Физика для любознательных. Том 3. Электричество и магнетизм. Атомы и ядра

г) Поверхностное натяжение в ньютон/м (сила натяжения на единицу длины кромки мениска) есть в то же время механическая энергия в дж/м², необходимая для того, чтобы создать единицу площади новой поверхности.

д) Скорость диссипации энергии в сопротивлении обычно выражается в ваттах, но может быть выражена и в а²∙ом (используя соотношение P = I²R).

4. Назовите физическую величину, для измерения которой используется каждая из нижеуказанных единиц, и дайте ее значение в общепринятой системе единиц СИ:

(Пример: 1 А° — единица длины. Она равна 10^-10 м.)

а) 1 эв; б) 1 квт∙час; в) 1 световой год.

ЭКСПЕРИМЕНТЫ И ЗНАНИЯ

5. Опишите известные вам эксперименты (или те, которые демонстрировались вам на лекциях, или которые вы делали сами в лабораториях), показывающие, что:

а) импульс в столкновениях (даже неупругих) сохраняется.

б) постоянная сила создает постоянное ускорение.

6. Дайте короткий перечень экспериментов, которые встречались вам раньше, для любых трех из указанных ниже случаев, объяснив, как были получены результаты (~1 страница для каждого из трех случаев):

1) измерение радиуса Земли.

2) использование движения Луны в проверке гравитационного закона обратных квадратов.

3) измерение расстояния между Луной и Землей.

4) измерение расстояния между Венерой и Солнцем в единицах расстояния между Солнцем и Землей.

5) измерение величины гравитационной постоянной G, входящей в соотношение F = GM₁M₂/d².

СВЕДЕНИЯ О МОЛЕКУЛАХ

7. Какая количественная или качественная информация о молекулах содержится в каждом из нижеследующих пунктов? (Не отвечайте одним словом, а дайте короткое объяснение.)

а) броуновское движение.

б) поверхностное натяжение.

в) диффузия (рассеяние) паров брома.

г) площадь масляной пленки на воде.

д) измерения давления, объема и массы образца воздуха.

е) измерения удельной теплоемкости газа при различных температурах.

СВЕДЕНИЯ ОБ АТОМАХ

8. Напишите короткую заметку (несколько строк), характеризующую вклад каждого из следующих примеров в наши знания об атомах и (или) радиации:

а) рассеяние α-частиц в золоте.

б) картинки треков α-частиц в камере Вильсона, наполненной влажным гелием.

в) измерение е/m для электронов.

г) эксперименты по фотоэлектрическому эффекту.

д) интерференционные полосы Юнга, производимые светом.

е) дифракция рентгеновских лучей на кристаллах.

ж) дифракция электронов на кристаллах никеля.

з) наложение магнитного поля на камеру Вильсона, в которой получают фотографии треков.

9. Коротко опишите, как каждое из следующих экспериментальных открытий повлияло или какой вклад оно внесло в астрономические представления:

а) наблюдения Венеры Галилеем.

б) наблюдение Галилеем пятен на Солнце.

в) открытие Галилеем спутников Юпитера.

г) открытие Урана (1780 г.).

д) открытие Нептуна (1840 г.).

е) очень точные измерения положения Марса, сделанные астрономом Тихо Браге.

ж) измерения Холли и других исследователей, показавшие, что кометы движутся по вытянутым эллипсам.

10. Когда пучок электронов ускоряется в электрическом поле и затем отклоняется в магнитном, можно сделать измерения, которые дадут информацию, касающуюся электронов. Ми не получим величины заряда электрона, но измерения дадут нам другую величину, одну и ту же для всех электронов. Что это за величина, которую можно рассчитать по результатам этих измерений?

11. Физики часто описывают атомы следующим образом. Атомы малы, их линейные размеры порядка нескольких ангстрем. В них имеется много легко отделяемых электронов с малой массой и отрицательным зарядом. Почти вся масса атомов сконцентрирована в очень маленьких ядрах, которые несут положительный заряд (+Z электронных зарядов, если Z — порядковый номер элемента в периодической системе элементов, где элементы распределены по их атомным весам). Некоторые элементы имеют несколько видов ядер (изотопов) с различными массами, но с тем же самым зарядом. Существуют нестабильные атомы, которые самопроизвольно распадаются, излучая α-частицы, β-лучи и т. д. α-частица — это ядро атома гелия с зарядом +2е. Электроны в атомах намного легче, чем ядра (масса каждого составляет ~1/1800 массы всего атома водорода), отрицательно заряжены и все одинаковы. Внешние, слабо связанные электроны легко удаляются из атома при облучении его ультрафиолетовым светом. Детали такого описания атомов не являются фантазиями, рожденными воображением, чтобы «объяснить» природу. Это всего лишь набор экспериментальных фактов. Выберите несколько деталей данного выше описания атомов и опишите эксперименты, на которых они основаны. (Укажите вид использованной аппаратуры. Укажите основной путь, которым можно получить такое описание, — информацию из измерений или наблюдений. Не нужно давать детальных расчетов. Слово «несколько» указывает на значительную свободу выбора. Вы должны описать по крайней мере три различных вида экспериментов.)

КОЛЕБАНИЯ ПРУЖИНЫ

12. Ниже приведены значения длины некоторой стальной пружины, когда к ней подвешены разные грузы: