реферат бесплатно, курсовые работы
 

Ответы на экзаменационные вопросы по физике: 9 класс

Ответы на экзаменационные вопросы по физике: 9 класс

1. Механическое движение, его характеристики. Относительность скорости,

перемещения, траектории механического движения

[pic]

Механическим движением тела называется изменение положения тела в

пространстве относительно других тел с течением времени. При рассмотрении

вопросов, связанных с движением тел, можно не принимать во внимание размеры

тела. Тело, размерами которого в данных условиях можно пренебречь, называют

материальной точкой. Положение тела (точки) в пространстве можно определить

относительно какого-либо другого тела, выбранного за тело отсчета A. Тело

отсчета, связанная с ним система координат и часы составляют систему

отсчета. Характеристики механического движения тела: траектория (линия,

вдоль которой движется тело), перемещение (направленный отрезок прямой,

соединяющий начальное положение тела M1 с его последующим положением M2),

скорость (отношение перемещения ко времени движения - для равномерного

движения). Характеристики механического движения относительны, т. е. они

могут быть различными в разных системах отсчета. Например, за движением

лодки следят два наблюдателя: один на берегу в точке O, другой - на плоту в

точке O1 (см. рис.). Проведем мысленно через точку О систему координат XOY

- это неподвижная система отсчета. Другую систему X'O'Y' свяжем с плотом -

это подвижная система координат. Относительно системы X'O'Y' (плота) лодка

за время t совершает перемещение [pic]и будет двигаться со скоростью [pic].

Относительно системы XOY (берег) лодка за это же время совершит перемещение

[pic], [pic], где [pic]- перемещение плота относительно берега. Скорость

[pic] лодки относительно берега [pic] или [pic]. Скорость тела относительно

неподвижной системы координат равна геометрической сумме скорости тела

относительно подвижной системы и скорости этой системы относительно

неподвижной.

2. Виды механического движения - прямолинейное равномерное, прямолинейное

равноускоренное, равномерное движение по окружности

[pic]

В зависимости от формы траектории движение может быть прямолинейным и

криволинейным. Движение называется прямолинейным и равномерным, если за

любые сколь угодно малые равные промежутки времени тело совершает

одинаковые перемещения. Запишем математическое выражение этого определения

[pic]. Это значит, что перемещение определяют по формуле [pic], а

координату - по формуле [pic]. Движение тела, при котором его скорость за

любые равные промежутки времени изменяется одинаково, называется

равноускоренным движением. Для характеристики этого движения нужно знать

скорость тела в данный момент времени или в данной точке траектории, т. е.

мгновенную скорость, а также ускорение. Мгновенная скорость - это отношение

достаточно малого перемещения на участке траектории, примыкающей к этой

точке, к малому промежутку времени, в течение которого это перемещение

совершается. Ускорение - величина, равная отношению изменения скорости к

промежутку времени, в течение которого это изменение произошло. Иначе,

ускорение - это быстрота изменения скорости: [pic]. Отсюда формула

мгновенной скорости: [pic]. Перемещение при этом движении определяют по

формуле: [pic]. При равномерном движении по окружности углы поворота

радиуса за любые равные промежутки времени будут одинаковы. Поэтому угловая

скорость [pic], она измеряется в рад/с. При этом движении модуль скорости

постоянный, он направлен по касательной к траектории и постоянно меняет

направление (см. рис.), поэтому возникает центростремительное ускорение

[pic].

3. Законы Ньютона. Примеры проявления законов Ньютона в природе и

использование этих законов в технике

Первый закон Ньютона. Существуют такие системы отсчета, относительно

которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной,

если на него не действуют другие тела (или действия других тел

компенсируются). Этот закон часто называется законом инерции, поскольку

движение с постоянной скоростью при компенсации внешних воздействий на тело

называется инерцией. Второй закон Ньютона. Сила, действующая на тело, равна

произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение [pic]. [pic] -

ускорение прямо пропорционально действующей (или равнодействующей) силе и

обратно пропорционально массе тела. Третий закон Ньютона. Из опытов по

взаимодействию тел следует[pic], из второго закона Ньютона [pic]и[pic],

поэтому [pic]. Силы взаимодействия между телами: направлены по одной

прямой, равны по величине, противоположны по направлению, приложены к

разным телам (поэтому не могут уравновешивать друг друга), всегда действуют

парами и имеют одну и ту же природу. Законы Ньютона выполняются

одновременно, они позволяют объяснить закономерности движения планет, их

естественных и искусственных спутников. Иначе, позволяют предвидеть

траектории движения планет, рассчитывать траектории космических кораблей и

их координаты в любые заданные моменты времени. В земных условиях они

позволяют объяснить течение воды, движение многочисленных и разнообразных

транспортных средств (движение автомобилей, кораблей, самолетов, ракет).

Для всех этих движений, тел и сил справедливы законы Ньютона.

4. Взаимодействие тел: силы тяжести, упругости, трения. Примеры проявления

этих сил в природе и технике

[pic]

[pic]

Опыты с различными телами показывают, что при взаимодействии двух тел оба

тела получают ускорения, направленные в противоположные стороны. При этом

отношение абсолютных значений ускорений взаимодействующих тел равно

обратному отношению их масс[pic]. Обычно вычисляют ускорение одного тела

(того, движение которого изучается). Влияние же другого тела, вызывающего

ускорение, коротко называется силой. В механике рассматриваются сила

тяжести, сила упругости и сила трения. Сила тяжести - это сила, с которой

Земля притягивает к себе все тела, находящиеся вблизи ее поверхности

([pic]). Сила тяжести приложена к самому телу и направлена вертикально вниз

(рис. 1а). Сила упругости возникает при деформации тела (рис. 1б), она

направлена перпендикулярно поверхности соприкосновения взаимодействующих

тел. Сила упругости пропорциональна удлинению: [pic].Знак «-» показывает,

что сила упругости направлена в сторону, противоположную удлинению, k -

жесткость (пружины) зависит от ее геометрических размеров и материала.

Сила, возникающая в месте соприкосновения тел и препятствующая их

относительному перемещению, называется силой трения. Если тело скользит по

какой-либо поверхности, то его движению препятствует сила трения

скольжения[pic], где N - сила реакции опоры (рис. 2), ( - коэффициент

трения скольжения. Сила трения скольжения всегда направлена против движения

тела. Сила тяжести и сила упругости - это силы, зависящие от координат

взаимодействующих тел относительно друг друга. Сила трения зависит от

скорости тела, но не зависит от координат. Как в природе, так и в технике

эти силы проявляются одновременно или парами. Например, сила трения

увеличивается при увеличении силы тяжести. В быту часто полезное трение

усиливают, а вредное - ослабляют (применяют смазку, заменяют трение

скольжения трением качения).

5. 5. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Примеры проявления закона

сохранения импульса в природе и использования этого закона в технике

[pic]

Импульс тела - это произведение массы тела на его скорость ([pic]). Импульс

тела - величина векторная. Предположим, что взаимодействуют друг с другом

два тела (тележки) (см. рис.) с массами m1 и m2, движущиеся относительно

выбранной системы отсчета со скоростями [pic] и [pic]. На тела при их

взаимодействии действовали соответственно силы[pic]и[pic], и после

взаимодействия они стали двигаться со скоростями [pic] и [pic]. Тогда

[pic], [pic], t - время взаимодействия. Согласно третьему закону

Ньютона[pic], следовательно,[pic] или [pic]. В левой части равенства -

сумма импульсов обоих тел (тележек) до взаимодействия, в правой - сумма

импульсов тех же тел после взаимодействия. Импульс каждой тележки

изменился, сумма же осталась неизменной. Это справедливо для замкнутых

систем, к которым относят группы тел, которые не взаимодействуют с другими

телами, не входящими в эту группу. Отсюда вывод, т. е. закон сохранения

импульса: Геометрическая сумма импульсов тел, составляющих замкнутую

систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы

между собой. Примером проявления закона сохранения импульса является

реактивное движение. Оно наблюдается в природе (движение осьминога) и очень

широко в технике (водометный катер, огнестрельное оружие, движение ракет и

маневрирование космических кораблей).

6. Механическая работа и мощность. Простые механизмы. КПД простых

механизмов

[pic]

Физическая величина, равная произведению модуля силы на модуль перемещения

и косинус угла между ними, называется механической работой (см. рис.).

[pic]. Работа - величина скалярная. Измеряется работа в джоулях (Дж). 1 Дж

- это работа, совершаемая силой в 1 Н на перемещение 1 м. В зависимости от

направлений векторов силы и перемещения механическая работа может быть

положительной, отрицательной или равной нулю. Например, если векторы [pic]

и [pic] совпадают, то cos00 = 1 и A > 0. Если векторы [pic] и [pic]

направлены в противоположные стороны, то cos1800 = -1 и A < 0. Если же

[pic] и [pic] перпендикулярны, то cos900 = 0 и A = 0. Мощность машины или

механизма - это отношение совершенной работы ко времени, в течение которого

она совершена. [pic]. Измеряется мощность в ваттах (Вт), 1 Вт = 1 Дж/с.

Простые механизмы: наклонная плоскость, рычаг, блок. Их действие

подчиняется «золотому правилу механики»: во сколько раз выигрываем в силе,

во столько же раз проигрываем в перемещении. На практике совершаемая с

помощью механизма полная работа всегда несколько больше полезной. Часть

работы совершается против силы трения в механизме и перемещения его

отдельных частей. Например, применяя подвижный блок, приходится

дополнительно совершать работу по поднятию самого блока, веревки и по

преодолению силы трения в оси блока. Поэтому для любого механизма полезная

работа (AП) всегда меньше, чем полная, затраченная (AЗ). По этой причине

КПД = AП/AЗ • 100% любого механизма не может быть больше или хотя бы равен

100%.

7. Механические колебания (на примере математического или пружинного

маятников). Характеристики колебательных движений: амплитуда, период,

частота. Соотношение между периодом и частотой. График колебания

[pic]

[pic]

Механическими колебаниями называют движения тел, которые точно (или

приблизительно) повторяются через равные промежутки времени. Примерами

механических колебаний являются колебания математического или пружинного

маятников (рис. 1). Свободные (собственные) колебания совершаются под

действием внутренних сил колебательной системы, а вынужденные - под

действием сил, не входящих в колебательную систему. Колебательные движения

происходят, если: 1) сила, действующая на тело в любой точке траектории,

направлена к положению равновесия, а в самой точке равновесия равна нулю;

2) сила пропорциональна отклонению тела от положения равновесия. Для

пружинного маятника такой силой является сила упругости (FУПР = -k • x),

для математического - равнодействующая сил тяжести маятника и упругости

нити подвеса ([pic]F = - m • g • x / l). Координата колеблющегося тела

изменяется со временем по закону синуса [pic] и графически представлена в

виде синусоиды (рис. 2). Амплитуда (A) - наибольшее расстояние, на которое

удаляется тело от положения равновесия. Период (Т) - время одного полного

колебания. Частота - число колебаний за 1 секунду ([pic]). Период колебания

определяют: для пружинного маятника [pic]Т = 2п^т/Н', для математического

маятника [pic].

8. Механические волны. Длина волны, скорость распространения волны и

соотношения между ними. Звуковые волны. Эхо

Механические волны - это распространяющиеся в упругой среде возмущения

(отклонения частиц среды от положения равновесия). Если колебания частиц и

распространение волны происходят в одном направлении, волну называют

продольной, а если эти движения происходят в перпендикулярных направлениях,

- поперечной. Продольные волны, сопровождаемые деформациями растяжения и

сжатия, могут распространяться в любых упругих средах: газах, жидкостях и

твердых телах. Поперечные волны распространяются в тех средах, где

появляются силы упругости при деформации сдвига, т. е. в твердых телах. При

распространении волны происходит перенос энергии без переноса вещества.

Скорость, с которой распространяется возмущение в упругой среде, называют

скоростью волны. Она определяется упругими свойствами среды. Расстояние, на

которое распространяется волна за время, равное периоду колебаний в ней

(T), называется длиной волны ( (ламбда). [pic] или [pic]. Звуковые волны -

это продольные волны, в которых колебания частиц происходят вдоль ее

распространения. Скорость звука [pic] в различных средах разная, в твердых

телах и жидкостях она значительно больше, чем в воздухе. На границе сред с

упругими свойствами звуковая волна отражается. С явлением отражения звука

связано эхо. Это явление состоит в том, что звук от источника доходит до

какого-то препятствия, отражается от него и возвращается к месту, где он

возник, через промежуток времени не менее 1/15 с. Через такой интервал

времени человеческое ухо способно воспринимать раздельно следующие один за

другим звуки.

9. Потенциальная и кинетическая энергия. Примеры перехода энергии из одного

вида в другой. Закон сохранения энергии

Энергия - характеристика состояния тела. Кинетическая энергия - энергия

движущегося тела. Если на тело массой m действует постоянная сила P,

совпадающая с направлением движения, то работа [pic]. Но [pic], [pic],

тогда[pic]. Работа - мера изменения энергии. Кинетическая энергия[pic].

Работа действующих сил, приложенных к телу, равна изменению кинетической

энергии [pic]. При [pic], [pic]- кинетическая энергия равна работе, которую

должна совершить сила, действующая на тело, чтобы сообщить данную скорость.

Потенциальная энергия - энергия взаимодействия. Работа [pic]- потенциальная

энергия тела, поднятого на высоту h над нулевым уровнем (например, над

уровнем Земли). Знак «-» означает, что, когда работа силы тяжести

положительна, потенциальная энергия тела уменьшается. Потенциальная энергия

не зависит от скорости, а зависит от координаты тела (от высоты).

Потенциальная энергия деформированной пружины[pic]. Сумму кинетической и

потенциальной энергий тела называют его полной механической энергией.

Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами

тяготения или упругости, остается неизменной при любых движениях тел

системы. Это утверждение является законом сохранения энергии в механических

процессах. На примере свободно падающего тела можно показать, что при его

движении потенциальная энергия переходит в кинетическую. При этом

потенциальная энергия уменьшается ровно на столько, на сколько

увеличивается кинетическая энергия: [pic] или [pic], т. е. полная

механическая энергия во все время падения остается неизменной, хотя

потенциальная энергия превращается в кинетическую.

10. Представления о дискретном состоянии вещества. Газообразное, жидкое и

твердое состояния вещества. Опытное обоснование характера движения и

взаимодействия частиц, из которых состоят вещества в различных агрегатных

состояниях

Все вещества, независимо от их агрегатного состояния, состоят из огромного

числа частиц (молекул и атомов), эти частицы непрерывно и хаотически

движутся, а также взаимодействуют между собой. Эти положения имеют опытное

подтверждение. Опытным обоснованием дискретности строения вещества является

растворение краски в воде, приготовление чая и многие технологические

процессы. Непрерывность, хаотичность движения частиц вещества

подтверждается существованием ряда явлений: диффузии - самопроизвольного

перемешивания разных веществ вследствие проникновения частиц одного

вещества между частицами другого; броуновского движения - беспорядочного

движения взвешенных в жидкостях мелких частиц под действием ударов молекул

жидкости. О том, что частицы вещества взаимодействуют между собой, говорят

опытные факты: притяжение (слипание, смачивание, усилие при растяжении),

отталкивание (упругость, несжимаемость твердых и жидких тел). Силы

взаимодействия частиц вещества проявляются только на расстояниях, сравнимых

с размерами самих частиц. Агрегатное состояние вещества зависит от

характера движения и взаимодействия. Газообразное состояние (газы легко

сжимаются, занимают весь объем, имеют малую плотность) характеризуются

большими расстояниями и слабым взаимодействием частиц вещества; жидкое

состояние (жидкости практически не сжимаются, принимают форму сосуда)

характеризуется плотной упаковкой и ближним порядком в упаковке частиц;

твердое состояние (несжимаемы, кристаллическое строение) характеризуется

плотной упаковкой и дальним порядком в упаковке частиц.

11. Передача давления газами, жидкостями и твердыми телами. Закон Паскаля и

его применение в гидравлических машинах

[pic]

Твердые тела передают производимое на них давление в сторону действия силы.

Для определения давления (p) необходимо силу (F), действующую

перпендикулярно поверхности, разделить на площадь поверхности ([pic])-

Давление измеряют в паскалях: 1 Па = 1 Н/м2. Давление, производимое на

жидкость и газ, передается не только в направлении действия силы, а в

каждую точку жидкости или газа. Это объясняется подвижностью частиц газа и

жидкости. Закон Паскаля. Давление, производимое на жидкость или газ,

передается без изменения в каждую точку жидкости или газа. Подтверждением

закона являются опыты с шаром Паскаля и работа гидравлических машин.

Остановимся на работе этой машины (см. рис.). F1 и F2 - силы, действующие

на поршни, S1 и S2 - площади поршней. Давление под малым поршнем [pic]. Под

большим поршнем [pic]. По закону Паскаля p1=p2, т. е. давление во всех

точках покоящейся жидкости одинаково, или [pic], откуда [pic]. Машина дает

выигрыш в силе во столько раз, во сколько раз площадь большого поршня

больше площади малого. Это наблюдается в работе гидравлического пресса,

используемого для изготовления стальных валов машин, железнодорожных колес

или выжимания масла на маслобойных заводах, а также в гидравлических

домкратах.

12. Атмосферное давление. Приборы для измерения атмосферного давления.

Воздушная оболочка Земли и ее роль в жизнедеятельности человека

[pic]

Атмосфера - воздушная оболочка вокруг Земли, простирающаяся на высоту

нескольких тысяч километров. Вследствие действия силы тяжести воздушный

слой, прилегающий к Земле, сжат больше всего и передает производимое на

него давление по всем направлениям. В результате этого земная поверхность и

тела, находящиеся на ней, испытывают атмосферное давление. Впервые измерил

атмосферное давление итальянский физик Торричелли с помощью стеклянной

трубки, запаянной с одного конца и заполненной ртутью (см. рис.). Давление

в трубке на уровне аа создается силой тяжести столба ртути высотой h = 760

мм, в тоже время на поверхность ртути в чашке действует атмосферное

давление. Эти давления уравновешивают друг друга. Так как в верхней части

трубки после опускания ртутного столба осталось безвоздушное пространство,

то, измерив высоту столба можно определить численное значение атмосферного

давления по формуле: р = [pic] = 9,8 Н/кг ( 13 600 кг/м3 ( 0,76 м = 101 300

Па = 1013 ГПа.Приборами для измерения атмосферного давления являются

ртутный барометр и барометранероид. Принцип действия последнего основан на

сжатии пустотелой гофрированной металлической коробочки и передачи ее

деформации через систему рычагов на стрелку-указатель. Барометр-анероид

имеет две шкалы: внутренняя проградуирована в мм рт. ст. (1 мм рт. ст. =

133,3 Па), внешняя - в килопаскалях. Знание атмосферного давления весьма

важно для предсказания погоды на ближайшие дни. Тропосфера (нижний слой

Страницы: 1, 2


ИНТЕРЕСНОЕ



© 2009 Все права защищены.