внутренней стороны стенок баллона лампы слой люминофора поглощает это излучение и испускает видимый свет. Сплошным или линейчатым является спектр ультрафиолетового излуче­ ния?

13.22. Какой спектр — непрерывный или линейчатый — мож­ но наблюдать с помощью спектроскопа от следующих источни­ ков: спирали электрической плитки, раскаленного куска метал­ ла, газовой горелки?

13.23. При пропускании тока через пары ртути энергия атома ртути после столкновения с электроном увеличивается на 4,9 эВ.

Какова длина волны излучения, которое испускают атомы рту­ ти после этого?

13.24. На рисунке показаны энергетические уровни атома.

Стрелками обозначены переходы между уровнями. При каком пе­ реходе происходит поглощение излучения? испускается излуче­ ние с максимальной длиной волны? испускается излучение с мак­ симальной частотой?

13.25. Какую роль в работе лазера играют метастабильные уровни атомов?

13.26. Почему при использовании вынужденного излучения удается получить практически не расходящийся световой пучок?

г-^1 Третий уровень (^) 13.27. Атом водорода при переходе из одного стационарного состояния в другое испускает последовательно два кванта с дли­ нами волн А = 4050 нм и Х2 = 97,2 нм. Определите изменение энергии атома.

3 — Л. Э. Генденштейн 11 кл. ч. 13.28. На рисунке показаны энергетические уровни атома Стрелками обозначены переходы между уровнями. Пусть X. — длина волны излучения, испускаемого или поглощаемого при соответ­ ствующем переходе. Выразите:

а) Х4 через Х2 и Х3;

13.29. На рисунке приведены три спектра излучения. Верх ний спектр принадлежит некоторому чистому газу, два осталь­ ных — спектрам газовых смесей. В какой из смесей содержится газ, спектр которого представлен на верхнем рисунке? Объясни­ те свой ответ.

13.30. Сколько фотонов испускает за полчаса лазер, если мощность его излучения 2 мВт? Длина волны излучения 750 нм.

13.31. Разность энергий двух уровней (метастабильного и не­ возбужденного), используемых при работе лазера, равна 2,1 эВ.

Какова длина волны лазерного излучения? Какова мощность излучения лазера, если каждую секунду испускается 101 фото­ нов?

14. КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА

УСТНАЯ РАЗМИНКА

14.1. Какие объекты, согласно представлениям классической физики, имеют волновую природу, а какие — корпускулярную?

14.2. Что такое корпускулярно-волновой дуализм?

14.3. Приведите примеры проявления волновых и корпуску­ лярных свойств света.

14.4. Приведите примеры проявления корпускулярных и вол­ новых свойств электрона.

14.5. Как частица или как волна ведет себя электрон: а) в те­ левизионной трубке; б) в электронном микроскопе; в) в атоме?

14.6. Приведите примеры явлений, которые хорошо объясня­ ет волновая теория света.

14.7. Приведите примеры явлений, которые можно объяснить используя представление о световых квантах.

- г Л Первый уровень 14.8. Частоту света можно записать двояко: а) v = —; б) v = —, где X — длина волны, Е — энергия кванта, h — постоянная План­ ка. Какая из этих формул является следствием волновой теории, а какая — квантовой?

14.9. Какие «волновые» и «корпускулярные» характеристики света связывает формула Планка Е = hv?

14.10. Почему в квантовой механике понятие траектории не имеет смысла?

14.11. Зависит ли длина волны де Бройля, связанной с части­ цей, от массы и скорости этой частицы?

г ^ Л Второй уровень 14.12. Как проявляется соотношение неопределенностей в мик­ ромире?

14.13. Может ли микрочастица с точки зрения соотношения неопределенностей покоиться?

14.14. Чем массивнее частица, тем легче предсказать ее поло­ жение. Как это объяснить?

14.15. Почему соотношение неопределенностей несущественно для макроскопических тел?

14.16. Определите длину волны де Бройля, связанной с пы­ линкой массой 0,001 мг, которая движется со скоростью 5 м /с.

О чем свидетельствует полученный ответ?

14.17. Вычислите длину волны де Бройля, которая соответ­ ствует электрону, движущемуся со скоростью 107 м /с.

-Hi Третий уровень 14.18. Как на основе соотношения неопределенностей сделать заключение о том, что электрон в атоме не может двигаться по круговой орбите?

14.19. Как в одном и том же объекте могут сочетаться свой­ ства неделимых частиц и распределенных в пространстве волн?

14.20. Вычислите длину волны де Бройля, соответствующей электрону после разгона в электронно-лучевой трубке при анод­ ном напряжении 2 кВ.

14.21. Через узкую щель пролетают электроны, испускаемые электронной пушкой. Можно ли точно предсказать угол откло­ нения очередного электрона? Что позволяют предсказать законы квантовой механики?

14.22. Какие из перечисленных понятий теории Бора исполь­ зуются и в современной квантовой механике:

а) орбита электрона; в) скорость электрона;

б) энергия атома; г) частота обращения электрона?

15. АТОМНОЕ ЯДРО. РАДИОАКТИВНОСТЬ

УСТНАЯ РАЗМИНКА

15.1. Используя Периодическую систему химических элемен­ тов Д. И. Менделеева, определите количество протонов, нейтро­ нов и электронов в атомах углерода, фтора, галлия, молибдена.

15.2. Используя Периодическую систему химических элемен­ тов Д. И. Менделеева, определите количество протонов, нейтро­ нов и электронов в атомах азота, фосфора, индия, кадмия.

15.3. Существует ли атомное ядро, заряд которого меньше за­ ряда протона?

15.4. В ядре атома химического элемента 23 протона и 28 ней­ тронов. Назовите этот элемент.

15.5. Назовите химический элемент, в атомном ядре которого содержатся:

а) 7 протонов и 7 нейтронов;

б) 18 протонов и 22 нейтрона;

в) 51 протон и 71 нейтрон;

г) 101 протон и 155 нейтронов.

15.6. В ядре какого элемента содержится 14 протонов и столь­ ко же нейтронов? В ядрах каких элементов содержится равное число протонов и нейтронов?

15.7. В ядре атома серебра 108 частиц. Вокруг ядра обращается 47 электронов. Сколько в ядре этого атома нейтронов и протонов?

15.8. На рисунках схематически показаны некоторые ядра.

Какие из них принадлежат изотопам одного и того же химиче­ ского элемента? Назовите соответствующие изотопы.

15.9. Чем отличаются по составу ядра изотопов бериллия ^Ве 15.10. Сравните свойства ядерных и электрических сил.

15.11. Могут ли только электрические силы удерживать ну­ клоны в ядре?

15.12. Что представляют собой альфа-излучение, бета-излучение и гамма-излучение? Какова их проникающая способность?

15.13. Какое из радиоактивных излучений не отклоняется магнитным и электрическим полями?

15.14. Как изменяются масса и заряд ядра в результате ис­ пускания альфа-частицы?

15.15. Как изменяются масса и заряд ядра в результате испу­ скания бета-частицы?

15.16. Может ли при радиоактивном распаде ядра наблюдаться:

а) увеличение заряда и массы ядра;

б) увеличение заряда и уменьшение массы;

в) уменьшение заряда и увеличение массы;

г) уменьшение заряда и массы?

15.17. Можно ли повлиять на скорость радиоактивного распа­ да внешними воздействиями: нагреванием, электрическим или магнитным полем, механическими воздействиями?

15.18. Распадутся ли через сутки все ядра изотопа, период по­ лураспада которого равен 2 ч?

15.19. Почему радиоактивность урана за несколько лет замет­ но не изменяется?

15.20. Можно ли предсказать момент распада радиоактивного ядра?

- г Н Первый уровень 15.21. Пользуясь Периодической системой химических элемен­ тов Д. И. Менделеева, определите состав ядра кобальта. Запиши­ те соответствующее символическое обозначение *Х.

15.22. Какое ядро образуется в результате а-распада поло­ ния-212?

15.23. При (3-распаде из ядра свинца-210 вылетают электрон и антинейтрино. Какое ядро образуется в результате (3-распада?

15.24. Во что превращается ядро натрия-22 в результате p-распада? Запишите уравнение реакции.

15.25. Во сколько раз уменьшается количество атомов радио­ активного элемента за два периода полураспада?

15.26. Во сколько раз уменьшается количество атомов радио­ активного элемента за пять периодов полураспада?

15.27. Количество атомов радиоактивного элемента уменьши­ лось в 1000 раз. Сколько прошло периодов полураспада? Дайте приблизительный ответ.

-«П Второй уровень 15.28. Назовите химический элемент, заряд ядер атомов ко­ торого равен:

15.29. Чему равны заряды ядер атомов элементов с порядко­ выми номерами 1, 5 и 20 в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева?

15.30. Во сколько раз размеры атома превышают размеры ядра? Во сколько раз объем атома больше объема ядра? Дайте приблизительные ответы.

15.31. Одинаковы ли ядерные силы, действующие между дву­ мя протонами, между двумя нейтронами, между протоном и ней­ троном?

15.32. Излучение радиоактивного препарата, находящегося на дне канала в куске свинца, расщепляется в однородном магнитном поле на три пучка (см. рисунок). Какой из этих пучков образован а-частицами? р-частицами? у-излучением? Магнитная индукция поля направлена от нас перпендикулярно плоскости рисунка.

15.33. Узкий пучок р-излучения в однородном магнитном поле заметно расширяется. О чем это свидетельствует?

15.34. Почему распад и деление тяжелых ядер происходят при любой температуре, а реакции синтеза легких ядер — только при достаточно высоких температурах?

15.35. Запишите реакции а-распада урана 2 U и р-распада свинца 28®РЬ, 15.36. Запишите уравнение распада ядра плутония-239, в ре­ зультате которого образуется ядро урана-235. Какая частица вы­ летает при распаде?

15.37. Ядро полония 28 Ро образовалось после двух последова­ тельных а-распадов. Из какого ядра оно образовалось?

15.38. Какой изотоп образуется из урана Р-распадов и одного а-распада?

15.39. Ядро тория 2g Р-распада. Определите порядковый номер и массовое число обра­ зовавшегося ядра и назовите его.

15.40. Во что превратится ядро изотопа урана 2g U после ше­ сти а-распадов и трех р-распадов?

15.41. Период полураспада иода-131 равен 8 сут. Сколько про­ центов начального количества атомов иода-131 останется через 24 сут?

15.42. Период полураспада селена-75 равен 120 сут. Сколько процентов атомов этого изотопа распадется за 840 сут?

15.43. Масса радиоактивного изотопа серебра за 810 сут уменьшилась в 8 раз. Определите период полураспада данного изотопа.

15.44. Каков период полураспада радиоактивного изотопа, если за 12 ч в среднем распадается 7500 атомов из 8000?

15.45. Период полураспада радиоактивного изотопа равен 20 мин. Через какое время в образце массой 4 г останется 500 мг данного изотопа?

15.46. Период полураспада цезия-134 равен 2 года. За какое время количество этого изотопа в образце уменьшается в 8000 раз?

Дайте приблизительный ответ.

Г~Я Третий уровень 15.47. Плотность как легких, так и тяжелых ядер почти оди­ накова. Какой вывод можно сделать о расположении нуклонов в ядре?

(^) 15.48. Какое ядро с одинаковым числом нейтронов и протонов имеет радиус в полтора раза меньший, чем ядро алюминия ^Т,А 1?

15.49. Как вы считаете, существуют ли между нуклонами в атомных ядрах силы отталкивания?

15.50. Два образца содержали в начальный момент одинако­ вое количество радиоактивных атомов. Через сутки количество радиоактивных атомов в первом образце оказалось в 2 раза боль­ ше, чем во втором. Найдите период полураспада атомов второго образца, если для атомов первого образца он равен 8 ч.

(^) 15.51. Радиоактивный атом тория 2 '^Th превратился в атом висмута 28 1|Bi. Сколько произошло а- и (3-распадов в ходе этого превращения?

15.52. Сколько а- и (3-распадов происходит при превращении радия-226 в свинец-206?

15.53. Для искусственно созданного радиоактивного изотопа нептуния 2 |gNp конечным (стабильным) продуктом распада яв­ ляется висмут-209. Определите общее количество распадов при таком превращении.

15.54. Из 10 млрд атомов нестабильного изотопа за час распа­ лось 2,5 млрд. Какое количество атомов уцелеет еще через час:

больше или меньше 5 млрд?

16. ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ. ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ ЯДЕР

УСТНАЯ РАЗМИНКА

16.1. Как зависит «прочность» ядер атомов от их энергии связи?

16.2. Дефект масс ученик пояснил уменьшением масс частиц, образовавших ядро. Так ли это?

16.3. Определите, не пользуясь справочными таблицами, энер­ гия связи какого из ядер больше: лития ^Li или бериллия ^Ве.

16.4. Как изменится масса системы из свободных протона и нейтрона после соединения их в атомное ядро?

16.5. Какие законы сохранения выполняются при ядерных реакциях?

16.6. При каком условии ядерные реакции идут с выделением энергии?

16.7. При каком условии ядерные реакции идут с поглощени­ ем энергии?

16.8. Почему нейтроны оказываются наиболее удобными ча­ стицами для бомбардировки атомных ядер?

16.9. Какую роль выполняют графит и вода в ядерных реак­ торах?

16.10. Как осуществляют управление ядерной реакцией?

16.11. Почему для термоядерного синтеза используют легкие атомные ядра?

- г Н Первый уровень 16.12. Энергии связи ядер железа-56 и урана-238 равны соот­ ветственно 492 и 1802 МэВ. Какое из них более устойчиво? По­ чему?

16.13. Пользуясь справочными таблицами, определите (в а.е.м.) массу ядер гелия jHe, лития gLi, алюминия jgAl.

16.14. Пользуясь справочными таблицами, найдите дефект масс ядра азота 1 *N.

16.15. Пользуясь справочными таблицами, найдите дефект масс ядра лития gLi.

16.16. Пользуясь справочными таблицами, определите дефект масс ядер гелия jHe, алюминия ^А1.

16.17. Произошел самопроизвольный распад ядра. Выделилась или поглотилась энергия во время этого распада? Ответ обоснуйте.

16.18. При бомбардировке лития (gLi) протонами определен­ ной энергии образуется бериллий ЦВе). Какая частица вылетает при этой реакции? Запишите уравнение реакции.

16.19. Какими частицами необходимо бомбардировать ядро азота (“ N), чтобы получить изотоп углерода (1 4С) и протон? За­ пишите уравнение реакции.

16.20. Допишите уравнение ядерной реакции:

16.21. Допишите уравнение ядерной реакции:

16.22. Допишите уравнение ядерной реакции:

16.23. Допишите уравнение ядерной реакции:

16.24. При облучении мишени протонами образуется маг­ ний-24 и вылетают а-частицы. Запишите уравнение происходя­ щей ядерной реакции.

16.25. При облучении ядрами дейтерия мишени из молиб­ дена-95 наблюдается вылет нейтронов. Запишите уравнение про­ исходящей ядерной реакции.

с Л Второй уровень (^ ) 16.26. Определите энергию связи ядра радия-226.

16.27. Напишите цепочку ядерных превращений ядра урана 2||U, захватившего нейтрон, в плутоний 2 |®Ри, учитывая, что все вновь образованные ядра испытывают радиоактивный распад с испусканием электрона.

16.28. Ядро урана 2 6U поглощает один нейтрон и делится на два осколка, испуская четыре нейтрона. Один из осколков — ядро цезия 157C s. Ядром какого изотопа является второй осколок?

16.29. Найдите энергию связи ядра урана 2g|U.

16.30. У какого из элементов удельная энергия связи больше:

а) с массовым числом 200 или 100;

б) с массовым числом 20 или 80?

16.31. Почему удельная энергия связи в тяжелых ядрах убы­ вает с увеличением массового числа?

16.32. Какова энергия связи ядра кремния ;“ Si?

16.33. Какова энергия связи ядра углерода 1вС?

16.34. Какова удельная энергия связи ядра алюминия 2дА1?

16.35. Какова удельная энергия связи ядра радия 2 2®Ra?

16.36. В процессе термоядерного синтеза 5 • 104 кг водорода превращаются в 49 644 кг гелия. Определите, сколько энергии выделяется при этом.

16.37. При образовании ядра гелия-4 из двух ядер дейтерия освобождается энергия 23,8 МэВ. На сколько масса образовавше­ гося ядра меньше массы двух ядер дейтерия?

16.38. Один нейтрон может вызвать в куске урана цепную ре­ акцию с выделением огромного количества энергии. Откуда же берется этот нейтрон?

(^ ) 16.39. Выделяется или поглощается энергия при следующей ядерной реакции:

16.40. Выделяется или поглощается энергия в ядерной реак­ ции:

ггтЯ Третий уровень 16.41. Почему природный уран не является атомным горючим и хранение его не связано с опасностью взрыва?

(^ ) 16.42. При а-распаде неподвижного ядра радия-226 образуется ядро радона-222. Какова скорость образовавшегося ядра радона?

16.43. На сколько энергия связи ядра атома изотопа углеро­ да *|С больше энергии связи ядра его другого изотопа 12С, если разность масс соответствующих атомов этих изотопов составляет 3,0106 а.е.м.?

16.44. Определите наименьшую энергию, необходимую для разделения ядра углерода на три одинаковые частицы.

16.45. Как посредством ядерной реакции осуществить мечту алхимиков — из ртути получить золото?

16.46. Определите энергетический выход ядерной реакции:

16.47. Определите энергетический выход ядерной реакции:

16.48. В результате попадания а-частицы в ядро бериллия ®Ве вылетает нейтрон (именно так он и был открыт). Запишите урав­ нение соответствующей ядерной реакции. Каков ее энергетиче­ ский выход?

(^ ) 16.49. Определите энергетический выход ядерной реакции 1 N + 4Не — 'Н + 170, если удельная энергия связи ядра азота равна 7,48 МэВ/нуклон, ядра гелия — 7,075 МэВ/нуклон, а ядра кислорода — 7,75 МэВ/нуклон.

16.50. Какая энергия выделяется при термоядерной реакции:

(^ ) 16.51. Период полураспада плутония-238 Т = 86 лет. При рас­ паде каждого ядра этого изотопа выделяется энергия Е 0 = 5,5 МэВ.

Сколько энергии выделится за время t = 43 года в образце, со­ держащем т = 238 мг плутония?

16.52. При делении одного ядра урана-235 на два оскол­ ка выделяется энергия 200 МэВ. Какая энергия освобождается при «сжигании» в ядерном реакторе 1 г этого изотопа? Сколько каменного угля нужно сжечь, чтобы получить столько же энер­ гии? Удельная теплота сгорания каменного угля 29 М Дж/кг.

16.53. Определите массу воды, которую можно нагреть от 20 до 100 °С и выпарить за счет энергии, выделяющейся при де­ лении 9,4 г урана-235. Считайте, что при каждом делении ядра урана выделяется энергия 200 МэВ; удельная теплоемкость воды 4,2 кД ж /(кг • ее удельная теплота парообразования 2,3 МДж/кг.

Потери энергии не учитывайте.

16.54. КПД атомной электростанции мощностью 600 МВт ра­ вен 28 %. Найдите массу ядерного горючего (урана-235), кото­ рое расходует электростанция каждые сутки. Считайте, что при каждом делении ядра урана выделяется энергия 200 МэВ.

16.55. Найдите КПД атомной электростанции мощностью 500 МВт, если каждые сутки она расходует 2,35 кг урана-235.

Считайте, что при каждом делении ядра урана выделяется энер­ гия 200 МэВ.

17. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ

УСТНАЯ РАЗМИНКА

17.1. Означает ли распад частицы на две (или большее количе­ ство других частиц), что она состояла из нескольких частиц?

17.2. Какие фундаментальные физические законы разреша­ ют (или запрещают) те или иные превращения элементарных ча­ стиц?

17.3. Каким взаимодействием обусловлены ядерные силы между нуклонами в атомных ядрах?

17.4. Какие частицы участвуют в сильных взаимодействиях?

17.5. Какие частицы называют лептонами?

17.6. Какое взаимодействие характеризует процессы, проис­ ходящие с лептонами? Приведите примеры таких процессов.

17.7. Что понимают под веществом и антивеществом?

17.8. Какие элементарные частицы называют стабильными?

Назовите стабильные частицы.

г] Первый уровень 17.9. Нарисуйте схемы атомов гелия и антигелия, укажите, из каких элементарных частиц они состоят.

17.10. При аннигиляции медленно движущихся электрона и позитрона образовалось два у-кванта. Под каким углом друг к другу они разлетелись?

г-«П Второй уровень 17.11. И атом водорода, и нейтрон могут распадаться на про­ тон и электрон. Почему же атом водорода не считают элементар­ ной частицей, а нейтрон причисляют к ним?

17.12. Какая энергия выделилась бы при полной аннигиляции 1 кг вещества и 1 кг антивещества?

17.13. Определите энергию, которая выделяется при анниги­ ляции электрона и позитрона.

17.14. Какая энергия выделяется при аннигиляции нейтрона и антинейтрона?

17.15. Какая энергия выделяется при аннигиляции протона и антипротона?

—Г~Я Третий уровень 17.16. При распаде свободного нейтрона рождаются протон и другие частицы. Почему же распад свободного протона с образо­ ванием нейтрона невозможен?

17.17. Элементарная частица пи-нуль-мезон (я0), масса которой в 264 раза больше массы электрона, распадается на два у-кванта.

Найдите частоту у-излучения, считая частицу до распада непо­ движной.

17.18. При какой частоте излучение при взаимодействии с ве­ ществом способно вызвать рождение пары электрон-позитрон?

17.19. При аннигиляции электрона и позитрона образовались два у-кванта. Найдите длину волны возникшего излучения, пре­ небрегая кинетической энергией частиц до реакции.

(^) 17.20. Может ли свободный электрон поглотить фотон?

17.21. Может ли один у-квант в вакууме превратиться в пару электрон-позитрон?

СТРОЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ

18. СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА

УСТНАЯ РАЗМИНКА

18.1. Можно ли увидеть с Земли любую точку поверхности Луны?

18.2. У каких планет средняя плотность больше: планет зем­ ной группы или планет-гигантов?

18.3. Какой радиус Земли больше: полярный или экватори­ альный? Почему?

18.4. Куда направлены хвосты комет относительно Солнца?

18.5. Между орбитами каких планет расположен пояс асте­ роидов?

18.6. За счет каких источников энергии излучает Солнце?

18.7. Имеет ли Солнце поверхность в обычном для нас пони­ мании этого слова?

- г Н Первый уровень 18.8. Какие основные химические элементы и в каком соот­ ношении входят в состав Солнца?

18.9. Откуда возникли кратеры на поверхности Луны?

18.10. В чем причины более высокой температуры атмосферы Венеры по сравнению с земной?

18.11. Что представляют собой кольца Сатурна?

18.12. О чем свидетельствует тот факт, что температуры по­ верхностей планет-гигантов выше, чем должны быть за счет падающей на них энергии Солнца?

18.13. Какие звезды имеют более высокую температуру поверхности: красные или голубые?

18.14. О чем свидетельствует наличие гранул в фотосфере Солнца?

18.15. Каких химических элементов больше всего на Солнце?

18.16. Сколько времени будет еще существовать Солнце?

г-У1 Второй уровень 18.17. В чем сущность определения расстояний до планет Сол­ нечной системы методом параллакса?

18.18. Почему поверхность Марса имеет красноватый цвет?

18.19. Можно ли разглядеть с Земли детали ландшафта Вене­ ры с помощью оптического телескопа?

18.20. Почему кольца Сатурна могут «исчезать» для земных наблюдателей? Проиллюстрируйте свой ответ рисунком.

18.21. Нарисуйте орбиту кометы и саму комету, летящую «хвостом вперед».

18.22. В чем схожи кипящая вода и солнечные гранулы?

18.23. Почему Солнце не взрывается, как термоядерная бомба?

18.24. Каковы различия в переносе энергии от ядра к поверх­ ности Солнца для различных зон внутри Солнца?

-| Третий уровень 18.25. Где нужно расположить телескопы на поверхности Зем­ ли, чтобы методом параллакса наиболее точно определить рас­ стояние до Марса?

18.26. Как из наблюдений Луны с помощью даже небольшо­ го телескопа можно сделать вывод, что период обращения Луны вокруг своей оси равен периоду ее обращения вокруг Земли?

18.27. Астронавт с поверхности Луны несколько земных суток наблюдает за Землей. Что он увидит?

@ 18.28. Фобос и Деймос вращаются вокруг Марса в одном на­ правлении и в одной плоскости. Почему же на марсианском небе эти спутники движутся в противоположных направлениях?

18.29. Камень падает с высоты 10 м. Где падение произойдет быстрее — на Земле или на Марсе? Поясните свой ответ.

18.30. Пылинка опускается с высоты 10 м. Где этот процесс займет меньше времени — на Земле или на Марсе? Поясните свой ответ.

(^ ) 18.31. Атмосферное давление на Марсе в 150 раз меньше, чем на Земле. Сравните массу атмосферы Марса с массой атмосфе­ ры Земли. Считайте, что радиус Марса в 2 раза меньше радиуса Земли, а его масса меньше массы Земли в 9 раз.

18.32. Объясните, почему полосы на поверхности Юпитера параллельны его экватору.

18.33. Какие особенности Солнца и Солнечной системы способствовали возникновению и развитию жизни на Земле?

18.34. Известно, что в ядре Солнца вследствие термоядерных реакций образуются нейтрино и у-кванты, которые человеческий глаз не фиксирует. Почему же мы тогда видим Солнце?

@ 18.35. Предложите метод определения массы Солнца.

18.36. Оцените среднюю плотность Солнца, пользуясь приве­ денными на форзаце сведениями.

19. МИР ЗВЕЗД

УСТНАЯ РАЗМИНКА

19.1. Из чего образуются звезды?

19.2. Как называется ближайшая к Солнцу звезда?

19.3. Как изменяется суммарный блеск двойной звездной системы, когда одна звезда заслоняет другую?

19.4. В каком созвездии находится переменная звезда типа цефеид, от которой происходит название этого типа звезд?

19.5. Что означает термин «новая звезда»? Действительно ли эта звезда «только что» образовалась?

19.6. Что означает термин «сверхновая звезда»? Обязательно ли такая звезда моложе «новой»?

19.7. Какой будет конечная стадия эволюции Солнца: белый карлик, нейтронная звезда или черная дыра?

*= Первый уровень 19.8. Из каких химических элементов в основном состоят звезды?

19.9. Каким образом измеряют расстояния до ближайших звезд?

19.10. Как определяют расстояния до далеких звезд?

19.11. Какие силы приводят к образованию звезд из скоплений газа?

19.12. Могут ли иметь одинаковые размеры две звезды, ко­ торые имеют одинаковые температуры поверхностей, но суще­ ственно отличаются по светимости?

19.13. Какую характеристику звезды подчеркивает термин «красный гигант» — большую массу или большие размеры?

19.14. Какие процессы в системе двойных звезд могут приво­ дить к взрывам «новых» звезд?

19.15. Почему цефеиды называют «маяками Вселенной»?

19.16. Какие из звезд имеют наименьшие характерные разме­ ры: белые карлики или нейтронные звезды?

19.17. Что означает термин «нейтронная звезда»? Каким обра­ зом возникают такие звезды?

19.18. Действительно ли черные дыры являются черными?

Почему их так назвали?

-П Второй уровень 19.19. Почему прекращается сжатие межзвездного газа, при­ водящее к образованию звезды?

19.20. Где на диаграмме «температура — светимость» нахо­ дится главная последовательность звезд?

19.21. Масса каких звезд больше: белых гигантов или крас­ ных гигантов?

19.22. Две звезды имеют одинаковую светимость, но разные температуры поверхностей. Какая из этих звезд больше?

19.23. Почему у большинства звезд ядерные реакции проис­ ходят в ядре, а не вблизи от поверхности?

19.24. Что означает термин «белый карлик»?

19.25. Какие изменения происходят с цефеидами во время их пульсаций?

19.26. Как по наблюдениям за цефеидами можно определить расстояние до звездных скоплений, в которых эти цефеиды находятся?

19.27. Какова природа энергии вспышки новой звезды?

19.28. В ходе каких процессов образуются тяжелые элементы?

19.29. Откуда известно, что Солнце — это звезда второго или третьего поколения?

-Г | Третий уровень 19.30. Объясните принцип определения расстояний до звезд по годичным параллаксам.

19.31. Нарисуйте распределение звезд на диаграмме «темпера­ тура — светимость» и укажите положение белых карликов и красных гигантов.

19.32. Видимая яркость двух звезд, находящихся на расстоя­ нии 100 и 600 световых лет от Солнечной системы, одинакова.

Во сколько раз отличаются светимости этих звезд?

19.33. Видимая яркость двух цефеид, имеющих одинаковый период, отличается в 25 раз. Что можно сказать о расстояниях до этих цефеид?

19.34. Известно, что 90 % всех звезд — это звезды главной последовательности. Почему красных гигантов гораздо меньше, чем звезд главной последовательности?

19.35. У каких звезд водород «горит» не в ядре, а ближе к поверхности?

19.36. Почему энергия ядерных реакций на поверхности но­ вой звезды вызывает сбрасывание оболочки, а энергия ядерных реакций в ядре Солнца не приводит к его разрушению?

19.37. Опишите качественно, что происходит со звездой, кото­ рая стала сверхновой.

19.38. Почему звезды большей массы быстрее эволюциониру­ ют, чем менее массивные звезды?

19.39. В недрах белых карликов не происходят никакие ядерные реакции. За счет какой энергии светятся эти звезды?

20. ГАЛАКТИКИ. ВСЕЛЕННАЯ

УСТНАЯ РАЗМИНКА

20.1. Кто начал первые исследования Галактики как звездной системы?

20.2. Что установил американский астроном Хаббл, наблю­ давший туманность Андромеды?

20.3. Откуда происходит название «Млечный Путь»?

20.4. Имеем ли мы возможность визуально наблюдать ядро Галактики?

20.5. Какие типы галактик вам известны?

20.6. Назовите ближайшую к Солнечной системе на небе северного полушария галактику.

20.7. Назовите ближайшие к Солнечной системе галактики.

В каком полушарии их можно наблюдать?

20.8. В какую сторону спектра смещены спектральные линии у подавляющего большинства галактик?

20.9. Какие наблюдения указывают на то, что Вселенная рас­ ширяется?

20.10. В состав какой группы галактик входит наша Галак­ тика?

20.11. Какие наблюдения указывают на то, что на начальной стадии Вселенной вещество имело очень высокую температуру?

- г П Первый уровень 20.12. Какой вид имеет Галактика?

20.13. Сколько времени нужно свету, чтобы пересечь Галак­ тику по ее диаметру?

20.14. Какой объект, по одной из гипотез, находится в центре Галактики?

20.15. Что Вам известно о месте Солнца в Галактике?

20.16. За какое время Солнце делает оборот вокруг центра Га­ лактики (иными словами — какова продолжительность галакти­ ческого года)?

20.17. К какому типу галактик принадлежит туманность А н­ дромеды?

20.18. В галактиках каких типов практически не происходит звездообразование?

20.19. Какие галактики населены преимущественно молоды­ ми звездами?

20.20. Как называется коэффициент пропорциональности в законе Хаббла?

20.21. Почему наблюдаемые смещения спектральных линий указывают на то, что Вселенная расширяется?

20.22. С какой характеристикой галактик связано красное смещение линий в их спектрах?

20.23. На каких расстояниях от Солнечной системы находят­ ся квазары?

20.24. И квазары и звезды наблюдаются как светящиеся точ­ ки. Чем же отличаются квазары от звезд?

20.25. Какую структуру имеет распределение вещества во Вселенной?

20.26. Что имеют в ввиду, когда говорят о расширении Все­ ленной?

20.27. Существует ли центр расширения Вселенной?

20.28. Каков возраст Вселенной?

20.29. Что такое реликтовое излучение?

плП Второй уровень 20.30. Вообразите, что вы наблюдаете Галактику, разместив­ шись у самого ее края, где звезд крайне мало. Каким вы увиди­ те звездное небо?

20.31. Какова структура Галактики?

20.32. Сколько времени космический корабль будет пересе­ кать Галактику по диаметру, двигаясь с первой космической ско­ ростью (около 8 к м /с) относительно ее центра?

20.33. Чем отличаются по составу спиральные и эллиптиче­ ские галактики?

20.34. Существуют галактики с фиолетовым смещением спек­ тральных линий. О чем это свидетельствует? Не противоречит ли этот факт теории расширения Вселенной?

20.35. Почему для предсказания судьбы Вселенной очень важно знать среднюю плотность вещества в ней?

@ 20.36. Предложите способ определения массы Галактики.

20.37. Нарисуйте схему строения Галактики.

20.38. Какие наблюдения указывают на то, что образование звезд в Галактике не завершено?

20.39. Галактики удаляются друг от друга. Удаляются ли друг от друга звезды в пределах одной галактики?

20.40. На каком расстоянии от нас находится галактика, если скорость ее удаления равна половине скорости света?

20.41. Какое открытие сделали недавно астрономы, наблюдая за разбеганием далеких галактик?

ОТВЕТЫ, УКАЗАНИЯ, РЕШЕНИЯ

1.13. 0,18 МКл. 1.18. Можно; нельзя. 1.19. 34 Ом. 1.20. Медная труб­ ка. 1.21. 6,25 •101. 1.23. 12 А. 1.24. 0,9 А. 1.26. 30 м. 1.27. 2 •10 70м •м.

1.28. 0,5 мм2. 1.29. 32 м. 1.32. 0,5 А. 1.33. 0,5 В. 1.34. 0,35 В. 1.35. 0,1 мм2.

1.36. 3 А. 1.37. 5 м. 1.38. 0,35 А. 1.39. 340 м; 0,1 мм2. Решение. ВоспользуI емся формулами для электрического сопротивления проволоки R = р — и ее массы т = dV = dlS. Здесь р, d — соответственно удельное сопротивление и плотность меди. Перемножив почленно эти формулы, найдем I = 1Г -, а разделив — получим S =.И—. 1.40. 81 м; 1,4 мм2. 1.41. 0,04 В/м.

2.8. 8. 2.9. 5. 2.10. 1,2 кОм; 5 кОм. 2.11. Решение. Тело птицы можно рассматривать, как параллельное подключение к участку высоковольтной цепи, заключенному между лапками птицы. Так как сопротивление пти­ цы намного превышает сопротивление этого участка, то сила тока в теле птицы очень мала и безвредна для птицы. 2.12. а) увеличится; б) умень­ шится. 2.13. 11 В; 240 Ом. 2.14. Сопротивление пальца намного боль­ ше сопротивления всех оставшихся лампочек, а напряжение при после­ довательном соединении проводников распределяется прямо пропорцио­ нально сопротивлению участка цепи. 2.15. 21 Ом; 15 Ом. 2.16. 20 Ом; по­ следовательно. 2.17. 13,5 А. 2.18. 4 кОм; 6 кОм; 8 кОм; 12 кОм; 18 кОм;

24 кОм; 36 кОм. 2.19. Всего можно получить 15 значений сопротивле­ ния: 6 кОм; 8 кОм; 9,6 кОм; 12 кОм; 14,4 кОм; 16 кОм; 18 кОм; 24 кОм;

32 кОм; 36 кОм; 40 кОм; 48 кОм; 60 кОм; 72 кОм; 96 кОм. На рисунке показаны схемы некоторых соединений из четырех резисторов.

„ J—i ^У Lt->- о 2.20. Решение. Найдем сначала сопротивление параллельно соедиRR.

ненных резисторов 1 и 3: Д1 = — единен с резистором 2 последовательно, поэтому общее сопротивление цепи R = Д., + i? = 15 Ом. Согласно закону Ома полная сила тока в цепи I = — = 2 А. Именно такова сила тока в резисторе 2; в резисторах i и | [....f...| Н 8 > г © — 1 2.35. Решение. Ученик мог собрать одну из двух и перегореть, если сопротивление не показанной на рисунке части цепи будет малым. 2.36. 1 Ом. 2.37. 7, = 10 А, 72 = 7,5 А, 73 = 2,5 А, 74 = 2,7 А, 75 = 5,3 А, 7в = 2 А, 77 = 5,5 А. 2.38. U1 = 64 В, U2 = U3 = 30 В, U4 = Ub = = Ue = 16 В, U7 = 110 В. 2.39. Схему а. Указание. Поскольку сопро­ тивления проводника и амперметра сравнимы, в схеме б напряжения на них также сравнимы, а вольтметр будет показывать общее напряжение на проводнике и амперметре. 2.40. Схему б. Указание. Поскольку сопро­ тивления резистора и вольтметра сравнимы, в схеме а силы тока в них также сравнимы, а амперметр будет показывать общую силу тока в про­ воднике и амперметре. 2.4 1.11 = 12 = 0,26 А, 73 = 0,52 А, 74 = 75 = 0,39 А, 76 = 7? = 0,91 А. 2.42. 375 Ом; амперметр показывает суммарную силу тока в резисторе и вольтметре. 2.43. а) 5 кОм; б) 9 кОм; в) 15 кОм.

3.7. 6 кДж. 3.8. 720 Дж. 3.9. 11 МДж. 3.10. За 100 с. 3.11. 54 Вт.

3.12. 200 Вт. 3.13. 1,5 мВт. 3.14. Мощность уменьшается. 3.15. Реше­ ние. Если обе лампы одинаковы, то на каждой из них будет напряже­ ние 110 В и лампы будут работать в нормальном режиме. Если же со­ противления ламп существенно отличаются, то напряжения на них так­ же будут различными (при последовательном соединении напряжение на участке цепи прямо пропорционально сопротивлению этого участка).

Та лампа, напряжение на которой окажется больше 110 В, перегорит.

3.16. Накал увеличился (общее сопротивление спирали уменьшилось вследствие охлаждения некоторых участков). 3.17. 2,5 Ом. 3.18. 15 В.

3.19. 0,2 А. 3.20. Лампочка для карманного фонарика; в 1,4 раза;

16 Ом; 1,2 кОм. 3.21. а) Во втором, в 5 раз; б) в первом, в 5 раз. РеВт шение. а) При последовательном соеди­ накова. Из формулы Р = PR следует, что мощность тока в резисторе прямо пропорВт циональна его сопротивлению: Р = — = 5.

б) При параллельном соединении на обоих рези­ сторах одинаково напряжение, поэтому целеU Из нее следует, что мощность тока в резистоР R ре обратно пропорциональна его сопротивлению: — = — = 5. 3.23. См.

рисунок 5. 3.24. 8,1 Вт; 24,3 Вт. 3.25. Мощность второй плитки больше в 2,5 раза. 3.26. В лампе 1 мощность тока больше в 4 раза. 3.27. 7,2 кДж.

3.28. а) 180 Вт; б) 960 Вт. 3.29. а) 1,6 Дж; 6,4 Дж. 3.30. Например, из ни­ келина. 3.31. Решение. При включении, когда нить лампы еще не нагре­ лась, ее сопротивление намного меньше сопротивления в рабочем режи­ ме. Поэтому сила тока очень велика и участки нити, толщина которых наименьшая, нагреваются до температуры, превышающей рабочую: ведь у этих участков больше электрическое сопротивление и меньше площадь поверхности. 3.32. 12 Вт и 6 Вт. 3.33. Р1 = 3 Вт, Р2 = 7,2 Вт, Р3 = 4,8 Вт.

3.34. В резисторе R1 — увеличится в 81/25 раза; в резисторах R2 и R3 — уменьшится в 25/9 раза. 3.35. 84 %. 3.36. 0,5 м/с. 3.37. 0,36 А. 3.38. 12 м/с.

3.39. 8 мин; 36 мин. Решение. Обозначим сопротивления обмоток R1 и Д2, напряжение в сети U. Поскольку тепловые потери не учитываются, коли­ чество теплоты Q, необходимое для доведения воды до кипения, во всех случаях одинаково. Из закона Джоуля — Ленца следует: Q = — = При последовательном соединении обмоток их сопротив­ Отсюда ление равно Л, + R2, а при параллельном напряжение на каждой обмотке получаем: tnD= tпоел = f,1 +2 t,. 3.40. 0,9 кг. 3.41. 39 %. 3.42. 32 м.

4.7. ЭДС практически не изменяется, внутреннее сопротивление увеличивается. 4.9. 240 Дж. 4.10. 120 Дж. 4.11. 1 А; 5,5 В. 4.12. 1,5 А;

11,25 В. 4.13. 24 А. 4.14. 1,2 А. 4.15. 18 В. 4.16. 0,6 А. 4.17. Решение.

У «старой» батарейки намного увеличилось внутреннее сопротивление г.

Из закона Ома для полной цепи следует, что отношение напряжения на полюсах источника тока к ЭДС источника равно --------. Поскольку г все же остается намного меньше сопротивления вольтметра, напряжение на подключенном вольтметре практически равно ЭДС батарейки. А вот для лампочки сопротивление R < г, поэтому напряжение на лампочке суще­ ственно меньше ЭДС батарейки. 4.18. Сила тока увеличится, посколь­ ку уменьшится внутреннее сопротивление гальванического элемента.

4.19. 2 Ом; 114 В. 4.20. 4,8 Ом; 1,9 В. 4.21. 24 А. 4.22. 25 В. 4.23. 48 А.

4.24. При сопротивлении, равном внутреннему сопротивлению источни­ ка. 4.25. 8 А; 92 Вт. 4.26. 5,5 Ом; 0,5 Ом. 4.27. U = 30 В; = 3,75 А;

/ 2= 1,25 А. Решение. Резисторы R1 и R2 соединены параллельно. СледоваDО тельно, полное сопротивление внешней цепи R = — ^ = б Ом. Согласно точника тока U —IR, а сила тока в резисторах I = — и /, = —. 4.28. ПокаR зание амперметра увеличится, а вольтметра — уменьшится. 4.29. 55 В;

45 В. 4.31. 0,2 А; 16 В. 4.32. Ш = 36 В, г = 0,5 Ом. Решение. Из закона Ома для полной цепи I = -------- следует соотношение Ш = I(R + г). Из 4.35. 37,5 В; 3,75 Ом. 4.36. а) 8 В; б) 4 В. 4.37. 6 В; 1 Ом. 4.38. 0,5 А;

5,5 В. 4.39. 0,5 А или 1,5 А. 4.40. 3 В; 2 Ом. 4.41. 4 А. 4.42. 2 Ом.

5.15. 0,18 Н. 5.16. 25 мТл. 5.17. 30°. 5.18. 1,4 • 10 1 Н. 5.19. 2,8 х х 10“1 Н. 5.20. Отталкиваются. 5.21. Притягиваются. 5.25. Пробка при­ тягивает попадающие в масло частицы стали, что замедляет износ двига­ теля. 5.28. Все указанные воздействия могут нарушить упорядоченную ориентацию «молекулярных токов». 5.29. Например, между север­ ным географическим и южным магнитным полюсами. 5.30. 9 Н; ноль.

5.31. 0; 40 мН; 80 мН. 5.32. Вниз. 5.34. Кинетическая энергия и модуль импульса частицы не изменяются; направление импульса изменяется.

5.36. 10 А. 5.37. 2,3 мм; 0,71 не! 5.38. г2 = 2гг; Т2 = Ту 5.39. У протона радиус траектории и период обращения больше в 1840 раз. 5.40. 2,8 мТл.

5.41. 96 км/с. 5.42. Решение. Проводники, по которым текут токи, обыч­ но электрически нейтральны, и поэтому взаимодействие между ними — только магнитное. Между электронными пучками тоже действует маг­ нитное притяжение, но гораздо более сильным оказывается электриче­ ское отталкивание одноименно заряженных частиц. Это отталкивание приводит также к расширению пучков. Параллельные проводники, по которым текут токи в одном направлении, тоже будут отталкиваться, если им сообщить достаточно большие одноименные заряды. 5.44. В пер­ вом случае определяющим является действие на стрелки магнитного поля Земли, а во втором — магнитное взаимодействие стрелок друг с другом. 5.45. 27е. Решение. На проводник действует в горизонтальном направлении сила Ампера FA = BIlsm90° = BII. Равнодействующая этой силы и силы тяжести должна быть направлена параллельно проводам подвеса, откуда находим tga = -----. 5.46. Петля примет форму окружmg ности. 5.47. 1 мм. Решение. В электрическом поле электрон приобрел нитном поле центростремительное ускорение сообщает электрону сила Лоренца. Следовательно, m,V = evB. Отсюда получаем г = — Г‘П'Ч 5.48. 2,5 см. 5.49. 300 В. 5.50. — Ш is К фильтр только если сила Лоренца уравновешивает электрическую силу;

это условие выполняется, если скорость частицы v = —.

6.6. 0,3 мВб. 6.7. 5,4 мВб. 6.8. 40 мТл. 6.9. 0,2 Вб/с; если скорость изменения магнитного потока была постоянной. 6.10. 2 В. 6.11. 50 мкГн.

6.12. 0,3 В. 6.13. 600 А /с. 6.14. 0,1 Гн. 6.15. 5 Дж. 6.16. 1 А. 6.17. 0,4 Гн.

6.22. Колебания будут быстрее затухать. 6.26. а) 0; б) 2 В; в) 3 В.

6.28. На 4 мВб. 6.29. 1000. 6.30. 60°. 6.31. На 0,12 Дж. 6.32. 1,6 Дж.

6.33. Решение. В трубе при движении магнита возникают индукционные (вихревые) токи. Согласно правилу Ленца магнитное поле этих токов пре­ пятствует падению магнита. Тормозящая сила возрастает с увеличением скорости падения (в этом смысле движение магнита напоминает падение тела в жидкости или газе). Ускорение магнита постепенно уменьшается, и, если труба достаточно длинная, движение магнита становится равномер­ ным. 6.34. Уменьшится. 6.35. Чтобы колебания стрелок приборов от толч­ ков быстро затухали. 6.36. Если цилиндр медный. 6.37. Время падения больше, когда катушка замкнута. 6.39. 9,2 А. 6.40. Решение. На свободные электроны в движущемся стержне действует сила Лоренца Рц = eBv sincc.

В результате происходит разделение зарядов. Оно продолжается до тех пор, пока кулоновская сила F = еЕ не уравновесит силу Лоренца: F = Рл, откуда Е = Bv sina. Между концами стержня возникает разность по­ тенциалов U = Е1, равная ЭДС индукции. Таким образом, ЭДС индукции S’. = Bvl sina. 6.41. 225 мВ. 6.42. 7 мВ. 6.43. 0,2 В. 6.44. 0,5 мКл. РеI шение. Разобьем мысленно весь процесс на такие короткие этапы, что на протяжении каждого из них скорость изменения магнитного потока можно считать постоянной. Используем закон Ома для полной цепи и заДф кон электромагнитной индукции:

жение точки S в зеркале). 9.21. 1,8. 9.22. 34°..........:- / ч }..

9.23. 22°; 68°. 9.27. 12 м. 9.28. а) Не может; б) мо- -L;

жет. 9.29. 5 м. 9.30. 75 м. 9.31. 1,5 км. 9.33. 30°.

9.34. Указание. Гладкая поверхность воды отража- S ет свет зеркально (вперед), так что этот отраженРис. ныи свет не попадает в глаза водителю; отра­ жение же света от шероховатой поверхности дороги является диффузным. 9.37. 30°. 9.38. 80°. 9.40. В оптически менее плотной. 9.41. 45°.

9.42. 22°. 9.43. 0,75. 9.44. Угол падения равен 41,4°, угол преломле­ ния — 82,8°. 9.45. 42°. 9.47. 39°. 9.48. 12 с 1. 9.49. 18,5 км. 9.51. Под углом 20° к горизонту. 9.52. 65°. 9.53. 70°. 9.54. 14 м. Решение. На ри­ сунке 7 показаны направления указанных в условии задачи лучей. Рас­ сматривая выделенные на рисунке прямоугольные треугольники, полу­ чаем соотношения: АЕ = Н - h = I tga, А гЕ = Н + h = I tgp. Здесь I — расстояние от яхты до скалы. Из приведенных соотношений находим Я = я — — -— 1.

Si....... V....... -.S j /..7.;,7 женных солнечных лучей, идущих из точки А на а п — показатель преломления воды. 9.59. 3,7 см; 1,5 см. 9.60. 26 мм.

9.61. 47°.

10.11. 1,25 дптр; 0,4 дптр; 5 дптр. 10.12. 1,25 м; 50 см; 25 см.

10.19. F = 24 см; D = 4,2 дптр; Н = 3 см. Решение. Прежде всего заме­ тим, что изображение на экране является действительным. Оптическую силу и фокусное расстояние линзы найдем, воспользовавшись формулой тонкой линзы: D = — — — + — (чтобы получить оптическую силу в диrdf оптриях, надо выразить все расстояния в метрах). Воспользуемся также выражением для увеличения линзы Г = — = —. Из него следует, что H = h ~. 10.20. 3 мм. 10.21. 10 см. 10.23. 8,3. 10.24. 3,6 см. 10.25. 300.

10.26. 150. 10.27. Решение. Сложность построения заключается в том, что все обычно используемые лучи совпадают с главной оптической осью линзы. Обойти эту сложность можно различными способами. Можно, на­ пример, «поставить» в точке А вертикальную стрелку, найти обычными методами изображение ее вершины и опустить перпендикуляр на глав­ ную оптическую ось. Другой способ: направим из точки А на линзу произ­ вольный луч 1 под небольшим углом к главной оптической оси (рис. 10).

Направим параллельный ему луч 2 через оптический центр линзы (этот луч проходит через линзу, не изменяя направления). Оба луча после становится дальнозорким. 10.31. При таком размере отверстия умень­ шается размытость изображения на сетчатке. 10.32. 35 мм; увеличить.

10.33. 8 мм. Указание. Расстояние от пленки до центра объектива прак­ тически равно фокусному расстоянию объектива. 10.34. Мнимое, обрат­ ное. 10.35. Не зависит; для увеличения интенсивности света.

11.14. От 3,8 • 101 до 7,5 101 Гц. 11.15. 600 нм. 11.16. 330 нм; нет (это ультрафиолетовое излучение). 11.17. 420 нм. 11.18. 6,7 • 101 Гц.

11.20. 2,25 •108 м/с. 11.23. Световые волны усиливают друг друга (если источники излучают волны с одинаковыми фазами). 11.25. Частота не из­ меняется. 11.26. Уменьшается. 11.27. 530 нм. 11.28. 580 нм. 11.29. 2 106.

11.30. а) черной; б) белой; в) серой. 11.31. При зеленом. 11.32. Через красное. 11.33. Черными. 11.34. 376 нм; зеленый. 11.35. а — фиолето­ вому, б — желтому, в — красному. 11,37. На 2000 км/с. 11.38. 0,32°.

11.39. Происходит перераспределение энергии в пространстве: она «пере­ ходит» туда, где волны усиливают друг друга. 11.40. б) Во втором случае ширина интерференционных полос будет меньше. 11.41. В достаточно тонком слое жидкости наблюдается интерференция света. 11.43. Реше­ ние. Запрещающие сигналы должны быть видны с большого расстоя­ ния. Следовательно, необходим такой цвет, чтобы излучение как можно меньше рассеивалось в атмосфере. Голубой же цвет неба свидетельству­ ет, что сильнее всего рассеивается коротковолновая часть видимого сол­ нечного света (фиолетовый, синий, голубой участки спектра). Это харак­ терно для рассеяния на неоднородностях (микроскопических сгущениях и разрежениях воздуха), размеры которых меньше длины волны света.

В облаках же или тумане рассеяние света происходит на капельках воды или кристалликах льда, размеры которых велики по сравнению с длиной волны света. В этом случае свет различных частот рассеивается примерно одинаково, чем и объясняется белый или серый цвет облаков.

11.45. Чем больший путь проходят световые лучи в атмосфере, тем силь­ нее рассеивается коротковолновая часть спектра. 11.46. На самом деле наблюдаются не тени, а полутени: в эти области попадает солнечный свет, рассеянный атмосферой (он имеет голубоватый оттенок). 11.49. Ре­ шение. Могут. Цвет зависит от частоты волны, а не от длины волны.

В воздухе длина волны красного света больше, чем длина волны Л ж желтого света. Если же красный свет переходит в прозрачную среду с показателем преломления п, то длина волны уменьшается: Лк = —.

Условие Х = Лж выполняется при п = т-5 Например, при Л = 760 нм и Хж= 570 нм получаем п = 1,33. Таким образом, длина волны красного света в воде равна длине волны желтого света в воздухе.

12.10. 4 •10“1 Дж (25 эВ). 12.11. У зеленого. 12.14. Нет; да. 12.15. 2,2 эВ.

12.16. 2,7 эВ; да. 12.17. 4 •10 1 Дж (2,5 эВ). 12.18. 3,3 •1 0 1 Дж (2,1 эВ).

12.19. а) 300 нм; б) 955 нм. 12.20. Увеличиваются. 12.21. а) Не изме­ няется; б) уменьшается. 12.22. Да (при длине волны менее 550 нм);

нет. 12.23. 0,87 эВ. 12.24. 680 км/с. 12.25. 1,3 • 101 Гц. 12.26. 7,9 В.

12.27. 320 нм. 12.28. 1200 км/с. 12.29. Да; нет. 12.30. Увеличить на 2,7 Ю 1 Гц. 12.31. 490 км/с. 12.32. 1,9 эВ; 1,05 эВ. 12.33. 6,4 •10 3 Дж •с.

Решение. Воспользуемся уравнением Эйнштейна для фотоэффекта:

hv = А н х 4ы Фотоэлектроны задерживаются тормозящим напряже­ нием, если работа электрического поля равна по модулю их максимальmv ной кинетической энергии: — — = eU. Таким образом, hv = Ав х + eU.

Вычитая почленно уравнения hv 1 —Ав х + eU1 и hv2 = Ав х + eU2, получим VУвеличилась на 2,5 эВ. 13.18. 1,3 • 10“1 Дж. 13.19. Неон гелий, радон, пары ртути. 13.20. Разреженный атомарный кислород.

13.23. 250 нм. 13.26. Направление импульсов всех фотонов практи­ чески одинаково. 13.27. Энергия атома уменьшилась на 13 эВ. Реше­ ние. Энергия атома при испускании кванта уменьшается на hv. Следова­ тельно, после испускания двух квантов энергия атома уменьшилась на | Я = ftv. + hv. = hc( — + — ). 13.28. а) — = -------- L ; б) — = — + — ;

в) — = -------- 13.30. 1,4 1019. 13.31. 590 нм; 3,4 мВт.

14.14. При заданной неопределенности скорости неопределенность ко ординаты частицы обратно пропорциональна ее массе. 14.16. 1,3 • 10-25 м;

при такой малой длине волны наблюдать проявление волновых свойств пылинки невозможно. 14.17. 7,3 1 0 1 м. 14.20. 2,7 •10-11 м. 14.22. Толь­ ко энергия атома.

15.22. 28 РЬ. 15.23. 28 Bi. 15.24. 22Na -> 15.26. В 32 раза. 15.27. 10. 15.28. а) Марганец; б) бром; в) цезий.

15.29. 1,6 •1 0 1 Кл; 8 •10 1 Кл; 3,2 •1 0 1 Кл. 15.30. В 105 раз; в 101 раз.

15.31. Одинаковы. 15.33. Электроны в пучке имеют различные скоро­ сти. 15.34. Необходимым условием реакции синтеза является сближе­ ние двух ядер на расстояние, сравнимое с их размерами; для этого ядра должны преодолеть кулоновское отталкивание. 15.35. 288U — ‘ Не + 2 4Th;

2 P b-V ;e + “,«Bi. 15.36.2 9Pu — 2 + 2g2 15.37. Из ядра 28 Ra. 15.38. 29 U.

15.39. Ядро р1дона-220 (порядковый номер 86). 15.40. В ядро 28 9Bi.

15.41. 12,5 %. 15.42. 99,2 %. 15.43. 270 сут. 15.44. 3 ч. 15.45. Через 1 ч.

15.46. За 26 лет. 15.47. Нуклоны в ядре «плотно упакованы»; можно считать, что соседние нуклоны расположены вплотную друг к другу (это напоминает расположение молекул в капле воды). 15.48. 8Ве. Реше­ ние. Объем интересующего нас ядра меньше объема ядра алюминия- в 1,53 = 3,375 раза. Поскольку плотность различных ядер практически одинакова, масса этого ядра меньше массы ядра алюминия-27 во столько же раз — она равна 8 а.е.м. Таким образом, ядро содержит 8 нуклонов — 4 протона и 4 нейтрона. 15.49. Существуют. 15.50. 6 ч. 15.51. 5 а-распадов и 3 Р-распада. Решение. Согласно условию масса ядра уменьшилась на 20 а.е.м. Поскольку при (3-распаде масса ядра практически не изменя­ ется, а при а-распаде уменьшается на 4 а.е.м., произошло 5 а-распадов.

В результате этих распадов атомный номер ядра уменьшился на 10 (от до 80). Следовательно, произошло еще 3 (3-распада, в результате кото­ рых атомный номер ядра увеличился от 80 до 83. 15.52. 5 ос-распадов и 4 (3-распада. 15.53. 11 распадов (7 «-распадов и 4 р-распада). 15.54. Боль­ ше 5 млрд (за второй час распадется меньше атомов, чем за первый).

16.12. Ядро железа (у него больше удельная энергия связи).

16.14. 0,124 а.е.м. 16.15. 0,042 а.е.м. 16.16. 0,03 а.е.м.; 0,24 а.е.м.

16.18. gLi + JH — 7Ве + дП. 16.19. Нейтронами;

16.20. 18 g + l n -> 1/9 u + ;Н. 16.24. 16.25. ^ М о + 2Н — 9|Тс + дП. 16.26. 2,8 10“1 Дж. Решение. Прежде всего определим дефект масс ядра: Am = (Zmp+ Nmn - тя. В справочных таблицах приведены значения масс нейтральных атомов т а, а не ядер тп поэтому воспользуемся соотношением тя = тпа - Zme. Получим Ат = Zmp + Nmn ma- Zm ) = (ZmH+ Nmn - ma. Мы воспользовались тем, что сумма масс протона и электрона равна тИ(массе атома водорода ]Н). Подставив число­ вые значения, получим Ат = 1,86 а.е.м. = 3,1 •10“2 кг. Энергия связи Есв= = Ат с2. 16.27. 2 f2U + 1п - ^ 2ЦЫр + °е,