Матеріали для Нової української школи 1 клас - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

ЗОВНІШНЄ НЕЗАЛЕЖНЕ ОЦІНЮВАННЯ 2018 - ФІЗИКА КОМПЛЕКСНЕ ВИДАННЯ

Частина I НАВЧАЛЬНИЙ ДОВІДНИК — З ПРИКЛАДАМИ ТА ЗАВДАННЯМИ

КОЛИВАННЯ І ХВИЛІ. ОПТИКА

3. ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ХВИЛІ

3.3. ШКАЛА ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ

Шкала електромагнітних хвиль — неперервна послідовність частот і довжин електромагнітних хвиль, що існують у природі.

• За способом випромінювання хвиль та у порядку збільшення їх частоти (зменшення довжини хвилі) розрізняють:

• Низькочастотне випромінювання та радіохвилі породжуються змінним електричним струмом.

• Інфрачервоне (теплове) випромінювання, видиме світло та ультрафіолетове випромінювання випускають збуджені атоми й молекули речовин.

Основна дія інфрачервоного випромінювання — нагрівання тіл, на які воно потрапляє. Застосовують у приладах нічного бачення, деякі істоти бачать саме у інфрачервоному діапазоні.

Основний вплив ультрафіолетових променів хімічний та біологічний (руйнування сітківки ока, вироблення вітаміну D, руйнування бактерій).

• Рентгенівське випромінювання виникає під час різкого гальмування швидких електронів (гальмівне випромінювання). У рентгенівській трубці (рис. 3.6) гальмування електронів при їх зіткненні з анодом приводить до випромінювання рентгенівських променів:

hvmax = eU,

де — енергія квантів рентгенівського випромінювання, eU = Wк — кінетична енергія електронів у момент удару.

Рис. 3.6

Атоми анода внаслідок збудження при бомбардуванні швидкими електронами також випромінюють рентгенівські промені (характеристичне рентгенівське випромінювання).

Рентгенівське випромінювання з порівняно великою довжиною хвилі (м'яке рентгенівське випромінювання) використовують у медицині. Жорстке рентгенівське випромінювання — у дефектоскопії.

• Хвилі гамма-випромінювання випускають збуджені атомні ядра. Гамма-промені виникають у ході ядерних реакцій та взаємних перетворень елементарних частинок.

♦ Зі збільшенням частоти електромагнітних хвиль:

1) поступово менш помітними стають їх хвильові властивості, а квантові властивості виступають на перший план;

2) збільшується проникна здатність випромінювання;

3) збільшується хімічна дія, оскільки збільшується енергія квантів: E = hv.

ПРИКЛАДИ РОЗВ'ЯЗУВАННЯ ТЕСТОВИХ ЗАВДАНЬ

1. Монохроматична електромагнітна хвиля (ЕМХ) поширюється у вакуумі. Укажіть правильне твердження.

А Період хвилі змінюється.

Б Довжина хвилі — де кількість коливань у хвилі за одиницю часу.

В Електричне поле хвилі напрямлене в бік її поширення.

Г Магнітне йоле ЕМХ перпендикулярне до її електричного поля.

Обґрунтування вибору відповіді

□ Твердження А є неправильним. Період — це інтервал часу, через який коливання повністю повторюється. Оскільки хвиля — процес поширення коливань із часом — являє собою повторювані процеси, то період хвилі є величиною незмінною.

□ Твердження Б є неправильним. Довжина хвилі — цe відстань між найближчими точками, що коливаються в однакових фазах.

□ Твердження В є неправильним. Напрямки коливних векторів напруженості електричного поля й індукції магнітного поля перпендикулярні до напрямку поширення хвилі.

□ Твердження Г є правильним. ЕМХ — це поперечна хвиля, тому вектори i в електромагнітній хвилі перпендикулярні один до одного й до напрямку поширення хвилі.

Відповідь: Г.

2. Укажіть, яке з чотирьох тверджень щодо властивостей електромагнітної хвилі (ЕМХ) є правильним.

А ЕМХ — поперечна хвиля.

Б Швидкість поширення ЕМХ в речовині дорівнює швидкості поширення світла у вакуумі.

В Заряд, що рухається рівномірно прямолінійно, випромінює ЕМХ.

Г Електричне і магнітне поля ЕМХ коливаються в протифазі.

Обґрунтування вибору відповіді

□ Твердження А є правильним. Електромагнітна хвиля — це процес поширення в просторі з часом вільного електромагнітного поля.

Оскільки в електромагнітній хвилі i змінюються у взаємно перпендикулярних площинах, перпендикулярних до напрямку поширення, електромагнітна хвиля поперечна.

□ Твердження Б є неправильним. Швидкість поширення електромагнітних хвильу вакуумі с = ; с ≈ 3 ∙ 108 м/с. Швидкість поширення ЕМХ в речовині в разу менша, ніж у вакуумі: v = .

Поширення ЕМХ в речовині являє собою процес безперервного поглинання й перевипромінювання електромагнітної енергії електронами та йолами речовини. Через це перевипромінювання й зменшується швидкість електромагнітних хвиль у діелектрику.

□ Твердження В є неправильним. Електричний заряд, що рухається в порожнечі рівномірно, не випромінює енергії. Цей факт очевидний із принципу відносності, який полягає в тому, що всі інерціальні системи відліку рівноправні. У системі, що рухається із зарядом, він є нерухомим, а нерухомі заряди не випромінюють.

Інакша картина виникає в тому разі, коли заряд під дією зовнішніх сил рухається з прискоренням. Поле, що має енергію, образно кажучи, відривається від заряду й випромінюється в простір зі швидкістю світла.

Випромінювання відбувається доти, доки на заряд діє зовнішня сила, яка надає йому прискорення. Тільки заряди, що рухаються з прискоренням, можуть передавати енергію через утворюване ними електромагнітне поле.

□ Твердження Г є неправильним. Коливання векторів i у будь-якій точці збігаються у фазі. Відстань між двома найближчими точками, у яких коливання відбуваються в однакових фазах,— це довжина хвилі .

Відповідь: А.

3. Для організації радіомовлення в межах кількох сотень кілометрів використовують радіохвилі певного діапазону. Укажіть правильне твердження.

А Це хвилі надвисоких частот.

Б Це середні й довгі хвилі.

В Це короткі хвилі.

Г Це ультракороткі хвилі.

Обґрунтування вибору відповіді

□ Твердження А є неправильним. Мікрохвилі й радіохвилі діапазону надвисоких частот (НВЧ) мають довжину від 300 мм до 1 мм, вони практично не поглинаються атмосферою й тому широко використовуються в супутниковому та стільниковому зв'язку й інших телекомунікаційних системах.

Розмір типової супутникової тарілки якраз дорівнює кільком довжинам таких хвиль. Крім того, хвилі надвисоких частот використовують у радіолокації.

□ Твердження Б є правильним. Дальність радіомовлення на довгих хвилях визначається потужністю радіопередавача, ефективністю передавальної антени й поглинальним и параметрами земної поверхні. Це єдиний діапазон, який дозволяє забезпечувати радіомовлення в гірських районах.

Середні хвилі забезпечують упевнений (безтіньовий) прийом у середньопересіченій місцевості й в умовах залізобетонної багатоповерхової міської забудови; уночі можуть поширюватися на дуже великі відстані завдяки відбиттю в йоносфері; удень придатні тільки для місцевого мовлення.

□ Твердження В є неправильним. Короткі хвилі поширюються на великі відстані тільки завдяки багаторазовому відбиттю від йоносфери та поверхні Землі.

Оскільки йонізований шар є нестійким і змінюється залежно від часу доби та радіаційного випромінювання Сонця, то чутність нестійка, супроводжується зникненням прийому або посиленням гучності (фединг). Однак передавачі малої потужності можуть здійснювати передачу на значні відстані.

□ Твердження Г є неправильним. Ультракороткі хвилі поширюються прямолінійно у вигляді вузьконапрямленого променя. Вони широко використовуються в радіолокації (легко можуть відбиватися від порівняно малих провідних об'єктів), у космічному радіозв'язку (можуть проходити через шар йоносфери з малим поглинанням), у телебаченні (дають широку смугу частот: відеозображення, звуковий супровід, сигнали синхронізації).

Відповідь: Б.

4. Тривалість імпульсу радіолокатора 2 мкс. Укажіть правильне твердження.

А Мінімальна дальність виявлення цілі менша за 500 м.

Б Для роботи радіолокаторів використовують явище поглинання електромагнітних хвиль.

В У радіолокації використовують діапазон середніх і коротких хвиль.

Г Чим частіше йдуть один за одним імпульси, тим більша максимальна дальність виявлення цілі радіолокатором.

Обґрунтування вибору відповіді

□ Твердження А є правильним. Оскільки радіолокатор здатний приймати відбиті сигнали лише після закінчення випромінювання чергового імпульсу, то

smin = = = 300 (м).

□ Твердження Б є неправильним. У сучасній техніці широко застосовують відбиття радіохвиль різноманітними перешкодами. Виявлення різних об'єктів і визначення їхнього розташування за допомогою радіохвиль називають радіолокацією.

□ Твердження В є неправильним. Помітне відбиття радіохвиль відбувається у тому разі, коли лінійні розміри цілі перевищують довжину хвилі, на якій працює радіолокатор. Тому радіолокаційні станції працюють у діапазоні дециметрових, сантиметрових і навіть міліметрових хвиль.

□ Твердження Г є неправильним. Для визначення відстані до цілі застосовують імпульсний режим випромінювання. Передавач випромінює хвилі короткотривалими імпульсами. Тривалість кожного імпульсу становить мільйонні частки секунди, а інтервал між імпульсами приблизно в 1000 разів більший. Під час пауз приймаються відбиті хвилі.

Відповідь: А.

5. Радіоприймач розрахований на приймання УКХ (64,5 - 73 МГц). Індуктивність вхідного коливального контуру дорівнює 2 мкГн. Укажіть правильне твердження.

А Радіоприймач може приймати передачі на довжині хвилі 4,5 м.

Б Ємність коливального контуру можна зробити більше за 4 пФ.

В Якщо збільшити індуктивність контуру, можна буде приймати хвилі з вищою частотою.

Г Якщо зменшити ємність контуру, можна буде приймати хвилі з більшою довжиною. Обґрунтування вибори відповіді

□ Твердження А є правильним. Довжина хвилі та частота пов'язані співвідношенням

= ,

де с — швидкість поширення радіохвиль (швидкість світла).

Тому діапазон довжин хвиль, що їх приймає радіоприймач, лежить у межах від

1 = = 4,1 (м) до 2 = (м).

□ Твердження Б є неправильним. Із формули Томсона Т = 2 та співвідношення = сТ маємо С = .

Звідси знаходимо максимальну ємність коливального контуру:

С = = 3 ∙ 10-12 (Ф) = 3 (пФ).

□ Твердження В є неправильним. Якщо збільшити індуктивність контуру, то відповідно до формули Томсона Т = 2 збільшиться й період коливань, а оскільки частота пов'язана з періодом співвідношенням v = , то можна буде приймати тільки хвилі з нижчою частотою.

□ Твердження Г є неправильним. Якщо зменшити ємність контуру, то, відповідно до формули Томсона Т = 2, зменшиться й період коливань, а оскільки довжина хвилі пов'язана з періодом співвідношенням Х = сТ, то можна буде приймати тільки хвилі з меншою довжиною.

Відповідь: А.

6. Максимальна сила струму у вхідному контурі радіоприймача Imах = 4 мА, а максимальна напруга на конденсаторі Umax = 0,4 В. Якою є довжина (в метрах) приймальних радіохвиль, якщо індуктивність вхідного контуру L = 17 мкГн?

Розв'язання

Згідно із законом збереження енергії максимальна енергія електричного поля конденсатора дорівнює максимальній енергії магнітного поля котушки:

= .

Звідси С = .

Довжина приймальних радіохвиль = сТ = 2.

Підставивши одержане значення С, маємо: = .

Перевірка одиниць величин:

[] = = = м.

=

Відповідь: 320 м.

ТЕСТОВІ ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО РОЗВ'ЯЗАННЯ

1. Установіть відповідність між джерелом та видом електромагнітного випромінювання, що в основному генерує дане джерело.

1 Генератор незатухаючих електромагнітних коливань

2 Кварцева лампа

3 Лампа денного світла

4 Батарея опалення

А Інфрачервоне випромінювання

Б Ультрафіолетове випромінювання

В Видиме світло

Г Радіохвилі

Д Рентгенівське випромінювання

2. Установіть відповідність між фізичною величиною, яка характеризує електромагнітні хвилі, та математичним виразом, за допомогою якого її можна обчислити.

1 Довжина хвилі у вакуумі

2 Густина енергії

3 Відстань до об'єкта, визначена за допомогою радіолокації

4 Максимальна енергія квантів рентгенівського випромінювання

А eU

Б

В

Г

Д 0E2

3. Установіть відповідність між видом електромагнітного випромінювання та об'єктом, який його випромінює.

1 Інфрачервоне випромінювання

2 Рентгенівське випромінювання

3 Гамма-випромінювання

4 Низькочастотне випромінювання

А Змінний струм

Б Збуджені атоми

В Атомні ядра

Г Електрони під час гальмування

Д Постійний струм

4. Сила струму у коливальному контурі радіопередавача змінюється за законом i = 0,8 sin106t. Установіть неправильне твердження. Доведіть, що інші твердження є правильними.

А Довжина електромагнітної хвилі, па якій працює радіопередавач, дорівнює 600 м.

Б Максимальний заряд на пластинах конденсатора коливального контуру менший, ніж 800 нКл.

В Якщо збільшувати ємність конденсатора коливального контуру, то довжина хвилі, яку випромінює радіопередавач, також збільшиться.

Г Швидкість поширення електромагнітної хвилі залишається незмінною незалежно від того, у якому середовищі вона поширюється.

5. Коливальний контур радіоприймача складається із плоского повітряного конденсатора ємністю С та котушки індуктивністю L. Установіть правильне твердження. Обґрунтуйте, чому інші твердження є неправильними.

А Якщо площу перекриття пластин конденсатора зменшити у 4 рази, то довжина хвилі, на яку буде налаштований радіоприймач, збільшиться вдвічі.

Б Якщо послідовно до конденсатора приєднати такий самий конденсатор, то частота власних коливань контуру зменшиться вдвічі.

В Якщо паралельно до конденсатора приєднати конденсатор втричі більшої ємності, то коливальний контур буде резонувати на хвилю вдвічі більшої довжини.

Г Якщо простір між обкладками конденсатора заповнити діелектриком, то довжина хвилі, на яку буде налаштований радіоприймач, зменшиться.

6. Радіолокатор працює на довжині хвилі 5 см і випромінює імпульси тривалістю 1,5 мкс із частотою 4000 імпульсів за секунду. Установіть правильне твердження. Обґрунтуйте, чому інші твердження є неправильними.

А У кожному імпульсі міститься 9000 коливань.

Б Найбільша відстань виявлення об'єкта становить 40 км.

В Радіолокатор не виявить об'єкт, якщо він буде знаходитися на відстані менш ніж 450 м.

Г Частота електромагнітної хвилі, на якій працює радіолокатор, дорівнює 15 ГГц.

7. Котушка приймального контуру радіоприймача має індуктивність 1 мкГн. Чому дорівнює ємність конденсатора (в мікрофарадах), якщо йде приймання станції, що працює на довжині хвилі 900 м?









загрузка...

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами. Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посилання на сайт, будьте вдячними ми затратили багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2008-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.