Билет № 7

Импульс (количество движения) материальной точки.

Импульс материальной точки- величина, равная произведению массы тела на его скорость. p=mu.

Импульс силы.

Импульс силы- изменение импульса тела. Направление его вектора всегда совпадает с направлением вектора приложенной силы. Ft=mu-mu0, где Ft- импульс силы.

Связь между приращением импульса материальной точки и импульсом силы.

F=ma=mDu/Dt

FDt=mDu Þ pC=p.

Импульс тела.                                              

Импульс тела- величина, равная произведению массы тела на его скорость. p=miui. Одна и та же сила за одно и то же время вызывает у любого тела одно и то же изменение импульса. Вектор импульса тела направлен так же, как вектор скорости. F=ma=m(v-v0)/t Þ Ft=mv-mv0. Ft- импульс силы. Его направление такое же, как и у вектора силы.

Закон сохранения импульса.

Геометрическая сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остается постоянной при любых движениях и взаимодействиях тел системы. Замкнутая система тел- совокупность тел, взаимодействующих между собой, но не взаимодействующих с другими телами. Импульс- одна из немногих сохраняющихся величин.

Реактивное движение- движение, которое возникает, когда от тела отделяется и движется с некоторой скоростью какая-то его часть. Типичным примером реактивного движения может служить движение ракет. Пример – движение ракет. В головной части ракеты помещается полезный груз.  В след.  части нах. Запас топлива и разл. сис-мы управления. Топливо подаётся в камеру сгорания, где оно сгорает и превращается в газ высокой t и высокой p. Через реактивные сопла газ вырывается наружу и образует реактивную струю. Газ – это и есть отделяющаяся часть ракеты. Перед стартом ракеты её импульс отн- но Земли = 0. вырывающийся газ получает некот. импульс. Ракета представляет собой замкнутую систему, и общий её импульс должен оставаться = 0. Поэтому ракета получает импульс, равный по модулю импульсу газа, но противоположен по направлению.   mг uг -  m р uр = 0. или

mг uг= m р uр. uр= mг/ m р*uг.

mг/ m р – было получено по формуле Циолковского.

2 Полупроводники

Многие вещества в кристаллическом состоянии не являются такими хорошими проводниками электрического тока, как металлы, но не могут быть отнесены и к диэлектрикам, т. к. не являются хорошими изоляторами. Такие вещества называются полупроводниками. Они долгое время не привлекали к себе внимания. Одним из первых начал исследования полупроводников выдающийся советский физик Абрам Федорович Иоффе. Полупроводники оказались не просто «плохими проводниками», а особым классом со многими замечательными физическими свойствами, отличающими их как от металлов, так и от диэлектриков. Чтобы понять свойства полупроводников, необходимо разобраться в их строении. Рассмотрим природу связей, удерживающих атомы полупроводникового кристалла друг возле друга на примере кристалла кремния. Кремний – четырехвалентный элемент, следовательно, во внешней оболочке атома имеются четыре электрона, сравнительно слабо связанные с ядром. Число ближайших соседей каждого атома кремния также равно четырем. Взаимодействие пары соседних атомов осуществляется с помощью парноэлектронной (ковалентной) связи. В образовании этой связи от каждого атома участвуют по одному валентному электрону, которые отщепляются от атомов (коллективизируются кристаллом) и при своем движении большую часть времени проводят в пространстве между соседними атомами. Их отрицательный заряд удерживает положительные ионы кремния друг возле друга. Коллективизированная пара электронов не принадлежит лишь двум атомам. Каждый атом образует четыре связи с соседними, и любой валентный электрон может двигаться по одной из них. Дойдя до соседнего, он может перейти к следующему атому, а затем дальше вдоль всего кристалла. Валентные электроны принадлежат всему кристаллу. Аналогичное строение имеют другие полупроводниковые кристаллы, например германий.

Электропроводность, собственная проводимость полупроводников

Парноэлектронные связи кремния достаточно прочны и при низких температурах не разрываются. Поэтому кремний при низкой температуре не проводит электрический ток. Участвующие в связи атомов электроны прочно привязаны к кристаллической решетке, и внешнее электрическое поле не оказывает существенного влияния на их движение.

При нагревании кремния кинетическая энергия валентных электронов повышается, и наступает разрыв отдельных связей. Некоторые электроны покидают связи и становятся свободными, подобно электронам в металле. В электрическом поле они перемещаются между узлами решетки, образую электрический ток. Проводимость полупроводников, обусловленную наличием у них свободных электронов, называют электронной проводимостью. При повышении температуры число разорванных связей, а значит, и свободных электронов  увеличивается. Это приводит к уменьшению сопротивления.

При разрыве связи образуется вакантное место с недостающим электроном. Его называют дыркой. В дырке имеется избыточный положительный заряд по сравнению с другими, нормальными, связями. Положение дырки в кристалле не фиксировано. Непрерывно происходит процесс перескакивания электронов, образующих связь атомов, на место дырок, восстанавливая связь, и образуя дырку на исходном месте. Таким образом дырка может перемещаться по всему кристаллу. Если электрического поля в кристалле нет, то перемещение дырок происходит беспорядочно, электрический ток не создается. Если же возникает электрическое поле, то возникает упорядоченное движение дырок, и, таким образом, к электрическому току свободных электронов добавляется электрический ток, связанный с перемещением дырок. Направление движения дырок противоположно движению электронов. Проводимость полупроводников, обусловленную наличием дырок, называют дырочной проводимостью. Мы рассмотрели механизм проводимости идеальных полупроводников. Проводимость при этих условиях называют собственной проводимостью полупроводников.

Примесная проводимость полупроводников

Собственная проводимость полупроводников обычно невелика из-за малого числа свободных электронов. Но проводимость полупроводников очень сильно зависит от примесей. Именно это свойство сделало проводники тем, чем они являются в современной технике. При наличие примесей в полупроводнике наряду с собственной проводимостью возникает дополнительная –  примесная проводимость. Изменяя концентрацию примеси, можно значительно изменить число носителей заряда того или иного знака. Благодаря этому можно создавать полупроводники с преимущественной концентрацией либо отрицательно, либо положительно заряженных носителей.

Донорные примеси

При добавлении в полупроводник атомов пятивалентных элементов, например мышьяка, даже при очень малой их концентрации, число свободных электронов возрастает во много раз. Четыре валентные электрона участвуют в создании ковалентной связи, а пятый валентный электрон оказывается слабо связан с атомом. Он легко покидает атом мышьяка и становится свободным. Примеси, легко отдающие электроны и, следовательно, увеличивающие число свободных электронов, называются донорными примесями. Поскольку полупроводники, обладающие донорными примесями имеют большее число электронов (по сравнению с числом дырок), их называют полупроводниками n‑типа.

 В полупроводнике n‑типа электроны являются основными носителями заряда, а дырки – неосновными.

Акцепторные примеси

Если в качестве примеси использовать трехвалентный элемент, например индий, то характер проводимости полупроводника меняется. Теперь для образования ковалентных связей атому индия не хватает электрона. В результате образуется дырка. Такого рода примеси называют акцепторными. При наличии электрического поля дырки начинают перемещаться, возникает дырочная проводимость. Полупроводники с преобладанием дырочной проводимости над электронной называют полупроводниками p-типа.

Основными носителями заряда в полупроводнике p-типа являются дырки, а неосновными – электроны.

Электрический ток через контакт полупроводников p- и n-типов

Наиболее важные свойства полупроводников происходят при контакте полупроводников n- и p-типов. Рассмотрим полупроводник, одна часть которого содержит донорные примеси, и поэтому является полупроводником n-типа, а другая – акцепторные примеси и представляет собой полупроводник p-типа. При включении полупроводника  с p-n переходом в электрическую цепь так, чтобы потенциал полупроводника p-типа был положительным, а n-типа – отрицательным. При этом ток через p-n переход будет осуществляться основными носителями: из области n в область p – электронами, а из области p в область n – дырками. Следовательно, проводимость проводника велика. Такой переход называют прямым. Вольтамперная характеристика прямого перехода изображена сплошной линией. Если переключить полюсы батареи, то переход через контакт будет осуществляться неосновными зарядами. Следовательно, проводимость будет маленькой. Такой переход называют обратным. Вольтамперная характеристика обратного перехода изображена пунктирной линией.

Полупроводниковый диод.

Полупроводниковый диод- прибор, в котором используется один p-n переход. Бывает точечным и плоскостным. Диод- представитель нелинейных проводников.

Транзистор.

Транзистор- полупроводниковый прибор, в котором использовано два p-n перехода. Бывает точечным и плоскостным. Их можно использовать для усиления электрических сигналов.

Билет № 8

Закон всемирного тяготения – все тела во вселенной притягивают друг друга Fтяготения = G(m1m2)/R2    m1 – масса 1 тела m2 – масса 2 тела R – расстояние между центрами масс взаимодействующих тел G – гравитационная постоянная

Закон всемирного тяготения.

Тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой пропорционален произведению их масс и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними. F=Gm1m2/R2; G- гравитационная постоянная. Гравитация- явление взаимного притяжения тел. Гравитационные силы- силы, действующие между всеми телами. Направление этих сил всегда совпадает с линией, соединяющей взаимодействующие тела. Их можно считать только при условии далекого расположения тел.

Гравитационная постоянная и способы ее измерения.

Гравитационная постоянная - коэффициент пропорциональности, одинаковый для всех тел. Она численно равна силе притяжения двух тел массой 1 кг каждое при расстоянии между ними 1 м. G=6, 67 10-11 Н м2/кг2. Численное значение получено опытным путем. Направление силы совпадает с линией, соединяющей взаимодействующие тела.

Сила тяжести.

Сила тяжести- одно из проявлений гравитационной силы- силы притяжения к Земле. Она направлена к центру Земли. F=GMЗmТ/R2; F=mg Þg=GMЗ/R

Зависимость силы тяжести от высоты.

Если тело находится недалеко от поверхности Земли, то сила тяжести находится по формуле F=GMЗmТ/RЗ2, а ускорение свободного падения равно g. Если тело находится на некоторой высоте над поверхностью Земли, то сила тяжести определяется по формуле F=GMЗmТ/R2; а ускорение свободного падения- по формуле g=GMЗ/(RЗ+h)2.

Вес тела – это сила, с которой тело, вследствие его притяжения к Земле, действует на опору или растягивает подвес.

Невесомость объясняется тем, что сила всемирного тяготения, а значит и Fт сообщают телам одинаковое ускорение g. Поэтому всякое тело, на которое действует только Fт или вообще сила всемирного тяготения, находятся в состоянии невесомости. Именно в таких условиях находится всякое свободно падаюшее тело. Исчезает вес, а Fт осталась, и именно она – причина свободного падения.

Движение тел под действием силы тяжести. Тело, падая, движется с а ускорением потому, что на него действует Fт , направленная вниз. а постоянно, т.к. постоянна действующая на него сила. а не зависит от m тела потому, что сама F зависит от m. а ускорение падающего тела не изменится, если толкнуть тело вниз, сообщив ему начальную скорость u0. если сообщить телу начальную скорость u0, направленную вверх, то это не изменит ни направление, ни численного значения а ускорения тела, потому, что толчок вверх не может изменить Fт. в обоих случаях траектория тела – вертикальная прямая. Высота: h=hoy+ uoy+gyt2/2. скорость тела в любой момент времени:

 uy=uoy + gyt; скорость тела в любой точке траектории: uy2= uoy2+2gy(h-h0)

Движение под углом к горизонту.

Скорость по оси ОХ:Скорость по оси ОУ:Максимальное время подъема:; tполн = 2t;

Расстояние : S = Vx tполн. ;; Максимальная высота: ; Движение тела, брошенного горизонтально:

; ;

2Электромагнитные колебания. ; ; - собственна частота колебаний в контуре; ; ;; ; ; - фаза колебаний; - амплитуда тока; ;

С – скорость в ваакуме; n – абс. показатель преломления среды;

Колебательный контур.

Колебательный контур- простейшая система, в которой могут возникать свободные электромагнитные колебания. Он представляет собой соединенные последовательно конденсатор и катушку. В закрытом колебательном контуре электромагнитных колебаний не возникает.

Свободные электромагнитные колебания в контуре.

Свободные электромагнитные колебания- периодически повторяющиеся изменения силы тока в электрической цепи, сопровождающиеся периодическими превращениями энергии электрического поля в энергию магнитного поля (или обратно), происходящие без потребления энергии от внешних источников. Простейшая система- колебательный контур (последовательно соединенные конденсатор и катушка).

Превращение энергии в колебательном контуре.

t=0: зарядка конденсатора от батареи, вся энергия в конденсаторе; E=qm2/2c.

t=T/8: возникновение тока I, энергия распределена по контуру.

t=T/4: конденсатор разрядился, вся энергия в катушке, I достигает мах.

t=3T/8: конденсатор начинает перезаряжаться, энергия распределена.

t=T/2: конденсатор полностью перезарядился, энергия распределена, I=0.

Уравнение, описывающее процессы в колебательном контуре, и его решение.

В колебательном контуре роль ЭДС играет ЭДС самоиндукции. I(R+r)+UC=EL=-LI¢=-LDI/Dt; R+r®0 Þ I(R+r)®0; -LI¢=UC=q/C; I¢=q/LC. Пусть 1/LC=w02, тогда q¢¢=-w02q- это основное уравнение собственных электромагнитных колебаний. Его решением является уравнение вида q=q0cos(w0t+j0).

Формула Томсона для периода колебаний.

T=2pÖLC¢- формула Томсона. В колебательном контуре роль ЭДС играет ЭДС самоиндукции. I(R+r)+UC=EL=-LI¢=-LDI/Dt; (R+r)®0 Þ I(R+r)®0; -LI¢=UC=q/C; I¢=q/LC. Пусть 1/LC=w02; T=2p/w0=2pÖLC¢.

Затухающие электромагнитные колебания.

Собственные колебания в контуре быстро затухают, то есть происходит уменьшение амплитуды колебаний, так как значительная часть энергии при каждом колебании превращается в теплоту из-за наличия электрического сопротивления цепи и некоторая часть энергии излучается в окружающее пространство.

Билет № 9

Силы упругости – силы, восстанавливающие то состояние тела, которое было до деформации. Эта сила возникает из-за взаимодействия частиц (притяжения и отталкивания).  Но и Fупр возникает также, когда тело изгибают или скручивают, сл-но, Fупр возникает при деформациях тела, она направлена к поверхности соприкосновения взаимодействующих тел. Все тела состоят из атомов или молекул. Расстояние между ними очень малы, как и сами частицы. Частицы взаимодействуют между собой. K=l/l0 – коэффициент жёсткости. Диаграмма рас-ния – это график зависимости s от e (s=F(e)). ОА – область упругой деформации;(з-н Гука); т.А -  sn – предел пропорциональности(это maxs, при котором ещё выполняется з-н Гука); АВ – область остаточных деформаций, деф-ция » 0,1%. Т.B-sупр – предел упругости (maxs, при котором ещё не возникают заметные остаточные деформации); ВС – область текучести; т.С ­- предел текучести; СD- течёт материал; т.D-snч  – предел прочности; после т.D – разрушение материала;

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5