Дистанційне навчання з фізики для 11 кл 2021-.2022н.р.

Дата уроку : 06.06.22

Тема уроку:Повторення.Оптика.

Домашнє завдання : повторити конспекти з даного розділу.

Дата уроку : 03.06.22

Тема уроку: Повторення з розділу Атомна і ядерна фізика.

 Домашнє завдання : повторити конспекти з даних розділів. Пройти тест:https://onlinetestpad.com/ua/testview/22818-test-z-rozd%D1%96lu-atomna-%D1%96-yaderna-f%D1%96zika

Дата уроку : 31.05.22

Тема уроку: Повторення .Електромагнітні коливання. .

 Домашнє завдання : повторити конспекти з даних розділів. Пройти тест : https://onlinetestpad.com/ua/testview/193981-11-klas-31-mekhanichni-kolivannya

Дата уроку : 30.05.22

Тема уроку: Повторення. Постійний електричний струм. Електромагнетизм.

 Домашнє завдання : повторити конспекти з даних розділів.

Дата уроку : 27.05.22

Тема уроку: Підсумкова контрольна робота 

Перший варіант.

1.Хвильова природа світла підтверджується…

….. А. ...заломленням світла.      

      Б. .поляризацією.
      В. випромінюванням світла.         

      Г. ... дифракцією світла.

2.Світловий промінь переходить із середовища 1 в середовище 2.
Виберіть правильне твердження.
А. Промінь проходить не заломлюючись.    

Б. Кут падіння більший від кута заломлення.   

В. Швидкість світла в 1 середовищі менша, ніж в 2.
Г. Оптична густина середовища 1 менша,ніж середовища 2.

 
                                                                                                 
3.В результаті захоплення а-частинки ядром ізотопу  азоту       утворюється невідомий елемент і протон. Написати реакцію і визначити невідомий елемент.
                                                                                                                               
4. Визначити енергетичний вихід ядерної реакції: Не

5.На яку довжину радіохвиль розрахований  радіоприймач, коливальний контур якого складається з котушки індуктивністю 2,4.10 -3Гн і конденсатора ємністю 600 пФ?

Другий варіант.

1.Поверхня шибки в кухні вкрилась дуже тонкою плівкою жиру.якщо освітити скло білим світлом, то на поверхні скла можна побачити райдужні плями. Це викликане…..

А. ...заломленням світла.           Б. ... поляризацією.
В. ... дисперсією світла.              Г. ... дифракцією світла.

2.Світловий промінь переходить із середовища 1 в середовище 2.
Виберіть правильне твердження.

А. Промінь проходить не заломлюючись.    

Б. Кут падіння більший від кута заломлення.   

В. Швидкість світла в 1 середовищі менша, ніж в 2.
Г. Оптична густина середовища 1 менша,ніж середовища 2.

 
                                                                                                    14
3.В результаті захоплення а-частинки ядром ізотопу  азоту   N 7     утворюється невідомий елемент і протон. Написати реакцію і визначити невідомий елемент.
                                                                                                                               
4. Визначити енергетичний вихід ядерної реакції:

5.На яку довжину радіохвиль розрахований  радіоприймач, коливальний контур якого складається з котушки індуктивністю 1,6.10-3Гн і конденсатора ємністю 400 пФ?

Дата уроку : 23.05.22

Тема уроку:Розв"язування задач. Самостійна робота.

Домашнє завдання: опрацювати тест для самоперевірки.

Дата уроку : 20.05.22

Тема уроку:Розв"язування задач.

Дата уроку : 16.05.22

Тема уроку: Розв"язування задач.

Розв’язуємо разом

1. Чому нейтрони є найкращими снарядами для руйнування ядра атома, ніж протони, електрони, а-частинки?

Розв’язання

Нейтрон завдяки своїй нейтральності з будь-якою енергією (від часток до кількох мільонів електрон-вольт), вільно проникає в будь-яке ядро, включаючи і важкі. Але в кожному конкретному випадку частинки-снаряди повинні мати відповідну енергію.

2. Скільки відбувається а- і β-розпадів під час радіоактивного розпаду

 якщо він перетворюється в 

Розв'язання

Радіоактивний розпад урану можна записати так:

Нагадаємо, що а-частинка — це  а β-частинка — це 

Застосовуючи закон збереження зарядових чисел, можна записати

92 = 82 + 2x- 1у.

Застосувавши закон збереження масових чисел, отримаємо

238 = 198 + 4х.

Розв’язуючи отримані рівняння як систему, маємо х = 10 і у= 10, тобто відбувається десять a-розпадів і десять β-розпадів.

3. При зіткненні а-частинки з ядром бора 10 5В відбулась ядерна реакція, внаслідок якої утворилося два нових ядра. Одним з цих ядер було ядро атома Гідрогену 1 1Н . Визначте порядковий номер і масове число другого ядра, дайте символічний запис ядерної реакції і визначте її енергетичний ефект.

Розв’язання

Позначимо невідоме ядро символом 

Знаючи, що а-частинка — це ядро Гелію  запис реакції матиме вигляд 

«Застосувавши закон збереження числа нуклонів, отримаємо рівняння 4+10=1 + А, звідки А = 13.

Застосувавши закон збереження заряду, маємо 2 + 5 = 1 + Z, звідки Z = 6.

Отже, невідоме ядро є ядром атома ізотопу Карбону 136C .

Тепер рівняння можна записати в кінцевому вигляді

Енергетичнии ефект ядерної реакції визначається за формулою

Використовуючи табличні значення маси атомів, отримаємо

Q = 931[(4,00260 +10,01294) - (1,00783+13,00335)] МеВ = 4,06 МеВ .

Q = 4,06 МеВ.

4. Визначте добові витрати урану 238 92U атомною електростанцією потужністю 7 МВт, якщо ККД електростанції 20 %. При кожному розпаді виділяється енергія 200 МеВ.

Розв’язання

Якщо при кожному розпаді виділяється енергія Е0, то при розпаді за добу, припустимо N атомів (ядер), виділиться енергія Е = NE0. Нехай N атомів відповідає масі урану т кг, тоді 

де Na — число Авогадро;  μ — молярна маса урану.

Енергія, яка виділяється за добу, розраховується за формулою:

а повна енергія: Е = ηE1 = Pt, де Р — потужність електростанції, t = 1 доба = 86 400 с.

Тоді .

Підставивши значення відомих фізичних величин, отримаємо

m = 36, 8 10-3 кг.

Домашнє завдання: опрацювати тему , написати  конспект.

Дата уроку : 13.05.22

Тема уроку:Ланцюгова ядерна реакція поділу ядер Урану. Термоядерні реакції.

1.       

Ядерну реакцію поділу атомних ядер уперше спостерігали у 1939 р. німецькі вчені О. Ган і Ф. Штрасман. Вони встановили, що під час бомбардування ядер атомів Урану нейтронами вони діляться на дві приблизно однакові частинки (мал. 8.5).

Внаслідок кожного такого поділу вивільняється 2—3 нейтрони і близько 200 МеВ енергії. Ф. Жоліо-Кюрі висловив думку, що під впливом потоку вивільнених нейтронів ядерна реакція поділу ядер атомів Урану може розвиватися як ланцюгова.

Ядерною ланцюговою реакцією називають реакцію, в якій частинки (нейтрони), що спричиняють її, утворюються як продукти цієї реакції.

Щоб ланцюгова реакція розвивалася, потрібно підтримувати незмінним потік нейтронів і створити умови для їх проникнення в ядра атомів Урану. З цією метою треба достатню масу Урану вміщувати в обмеженому просторі, створювати так звані критичні умови. Тоді нейтрони потраплятимуть в ядра, викликаючи подальший їх поділ. Мінімальну масу, за якої ланцюгова реакція відбувається самочинно, називають критичною. Для чистого УрануU, що має форму кулі, критична маса приблизно дорівнює 50 кг. Радіус такої кулі дорівнює приблизно 9см.

Здійснення ланцюгової реакції поділу ядер атомів Урану — досить складний процес. Адже повільні нейтрони, що вивільняються в процесі ядерної реакції, можуть викликати поділ лише ядер ²³⁵₉₂U; для поділу ядер ²³⁸₉₂U потрібні швидкі нейтрони з енергією понад 1 МеВ. Оскільки природний Уран складається з двох нуклонів — 99,3 % Урану-238 і лише 0,7 % Урану-235, то для підтримання ланцюгової ядерної реакції необхідно задовольнити принаймні дві умови: досягти критичної маси і забезпечити достатнє число вивільнених нейтронів для підтримання реакції, яке б не зменшувалося з часом.

Повільні нейтрони не викликають поділу ядра ²³⁸₉₂U. Проте їх захоплення цим нуклідом веде до цікавих наслідків — утворення трансуранових елементів. Трансуранові елементи — це хімічні елементи, розміщені в таблиці Менделєєва за Ураном  (Z > 92)

Спочатку виникає короткоживучий радіоактивний нуклід ²³⁹₉₂U, період піврозпаду якого Т = 23 хв (мал. 8.6), який внаслідок бета-розпаду перетворюється на новий елемент — Нептуній:

У свою чергу, нестійкий нуклід нептунію перетворюється на відносно стабільний Плутоній

Т = 24 000 років:

Ядерну реакцію одержання Плутонію нині широко використовують у сучасних ядерних реакторах - розмножувачах.

Від повного поділу всіх ядер 1г Урану виділяється 2,3·10кВт·год енергії, яка еквівалентна енергії, що утворюється від спалювання 3т вугілля, або 2,5т нафти.

Пристрій, в якому підтримується керована реакція поділу ядер, називається ядерним (атомним) реактором.

Ядерний реактор складається з: активної зони, де відбувається ядерна реакція, поглиначів нейтронів, захисного кожуха, парогенератора, турбіни та електричного генератора (мал. 8.7).

Принцип його дії полягає у використанні вивільненої внаслідок ядерної реакції енергії для здобуття електричної напруги.
В активну зону завантажують ядерне паливо — збагачений Уран у вигляді тепловидільних елементів (ТВЕЛів), які утворюють правильну ґратку, і речовину, що гальмує нейтрони (графіт або так звану важку воду), оскільки ядра нукліда урану-235 краще захоплюють повільні нейтрони.

Щоб ланцюгова реакція була керованою, необхідно регулювати число нейтронів в активній зоні. З цією метою до неї вводять регулювальні стрижні з матеріалу, який добре вбирає нейтрони (Кадмій, Бор). Зміною глибини їх введення регулюють потік нейтронів, а отже, керують перебігом ланцюгової реакції.

Енергія, що виділяється в результаті поділу ядер атомів Урану, за допомогою теплоносія передається парогенератору.

Вироблена ним водяна пара спрямовується на лопатки парової турбіни, сполученої з генератором, який виробляє електроенергію. Так після кількох перетворень енергія, що вивільняється внаслідок поділу атомних ядер, стає електричною. Електромережами вона потрапляє до споживачів.

Потужність ядерного реактора в 1 МВт відповідає ланцюговій реакції, за якої відбувається

3 ∙ 10¹⁶ актів поділу ядер Урану за 1 с

Основні елементи ядерного реактора:

·         ядерне паливо (U, Pu, U); сповільнювач нейтронів (важка або звичайна вода, графіт);

·         теплоносій для виведення енергії, що утворюється під час роботи реактора (вода, рідкий натрій);

·         пристрій для регулювання швидкості реакції (стержні, які вводять у робочий простір реактора; вони містять Кадмій чи Бор – речовини, які добре поглинають нейтрони).

Зовні реактор оточують захисною оболонкою, що затримує γ-проміння і нейтрони. Її роблять з бетону із залізним заповнювачем. Існує декілька видів ядерних реакторів:

1. Реактори на швидких нейтронах (реактори-розмножувачі).
2. Реактор на повільних нейтронах

Перша ядерна реакція була здійснена у США у грудні 1942 році колективом вчених під керівництвом Енріко Фермі.

У Радянському Союзі перший ядерний реактор було запущено 25 грудня 1946 року колективом фізиків під керівництвом І. В. Курчатова.

Ядерні реактори є основою атомних електростанцій (АЕС). Нині у світі налічується понад 1000 ядерних енергетичних установок. Атомна енергетика вважається економічно найвигіднішою і високотехнологічною. Вона використовує останні досягнення науки, сучасні автоматизовані системи керування технологічним процесом на основі ЕОМ, потребує високої кваліфікації працівників. Експлуатація АЕС потребує запровадження широкого спектра засобів контролю і радіаційної безпеки, оскільки в разі нехтування ними наслідки можуть бути катастрофічними. 26 квітня 1986 р. внаслідок грубого порушення технологічного циклу роботи ядерного реактора на Чорнобильській АЕС сталася аварія. Загинули люди, наслідки цієї трагедії відчуваються досі.
 Загальновідомо, що при розподілі важких ядер атомів під час ядерних реакцій виділяється велика кількість енергії. Проте вдалося встановити, що при злитті легких ядер виділяється ще більшу кількість енергії. Такі реакції назвали термоядерними.

Перша термоядерна реакція була здійснена в 1932 році на швидких протонах

У природних умовах термоядерні реакції синтезу відбуваються в надрах зірок і є основним джерелом їхньої енергії. Для Сонця основною реакцією є перетворення чотирьох протонів на ядро атома Гелію, що супроводжується виділенням енергії понад 26 МеВ за один цикл. У земних умовах досягти таких температур можна лише за допомогою ядерного вибуху (на цьому ґрунтується принцип дії водневої бомби) або в потужному імпульсі лазерного випромінювання (керована термоядерна реакція синтезу).

Природа термоядерних реакцій
Термоядерні реакції — це реакції злиття легких ядер, що протікають при високих температурах з виділенням великої кількості енергії. Синтез гелію з водню протікає при t = 108 ˚ К. При синтезі одного грама гелію виділяється 4,2 ∙10¹¹ Дж. Ця енергія еквівалентна енергії, що виділяється при повному розподілі 4 грамів урану або при спалюванні 10 тонн дизпалива. Термоядерні реакції можна зустріти в зірках, де температура і тиск речовини створюють придатні умови для здійснення злиттів.

У термоядерної реакції синтезу гелію беруть участь ізотопи водню: тритій і дейтерій:

 Н + ³¹Н  =  ⁴₂Не +  n

При злитті дейтерію і тритію в ядро гелію виділяється нейтрон і енергія E = 17,6 МеВ.

Умови протікання термоядерних реакцій

Для протікання термоядерних реакцій потрібні певні умови. Потрібен зблизити ядра зазначених ізотопів. Ядра атомів мають позитивний заряд, і, отже, при їх зближенні діють кулонівських сили, розштовхують ці заряди.

Відповідно, для злиття ядер необхідно подолати відразливі сили. Це можливо лише у випадку, якщо самі ядра володіють дуже великою енергією, в першу чергу, кінетичної енергією руху, тобто тоді, коли їх швидкість досить велика.

Ядра ізотопів можуть володіти такою швидкістю тільки при дуже високій температурі. Необхідно додати часткам швидкість достатню, щоб вони могли наблизитися один до одного на відстань                  ≈ 10  ^-14 м. На такій відстані вже починають діяти ядерні сили тяжіння.

Подібної температури можна домогтися лише при вибуху атомної бомби. Тобто, щоб справити термоядерну реакцію, треба провести спочатку ядерну реакцію, і тоді температури буде достатньо для зближення ядер ізотопів водню і здійснення термоядерної реакції. Такий процес був реалізований у водневій бомбі — найпотужнішої з винайдених людиною.

Керовані термоядерні реакції

Однак на сьогоднішній день некерована термоядерна реакція — це вже не актуально. Необхідно освоїти керовану термоядерну реакцію, щоб перетворювати одержувану енергію в електричну. Але є проблема. При досягненні температури, достатньої для здійснення реакції злиття легких ядер, речовина вже перестає бути не тільки твердим, рідким або газоподібним, воно стає плазмою.

Тобто, будь-який реактор моментально випарується при таких температурах. Тут потрібно зовсім інший підхід. На сьогоднішній день вдається утримувати плазму на обмеженій території за допомогою надпотужних електричних магнітів. Але повноцінно використовувати одержувану в результаті термоядерної реакції енергію поки не вдається.

Це питання майбутнього. Однак це питання необхідно вирішувати, тому що запаси водню, тобто палива, у Всесвіті практично невичерпні, а земні запаси палива, навпаки, підходять до кінця. Керована термоядерна реакція може раз і назавжди позбавити людство від енергетичних проблем.

Домашнє завдання  : написати та вивчити конспект.

Дата уроку : 10.05.22

Тема уроку:Експериментальна робота  № 9. Дослідження треків заряджених частинок за фотографіями.

Домашнє завдання : виконати експериментальну роботу, всі дані є у відео, виконуємо тільки1 варіан, без додаткового завдання.

Дата уроку : 09.05.22

Тема уроку:Отримання та застосування радіонуклідів. Методи реєстрації іонізуючого випромінювання.

Радіаційний вплив випромінювання на речовину.Поглинання енергії

Поглинена доза випромінювання D — це фізична величина,яка чисельно дорівнює енергії випромінювання,поглиненій одиницею маси речовини
D = W/m, де W - енергія іонізуючого випромінювання, передана речовині, m – маса цієї речовини На практиці [ D] = рад.
Назва походить від англійської абревіатури ( rad – radiation absorbed dose). 100 рад = 1Гр (грей)

Поглинена доза накопичується з часом

1Гр – це поглинена доза випромінювання , за якої речовині масою 1кг передається енергія іонізуючого випромінювання, що дорівнює 1 Дж Відношення поглинутої дози до часу опромінення називають потужністю РD поглиненої] дози випромінювання: РD = D/t, де D - поглинена доза випромінювання, t – час опромінення

Іонізація

Експозиційна доза випромінювання визначається кількістю заряду (байдуже з яким знаком), що виник під дією випромінювання, в 1 кг повітря.
[1 ] = Кл/кг
1 Кл/кг – це експозиційна доза випромінювання, за якої сумарний заряд усіх іонів одного знака, що утворилися в 1 кг повітря, дорівнює 1 Кл.
На практиці [D] = Р (рентген).
1Р = 2,58 · 10 - 4 Кл/кг

Еквівалентна доза іонізуючого випромінювання ( ) враховує різну радіаційну небезпеку різних іонізуючих випромінювань. Вона дорівнює поглиненій дозі, помноженій на коефіцієнт якості k, який є неоднаковим для різних випромінювань= k · D

[ 1] = Зв (зіверт);
[1 ] = бер
Безпечні для людини дози опромінення подають у мілізівертах (мЗв). Доза опромінення в 1 Зв викликає небезпечні зміни крові, а після опромінення дозою в
4-5Зв можлива смерть

Методи реєстрації радіоактивних випромінювань

Фізична суть роботи приборів для реєстрації радіоактивних випромінювань: макроскопічна система перебуває в нестійкому стані. Радіоактивне випромінювання призводить до того, що система переходить до стійкого стану. Під час переходу фіксується частинка. В основі методів реєстрування та дослідження властивостей радіоактивних випромінювань – іонізуючі та фотохімічні дії частинок та випромінювання, відхилення заряджених частинок у магнітному полі.

№ Прилади Принцип дії
1 Камера Вільсона Конденсація переохолодженої пари
2 Система Вільсона – Скобельцина Камера Вільсона в магнітному полі, На заряджені частинки діє
3 Бульбашкова камера
(Д. Глейзер) Закипання перегрітої рідини
4 Лічильник Гейгера Самостійний газовий розряд, який виникає за ударної іонізації
5 Фотоемульсії на пластинках
(Беккерель, Жданов) Фотохімічна реакція в AgBr
6 Сцинтиляційні лічильники Сцинтиляції на екрані, покритому спеціальною речовиною

Основні радіологічні величини та одиниці

Величина .Найменування та позначення..Одиниці вимірювання Зв'язок між одиницями
Позасистемні СІ
Активність нукліду, А Кюрі (Ки) Беккерель (Бк) 1 Ки= 3,7 ·10¹⁰Бк
1 Бк = 1 розп/с
1 Бк=2,7 · 10⁻¹¹( Ки)
Експозиційна доза Рентген (Р) Кулон/кг
(Кл/кг) 1 Р= 2,58 · 10⁻⁴ Кл/кг

1Кл/кг = 3,88 ·10³ Р
Поглинена доза Рад (рад) Грей (Гр) 1 рад = 10⁻²Гр
1 Гр = 1 Дж/кг
Еквівалентна доза Бер (бер) Зіверт (Зв) 1 бер = 10⁻² Зв
1 Зв = 100 бер
Інтегральна доза випромінювання Рад-грам (рад·г) Грей-кг (Гр•кг) 1 рад · г = 10⁻⁵Гр•кг
1 Гр·кг= 10⁵ рад· г

Вплив радіації на організм людини

Іонізуюче випромінювання:
Рентгенівське випромінювання, гама-випромінювання,
Альфа-частинки, електрони, протони, нейтрони.

Найбільш поширені хвороби в результаті опромінення:
• Ракові пухлини;
• Лейкемія;
• Променева хвороба.

Залежно від рівня біологічної організації радіобіологи виділяють такі
види біологічного ураження іонізуючим випромінюванням:
• молекулярний (ураження молекул РНК, ДНК, негативний влив на процеси обміну);
• субклітинний (ураження біомембран та складових клітини);
• клітинний (уповільнення процесів ділення клітин, часткове перетворення їх у злоякісні);
• тканинний (ураження чутливих тканин та органів);
• організмовий (зменшення строку життя, швидка загибель);
• популяційний (зміна генетичних характеристик окремих організмів).
Захист від радіації:
• Віддалення від джерела випромінювання на значні відстані;
• Захисний одяг;
• Перешкоди з поглинальних матеріалів;
• Особливий режим харчування та використання води;
• Медикаментозне лікування.

Джерела опромінення:
• Природний радіаційний фон;
• Продукти ядерних вибухів;
• Робота установ, які використовують радіоактивні препарати;
• Медична діагностика;
• Будівельні матеріали;
• Телебачення, мобільний зв'язок та комп'ютери;
• Атомні електростанції.

Домашнє завдання : Написати та вивчити конспект з даної теми.

Дата уроку : 06.05.22

Тема уроку:Експериментальна робота № 8. Моделювання радіоактивного розпаду.

Мета роботи: перевірити математичну залежність, що описує закон радіоактивного розпаду і побудувати графік розпаду.

Прилади і матеріали: монети, дві пластикові банки, рознос.

Теоретичні відомості.

Крім сталої розпаду радіоактивний розпад можна характеризувати періодом піврозпаду Т.

Період піврозпаду – це час, протягом якого число наявних радіоактивних ядер зменшується вдвічі.

Якщо час t₁=T, то число ядер, що залишилися, дорівнює ; через два періоди t₂=2T : ; через три періоди t₃=3T :  і т.д. Перепишемо вирази для N₁, N₂, N₃ наступним чином:  ;  ;  .

Легко бачити закономірність, яку можна подати в загальному виді:  , де  . Для довільного моменту часу t:

або

(3)

(3)- це ще одна форма запису закону радіоактивного розпаду.

Вираз (3) можна одержати також і з рівняння (2).

Якщо , то : ; скоротивши на N_0, матимемо: , або .

Прологарифмуємо цей вираз: , звідки:

(4)

Вираз (4) дає зв’язок між сталою радіоактивного розпаду і періодом піврозпаду. Підставимо (4) в (2): ; після перетворень одержимо: , що співпадає з виразом (3).

Число ядер, що розпались за час t, дорівнює:

(5)

Закон радіоактивного розпаду передбачає число ядер, які не розпались за час t; але він не вказує, які саме ядра розпадуться за цей час. Цей закон є статистичним законом; точно він виконується лише у випадку величезної кількості ядер.

Імовірність розпаду кожного з радіоактивних ядер за час T дорівнює 1/2. Процес радіоактивного розпаду можна моделювати підкиданням монет, при якому з імовірністю 1/2 випадає герб чи цифра ("орел" чи "решка"). Нехай, якщо випаде "орел", то ядро вціліло, а якщо "решка" - то розпалось. Кожне кидання монет відповідає для ядра протіканню проміжку часу, що дорівнює періоду піврозпаду.

Хід роботи.

1. Відрахуйте 128 монет (N₀=128), перемішайте їх у банці і висипте на рознос.

2. Підрахуйте число монет, що "не розпались" ("орел"), і складіть їх знову в банку. В іншу банку складіть монети, що "розпалися".

3. Перемішайте монети, що "не розпались", і висипте на рознос. Повторіть п.2.

4. Пункт 3 повторюйте до тих пір, поки всі монети "розпадуться".

5. Кількість монет, що "не розпалися" при черговому киданні , і кількість монет, що "розпались" за n кидань, занесіть в таблицю 1.

6. Повторіть серію кидань ще двічі, щоразу починаючи з N₀=128. Результати дослідів занесіть в таблиці 2 і 3, що аналогічні табл.1.

7. Побудуйте графік залежності N(n). Всі серії зобразіть на одному рисунку, використавши різнокольорові ручки. На цьому ж рисунку зобразіть теоретичну залежність .

8. Зробіть висновок.

Контрольні запитання

1. Який склад атома і атомного ядра?

2. Що являють собою α , β - частинки та γ - промені?

3. Які способи реєстрації іонізуючих випромінювань ви знаєте?

4. Який фізичний зміст сталої розпаду.?

5. Що називають періодом піврозпаду Т?

6. Який зв’язок між сталою розпаду. і Т?

5. Який елемент слід вважати більш радіоактивним: з періодом піврозпаду 1 доба чи 1 година? Чому?

Табл. 1

Кількість кидань n	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Кількість монет, що "не розпались", N	128
Кількість монет, що "розпались", N'	0

3

Дата уроку : 03.05.22

Тема уроку: Розв"язування задач.

1. Визначте період піврозпаду радіоактивного елемента, якщо через інтервал часу 1,2 с число атомів, що розпалися, становить 87,5 % їх початкової кількості. Відповідь подайте в секундах.

Розв'язання

За інтервал часу ∆t₁ = Т розпалося 50 % ядер; залишилося 50%.

За інтервал часу ∆t₂ = Т розпалась половина ядер від 50 % решти (тобто ще 25 %), усього розпалося 75 % ядер; залишилося 25 %.

За інтервал часу ∆t₃ = Т розпалась половина ядер від 25 % решти (тобто ще 12,5 %), усього розпалось:

75 + 12,5 = 87,5(%).

Таким чином, за інтервал часу ∆t = ∆t₁ + ∆t₂ + ∆t₂ = 3T розпалося 87,5 % ядер від початкової кількості.

За умовою задачі ∆t = 1,2 с, тобто 3Т = 1,2 с  Т =  = 0,4 (с).

Відповідь: 0,4 с.

Під час розв'язування задач па визначення періоду напіврозпаду слід розуміти, що період піврозпаду Т — це час, за який розпадається половина ядер наданого зразка.

• Якщо ∆t = Т, то розпадеться половина ядер, тобто 50 %, а половина залишиться.

• Якщо ∆t = 2Т, то розпадеться вже  ядер (половина + половина половини), тобто 75 %, а залишиться 25 % від початкової кількості ядер тощо.

Дата уроку : 02.05.22

Тема уроку:Радіоактивність . Основний закон радіоактивного розпаду.

Ви вже знаєте, що радіоактивність — це явище, яке свідчить про складну будову атомного ядра. Рентгенівські промені,вперше були одержані внаслідок зіткнення швидких електронів з антикатодом розрядної трубки. А. Беккерель довго досліджував споріднене явище — післясвічення речовин, які перед тим були опромінені сонячним світлом. До таких речовин, зокрема, належать солі урану, з якими він експериментував.

А чи не виникають після опромінення солей урану разом з видимим світлом і рентгенівські промені?

А. Беккерель загорнув фотопластинку в цупкий чорний папір, зверху поклав шматочки уранової солі і виставив це на яскраве сонячне світло. Під час проявлення пластинка почорніла на тих місцях, де лежала сіль. Отже, уран випускає промені, які, подібно до рентгенівських, пронизують непрозорі тіла і діють на фотопластинку. Вчений вважав, що таке випромінювання виникає під впливом сонячного світла. Однак, в лютому 1896 р. Беккерелюне вдалося зробити черговий дослід і він поклав пластинку, на якій лежав мідний хрест, вкритий сіллю урану, в ящик стола. Проявивши на всяк випадок пластинку через два дні, він виявив на ній почорніння у вигляді виразної тіні хреста. Це означало, що солі урану спонтанно, без впливу зовнішніх чинників утворюють якесь проміння.

Незабаром Беккерель виявив, що промені уранової солі йонізують повітря так само, як і рентгенівські, і тому розряджають електроскоп. Випробовуючи різні хімічні сполуки урану, він установив дуже важливий факт: інтенсивність випромінювання визначається лише кількістю урану в препараті і зовсім не залежить від того, до яких сполук він входить. Отже, це властивість не сполук, а хімічного елемента урану, його атомів.

У 1898 р. у Франції Марія Склодовська-Кюрі та інші вчені виявили випромінювання торію. Особливо плідною у пошуках нових елементів виявилася праця подружжя Марії і П’єра Кюрі. Систематичне дослідження руд, що містять уран і торій, дало їм можливість виділити новий, ще невідомий хімічний елемент полоній, названий так на честь батьківщини Марії Склодовської-Кюрі — Польщі.

Нарешті, було відкрито ще один елемент, якому властиве дуже інтенсивне випромінювання. Його назвали радієм (тобто променистим). Саме ж явище спонтанного випромінювання подружжя Кюрі назвало радіоактивністю.

Після відкриття радіоактивних елементів почалося дослідження фізичної природи їхнього проміння. Крім Беккереля й подружжя Кюрі, над цим питанням почав працювати Резерфорд.

Класичний дослід, який допоміг виявити склад радіоактивного випромінювання, полягав у такому. Радіоактивний препарат вміщували на дно вузького каналу в шматку свинцю. Проти каналу розташовували фотопластинку. На проміння, яке виходило з каналу, діяли сильним магнітним полем (мал. 207), перпендикулярним до нього. Всю установку розміщали у вакуумі.

Якщо не було магнітного поля, то на проявленій пластинці було виявлено одну тільки темну пляму, точно проти каналу. У магнітному ж полі

Мал. 207

пучок розпадався на три пучки. Дві складові первинного потоку відхилялись у протилежні боки. Це переконливо вказувало на те, що вони мають електричні заряди протилежних знаків. При цьому негативну складову проміння магнітне поле відхиляло значно більше, ніж позитивну. Третю складову магнітне поле не відхиляло. Позитивно заряджена складова випромінювання отримала назву альфа-випромінювання, негативно заряджена — бета-випромінювання, а нейтральна — гамма-випромінювання (а-промені , (β-промені, γ-промені).

Ці три види випромінювання дуже різняться між собою за проникною здатністю, тобто за тим, наскільки інтенсивно їх поглинають різні речовини. Найменшу проникну здатність мають а-промені. Шар паперу товщиною близько 0,1 мм для них вже непрозорі. Якщо отвір у свинцевій пластинці прикрити аркушиком паперу, то на фотопластинці не буде плями, що відповідає а-променям.

Значно менше поглинаються речовиною β-промені. Алюмінієва пластинка затримує їх цілком лише тоді, коли її товщина досягає кількох міліметрів. Найбільшу проникну здатність мають у-промені. Інтенсивність їх поглинання збільшується зі зростанням атомного номера речовини-поглинача. Але й шар свинцю товщиною сантиметр — не перешкода для цих променів. Від проходження крізь таку пластинку їхня інтенсивність зменшується лише в два рази. Це пов’язано з тим, що фізична природа а-, (- і γ-променів різна.

А. Ейнштейн і Ф. Содді встановили, що атомам деяких елементів властивий спонтанний розпад, який супроводжується випромінюванням величезної кількості енергії порівняно з енергією, яка вивільняється в процесі звичайних молекулярних видозмін.

Після того як було відкрито атомне ядро, відразу стало зрозуміло, що саме воно зазнає змін під час радіоактивних перетворень. Адже а-частинок взагалі немає в електронній оболонці, а зменшення кількості електронів оболонки на одиницю перетворює атом в йон, а не на новий хімічний елемент. Виліт ж електрона з ядра змінює заряд ядра (збільшує його) на одиницю. Спонтанне перетворення одних ядер в інші, яке супроводжується випромінюванням різних частинок, отримало назву радіоактивність.

Перетворення ядер відбуваються за так званим правилом зміщення, яке вперше сформулював Содді: під час а-розпаду ядро втрачає позитивний заряд 2е і маса його зменшується приблизно на чотири одиниці атомної маси. Отже, елемент зміщується на дві клітинки до початку Періодичної таблиці елементів Д. І. Менделєєва.

Символічно це можна записати так:

У випадку β-розпаду з ядра вилітає електрон. Тому заряд ядра збільшується на одиницю, а маса залишається майже незмінною:

Мал. 208

Після β-розпаду елемент зміщується на одну клітинку ближче до кінця Періодичної таблиці елементів Д. І. Менделєєва. Під час γ-випромінювання не відбувається зміни заряду; маса ж ядра змінюється надзвичайно мало.

Правила зміщення показують, що під час радіоактивного розпаду зберігається електричний заряд і наближено зберігається відносна атомна маса ядер.

Нові ядра, що утворюються під час радіоактивного розпаду, звичайно, також є радіоактивними.

Досліджуючи перетворення радіоактивних речовин, Резерфорд експериментально встановив, що їх активність з часом зменшується. Так, активність радону зменшується в два рази вже через 1 хв. Активність таких елементів, як Уран, Торій і Радій, також з часом зменшується, але значно повільніше. Для кожної радіоактивної речовини є певний інтервал часу, протягом якого активність зменшується у два рази. Цей інтервал називається періодом піврозпаду.

Період піврозпаду Т — це той час, за який розпадається половина всієї кількості наявних радіоактивних атомів.

Адже зменшення активності препарату в два рази можна досягти простим поділом його на дві рівні частини.

Графік спаду активності, тобто кількості розпадів за секунду, залежно від часу для однієї з активних речовин наведено на мал. 208, період піврозпаду цієї речовини — 5 діб.

Знайдемо тепер математичну формулу закону радіоактивного розпаду. Нехай кількість радіоактивних атомів у початковий момент часу (t - 0) дорівнює N0. Тоді по закінченні періоду піврозпаду їх кількість дорівнюватиме N0/2, а ще через один такий інтервал часу їх кількість становитиме:

Через інтервал часу t = nТ, тобто через n періодів піврозпаду Т, радіоактивних атомів залишиться

Оскільки  то 

Це і є основний закон радіоактивного розпаду.

За формулоюзнаходять кількість атомів, які ще не розпались, для будь-якого моменту часу.

Період піврозпаду — основна величина, що характеризує швидкість радіоактивного розпаду. Чим менший період піврозпаду, тим менший час життя атомів, тим швидше відбувається розпад. Для різних речовин значення його дуже розрізняються. Так, для урану 239/92U Т ~ 4,5 млрд років. Саме через це активність урану за кілька років помітно не змінюється. Для радію Т = 1600 років. Тому активність радію значно більша, ніж урану. Чим менший період піврозпаду, тим інтенсивніше відбувається розпад. Є радіоактивні елементи, в яких період піврозпаду становить мільйонні частки секунди.

Закон радіоактивного розпаду — це статистичний закон. Він справджується в середньому для великої кількості частинок.

Домашнє завдання : продивитись відео , написати конспект з даної теми.

Дата уроку : 29.04.22

Тема уроку: Розв"язування задач.

Дата уроку : 25.04.22

Тема уроку: Протонно - нейтронна модель атомного ядра. Ядерні сили . Енергія зв"язку атомних ядер.

Відкриття у 1896 р. французьким фізиком А. Беккерелем природної радіоактивності солей урану та подальше дослідження цього явища П. Кюрі і М. Склодовською-Кюрі поклали початок розвитку ядерної фізики. Загалом цей розділ фізики вивчає структуру атомного ядра, процеси радіоактивного розпаду і механізми ядерних реакцій. Інколи сюди відносять також фізику елементарних частинок.

Для ядерної фізики характерні відстані, сумірні з розміром ядра (~ 10^-15 м), та енергії від мегаелектрон-вольт (МеВ) до гігаелектрон-вольт(ГеВ)

СКЛАД АТОМНИХ ЯДЕР

Досліди Е. Резерфорда, які утвердили ядерну модель атома, показали, що практично вся маса атома зосереджена в його ядрі, який має позитивний заряд. Подальші його дослідження взаємодії альфа-частинок з атомами Нітрогену увінчалися відкриттям протона — другої елементарної частинки, відкритої після електрона.

Вивчення властивостей протона показало, що він має позитивний заряд, який чисельно дорівнює заряду електрона е = 1,602 • 10^-19 Кл; його маса значно більша: m_р = 1,6726485 • 10^-27 кг. Оскільки в ядерній фізиці прийнято користуватися атомною одиницею маси (а.о.м.) та її енергетичним еквівалентом — електрон-вольтом (еВ), маса спокою протона дорівнює m_p = 1,007276470 а. о. м., що відповідає 938,2796 МеВ.

Протон (від грец. рг>tos — перший) — елементарна частинка, що є ядром атома Гідрогену; має позитивний заряд, що чисельно дорівнює заряду електрона

Відкриття на початку XX ст. ізотопів засвідчило, що їхні атомні маси кратні масі ядра атома Гідрогену. Тому Е. Резерфорд припустив, що ядра всіх хімічних елементів складаються із протонів. Протонно-електронна модель атома добре узгоджувалася з експериментальними даними щодо властивостей Гідрогену. Проте вона зіткнулася з низкою труднощів у поясненні будови ядер важчих хімічних елементів. Тому він висунув припущення про існування нейтронів — елементарних частинок, які також входять до складу ядра.

У 1932 р. англійський фізик Дж. Чедвік, досліджуючи властивості випромінювання, яке виникає під час бомбардування Берилію альфа-частинками, встановив, що це потік нейтральних частинок, маса яких приблизно дорівнює масі протона. Вимірювання показали, що маса спокою нейтрона m_n = = 1,6749543 • 10^-27 кг= 1,008665012 а.о.м., що відповідає 939,5731 МеВ.

Ізотопи (від грец. isos — однаковий і topos — місце) — різновиди одного й того самого хімічного елемента, що відрізняються за атомними масами

Нейтрон (від лат. пеШгит — ні те, ні інше) — нестабільна електрично нейтральна, тобто така, що не має ні позитивного, ні негативного заряду, елементарна частинка

У сучасній фізиці протони і нейтрони в ядрі називають нуклонами (від лат. шкіеш — ядро)

Число нуклонів у ядрі атома дорівнює його масовому числу А. Число протонів у ядрі атома дорівнює заряду ядра 2. Число нейтронів N = А-Z

У тому ж році радянський вчений Д. Д. Іваненко (українець за походженням, народився в Полтаві) і німецький фізик В. Гейзенберг незалежно один від одного запропонували оболонкову протонно-нейтронну модель ядра атома. Вони припустили, що атомне ядро складається з нуклонів — протонів і нейтронів, які розміщуються певними групами й утворюють ядерні оболонки. Кожен нуклон перебуває в певному квантовому стані, який характеризується енергією та набором інших квантових величин.

Згідно з цією моделлю, загальне число нуклонів, тобто сума протонів і нейтронів у ядрі атома, дорівнює масовому числу атома А; число протонів дорівнює заряду ядра атома Z, число нейтронів N = А — Z. В ядерній фізиці ізотоп хімічного елемента X прийнято позначати відповідним символом із зазначенням його масового числа А (зліва вгорі) і зарядового числа Z (зліва внизу), тобто у вигляді ^A_ZХ. Наприклад, найлегший ізотоп Гідрогену — протій, ядро якого складається з одного протона, позначають ¹₁Н, альфа-частинку, що є ядром атома Гелію, ⁴₂Не тощо.

Заповнення ядерних оболонок підлягає певній закономірності — принципу Паулі: два тотожні нуклони не можуть одночасно перебувати в однаковому квантовому стані, тобто характеризуватися одним і тим самим набором квантових чисел. Тому існує ряд чисел — 2, 8, 20, 28, 40, 50, 82, 126, названих магічними, які визначають максимальне число нуклонів у заповнених оболонках.

Перехід ядра атома з одного стану в інший, наприклад із стабільного у збуджений чи навпаки, за оболонковою моделлю пояснюють як квантовий перехід нуклона з однієї оболонки на іншу. Щоразу, коли число протонів чи нейтронів стає магічним, відбувається стрибкоподібна зміна величин, які характеризують властивості ядра. Цим, зокрема, пояснюють фізичну причину існування періодичності у властивостях хімічних елементів, відображену періодичною системою Д. І. Менделєєва.

Принцип Паулі спочатку був сфор мульований для пояснення зако номірностей у заповненні елект-ронних орбіталей в атомі; згодом він був поширений на всі елемен тарні частинки з напівцілим спіном

Принцип Паулі є фізичною суттю періодичного закону Д. І. Менделєєва

Оболонкова модель атомного ядра є однією з найпродуктивніших у ядерній фізиці, зокрема в поясненні періодичності власти-востей ядер і механізму ядерних реакцій. Проте вона також має свої обмеження, оскільки неспроможна розтлумачити властивості важких ядер і пояснити всі типи взаємодії нуклонів у ядрі. Тому існують також інші моделі атомних ядер, наприклад, крапельна, згідно з якою атомне ядро уявляють у формі краплі особливої квантової рідини.

ЯДЕРНІ СИЛИ ТА ЕНЕРГІЯ ЗВ'ЯЗКУ АТОМНИХ ЯДЕР

Нуклони в ядрі атома утримуються завдяки ядерним силам, які є проявом однієї з чотирьох фундаментальних взаємодій — сильної взаємодії. За своєю природою вони короткодіючі (г~ 10^-15 м), але дуже інтенсивні. У межах атомного ядра вони майже у 100 разів переважають сили електростатичної взаємодії двох протонів і в 1038 разів — силу їхньої гравітаційної взаємодії. Проте на відстанях, більших за розміри ядер, вони настільки малі, що їхньою дією можна знехтувати.

Ядерні сили діють незалежно від наявності в нуклонах електричного заряду. Внаслідок цього в атомному ядрі утримуються електронейтральні нейтрони і не розлітаються однойменно заряджені протони. Експериментальні дослідження сил ядерної взаємодії протон-протонних, протон-нейтронних і нейтрон-нейтронних пар показали, що в усіх випадках вони однакові і не залежать від типу нуклона.

Ядерні сили — короткодіючі, оскільки проявляють себе на відстанях у межах атомного ядра (10^-15 м)

Обмінний характер ядерної взаємодії подібний до ковалентного зв'язку між атомами в молекулі, де роль такого «посередника» відіграють валентні електрони

У 1935 р. японський фізик X. Юкава висунув припущення, що природа ядерних сил полягає в їхньому обмінному характері, тобто, за його передбаченням, наявність ядерних сил зумовлює гіпотетична частинка ненульової маси, якою обмінюються між собою нуклони під час взаємодії.

Пізніше, у 1947 р. така частинка була експериментально виявлена і названа пі-мезоном. Встановлено, що залежно від типу взаємодіючої пари нуклонів (протон—протон, нейтрон—нейтрон, протон—нейтрон, нейтрон—протон) існує три види пі-мезонів: позитивний (п⁺), негативний (п^-) і нейтральний (п⁰). Перші два мають масу спокою, яка дорівнює 274 масам електрона те, що відповідає приблизно 140 МеВ; маса спокою третього дорівнює 264 те, що відповідає приблизно 135 МеВ.

Пі-мезони не входять до складу протонів і нейтронів. Вони лише виявляють себе в ядерній взаємодії як обмінні частинки, завдяки яким відбувається сильна взаємодія в атомному ядрі. Ця взаємодія є чинником об'єднання нуклонів у стабільне атомне ядро. Зв 'язаний стан нуклонів у ядрі характеризується енергією зв'язку, яка витрачається на те, щоб утримувати протони і нейтрони у такому стані. Тобто це енергія, потрібна для виконання роботи проти дії ядерних сил, що утримують нуклони в ядрі у зв'язаному стані.

Якщо порівняти масу атомних ядер із сумою мас нуклонів, які їх складають, то з'ясується, що вони не збігаються: маса ядра завжди менша за масу її складових. Тому кажуть, що існує дефект мас Δm, який визначається різницею суми мас Z протонів і N нейтронів та маси ядра m_я:

Пі-мезони — це кванти ядерного поля, подібні до фотонів, які є квантами електромагнітного поля

Пі-мезони інколи називають піонами

Енергія зв'язку ядра атома — це та мінімальна енергія, яку треба затратити, щоб роз'єднати ядро на окремі нуклони, що входять до його складу

Точні вимірювання мас атомних ядер показали, що т_я < Zт_р + Nт_п

Причина виникнення дефекту мас полягає в тому, що для утворення ядра з вільних протонів і нейтронів потрібно виконати роботу, яка чисельно дорівнює енергії зв'язку. Отже, дефект мас визначає енергію зв'язку ядра. Взявши до уваги формулу взаємозв'язку маси та енергії, отримаємо:

Природно, що енергія зв'язку різних ядер може бути різною. Проте якщо віднести її до числа нуклонів, то спостерігається певна іалежність питомої енергії зв'язку нуклона в ядрі від масового числа атома А (мал. 8.1).

Розглянемо графік такої залежності. Спочатку крива різко зростає і досягає максимуму  в ізотопів елементів з нуклон масовим числом від 50 до 60 (Ферум і близькі до нього елементи).

Відношення  називається питомою енергією зв'язку

У міру подальшого збільшення масового числа атома крива починає плавно спадати, посягаючи значення  в Урану ²³⁸₉₂U. Такий вигляд кривої зумовлений закономірностями забудови ядерних оболонок протонами і нейтронами. Проте оболонкова модель ядра неспроможна пояснити характер забудови всіх елементів. Зокрема, вона непридатна для важких елементів, де істотними стають електростатичні сили взаємодії протонів.

Домашнє завдання: зробити конспект та дати відповіді на тести.

Дата уроку : 25.04.22

Тема уроку: Квантово - оптичні генератори ( лазери).

Завдання : підготувати цікаві факти з даної теми ( доповідь)!!!

Дата уроку : 19.04.22

Тема уроку: Види спектрів.Основи спектрального аналізу.

Ми знаємо, що спектральний склад світла вивчають за допомогою спектральних апаратів. Що ми можемо дізнатися про тіло завдяки його спектральному аналізу?

1. Лінійчасті спектри

Якщо кинути дрібочку кухонної солі в полум’я газового пальника, воно забарвлюється в жовтий колір.

Проблемні питання

• Яка причина цього явища?

До складу кухонної солі входить Натрій, і саме атоми цього елемента зумовлюють характерне жовте випромінювання.

• Який механізм появи цього випромінювання?

У полум’ї пальника натрій нагрівається, і атоми Натрію переходять у збуджений стан. Повертаючись в основний стан, атоми випромінюють електромагнітні хвилі, причому відповідно до постулатів Бора – чітко визначених частот, а отже, і довжин. Для Натрію найбільша інтенсивність випромінювання припадає на довжини хвиль, які відповідають світлу жовтого кольору. Численні дослідження довели, що за нагрівання до дуже високої температури атоми будь-якого хімічного елемента можуть випромінювати світло, вузький пучок якого розкладається призмою на кілька пучків.

Лінійчастий спектр випромінювання –це різнокольорові лінії, розділені широкими темними смугами.

Такі спектри дають речовини в газоподібному атомарному (не молекулярному) стані за високої температури.

Лінійчастий спектр поглинання – це темні лінії на фоні неперервного спектра. Спостерігається коли біле світло пропускають через речовину в газоподібному стані. Розташування темних ліній у спектрі поглинання речовини за даної температури точно збігаються з розташуванням світлих ліній у спектрі випромінювання цієї самої речовини за тієї самої температури. Речовина в атомарному газуватому стані за даної температури випускає і поглинає хвилі однакових частот (правило Кірхгофа).

Лінійчастий спектр будь-якого конкретного хімічного елемента не збігається з лінійчастим спектром інших хімічних елементів, а отже, є своєрідною «візитівкою» елемента.

Смугастий спектр випромінювання – це система смуг із численних і дуже близько розташованих одна до одної ліній.

Такі спектри утворюються молекулами, що слабо зв`язані або зовсім не зв`зані між собою. Така спектральна картина пояснюється тим, що при збудженні молекули відбуваються як енергетичні переходи в атомах (атоми переходять у стани з більшим рівнем енергії), так і збудження коливань атомів усередині молекули й обертання молекули. Енергія коливального руху атомів усередині молекули та енергія обертального руху молекули теж підпорядковуються законам квантової фізики і мають низку дискретних значень. Таким чином, один енергетичний рівень розбивається на безліч коливальних підрівнів. Кількість можливих переходів (повернень в основний стан) різко збільшується, що зумовлює виникнення величезної кількості ліній спектра, які зливаються в широкі смуги.

Неперервний спектр випромінювання –це спектр, в якому представлені всі довжини хвиль від червоного до фіолетового.

Неперервний спектр випромінюють стиснені гази, рідини і тверді тіла нагріті до високої температури. Існування неперервного спектра зумовлене не тільки властивостями окремих випромінюючих атомів, а й значно залежить від взаємодії атомів між собою.

2. Основи спектрального аналізу

Спектральний аналіз – це метод якісного і кількісного визначення складу речовини за її спектром.

Дослідження спектрів випромінювання дозволяє одержати інформацію про елементний склад речовин. Зараз визначено спектри всіх атомів й складено таблиці спектрів. Дослідження спектрів поглинання зір та інших астрономічних об’єктів дозволяє дізнатися про їх хімічний склад, температуру, тиск, швидкість та інші важливі параметри. Якщо сфотографувати спектр сонячного світла, отриманий за допомогою якісного спектроскопа, то на знімку будуть спостерігатися чіткі лінії поглинання. Уперше ці лінії описав німецький фізик Йозеф Фраунгофер (1787-1826), тому вони отримали назву – лінії Фраунгофера. Поява цих ліній пов’язана з проходженням сонячного світла через атмосферу Сонця і частково з проходженням через атмосферу Землі. Таким чином, лінії Фраунгофера – це спектр поглинання. За цими лініями було встановлено, що на Сонці є Гідроген, Кальцій, Натрій, Ферум та інші хімічні елемент

Домашнє завдання: переглянути відео , написати та вивчити конспект.

Дата уроку : 18.04.22

Тема уроку: Розв"язування задач .

Повторити конспект , опрацювати задачі запропоновані  у відео.

Виконати завдання на онлайн платформі: 

https://learningapps.org/9549394

Дата уроку : 15.04.22

Тема уроку: Дослід Резерфорда. Постулати Бора . Енергетичні рівні атома.

1. Ядерна модель атома

Експерименти, проведені різними вченими протягом XIX сторіччя, довели, що атом має складну структуру. Фізикам стало відомо, що до складу атома входять електрони, які мають негативний заряд, хоча атом загалом є нейтральним.

Одну з перших моделей атома 1903 р. запропонував Томсон. Відповідно до моделі Томсона атоми являють собою однорідні кульки з позитивно зарядженої речовини, у якій містяться електрони. Сумарний заряд електронів дорівнює позитивному заряду атома. Тому атом загалом електрично нейтральний.

Ця модель дістала назву «пудинг», тому що електрони були вкраплені в позитивно заряджене середовище, подібно до родзинок у пудингу.

Подальший прогрес у дослідженні внутрішньої структури атома був пов’язаний з ім’ям англійського фізика Ернеста Резерфорда.

Резерфорд запропонував своїм співробітникам експериментально перевірити спроможність моделі атома Томсона. Пропускаючи через дуже тонку металеву плівку вузький пучок швидких -частинок, експериментатори не повинні були виявити скільки-небудь помітного відхилення цих частинок. Резерфорд установив, що кожна -частинка, потрапляючи на екран із сірчистого цинку, спричиняє спалах світла (див. рисунок).

Зазнавши розсіювання в золотій фользі, -частинки вдарялися потім в екран і їх реєстрували за допомогою мікроскопа. Зовсім зненацька виявилося, що приблизно одна -частинка з 20 000, що падають на золоту фольгу завтовшки всього лише 4 · 10-5 см, повертається назад, у бік джерела.

Резерфорду знадобилося кілька років, щоб остаточно зрозуміти настільки несподіване розсіювання -частинок на великі кути. Він дійшов висновку, що позитивний заряд атома зосереджений у дуже малому об’ємі в центрі атома, а не розподілений по всьому атомі, як це було в моделі Томсона.

Резерфорд зміг визначити розмір атомного ядра. І виявилося, що атомне ядро в десятки тисяч разів менше від власне атома: розмір ядра — близько 10-14 -10-15 м, у той час як розмір атома — приблизно 10-10 м.

Ґрунтуючись на своїх дослідах і розрахунках, Резерфорд запропонував планетарну (ядерну) модель атома:

✵ атоми будь-якого елемента складаються з позитивно зарядженої частини, що дістала назву ядра;

✵ до складу ядра входять позитивно заряджені елементарні частинки — протони (пізніше було встановлено, що й нейтральні нейтрони);

✵ навколо ядра обертаються електрони, що утворюють так звану електронну оболонку.

Подібність атома із Сонячною системою посилювалася тим, що закон Кулона, що «керує» рухом електронів, збігається за формою із законом всесвітнього тяжіння, що «керує» рухом планет: і в тому, і в іншому випадку сила обернено пропорційна квадрату відстані.

2. Квантові постулати Бора

Відповідно до класичної теорії, система, що складається з масивного позитивно зарядженого ядра й легких, негативно заряджених електронів, може бути стійкою тільки в тому випадку, коли електрони перебувають у русі. Таким чином, атом має бути подібним до мініатюрної Сонячної системи, у якій роль Сонця відіграє ядро, а планет — електрон.

Рухаючись по «планетарних» орбітах, електрони повинні були б шляхом випромінювання втрачати енергію руху й у результаті швидко наближатися до ядра. Розрахунки показували, що електрон в атомі Гідрогену повинен випроменити всю свою енергію за малу частку секунди. Однак в атомі цього не відбувається.

Таким чином, в «атомних масштабах» суперечить досвіду не тільки класична електродинаміка, але й класична механіка — основа основ всієї класичної фізики.

Данський фізик Нільс Бор доповнив планетарну модель атома положеннями, які покликані були усунути недоліки цієї моделі. 1913 року опублікував свою квантову теорію атома. Основу цієї теорії становлять постулати Бора.

Перший постулат Бора:

Ø  Існують особливі стани атома, у яких він не випромінює енергію. Такі стани називають стаціонарними станами.

Ø  Стаціонарний стан атома означає, що його електрони локалізовані в просторі й мають певну енергію.

Момент імпульсу тіла визначають як L = mr, де m — маса тіла;  — модуль швидкості його руху; r — відстань до точки обертання тіла. Отже, відповідно до першого постулату Бора, орбітальний момент імпульсу електрона може набувати тільки дискретних значень:

де me — маса електрона;  — швидкість руху електрона; rn — радіус стаціонарної орбіти атома; n = 1, 2, 3, 4, ... (цілі числа); h — стала Планка.

У ядерній фізиці часто використовують величину 

Другий постулат Бора:

Ø  Будь-яке випромінювання атома пов'язане з його переходом з одного стаціонарного енергетичного стану в інший.

Ø  Для переходу атома з одного стаціонарного стану в інший зі значеннями енергій E1 і E2 виконується рівність:

Для наочної демонстрації енергетичного стану атома застосовують спеціальні схеми. Кожний стаціонарний (дозволений) стан атома позначають лінією, яку називають енергетичним рівнем. Найнижчий рівень називають енергетичним рівнем основного стану. Вище від нього розташовані інші дозволені рівні. Переходи атома з одного стану в інший зображують вертикальними стрілками.

На рисунку показані енергетичні рівні атома Гідрогену. З теорії Бора випливає формула для енергії будь-якого збудженого стану атома Гідрогену: 

Всі енергетичні рівні відповідають негативним значенням енергії: нульове значення енергії відповідало б віддаленню електрона на нескінченно велику відстань від ядра, тобто іонізації атома. Найнижчий енергетичний рівень відповідає основному стану атома, а всі інші — збудженим. Для іонізації атома, що перебуває в основному стані, необхідно передати йому енергію, що дорівнює |E1| (це так звана енергія іонізації атома). Теорія Бора дає правильне значення енергії іонізації атома Гідрогену: 13,55 еВ.

Тепер можна пояснити, чому атоми є стабільними: без надходження енергії ззовні вони можуть переходити тільки в стан з меншою енергією. Зазвичай атом перебуває в збудженому стані недовго (біля 10-8 c), після чого переходить в основний стан. Якщо ж атом перебуває в основному стані, то переходити йому нікуди. Існування основного стану (стану з найменшою енергією) є загальною ознакою квантових систем.

Найбільший успіх теорія Бора мала стосовно атома Гідрогену, для якого виявилося можливим побудувати кількісну теорію. Однак уже для наступного за складністю атома — Гелію — домогтися кількісної згоди з дослідом не вдалося, не кажучи вже про складніші атоми.

Подальший розвиток фізики показав, що труднощі теорії Бора були пов’язані з її внутрішньою суперечливістю, тому що в ній поєднувалися закони класичної фізики й суперечні їм постулати Бора.

Домашнє завдання: переглянути відео , написати та вивчити конспект.

Дата уроку : 12.04.22

Тема уроку: Захист навчальних проекті  з теми :"Оптика".

Пропоную вам теми з яких ви можете вибрати!

• Багатоярусне вирощування рослин за допомогою відбитого сонячного світла.
• Вивчення властивостей зображень, що отримуються за допомогою збираючої лінзи.
• Виготовлення приладів для спостереження інтерференції і дифракції світла.
• Визначення жирності молока методом розсіяння світлового променя на жирових кульках.
• Використання сонячної енергії.
• Вимір довжин світлової хвилі усього спектру.
• Вимір коефіцієнта пульсації ламп освітлення при роботі з ПЕОМ.
• Відображення предметів в дзеркалах.
• Відображення світла очима кішки.
• Відображення світла. Перископ і його застосування.
• Вклад М.В. Ломоносова у винахід і удосконалення оптичних приладів.
• Вплив зовнішніх чинників на зір школяра.
• Вплив різних ділянок спектру видимого світла на швидкість зростання рослин.
• Вплив сонячного світла на зростання рослин.
• Дисперсія світла.
• Дослідження властивостей світла.
• Дослідження модуляції випромінювання світлодіодів і напівпровідникового лазера.
• Дослідження штучних джерел світла, вживаних в школі.
• Дослідний зразок сонячної батареї із застарілих кремнієвих транзисторів і діодів.
• Загадки полярних сяйв
• Загадки увігнутих дзеркал.
• Залежність відбивних здібностей матеріалу від його кольору.
• Залежність ростових процесів у рослин від якості світла.
• Захід як фізичне явище.
• Зір в століття технічного прогресу.
• Зір у сучасному світі.
• Зорові ілюзії
• Ілюзії і парадокси зору, або обмани, викликані прагненням до істини.
• Ілюзія, міраж або парадокси зору.
• Інфрачервоне випромінювання і його деякі властивості.
• Легенда або бувальщина "Промені Архімеда"?
• Лінзи.
• Люмінесценція.
• Майбутнє за світлодіодами.
• Моріус Корнеліус Ешер. Інструменти обману.
• Нове покоління освітлювальних ламп.
• Оптика і образотворче мистецтво.
• Оптика. Світло
• Оптика. Телескоп.
• Оптична система ока.
• Оптичне мистецтво (оп-арт) як синтез науки і мистецтва.
• Оптичні ілюзії
• Оптичні ілюзії або обман зору.
• Оптичні ілюзії і отримання стереоскопічних зображень.
• Оптичні прилади і їх застосування в медицині.
• Оптичні прилади, винайдені і вдосконалені М.В. Ломоносовим.
• Оптичні системи
• Оптичні явища в природі
• Оптичні явища навколо нас
• Особливості поширення світла
• Отримання веселки в домашніх умовах.
• Оцінка значення швидкості світла в речовині.
• Полярне сяйво
• Світло і його властивості
• Світло і колір в природі
• Світлові явища навколо нас
• Світлодіоди - сучасні джерела світла.
• Технічне застосування лінз
• У світі дзеркальних поверхонь.
• У світі мильних бульбашок
• У світі поляризованого світла.
• Формування світлових візерунків за допомогою світлодіодних випромінювачів.
• Хемілюмінесценція
• Хімічна історія дзеркал.
• Як відбивається світло?

Домашнє завдання: обрати тему та написати проект.

Дата уроку : 11.04.22

Тема уроку: Захист навчальних проекті  з теми :"Оптика".

Пропоную вам теми з яких ви можете вибрати!

• Багатоярусне вирощування рослин за допомогою відбитого сонячного світла.
• Вивчення властивостей зображень, що отримуються за допомогою збираючої лінзи.
• Виготовлення приладів для спостереження інтерференції і дифракції світла.
• Визначення жирності молока методом розсіяння світлового променя на жирових кульках.
• Використання сонячної енергії.
• Вимір довжин світлової хвилі усього спектру.
• Вимір коефіцієнта пульсації ламп освітлення при роботі з ПЕОМ.
• Відображення предметів в дзеркалах.
• Відображення світла очима кішки.
• Відображення світла. Перископ і його застосування.
• Вклад М.В. Ломоносова у винахід і удосконалення оптичних приладів.
• Вплив зовнішніх чинників на зір школяра.
• Вплив різних ділянок спектру видимого світла на швидкість зростання рослин.
• Вплив сонячного світла на зростання рослин.
• Дисперсія світла.
• Дослідження властивостей світла.
• Дослідження модуляції випромінювання світлодіодів і напівпровідникового лазера.
• Дослідження штучних джерел світла, вживаних в школі.
• Дослідний зразок сонячної батареї із застарілих кремнієвих транзисторів і діодів.
• Загадки полярних сяйв
• Загадки увігнутих дзеркал.
• Залежність відбивних здібностей матеріалу від його кольору.
• Залежність ростових процесів у рослин від якості світла.
• Захід як фізичне явище.
• Зір в століття технічного прогресу.
• Зір у сучасному світі.
• Зорові ілюзії
• Ілюзії і парадокси зору, або обмани, викликані прагненням до істини.
• Ілюзія, міраж або парадокси зору.
• Інфрачервоне випромінювання і його деякі властивості.
• Легенда або бувальщина "Промені Архімеда"?
• Лінзи.
• Люмінесценція.
• Майбутнє за світлодіодами.
• Моріус Корнеліус Ешер. Інструменти обману.
• Нове покоління освітлювальних ламп.
• Оптика і образотворче мистецтво.
• Оптика. Світло
• Оптика. Телескоп.
• Оптична система ока.
• Оптичне мистецтво (оп-арт) як синтез науки і мистецтва.
• Оптичні ілюзії
• Оптичні ілюзії або обман зору.
• Оптичні ілюзії і отримання стереоскопічних зображень.
• Оптичні прилади і їх застосування в медицині.
• Оптичні прилади, винайдені і вдосконалені М.В. Ломоносовим.
• Оптичні системи
• Оптичні явища в природі
• Оптичні явища навколо нас
• Особливості поширення світла
• Отримання веселки в домашніх умовах.
• Оцінка значення швидкості світла в речовині.
• Полярне сяйво
• Світло і його властивості
• Світло і колір в природі
• Світлові явища навколо нас
• Світлодіоди - сучасні джерела світла.
• Технічне застосування лінз
• У світі дзеркальних поверхонь.
• У світі мильних бульбашок
• У світі поляризованого світла.
• Формування світлових візерунків за допомогою світлодіодних випромінювачів.
• Хемілюмінесценція
• Хімічна історія дзеркал.
• Як відбивається світло?

Домашнє завдання: обрати тему та написати проект.

Дата уроку : 08.04.22

Тема уроку: Контрольна робота з теми : Оптика

Варіант №1

1.     (1б.) Що таке квант світла? Назвіть властивості квантів.

2.     (1б.) Запишіть формулу для знаходження тиску світла

3.     (1б.) Сформулюйте закони фотоефекту

4.     (1б.) Запишіть рівняння Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту

5.     (1,5 б.) Що називають червоною межею фотоефекту? Чи залежить вона від міри освітленості матеріалу?

6.     (1,5 б.) Як Ви розумієте поняття «корпускулярно-хвильовий дуалізм»

7.     (2б.) Потік монохроматичного світла λ =5*10^-7 

^{м падає нормально на плоску дзеркальну поверхню і тисне на неї з силою 1*10-7} Н. Визначити кількість фотонів. Які щосекунди падають на цю поверхню.

8.     (2б.) Чи відбудеться фотоефект уразі опромінення цинкової пластинки ультрафіолетовим світлом довжиною хвилі 400 нм? Яку максимальну швидкість можуть мати фотоелектрони при цьому? Робота виходу електрона для цинку 8,48 еВ?

9.     (2б.) У якого металу – цезію чи вольфраму – червона межа фотоефекту вища? Роботи виходу цих металів дорівнюють відповідно, 1,8 та 4,54 еВ?

Варіант №2

1.     (1б.) Що таке фотоефект?

2.     (1б.) Запишіть формулу для обчислення енергії кванта

3.     (1б.) Сформулюйте закони фотоефекту

4.     (1б.) Застосування фотоефекту. Наведіть приклади.

5.     (1,5 б.) Що називають червоною межею фотоефекту? Чи залежить вона від міри освітленості матеріалу?

6.      (1,5 б.) Як Ви розумієте поняття «корпускулярно-хвильовий дуалізм»

7.     (2б.) Який імпульс фотона, енергія якого дорівнює 6*10^-19 Дж?

8.     (2б.) У якого металу – цезію чи вольфраму – червона межа фотоефекту вища? Роботи виходу цих металів дорівнюють відповідно, 1,8 та 4,54 еВ?

9.     (2б.) Чи відбудеться фотоефект уразі опромінення цинкової пластинки ультрафіолетовим світлом довжиною хвилі 400 нм? Яку максимальну швидкість можуть мати фотоелектрони при цьому? Робота виходу електрона для цинку 8,48 еВ?

Домашнє завдання: виконати контрольну роботу.

Дата уроку : 05.04.22

Тема уроку: Розв"язування задач . Підготовка до контрольної роботи.

Домашнє завдання: повторити пройдений матеріал, ознайомитись з задачами та записати їх у зошит.

Дата уроку : 04.04.22

Тема уроку: Шкала електромагнітних хвиль.

Дослідження, що проводили вчені впродовж тривалого часу, не виявили будь-яких обмежень щодо частоти чи довжини хвилі електромагнітного випромінення.

Для наочного уявлення про різноманітність електромагнітних випромінень та залежність їхніх властивостей від довжини хвилі складено шкалу, її поділено на умовні діапазони: низькочастотні хвилі, радіохвилі,

інфрачервоне випромінення, видиме світло, ультра-фіолетове, рентгенівське випромінення, гамма-випромінення.

Такий поділ зумовлений природою їх виникнення і не має чітких меж між діапазонами.

(рис. 1) Шкала електромагнітних хвиль

Розглянемо шкалу електромагнітних випромінювань докладніше.

Низькочастотне випромінення виникає в результаті роботи різних електротехнічних пристроїв, які живляться змінним струмом низької частоти. Через свою низьку частоту воно має малу енергію, тому поки не знайшло широкого застосування для передачі енергетичних потоків та інформації на значні відстані.

Радіохвиліпо-різному поширюються в просторі залежно від довжини їхньої хвилі. Довгі (А. = 10000-1000 м) і середні (X = 1000-100 м) радіохвилі внаслідок заломлення і дифракції в атмосфері огинають земну поверхню. Радіохвилі короткого діапазону (А = 100-10 м) відбиваються від іоносфери і таким чином потрапляють у будь-яку точку земної кулі. Ультракороткі радіохвилі (\< 10 м), на яких зараз здійснюється трансляція телебачення, мобільний зв'язок, космічний радіозв'язок, не затримуються атмосферою, і тому в земних умовах поширюються методом ретрансляції в межах «прямої видимості», практично не заломлюючись

У короткохвильовій частині радіохвилі плавно переходять у діапазон інфрачервоного випромінення, хоча чіткої межі між цими видами випромінень не виявлено.

У широкому розумінні оптичний діапазон електромагнітних хвиль охоплює інфрачервоне випромінення, видиме світло й ультрафіолетове випромінення.

Інфрачервоне випроміненнялежить за межами сприйняття оком хвиль, довжина яких більше 760 нм і простягається до 0,1 мм. їх випромінюють усі нагріті тіла, завдяки чому ми відчуваємо теплоту. З підвищенням температури довжина хвилі зміщується в бік коротших хвиль. Інфрачервоне випромінення слабко поглинається повітрям і добре відбивається від поверхні твердих тіл. Цю їхню властивість використовують у системах так званого «нічного бачення».

Видиме світло- це той діапазон електромагнітних хвиль, який сприймається людським оком. Установлено, що він простягається від 380 до 760 нм. Має такі властивості: відбивається, заломлюється, діє на око. Має велике значення для життя і діяльності людей, несе інформацію про навколишнє середовище.

Ультрафіолетове випромінення, яке не сприймається оком людини, знаходиться з боку короткохвильової межі видимого світла. Водночас багато речовин випромінюють видиме світло, якщо на них потрапляє ультрафіолетове проміння. На цьому ґрунтується метод неруйнівного аналізу речовин, коли за кольором світіння, наприклад, визначають харчову якість продуктів. Відомий також метод виявлення фальшивих грошових купюр за допомогою ультрафіолетового опромінення. Ультрафіолетове випромінення має сильну бактерицидну дію, тому його широко використовують для стерилізації різних медичних матеріалів та інструментів. Разом з тим воно може бути шкідливим для людського організму, наприклад руйнувати сітківку ока або викликати опіки шкіри.

Рентгенівське випроміненнявідоме багатьом з нас при проходженні медичного обстеження. Уперше його отримав і дослідив властивості відомий фізик, українець за походженням І. Пулюй (1845-1918). Однак трапилося так, що першим повідомив про відкриття нового виду випромінення німецький фізик В.К. Рентген (1845-1923), якому за це відкриття присуджено першу Нобелівську премію в галузі фізики.

Рентгенівське випромінення має високу проникну здатність, завдяки якій воно може проникати крізь досить товсті шари речовини, навіть метали.

Його використовують у медицині для обстеження внутрішніх органів, у промисловості для виявлення внутрішніх дефектів металевих деталей, у дослідженнях внутрішньої будови тіл.

Гамма-випромінення- належить до ядерних процесів. За своїми властивостями гамма-промені дуже нагадують рентгенівські, але їхня проникаюча здатність є набагато більшою, мають величезну проникаючу здатність, чинять сильну біологічну дію.

ВИСНОВОК:

Шкала електромагнітних хвиль - неперервна послідовність частот і довжин хвиль електромагнітних випромінювань, які являють собою змінне електромагнітне поле, що поширюється у просторі.

Принципової різниці між всіма видами випромінювання немає. Все це електромагнітні хвилі , які збуджуються зарядженими частинками і поширюються в просторі з швидкістю 3 -10⁸ м/с.

Кількісні характеристики хвиль, довжина й частота, визначають їх властивості.

Закономірність шкали електромагнітних хвиль:

У міру переходу від більш довгих хвиль (малих частот) до більш коротких (великих частот) хвильові властивості електромагнітного випромінювання виявляються слабкіше, а квантові властивості сильніше.

Домашнє завдання: переглянути відео, написати та вивчити конспект.

Дата уроку : 01.04.22

Тема уроку: Розв"язування задач.

Домашнє завдання: переглянути відео, ознайомитись із розв"язками задач та написати конспект.

Дата уроку : 29.03.22

Тема уроку: Фотоефект. Закони фотоефекту.

Явище взаємодії світла з речовиною, яке супроводжується випромінюванням (емісією) електронів, називають фотоефектом.

Розрізняють зовнішній та внутрішній фотоефект.

При зовнішньому фотоефекті фотоелектрони вилітають за межі тіла, при внутрішньому – лишаються всередині.

ослід Столєтова

Олександр Григорович Столєтов (1839–1896)

Переглянути дослід Столєтова можна через відповідну симуляцію.

Зовнішній фотоефект

Фотострум – фотогенерація та рух зарядів між двома електродами, що є результатом фотопроцесів, індукованих поглиненим світлом.

Найбільше значення сили фотоструму називають силою струму насичення Iн:

де qmax — заряд, перенесений фотоелектронами за час t; N — кількість «вибитих» електронів; e — модуль заряду електрона.

де m — маса електрона; vmax — максимальна початкова швидкість фотоелектрона.

Робота виходу Aвих — це фізична величина, що характеризує метал і дорівнює енергії, яку треба передати електрону для того, щоб він зміг подолати сили, які утримують його на поверхні цього металу.

Рівняння Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту:

Робота виходу електронів із поверхні деяких металів (1 еВ=1, 6·10-19 Дж)

Закони зовнішнього фотоефекту

Перший закон. Кількість фотоелектронів, яку випромінює катод за одиницю часу, прямо пропорційна інтенсивності світла.

Другий закон. Максимальна початкова швидкість фотоелектронів збільшується зі збільшенням частоти падаючого світла і не залежить від інтенсивності світла.

Третій закон. Для кожної речовини існує максимальна довжина світлової хвилі λmax=λчерв (червона межа фотоефекту), за якої починається фотоефект. Опромінення речовини світловими хвилями більшої довжини фотоефекту не викликає. Якщо hν<Aвих то електрони не вилітатимуть із речовини.

Застосування фотоефекту

Фотоефект використовують у різних датчиках для систем керування і безпеки. На сьогодні основна галузь використання внутрішнього фотоефекту — виробництво сонячних батарей.

Домашнє завдання: переглянути відео, написати та вивчити конспект.

Дата уроку : 28.03.22

Тема уроку: Розв"язування задач.

1. Знайдіть енергію фотона інфрачервоного випромінювання, довжина хвилі якого 10 мкм.

2. Знайдіть імпульс фотона, довжина хвилі якого 720 нм. 

3. Знайдіть частоту ультрафіолетового випромінювання, імпульс кванта якого дорівнює 3·10^–27 кг·м/с. 

4. Знайдіть довжину хвилі випромінювання, енергія фотонів якого відповідає енергії протона, що рухається зі швидкістю 4,6·10⁴  м/с.

5. Світло потужністю 0,5 кВт із довжиною хвилі 20 нм падає перпендикулярно до поверхні. Скільки фотонів щосекунди падає на цю поверхню?

6. Яку енергію має приносити світлове випромінювання на кожний квадратний міліметр абсолютно чорної поверхні за секунду, щоб світловий тиск на неї становив 1 Па? 

7. На кожний квадратний сантиметр поверхні, що повністю відбиває світло, щосекунди падає 4·10¹⁸  фотонів з довжиною хвилі 600 нм. Який тиск на поверхню створює це випромінювання? 

Домашнє завдання: ознайомитись та написати розв"язки задач та дати письмово відповіді на якісні задачі :

1. На що витрачають енергію, затрачувану в процесі здійснення роботи виходу електрона з металу?

2. Цинкова пластинка, заряджена негативно й приєднана до електрометра, освітлюється світлом електричної дуги. Чому стрілка електрометра спочатку повертається в нульове положення, а потім знову відхиляється?

3. Жовте світло, що падає на поверхню катода, спричиняє фотоефект. Чи обов’язково виникне фотоефект у разі освітлення катода синім світлом? жовтогарячим світлом?

4. У якого світла — червона чи зеленого — енергія фотона більше?

5. Порівняйте енергії фотонів видимого світла, інфрачервоного, ультрафіолетового й рентгенівського випромінювань.

Дата уроку : 25.03.22

Тема уроку: Формула Планка. Світлові кванти.

1. Зародження квантової теорії

Зародження квантової теорії пов’язане з установленням закономірностей випромінювання абсолютно чорного тіла.

          Абсолютно чорне тіло – це фізична модель тіла, яке повністю поглинає будь-яке випромінювання, що падає на нього (абсолютно чорне тіло може випромінювати світло).

До випромінювання абсолютно чорного тіла близьке випромінювання багаття, нитки розжарення лампи, випромінювання більшості зір. Спектр випромінювання абсолютно чорного тіла залежить лише від його температури. Експериментальні дослідження показали, що розподіл енергії випромінювання залежно від довжини хвилі має вигляд низки кривих. Але всі спроби вчених одержати універсальну формулу цієї залежності зазнавали поразки.

           Рисунок 1. Залежність енергії  електромагнітних хвиль, випромінюваних за 1 с з одиниці площі поверхні абсолютно чорного тіла, від довжини  хвилі. Графік показує, яка частина всієї енергії випромінювання припадає на хвилі певної довжини.

Восени 1900 р., зіставивши всі відомі на той час результати досліджень, німецький фізик Макс Планк нарешті встановив формулу, яка повністю відповідала експериментальним кривим. Точніше, вчений цю формулу просто вгадав, він так і не зміг її вивести, спираючись на закони класичної електродинаміки Максвелла. Тому Планк був змушений висунути гіпотезу, яка суперечила класичним уявленням про природу світла.

Гіпотеза Планка:

          Випромінювання електромагнітних хвиль атомами і молекулами речовини відбувається не безперервно, а дискретно, тобто окремими порціями, енергія  кожної з яких прямо пропорційна частоті  випромінювання.Фотони

          Планк спочатку вирішив, що світло тільки випромінюється квантами, а поширюється й поглинається безперервно. Ситуація докорінно змінилася, коли Альберт Ейнштейн (1879-1955) дійшов висновку, що монохроматичне випромінювання поводиться так, начебто складається з  незалежних один від одного квантів енергії величиною  кожний. Ейнштейн припустив, що річ не просто у квантах енергії, а в реальних частинках, з яких складається будь-яке електромагнітне випромінювання. Згодом частинки світла (кванти світла) стали називати фотонами.

 

Властивості фотонів:

1. Заряд фотона дорівнює нулю: – фотон є електрично нейтральною частинкою.
2. Маса фотона дорівнює нулю: – фотон є безмасовою частинкою. Ця властивість стосується тільки окремого фотона, а світло в цілому (як потік фотонів) має масу.
3. Швидкість руху фотона не залежить від вибору системи відліку, завжди дорівнює швидкості поширення світла у вакуумі і пов’язана з частотою і довжиною відповідної світлової хвилі формулою хвилі: .

Зверніть увагу! Не слід плутати швидкість поширення світлової хвилі в речовині зі швидкістю руху фотона. Фотони в речовині рухаються від атома до атома, поглинаються ними і знову випромінюються.

4. Енергія фотона прямо пропорційна частоті електромагнітного випромінювання, квантом якого і є цей фотон: . У разі поглинання світла речовиною фотон передає всю енергію частинкам речовини.
5. Імпульс фотона дорівнює відношенню його енергії до швидкості руху та обернено пропорційний довжині хвилі фотона:
6. Фотони випромінюються під час: переходів частинок речовини зі збудженого стану в стан з меншою енергією; прискорення заряджених частинок; розпаду деяких частинок; анігіляції. Під час поглинання світла речовиною фотон цілком передає всю енергію частинкам речовини.

Наведені властивості фотонів були встановлені не відразу. На початку XX ст. навіть ідея існування частинок світла зустрічала різке неприйняття. Адже інтерференція і дифракція світла показували, що світло – це хвилі. Через 50 років після появи гіпотези М. Планка, коли існування фотонів уже не викликало сумнівів, А. Ейнштейн писав: «…після 50 років роздумів я так і не зміг наблизитися до відповіді на питання, що ж таке світловий квант*.

Домашнє завдання: переглянути відео, написати та вивчити конспект.

Дата уроку : 22.03.22

Тема уроку: Експериментальна робота № 7.

                      Вимірювання довжини світлової хвилі.

https://uahistory.co/pidruchniki/baryahtar-physics-11-class-2019-standard-level/45.php

Домашнє завдання:  виконати експериментальну роботу №7.

Дата уроку : 21.03.22

Тема уроку: Розв"язування задач.

Домашнє завдання:  написати та вивчити конспект, розгадати кросворд.

Дата уроку : 18.03.22

Тема уроку: Дифракція світла.

 Визначення дифракції світла.

Ви ознайомилися з хвилями, які поширюються в однорідному середови­щі. Тепер подивимося, що відбувається з хвилями, коли їх напрямляють на перешкоду, наприклад на тверду стінку.

Загальний принцип, який описує хвильові явища, вперше сформулював сучасник Ньютона голландський учений К. Гюйгенс.

За принципом Гюйгенса кожна точка середовища, до якої дійшло збурення, сама стає джерелом вторинних хвиль.

Огинати перешкоди можуть будь-які хвилі.

Відхилення від прямолінійного поширення хвиль, огинання хвилями перешкод називається дифракцією (з лат. — розламаний).

Спостереження дифракції світла.

Для спостереження дифракції світла необхідно брати або дуже маленькі перешкоди, або проводити спостереження на дуже великих відстанях, щоб були помітні невеликі відхилення світлових хвиль від прямолінійного поширення біля країв перешкод. Крім того, приміщення, в якому відбу­ваються досліди зі спостереження дифракції світла, повинне бути добре затемнене, оскільки дифракційні картини мають незначну освітленість.

Учитель описує дослід із щілиною.

У добре затемненому приміщенні перед яскравим точковим джерелом світ­ла, розміщеним у пристрої з отвором 10—12 мм, поставимо непрозору шир­му з прямокутною щілиною, ширину якої можна змінювати 

При ширині щілини 1—2 мм на екрані видно яскраву світлу смужку з чіт­ко окресленими краями . Поступово зменшуючи ширину щіли­ни, помічаємо, що чіткість країв яскравої смужки на екрані поступово пору­шується: смужка стає ширшою, її освітленість зменшується і зникає до кра­їв. При подальшому зменшенні ширини щілини справа і зліва від освітленої смужки з'являються слабо помітні кольорові смуги 

Якщо перед джерелом світла поставити світлофільтр, то кольорові смуги стають одноколірними(мал.6,б,в)

Досліди з дифракцією світла можна демонструвати і інакше.  Бажаючі підготують повідомлення «Як можна спостерігати дифракцію світла»

В цьому досліді дифракційна картина не дуже яскрава. Це пов*язано з тим,що через вузьку щілину проходить мало світла.

Дифракційна гратка

Дифракційна картина буде яскравою і добре помітною , якщо на пластинку нанести велике число паралельних  однакових щілин, розташованих на рівних відстанях одна від одної. Така сукупність щілин має назву дифракційна гратка.

Учитель демонструє учням дифракційну гратку. Дає можливість поспостерігати явище дифракції.

Сума ширини а однієї щілини і ширини b однієї непрозорої смужки між щілинами називається сталою гратки або її періодим.(d)

                                                d = a + b
d – стала гратки

a - ширина однієї щілини

b –ширина непрозорої смужки

На сьогодні для наукових цілей використовують дифракційні гратки, в яких на 1мм налічується 300, 1200, 1800 і навіть 2400 штрихів.Чим більше штрихів, тим чіткіша і правильна картина.

За допомогою дифракційної гратки можна дуже точно виміряти довжину хвилі.

Наші вії з проміжками між ними – це приклад грубої дифракційної гратки.Тому як подивитись, примружившись, на яскраве джерело світла, можна виявити веселкові кольори. Біле світло розкладається внаслідок дифракції навколо вії.

Домашнє завдання: переглянути відео , написати та вивчити конспект.

Дата уроку : 25.02.22

Тема уроку: Інтерференція світла.

1.Принцип незалежності  світлових пучків.

Звертаємо увагу  учнів на  те, що світлові пучки, поширюючись від різних джерел світла , не  впливають один на одного. Вони  поширюються  крізь одну частину простору без взаємних перешкод, без викривлень. Цікавим є такий дослід.

За допомогою двох  проекційних апаратів на екрани  проектуються два різні  діапозитиви. У разі взаємного перетинання  світлових пучків  зображення на екранах не спотворюються. Вони будуть  такими ж, як під час  проектування  кожного кадру окремо. У цьому й полягає принцип незалежності світлових пучків.Світлові пучки, зустрічаючись, не впливають один на одного.

Спробуємо визначити сферу застосування цього принципу. Якщо двома  стрижнями одночасно торкнутися поверхні води, то від кожного з них побіжить колова хвиля, що проходитиме крізь іншу так, начебто її нема. Аналогічно  поширюються звукові хвилі й радіохвилі.

Досліди показують , хвилі підкорюються принципові  суперпозиції : хвилі не взаємодіють одна з одною та поширюються незалежно одна від одної.

2.Інтерференція хвиль.

Оскільки хвилі  не взаємодіють одна з одною, то кожна частина простору, куди  надходять дві  або кілька хвиль , братиме участь у коливаннях, викликаних кожною хвилею окремо.

Щоб знайти  остаточний зсув у даній точці простору, треба знайти зсув, викликаний  кожною хвилею, а потім скласти їх чи то векторно, якщо вони поширюються в різних напрямах, чи то алгебраїчно, якщо – уздовж однієї прямої.

Додавання  в просторі хвиль, за яких утворюється постійний у часі  розподіл амплітуд результуючих коливань, називається інтерференцією ( від лат. Inter – взаємно,  між собою і ferio – ударяю, уражаю) .

Інтерференцією хвиль  називається явище  підсилення  коливань  в даних точках простору й ослаблення в інших у результаті  накладання двох або кількох хвиль, які надходять у ці точки.

3.Когерентність хвиль.

Інтерференція – загальна властивість хвиль будь – якої природи. Стійка в часі інтерференційна картина може  спостерігатися тільки у разі додавання однакових коливань, які називаються  когерентними хвилями ( від лат.cohaerens – той, що перебуває у  зв’язку).

Когерентні хвилі – це  хвилі , що мають  однакову частоту  та незмінний зсув фаз у кожній точці простору.

Когерентні джерела – це джерела, що  мають однакову частоту  та  незмінний зсув фаз у часі.

Коливання кожної точки середовища  характеризується трьома  величинами – амплітудою, частотою  й фазою. В означення  когерентності  входять лише дві останні величини.

Від  різниці амплітуд залежить міра різкості  інтерференційної  картини. Різниця амплітуд  має бути такою, щоб за інтенсивністю коливань можна було відрізнити  максимуми від мінімумів. Інакше  інтерференційна картина буде розмитою. Незважаючи на  те, що умова когерентності  залишається  однаковою для  хвиль різної фізичної породи, способи здійснення  когерентності, наприклад, для джерел  світла, були зовсім різними. Для одержання когерентних звукових хвиль  можна скористатися  двома  незалежними  джерелами звуку , що  здійснюють коливання зі сталою різницею фаз. Незалежні ж джерела світла не дають когерентних хвиль.

Причина полягає в тому, що атоми джерел випромінюють світло  незалежно один від одного і це спричиняє накладання хвиль від обох джерел одна на одну. У результаті амплітуда коливань у будь – якій  точці простору хаотично  змінюється з часом. Ніякої  стійкої картини  з певним розподілом максимумів і мінімумів освітленості не  спостерігається.

4.Інтерференція світла.

Для одержання  двох когерентних світлових хвиль  можна випромінювання від одного й того самого атома розділити  шляхом  відбивання або заломлення на два пучки. Ми розглянемо  метод  Френеля. Для одержання когерентних джерел світла можна використати дві вузькі призми, складені малими основами (біпризма). Пучок світла від одного джерела  розділиться на два, які йдуть у різних напрямках, а потім знову зводяться й накладаються один на один. Якщо ці частини однієї хвилі пройдуть різну відстань, то між ними виникне різниця фаз і під час накладання хвиль виникнуть інтерференційні явища, що можна побачити на малюнку.

         Якщо джерела когерентні , тобто збігаються за фазою в часі ,  то в точках

середовища, куди хвилі надходять , збігаючись  за фазою, утвориться максимум інтерференційної картини. Амплітуда коливань середовища в даній точці  максимальна, якщо  різниця ходу двох хвиль, які  збуджують коливання в цій точці, дорівнює  цілому числу довжин хвиль : Δx = kλ , де Δx-різниця ходу двох хвиль, а

k = 0,1,2..

Амплітуда коливань середовища в даній точці  мінімальна, якщо різниця ходу двох хвиль, які збуджують коливання в цій точці, дорівнює  непарному числу півхвиль :  Δx = (2k+1)λ/2.

5.Технічне застосування  інтерференції.

Явище інтерференції світла знаходить різноманітне  практичне застосування. Використовуючи це  явище, можна  дуже точно визначити довжини світлових хвиль,  вимірювати показники заломлення газів та інших речовин, здійснювати  точні вимірювання лінійних розмірів, контролювати  якість шліфування  й полірування поверхонь та ін.

  Наведемо деякі приклади використання  інтерференції. 

  1) Інтерферометри.

  2) Просвітлення оптики.

  3) Перевірка якості обробки поверхонь.

  4) Надточне визначення розмірів.

  5) Визначення довжини світлових хвиль.

6. Наукова діяльність видатного українського  фізика О.Т.Смакули.

Олександр Теодорович Смакула— український фізик, народився  1900 року в селі Доброводи неподалік від Збаража на Тернопільщині в селянській родині.

Закінчив початкову школу у рідному селі, вчився в Збаразькій, а пізніше — Тернопільській гімназії, яку успішно закінчив у 1922 р. і того ж року склав іспити до Геттінгенського університету — відомого європейського наукового центру в Німеччині.

У 1927 р. Олександр здобув наукову ступінь доктора філософії, успішно склавши докторський іспит, та став працювати асистентом у фізичному інституті. Олександр Смакула мав добру наукову перспективу в Німеччині, та все ж  прагнув повернутися на рідну землю. 1928 року він, на запрошення колишнього вчителя і земляка професора А. Музички, приїхав до Одеси працювати в університеті. Проте, беручи до уваги винятково тяжкі часи для України й особисто для О. Смакули, професор Поль відкликав його до Німеччини. І вже 1930 року молодий учений почав працювати у Гайдельберзі в Інституті медичних досліджень керівником оптичної лабораторії, а з 1934 р. — керівником дослідної лабораторії всесвітньо відомої фірми Карла Цайсса в Сні.

У 1935 році О. Смакула робить відкриття, на яке отримав перший у світі патент, — спосіб поліпшення оптичних приладів, що отримав назву «просвітлення оптики». Суть відкриття в тому, що поверхню скляної лінзи покривають спеціальним шаром певного матеріалу, що значно зменшує відбивання світла від поверхні лінзи й одночасно збільшує контрастність зображення. Оскільки оптичні лінзи є основним елементом різних приладів — фотоапаратів, мікроскопів, телескопів, перископів,  стереотруб, біноклів, різних оптичних пристроїв до стрілецької зброї тощо — це відкриття стало великим здобутком, яким користується все людство до сьогодні, як на Землі, так і в космосі для фотографування Землі та інших планет.

У 1951р. українського вченого запросили на посаду професора Массачусетського технологічного інституту, при якому згодом він заснував і очолив лабораторію фізики кристалів. Серед  наукової еліти професора

О. Смакулу вважали одним із кращих. Він здобув пошану за енциклопедичні знання з різних технічних ділянок науки, зареєстрував багато патентів, написав чимало наукових праць.

Програмовані, тонкоплівкові технології, гетеролазери, надчисті («космічні») кристали, однокристальні мікропроцесори, радіаційна фізика твердотільних матеріалів, модерна сенсорика — доробок фізика-професора Олександра Смакули. Вчений блискуче засвоїв основи квантової механіки, яка тільки-но створювалася, і застосував їх для розв'язання механізмів взаємодії електромагнітного випромінювання з кристалом. Він також використав поняття квантових осциляторів для опису та пояснення радіаційного забарвлення кристалів, вивів кількісне математичне співвідношення, відоме як формула Смакули. Олександр Смакула ввійшов в історію науки як один із найвидатніших українських фізиків XX століття. Він є гордістю не лише українського народу, а й світової науки. Понад 40 років свого життя Олександр Смакула віддав науці за межами України. «Але своєї Батьківщини не забув і повік не забуду», — писав він у 1964 році. Олександр Смакула помер 17 травня 1983 р. у місті Обурн у США, де його й поховали.

Науковці-земляки пам'ятають про свого видатного краянина. Навесні

1996 року було засновано Тернопільський обласний Фонд Олександра Смакули, який має за мету пошук і повернення до активного наукового й культурного обігу спадщини О. Смакули та інших українських учених. Рішенням XXX сесії Генеральної конференції  ЮНЕСКО 2000 рік було проголошено роком Олександра Смакули.

Домашнє завдання: переглянути відео , написати та вивчити конспект.

Дата уроку : 07.02.22

Тема уроку: Експериментальна робота № 5. Дослідження заломлення світла.

Мета: дослідити заломлення світла на межі «скло — повітря», визначити показник заломлення скла відносно повітря.

Обладнання: скляна пластинка з паралельними гранями, аркуш гофрованого картону, олівець, 4 шпильки, косинець; ножиці, посудина з водою.

ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ

Суворо дотримуйтесь інструкції з безпеки (див. форзац).

Результати вимірювань і обчислень відразу заносьте до таблиці.

Підготовка до експерименту

1. Згадайте причини заломлення світла, закони заломлення; запишіть формулу для визначення показника заломлення.

2. Підготуйте рисунки для виконання роботи (див. рис. 1). Для цього:

• 1) покладіть скляну пластинку на сторінку зошита й олівцем окресліть контур пластинки;
• 2) накресліть пряму k, перпендикулярну відрізкам, що відповідають паралельним граням пластинки; позначте точку О.
• 3) за допомогою циркуля накресліть коло радіуса 3-4 см із центром у точці О;

Рис. 1

4) під кутом приблизно 45° накресліть промінь, який задаватиме напрямок пучка світла, що падає в точку О; позначте точку перетину променя і кола літерою А;

5) повторіть дії, описані в пунктах 1-4, ще тричі (виконайте ще три рисунки), спочатку збільшивши, а потім зменшивши кут падіння.

Експеримент

1. Покладіть під аркуш зошита з першим контуром аркуш гофрованого картону, накладіть на контур скляну пластинку і встроміть вертикально в точки А і О шпильки 1 і 2 (див. рис. 2).

Рис. 2

2. Дивлячись крізь пластинку за положенням шпильок 1 і 2, установіть напрямок заломленого променя. Для цього навпроти нижньої заломлюючої грані пластинки встроміть шпильки 3 і 4 так, щоб основи всіх чотирьох шпильок здавалися розташованими на одній прямій.

3. Приберіть шпильки і пластинку, проведіть через основи шпильок 3 і 4 пряму, позначте точку М і накресліть заломлений промінь ОМ (див. рис. 2 і 3).

Рис. 3

4. Знайдіть точку перетину променя ОМ із колом (точку В).

5. Повторіть дії, описані в пунктах 1-4, ще для трьох контурів.

Опрацювання результатів експерименту

На кожному рисунку:

1. Зазначте кут падіння і кут заломлення.

2. Із точок А і В опустіть перпендикуляри на пряму k і виміряйте довжини а і b отриманих відрізків (див. рис. 3).

4. Побудуйте графік залежності а(b) і визначте середнє значення показника заломлення (див. Додаток 2).

5. Визначте відносну й абсолютну похибки вимірювання показника заломлення скла відносно повітря, округліть результати, скориставшись правилами округлення (див. Додаток 2).

Номер досліду	Довжина відрізка		Показник заломлення		Похибка експерименту		Результат n = nсер ± Δn
	а, мм	b, мм	n	nсер	ε, %	Δn
	—

Аналіз експерименту та його результатів

За результатами сформулюйте висновок.

Творче завдання

Скориставшись рис. 4, продумайте і запишіть план проведення експерименту з визначення показника заломлення води відносно повітря. Виріжте з картону круг і проведіть експеримент. Проаналізуйте результат, сформулюйте висновок.

Рис. 4

Домашнє завдання: зробити відповідні записи в зошиті , переглянути відео за посиланням :https://youtu.be/iSakV76GYz4 , для заповнення таблиці, дані взяти з відео.

Дата уроку : 08.02.22

Тема уроку: Лінзи. Побудова зображень у лінзах. Формула тонкої лінзи.

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Ви вже знаєте, що заломлення світла використовують у лінзах. Правила побудови зображень, отримуваних за допомогою лінз, відомі ще із Середньовіччя. Так, використовуючи лінзи, голландський оптик Захарій Янсен (1585-1635) у 1590 р. сконструював мікроскоп, а Ґалілео Ґалілей у 1609 р. винайшов телескоп. Отже, згадаємо основні характеристики лінз.

1. Що таке лінза

Лінза (сферична) — прозоре тіло, обмежене з двох боків сферичними поверхнями*.

* Одна з поверхонь може бути площиною (площину можна вважати сферою нескінченого радіуса).

За формою лінзи поділяють на опуклі й увігнуті (рис. 27.1).

Рис. 27.1. Різні види лінз у розрізі: а — опуклі лінзи (двоопукла, плоско-опукла, увігнуто-опукла); б — увігнуті лінзи (двоввігнута, плоско-ввігнута, опукло-ввігнута)

Якщо товщина d лінзи у багато разів менша, ніж радіуси R1 і R2 сферичних поверхонь, що обмежують лінзу, то таку лінзу називають тонкою (рис. 27.2). Далі йтиметься саме про тонку лінзу.

Рис. 27.2. Тонка сферична лінза: d ≪ R1, d ≪ R2

Пряму, яка проходить через центри сферичних поверхонь, що обмежують лінзу, називають головною оптичною віссю лінзи. Точку лінзи, яка розташована на головній оптичній осі і через яку промені світла проходять не змінюючи свого напрямку, називають оптичним центром лінзи.

Дія лінзи ґрунтується на явищі заломлення світла: світловий промінь, який падає на лінзу, заломлюється на одній із її сферичних поверхонь, поширюється прямолінійно всередині лінзи і знову заломлюється на другій поверхні лінзи (рис. 27.3).

Рис. 27.3. Хід променів у лінзах: а — збиральна лінза, точка F — головний дійсний фокус лінзи; б — розсіювальна лінза, точка F — головний уявний фокус лінзи

Якщо промені, що падають на лінзу, виходять із однієї точки, то після проходження через лінзу вони теж збираються (перетинаються) в одній точці, тобто лінза дає зображення точки, а отже, і предмета як сукупності точок. Однією з головних властивостей лінзи є те, що паралельні промені після заломлення в лінзі перетинаються в одній точці або в одній точці перетинаються продовження заломлених променів. Якщо паралельні промені, пройшовши крізь лінзу, збираються в одній точці, то така лінза є збиральною (рис. 27.3, а). Якщо паралельні промені після проходження крізь лінзу йдуть розбіжним пучком, а в одній точці перетинаються продовження цих променів, то така лінза є розсіювальною (рис. 27.3, б).

Точку F, у якій після заломлення збираються промені (або їх продовження), які падають на лінзу паралельно її головній оптичній осі, називають головним фокусом лінзи.

Головний фокус збиральної лінзи є дійсним (у точці F перетинаються власне заломлені промені), а розсіювальної лінзи — уявним (у точці F перетинаються продовження заломлених променів). Кожна лінза має два головні фокуси, розташовані на однаковій відстані від оптичного центра лінзи.

Оптична сила лінзи

Оптична сила лінзи пов’язана з радіусами сферичних поверхонь, що її обмежують, формулою:

де nл, nсер — абсолютні показники заломлення матеріалу, з якого виготовлено лінзу, та середовища, в якому перебуває лінза; R1 і R2 — радіуси сферичних поверхонь, що обмежують лінзу. Для опуклої поверхні R беруть зі знаком «+», для увігнутої — зі знаком «-», для плоскої — R = ∞. Аналіз формули свідчить: якщо nл > nсер, то опукла лінза є збиральною, а увігнута — розсіювальною; якщо nл < nсер, то опукла лінза є розсіювальною, а увігнута — збиральною.

У разі коли паралельні промені падають на лінзу не паралельно її головній оптичній осі (рис. 27.4), точку, в якій перетинаються ці промені (або їх продовження) після заломлення в лінзі, називають побічним фокусом лінзи (точка F1 на рис. 27.4). Таких фокусів у лінзи безліч, і всі вони розташовані в одній площині — у фокальній площині лінзи, яка проходить через головний фокус лінзи перпендикулярно до її головної оптичної осі.

Рис. 27.4. Хід паралельного пучка променів після заломлення в збиральній лінзі (а); в розсіювальній лінзі (б)

2. Які фізичні величини характеризують лінзу

Фокусна відстань F лінзи — відстань від оптичного центра лінзи до її головного фокуса*.

* Далі головний фокус лінзи називатимемо фокусом лінзи.

Одиниця фокусної відстані лінзи в СІ — метр:

[F] = 1 м (m).

Фокусну відстань збиральної лінзи вважають додатною, а розсіювальної лінзи — від’ємною.

Чим сильніше лінза заломлює світло, тим меншою є її фокусна відстань.

Фізичну величину, яка характеризує заломні властивості лінзи та обернена до її фокусної відстані, називають оптичною силою D лінзи:

Одиниця оптичної сили — діоптрія: [D] = 1 дптр.

1 діоптрія — це оптична сила такої лінзи, фокусна відстань якої дорівнює 1 метру: 1 дптр = 1 м-1

Якщо лінза збиральна, її оптична сила є додатною, якщо лінза розсіювальна, її оптична сила є від’ємною.

• Визначте, збиральні чи розсіювальні лінзи в окулярах, якщо оптична сила цих лінз становить +2 дптр; -3 дптр. Якими є фокусні відстані цих лінз?

3. Як побудувати зображення в лінзі

Будь-який предмет можна подати як сукупність точок. Кожна точка предмета висилає (або відбиває) промені в усіх напрямках. У створенні зображення в лінзі бере участь безліч променів, однак для побудови зображення деякої точки S досить знайти точку перетину будь-яких двох променів, що виходять із точки S і проходять крізь лінзу. Зазвичай для цього обирають два із трьох «зручних променів» (рис. 27.5). Точка S1 буде дійсним зображенням точки S, якщо в точці S1 перетинаються власне заломлені промені (рис. 27.5, а). Точка S1 буде уявним зображенням точки S, якщо в точці S1 перетинаються продовження заломлених променів (рис. 27.5, б).

Рис. 27.5. Три найпростіші в побудові промені («зручні промені»): 1 — промінь, який проходить через оптичний центр О лінзи: цей промінь не змінює свого напрямку; 2 — промінь, паралельний головній оптичній осі l лінзи: після заломлення в лінзі цей промінь іде через фокус F (а) або через фокус F іде його продовження (б); 3 — промінь, який проходить через фокус F: після заломлення в лінзі цей промінь іде паралельно головній оптичній осі l лінзи (а, б)

Зобразимо схематично предмет стрілкою АВ і віддалимо його від збиральної лінзи на відстань, більшу за 2F (рис. 27.6, а).

Рис. 27.6. Побудова зображення А1B1 предмета АВ у збиральній лінзі: а — предмет АВ розташований за подвійним фокусом лінзи; зображення є дійсним, зменшеним, перевернутим; б — предмет АВ розташований між фокусом і лінзою, зображення предмета є уявним, збільшеним, прямим

Спочатку побудуємо зображення точки В, для чого скористаємося двома «зручними променями» (промені 1 і 2). Після заломлення в лінзі вони перетнуться в точці В1. Отже, точка В1 є дійсним зображенням точки В. Оскільки предмет АВ розташований перпендикулярно до головної оптичної осі l лінзи, його зображення теж буде розташоване перпендикулярно до неї. Тому для побудови зображення точки А проведемо перпендикуляр із точки Β1 на головну оптичну вісь l. Точка А1 перетину перпендикуляра й осі l і є зображенням точки А. Отже, А1В1— зображення предмета АВ, одержане за допомогою збиральної лінзи. Бачимо: якщо предмет розташований за подвійним фокусом збиральної лінзи, його зображення, одержане за допомогою лінзи, є дійсним, зменшеним, перевернутим. Таке зображення виходить, наприклад, на сітківці ока або на матриці фотоапарата.

• Побудуйте зображення предмета, розташованого між фокусом і подвійним фокусом лінзи, та переконайтесь, що зображення буде дійсним, збільшеним, перевернутим.

Із рис. 27.6, б бачимо: зображення предмета АВ, одержаного за допомогою збиральної лінзи у випадку, коли предмет розташований між фокусом і лінзою, є уявним, збільшеним, прямим.

Таким чином, розміри та вид зображення, одержаного за допомогою збиральної лінзи, залежать від відстані між предметом і лінзою.

Побудова зображень, одержаних за допомогою розсіювальної лінзи, показує, що розсіювальна лінза завжди дає уявне, зменшене, пряме зображення предмета (див., наприклад, рис. 27.7).

Рис. 27.7. Побудова зображення А1В1 предмета АВ, розташованого між фокусом і подвійним фокусом розсіювальної лінзи; зображення є уявним, зменшеним, прямим

Часто буває, що предмет більший за лінзу або частина лінзи закрита непрозорим екраном (наприклад, лінза об’єктива фотоапарата). На рис. 27.8 видно, що промені 2 і 3 не проходять крізь лінзу, але їх, як і раніше, можна використати для побудови зображення. Оскільки реальні промені, що вийшли з точки В, після заломлення в лінзі перетинаються в одній точці — B1, то «зручні промені», за допомогою яких будується зображення, теж перетиналися б у точці В1.

Рис. 27.8. Побудова зображення А1В1 предмета АВ у випадку, коли предмет є значно більшим за лінзу

4. Формула тонкої лінзи. Лінійне збільшення лінзи

Визначимо математичну залежність між відстанню d від предмета до лінзи, відстанню f від зображення предмета до лінзи і фокусною відстанню F лінзи. Для цього скористаємося рис. 27.6, а.

Відношення лінійного розміру Н зображення предмета до розміру h самого предмета називають лінійним збільшенням Г лінзи:

«Правила знаків» при використанні формули тонкої лінзи

• Відстань f (від зображення предмета до лінзи) потрібно брати зі знаком «-», якщо зображення є уявним, і зі знаком «+», якщо зображення є дійсним.

• Фокусна відстань F збиральної лінзи є додатною, а розсіювальної — від’ємною.

• Відстань d від світної точки (предмета) до лінзи слід брати зі знаком «+», окрім випадків, коли на лінзу падає збіжний пучок світла (світна точка розташована ніби за лінзою — див. рисунок), — у таких випадках d слід брати зі знаком «-».

5. Учимося розв'язувати задачі

Задача. На розсіювальну лінзу падає збіжний пучок світлових променів (див. рис. 27.9). Після заломлення в лінзі промені перетинаються в точці S1, розташованій на відстані а від лінзи. Якщо лінзу прибрати, точка перетину променів переміститься ближче до місця, де перебувала лінза, на відстань b (точка S). Визначте фокусну відстань лінзи.

Рис. 27.9. До задачі в § 27

Аналіз фізичної проблеми. Скористаємося оборотністю світлових променів. Тоді точка S1, у якій збігаються промені за наявності лінзи, відіграє роль джерела світла, з якого промені йдуть розбіжним пучком; а точка S, у якій збігаються промені за відсутності лінзи, відіграє роль уявного зображення.

 Дата уроку : 11.02.22

Тема уроку: Розв"язування задач 

Лінзи. Побудова зображень у лінзах. Формула тонкої лінзи.

Тест.

1. Що називається лінзою?

А. Прозоре тіло, обмежене поверхнями.  Б. Прозоре тіло, обмежене двома сферичними поверхнями.     В. Будь яке тіло, обмежене сферичними поверхнями.

2. Збиральна лінза – лінза у якої…

      А. … середина товща, ніж краї.   Б. … середина тонша, ніж краї.

      В. … лінза, що перетворює пучок паралельних променів на розбіжний.

3. Головна оптична вісь лінзи –

      А. точка перетину головної оптичної вісі з тонкою лінзою.

      Б.  пряма, що проходить крізь центри кривизни сферичних поверхонь лінзи.

      В. будь-яка пряма, що проходить крізь оптичний центр лінзи.

4. Головним фокусом лінзи називають…

      А. … точку на головній оптичній вісі, в якій перетинаються після заломлення промені, що падають на лінзу паралельно головній оптичній вісі.

       Б. … точку перетину головної оптичної вісі з тонкою лінзою.

       В. … пряму, що проходить крізь центри кривизни сферичних поверхонь лінзи.

5. Заломлюючу здатність лінзи характеризує величина, що називається…

      А. … оптичним центром тонкої лінзи.   Б. … фокальною площиною тонкої лінзи.

      В. … оптичною силою тонкої лінзи.

6. Відстань від лінзи до зображення предмета позначається…

      А. Г.                                       Б. d.                                         В. f.

7. Коли предмет розмістити перед збиральною лінзою у фокусі, то отримаємо зображення…

А. … уявне, пряме, збільшене.

Б. … розмите (ніякого, бо промені підуть паралельним пучком).

В. …дійсне, обернене, рівне за розмірами з предметом.

8. Якщо зображення дійсне, обернене, зменшене, то предмет розташовано…

А. … перед розсіювальною лінзою за подвійним фокусом.

Б. … перед збиральною лінзою між фокусом та подвійним фокусом.

В. … перед збиральною лінзою за подвійним фокусом.

9. Предмет розташовано між фокусом розсіювальної лінзи та її подвійним фокусом.

А. Зображення уявне, пряме, зменшене.          Б. Зображення відсутнє.

В. Зображення дійсне, збільшене, обернене.

10.  Дійсне зображення можемо отримати…

А. В збиральній лінзі.            Б. В розсіювальній лінзі. 

В. В збиральній та розсіювальній лінзах.

11. Зображення уявне, пряме, зменшене отримаємо…

А. В збиральній лінзі.           Б. В розсіювальній лінзі. 

В. В збиральній та розсіювальній лінзах.

12. При побудові зображень у тонких лінзах, використовують характерні промені…

А. Промінь, що проходить крізь передній фокус лінзи, після заломлення, піде крізь фокус, що лежить за лінзою.

Б. Промінь, що йде паралельно головній оптичній вісі, після заломлення в лінзі, піде крізь оптичний центр лінзи.

В. Промінь, що йде крізь оптичний центр лінзи, проходить крізь лінзу, не заломлюючись.

 

 Домашнє завдання : переглянути відео за посиланням : https://youtu.be/bXQwt6U4Jc0,  написати конспект з даного відео та пройти тест на тему : Лінзи. Побудова зображень у лінзах. Формула тонкої лінзи.

 Дата уроку : 31.12.2021 р.

Тема уроку: Захист навчальних проектів.

Підготувати проект на тему : 

1. Трансформатори і передача енергії.

2. Побудова моделі енергосистеми України.

3. Особливості випромінювання і приймання електромагнітних хвиль.

4. Роль електромагнітних хвиль у повсякденному житті людини.

 Дата уроку : 28.12.2021 р.

Тема уроку: Контрольна робота № 3 з теми " Електромагнітні  коливання та хвилі "

ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ КОЛИВАННЯ І ХВИЛІ

Варіант 1

 

Завдання 1. Вкажіть, що показує амперметр, призначений для вимірювання сили струму в колі змінного струму:

а)           миттєве значення сили струму;

б)           амплітудне значення сили струму;

в)           діюче значення сили струму;

г)             0.

 

Завдання 2. Встановіть відповідність між назвою фізичного явища та його визначенням:

 

1)радіолокація		А	поширення електромагнітних коливань
2)демодуляція		Б	одночасні періодичні зміни взаємопов’язаних електричного і магнітного полів
3)електромагнітна хвиля		В	виділення низькочастотних коливань  з високочастотних
4)електромагнітні коливання		Г	визначення положення тіла в просторі за допомогою радіохвиль
		Д	змінює характеристики високочастотних коливань залежно від низькочастотних

 

Завдання 3. Сигнал SOS передається суднами на довжині радіохвилі 600 м. Обчисліть частоту цього сигналу.

Завдання 4. Визначте частоту коливань змінного струму в колі з конденсатором ємністю 400 мкФ, якщо його ємнісний опір 20 Ом.

Завдання 5. Сила струму в первинній обмотці трансформатора 0,5 А, напруга на її кінцях 220 В. Напруга на кінцях вторинної обмотки 9,5 В, а сила струму в ній 11 А. Визначте ККД трансформатора.

Завдання 6. Напруга на обкладках конденсатора ємністю 1 мкФ в коливальному контурі змінюється за законом u = 50 cos 10⁴πt. Визначте індуктивність контуру і амплітудне значення сили струму.

Варіант 2

Завдання 1. Що є джерелом випромінювання електромагнітних хвиль:

а)           дріт, по якому тече постійний струм;

б)           нерухомий постійний магніт;

в)           заряд, що рухається з прискоренням;

г)             нерухомий електричний заряд.

 

Завдання 2. Встановіть відповідність між відкриттям та прізвищем вченого:

 

1)   експериментальне дослідження електромагнітних хвиль		А	Максвелл
2)   встановлення радіозв’язку між Європою і Америкою		Б	Ерстед
3)   відкриття явища електромагнітної індукції		В	Герц
4)    розробка терії електромагнітного поля		Г	Марконі
		Д	Фарадей

 

 

 

 

 

 

Завдання 3. Амплітуда коливань напруги на ділянці кола змінного струму дорівнює 70,7 В. Визначте діюче значення напруги.

Завдання 4. Рамка площею 250 см² обертається з частотою 10 с^─1 в однорідному магнітному полі з індукцією 0,1 Тл. Амплітудне значення ЕРС індукції дорівнює 62,8  В. Визначте кількість витків у рамці.

Завдання 5. Радіолокатор працює на хвилі завдовжки 1,5 см. Скільки електромагнітних коливань відбудеться у цій хвилі впродовж одного періоду

звукового коливання із частотою 200 Гц ?

 

          Завдання 6. Заряджений конденсатор ємністю 80 нФ під'єднаний до котушки. За графіком залежності q(t) визначте амплітудне значення сили струму та індуктивність котушки контуру.