В лаборатории - десять микросекунд после большого взрыва. Опыты в домашних условиях: дождевое облако в банке
Полезные советы
Дети всегда стараются узнать что-то новое каждый день , и у них всегда много вопросов.
Им можно объяснять некоторые явления, а можно наглядно показать , как работает та или иная вещь, тот или иной феномен.
В этих экспериментах дети не только узнают что-то новое, но и научатся создавать разные поделки , с которыми далее смогут играть.
1. Опыты для детей: лимонный вулкан
Вам понадобится:
2 лимона (на 1 вулкан)
Пищевая сода
Пищевые красители или акварельные краски
Средство для мытья посуды
Деревянная палочка или ложечка (при желании)
1. Срежьте нижнюю часть лимона, чтобы его можно было поставить на ровную поверхность.
2. С обратной стороны вырежьте кусок лимона, как показано на изображении.
* Можно отрезать пол лимона и сделать открытый вулкан.
3. Возьмите второй лимон, разрежьте его наполовину и выдавите из него сок в чашку. Это будет резервный лимонный сок.
4. Поставьте первый лимон (с вырезанной частью) на поднос и ложечкой "помните" лимон внутри, чтобы выдавить немного сока. Важно, чтобы сок был внутри лимона.
5. Добавьте внутрь лимона пищевой краситель или акварель, но не размешивайте.
6. Налейте внутрь лимона средство для мытья посуды.
7. Добавьте в лимон полную ложку пищевой соды. Начнется реакция. Палочкой или ложечкой можете размешивать все, что внутри лимона - вулкан начнется пениться.
8. Чтобы реакция продолжалась дольше, можете добавлять постепенно еще соды, красители, мыло и резервный лимонный сок.
2. Домашние опыты для детей: электрические угри из жевательных червяков
Вам понадобится:
2 стакана
Небольшая емкость
4-6 жевательных червяков
3 столовые ложки пищевой соды
1/2 ложки уксуса
1 чашка воды
Ножницы, кухонный или канцелярский нож.
1. Ножницами или ножом разрежьте вдоль (именно вдоль - это будет непросто, но наберитесь терпения) каждого червяка на 4 (или более) частей.
* Чем меньше кусочек, тем лучше.
* Если ножницы не хотят нормально резать, попробуйте промыть их водой с мылом.
2. В стакане размешайте воду и пищевую соду.
3. Добавьте в раствор воды и соды кусочки червяков и размешайте.
4. Оставьте червячков в растворе на 10-15 минут.
5. С помощью вилки переместите кусочки червяков на небольшую тарелку.
6. Налейте пол ложки уксуса в пустой стакан и начните по очереди класть в него червячков.
* Эксперимент можно повторить, если промыть червячков обычной водой. Спустя несколько попыток ваши червячки начнут растворяться, и тогда придется нарезать новую партию.
3. Опыты и эксперименты: радуга на бумаге или как свет отражается на ровной поверхности
Вам понадобится:
Миска с водой
Прозрачный лак для ногтей
Маленькие кусочки черной бумаги.
1. Добавьте в миску с водой 1-2 капли прозрачного лака для ногтей. Посмотрите, как лак расходится по воде.
2. Быстро (спустя 10 секунд) окуните кусок черной бумаги в миску. Выньте его и дайте высохнуть на бумажном полотенце.
3. После того, как бумага высохла (это происходит быстро) начните поворачивать бумагу и посмотрите на радугу, которая отображается на ней.
* Чтобы лучше увидеть радугу на бумаге, смотрите на нее под солнечными лучами.
4. Опыты в домашних условиях: дождевое облако в банке
Когда маленькие капли воды скапливаются в облаке, они становятся все тяжелее и тяжелее. В итоге они достигнут такого веса, что больше не смогут оставаться в воздухе и начнут падать на землю - так появляется дождь.
Это явление можно показать детям с помощью простых материалов.
Вам понадобится:
Пена для бритья
Пищевой краситель.
1. Наполните банку водой.
2. Сверху нанесите пену для бритья - это будет облако.
3. Пусть ребенок начнет капать пищевой краситель на "облако", пока не начнется "дождь" - капли красителя начнут падать на дно банки.
Во время эксперимента объясните данное явление ребенку.
Вам понадобится:
Теплая вода
Подсолнечное масло
4 пищевых красителя
1. Наполните банку на 3/4 теплой водой.
2. Возьмите миску и размешайте в ней 3-4 ложки масла и несколько капель пищевых красителей. В данном примере было использовано по 1 капле каждого их 4-х красителей - красный, желтый, синий и зеленый.
3. Вилкой размешайте красители и масло.
4. Аккуратно налейте смесь в банку с теплой водой.
5. Посмотрите, что произойдет - пищевой краситель начнет медленно опускаться через масло в воду, после чего каждая капля начнет рассеиваться и смешиваться с другими каплями.
* Пищевой краситель растворяется в воде, но не в масле, т.к. плотность масла меньше воды (поэтому оно и "плавает" на воде). Капля красителя тяжелее масла, поэтому она начнет погружаться, пока не дойдет до воды, где начнет рассеиваться и походить на небольшой фейерверк.
6. Интересные опыты: в олчок, в котором сливаются цвета
Вам понадобится:
- распечатка колеса (или можете вырезать свое колесо и нарисовать на нем все цвета радуги)
Резинка или толстая нить
Клей-карандаш
Ножницы
Шпажка или отвертка (чтобы сделать отверстия в бумажном колесе).
1. Выберите и распечатайте два шаблона, которые вы хотите использовать.
2. Возьмите кусок картона и с помощью клея-карандаша приклейте один шаблон к картону.
3. Вырежьте приклеенный круг из картона.
4. К обратной стороне картонного круга приклейте второй шаблон.
5. Шпажкой или отверткой сделайте два отверстия в круге.
6. Просуньте нить через отверстия и завяжите концы в узел.
Теперь можете крутить ваш волчок и смотреть, как сливаются цвета на кругах.
7. Опыты для детей в домашних условиях: медуза в банке
Вам понадобится:
Небольшой прозрачный полиэтиленовый пакет
Прозрачная пластиковая бутылка
Пищевой краситель
Ножницы.
1. Положите полиэтиленовый пакет на ровную поверхность и разгладьте его.
2. Отрежьте дно и ручки пакета.
3. Разрежьте пакет вдоль справа и слева, чтобы у вас получились два листа из полиэтилена. Вам понадобится один лист.
4. Найдите центр полиэтиленового листа и сложите его как шарик, чтобы сделать голову медузы. Завяжите ниткой в области "шеи" медузы, но не слишком туго - вам нужно оставить небольшое отверстие, чтобы через него налить воду в голову медузы.
5. Голова есть, теперь перейдем к щупальцам. Сделайте надрезы в листе – от низа до головы. Вам нужно примерно 8-10 щупальцев.
6. Каждое щупальце разрежьте еще на 3-4 более мелкие детали.
7. Налейте немного воды в голову медузы, оставив место для воздуха, чтобы медуза могла "плавать" в бутылке.
8. Наполните бутылку водой и засуньте в нее вашу медузу.
9. Капните пару капель синего или зеленого пищевого красителя.
* Закройте плотно крышку, чтобы вода не выливалась.
* Пусть дети переворачивают бутылку, и смотрят, как в ней плавает медуза.
8. Химические опыты: магические кристаллы в стакане
Вам понадобится:
Стеклянный стакан или миска
Пластиковая миска
1 чашка соли Эпсома (сульфат магния) - используется в солях для ванн
1 чашка горячей воды
Пищевой краситель.
1. Насыпьте соль Эпсома в миску и добавьте горячей воды. Можете добавить в миску пару капель пищевого красителя.
2. В течение 1-2 минут размешивайте содержимое миски. Большая часть гранул соли должна раствориться.
3. Налейте раствор в стакан или бокал и поместите его в морозилку на 10-15 минут. Не волнуйтесь, раствор не настолько горяч, чтобы стакан треснул.
4. После морозилки переместите раствор в основную камеру холодильника, желательно на верхнюю полку и оставьте на ночь.
Рост кристаллов будет заметен лишь спустя несколько часов, но лучше переждать ночь.
Вот как выглядят кристаллы на следующий день. Помните, что кристаллы очень хрупки. Если дотронуться до них, они вероятнее всего сразу сломаются или рассыплются.
9. Опыты для детей (видео): мыльный куб
10. Химические опыты для детей (видео): как сделать лава лампу своими руками
В лаборатории было проведено 2 опыта.
Опыт 1 . В 100 г 12%-ного раствора KOH растворили 1,000 г серебристо-белого вещества I . При этом выделилось 1,24 л газа (н.у.) с плотностью по азоту 0,0714 (р-ция 1 ).
Опыт 2 . К раствору гидроксида калия добавили 1,000 г бесцветной соли одновалентного металла (вещество II ), которая полностью растворилась, образовав неокрашенный раствор. Внесение в этот раствор 1.000 г вещества I приводит к образованию 0,715 л смеси газов с плотностью по воздуху 0,259 (реакция 2 ). Часть газовой смеси (0,368 часть от общего объема) поглощается раствором серной кислоты (реакция 3 ).
Для опыта 1 определите состав выделяющегося газа.
Определите вещество I .
Установите, какие газы входили в состав смеси в опыте 2. Расшифруйте формулу вещества II .
Напишите уравнения протекающих реакций.
Молярная масса выделяющегося газа составляет: 0,0714 28 = 2 (г/моль), что соответствует водороду. Тогда I может быть простым веществом (неметаллом или амфотерным металлом , которые реагируют подобно кремнию с раствором щелочи). В общем виде это взаимодействие можно представить следующим образом:
Здесь степень окисления элемента равна n. Если n = 1, значение атомной массы составит 0,5 22,4/1,24 = 9 г/моль (но бериллий не подходит, т.к. он образует двухзарядные катионы). Атомная масса элемента , если n = 2, равна 1 22,4/1,24 = 18 г/моль, но металла с такой атомной массой нет. При n = 3 атомная масса составляет 1,5 22,4/1,24 = 27 г/моль, что соответствует алюминию. Дальнейший перебор не дает подходящих примеров. Следовательно, I – Al.
Масса 22,4 л газовой смеси при н.у. составит 29 0,259 = 7,51 (г). Исходя из этого значения , можно предположить, что большую часть смеси (ту, которая не поглотилась серной кислотой), составляет водород (1 – 0,368 = 0,632 часть от всего объема или 0,715 0,632 = 0,452 л или 0,452·2/22,4 = 0,040 г). Если в 0,715 л смеси содержится 0,040 г Н 2 , то в 22,4 л смеси его масса составляет:
Тогда масса второго газа в 22,4 л смеси составит 7,51 – 1,25 = 6,26 (г). Молярная масса второго газа будет равна 6,26: 0,368 = 17 г/моль, что соответствует аммиаку , который образовался из других соединений азота при восстановлении «водородом в момент выделения». Такими формами (солью одновалентного металла) могут быть нитраты MNO 3 или нитриты MNO 2 . Реакции восстановления можно записать следующим образом:
NO 2 - + 5Н 2 O + 6e = NH 3 + 7OH -
NO 3 - + 6H 2 O + 8e = NH 3 + 9OH -
1 г алюминия поставляет на восстановление 1·3/27 = 0,111 моль электронов. Для выделения водорода в смеси потребовалось 0,452·2/22,4 = 0,0404 моль электронов. Тогда на образование аммиака ушло 0,111 – 0,0404 = 0,0706 моль электронов.
Теперь рассмотрим два возможных варианта.
Если II – это MNO 3 . На восстановление 1 моль нитрат-аниона необходимо 8 моль электронов. Тогда молярная масса MNO 3 составляет:
и атомная масса металла М равна 51 г/моль. Одновалентного металла с такой атомной массой не существует.
Если II – это нитрит. На восстановление 1 моль нитрит-иона требуется 6 моль электронов , тогда молярная масса нитрита равна:
Реакцию 1 можно записать несколькими способами:
2Al + 2KOH + 6H 2 O = 2K + 3H 2
2Al + 2KOH + 10H 2 O = 2K + 3H 2
Аналогично с реакцией 2 :
8Al + 21KOH +3KNO 2 + 21H 2 O = 8K 3 +3NH 3 + 3H 2
8Al + 5KOH +3KNO 2 + 21H 2 O = 8K +3NH 3 + 3H 2
8Al + 5KOH +3KNO 2 + 37H 2 O = 8K +3NH 3 + 3H 2
Для реакции 3 верными являются оба нижеприведенных варианта:
NH 3 + H 2 SO 4 → NH 4 HSO 4
2NH 3 + H 2 SO 4 → (NH 4) 2 SO 4
Система оценивания.
Определение газообразного продукта реакции 1 (водорода) 2 б
Определение вещества 1 (алюминий) 6 б
Установление состава газовой смеси в опыте 2 (по 3 б) 6 б
Уравнения реакций 1-3 (любое уравнение из реакций 1-3 по 2 б) 6 б
Итого 20 б
Задача 9-5
Наибольшее количество водорода получают в промышленности методом каталитической конверсии природного газа с перегретым водяным паром. Исходная стехиометрическая смесь метана и паров воды имеет плотность , равную плотности аммиака, а объём в результате реакции при постоянных давлении и температуре увеличивается вдвое. Вся теплота , необходимая для осуществления этого процесса, обеспечивается за счёт другой реакции – полного сгорания метана.
Определите состав стехиометрической смеси и напишите уравнение реакции получения водорода из неё.
Рассчитайте тепловой эффект данной реакции , если известны следующие термохимические данные:
CO + ½O 2 = CO 2 + 283 кДж,
H 2 + ½O 2 = H 2 O + 242 кДж.
Сколько всего кубометров метана необходимо для получения 1 м 3 водорода с помощью описанных в условии реакций?
Для того, чтобы отделить водород от второго продукта реакции, к смеси продуктов добавляют избыток водяного пара , при этом образуется водород и газ, который можно поглотить избытком щёлочи. Напишите уравнение этой реакции и рассчитайте её тепловой эффект.
M ср (CH 4 +H 2 O) = 16 · (CH 4) + 18 · (1 – (CH 4)) = 17 г/моль, откуда (CH 4) = (H 2 O) = ½.
В результате реакции объём (т. е. количество молей газов) увеличивается вдвое. Уравнение реакции:
CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2 .
CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2 + Q 1
CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O + 802 кДж,
CO 2 = CO + 1 / 2 O 2 – 283 кДж,
3H 2 O = 3H 2 + 3 / 2 O 2 – 3242 кДж.
Q 1 = 802 – 283 – 3242 = –207 кДж.
Чтобы обеспечить теплоту для превращения 1 моль CH 4 в реакции 1, необходимо сжечь 207 / 802 = 0.26 моль CH 4 . Общее количество израсходованного в обеих реакциях CH 4 составляет 1.26 моль, при этом образуется 3 моль H 2 . Следовательно, для получения 1 м 3 водорода необходимо 1.26 / 3 = 0.42 м 3 CH 4 .
CO + H 2 O = CO 2 + H 2 + Q 2
CO + 1 / 2 O 2 = CO 2 + 283 кДж,
H 2 O = H 2 + 1 / 2 O 2 – 242 кДж.
Q
2 = 283 – 242 = 41 кДж.
Система оценивания.
Расчет состава смеси 4 б
Правильный расчет Q 1 4 б
Правильный расчёт объёма метана 5 б
Уравнение реакции 2 б
Десятого февраля на специальном семинаре Центра европейских ядерных исследований (ЦЕРН, Женева) были представлены результаты экспериментов, которые без преувеличения можно назвать сенсационными. Получено новое состояние материи, в котором кварки - "истинно элементарные частицы" (из них "собраны", в частности, протоны и нейтроны) - не связаны друг с другом, а перемещаются свободно. Согласно теории, именно в этом состоянии пребывала Вселенная первые 10 микросекунд после Большого взрыва. До сих пор эволюцию материи удавалось проследить не ранее чем до стадии трех минут после взрыва, когда уже сформировались ядра атомов.
Согласно современной теории строения вещества, микрочастицы, называемые адронами, состоят из кварков - бесструктурных частиц размером менее 10 -16 см, представляющих собой предел дробления материи (см. "Наука и жизнь" № 8, 1994 г.). Удерживают кварки вместе силы, возникающие при непрерывном излучении и поглощении ими глюонов (от английского glue - "клей"). Силы эти ведут себя парадоксальным образом: чем ближе расположены кварки, тем они слабее. Внутри протона или нейтрона кварки практически не взаимодействуют, но при попытке "разорвать" частицу силы их связи возрастают в миллионы раз. Поэтому освободить кварки и глюоны можно только затратой колоссальной энергии. Получить ее удалось в ускорителе тяжелых ионов.
Профессор Лучиано Майани, генеральный директор ЦЕРНа, считает, что сравнение результатов, полученных в рамках программы по ускорению тяжелых ионов, дало ясную картину нового состояния материи и подтвердило предсказание теории кварков. Не менее важно, что сделан большой шаг на пути понимания самых ранних этапов эволюции Вселенной. Впервые удалось получить материю, в которой кварки и глюоны не связаны, - кварк-глюонную плазму. Это новое, пятое, состояние вещества (до сих пор были известны твердое, жидкое, газообразное и плазменное, электронно-ионное состояния) открывает обширное поле для научных исследований. Следующий их этап начнется на коллайдерах (ускорителях на встречных пучках) тяжелых релятивистских ионов в Брукхэвене (США) и адронов в ЦЕРНе.
Эксперимент по ускорению тяжелых ионов заключался в следующем. Пучок ионов свинца разгонялся до энергии 33 ТэВ (1 тераэлектронвольт = 10 12 эВ) в суперускорителе протонов (CERN"s Super Proton Synchrotron), после чего попадал на мишени, расположенные в семи детекторах. При столкновении температура достигла триллиона градусов (10 12 К, в 100 тысяч раз больше, чем внутри Солнца), а плотность энергии в 20 раз превысила плотность ядерной материи. В этих условиях, как непреложно свидетельствуют экспериментальные данные, материя переходит в новое состояние, имеющее много общего с предсказанной ранее теоретически кварк-глюонной плазмой - "первобытным супчиком", в котором кварки и глюоны существовали по отдельности.
Программа исследований началась в 1994 году, после того как ускорители ЦЕРНа были усовершенствованы при участии ряда институтов Чехии, Франции, Индии, Италии, Германии, Швеции и Швейцарии. Новый источник ионов свинца был присоединен к построенным ранее протонному синхротрону (осуществлявшему предварительный разгон ионов) и суперускорителю протонов. Было проведено семь трудоемких экспериментов по измерению различных параметров столкновений свинец-свинец и свинец-золото (они получили названия NA44, NA45, NA49, NA50, NA52, WA97/NA57 и WA98). Некоторые из них прошли с использованием многоцелевых детекторов, позволивших регистрировать много разных частиц, получать глобальные характеристики событий. В других экспериментах, напротив, детекторы с накоплением сигнала регистрировали только редкие явления. Таким образом, общее представление о кварк-глюонной плазме было получено из отдельных "экспериментальных кусочков", подобно тому как собирают "паззлы" (картины-загадки) или мозаику. Данные каждого отдельного эксперимента не позволяли сделать определенные выводы, но вместе они позволили составить ясную картину явления. Методика, основанная на сопоставлении нескольких различных результатов, оказалась очень успешной.
Осуществленный проект - прекрасный пример сотрудничества и кооперации в области физических исследований. В экспериментах принимали участие физики из более чем двадцати стран, в том числе и российские ядерщики.
Результаты, полученные в ЦЕРНе, - стимул для продолжения работ. Чтобы подтвердить, что новая материя действительно представляет собой кварк-глюонную плазму, необходимо изучить ее свойства при более высоких и более низких температурах. Центром исследований пятого состояния вещества теперь станет коллайдер тяжелых релятивистских ионов Национальной лаборатории Брукхэвена; работы там начнутся уже в этом году. Предполагается исследовать столкновение ядер золота, ускоренных до энергии, в 10 раз большей, чем в женевском эксперименте.
Год назад в американских газетах и научно-популярных журналах появились письма с утверждениями, что планируемый эксперимент опасен. Их авторы считали, что выделение экстремально высокой энергии в очень малом объеме может привести к образованию "черной мини-дыры", которая начнет всасывать в себя окружающую материю. Это мнение получило столь сильный резонанс в прессе и на телевидении, что американские исследователи собрали авторитетную экспертную комиссию для ее проверки. Вывод был однозначным: подобные опасения безосновательны; вероятность образования "дыры" нулевая.
А с 2005 года эксперименты с тяжелыми ионами войдут также в программу большого ускорителя адронов LHC (Large Hadron Collaider) в ЦЕРНе.
В лаборатории было проведено пять экспериментов по наблюдению дифракции с помощью различных дифракционных решёток. Каждая из решёток освещалась параллельными пучками монохроматического света с определённой длиной волны. Свет во всех случаях падал перпендикулярно решётке. В двух из этих экспериментов наблюдалось одинаковое количество главных дифракционных максимумов. Укажите сначала номер эксперимента, в котором использовалась дифракционная решётка с меньшим периодом, а затем – номер эксперимента, в котором использовалась дифракционная решётка с бóльшим периодом.
| Номер эксперимента | Период дифракционной | Длина волны падающего света |
|---|---|---|
| 1 | 2d | |
| 2 | d | |
| 3 | 2d | |
| 4 | d/2 | |
| 5 | d/2 |
Решение.
Условие интерференционных максимумов дифракционной решетки имеет вид: Решетки будут давать одинаковое количество максимумов при условии, что эти максимумы будут наблюдаться под одними и теми же углами Из таблицы находим, что в эксперименте 2 и 4 наблюдается одинаковое количество максимумов так, что Меньший период у решетки под номером 4, больший период у решетки под номером 2.
Ответ: 42.
Ответ: 42
Источник: Тренировочная работа по физике 28.04.2017, вариант ФИ10503
v B , в котором они движутся по дуге окружности
радиусом R v B = 1 Тл, и радиус R
1) Все ионы, с которыми проводят эксперименты, имеют отрицательный электрический заряд.
2) Все ионы, с которыми проводят эксперименты, могут иметь разные массы.
3) Удельный заряд (отношение заряда иона к его массе) всех ионов, участвующих в эксперименте, одинаков и равен Кл/кг.
4) Все ионы, с которыми проводят эксперименты, имеют одинаковые массы.
5) Заряд всех ионов, участвующих в эксперименте, одинаков.
Решение.
В эксперименте участвуют разные ионы, они могут быть разной массы и разных зарядов. Удельный заряд всех ионов одинаков, можно найти с помощью силы Лоренца:
Значит, 2 и 3 утверждения верные.
Ответ: 23.
Ответ: 23
Источник: Тренировочная работа по физике 21.12.2016, вариант ФИ10203
В масс-спектрографе разные ионы, ускоренные предварительно электрическим полем до скорости v , попадают в область однородного магнитного поля с индукцией B , в котором они движутся по дуге окружности радиусом R . В таблице представлены следующие данные: начальная скорость иона v , с которой он влетает в магнитное поле с индукцией B = 1 Тл, и радиус R окружности, описываемой этим ионом в магнитном поле.
Выберите два верных утверждения, которые можно сделать на основании данных, приведённых в таблице.
1) Все ионы, с которыми проводят эксперименты, имеют одинаковый по модулю электрический заряд.
2) Все ионы, с которыми проводят эксперименты, имеют одинаковую массу.
3) Все ионы, с которыми проводят эксперименты, заряжены положительно.
4) Все ионы, с которыми проводят эксперименты, могут быть разного знака.
5) Все ионы, участвующие в эксперименте, обладают одинаковыми удельными зарядами (отношением заряда иона к его массе).
Решение.
В эксперименте участвуют разные ионы, они могут быть разной массы и разных зарядов. Удельный заряд всех ионов одинаков:
Значит, утверждения 4 и 5 верные.
Ответ: 45.
Ответ: 45|54
Источник: Тренировочная работа по физике 21.12.2016, вариант ФИ10204
В лаборатории было проведено пять экспериментов по наблюдению дифракции с помощью различных дифракционных решёток. Каждая из решёток освещалась параллельными пучками монохроматического света с определённой длиной волны. Свет во всех случаях падал перпендикулярно решётке. Укажите сначала номер эксперимента, в котором наблюдалось наименьшее количество главных дифракционных максимумов, а затем – номер эксперимента, в котором наблюдалось наибольшее количество главных дифракционных максимумов.
| Номер эксперимента | Период дифракционной | Длина волны падающего света |
|---|---|---|
| 1 | 2d | |
| 2 | d | |
| 3 | 2d | |
| 4 | d/2 | |
| 5 | d/2 |
Решение.
Условие интерференционных максимумов дифракционной решетки имеет вид: При этом чем больше тем меньше будет видно дифракционных максимумов. Таким образом наименьшее количество главных дифракционных максимумов наблюдалось в эксперименте номер 5, а наибольшее - в эксперименте номер 1.
Ответ: 51.
Ответ: 51
Источник: Тренировочная работа по физике 28.04.2017, вариант ФИ10504
| A | Б |
Решение.
На картинке А мы видим постоянный магнит и катушку, к которой подключен амперметр. При помощи такого эксперимента можно наблюдать явление электромагнитной индукции, заключающееся в появлении в замкнутом контуре тока при изменении магнитного потока через контур в результате вдвижении/выдвижении магнита (А - 3).
На картинке Б изображены постоянный магнит и легкая магнитная стрелка. В магнитном поле постоянного магнита такая стрелка всегда будет ориентироваться вдоль силовых линий. Таким образом, при помощи эксперимента, схема которого изображена на рисунке Б, можно наблюдать картины силовых линий постоянного магнита (Б - 1).
Ответ: 31.
На рисунках изображены схемы физических экспериментов. Установите соответствие между этими экспериментами и их целью. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
| A | Б |
Решение.
На картинке А мы видим катушку, к которой подключен амперметр, и катушку, которой подключен источник постоянного тока. Через вторую катушку течет ток, она создает вокруг себя магнитное поле. При помощи такого эксперимента можно наблюдать явление электромагнитной индукции, заключающееся в появлении в замкнутом контуре (первой катушке) тока при изменении магнитного потока через контур в результате приближения/удаления второй катушки (А - 3).
На картинке Б изображены постоянный магнит и поверхность, на которой рассыпаны железные опилки. В магнитном поле постоянного магнита опилки намагничиваются и ориентируются вдоль силовых линий поля магнита. Таким образом, при помощи эксперимента, схема которого изображена на рисунке Б, можно наблюдать картины силовых линий постоянного магнита (Б - 1).
Ответ: 31.
p этих газов от времени t . Известно, что начальные температуры газов были одинаковы.
Выберите два верных утверждения, соответствующие результатам этих экспериментов.
1) Количество вещества первого газа меньше, чем количество вещества второго газа.
2) Так как по условию эксперимента газы имеют одинаковые объёмы, а в момент времени t = 40 мин они имеют и одинаковые давления, то температуры этих газов в этот момент времени также одинаковы.
3) В момент времени t = 40 мин температура газа 1 больше температуры газа 2.
4) В процессе проводимого эксперимента внутренняя энергия обоих газов увеличивается.
5) В процессе проводимого эксперимента оба газа не совершают работу.
Решение.
1) Согласно уравнению Менделеева - Клапейрона Рассмотрим начальный момент времени. По условию объёмы и температуры газов одинаковы, а поскольку то
2) В изохорном процессе выполняется закон Шарля: И, значит,
3) Из п. 2 заключаем:
4) Внутренняя энергия одного моля идеального газа зависит только от температуры. При нагревании она увеличивается.
5) Так как по условию оба газа находятся в закрытых сосудах, то в процессе проводимого эксперимента оба газа не совершают работу.
Ответ: 45.
Приступив к изучению механики, ученик предположил, что модуль силы трения скольжения F бруска о горизонтальную поверхность стола прямо пропорционален модулю силы тяжести бруска. Эту гипотезу он решил проверить экспериментально. Положив на горизонтальную поверхность стола деревянный брусок с разными грузами, ученик равномерно тянул его, измеряя силу F динамометром. Результаты измерений значений F при разных значениях силы тяжести бруска с грузами отмечены на координатной плоскости { F} с учетом погрешности измерений. Какой вывод следует из результатов эксперимента?
1) условия проведения эксперимента не соответствуют проверяемой гипотезе
2) с учетом погрешности измерений эксперимент подтвердил правильность гипотезы
3) погрешности цзмерений настолько велики, что не позволили проверить гипотезу
4) коэффициент трения скольжения менялся при изменении массы бруска с грузами
Решение.
Гипотеза ученика заключается в том, что сила трения скольжения бруска о горизонтальную поверхность пропорциональна модулю силы тяжести, действующей на брусок. Из приведенных результатов видно, что с учетом погрешности измерений эксперимент подтвердил правильность гипотезы: все точки с учетом погрешности ложатся на аппроксимационную прямую.
Ответ: 2.
На рисунках изображены схемы физических экспериментов. Установите соответствие между этими экспериментами и их целью. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
| A | Б |
Решение.
На рисунке А представлена установка для наблюдение картины силовых линий электростатического поля точечных зарядов (A - 3).
На рисунке Б изображена схема эксперимента для наблюдение распределения потенциала вдоль прямого проводника с протекающим по нему электрическим током (Б - 2).
Ответ: 32.
В двух закрытых сосудах одинакового объёма (1 литр) нагревают два различных газа - 1 и 2. На рисунке показаны зависимости давления p этих газов от времени t . Известно, что начальные температуры газов были одинаковы. Выберите два верных утверждения, соответствующие результатам этих экспериментов.
1) Количество вещества первого и второго газов равны.
2) В момент времени t = 40 мин температура второго газа больше температуры первого в два раза.
3) В момент времени t = 40 мин температура второго газа меньше температуры первого в два раза.
4) В процессе проводимого эксперимента внутренняя энергия газов растёт.
5) В процессе проводимого эксперимента оба газа совершают положительную работу.
Решение.
Согласно уравнению Клапейрона-Менделеева, давление, объем и абсолютная температура идеального газа связаны соотношением
Найдем чему равно отношение количества вещества первого газа к количеству вещества второго. Рассмотрим при этом момент времени при этом по условию
Значит количество вещества первого газа больше чем второго.
Отношение температур газов при
Это значит, что в момент времени температура газа 1 меньше температуры газа 2 в два раза.
Внутренняя энергия газа пропорциональна его температуре. При изохорном увеличении давления температура газа растёт, следовательно, в процессе проводимого эксперимента внутренняя энергия газов растёт.
| 21-37
Если увеличить расстояние d вдвое, то
1) расстояние между интерференционными полосами увеличится
4) интерференционная картина сместится по экрану влево, сохранив свой вид
Решение.
d между точечными источниками когерентного излучения, коими являются точки B и C, из которых расходятся сферические волны, и от длины волны излучения. Максимумы интерференционной картины определяются условием того, что оптическая разность хода кратна При увеличении расстояния d
Ответ: 2
Ответ: 2
Источник: ЕГЭ по физике 06.06.2013. Основная волна. Урал. Вариант 2.
В классическом опыте Юнга по дифракции пучок света, прошедший через узкое отверстие А, освещает отверстия В и С, за которыми на экране возникает интерференционная картина (см. рисунок).
Если уменьшить расстояние l вдвое, то
1) расстояние между интерференционными полосами уменьшится
2) расстояние между интерференционными полосами увеличится
3) интерференционная картина не изменится
4) интерференционная картина сместится по экрану вправо, сохранив свой вид
Решение.
Вид интерференционной картины зависит от расстояния d между точечными источниками когерентного излучения, коими являются точки B и C, из которых расходятся сферические волны, и от длины волны излучения. Максимумы интерференционной картины определяются условием того, что оптическая разность хода кратна При уменьшении расстояния до экрана l разность хода начинает меняться быстрее при "движении" вдоль экрана точки наблюдения интерференции. Следовательно, расстояние между интерференционными полосами уменьшается.
Ответ: 1
Ответ: 1
Источник: ЕГЭ по физике 06.06.2013. Основная волна. Урал. Вариант 3.
В классическом опыте Юнга по дифракции пучок света, прошедший через узкое отверстие А, освещает отверстия В и С, за которыми на экране возникает интерференционная картина (см. рисунок).
Если уменьшить L вдвое, то
1) интерференционная картина останется неизменной
2) расстояние между интерференционными полосами уменьшится
3) интерференционная картина сместится по экрану, сохранив свой вид
4) расстояние между интерференционными полосами увеличится
Решение.
Вид интерференционной картины зависит от расстояния d между точечными источниками когерентного излучения и длины волны этого излучения (максимумы интерференционной картины определяются условием того, что оптическая разность хода кратна ). Так как уменьшении L эти параметры не меняются, интерференционная картина останется на месте, сохранив свой вид.
Ответ: 1.
Ответ: 1
Источник: ЕГЭ по физике 06.06.2013. Основная волна. Урал. Вариант 6.
1) передвинуть экран влево, поместив его в фокус линзы
3) передвинуть дифракционную решётку вправо, поместив её в фокус линзы
4) передвинуть дифракционную решётку влево, поместив её как можно дальше от линзы
Решение.
Таким образом, для наблюдения дифракционной картины нужно передвинуть экран влево, так чтобы он оказался в фокусе линзы.
Ученик наблюдал явление дифракции, глядя на источник света через дифракционную решётку. Затем он решил получить дифракционную картину на экране с помощью этой же дифракционной решётки, неподвижно установленной на оптической скамье, и тонкой собирающей линзы, направляя вдоль нормали к поверхности решётки монохроматический свет (см. рисунок). Однако дифракционной картины на экране не получилось.
Для того чтобы наблюдать на экране картину, нужно
1) переместить линзу вправо так, чтобы её фокус оказался в плоскости экрана
2) переместить линзу влево так, чтобы её фокус оказался в плоскости дифракционной решётки
3) переместить экран вправо, отодвинув его как можно дальше от линзы
4) переместить дифракционную решётку влево, отодвинув её как можно дальше от линзы
Решение.
После прохождения лучей через дифракционную решётку волновой фронт световых лучей преломляется и оказывается, что лучи, выходящие под некоторыми углами, зависящими от длины волны света и периода дифракционной решётки имеют разность хода, необходимую для интерференции. Чтобы получить изображение в виде светлых или тёмных пятен на экране необходимо сфокусировать эти лучи, обычно это делают при помощи собираюшей линзы. Нарисуем ход одного из параллельного пучка лучей через систему «дифракционная решётка−собирающая линза». Параллельные пучки лучей после преломления в тонкой собирающей линзе фокусируются в фокальной плоскости.
Таким образом, для наблюдения дифракционной картины нужно передвинуть линзу вправо, так чтобы ей фокус оказался в плоскости экрана.
Правильный ответ указан под номером 1.
В лаборатории было проведено пять экспериментов по наблюдению дифракции с помощью различных дифракционных решёток. Каждая из решёток освещалась параллельными пучками монохроматического света с определённой длиной волны. Свет во всех случаях падал перпендикулярно решётке. В двух из этих экспериментов наблюдалось одинаковое количество главных дифракционных максимумов. Укажите сначала номер эксперимента, в котором использовалась дифракционная решётка с меньшим периодом, а затем – номер эксперимента, в котором использовалась дифракционная решётка с бóльшим периодом.
| Номер эксперимента | Период дифракционной | Длина волны падающего света |
|---|---|---|
| 1 | 2d | |
| 2 | d | |
| 3 | 2d | |
| 4 | d/2 | |
| 5 | d/2 |
Решение.
Условие интерференционных максимумов дифракционной решетки имеет вид: Решетки будут давать одинаковое количество максимумов при условии, что эти максимумы будут наблюдаться под одними и теми же углами Из таблицы находим, что в эксперименте 2 и 4 наблюдается одинаковое количество максимумов так, что Меньший период у решетки под номером 4, больший период у решетки под номером 2.
Ответ: 42.
Ответ: 42
Источник: Тренировочная работа по физике 28.04.2017, вариант ФИ10503
В лаборатории было проведено пять экспериментов по наблюдению дифракции с помощью различных дифракционных решёток. Каждая из решёток освещалась параллельными пучками монохроматического света с определённой длиной волны. Свет во всех случаях падал перпендикулярно решётке. Укажите сначала номер эксперимента, в котором наблюдалось наименьшее количество главных дифракционных максимумов, а затем – номер эксперимента, в котором наблюдалось наибольшее количество главных дифракционных максимумов.
| Номер эксперимента | Период дифракционной | Длина волны падающего света |
|---|---|---|
| 1 | 2d | |
| 2 | d | |
| 3 | 2d | |
| 4 | d/2 | |
| 5 | d/2 |
Решение.
Условие интерференционных максимумов дифракционной решетки имеет вид: При этом чем больше тем меньше будет видно дифракционных максимумов. Таким образом наименьшее количество главных дифракционных максимумов наблюдалось в эксперименте номер 5, а наибольшее - в эксперименте номер 1.
Ответ: 51.
Ответ: 51
Источник: Тренировочная работа по физике 28.04.2017, вариант ФИ10504
S λ = 600 нм помещён перед ширмой с двумя узкими щелями, находящимися на расстоянии d = 1,5 мм друг от друга. Из-за дифракции на этих щелях свет после ширмы расходится во все стороны, как от двух когерентных источников, и на экране, на расстоянии L = 3 м от ширмы со щелями, наблюдается интерференционная картина. Найдите период Δx
Решение.
S 1 и S 2 (см. рисунок).
S 1 и S 2 в точку А О А S 1 до точки В на луче S 2 А .
d = S 1 S 2 и АО = x АВS S 2 В ≈ d ∙ φ, где равен углу Значит,
mλ , где m x m на единицу, а Δ - на λ , равен
Ответ:
Источник: Тренировочная работа по физике 14.02.2018, вариант ФИ10303
На рисунке изображена интерференционная схема Юнга, в которой источник S монохроматического света с длиной волны λ = 500 нм помещён перед ширмой с двумя узкими щелями, находящимися на расстоянии d = 1 мм друг от друга. Из-за дифракции на этих щелях свет после ширмы расходится во все стороны, как от двух когерентных источников, и на экране, на расстоянии L = 2 м от ширмы со щелями, наблюдается интерференционная картина. Найдите период Δx этой картины, т. е. расстояние между интерференционными полосами на экране. Экран расположен параллельно ширме.
Решение.
1. Изобразим эквивалентную схему интерференционного опыта Юнга, где вместо щелей рассматриваются точечные источники света S 1 и S 2 (см. рисунок).
2. Найдем разность хода между лучами, идущими от источников-щелей S 1 и S 2 в точку А на расстоянии x от центра экрана, точки О , где эта разность хода, очевидно, равна нулю. Для этого проведем из центра ширмы отрезок в указанную точку А и опустим на него перпендикуляр от источника S 1 до точки В на луче S 2 А .
3. В силу того, что расстояния d = S 1 S 2 и АО = x много меньше расстояния до экрана L, треугольник АВS 1 - почти равнобедренный, и разность хода между лучами Δ = S 2 В ≈ d ∙ φ, где равен углу Значит,
4. Интерференционные максимумы наблюдаются при Δ = mλ , где m - целое число. Поэтому искомый период Δx интерференционной картины на экране, соответствующий изменению m на единицу, а Δ - на λ , равен
Ответ:
Источник: Тренировочная работа по физике 14.02.2018, вариант ФИ10304
На дифракционную решётку с периодом 1,2 мкм падает по нормали монохроматический свет с длиной волны 500 нм. Каков наибольший порядок дифракционного максимума, который можно получить в данной системе?
Решение.
Ответ: 2
На дифракционную решётку с периодом 1,2 мкм падает по нормали монохроматический свет с длиной волны 380 нм. Каков наибольший порядок дифракционного максимума, который можно получить в данной системе?
Решение.
Условие интерференционных максимумов дифракционной решётки имеет вид где - порядок дифракции. Модуль синуса максимально может быть равен единице, следовательно, этим и ограничивается максимальный порядок дифракции.
Ответ: 3.
d = 30 мкм и осветим её параллельным пучком рентгеновского излучения с длиной волны λ = 4,5 нм с углом падения на решётку α = 89,5° (скользящее падение лучей). Под каким углом γ к первоначальному пучку будет фиксироваться дифракционный максимум первого порядка? Считайте этот угол малым: Ответ выразите в градусах и округлите до целого числа.
Решение.
d
и условие главного дифракционного максимума первого порядка приобретает вид: то есть эффективный период решётки уменьшается до и при угле близком к 90°, может быть намного меньше d . Теперь можно найти угол
Для исследования рентгеновских лучей с длинами волн меньше 10 нм изготовить обычную дифракционную решётку с подходящим периодом не представляется возможным, однако есть способ обойти эту трудность. Возьмём обычную решётку с периодом d = 20 мкм и осветим её параллельным пучком рентгеновского излучения с длиной волны λ = 3 нм с углом падения на решётку α = 89,5° (скользящее падение лучей). Под каким углом γ к первоначальному пучку будет фиксироваться дифракционный максимум первого порядка? Считайте этот угол малым: Ответ выразите в градусах и округлите до целого числа.
Решение.
При скользящем падении лучей на дифракционную решётку с периодом d разность хода соседних лучей возникает как до их падения так и после их выхода из решётки ( где - угол дифракции, то есть угол между перпендикуляром к плоскости решётки и лучом). Таким образом, условие первого главного максимума для дифракции на решётке в данном случае имеет вид: или, согласно тригонометрической формуле,
По условию угол отклонения луча решёткой поэтому и Значит,