Тексты по физике
материал по физике (11 класс)

Тексты для экзамена:

1. Текст по разделу «Механика», содержащий описание опыта. Задания на определения (или формулировку)гипотезы опыта, условия его проведения и выводов.

Удивительный песок

Само разнообразие свойств песка достойно удивления. Сухой, он текуч, подобно воде. Однако в отличие от жидкости без труда выдержит вес человека, прогуливающегося вдоль берега. Даже в состоянии покоя песок ведет себя странным образом. Кажется очевидным, что, оказавшись под 30 - метровой кучей песка, человек испытывает гораздо больше давление, чем под 3-метровой. Однако это не так. Давление жидкости на дно сосуда возрастает пропорционально высоте её уровня. Давление же сыпучего материала на основание сначала растет, потом достигает максимума и далее остается неизменным. Силы, действующие между частицами песка, переносят избыточное давление на стенки резервуара.

Наберите две пригоршни сухого песка и медленно высыпайте его между ладонями. Обратите внимание на то, что вначале высыпаются песчинки, лежащие непосредственно над отверстием. А затем песчинки из верхнего слоя песка, в котором образуется воронка. Воронка все равно образуется точно по вертикали над отверстием. Что мешает раньше высыпаться другим песчинкам, расположенным вокруг отверстия в нижних слоях, т.е. ближе к нему?

Продолжим эксперимент. Возьмем лист бумаги, свернем его в трубочку, положим горизонтально и засыплем снаружи сухим песком. Конструкция из бумаги будет выдерживать довольно большие нагрузки, прочность ей придает не только трубчатая форма; нужно, чтобы вокруг трубки и сверху толстым слоем лежал сухой песок. Почему песок не расплющивает трубку, даже если надавить сверху на песок ладонью? Дело в том, что под давлением песчинки перестраиваются так, что заклинивают друг друга, мешая взаимному перемещению. В науке это явление носит название «появление арочных структур». В арке каждый отдельно взятый не может переместиться в направлении действия внешней силы - он зажат враспор соседними элементами, которыми и передает действующую нагрузку. В результате под давлением (внешним и внутренним) песок утрачивает подвижность и приобретает свойства твердого тела.

По этой причине в песочных часах песок пересыпают равномерно, независимо от высоты его столба (в отличие от воды!). И первыми высыпаются песчинки именно верхнего слоя, потому что они не связаны арочными структурами.

 Ответьте на вопросы к тексту:

1. Что называется весом тела?

2.Почему давление, которое оказывает куча песка, максимально не в центре, под пиком, а по краям?

3. Какими свойствами начинает обладать песок под давлением?
4. Чем объясняется прочность сводов туннелей метро, куполов соборов, арочных
   проемов?

2. Текст по разделу «Механика», содержащий описание использование законов механики в технике. Задания на понимание основных принципов, лежащих в основе работы описанного устройства.

Гидравлический удар на службе человека.

Явление гидравлического удара, заключается в резком увеличении давления при внезапном падении скорости потока жидкости, нашло свое воплощение в устройствах. Называемыми гидравлическими таранами.

Это, в сущности, насос без двигателя, который, не требуя подключения дополнительного источника энергии, использует только потенциал небольшой плотины или даже просто естественного рельефа реки. Гидротаран способен нагнетать жидкость на высоту в 10-20 раз большую, чем высота используемой плотины. Вода от источника самотеком подается по длинному напорному трубопроводу, идущему с небольшим понижением. Под действием нарастающего динамического напора воды закрывается отбойный клапан, расположенный на нижнем конце трубопровода, и в следствие инерции движущейся воды и её не сжимаемости давление здесь резко повышается. Кратковременного повышения давления достаточно для подъема небольшой части воды через напорный клапан на высоту более 50м. Затем отбойный клапан открывается, и все повторяется сначала.

Гидравлический таран действует только за счет импульса движущегося столба воды, без какого-либо двигателя. Применяется для полива сельхоз культур, для водоснабжения небольших строек, для подачи воды на пастбища, расположенные в 10 - 20км от реки и т.д.

Ответьте на вопросы к тексту:

1. Каковы условия возникновения гидравлического удара?
2. Назовите причину возникновения повышения давления в нижнем
   конце трубопровода гидравлического тарана?
3. На чём основан принцип действия гидравлического тарана?
4. Чем обусловлена необходимость установления в трубах теплосетей
   специальных устройств - стабилизаторов давления?

3. Текст по разделу «Механика» содержащий описание физических явлений или процессов наблюдаемых в природе или в повседневной жизни. Задание на понимание физических терминов, определение явления или его признаков, объяснение явления при помощи имеющихся знаний.

Спасите наши уши!

Слух всегда бодрствует, даже ночью, во сне. Он постоянно подвергается раздражению, так как не обладает никакими защитными приспособлениями.

Обычно для обозначения того, что мы слышим, используются два близких по смыслу слова: «звук» и «шум». Звук - это физическое явление, вызванное колебательным движением частиц среды. Шум представляет собой хаотичное, нестройное смешение звуков, отрицательно действующее на нервную систему. Воздействие шума на человека определяется его уровнем (громкостью, интенсивностью) и высотой составляющих его звуков, а также продолжительностью воздействия. В диапазоне слышимых человеком звуков самое неблагоприятное воздействие оказывает шум, в спектре которого преобладают высокие частоты (выше 800Гц). Звуки сверхнизких частот, которые мы даже и не слышим (инфразвуки), также опасны для организма человека. Частота в 6 Гц может вызвать ощущение усталости, тоски, морскую болезнь, при частоте в 7Гц может даже наступить cмерть от внезапной остановки сердца. Доказано, что, попадая в естественный резонанс работы какого-нибудь органа, инфразвуки могут разрушить его, например, частота в 5Гц разрушает печень.

Ответьте на вопросы к тексту:

1 .Что собой представляет звуковая волна? Каков частотный диапазон, воспринимаемый человеком?

2. Каково условие резонанса? Почему возникает неприятное ощущение
   при длительной езде в автобусе, качании на качелях, если собственная
   частота нашего вестибулярного аппарата близка к 6Гц?
3. Назовите меры по борьбе с шумом?
4. Почему (по выводам скандинавских ученых) каждый пятый
   подросток плохо слышит, хотя и не всегда догадывается об этом?

4. Текст к билету по разделу «Механика», содержащий описание физических явлений или процессов наблюдаемых в природе или повседневной жизни. Задания на понимание физических терминов, определение явления, его признаков или объяснения явления при помощи имеющихся знаний.

                 Под таким заглавием в «Первой книге для чтения» Л.Н.Толстого был помещен следующий рассказ:

«Один раз машина (поезд) ехала очень скоро по железной дороге. А на самой дороге, на переезде cтояла лошадь с тяжелым возом. Мужик гнал лошадь через дорогу, лошадь не могла сдвинуть воза, потому что колесо соскочило. Кондуктор закричал машинисту: «Держи» - но машинист не послушался. Он смекнул, что мужик не может ни согнать лошадь с телегой, ни своротить ее, и что машину сразу остановить нельзя. Он не стал останавливаться, а самым скорым ходом пустил машину и во весь дух налетел на телегу. Мужик отбежал от телеги, а машина, как щепку, сбросила с дороги телегу и лошадь, а сама не тряхнулась, пробежала дальше. Тогда машинист сказал кондуктору: «Теперь мы только убили одну лошадь и сломали телегу: а если бы я тебя послушал, мы сами бы убились и перебили бы всех пассажиров. На скором ходу мы сбросили телегу и не слыхали толчка, а на тихом ходу нас бы выбросило из рельсов.

Ответьте на вопросы к тексту и выполните задания:

1. Это был упругий удар или нет?
2. Правильно ли поступил машинист. Почему?
3. Какой закон объясняет такое решение, принятое машинистом?

5. Текст по разделу «Механика», содержащий описание физических явлений или процессов наблюдаемых в природе или повседневной жизни. Задания на понимание физических терминов, определение явления, его признаков или объяснения явления при помощи имеющихся знаний.

Озадачивающий случай описывает Жюль Берн в романе «В 80 дней вокруг света». Висячий железнодорожный мост в Скалистых горах грозил обрушиться из-за поврежденных ферм. Там не менее бравый машинист решил вести по нему пассажирский поезд.

« - Но мост может обрушиться!

« - Это не имеет значения; пустив поезд на всех парах, мы имеем шанс проехать.

«Поезд пошел вперед с невероятной скоростью. Поршни делали 20 ходов в секунду. Оси дымились. Поезд словно не касался рельсов. Вес был уничтожен скоростью... Мост был пройден. Поезд перепрыгнул через него с одного берега на другой. Но едва успел он переехать реку, как мост с грохотом обрушился в воду».

Ответьте на вопросы к тексту и выполните задания:

1. Правдоподобна ли эта история?
2. Можно ли «уничтожить вес скоростью»?
3. Что такое вес?
4. Как можно увеличить вес?

6. Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий

описание физических явлений или процессов наблюдаемых в природе или повседневной жизни. Задания на понимание физических терминов, определение явления, его признаков или объяснения явления при помощи имеющихся знаний.

          Испарение - это наиболее легко регулируемый способ уменьшения внутренней энергии. Различные условия, затрудняющие испарение, нарушают регулирование теплоотдачи организма. Так, кожаная, резиновая, клеенчатая, синтетическая одежда затрудняет регулировку температуры тела.

Для терморегуляции организма важную роль играет потоотделение, оно обеспечивает постоянство температуры тела человека или животного. За счет испарения пота уменьшается внутренняя энергия, благодаря этому организм охлаждается.

Нормальным для жизни человека считается воздух с относительной влажностью от 40 до 60%. Когда окружающая среда имеет температуру более высокую, чем тело человека, то происходит усиленное потоотделение. Обильное выделение пота ведет к охлаждению организма, помогает работать в условиях высокой температуры. Однако такое активное потоотделение является значительной нагрузкой для человека! Если еще при этом абсолютная влажность высока, то жить и работать становится еще тяжелее (влажные тропинки, некоторые цеха, например красильные).

Относительная влажность ниже 40% при нормальной температуре воздуха тоже вредна, так как приводит к усиленной потере влаги организмом, что ведет к его обезвоживанию.

Для компенсации неизбежной потери воды за счет испарения многие животные всасывают ее через покровы тела в жидком или парообразном состоянии (амфибии, насекомые, клещи).

В теплорегуляции птиц большую роль играют воздушные мешки. В жаркое время с поверхности воздушных мешков испаряется влага, что способствует охлаждению организма. В связи с этим птица в жаркую погоду открывает клюв.

Ответьте на вопросы к тексту и выполните задания:

1. Что такое испарение?
2. На что оно влияет?
3. Что такое влажность воздуха и чем она характеризуется?

7. Текст по теме «Тепловые двигатели», содержащий информацию о воздействии тепловых двигателей на окружающую среду. Задания на понимание основных факторов, вызывающих загрязнение, и выявления мер по снижению воздействия тепловых двигателей на природу.

Проблемы охраны окружающей среды.

Углекислый газ, выделяющейся при работе тепловых двигателей, поглощает инфракрасное излучение поверхности Земли, что приводит к повышению температуры атмосферы ежегодно на 0,05 градус Цельсия. Этот эффект может создать угрозу таяния ледников и катастрофического повышения уровня Мирового океана. Сейчас в атмосферу выбрасывается ежегодно около 5 млрд. тонн СО.

При работе тепловых двигателей в атмосферу непрерывно выбрасываются вредные для растений, животных и человека вещества: оксиды азота, углеводорода, оксид углерода.

Потребление кислорода при горении топлива уменьшает его содержание в атмосфере.

На атомных электростанциях встаёт проблема захоронения опасных радиоактивных отходов.

Применение паровых турбин на электростанциях требует больших площадей под пруды для охлаждения отработанного пара. В нашей стране для этой цели требуется 200 км³ воды.

Ответьте на вопросы к тексту и выполните задания:

1. Какой двигатель называется тепловым?
2. Какие факторы вызывают загрязнения окружающей среды?
3. Какие меры принимают для снижения воздействия тепловых двигателей на природу?

8. Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий описание физических явлений или процессов наблюдаемых в природе или повседневной жизни. Задания на понимание физических терминов, определение явления, его признаков или объяснения явления при помощи имеющихся знаний.

Диффузия в процессах питания. Питательные вещества, как и вода в одноклеточные организмы поступают через всю поверхность их тела благодаря явлению диффузии. Без диффузии не обходятся процессы питания и во всех других организмах. Нетрудно прийти к выводу, что без диффузии было бы невозможно проникновение частиц питательных веществ из кишечника в кровь. Без диффузии... Каким вообще был бы мир без диффузии? Прекратись тепловое движение частиц - и вокруг все станет мертвым. Превратятся в безжизненные, оледеневшие фигуры растения, животные. Не станет вокруг Земли атмосферы — с прекращением теплового движения молекулы воздуха притянутся к Земле. Вокруг ни звука, ни ветра... На черном небе еще несколько минут будет видно Солнце — столько, сколько времени будут идти от него последние лучи... Какая страшная сказка! Хорошо, что она невозможна даже в мыслях, потому что мы знаем — тепловое движение частиц в окружающем мире вечно.

Как видим, законы физики действуют и в живой природе. Однако нужно помнить, что биологический объект - не только физическое тело, но и часть живой природы; он находится на более высоком уровне организации материи.

При помощи только физических законов нам никогда не объяснить, например, явление всасывания питательных веществ в кишечнике, потому что в этом процессе главную роль играет не явление диффузии, а деятельность клеток эпителия обладающего избирательной проницаемостью для различных веществ. С помощью метода атомов удалось выяснить, что вода из кишечника всасывается в 100 раз быстрее, чем это следует из законов осмоса и диффузии.

Ответьте на вопросы к тексту и выполните задания:

1. Какие физические процессы  играют роль при приживании привоя к дикому дереву?
2. Какова роль сахара и соли при консервировании продуктов? Почему при этом необходимо соблюдать определенную норму?
3. Перечислите физические явления, которые также объясняются беспорядочным движением молекул?

1. Какую роль играет диффузия для человека?

9. Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий описание опыта. Задание на определение (или формулировку) гипотезы опыта, условий его проведения и выводов.

 Наблюдаем анизотропию на примере бумаги.

         Хорошим пособием для наблюдения анизотропии свойств материалов является обычная бумага. Бумага - это связанные между собой древесные волокна длиной 2-4 мй" и толщиной 30-50 мкм, которые имеют кристаллические и аморфные участки. Свойства волокон вдоль их осей и в перпендикулярном направлении различны. При производстве бумаги оси волокна располагаются в плоскости листа, но не абсолютно хаотично. В результате механического взаимодействия с катками бумагоделательной машины они преимущественно ориентируются в направлении движения бумажного волокна. Поэтому появляются анизотропия свойств в так называемом машинном и поперечном к нему направлениях. Наибольшую анизотропию имеет бумага, изготовляемая на высокоскоростных машинах, например, газетная.

Самое простое - это наблюдение анизотропии механических свойств. Берем газету и рвем её в двух взаимно перпендикулярных направлениях. В одном направлении линия разрыва ровная, а в другом — рваная. Потому что механическая прочность разная.

Для наблюдения анизотропии при изгибе вырезаем две одинаковые полоски длиной около 15см и шириной около 2см в машинном и поперечном направлениях. Складываем их вместе и, держа полоски за один конец, наблюдаем, что изгиб полосок разный.

Для бумаги характерна анизотропия всех физико-механических свойств.

Ответьте на вопросы к тексту:

1 .В чем заключается анизотропность вещества?

2. Анизотропию каких свойств бумаги можно наблюдать, проделав данный опыт?

3.Какая полоска больше изогнется: вырезанная в поперечном или в машинном направлении? Как вы думаете, как связана анизотропия бумаги с процессом её изготовления?

4. Какие тела обладают изотропией? Приведите примеры анизотропных и изотропных тел.

10. Текст  по разделу «Молекулярная физика», содержащий описание физических явлений или процессов наблюдаемых в природе или повседневной жизни. Задания на понимание физических терминов, определение явления, его признаков или объяснения явления при помощи имеющихся знаний.

Ау, вы меня слышите?

В 1938 г. американские исследователи Г.Пирс и Д.Гриффин, применив специальную аппаратуру, установили, что великолепная ориентировка летучих мышей в пространстве связана с их способностью воспринимать эхо. Оказалось, что во время полета мышь излучает короткие ультразвуковые сигналы на частоте около 8•10³ Гц, а затем воспринимает эхо-сигналы, которые приходят к ней от ближайших препятствий и от пролетающих вблизи насекомых. Гриффин назвал способ ориентировки летучих мышей по ультразвуковому эху эхолокацией.

Ультразвуковые сигналы, посылаемые летучей мышью в полете, имеют характер очень коротких импульсов - своеобразных щелчков. Длительность каждого такого щелчка (1 — 5) • 10"с, ежесекундно мышь производит около десяти таких щелчков.

Американские ученые обнаружили, что тигры используют для коммуникации друг с другом не только рев, рычание и мурлыкание, но также и инфразвук. Они проанализировали частотные спектры рычания представителей трех под виде в тигра - уссурийского, бенгальского и суматранского - и обнаружили в каждом из них мощную низкочастотную компоненту. По мнению ученых, инфразвук поз:;олле': животным поддерживать связь на расстоянии до 8 километров, поскольку распространение инфразвуковых сигналов менее чувствительно к помехам, вызванным рельефом местности.

Ответьте на вопросы к тексту и выполните задания:

1. В чем отличие ультразвука и инфразвука от звуковых волн, воспринимаемых человеком?
2. Почему Г.Пирс и Д.Гриффин назвали способ ориентировки летучих мышей эхолокацией? Где еще используется подобный принцип обнаружения объекта ?
3. Объясните своими словами, как вы понимаете словосочетание «частотные спектры».        ; I

1. Почему инфразвук, в отличие от обычного звука, позволяет тиграм общаться на столь далеких расстояниях? Какие известные вам свойства волн проявляются в данном случае?

11. Текст по разделу «Молекулярная физика», содержащий описание использование законов МКТ и термодинамики в технике. Задание на понимание основных принципов, лежащих в основе работы описанного устройства.

содержащий описание использование законов МКТ и термодинамики в технике. Задание на понимание основных принципов, лежащих в основе работы описанного устройства.

          Многократным повторением процессов испарения и конденсации можно добиться все более полного разделения воздуха на составные части. Этого достигают в аппарате, называемом ректификационной колонной.

Принцип устройства ректификационной колонны поясняет рисунок 19. В вертикальном корпусе / одна над другой размещены круглые плоские «тарелки» 2 с отверстиями на дне, прикрытыми патрубками 3. Суммарная площадь тарелок велика, это сделано для увеличения скорости испарения жидкости. Вверх по колонне, проходя через отверстия в тарелках и через жидкость, поднимается парообразная азотно-кислородная смесь, а сверху колонны по трубам 4 с тарелки на тарелку стекает жидкая смесь азота и кислорода (заметим, что патрубки пропускают пар вверх, но не дают стекать жидкости вниз). На каждой тарелке часть пара, имеющего несколько более высокую температуру, чем жидкость, охлаждается и конденсируется, отдавая жидкости теплоту конденсации. При этом жидкость обогащается кислородом, так как он конденсируется при более высокой температуре. Одновременно идет и другой процесс — нагревание и частичное испарение жидкости, причем в пар переходит больше азота, так как он более летуч. Следовательно, жидкость опять-таки обогащается кислородом. Сверху из колонны отводится парообразный азот, снизу — жидкий воздух, обогащенный кислородом. Процесс разделения заканчивается в другой ректификационной колонне.

При помощи ректификационных колонн можно разделить нефть на составляющие ее фракции — бензин, лигроин, керосин, соляр и мазут, которые кипят при различных температурах. А из расплава металлов методом ректификации отделяют примеси, температуры кипения которых отличаются всего на 0,05 °С. Этот способ отделения примесей наиболее производителен.

Ответьте на вопросы к тексту:

1. Какой принцип лежит в основе работы ректификационной колонны?

2. Какие явления наблюдаются в процессе работы?

3. Как определить количество теплоты необходимой для нагревания, испарения и выделяемое при конденсации?

12. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание физических явлений или процессов, наблюдаемых в природе или в повседневной жизни. Задания на понимание физических терминов, определение явления, его признаков или объяснение при помощи имеющихся знаний.

                Солнце заливает земную атмосферу белым светом, но в наш глаз, когда мы озираем небо, попадают только те лучи, которые рассеиваются молекулами воздуха и взвешенным в нем мельчайшими пылинками. Молекулы же воздуха и пылинки рассеивают, т.е. отбрасывают, лучи с короткими волнами -именно синие, голубые; более длинные волны «обтекают» мелкие частицы и следуют дальше. Поэтому в свете, рассеиваемом воздухом, преобладают лучи синие, а в свете, прошедшем сквозь атмосферу, имеется избыток красных лучей.

Днем мы получаем от неба, рассеиваемые им лучи, и потому видим небо синим или голубым. Утром же и вечером, при восходе или закате Солнца, в наш глаз попадают лучи, прошедшие сквозь толщу воздуха, - и небо близ горизонта мы видим красного цвета. Точно так же во время полного лунного затмения Луна окрашивается в красноватый цвет лучами, прошедшими через земную атмосферу.

Различные оттенки вечернего неба известный американский метеоролог объясняет следующим образом:

«Цвет неба зависит от относительной яркости доходящих до наблюдателя различных цветных лучей, а эта яркость, в свою очередь, зависит от рассеяния, которое обусловливается размером и числом пылевых частиц в атмосфере... Если эти частицы сравнительно немногочисленны и малы. То цвет неба бывает голубым. Напротив, когда увеличивается их число и размеры (напротив, в сухие ветреные дни) или увеличиваются только размеры (вследствие гигроскопичности частиц при увеличении влажности атмосферы), - тогда лучи с короткой волной ослабляются более значительно, и небо принимает цвет, отвечающий большей длине волны: зеленый, желтый, даже красный. Наконец, если частицы настолько велики, что отбрасывают лучи всех цветов, небо делается беловатым.

После сказанного понятно, почему вечером и утром небо часто бывает окрашено в различные цвета: близ горизонта - в красный, повыше - в оранжевый и желтый, еще выше - в зеленый и голубовато-зеленый».

Ответьте на вопросы к тексту и выполните задания:

1. Какое физическое явление объясняет цвет неба?
2. Какого цвета кажутся красные лучи через зеленое стекло?
3. Какова природа света?
4. Сколько цветов в спектре?

13. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание физических явлений и процессов, наблюдаемых в природе или в повседневной жизни. Задание на понимание физических терминов, определение явления, его признаков или объяснение явления при помощи имеющих знаний.

             Интересны первые сведения об изучении электрических явлений в живой природе. Объектом наблюдений были электрические рыбы. Еще древние римляне знали, как электрические скаты добывают себе пищу. Они не гоняются за добычей, не выскакивают на нее из засады. Но если вблизи скатов, спокойно плывущих в воде, оказываются крабы или осьминоги, то у них начинаются конвульсии и они гибнут от электрического разряда. Очевидно, скаты являются «живыми электростанциями». Уже тогда возникла идея использования разряда электрических рыб как лечебного средства. За 30 лет до н. э. Диаскард лечил подагру и хронические головные боли разрядами от соприкосновения с электрическим угрем. В русских летописях XIV в. имеется описание, из которого видно, что это удивительное исцеляющее средство было известно и русским. Рассказывается о диковинных рыбах, своим касанием вызывающих лечебное действие.

Опытами над электрическим скатом Фарадей установил, что электричество, создаваемое специальным органом этой рыбы, совершенно тождественно электричеству, получаемому от химического или иного источника, хотя является продуктом деятельности живой клетки.

Последующие наблюдения показали, что многие рыбы имеют особые электрические органы, своего рода «батареи», вырабатывающие большие напряжения. Так. гигантский электрический скат создает напряжение (в разряде) 50 — 60 В, нильский электрический сом — 350 В, а угорь-электрофорус — свыше 500 В. Удивительным является то обстоятельство, что на тело самой рыбы это высокое напряжение никакого действия не оказывает!

Роль электрических органов велика, они служат для атаки и для защиты, а также являются частью очень чувствительной навигационно-локационной системы.

Использование рыбами разных напряжений можно объяснить так: тем, кто обитает в пресной воде (например, угрю), необходимо высокое напряжение, поскольку пресная вода обладает большим электрическим сопротивлением и для возникновения электрического разряда нужно значительное напряжение: живущие же в соленой воде (например, ромбовидный скат) приспособились и меньшему ее сопротивлению и вырабатывают, поэтому меньшее напряжение.

Следует отметить, что электрические свойства некоторых рыб. известные еще в далекие времена, до сих пор являются нераскрытой тайной природы. Так. в 1960 г. на выставке, организованной английским научным Королевским обществом в честь 300-летия со дня его организации, среди загадок природы, которые человеку еще предстоит решить, демонстрировался обычный стеклянный аквариум с находящейся в нем рыбой — электрическим скатом. К аквариуму через металлические электроды был подключен вольтметр. Когда рыба была в покое, стрелка вольтметра стояла на нуле. При движении рыбы вольтметр показывал напряжение, достигающее 400 В. Надпись гласила: «Природу этого электрического явления, наблюдаемого задолго до организации английского Королевского общества, человек разгадать до сих пор не может!»

Ответьте на вопросы к тексту и выполните задания:

1. Что такое электрический ток?
2. Что необходимо для существования электрического тока?
3. Что влияет на электрическое напряжение?

14. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание физических явлений и процессов, наблюдаемых в природе или в повседневной жизни. Задание на понимание физических терминов, определение явления, его признаков или объяснение явления при помощи имеющих знаний.

       В поражении деревьев молнией играет роль, как строение корня, так и сопротивление дерева току. Деревья с корнями, проникающие в глубокие водоносные слои почвы, лучше «заземлены», поэтому на них накапливаются притекающие из земли значительные заряды, имеющие знак, противоположный знаку заряда облаков. Так, например, у дуба корни глубоко уходят в почву, поэтому он чаще многих других деревьев поражается молнией. Отдельные участки ствола дерева имеют различное сопротивление. В лиственных деревьях ток проходит внутри ствола по сердцевине, а так как в древесине этих деревьев содержится много сока, то он закипает под действием тока и образовавшиеся пары разрывают дерево. У смолистого дерева, например сосны, сопротивление сердцевины значительно больше, чем коры и подкоркового слоя. Поэтому в сосне электрический ток проходит главным образом по наружным слоям ствола, не проникая внутрь.

Приведем некоторые интересные данные.

Сопротивление тела человека от конца одной руки до конца другой (при сухой неповрежденной коже рук)— 15 кОм.

Сила тока, возникающая в теле человека и считающаяся безопасной, — до 1 мА.

Сила тока, возникающая в теле человека и приводящая к серьезным повреждениям организма, — 100 мА.

Безопасное электрическое напряжение в сыром помещении — 12В.

Безопасное электрическое напряжение в сухом помещении — 36 В.

Биопотенциалы мозга— (0,01—0,5) ∙10‾³  В.

Биопотенциалы сердца— (0,1—5,0)∙10‾³ В.

Биопотенциалы мышц — (0,01—50,0)∙ 10‾³В.

Ответьте на вопросы к тексту и выполните задания:

1. Какие явления рассматриваются в тексте?
2. Какие условия необходимы для протекания этого явления?
3. Отчего зависит степень поражения разрядом молнии?

15. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание использования законов электродинамики в технике. Задания на понимание основных принципов, лежащих в основе работы описанного устройства.

 Термен - изобретатель электромузыкального инструмента

«Я собрал два генератора высокой частоты. У одного частота была постоянна, а у другого - изменялась при продувании газа между обкладками конденсатора. С выходов генератора подал сигнал на смеситель. На выходе смесителя возникали биения с частотой, равной разности частот ВЧ-генераторов. Затем сигнал биений усиливался и измерялся вольтметром. Вскоре пришла в голову мысль: а что, если вместо вольтметра подключить громкоговоритель? Ведь частота биений находилась в звуковом диапазоне! Подключил. В громкоговорителе раздался звук. При поднесении руки к конденсатору частота колебаний изменялась. Так как я играл на виолончели, то быстро сыграл мелодию. В институте разнесся слух: Термен играет на вольтметре». Так рассказывал Лев Сергеевич Термен. Инструмент получил название «терменвокс» (голос Термена). Наружу «выглядывают» антеннообразный стержень и дуга - они-то и играют роль колебательной системы устройства. Исполнитель управляет работой терменвокса, изменяя положение ладоней. Двигая рукой вблизи стержня , исполнитель регулирует высоту звука. «Жестикуляция» в воздухе около дуги позволяет повышать или понижать громкость звучания. Движения осуществляются в пространстве без контакта с антенной. Представляете, как трудно играть на таком инструменте?

Ответьте на вопросы к тексту:

1. Что вы понимаете под частотой звукового диапазона?
2. Каким образом электромагнитные колебания преобразуются в
   звуковые?
3. Каким образом с помощью руки менялась частота колебательного
   контура?
4. Какая частота воспринимается человеческим ухом?

16. Текст по разделу «Электродинамика», содержащий описание опыта. Задания на определение (или формулировку) гипотезы опыта, условий его проведения и выводов.

  Из истории открытия электромагнитных явлений.

Очень внимательно слушает на заседании Французской академии наук выступление ее ученого секретаря Франсуа Араго об опытах Эрстеда выдающийся математик Андре Мари Ампер. У него рождается мысль: если проводник тока всегда окружен магнитными силами, то «электрический конфликт» должен выступать не только между двумя проводами, по которым течет ток. За семь дней Ампер конструирует оригинальный электрический прибор и уже на следующем заседании демонстрирует присутствующим взаимодействие двух проводников с током! Если в обоих проводниках электрические токи текут в параллельно друг другу в одном направлении, то они притягиваются, эти же проводники отталкиваются если токи в них проходят во взаимно противоположных направлениях. Ампер продолжает свои опыты. Свернув проводники в виде двух спиралей, получивших название «соленоиды», он доказывает, что соленоиды установленные рядом, при пропускании через них тока ведут себя, подобно двум магнитам.

Идеи Ампера были столь новы, что многие члены Французской академии не поняли их революционного научного смысла. «Что же, собственно, нового в том, что вы нам сообщили? — спросил один из них. — Само собой ясно, что если два тока оказываются действие на магнитную стрелку, то они оказывают действие и друг на друга?» За Ампера его оппоненту мгновенно ответил Араго. Он вынул из кармана два ключа и сказал: Вот каждый из них тоже оказывает действие на магнитную стрелку, однако же они никак не действуют друг на друга...»

Ответьте на вопросы к тексту:

1 .Какую гипотезу пытался проверить Ампер своими опытами? Что надо понимать под словами «электрический контакт»?

2. Играет ли роль в проводнике взаимодействия между проводниками с
   током расстояние между ними?
3. В каком направлении должны протекать токи в двух соленоидах,
   чтобы они притягивались друг к другу?
4. Как вы думаете, каким образом можно использовать влияние
   магнитного поля Земли на движение проводника, соленоида или
   металлической рамки с током?

17. Текс по теме «Квантовая физика и элементы астрофизики», содержащий описание физических явлений или процессов наблюдаемых в природе или повседневной жизни. Задания на понимание физических терминов, определение явления, его признаков или объяснения явления при помощи имеющихся знаний.

Инфракрасное излучение испускают все тела. Первичное действие его на организм связано с прогреванием поверхностно лежащих тканей. Оно вызывает и химическое действие, в частности действует на фотоэмульсии специального состава. С его помощью можно фотографировать в темноте. Этим методом активно пользуются биологи, проводя ночные наблюдения за животным миром.

Известно, что во многих случаях заболевание внутренних органов сопровождается повышением температуры. Так, злокачественные образования имеют температуру на 0,5-0,8°С выше, чем окружающие ткани, а при заболевании печени (гепатит, холецистит) ее температура повышается на 0,8—2°С. Кровоизлияние в головном мозге приводит к снижению температуры.

Ультрафиолетовые лучи оказывают сильное действие на живые организмы, оно связано с фотохимическими реакциями, возникающими при их поглощении. В ткани организма ультрафиолетовые лучи проникают очень неглубоко, от 0,1 до 1,0 мм, но вызывают сложную биохимическую реакцию, следствием которой является покраснение кожи у человека (эритема), которое затем проходит, но оставляет светло-коричневую пигментацию (загар).

Биологическое действие ультрафиолетового излучения зависит от длины его волны. Излучение с длиной волны от 400 до 315 мкм (антирахитное) отличается укрепляющим и закаливающим организм действием. Используется в гигиенических и профилактических целях. /

Как известно, рентгеновские лучи были обнаружены по их способности вызывать свечение тел. Одним из наиболее важных свойств рентгеновских лучей является их способность проникать через вещества. Самые длинные волны рентгеновского спектра примерно в 20 000 раз короче наиболее коротких световых волн, воспринимаемых глазом человека.

Проходя через тело, рентгеновские лучи частично поглощаются. Степень поглощения зависит от плотности вещества и толщины слоя. Установлено, что пучок рентгеновских лучей поглощается наполовину слоем свинца толщиной 0,016 см, или слоем алюминия толщиной 1,6 см, или слоем воды толщиной 4,3 см и т. д. Слой свинца толщиной 0,4 см служит непроходимой преградой почти для всех рентгеновских лучей.

Рентгеновские лучи вызывают ряд химических изменений, в том числе почернение фотобумаги или фотопластинок, что дает возможность получать фотоснимки любых органов или тканей. Проникающая способность рентгеновских лучей зависит еще и от длины волны. Чем меньше длина волны, тем больше проникающая способность лучей.

Ответьте на вопросы к тексту и выполните задания:

1. Какие излучения называются инфракрасными, рентгеновским, ультрафиолетовым?

1. Какие признаки этих явлений?
2. Какое из этих излучений самое опасное для человека?

18. Текст по разделу «Квантовая физика и элементы астрофизики»,

содержащий описание опыта. Задание на определение (или формулировку) гипотезы опыта, условия его проведения и выводов.

                            Изучение явления фотоэффекта

           Число образованных в полупроводнике под действием света электрических зарядов зависит от освещенности его поверхности. Освещенность поверхности, создаваемая точечным источником света, зависит от расстояния между поверхностью и источником и от угла падения света на поверхность. Обе зависимости можно исследовать с помощью следующего опыта.

К выводам фотоэлемента подключают мультиметр, подготовленный для измерения малых постоянных токов. Фотоэлемент размещают на расстоянии 8 - 10 см от лампы. При таком расстоянии ее можно условно считать точечным источником. Лампу с ключом подключают к источнику тока; в начале опыта ключ разомкнут.

При проведении опыта на фотоэлемент будет падать два световых потока: один - от светящейся лампы, другой - от посторонних источников света (окна, ламп освещения кабинета и др.). Чтобы исключить влияние посторонних источников света, силу тока измеряют дважды: сначала при включенной лампе (это ток возникает под действием посторонних источников света), а затем при включенной лампе (это ток возникает под действием обоих световых потоков). Вычитая из второго значения силы тока первое, определяют силу тока в цепи, возникающего под действием лампы.

Силу тока измеряют несколько раз, изменяя расстояние между лампой и фотоэлементом. Расстояние определяют от нити накала до поверхности светочувствительного слоя фотоэлемента.

Ответьте на вопросы к тексту:

1. Какую зависимость исследуют, проводя этот опыт?
2. Какой вид фотоэффекта лежит в основе работы полупроводникового
   фотоэлемента?
3. Как уменьшить влияние посторонних источников света на
   фотоэлемент?

1. Стоит ли расстояние от лампы до фотоэлемента делать менее 8 см?
   Почему?

19. Текст по разделу «Квантовая физика и элементы астрофизики», содержащий описание использования законов квантовой, атомной или ядерной физики в технике. Задания на понимание основных принципов, лежащих в основе в технике. Задания на понимание основных принципов, лежащих в основе работы описанного устройства.

                                  «Квантовые ямы»

               В микроэлектронике пленки толщиной около 0, 01 мкм и менее называются квантовыми ямами, так как их толщина близка к размерам атома. Свойства таких пленок существенно зависит от их толщины (т.е. от одного из размеров).

Тонкие пленки напыляются на подложки в вакууме в специальных установках. Журналисты любят называть такие установки атомными фабриками . Действительно, на подложку здесь осаждаются отдельные атомы (молекулы) вещества!

Ж.И.Алферов нашел множество применений «квантовым ямам». В жизни мы каждый день сталкиваемся с ними. В качестве примера можно привести миниатюрный полупроводниковый лазер, с помощью которого считывается информация с компакт-диска.

Его структура представляет собой «слоеный пирог» из

перемежающихся слоев арсенида галлия-алюминия р-типа, сформированного на подложке из арсенида галлия п-типа. «Рабочим телом» лазера является тонкая (0,5 мкм) пленка («квантовая яма») арсенида галлия р-типа. При подаче напряжения на металлические электроды, между которыми и заключена вся полупроводниковая структура. Лазер возбуждается и генерирует излучение.

Высокочастотные транзисторы, в которых используется эффект «квантовой ямы», стоят в каждом мобильном телефоне. Именно благодаря им мобильные телефоны поддерживают устойчивую связь в условиях чрезвычайно слабого сигнала.

Ответьте на вопросы к тексту:

1 .Почему описанные свойства тонких пленок возможно только на основе квантовой механики?

2. Почему тончайшие пленки не могут существовать без подложек?
   Почему их напыляют в вакууме?

2. Почему подложка должна быть из другого материала?
3. Как вы думаете, благодаря чему мобильные телефоны поддерживают
   связь даже в условиях слабого сигнала?

20. Текст по теме «Ядерная физика», содержащий информацию о влиянии радиации на живые организмы или воздействии ядерной энергетики на окружающую среду. Задание на понимание основных принципов радиационной безопасности.

              Человек и все живое на Земле в течение миллионов лет подвергались воздействию проникающей радиации: космические излучения и радиоизотопы, находящиеся в воздухе, в почве, горных породах и воде, создают постоянный природный радиационный фон. Единицей измерения его служит рад. Один рад — поглощенная доза ионизующего излучения, при котором облучаемое вещество массой 1 кг поглотит 0,01 Дж энергии. Доза ионизующей радиации, которая «достается» живым организмам от природного фона, ничтожно мала: в среднем 0,1 рада в год. Однако в некоторых районах нашей планеты природный фон гораздо выше. Природный радиационный фон оказывается постоянно действующим фактором, влияющим на эволюционный процесс.

В состав ионизующих излучений входят α-, β- и γ- лучи, нейтроны и т. д. Проходя через вещество, эти излучения вызывают его ионизацию. При этом происходит и обратный процесс — объединение ионов, т. е. их рекомбинация.

Биологический эффект от разных видов излучения различен. По сравнению с рентгеновскими лучами или электронами биологическое действие α- лучей в 10 раз сильнее, тепловых нейтронов — в 5 раз. а быстрых нейтронов — в 10—20 раз.

Ионизующие излучения при действии на живые организмы, прежде всего, приводят к ионизации молекул воды, всегда присутствующей в живых тканях, и молекул различных белковых веществ. При этом в живых тканях образуются свободные радикалы — сильные окислители, обладающие большой токсичностью, меняющие течение жизненных процессов.

Если человек подвергается систематическому воздействию даже очень малой дозы излучений или в его организме откладываются радиоактивные вещества, то может развиться хроническая лучевая болезнь.

Для лечебных целей применяют радиоактивные изотопы фосфора, иода и пр. Принятые через рот эти вещества концентрируются в соответствующих органах и тканях организма, где, распадаясь, действуют своим излучением на близлежащие ткани. Например, радиоактивный фосфор концентрируется в компактном веществе трубчатых костей. Распадаясь с излучением электронов, он облучает находящийся в костях костный мозг и этим нормализует нарушенное при некоторых заболеваниях кроветворение. При лечении злокачественных опухолей в качестве источника γ-лучей используется радиоактивный кобальт.

В последнее время достигнут существенный прогресс в технологии лучевой терапии. В частности, разрабатываются средства защиты от ионизующей радиации здоровых тканей, окружающих опухоль. Изучаются вещества, которые повышают чувствительность клетки к облучению. Изобретательное повышение уязвимости раковых клеток поможет больным при лучевой терапии.

Изучая влияние радиоактивности на растения, ученые применяли следующие способы воздействия: предпосевное облучение семян, предпосевное замачивание семян в радиоактивных растворах, внесение в почву радиоактивных веществ в качестве микроудобрений, непрерывное облучение растущих растений. В ряде случаев эти методы давали положительный эффект. Ионизующие излечения могут стать также мощным средством полезного преобразования наследственных свойств организма.

Ответьте на вопросы к тексту и выполните задания:

1. Что такое радиоактивность?
2. Что собой представляют α-, β- и γ- лучи?
3. Что называется дозой излучения?

21. Текст по разделу «Квантовая механика и элементы астрофизика», содержащий описание использования законов квантовой, атомной или ядерной физики в технике. Задания на понимание основных принципов, лежащих в основе в технике. Задания на понимание основных принципов, лежащих в основе работы описанного устройства.

Голография

Голография - это особый фотографический метод, когда с помощью лазера регистрируются, а затем восстанавливаются изображения трехмерных объектов, в высокой степени похожие на реальные. Такая запись называется голограммой.

Открытие и обоснование англичанином Д. Габором в 1948г. принципов голографии положило начало развитию совершенно нового и очень перспективного направления с широчайшим спектром его применения.

Голограмма представляет собой интерференционную картину, возникающую на фотопленке при сложении двух когерентных пучков света. Один из них отражается от зеркала, другой — от предмета. Оба эти потока образуют на фотопластинке интерференционную картину, представляющую собой чередование светлых и темных пятен. Голографическое изображение предмета абсолютно не соответствует его внешнему виду. Основным условием получения высококачественных голограмм является когерентность опорного и переменного пучков, что достигается применением лазера. Для восстановления голограммы её освещают таким же когерентным освещением. При освещении голограмма формирует изображение, которое представляет собой точную копию исходного трехмерного материала.

Интересно, что если разобрать пластинку, на каждом кусочке пластинки сохранится полное (хотя и более слабое) изображение этого предмета, ведь практически на каждую точку поверхности фотопластинки падает излучение, отраженное от всех точек предмета.

Ответьте на вопросы к тексту:

1. Почему для получения голограммы используется лазер?
2. Что такое интерференция волн?
3. Там, где интерферирующие волны совпадают по фазе, образуются
   прозрачные или темные участки голограммы?
4. Какие волны называются когерентными?

Оценка задания по работе с текстом.