Номер 4, страница 408 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Повторите материал главы 16 по следующему плану. Параграф 122. Примеры решения задач по теме «Электрический ток в различных средах». Глава 16. Электрический ток в различных средах - номер 4, страница 408.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Законы Ньютона (Классическая механика)

Законы движения, сформулированные Исааком Ньютоном, являются фундаментом классической механики. Их справедливость подтверждается множеством экспериментов.

Первый закон Ньютона (закон инерции): Существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными, относительно которых тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют другие тела или их действие скомпенсировано.

Опыт: Простейшим опытом является наблюдение за тележкой на воздушной подушке. Воздушная подушка практически полностью устраняет трение. Если тележке придать начальный толчок, она будет двигаться по горизонтальной поверхности с почти постоянной скоростью, что демонстрирует способность тела сохранять скорость при отсутствии внешних сил. Другой пример — резкое торможение транспорта, при котором пассажиры по инерции продолжают движение вперед.

Второй закон Ньютона: Ускорение, приобретаемое телом, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к телу сил и обратно пропорционально его массе: $\vec{a} = \frac{\vec{F}}{m}$.

Опыт: С помощью установки, состоящей из тележки, датчиков движения, динамометра (или нити, перекинутой через блок с грузом), можно проверить этот закон.

1. При постоянной массе тележки ($m = \text{const}$) увеличивают приложенную силу $F$ (например, добавляя грузы). Измерения показывают, что ускорение $a$ растет прямо пропорционально силе ($a \propto F$).

2. При постоянной приложенной силе ($F = \text{const}$) увеличивают массу тележки $m$ (добавляя на нее грузы). Измерения показывают, что ускорение $a$ уменьшается обратно пропорционально массе ($a \propto 1/m$).

Третий закон Ньютона: Тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению: $\vec{F}_{12} = -\vec{F}_{21}$.

Опыт: Две тележки с установленными на них динамометрами приводят во взаимодействие (например, сталкивают). В момент взаимодействия динамометры покажут одинаковые по модулю, но противоположно направленные силы. Другой вариант — две тележки разной массы отталкиваются друг от друга с помощью сжатой пружины. Измерив их ускорения, можно убедиться, что $m_1 \vec{a}_1 = -m_2 \vec{a}_2$, что является прямым следствием третьего закона.

Ответ: Эксперименты с тележками на воздушной подушке, динамометрами и грузами наглядно демонстрируют и количественно подтверждают все три закона Ньютона, которые лежат в основе динамики.

Закон Кулона (Электростатика)

Закон Кулона описывает силу взаимодействия между неподвижными точечными электрическими зарядами. Формулировка: сила взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Математически: $F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2}$, где $k$ — коэффициент пропорциональности.

Опыт: Для проверки закона Кулона используют крутильные весы, изобретенные Шарлем Кулоном.

Установка и процедура: Легкое коромысло с металлическим шариком на одном конце подвешивается на тонкой упругой нити. К этому шарику подносят другой заряженный шарик. Сила электрического взаимодействия (притяжения или отталкивания) закручивает нить. Угол закручивания нити, который можно измерить, пропорционален силе взаимодействия.

Проводя измерения угла закручивания (а значит, и силы) при различных расстояниях $r$ между шариками, Кулон установил, что сила убывает обратно пропорционально квадрату расстояния ($F \propto 1/r^2$). Изменяя величину зарядов (например, деля заряд пополам путем соприкосновения заряженного шарика с таким же незаряженным), он показал, что сила пропорциональна произведению величин зарядов ($F \propto q_1 q_2$).

Ответ: Опыты Шарля Кулона с крутильными весами экспериментально подтвердили зависимость силы взаимодействия зарядов от их величин и расстояния между ними, что легло в основу закона Кулона.

Законы геометрической оптики

Геометрическая оптика оперирует понятием светового луча и описывает распространение света с помощью нескольких простых законов.

Закон прямолинейного распространения света: в оптически однородной среде свет распространяется по прямым линиям.

Опыт: Образование четких теней от предметов при освещении точечным источником света. Также можно использовать три экрана с небольшими отверстиями. Если расположить их так, чтобы свет от источника проходил через все три отверстия, то эти отверстия окажутся на одной прямой.

Закон отражения света: луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела двух сред в точке падения, лежат в одной плоскости, причем угол падения $\alpha$ равен углу отражения $\gamma$ ($\alpha = \gamma$).

Опыт: С помощью специального прибора — оптического диска — можно наглядно проверить этот закон. На центр диска с нанесенной на него угловой шкалой помещают плоское зеркало. Направляя на зеркало узкий пучок света под разными углами падения $\alpha$, можно с помощью шкалы измерить соответствующие углы отражения $\gamma$ и убедиться в их равенстве.

Закон преломления света (закон Снеллиуса): луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения $\alpha$ к синусу угла преломления $\beta$ есть величина постоянная для двух данных сред: $\frac{\sin\alpha}{\sin\beta} = n_{21}$.

Опыт: Также проводится с использованием оптического диска. На диск помещается стеклянный полуцилиндр. Пучок света направляется на его плоскую поверхность. Измеряя углы падения $\alpha$ и преломления $\beta$ для разных значений, можно убедиться, что их синусы сохраняют постоянное отношение.

Ответ: Опыты с источниками света, экранами, зеркалами и прозрачными средами на оптическом диске подтверждают справедливость основных законов геометрической оптики: прямолинейного распространения, отражения и преломления света.