В опыте по изучению фотоэффекта катод освещается жёлтым светом, в результате чего в цепи возникает электрический ток (рис.1). зависимость показаний амперметра I от напряжения U между катодом и анодом приведена на рисунке 2. Используя законы фотоэффекта, и предполагая, что отношение числа фотоэлектронов к числу поглощённых фотонов не зависит от частоты света, объясните, как изменится представленная зависимость I(U), если освещать катод зелёным светом, оставив мощность поглощённого катодом света неизменной.

Чтобы ответить на вопрос задачи, необходимо вспомнить законы Столетова для фотоэффекта и основные формулы квантовой физики.

Для начала, вспомним, как изменяется энергия падающих фотонов при замене света с жёлтого на зелёный (знание значений длин волн видимого диапазона — необходимы для решения многих задач по физике в 11 классе). Длина волны зелёного света меньше, чем у жёлтого, следовательно (согласно формуле Планка) энергия фотонов увеличивается.

Согласно уравнению Эйнштейна для фотоэффекта, энергия фотона идёт на совершение работы выхода и на сообщение электронам кинетической энергии. Причём работа выхода не зависит от частоты (длины волны) падающего света. То есть кинетическая энергия фотоэлектронов (запирающее напряжение) пропорциональна частоте падающего света. И если частота и энергия фотона увеличивается, то увеличивается запирающее напряжение. Следовательно, крайняя левая точка на графике сместится влево.

Мощность поглощённого света пропорциональна энергии фотонов и их количеству. Так как мощность излучения (по условию задачи) не изменяется, а энергия фотона увеличивается, то уменьшается количество фотонов, попадающих на анод. Следовательно, сила тока насыщения уменьшается. Горизонтальная часть графика сместится ниже.

Запись Задача на законы Столетова впервые появилась Физика дома.

В горизонтальном сосуде, закрытом поршнем, находится разрежённый газ. Максимальная сила трения между поршнем и стенками сосуда составляет F_{тр макс}, а площадь поршня равна S. На рТ – диаграмме показано, как изменялось давление и температура разряженного газа в процессе его нагревания. Как изменялся объём газа (увеличивался, уменьшался или же оставался неизменным) на  участках 1-2 и 2-3? Объяснить причину такого изменения объёма газа в процессе его нагревания, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения.

Решение данной задачи начнём с анализа участков графика зависимости давления от температуры.

Участок 1-2 является изохорным процессом, поскольку зависимость давления от температуры прямо пропорциональная. Следовательно, объём газа на этом участке — остаётся постоянным.

На участке 2-3 с газом идёт изобарный процесс нагревания газа. С увеличением температуры объём газа увеличивается.

Если написать ещё и пару формул изохорного и изобарного процессов, то, в принципе, задача будет решена. Но, есть одно но….!

Процесс изменения объёма газа надо объяснить с использованием тех величин, которые указаны в задаче, в частности, силы трения между поршнем и стенками сосуда. Поэтому данное объяснение будет неполным.

Для того, чтобы объяснить задачу до конца, делаем рисунок и указываем силы, действующие на поршень.

Итак, на поршень действуют силы: сила давления газа (которая увеличивается при нагревании газа на участке 1-2), сила атмосферного давления, и сила трения. (Сила тяжести компенсируется силой реакции стенок сосуда).

Объём газа на участке 1-2 не изменялся (поршень оставался неподвижным), так как сила давления газа была меньше суммы сил давления атмосферы и силы трения.

В точке 2 сила давления газа становится равна сумме сил атмосферного давления и силы трения. Именно поэтому поршень начинает равномерно двигаться, а объём газа на участке 2-3 — увеличиваться.

Важно! В условии задачи ничего не говориться об атмосферном давлении. Поэтому ошибки не будет, если в ответе ничего не будет написано о силе атмосферного давления. Все остальные рассуждения остаются в силе!

Запись Газ в горизонтальном сосуде впервые появилась Физика дома.

В вертикальном цилиндрическом сосуде находится воздух, водяной пар и кали воды на стенках сосуда. Поршень начинают медленно поднимать, увеличивая объём сосуда. В середине процесса подъёма поршня, капли воды в сосуде исчезают, температура пара остаётся неизменной в течение всего процесса подъёма поршня. Как будет меняться при этих процессах влажность воздуха в сосуде? Ответ поясните, указав какие физические явления и закономерности Вы использовали для  объяснения.

Данная задача является ещё одним подтверждением, что для того, чтобы правильно отвечать на вопросы по теме «Влажность воздуха», нужно чётко представлять себе все процессы, происходящие в системе, с молекулярной точки зрения.

Как обычно, ответ на вопрос задачи начинаем с анализа начальных условий.

Раз в начальный момент времени в сосуде находится воздух, водяной пар и кали воды на стенках сосуда, следовательно водяные пары являются насыщенными и влажность воздуха в начальный момент времени равна 100%.

В процессе увеличения объёма, количество капелек воды на стенках сосуда будет уменьшаться — капли начнут испаряться. Таким образом в сосуде до середины процесса влажность воздуха будет оставаться 100%: водяной пар и находящаяся там вода будут находится в состоянии динамического равновесия. За счёт испарения концентрация водяных паров в сосуде будет оставаться постоянной.

Как только все капли испаряться, влажность воздуха, по мере поднятия поршня начнёт уменьшаться — водяной пар перестаёт быть насыщенным.

Концентрация водяного пара будет уменьшаться за счёт увеличения объёма сосуда, и, следовательно, парциальное давление водяного пара будет уменьшаться  (согласно основного уравнения МКТ — p=nkT), тогда как давление насыщенных водяных паров (табличная величина) при неизменной температуре процесса будет оставаться постоянным.

Запись Изменение влажности воздуха впервые появилась Физика дома.

Запись Задания для подготоки к экзамену впервые появилась Физика дома.

Электрическая цепь состоит из батареи и ЭДС Е=4 В и внутренним сопротивлением r , подключённого к ней резистора нагрузки с  сопротивлением R. При изменение сопротивления нагрузки изменяется напряжение на ней и мощность.

Используя известные Вам физические законы, нарисовать график изменения мощности, выделяющейся на нагрузке, в зависимости от напряжения на нагрузке. Объясните вид данного графика.

Для построения графика изменения мощности от напряжения на нагрузке, необходимо вспомнить ряд формул из обозначенных в начале решения тем. А именно: законы Ома для участка цепи и полной цепи, формулу мощность тока.

По виду формулы, видим, что данная функция представляет собой квадратичную зависимость (неполное квадратное уравнение), причём ветви параболы направлены вниз (коэффициент, стоящий перед квадратичным слагаемым, отрицателен). Определяем точки пересечения графика с осью напряжений, а далее строим график изменения мощности от напряжения на нагрузке в осях (PU).Зная значение внутреннего сопротивления, можно было бы определить вершину параболы — максимальную мощность, выделяющуюся на нагрузке.

Запись График зависимости мощности впервые появилась Физика дома.

Два плоских воздушных конденсатора подключены к одинаковым источникам электрического напряжения и одинаковым лампам, как показано на рисунке а и б.  Конденсаторы имеют одинаковую площадь пластин, но различаются расстояния между пластинами. В некоторый момент времени ключи переводят из положения 1 в положение 2. Опираясь на законы электродинамики, объясните, в каком из приведённых опытов по переключению ключа лампа вспыхнет ярче. Сопротивлением соединяющих проводов пренебречь.

Для ответа на вопрос, поставленный в задаче, необходимо вспомнить несколько формул, относящихся к теме «Конденсаторы». А именно: формулу для вычисления ёмкости конденсатора и формулу для расчёта энергии заряженного конденсатора, в частности — эту.

Так как расстояние между пластинами во втором случае больше, следовательно конденсатор, изображённый на рисунке б имеет меньшую ёмкость (электрическая ёмкость конденсатора обратно пропорциональна расстоянию между пластинами), чем конденсатор на рисунке а. И так как конденсаторы в обоих случаях подключены к одинаковому источнику напряжению, то первый конденсатор будет обладать большей энергией, чем второй. И при разрядке конденсатора, изображённого на первой схеме, лампочка вспыхнет ярче, чем на второй.

Важно! Для сравнения энергий конденсаторов выбираем именно ту формулу, которая указана в задаче, так как напряжение одинаковое.

Внимание! Тексты других задач части С вы можете найти на этой странице.

Запись Разрядка заряженного конденсатора впервые появилась Физика дома.

При освещении дифракционной решетки с периодом d ,белым светом на экране получается дифракционная картина в виде центрального максимума белого света и побочных цветных максимумов. Объясните, в каком порядке расположены цвета в побочных максимумах. Как изменится вид дифракционной картины при замене дифракционной решётки, используемой при проведении опытов,  решёткой с периодом 2d? Ответ поясните, объяснив какими физическими закономерностями Вы пользовались.

Для ответа на вопрос, необходимо знать формулу дифракционной решётки и представлять вид той дифракционной картины, которая будет наблюдаться на экране. Кроме этого, надо знать диапазон длин волн для видимой части спектра (длина волны красного света — 750 нм, длина волны фиолетового — 400 нм).

Итак, запишем формулу дифракционной решётки.Поскольку угол, под которым мы наблюдаем дифракционный максимум k — го порядка мал, используем формулы приближённого вычисления. Имеем:где х — это расстояние от центрального максимума до максимума k-го порядка, а L — расстояние от дифракционной решётки до экрана. Заменяя sin  угла отношением длин х и L, получаем:Отсюда определяем х. Имеем:Эту последнюю формулу и будем использовать для ответа на вопрос, поставленный в задаче.

Из формулы видно, что расстояние от центрального максимума до максимума k-го порядка прямо пропорционально длине волны. Следовательно, для максимума одного и того же порядка фиолетовые лучи будут находиться ближе к центральному максимуму, а красные — дальше (почти в два раза). То есть расположение цветов в побочных максимумах от центрального будет следующее: фиолетовый, синий, голубой, зелёный, желтый, оранжевый и красный).

Для ответа на второй вопрос, исследуем зависимость расстояния х от периода дифракционной решётки. Из формулы видно, что зависимость обратная. А значит, что при замене дифракционной решетки с периодом d на решётку с периодом 2d, дифракционная картина изменится: дифракционные максимумы сместятся ближе к центру.

Запись Задача по теме «Волновая оптика» впервые появилась Физика дома.

На схеме на рисунке сопротивление резистора и полное сопротивление реостата равны R, ЭДС батарейки равна Е, ее внутреннее сопротивление ничтожно мало. Как ведут себя (увеличиваются, уменьшаются, остаются неизменными) показания идеального вольтметра при перемещении ползунка реостата из крайнего верхнего в крайнее нижнее положение? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.

Для ответа на вопрос, прежде всего нужно иметь четкое представление, что такое реостат , да и знание понятия «идеальный вольтметр» — тоже не помешает.

В задачах, где присутствует идеальный вольтметр, сопротивление этого электроизмерительного прибора считается бесконечно большим, а следовательно много больше сопротивления реостата, включенного последовательно с вольтметром.

Когда ползунок находится в крайнем верхнем положении, сопротивление реостата равно R, а сопротивление внешней ветви (состоит из реостата и вольтметра) бесконечно большое. Ток пойдет только по резистору, а вольтметр будет показывать напряжение на этом резисторе, равное ЭДС источника тока, так как внутренним сопротивлением источника тока мы пренебрегаем.

При перемещении ползунка реостата вниз, его сопротивление уменьшается, так как длина активной части уменьшается. И когда ползунок реостата достигает крайнего нижнего положения, его сопротивление становится равно нулю, а ток опять будет протекать только через резистор — по внешней ветке ток не идёт. И опять вольтметр будет показывать напряжение на резисторе, равное ЭДС источника тока.

То есть, согласно приведённым рассуждениям, показания идеального вольтметра не изменятся.

Если вольтметр — не идеален, то он будет обладать конечным электрическим сопротивлением, и для ответа на вопрос надо будет использовать законы постоянного тока.

Запись Задача с реостатом и вольтметром. впервые появилась Физика дома.

К колебательному контуру подсоединили источник тока на клеммах которого напряжение гармонически меняется с частотой.

Электроемкость конденсатора колебательного контура можно плавно менять от минимального значения С_мин до максимального С_макс, а индуктивность его катушки постоянна.

Ученик постепенно увеличивал ёмкость конденсатора от минимального значения, до максимального и обнаружил, что амплитуда силы тока все время возрастала. Опираясь на свои знания по электродинамике, объясните наблюдения ученика.

К данной задаче не прилагался рисунок, но что представляет из себя колебательный контур учащиеся 11-го класса должны знать.

Итак, колебательный контур представляет из себя систему, состоящую из катушки индуктивности и конденсатора (в данной задаче — конденсатора переменной ёмкости). Собственная частота колебаний такого контура определяется по формуле:

Причём, к контуру подсоединяется источник переменного тока, следовательно, имеем цепь переменного тока. При увеличении ёмкости конденсатора, уменьшается полное сопротивление цепи, вычисляемое по формуле

а, следовательно, увеличивается сила тока в цепи (согласно закону Ома):

Так как сила тока всё время увеличивается, то явления резонанса не возникает. То есть изменяющаяся собственная частота колебаний контура не совпадает с изменяющейся частотой источника тока.

Запись Задача с колебательным контуром впервые появилась Физика дома.

Запись Задачи части 3 варианта 2013 года по физике впервые появилась Физика дома.