Фізика. 9 клас

 9 - А - 15.09.2020, 9 - Б - 16.09.2020

Тема. Магнітне поле провідника зі струмом. Дія магнітного поля на провідник зі струмом.

1. Взаємодія прямолінійних провідників зі струмами

Після досліду Ерстеда наступний крок у зближенні «електрики» і «магнетизму» зробив французький фізик Андре Марі Ампер. Він здогадався, що якщо провідники зі струмами взаємодіють з магнітами, то ці провідники повинні взаємодіяти й один з одним, причому фізична природа цієї взаємодії така сама, як і природа взаємодії магнітів.

Досліди, поставлені Ампером, підтвердили його здогад. Виявилося, що провідники зі струмами дійсно взаємодіють один з одним — наприклад, паралельні провідники зі струмом притягуються, якщо струми в провідниках течуть в одному напрямку, і відштовхуються, якщо струми течуть у протилежних напрямках.

Необхідно звернути увагу на те, що взаємодія провідників, по яких течуть струми, обумовлена не електричною взаємодією, тому що ці провідники електрично-нейтральні.

Взаємодію провідників, по яких течуть струми, використовували для визначення одиниці сили струму в системі СІ.

Одиницю струму на честь Ампера назвали ампером (позначається А).

ü  1 А — це сила такого постійного струмі/, що при проходженні по двох паралельних прямолінійних нескінченно довгих провідниках дуже малого перерізу, розташованих у вакуумі на відстані 1 м один від одного, викликає між провідниками силу взаємодії, що дорівнює 2 • 10 ⁷ Н на кожен метр довжини.

Досліджуючи взаємодію котушок, по яких течуть струми, однієї з одною і з постійними магнітами, Ампер помітив, що торці котушок зі струмами подібні до полюсів магніту.

2. Гіпотеза Ампера

Спостерігаючи подібність у взаємодії котушок, по яких течуть струми, і магнітів, Ампер припустив, що всі магнітні взаємодії обумовлені взаємодією електричних струмів. Це припущення одержало назву гіпотези Ампера. Відповідно до цієї гіпотези

ü властивості постійних магнітів обумовлені циркулюючими в них однаково спрямованими незатухаючими «молекулярними» струмами.

У внутрішніх частинах магніту «сусідні» молекулярні струми спрямовані протилежно і тому компенсують один одного. Але поблизу поверхні магніту ці струми течуть в одному напрямку, утворюючи ніби струм, що обтікає поверхню магніту. Цей «поверхневий струм», як вважав Ампер, і надає постійному магніту його магнітних властивостей.

Гіпотеза Ампера пояснює також, чому не вдається роз'єднати полюса магніту: адже кожна половинка магніту знову подібна котушці зі струмом.

3. Магнітне поле провідника зі струмом

За допомогою залізних ошурок можна виявити основні особливості магнітного поля, що створюється проводом зі струмом. Можна помітити, що поблизу проводу ошурки утворюють концентричні кола. Якщо замість ошурок помістити кілька маленьких магнітних стрілок, то вони розташуються уздовж уявних кіл.

ü Силові лінії магнітного поля прямого проводу зі струмом мають вид концентричних кіл.

Напрямок силових ліній магнітного поля можна визначити за допомогою правила свердлика:

ü якщо обертати свердлик так, щоб напрямок його поступального руху збігся з напрямком струму, то напрямок обертання ручки буравчика покаже напрямок ліній магнітної індукції.

Для знаходження напрямку силових ліній магнітного поля можна скористатися і правилом «обхвату» правою рукою:

ü якщо правою рукою «обхопити» провідник так, щоб великий палець був спрямований у напрямку струму, то чотири пальці покажуть напрямок силових ліній магнітного поля.

4. Магнітне поле котушки зі струмом

Магнітне поле котушки зі струмом подібне до поля смугового магніту. Усередині котушки магнітне поле прак­тично однорідне.

Для знаходження напрямку силових ліній магнітного поля можна скористатися і правилом «обхвату» правою рукою для котушки зі струмом:

ü якщо правою рукою «обхопити» котушку зі струмом, розташувавши чотири пальці у напрямку струму, то відігнутий великий палець укаже напрямок силових ліній усередині котушки.

Силові лінії магнітного поля є уявними лініями, і тому побачити їх безпосередньо не можна. Дрібні залізні ошурки намагнічуються в магнітному полі, перетворюючись на маленькі магнітні стрілки. А ці малюсінькі стрілки орієнтуються уздовж ліній магнітної індукції, роблячи їх теж видимими.

Запитання

1.     Як взаємодіють паралельні провідники зі струмом?

2.     У чому полягає гіпотеза Ампера?

3.     Як розташовуються залізні ошурки (магнітні стрілки) у магнітному полі прямого проводу зі струмом?

4.     Як можна визначити напрямок силових ліній магнітного поля, створюваного прямим проводом зі струмом?

5.     Як розташовуються залізні ошурки (магнітні стрілки) у магнітному полі котушки зі струмом?

6.     Як можна визначити напрямок силових ліній магнітного поля, створюваного котушкою зі струмом?

Домашнє завдання: опрацювати § 3, відповісти на запитання 1 - 3 с. 17

9 - А - 16.09.2020, 9 - Б - 17.09.2020

Тема. Індукція магнітного поля. Сила Ампера.

Індукція магнітного поля.

До початку ХІХ ст. людству були відомі тільки хімічні джерела струму – гальванічні елементи. Коли 1820 році Ерстед виявив навколо провідника зі струмом магнітне поле, цього ж року таку ж задачу ставлять перед собою Араго і Ампер у Парижі, Колладон в Швейцарії, але вони незабаром вирішили що ця справа безнадійна.

М. Фарадей ставить також перед собою задачу: «Перетворити магнетизм у електрику». Фарадей ішов до своєї мети цілих десять років. Друзі називали його «королем експериментаторів». Як нагадування про те, над чим йому весь час слід думати, він навіть носив у кишені магніт і моток дроту. У вільний час він по-різному згинав дротину і міркував, що станеться при тому чи іншому розміщенні магніту і провідника. У Королівському інституті в Лондоні йому поставлено пам’ятник. Скульптор увіковічнив ученого, який тримає котушку, яка допомогла йому відкрити явище електромагнітної індукції.

Чому виникає струм в замкненому провіднику при русі осердя ?

Чому відхилялась стрілка гальванометра?

У нерухомому замкненому контурі при зміні магнітного поля виникає індукційний струм.

Якщо рухати котушку, а магніт залишити в спокої, то струм також виникає?

Індукційний струм виникає в замкненому контурі, що рухається в постійному магнітному полі.

29 серпня 1831 року Фарадей відкрив явище електромагнітної індукції.

Отже, явище електромагнітної індукції – це виникнення індукційного струму в замкненому контурі при зміні магнітного поля.

Струм, що виникав під час цього явища називають індукційним.

У чому ж суть цього явища?

Відповідь на це питання надано в працях іншого англійського вченого Дж. Максвелла. Згідно з його теорією будь-яке змінення магнітного поля відносно провідника приводить до виникнення електричного струму й, як наслідок, до появи струму в провіднику. Тобто електричне поле може створюватись не тільки зарядженими тілами, а й магнітним полем, що змінюється. Таке поле називається вихровим.

Індукційний струм виникає в нерухомій котушці при зміні магнітного поля котушки (немає різниці, що є джерелом магнітного поля – котушка зі струмом чи магніт).

Індукційний струм виникає в замкненому контурі при замиканні і розмиканні кола, напрям якого залежить від того, як змінюється магнітне поле.

Індукційний струм виникає при зміні сили струму в колі, сила цього струму залежить від швидкості зміни магнітного поля.

Таким чином, Дж. Максвелл сформулював закон електромагнітної індукції: сила струму, індукованого в замкненому провіднику, пропорційна швидкості зміни магнітного поля, в якому знаходиться провідник.

Яке практичне використання може мати явище електромагнітної індукції?

Фарадей відповів так «Що можна вимагати від новонародженої дитини?»

З роками дитина дорослішала, набиралась сил і зараз ми просто не уявляємо свого життя без цього явища. Через кілька днів після відкриття електромагнітної індукції Фарадей накидає пером на папері і будує перший у світі електрогенератор. Фарадей винайшов уніполярний генератор, тобто найбільш складний за принципом дії з усіх генераторів, відомих сьогодні.

Крім того, з інтервалом у 9 років учений зробив два найбільші відкриття, що спричинили революцію в житті людства, – він винайшов електродвигун та електрогенератор.

На цьому явищі ґрунтується дія найрізноманітніших пристроїв і машин. Електрична енергія в побуті, промисловості, тощо, виробляється за допомогою генератора. Головний принцип дії генератора полягає в тому, що провідники рухаються в магнітному полі або навпаки – магнітне поле змінюється відносно нерухомого провідника.

Це явище використовується в трансформаторах, які призначені для передачі електроенергії на відстань.

Сьогодні створено багато пристроїв і машин без яких ми не уявляємо життя.

Значення відкриття явища електромагнітної індукції можна виразити словами Гельмгольца: «Поки люди будуть користуватись благами електрики, вони будуть пам’ятати ім’я Фарадея»

Сила Ампера

Сила Ампера — це сила, з якою магнітне поле діє на провідник зі струмом.

Експериментально встановлено, що сила Ампера пропорційна силі струму в провіднику та довжині тій частини провідника, що перебуває в магнітному полі. Сила Ампера збільшується з посиленням магнітного поля і залежить від розташування провідника відносно ліній магнітного поля. Сила Ампера є максимальною, якщо провідник розташований перпендикулярно до магнітних ліній, і дорівнює нулю, якщо провідник розташований паралельно магнітним лініям.

Напрямок сили Ампера зручно визначати за допомогою правила лівої руки.

Якщо ліву руку розташувати так, щоб лінії магнітного поля входили в долоню, а чотири витягнуті пальці вказували напрямок струму в провіднику, то відігнутий на 90° великий палець укаже напрямок сили Ампера.

Одержимо формулу для обчислення сили Ампера. Відповідно до визначення магнітної індукції.

В=F_А/І∆l звідси максимальна сила Ампера дорівнює F_А=ВІ∆l

Сила Ампера залежить від орієнтації провідника відносно вектора магнітної  індукції  магнітне поле не впливає на провідник зі струмом , вісь якого паралельна лініям магнітної індукції, але сила Ампера максимальна у випадку коли вісь провідника перпендикулярна до ліній магнітної індукції. 

Напрям сили Ампера визначається за правилом лівої руки. 

Якщо ліву руку розташувати так, щоб складова вектора індукції магнітного поля входила в долоню, а чотири витягнуті пальці вказували напрямок сили струму в провіднику, то відігнутий на 90° палець укаже напрямок сили Ампера.

Розв’язати задачі.

1.З якою силою діє магнітне поле з індукцією 0,2 Тл на провідник довжиною 25 см, в якому сила струму 4 А?

2. На провідник зі струмом 2 А у магнітному полі з індукцією 0,4 Тл діє сила 0,25 Н. Визначте довжину провідника.

Домашнє завдання: опрацювати § 4, виконати вправу 4 (1, 4).

9 - А - 18.09.2020

Тема. Магнітні властивості речовин та їх застосування. Гіпотеза Ампера.

Як відомо, усі речовини складають з атомів, молекул чи йонів. У кожному атомі чи молекулі рухаються замкнутими орбітами електрони, і цей рух електронів не відрізняється за своїми магнітними властивостями від магнітних властивостей провідника зі струмом. Тому атоми чи молекули мають магнітні властивості. Якщо речовина не намагнічена, то вона не створює магнітного поля. Причиною цього є те, що електронні струми розташовані в такій речовині хаотично, а тому їхня сумарна магнітна дія дорівнює нулю.

Якщо ж помістити речовину в зовнішнє магнітне поле, розташування електронних струмів стає частково чи повністю впорядкованим. Тому намагнічену речовину можна розглядати як систему мікроскопічних орієнтованих струмів. 

Фізична величина, що показує, у скільки разів магнітне поле всередині однорідного середовища відрізняється від магнітного поля у вакуумі, називається  магнітною проникністю речовини та позначається літерою μ.

Діамагнетики та парамагнетики

За своїми магнітними властивостями речовини є досить різноманітними.

Більшість речовин намагнічуються слабко, тож віднесемо їх до групи слабомагнітних. Усі слабомагнітні речовини можна розділити на дві підгрупи: діамагнетики та парамагнетики. Магнітна проникність діамагнетиків μ<1, а магнітна проникність парамагнетиків μ>1, наприклад, магнітна проникність міді μ=0,99991, а магнітна проникність алюмінію μ=1,000023. Зі сказаного можна зробити висновок, що діамагнітні речовини послаблюють зовнішнє магнітне поле. 

Феромагнетики

Особливий клас магнетиків утворюють речовини, здатні зберігати намагніченість і за відсутності зовнішнього магнітного поля. За найпоширенішим представником – залізом – вони отримали назву феромагнетиків. Магнітна проникність феромагнетиків μ >>1, тобто вони значно підсилюють зовнішнє магнітне поле. Магнітна проникність феромагнетиків не є сталою величиною, а значно залежить від величини зовнішнього магнітного поля. Кожен феромагнетик має певну температуру, за досягнення якої магнітна проникність падає практично до одиниці. Ця температура дістала назву точки Кюрі за ім’ям французького фізика П’єра Кюрі. За температур, вищих від точки Кюрі, усі феромагнітні тіла стають парамагнітними. Наприклад, у заліза точка Кюрі дорівнює 767 °С, у кобальту – 1130 °С. 

Домашнє завдання: опрацювати § 5, таблицю на с. 27, виконати вправу 5 (2).

9 - Б - 02.11.2020 

Тема. Швидкість поширення світла. Світловий промінь.

1. Ми отримуємо інформацію про світ через свої органи почуттів. Близько 90 % цієї інформації – через зір. 

Світло несе певну енергію: воно нагріває землю та повітря, енергію світла використовують сонячні батареї, від яких може працювати і калькулятор, і апаратура космічної станції. Енергія сонячного світла забезпечує і кругообіг води на Землі, і підтримання життя на нашій планеті.

Світло є одним з видів проміння, воно переносить енергію.

Сонячні сходи, веселка, гра світла у струмені води або в коштовному камінні, мінливість океану та неба – все це обумовлене тими чи іншими світловими явищами.

2. Джерелами світла називають тіла, що випромінюють світло.

У будь-якому джерелі світла відбувається перетворення якогось виду енергії на енергію світла. Головним природним джерелом світла є Сонце. Причиною виникнення сонячного світла є висока температура поверхні Сонця (близько 6000 °C). Штучні джерела світла, які людство використовувало протягом століть, теж були тепловими: вони світилися через високу температуру (це вогнище, факел, гасова або газова лампа).

Теплові джерела світла світять через високу температуру.

Проте джерела світла можуть мати й кімнатну температуру: це світлячки, планктон, гнила деревина (природні джерела світла), газосвітні трубки, екрани телевізорів (штучні джерела світла).

Приймачі світла – це тіла, в яких під дією світла відбуваються якісь зміни.

Приймачами світла є фотоплівка, листя дерев, органи зору будь-якої живої істоти.

Світловий промінь - це лінія, вздовж якої розповсюджується світло.

3. Досліди Галілея

Перші спроби виміряти швидкість світла здійснив Галілей. Він застосував метод «оптичного затвора», що був покладений в основу наступних методів вимірювання швидкості світла. Ідея досліду Галілея полягала в такому: два спостерігачі перебували на значній відстані один від одного; вони домовилися, що коли перший спостерігач відкриє ліхтар і світло дійде до другого спостерігача, то останній відкриє свій ліхтар і світло від нього дійде до першого спостерігача. Довести, що світло має кінцеву швидкість поширення, не вдалося, тому що за часів Галілея не було способів вимірювання малих проміжків часу (порядку однієї мікросекунди). Схема досліду, запропонована  Галілеєм, у своїй принциповій частині збігається з усіма наступними прямими вимірюваннями швидкості поширення світла.

4. Астрономічний метод вимірювання швидкості світла.

Швидкість світла вперше вдалося виміряти датському вченому-астроному Олофу Ремеру в 1676 р. Ремер спостерігав затемнення супутників Юпітера. Найближчий його супутник – Іо – став предметом спостережень Ремера. Учений бачив, як супутник проходив перед планетою, а потім поринав у її тінь і зникав з очей. Потім він знову з’являвся, ніби лампа, що миттєво спалахує. Проміжок часу між двома спалахами дорівнював 42 год 28 хв. Однак для земного спостерігача, який обертається разом із Землею навколо Сонця, затемнення супутника Юпітера запізнювалося. Найбільше запізнювання в настанні затемнення становило 996 с. Це додатковий час, потрібний світлу, щоб пройти відстань, що дорівнює діаметру земної орбіти.

Слід відзначити: Ремер першим довів, що швидкість світла, хоча й велика, але все-таки кінцева. Утім, сам Ремер унаслідок недостатньої точності вимірювань і неточного знання радіуса орбіти Землі отримав для швидкості світла значення 215 000 км/с. Відкриття Ремера підтвердило вчення Коперніка про рух Землі.

5. Лабораторні методи вимірювання швидкості світла.

Уперше швидкість світла лабораторним методом удалося виміряти французькому фізику І. Фізо в 1849 р. У його дослідах було отримано значення швидкості світла 313000 км/с. Було розроблено багато інших, більш точних лабораторних методів вимірювання швидкості світла. Зокрема, американський фізик А. Майкельсон розробив досконалий метод вимірювання швидкості світла із застосуванням обертових дзеркал. Було визначено швидкість у різних прозорих речовинах. Швидкість світла у воді виміряли в 1856 р. Вона виявилася в 4/3 рази менша, ніж у вакуумі. У всіх інших речовинах вона також менша, ніж у вакуумі. За сучасним даними, швидкість світла у вакуумі дорівнює 299792458 м/с. Приблизно можна вважати, що швидкість світла дорівнює 3 ∙ 10⁸ м/с. Майкельсон писав: «Те, що швидкість світла є категорією, недоступною людській уяві, і що, з іншого боку, її можливо виміряти з надзвичайною точністю, робить її визначення однією з найбільш цікавих проблем, з якими може зіштовхнутися дослідник».

6. Сталість швидкості світла у вакуумі

З розділу механіки відомо, що швидкість – величина відносна, залежна від вибору системи відліку. Майкельсон спробував довести, що в природі існує одна-єдина швидкість, що не залежить від системи відліку; швидкість, однакова в усіх інерціальних системах відліку, — це швидкість світла у вакуумі, що дорівнює 3 ∙ 10⁸ м/с. Для доведення того положення, що швидкість світла не залежить від руху джерела, служать спостереження над подвійними зорями й дослід із порівняння швидкостей світла, що надходить на Землю від протилежних країв сонячного диска.

Швидкість світла – величина абсолютна, інваріантна відносно всіх інерціальних систем відліку й не залежить від руху джерела та спостерігача.

Закріплення вивченого матеріалу

1. Скільки часу світло йде від Сонця до Землі? ( Відстань дорівнює 150 ∙ 10⁶ км)

2. Від найближчої зорі (Альфа Центавра) світло доходить до Землі за 4,3 роки. Яка відстань до зорі?

3. Оцініть відстані (у км), які світло проходить за 1 хв, 1 год, 1 рік, приймаючи в розрахунках, що швидкість світла — 3 ∙ 10⁸  м/с.

Домашнє завдання

Опрацювати параграф 9, виконати вправу 9 (1, 5)

 9 - А 06.11.2020, 9 - Б 09.11.2020

Тема. Заломлення світла на межі поділу двох середовищ. Закон заломлення світла.

Досі ми розглядали поширення світла в якомусь одному середовищі (зазвичай — у повітрі). Проте кожен з нас добре знає, що світло може переходити з одного середовища до іншого: сонячне світло зараз доходить до нас через віконне скло, освітлює дно неглибоких водоймищ... Виявляється, що такі переходи світла спричиняють багато цікавих явищ. Перш за все з’ясуємо, що таке «різні середовища» для світла. Сьогодні відомо, що головна відмінність між двома оптичними середовищами — це різні швидкості поширення світла. Найбільшу швидкість світло має у вакуумі (тобто у просторі, де практично немає частинок речовини). Ця швидкість дорівнює приблизно 300 000 км/с. Розігнатися до такої швидкості не може жодне фізичне тіло! А в прозорій речовині швидкість світла завжди менша, ніж у вакуумі. Для кожної прозорої речовини існує така важлива фізична характеристика, як показник заломлення (n).

Показник заломлення речовини показує, у скільки разів швидкість світла у цій речовині менша, ніж у вакуумі.

Що ж відбувається, коли світловий промінь падає під певним кутом на межу розділу двох прозорих середовищ? Такий промінь «ділиться» на два: перший (відбитий) промінь повертається до першого середовища, а другий переходить через межу та потрапляє до іншого середовища. При цьому цей промінь змінює напрямок поширення. Тому його називають заломленим, а явище — заломленням.

Заломленням називають зміну напряму поширення світла, яке переходить через межу двох середовищ

Закони заломлення

1. Промінь падаючий і промінь заломлений лежать в одній площині з перпендикуляром до поверхні в точці заломлення.

2.В залежності від того, з якого середовища в яке потрапляє світло, кут заломлення може бути меншим або більшим за кут падіння. sin α / sin γ =n₂  / n₁

Наведений рисунок відповідає випадку γ < α , отже, n₂>n₁  (швидкість світла у другому середовищі менша, ніж у першому).

Чи може світло перейти через межу двох середовищ, не змінюючи напряму поширення?

Такий випадок можливий, коли кут падіння дорівнює нулю. Після ознайомлення із законами заломлення світла обговоримо деякі явища, пов’язані з заломленням: уявне зменшення глибини водойми, якщо дивитися зверху; відхилення світлових променів призмою; проходження світла через плоскопаралельну пластинку.

Додаткові питання:  явище повного відбивання світла; приклади та застосування повного відбивання світла (від гри світла у діамантах до волоконно-оптичного зв’язку); поширення світла в неоднорідних середовищах, рефракція (міражі).

Ці питання можуть стати темами проектів учнів.

Відповісти на запитання

1. Що відбувається, коли світловий промінь падає під певним кутом на межу поділу двох прозорих середовищ?

2. Сформулюйте закони заломлення світла.

Домашнє завдання

Опрацювати § 12, виконати вправу 12 (2, 3)

Тема. Контрольна робота з теми «Світлові явища».

1 варіант

1. Знайти оптичну силу лінзи, фокусна відстань якої 7,5см.

2. Промінь світла падає з повітря в олію ( n = 1,6 ) під кутом 40°. Визначте кут заломлення променя.

3. Предмет розташовано на відстані 12см від лінзи з фокусною відстанню 24см. На якій відстані від лінзи буде зображення даного предмета?

4. Знайти граничний кут повного відбивання для скла (n = 1,7).

5. Оптична сила лінзи 4 дптр. Яка її фокусна відстань?

6. Промінь світла переходить з повітря у скло ( n = 1,7 ). Кут заломлення дорівнює 28°. Який кут падіння променя?

7. Предмет розташований на відстані 40см від збиральної лінзи з оптичною силою 4 дптр. Чому дорівнює відстань від лінзи до зображення?

8. Знайти граничний кут повного відбивання для алмазу (n = 2,4).

2 варіант

1. Оптична сила лінзи 2 дптр. Знайти її фокусну відстань.

2. Промінь світла падає з повітря на поверхню алмазу ( n = 2,42). Визначити кут падіння променя, якщо кут заломлення становить 20°.

3. Зображення знаходиться на відстані 0,15м від лінзи з фокусною відстанню 30см. На якій відстані від лінзи розташовано предмет?

4. Знайти граничний кут повного відбивання для олії (n = 1,6).

5. Знайти оптичну силу лінзи, фокусна відстань якої 12,5см.

6. Визначити швидкість поширення світла у цукрі, якщо світловий промінь, що падав на нього під кутом 30°, заломився під кутом 19°.

7. Зображення предмета розташоване на відстані 50см від збиральної лінзи з оптичною силою 2 дптр. Чому дорівнює відстань від лінзи до предмета?

8. Знайти граничний кут повного відбивання для води (n = 1,33). 

Домашнє завдання

Повторити § 14, 15

Тема. Виникнення і поширення механічних хвиль. Звукові хвилі. Швидкість поширення звуку, довжина і частота звукової хвилі. Гучність звуку та висота тону. Інфра- та ультразвуки.

1. Джерела звуку

Ми всі живемо у світі звуків. Цей світ необхідний нам для нормального розвитку й існування. Звуки, які ми чуємо, повідомляють про те, що відбувається навколо нас, навіть якщо ми не бачимо джерела звуку. Наприклад, ми чуємо телефонний дзвінок, гуркіт автомобілів або шум дощу.

Нас оточує багато предметів, здатних видавати звуки, наприклад, музичні інструменти: скрипка, гітара, віолончель, флейта, сопілка...

Якщо піднести до струни, що звучить, кульку для гри в настільний теніс, то кулька, торкнувшись струни, відскакує убік. Дослід свідчить про те, що струна, яка звучить, коливається, тобто звук виникає під час коливання струни

Таким чином, можна зробити висновок, що

·        джерелами звуків є тіла, що коливаються.

2. Поширення звуку

Під скляний ковпак помістимо на поролоновій подушці годинники-будильник. Будемо викачувати повітря з-під ковпака. Мал. 18.5 с. 120

Ми помітимо, що звук, який видає будильник, стає дедалі тихішим, і, нарешті, ми взагалі перестаємо чути звук.

Цей дослід доводить, що

·        для поширення звуку необхідне середовище.

Середовище може бути різним: повітря, вода, скло, земля. Головне, щоб середовище, у якому поширюється звук, проявляло пружність під час зміни форми або об’єму.

3. Характеристики звуку.

1). Гучність звуку

Звук, створюваний одним джерелом, відрізняється від звуку, створюваного іншим. Наприклад, кожна зі струн гітари видає звук, що відрізняється від звуку, який видається іншими струнами.

Дві, здавалося б, зовсім однакові скрипки можуть звучати по-різному. При цьому звук скрипки не можна сплутати зі звуком гобоя, звук барабана – зі звуком тромбона. Ті самі звуки, створені різними людьми, відрізняються одне від одного.

Все це свідчить про необхідність увести характеристики, за допомогою яких можна було б оцінювати випромінювання й сприйняття звуку.

Отже,

·        гучність звуку визначається амплітудою коливань тіла, що звучить.

Звичайно, чим більше амплітуда звукових коливань, тим звук здається більш голосним, але гучність для звуків різних частот буде різною. Людське вухо погано сприймає звуки низьких частот (близько 20 Гц) і високих (близько 20 кГц) частот і значно краще – звуки середніх частот (від 300 Гц до 3000 Гц). Це пояснюється будовою органів слуху людини.

2). Висота звуку

Ми добре знаємо, що звук буває високий і низький. Як відомо, бас співає низьким голосом, а тенор – високим. Від якої ж характеристики звукової хвилі залежить висота звуку? Досліди показують, що

·        висота звуку визначається частотою звукової хвилі: чим більше частота хвилі, тим звук вищий.

Частота звукових коливань, створюваних музичними інструментами, може змінюватися від 20 до 4000 Гц.

Писк комара відповідає 500–600 змахам його крилець за секунду, дзижчання джмеля – 220 змахам. Коливання голосових зв’язок співаків можуть створювати звуки в діапазоні від 80 до 1400 Гц, хоча в експерименті фіксувалися рекордно низька (44 Гц) і висока (2350 Гц) частоти.

У телефоні для відтворення людського мовлення використається область частот від 300 до 2000 Гц.

3). Тембр звуку

Звуки однакової висоти й гучності, створювані різними музичними інструментами, звучать по-різному, навіть та сама нота, узята різними співаками, звучить по-різному.

Особлива якість звуку – його забарвлення, характерне для кожного голосу або музичного інструменту, – називають тембром. Тембр пов’язаний зі специфічними властивостями джерела звуку.

Від чого ж залежить тембр звуку? Виявляється, що будь-яке джерело звуку (за незначних винятків, наприклад, камертона) здійснює складні несинусоїдальні коливання. Їх можна спостерігати за допомогою осцилографа. Якщо підключити мікрофон і проспівати яку-небудь мелодію, то на екрані осцилографа з’явиться не синусоїда, а складніша крива.

Коливання з найменшою частотою називається основним тоном, а коливання з більш високою частотою називається обертоном, або гармонікою.

·        Тембр звуку визначає його забарвлення. Він визначається наявністю й інтенсивністю обертонів – частот, кратних основній.

Саме завдяки тембру звуки різних музичних інструментів мають різне звучання. Чим більше обертонів, тим «насиченіше», гарніше звук. Чарівний сріблистий відтінок голосів гарних співаків обумовлений саме високими обертонами.

4. Хвилі

Чи спостерігали ви коли-небудь, як у ясний день колишеться поле зі спілим колоссям пшениці? Це дивовижне видовище! Далеко перед вами, куди сягає око, розстеляється жовта гладь, ніби зроблена з важкої оксамитової тканини. Але варто подути легкому вітерцю, як вигляд поля змінюється: воно скидає із себе важкий оксамит й одягається в найтонший серпанок, що тріпоче на вітру.

У цей момент нам здається, що по золотавій гладі раз у раз пробігають тіні — одна за одною. Але звідки їм узятися в ясний день?

Розгадка проста: це подув вітру пригинає колосся, змушує їх схилятися до землі.

Як же виходить, що «тіні» біжать по полю, тобто рухаються, адже кожен колосок росте на тому самому місці? Виявляється, по полю рухаються не саме колосся, а місця або області, де колосся відхилені від вертикалі однаково або майже однаково.

·        Хвилею називається процес поширення у просторі і з часом коливань.

Механічні хвилі бувають поперечними й поздовжніми.

На першому рисунку ви бачите поперечну хвилю, а на другому — поздовжню. Обидві вони «біжать» вправо. Однак частинки середовища на першому рисунку коливаються вниз-вгору, а на другому – вліво-вправо. Інакше кажучи, коливання частинок поперечної хвилі відбуваються перпендикулярно (поперек) до напрямку поширення хвилі, а коливання часток поздовжньої хвилі – уздовж цього напрямку.

Поздовжні хвилі – це періодичні згущення й розрідження середовища. Тому такі хвилі можуть існувати в будь-яких тілах – твердих, рідких, газоподібних. Поперечні хвилі можуть існувати лише у твердих тілах. Це пояснюється тим, що для поширення такої хвилі необхідно «тверде» розташування частинок середовища, щоб між ними могли виникати сили, які б повертали частинки у вихідне положення.

5. Приймачі звуку

Найважливішим для нас приймачем звуку є, звичайно, вухо. Звукова хвиля, потрапляючи на барабанну перетинку, спричиняє її коливання. Ці коливання через мініатюрні кісточки, що називаються молоточком і ковадлом, передаються в наповнений рідиною завиток, названий равликом. У рідині виникають хвилі, які впливають на чутливі клітинки, де народжуються нервові імпульси, що йдуть у мозок. Саме ці імпульси й сприймаються мозком як звук.

Вухо є надзвичайно чутливим інструментом: воно здатне сприймати звуки, що відрізняються за інтенсивністю в 10 – 14 разів. Саме в стільки разів відрізняється інтенсивність тихого шепоту від інтенсивності звуку відбійного молотка або рок-концерту.

Наше вухо сприймає у вигляді звуку коливання, частота яких лежить у межах від 16 до 20 000 Гц. Зазначені границі звукового діапазону умовні, тому що залежать від віку людей й індивідуальних особливостей їх слухового апарата. Зазвичай верхня частотна границя звуків, що сприймаються, з віком значно знижується – деякі люди похилого віку можуть чути звуки із частотами, що не перевищують 6000 Гц.

Вухо є природним приймачем звуку, однак створені й штучні приймачі звуку. Найбільш широко використовуються різні мікрофони. Вони перетворюють звукові коливання на коливання електричного струму, завдяки чому з’явилася можливість записувати звук і передавати його на великі відстані.

6. Відбиття звуку

Звук, поширюючись у якому-небудь середовищі, доходить до перешкоди й майже повністю відбивається. У цьому можна переконатися на багатьох дослідах.

У лісі, горах, іноді в приміщеннях нам доводилося чути луну.

Луна — результат відбиття звуку: звукові хвилі відбиваються від різних перешкод, навіть від хмар. Іноді можна почути навіть багаторазову луну — результат декількох відбиттів.

Ці й інші досліди з механічними хвилями дозволяють сформулювати узагальнення: механічні хвилі будь-якого походження мають здатність відбиватися від границі розділу двох середовищ.

Відбиття звуку відбувається за таким самим законом, що й відбиття світла: кут відбиття дорівнює куту падіння.        

7. Нечутні звуки

Звук, що сприймається або чується вухом людини, має частоти в діапазоні 20–20 000 Гц. Звукові хвилі з нижчими частотами називають інфразвуком, а з вищими — ультразвуком.

Інфразвук викликають, наприклад, землетруси й вібрація важких механізмів, автомобілів, тракторів і побутових приладів. Наприклад, сільськогосподарські трактори й вантажівки мають максимальні вібрації в діапазоні 1,5–3,5 Гц, гусеничні трактори — близько 5 Гц. Музичний орган так само може випромінювати інфразвук. Усілякі вибухи й обвали також можуть випромінювати звуки інфрачервоних частот.

Механізм сприйняття інфразвуку і його фізіологічної дії на людину поки повністю не встановлений. Такі звуки не чутні, проте вони чинять негативну дію на організм людини: з’являється підвищена нервозність, почуття страху, приступи нудоти. Іноді з носа й вух іде кров.

Чутливі приймачі ультразвуку показали, що він входить до складу шуму вітру й водоспадів, до складу звуків, випромінюваних деякими тваринами.

Ультразвукові хвилі можна одержати за допомогою спеціальних високочастотних випромінювачів. Вузький паралельний пучок ультразвукових хвиль у процесі поширення дуже мало розширюється. Завдяки цьому ультразвукову хвилю можна випромінювати в заданому напрямку.

Ультразвук сьогодні широко застосовують у різних галузях. Наприклад, з його допомогою вимірюють глибину моря. З судна посилають ультразвуковий сигнал і визначають проміжок часу, що пройшов до моменту приходу сигналу, відбитого від дна. Знаючи швидкість звуку у воді, можна визначити відстань до дна. Прилад для вимірювання глибини дна називають ехолотом.

За допомогою ультразвуку «просвічують» металеві вироби для виявлення в них прихованих дефектів — сторонніх включень, тріщин або порожнин.

Ультразвук широко використовують й у медицині — як для обстеження хворого, так і для його лікування. Лікування ультразвуком засноване на тому, що він зумовлює внутрішній розігрів тканин організму.

8. Швидкість звуку

У різних середовищах звукові хвилі рухаються з різною швидкістю, що і називають швидкістю звуку в даному середовищі.

Наприклад, швидкість звуку

в повітрі 340 м/с, у воді — 1500 м/с, у склі — 4500 м/с.

Це пов’язане з тим, що агрегатний стан, густина, температура, молекулярна будова різних речовин є різною. З ростом температури швидкість звуку зростає. 

Таблиця на с. 120.

Задачі

1. Спостерігаючи здалеку за рухами людини, що працює молотком або сокирою, можна помітити, що звук удару чується не під час удару, а коли людина піднімає руку з молотком. Як це пояснити?

2. Під час грози шум грому був почутий через 8 с після спалаху блискавки. На якій відстані йде гроза? Швидкість звуку в повітрі вважайте 340 м/с.

3. Вантаж, що коливається на пружині, за 8 с зробив 32 коливання. Знайдіть період і частоту коливань.

4. Відстань до перешкоди, що відбиває звук, дорівнює 68 м. Через який час людина почує луну? Швидкість звуку вважайте рівною 340 м/с.

Запитання

1. Чи можна на Землі почути гуркіт від падіння метеорита на Місяці?

2. Чому космонавти, що перебувають у відкритому космосі, не чують одне одного, хоча в їхніх скафандрах є повітря?

3. Чому ми чуємо звук від комара, що летить, а від птаха, що летить, не чуємо?

4. Як звук передається від джерела до приймача?

5. Поздовжні чи поперечні коливання спостерігаються у звукових хвилях у повітрі? У воді? У твердому тілі?

Домашнє завдання.

Опрацювати § 17, 18, виконати вправу  18 (3, 6)

Тема. Електромагнітне поле і електромагнітні хвилі. Швидкість поширення, довжина і частота електромагнітної хвилі. Залежність властивостей електромагнітних хвиль від частоти. Шкала електромагнітних хвиль. 

Джеймс Клерк (1831-1879), англійський фізик, творець класичної електродинаміки, один з засновників статичної фізики, організатор і перший директор (з 1871) Кавендішськой лабораторії. Розвиваючи ідеї М. Фарадея, створив теорію електромагнітного поля (рівняння Максвела); ввів поняття про струм зміщення, передбачив існування електромагнітних хвиль, висунув ідею електромагнітної природи світла. 

Хвилі різної довжини використовуються в різних галузях людської діяльності. Різні види механічних хвиль, як поперечні, так і подовжні можуть розповсюджуватися тільки в безперервному середовищі, в твердих тілах, рідинах і газах. У вакуумі механічні хвилі розповсюджуватися не можуть. Максвел на підставі вивчення експериментальних праць Фарадея з електрики і магнетизму в 1864г. висунув гіпотезу про існування в природі особливих хвиль, здатних розповсюджуватись у вакуумі. Ці хвилі Максвел назвав електромагнітними хвилями.

Для висунення гіпотези про можливість виникнення електромагнітних хвиль Максвел мав підстави. Винайдення індукційного струму Фарадеєм. Максвел пояснив появу індукційного струму виникненням вихрового електричного поля при будь-якій зміні магнітного поля. Потім він припустив, що електричне поле володіє такими ж властивостями: при будь-якій зміні електричного поля в оточуючому просторі виникає вихрове електричне поле.

Процес взаємного породження магнітного і електричного полів, який одного разу почався, повинен далі безперервно продовжуватися і охоплювати все нові і нові області в оточуючому просторі (мал. 19.5 підручника). Процес розповсюдження змінних магнітного і електричного полів і є електромагнітна хвиля. Електромагнітні хвилі можуть існувати і розповсюджуватися у вакуумі.

Умова виникнення електромагнітних хвиль. Для утворення інтенсивних електромагнітних хвиль необхідно створити електромагнітні коливання достатньо високої частоти. Зміни електромагнітного поля відбуваються при зміні сили струму в провіднику, а сила струму в провіднику змінюється при зміні швидкості руху електричних зарядів в ньому, тобто при русі зарядів з прискоренням. Отже, електромагнітні хвилі повинні виникати при прискореному русі електромагнітних зарядів.

Генріх Рудольф Герц (1857 – 1894), німецький фізик. Експериментально довів (1886 – 1889) існування електромагнітних хвиль (використовуючи вібратор Герца). Додав рівнянням Максвела симетричну форму. Експериментально підтвердив тотожність основних властивостей електромагнітних і світлових хвиль. Відкрив зовнішній фотоефект (1887).

Електромагнітні хвилі були вперше експериментально отримані Герцем в 1887 році.

У дослідах Герца довжина хвилі складала декілька десятків сантиметрів. Обчисливши власну частоту електромагнітних коливань вібратора, Герц зміг визначити швидкість електромагнітної хвилі за формулою: υ=λν. Вона виявилася приблизно рівна швидкості світла: υ ≈ 300000 км/с.

Формула  встановлює зв'язок між швидкістю хвилі , її довжиною λ і частотою ν (або періодом Т). 

λ = υ ∙ T λ = υ/ν

Дослід Герца блискуче підтвердив прогнози Максвела.

Електромагнітна хвиля має енергію. Енергію електромагнітної хвилі визначають вектори Е та В. 

Залежно від способу отримання електромагнітних хвиль їх поділяють на кілька діапазонів частот (або довжин хвиль). Між сусідніми діапазонами шкали немає чітких меж, тобто діапазони хвиль різних типів перекривають один одного.

Низькочастотні хвилі

Низькочастотні хвилі являють собою електромагнітні хвилі, частота коливань яких не перевищує 100 кГц. Саме цей діапазон частот традиційно використовується в електротехніці. У промисловій електроенергетиці використовується частота 50 Гц, на якій здійснюється передача електричної енергії по лініях електропередач і перетворення напруги трансформаторами.

Радіохвилі.

Радіохвилі — діапазон електромагнітних хвиль з довжиною хвилі від 10⁵ до 10^-5 метра (частота 3 кГц-3ТГц).

В експериментах Герца вперше були одержані хвилі з довжиною кілька десятків сантиметрів. В 1895-1899 р.р. О. Попов вперше використав радіохвилі для бездротового зв`язку. З розвитком радіотехніки розширявся і частотний діапазон хвиль, що можуть бути згенеровані чи сприйняті радіоапаратурою.

Використовуються радіохвилі не лише для власне радіо, телебачення, зв’язку але й для локації, дослідження космічних об`єктів, дослідження середовища, в якому вони поширюються, і в радіометеорології.

Мікрохвильове випромінювання малої інтенсивності використовується в засобах зв'язку, переважно в стільникових телефонах (крім перших поколінь), пристроях Bluetooth, WiFi.

Інфрачервоне випромінювання.

Інфрачервоне випромінювання (від лат. infra — нижче, скорочено ІЧ) — електромагнітне випромінювання, що займає область електромагнітного спектру між видимим світлом (червоним) з довжиною хвилі 750 нм і мікрохвильовим випромінюванням (НВЧ) з довжиною хвилі 1-2 мм, що відповідає діапазону частот 3•10¹¹—4• 10¹⁴ Гц.

Інфрачервоне випромінювання відкрив у 1800 році Вільям Гершель, досліджуючи розподіл енергії в спектрі за допомогою чутливого термометра. Інфрачервоні промені випромінюються всіма тілами, що мають температуру вищу за абсолютний нуль. Максимум інтенсивності випромінювання залежить від температури. При підвищенні температури максимум зміщується в бік коротших хвиль, тобто в напрямку видимого діапазону. У зв'язку із залежністю спектру та інтенсивності інфрачервоного випромінювання від температури його часто називають тепловим випромінюванням.

Застосування ІЧ випромінювання

Людське око не бачить інфрачервоного випромінювання, органи чуття деяких інших тварин, наприклад, змій та кажанів, сприймають інфрачервоне випромінювання, що допомагає їм добре орієнтуватися в темряві.

Значна частка інфрачервоних променів знаходиться у випромінюванні батарей водяного опалення, електрокамінів, полум'я вогнищ тощо. Потрапивши на речовинні об'єкти, інфрачервоне випромінювання, у свою чергу, нагріває їх. Біля гарячої батареї водяного опалення нагріваються меблі, тіло людини, підлога тощо.

У техніці застосовують різні пристрої, дія яких ґрунтується на використанні енергії інфрачервоних променів. Це різні сушарки, що використовуються при фарбуванні автомобілів, для зневоднення вологого дерева тощо.

Інфрачервоне випромінювання слабко поглинається повітрям, але добре відбивається від поверхні твердих тіл. Цю властивість використано в системах так званого «нічного бачення», які широко застосовують у військовій справі та наукових дослідженнях. У таких системах приймач приймає хвилі, які випромінює кожне тіло в інфрачервоному діапазоні, або хвилі, відбиті від предметів, освітлених спеціальними «інфрачервоними» прожекторами. Складні електронні системи перетворюють одержану інформацію на зображення предметів, видимих для людського ока.

Інфрачервоні діоди і фотодіоди використовуються в пультах дистанційного управління, системах автоматики, охоронних системах і т.д. Вони не відволікають увагу людини в силу своєї невидимості.

Крім того, останнім часом інфрачервоне випромінювання дедалі частіше починають застосовувати для обігріву приміщень та вуличних просторів.

Видиме світло.

Видиме світло — область спектру електромагнітних хвиль, що безпосередньо сприймається людським оком. Характеризується довжинами хвиль від 380 нм (790 ТГц) — фіолетовий колір до 750 нм (400ТГц) — червоний колір.

Перші пояснення спектру видимого випромінювання дали Ісаак Ньютон в книзі «Оптика» і Йоганн Гете у роботі «Теорія Кольорів», проте ще до них Роджер Бекон спостерігав оптичний спектр в склянці з водою. Лише через чотири століття після цього Ньютон відкрив дисперсію світла в призмах.

Фізичні тіла, атоми та молекули яких випромінюють світло, називають джерелами світла. Джерела світла бувають штучні та природні, теплові та люмінесцентні, точкові та протяжні. Наприклад, полярне сяйво — природне, протяжне для спостерігача на Землі, люмінесцентне джерело світла.

Джерелами світла є Сонце, спалах блискавки, лампа розжарювання, екран телевізора, монітори тощо. Світло можуть випромінювати також організми (деякі морські тварини, світлячки та ін.)

Пристрої, за допомогою яких можна виявити світлове випромінювання називають приймачами світла. Серед природних приймачів світла — органи живих істот.

Сприйняття світла оком.

Із людських органів чуття найбільше інформації про довкілля дає нам зір. Однак бачити навколишній світ ми можемо тільки тому, що існує світло. Людина бачить електромагнітні хвилі у видимому діапазоні тому, що має відповідні рецептори, які поглинають світло таких частот, викликаючи при цьому відповідні імпульси в нервовій системі. Сітківка людського ока має два типи світлочутливих клітин: палички і колбочки. Палички не мають особливої чутливості до певного діапазону спектру, зате чутливіші до світла взагалі, тому дозволяють бачити чорно-біле зображення. Колбочки мають у своєму складі молекули, які чутливі до різних діапазонів видимого спектру, тому дозволяють бачити в кольорі.

Ультрафіолетове випромінювання.

Ультрафіолетове випромінювання (від лат. ultra — «за межами»), скорочено УФ — випромінювання або ультрафіолет — невидиме оком людини електромагнітне випромінювання, що займає спектральну область між видимим і рентгенівським випромінюваннями в межах (380 — 10 нм, 7,9·10¹⁴ — 3·10¹⁶ Гц).

Відкрито в 1801 році німецьким вченим Н. Ріттером і англійським вченим У. Волластоном за фотохімічним впливом випромінювання на хлористе срібло (AgCl).

Джерела ультрафіолетового випромінювання.

Випромінювання розжарених до 3000 K твердих тіл містить помітну частку ультрафіолетового випромінювання неперервного спектру, інтенсивність якого зростає із збільшенням температури. Сильніше ультрафіолетове випромінювання випускає плазма газового розряду.

Для різних застосувань промисловість випускає ртутні, водневі, ксенонові та ін. газорозрядні лампи, вікна в яких (або цілком колби) виготовляють з прозорих для УФ-випромінювання матеріалів (частіше з кварцу). Будь-яка високотемпературна плазма є потужним джерелом УФ-випромінювання.

Природні джерела ультрафіолетового випромінювання — Сонце, зірки, туманності й ін. космічні об'єкти. Проте лише довгохвильова частина цього випромінювання досягає земної поверхні. Більш короткохвильове випромінювання поглинається озоном, киснем та іншими компонентами атмосфери на висоті 30—200 км від поверхні Землі, що відіграє велику роль в атмосферних процесах.

Застосування

Вивчення спектрів випромінювання, поглинання і відбиття в УФ-області дозволяє визначати електронну структуру атомів, іонів, молекул, а також твердих тіл. УФ-спектри Сонця, зірок несуть інформацію про фізичні процеси, що відбуваються в гарячих областях цих космічних об'єктів. На фотоефекті, що викликається УФ-випромінюванням, заснована фотоелектронна спектроскопія. УФ-випромінювання може порушувати хімічні зв'язки в молекулах, внаслідок чого можуть відбуватися різні хімічні реакції (окислення, відновлення, розклад).

Люмінесценція під дією УФ-випромінювання використовується при створенні люмінесцентних ламп, фарб, що світяться, в люмінесцентному аналізі і люмінесцентній дефектоскопії.

Ультрафіолетове випромінювання застосовується в криміналістиці для встановлення ідентичності фарбників, автентичності документів тощо.

В мистецтвознавстві дозволяє знайти на картинах невидимі оком сліди реставрації.

Здатність багатьох речовин до вибіркового поглинання ультрафіолетового випромінювання використовується для виявлення в атмосфері шкідливих домішок.

Біологічна дія та захист

На людину і тварин малі дози УФ-випромінювання впливають благотворно — сприяють утворенню вітамінів групи D, покращують імунобіологічні властивості організму. Характерною реакцією шкіри на УФ-випромінювання є специфічне почервоніння, яке переходить в захисну пігментацію — «засмагу». Великі дози УФ-випромінювання можуть викликати пошкодження очей (фотоофтальмію) і опік шкіри. Часті і надмірні дози в деяких випадках можуть зумовлювати канцерогенну дію на шкіру. Для захисту очей від шкідливого впливу ультрафіолетового випромінювання використовуються спеціальні захисні окуляри, що затримують до 100% ультрафіолетового випромінювання і прозорі у видимому спектрі.

Рентгенівське випромінювання

Рентгенівське випромінювання — короткохвильове електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі від 0,005 нм до 10 нм, що відповідає частоті 3·10¹⁶ до 6·10¹⁹ Гц. 

Властивості рентгенівського випромінювання

Рентгенівські промені слабо взаємодіють із речовиною, завдяки чому мають велику проникність. Крім поглинання рентгенівські промені також розсіюються в речовині, змінюючи напрям розповсюдження. Рентгенівські промені небезпечні й робота з ними вимагає особливої уваги.

Відкриття рентгенівського випромінювання

Перші вакуумні трубки для одержання X – променів були створені видатним Українським фізиком Іваном Пулюєм. Він перший довів, що випромінювання з вакуумних трубок, по яких проходить електричний струм, має хвильові властивості. учений не тільки встановив їх природу, а й дослідив їх властивості. Але сталося так, що про відкриття нового виду випромінювання першим повідомив німецький фізик Вільгельм Рентген у 1895. Після публікації В. Рентгена відкрите випромінювання почали називати рентгенівськими.

Застосування

Рентгенівські промені застосовують в науці, техніці, медицині.

За допомогою рентгенівських променів можна «просвітити» людське тіло, в результаті чого можна отримати зображення кісток, а в сучасних приладах і внутрішніх органів. Крім звичайних приладів, які дають двовимірну проекцію досліджуваного об'єкта, існують комп'ютерні томографи, які дозволяють отримувати об'ємне зображення внутрішніх органів.

Виявлення дефектів у виробах (рейках, зварювальних швах і т. д.) за допомогою рентгенівського випромінювання — рентгенівська дефектоскопія.

Рентгенівські промені використовуються для вивчення структури речовин на атомному рівні за допомогою дифракційного розсіювання рентгенівського випромінювання (рентгеноструктурний аналіз). Відомим прикладом є визначення структури ДНК у 1953 році.

За допомогою рентгенівських променів може бути визначений хімічний склад речовини.

Гамма випромінювання.

Гамма-випромінювання (гамма-промені, γ-промені) - вид електромагнітного випромінювання з надзвичайно малою довжиною хвилі - (10^-10 м) і яскраво вираженими корпускулярними і слабо вираженими хвильовими властивостями.

Гамма-випромінювання було відкрито французьким фізиком Полем Віллардом в 1900 році при дослідженні випромінювання радію.

Властивості

Гамма-промені, на відміну від α-випромінювання і β-випромінювання, не відхиляється електричними і магнітними полями, характеризуються високою проникаючою здатністю. Гамма-кванти викликають іонізацію атомів речовини.

Застосування

Гамма-дефектоскопія, контроль виробів просвічуванням γ-променями.

Консервування харчових продуктів.

Стерилізація медичних матеріалів і устаткування.

Променева терапія.

Гамма-стерилізація спецій, зерна, риби, м'яса та інших продуктів для збільшення терміну зберігання.

Висновки

Отже, ЕМХ бувають різної частоти (або довжини хвилі). Немає ніяких обмежень на частоту, не буває найменшої чи найбільшої довжини хвилі. Для наочного уявлення довжин ЕМХ, вивчених до цього часу, складено шкалу електромагнітних хвиль, яка охоплює довжину хвиль від10¹¹ до 10^-13 м (3∙10^-3 до 3∙10²¹ Гц). Умовні діапазони електромагнітних хвиль показано на шкалі. Діапазони електромагнітних хвиль виділено відповідно до способів їх випромінювання та способів реєстрації.

Усі види електромагнітних випромінювань поширюються у вакуумі з однаковою швидкістю, а їх властивості залежать від частоти.

Задачі

1. Робота з підручником. Виконати вправу 19 (2),  вправу 20 (1, 2, 3, 6)

2. Ультразвуковий ехолот випромінює коливання з частотою 40 кГц. Яка довжина ультразвукової хвилі у морській воді?

3. Яка частота коливань відповідає фіолетовим ( λ = 0,4 мкм) променям світла?

Запитання

1. Що являє собою електромагнітна хвиля?

2. З якою швидкістю поширюються електромагнітні хвилі?

Домашнє завдання. 

Опрацювати § 19, 20, конспект, виконати вправу 19 (3), вправу 20 (4, 5)

Підготувати проект на тему

1. Звуки в житті людини.

2. Застосування інфра- та ультразвуків у техніці.

3. Вібрації і шуми та їх вплив на живі організми.

4. Електромагнітні хвилі в природі й техніці.

5. Вплив електромагнітного випромінювання на організм людини.

Тема. Лабораторна робота № 6 «Дослідження звукових коливань різноманітних джерел звуку»

Складання звіту

1). Тема. Дослідження звукових коливань різноманітних джерел звуку.

2). Мета: вивчити фізичні характеристики звуку, відбивання звуку, сприймання звуку людиною.

Хід роботи

1. Туго натягніть нитку: один її кінець прив’яжіть до ніжки стола, а інший тримайте в руці. Смикніть нитку — ви почуєте звук, начебто від натягнутої струни. Джерелом цього звуку є коливна нитка.

2. Переконайтеся в тому, що зі збільшенням амплітуди коливань нитки звук голоснішає.

3. Зменште довжину нитки. Ви помітите, що звук став вище. У випадку зменшення довжини нитки (за тієї самої сили натягу) збільшується частота коливань нитки.

4. Зробіть висновки про те, як залежать гучність і висота звуку від амплітуди й частоти коливань.

5. Швидко проведіть яким-небудь твердим предметом по зубцях гребінця (бажано ближче до їхніх основ). Ви почуєте звук, що виникає внаслідок послідовних ударів об зубці. Чим швидше ви проводите по зубцях, тим більш висока частота цього звуку. Поясніть, із чим це пов’язано.

3). Складіть висновок по роботі.

Домашнє завдання

Повторити §§ 19, 20.         

Тема. Контрольна робота з теми «Механічні та електромагнітні хвилі»

(Таблиця с. 120 підручника)

1 варіант

1. Що називають механічною хвилею? Як пов’язані довжина, частота і швидкість поширення хвилі?

2. Що таке звук? Від чого залежить швидкість поширення звуку?

3. Яка відстань між вузлами хвилі при швидкості 342 м/с і частоті коливань 440 Гц?

4. Яка глибина моря, якщо в даному місці ультразвуковий сигнал гідролокатора повернувся через 0,2 с?

5. В океані довжина хвилі сягає 270 м, а її період дорівнює 13,5 с. Визначте швидкість поширення такої хвилі.

6. Човен гойдається у відкритому морі. Хвилі поширюються зі швидкістю 12 м/с, довжина хвилі 24 м. Яка частота ударів хвиль по корпусу човна?

7. Якою є довжина електромагнітної хвилі у вакуумі, якщо її частота дорівнює 3 ∙ 10¹² Гц?

8. Яка частота коливань відповідає фіолетовим (λ = 0,4 мкм) променям світла?

2 варіант

1. Назвіть відомі вам види електромагнітних хвиль. Як змінюються властивості електромагнітних хвиль зі збільшенням їхньої частоти?

2. Що таке ультразвук? Наведіть приклади застосування ультразвуку в природі, медицині, техніці.

3. Ультразвуковий ехолот випромінює коливання з частотою 40 кГц. Яка довжина ультразвукової хвилі у морській воді?

4. Під час грози спостерігач почув грім через 15 с після спалаху блискавки. На якій відстані відбувся грозовий розряд?

5. Людина, стоячи на березі моря, визначила, що відстань між сусідніми гребенями хвиль, які йдуть одна за одною, дорівнює 15 м. Крім того, за 75 с до берега доходять 16 хвильових гребенів. Визначте швидкість поширення хвиль.

6. За 30 с морська хвиля вдаряється об берег 15 разів. Швидкість поширення хвилі 4 м/с. Яка довжина хвилі? 

7. Яка частота коливань відповідає червоним ( λ = 0,76 мкм) променям світла?

8. Яка швидкість світла у воді, якщо при частоті 440∙10¹² Гц довжина хвилі 0,51 мкм?

Домашнє завдання

Повторити § 17 – 20

9 - А, 9 - Б - 14.04.2021

Контрольна робота з теми «Рух і взаємодія. Закони збереження»

1 варіант

1. З якою швидкістю повинен рухатися автомобіль масою 1,5 т, щоб мати кінетичну енергію 75 кДж?

2. Коли до пружини підвісили вантаж вагою 90 Н, пружина видовжилася на 10 см. Знайдіть потенціальну енергію пружини. 

3. Візок масою 10 кг рухається по горизонтальній поверхні зі швидкістю 3 м/с. На візок вертикально падає вантаж масою 3 кг і залишається на дні візка. Якою стане швидкість візка після цього?

4. Куля масою 6 кг рухається зі швидкістю 2 м/с та наздоганяє кулю масою 2 кг, що рухається зі швидкістю 1 м/с. Знайти швидкість руху куль після їх непружної взаємодії.

5. Знайти потенціальну і кінетичну енергії тіла масою 3 кг, падаючого з висоти 5 м, на висоті 2 м від поверхні Землі.

6. Стиснута на 4 см легка пружина розпрямляється та штовхає кульку масою 10 г у горизонтальному напрямку. Якої швидкості набуде кулька, якщо жорсткість пружини 400 Н/м?

7. Три з’єднані залізничні вагони рухаються зі швидкістю 0,4 м/с та наздоганяють нерухомий вагон. Знайдіть швидкість вагонів після зіткнення, якщо маси усіх чотирьох вагонів однакові.

8. З якою початковою швидкістю було кинуто вгору тіло, якщо на висоті 10 м його потенціальна і кінетична енергії однакові?

2 варіант

1. На якій висоті потенціальна енергія тіла масою 800 г дорівнює 15 Дж?

2. На скільки видовжилася пружина жорсткістю 100 Н/м, якщо її потенціальна енергія 0,5 Дж?

3. Вагон масою 20 т рухається зі швидкістю 0,3 м/с та наздоганяє вагон масою 30 т, що рухається зі швидкістю 0,2 м/с. Яка швидкість вагонів після непружного зіткнення?

4. Візок масою 4 кг, що рухається зі швидкістю 3 м/с, зчіплюється з нерухомим візком масою 1 кг. Яка швидкість візків після їх зчеплення?

5. Якої швидкості набуде камінь, вільно падаючи з висоти 540 м?

6. На скільки необхідно стиснути пружину іграшкового пістолета, щоб куля масою 5 г полетіла у горизонтальному напрямку зі швидкістю 2 м/с? Коефіцієнт жорсткості пружини 100 Н/м.

7. Тіло масою 2 кг зіткнулося з тілом масою 4 кг. До зіткнення друге тіло знаходилося у стані спокою. Після непружного зіткнення обидва тіла стали рухатися зі швидкістю 6 м/с. Якою була швидкість першого тіла до зіткнення?

8. Тіло вільно падає з висоти 15 м над Землею. Яку швидкість воно має в той момент, коли його кінетична енергія дорівнює потенціальній?

Домашнє завдання

Повторити § 36 –  38.