Эрик Роджерс - Физика для любознательных. Том 3. Электричество и магнетизм. Атомы и ядра

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.

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 +2 е . 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.)

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

а) Предскажите полную длину пружины при подвешенном грузе массы 1,8 кг.

б) Предскажите полную длину пружины при подвешенном грузе 5,45 кг.

в) На каких физических соображениях вы основываете предсказания а) и б) ?

г) Считаете ли вы оба предсказания а) и б) одинаково надежными? Объясните.

д) Подвешенный к пружине груз 0,9 кг оттягивают ниже положения равновесия и затем отпускают. Груз начинает колебаться в вертикальном направлении. Почему можно ожидать, что груз будет совершать простые гармонические колебания?

е) Предскажите значение амплитуды (максимальное смещение груза от положения равновесия в каждом цикле) для простого гармонического колебания, описанного в пункте д) .

ж) Укажите четкое основание для вашего предсказания.

з) Предскажите амплитуду простого гармонического колебания, совершаемого подвешенным к пружине грузом 1,8 кг.

и) Физик-теоретик замечает, что при ответе на вопрос, содержащийся в пункте д) , используются те же аргументы, что и при ответе на вопрос в пункте е) ; поэтому он пользуется ими и для предсказания амплитуды простых гармонических колебаний, совершаемых грузом 2,7 кг. Эксперимент показывает, что это предсказание неверно для определенной пружины с перечисленными свойствами. Предложите объяснение.

13. С пятью одинаковыми прямоугольными брусками проделывают следующее:

Один оставляют свободным (тело А ), два скрепляют тонким горизонтальным стержнем в виде гантели В , два оставшихся сплавляют вместе в один брусок С той же самой формы и плотности, но больший по величине (фиг. I).

Фиг. I.

а) Когда А, В и С свободно падают в воздухе, они находятся в движении одного типа. Какое вы делаете заключение из этого наблюдения? (~3 строчки).

б) Когда А, В и С падают в воде, каждый из них сначала ускоряется, затем у каждого устанавливается постоянная скорость, которая сохраняется до конца движения. Почему у них устанавливается и затем сохраняется постоянная скорость? (~3 строчки).

в) Падая в воде, А и В достигают одной и той же конечной скорости, в то время как большее тело С — другой.

1) Будет ли скорость тела С больше или меньше скорости А и В ?

2) Объясните корректно, почему скорость у С другая, чем у А и В .

14. а) Какое соотношение можно предположить, исходя из «здравого смысла», между силой F B, разрывающей проволоку, и ее диаметром d ?

б) Предположим, что экспериментатор, измеряющий силу F Bдля нескольких стальных проволок разного диаметра, но одинакового состава, хочет изобразить свои измерения в виде графика, точки которого лежат на прямой линии. Если он будет откладывать по оси ординат вверх F B, то что он должен отложить по оси абсцисс, чтобы получить прямую линию ( d , 1/ d , √ d и т. д.)?