Страница 24 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

2. Используя Интернет, подготовьте сравнительную таблицу «Человек в космосе» (дата, длительность полёта, число космонавтов, страна). Какие выводы вы можете сделать, проанализировав собранные данные?

Сравнительная таблица «Человек в космосе»

Ответ: подготовлена сравнительная таблица, включающая ключевые вехи в истории пилотируемой космонавтики с указанием даты, длительности полёта, числа космонавтов и страны, реализовавшей миссию.

Выводы

Анализ собранных данных позволяет сделать следующие выводы об эволюции пилотируемой космонавтики:

• Начальный этап и «космическая гонка» (1960-е). Первое десятилетие освоения космоса прошло под знаком острого соперничества СССР и США. Таблица наглядно демонстрирует, что СССР захватил раннее лидерство, осуществив первый полёт человека в космос, первый групповой полёт и первый выход в открытый космос. Это свидетельствует о первоначальном превосходстве советских ракетно-космических технологий.

• «Лунная гонка» и смена приоритетов (конец 1960-х – начало 1970-х). США, сконцентрировав национальные усилия на программе «Аполлон», добились исторической победы, высадив человека на Луну в 1969 году. Это достижение не только стало вершиной «космической гонки», но и сместило фокус дальнейшего освоения космоса с рекордов на более сложные и долговременные миссии.

• Эра орбитальных станций (1970-е – 1990-е). После лунных миссий основной задачей стало обеспечение длительного пребывания человека на околоземной орбите. В этой области лидерство принадлежало СССР/России, которая последовательно создавала и эксплуатировала орбитальные станции «Салют» и «Мир». Рекорд Валерия Полякова по непрерывному пребыванию в космосе (почти 438 суток) подчёркивает уникальный опыт России в области космической медицины и систем жизнеобеспечения.

• Международное сотрудничество и появление новых игроков (с 1990-х). Окончание Холодной войны ознаменовало переход от конкуренции к сотрудничеству, символом которого стала Международная космическая станция (МКС). В то же время монополия двух сверхдержав была нарушена: в 2003 году Китай стал третьей страной, самостоятельно отправившей человека в космос, и сегодня активно развивает собственную орбитальную станцию.

• Коммерциализация космоса (с 2010-х). Новейший этап характеризуется стремительным развитием частной космонавтики. Компании, в первую очередь американские (SpaceX), перешли от доставки грузов к пилотируемым полётам, включая полностью коммерческие туристические миссии. Это кардинально меняет экономику космонавтики, делая космос более доступным и открывая перспективы для космического туризма и частных исследований.

• Технологическая эволюция. Данные в таблице ясно показывают неуклонный технологический прогресс: длительность полётов выросла от часов до более чем года, экипажи — от одного человека до нескольких, а сложность задач — от простого пребывания на орбите до строительства гигантских сооружений и многомесячных научных программ.

Ответ: анализ данных показывает, что история пилотируемой космонавтики развивалась поэтапно: от советско-американского соперничества к эпохе долговременных орбитальных станций и международного сотрудничества. Современный этап характеризуется появлением новых космических держав и активной коммерциализацией отрасли, что формирует будущее освоения космоса человеком.

3. Соберите информацию по теме «Применение лазеров в жизни человека» и подготовьте презентацию.

Лазер (акроним от англ. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation — «усиление света посредством вынужденного излучения») — это устройство, преобразующее энергию (световую, электрическую, тепловую, химическую) в когерентное, монохроматическое, поляризованное и узконаправленное излучение. Благодаря этим уникальным свойствам лазеры нашли широчайшее применение в самых разных сферах человеческой деятельности.

Применение в медицине

Лазерные технологии произвели революцию во многих областях медицины, позволив проводить сложные процедуры с высокой точностью и минимальной инвазивностью. В хирургии лазерный луч используется как бескровный скальпель, делая точные разрезы и одновременно прижигая сосуды, что уменьшает кровопотерю. В офтальмологии наиболее известным применением является лазерная коррекция зрения (например, метод LASIK), где лазер изменяет форму роговицы. Также лазеры используются для лечения глаукомы и «приваривания» отслоившейся сетчатки. В дерматологии и косметологии лазеры применяются для удаления татуировок, шрамов, нежелательных волос (эпиляция) и для омоложения кожи. В стоматологии лазеры помогают в лечении кариеса, дезинфекции корневых каналов, отбеливании зубов и в хирургии мягких тканей полости рта.

Ответ: В медицине лазеры применяются в качестве хирургических инструментов, для коррекции зрения, в косметологических процедурах по уходу за кожей, а также в стоматологии для лечения и эстетических процедур.

Применение в промышленности

Высокая мощность и точность лазерного излучения делают его незаменимым инструментом в современной промышленности. Лазерная резка позволяет с высокой скоростью и точностью раскраивать различные материалы — от металла до пластика и ткани. Лазерная сварка обеспечивает прочные и аккуратные швы. Также лазеры используются для сверления микроскопических отверстий, гравировки и маркировки продукции (нанесения штрих-кодов, серийных номеров, логотипов). В 3D-печати технологии селективного лазерного спекания (SLS) и плавления (SLM) используют мощный лазер для послойного создания трехмерных объектов из металлических или полимерных порошков. Это позволяет производить детали сложной формы для аэрокосмической отрасли, медицины (имплантаты) и машиностроения.

Ответ: В промышленности лазеры используются для высокоточной резки, сварки, гравировки и маркировки материалов, а также в аддитивных технологиях (3D-печать) и для упрочнения поверхностей деталей.

Применение в науке и исследованиях

Лазеры являются одним из ключевых инструментов для проведения научных исследований. Лазерная спектроскопия позволяет с высочайшей точностью определять состав вещества, анализируя его взаимодействие с лазерным излучением. С помощью лазеров создаются голограммы — трехмерные изображения объектов, используемые для защиты документов и в системах хранения данных. Оптические пинцеты, представляющие собой сфокусированный лазерный луч, могут захватывать и перемещать микроскопические объекты, такие как живые клетки, не повреждая их. Лидары (LIDAR) — лазерные локаторы — используются для дистанционного зондирования Земли, создания точных трехмерных карт местности и в беспилотных автомобилях для ориентации в пространстве.

Ответ: В науке лазеры применяются для изучения состава веществ (спектроскопия), создания 3D-изображений (голография), манипуляции микрообъектами (оптический пинцет) и для дистанционного зондирования (лидары).

Применение в быту и сфере развлечений

Лазерные технологии прочно вошли в нашу повседневную жизнь. В CD, DVD и Blu-ray проигрывателях миниатюрный лазер считывает информацию с диска. В лазерных принтерах луч формирует изображение на барабане для последующей печати. Сканеры штрих-кодов в магазинах используют лазер для быстрого считывания информации о товаре. В строительстве и ремонте лазерные уровни и дальномеры позволяют быстро и точно проводить разметку и измерения. Кроме того, яркие лазерные шоу являются неотъемлемой частью концертов и фестивалей.

Ответ: В быту лазеры используются в проигрывателях дисков, принтерах, сканерах штрих-кодов, строительных инструментах (уровнях, дальномерах) и для создания световых шоу.

Применение в телекоммуникациях

Лазеры лежат в основе современных систем связи. Глобальный интернет и телефонная связь функционируют благодаря оптоволоконным сетям, где информация кодируется в виде световых импульсов, генерируемых лазерами, и передается по стеклянным волокнам на огромные расстояния. Лазерная связь также используется для передачи больших объемов данных между спутниками и космическими аппаратами, обеспечивая более высокую скорость и защищенность канала по сравнению с радиосвязью.

Ответ: В телекоммуникациях лазеры являются ключевым элементом оптоволоконных сетей, обеспечивающих работу интернета и телефонной связи, а также применяются в системах космической связи.

Применение в военной сфере

Точность и дальность действия лазеров обусловили их широкое применение в военных технологиях. Лазерные дальномеры с высокой точностью измеряют расстояние до цели, а целеуказатели подсвечивают цель невидимым лучом для наведения высокоточного оружия. Лазерные системы также используются для ослепления оптических сенсоров противника. Ведутся активные разработки боевых лазеров высокой мощности, способных физически уничтожать цели, например, беспилотные летательные аппараты и ракеты.

Ответ: В военной сфере лазеры используются для точного измерения расстояний и наведения оружия, для противодействия системам противника, а также в качестве перспективного вида оружия для уничтожения целей.

Обсудим? Итак, как вы теперь знаете, изучение любого явления начинается с наблюдения. Вы почти ежедневно наблюдаете, как горячий чай, оставленный в чашке на столе, через какое-то время остывает. Выдвиньте гипотезы, от чего может зависеть время остывания чая до комнатной температуры. Придумайте и спланируйте опыты, которые позволят подтвердить или опровергнуть каждую вашу гипотезу.

Время остывания горячего чая в чашке до комнатной температуры — это сложный физический процесс, который зависит от множества факторов. Ниже представлены несколько гипотез, объясняющих эту зависимость, а также планы экспериментов для их проверки.

Гипотеза 1: Время остывания зависит от материала, из которого сделана чашка.

Разные материалы по-разному проводят тепло. Этот процесс называется теплопроводностью. Металлы являются хорошими проводниками тепла, а керамика, фарфор или стекло — плохими (являются теплоизоляторами). Следовательно, чашка из материала с высокой теплопроводностью будет быстрее отводить тепло от чая в окружающую среду.

План опыта:
1. Взять две чашки примерно одинакового размера и формы, но из разных материалов: одну керамическую, другую — металлическую (например, из нержавеющей стали).
2. Налить в обе чашки одинаковое количество горячей воды (например, по 200 мл) с одинаковой начальной температурой (например, 90°C).
3. Поставить обе чашки в одинаковые условия (на один стол в одной комнате).
4. С помощью термометра и секундомера измерить время, за которое вода в каждой чашке остынет до определенной температуры (например, до 40°C).
5. Сравнить полученное время.

Ответ: Если гипотеза верна, вода в металлической чашке остынет значительно быстрее, чем в керамической.

Гипотеза 2: Время остывания зависит от площади поверхности чая.

Остывание жидкости в открытой посуде происходит в основном за счет двух процессов: теплообмена с воздухом (конвекция) и испарения. Оба процесса происходят на поверхности жидкости. Чем больше площадь этой поверхности, тем интенсивнее идет испарение и теплообмен, а значит, тем быстрее чай остывает.

План опыта:
1. Взять два сосуда из одинакового материала: узкую высокую чашку и широкое плоское блюдце.
2. Налить в оба сосуда одинаковый объем горячей воды (например, 150 мл) с одинаковой начальной температурой.
3. Поставить оба сосуда в одинаковые условия.
4. Измерить время, за которое вода в каждом сосуде остынет до одной и той же конечной температуры.
5. Сравнить полученное время.

Ответ: Если гипотеза верна, вода в блюдце, где площадь поверхности больше, остынет быстрее, чем вода в чашке.

Гипотеза 3: Время остывания зависит от объема (массы) чая.

Количество теплоты, которое необходимо отдать телу для его остывания, прямо пропорционально его массе: $ Q = cm(t_1 - t_2) $, где $ m $ — масса. Соответственно, чем больше объем (и масса) чая в чашке, тем большее количество теплоты он должен отдать окружающей среде, чтобы остыть, и тем больше времени это займет при прочих равных условиях.

План опыта:
1. Взять две абсолютно одинаковые чашки.
2. Налить в одну чашку 100 мл горячей воды, а в другую — 200 мл. Начальная температура воды в обеих чашках должна быть одинаковой.
3. Поставить обе чашки в одинаковые условия.
4. Измерить время остывания воды в каждой чашке до одной и той же конечной температуры.
5. Сравнить полученное время.

Ответ: Если гипотеза верна, то больший объем воды (200 мл) будет остывать дольше, чем меньший (100 мл).

Гипотеза 4: Время остывания зависит от наличия крышки.

Накрывая чашку, мы значительно уменьшаем потери тепла. Во-первых, крышка почти полностью прекращает испарение — один из самых эффективных механизмов охлаждения. Во-вторых, она препятствует конвекции, не давая теплому воздуху над поверхностью чая уходить вверх и заменяться холодным.

План опыта:
1. Взять две одинаковые чашки и налить в них одинаковое количество горячей воды одинаковой температуры.
2. Одну чашку оставить открытой, а вторую накрыть крышкой или блюдцем.
3. Поставить обе чашки в одинаковые условия.
4. Измерить время остывания воды в каждой из них до одинаковой конечной температуры.
5. Сравнить полученное время.

Ответ: Если гипотеза верна, чай в накрытой чашке будет остывать значительно медленнее, чем в открытой.

Гипотеза 5: Время остывания зависит от движения воздуха над поверхностью чая.

Движение воздуха (ветер, сквозняк, вентилятор) усиливает конвекцию и испарение. Поток воздуха постоянно уносит от поверхности жидкости нагретый и насыщенный влагой слой воздуха, заменяя его более холодным и сухим. Этот процесс называется вынужденной конвекцией.

План опыта:
1. Взять две одинаковые чашки с одинаковым количеством горячей воды одинаковой температуры.
2. Поставить обе чашки в одной комнате, но одну в место, где нет движения воздуха, а другую — перед работающим на малой скорости вентилятором.
3. Измерить время остывания воды в каждой чашке до одинаковой конечной температуры.
4. Сравнить полученное время.

Ответ: Если гипотеза верна, чай, который обдувается вентилятором, остынет быстрее, чем чай, стоящий в неподвижном воздухе.

1. «Измерительные приборы в жизни человека» (возможная форма: презентация, изготовление прибора, макета).

Решение

1. Введение: Роль измерений и измерительных приборов

Измерительные приборы являются неотъемлемой частью жизни современного человека и основой научно-технического прогресса. С древнейших времен человек стремился познать окружающий мир, а познание невозможно без измерений. От простейших измерений длины с помощью частей тела до сложнейших приборов, регистрирующих гравитационные волны, — вся история цивилизации тесно связана с развитием измерительной техники. Великий ученый Д. И. Менделеев говорил: «Наука начинается там, где начинаются измерения». Эта фраза подчеркивает фундаментальную роль измерений не только в науке, но и в торговле, строительстве, медицине, искусстве и повседневной жизни. Данный проект посвящен исследованию многообразия измерительных приборов, их классификации, истории и значению в различных сферах человеческой деятельности.

Ответ: Измерительные приборы играют ключевую роль в развитии цивилизации, являясь фундаментом для науки, техники и повседневной деятельности человека.

2. Классификация измерительных приборов

Всё многообразие измерительных приборов можно классифицировать по различным признакам. По измеряемой физической величине приборы делятся на: средства для измерения длины (линейка, рулетка, штангенциркуль), массы (весы), времени (часы, секундомер), температуры (термометр), давления (барометр, манометр), электрических величин (амперметр, вольтметр) и многих других. По принципу действия они бывают механическими, электромеханическими, электронными, оптическими, пневматическими. По способу представления информации различают аналоговые (показывающие, со стрелкой и шкалой) и цифровые (с отображением результата на дисплее) приборы. Также их можно разделить по точности (эталоны, образцовые и рабочие приборы) и по сфере применения (бытовые, промышленные, научные, медицинские).

Ответ: Измерительные приборы классифицируются по измеряемой величине, принципу действия, способу отображения информации, точности и сфере применения.

3. Измерительные приборы в быту

В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с измерительными приборами, зачастую не задумываясь об их важности. К самым распространенным бытовым приборам относятся: часы для измерения времени; кухонные и напольные весы для измерения массы продуктов и тела; комнатный термометр для контроля температуры воздуха и медицинский термометр для измерения температуры тела; линейки и рулетки для ремонтных и хозяйственных работ; счетчики расхода воды, газа и электроэнергии для контроля потребления ресурсов. Всё большее распространение получают и более сложные устройства, такие как бытовые тонометры для измерения артериального давления или кухонные таймеры.

Ответ: В быту человек ежедневно использует множество измерительных приборов, включая часы, весы, термометры, рулетки и счетчики коммунальных услуг.

4. Измерительные приборы в медицине

Медицина является одной из тех областей, где точность измерений имеет жизненно важное значение. Диагностика заболеваний и контроль состояния пациента невозможны без специальных приборов. Ключевыми медицинскими измерительными приборами являются: термометр, тонометр (для измерения давления) и стетофонендоскоп (для выслушивания звуков внутренних органов). Современная медицина использует и высокотехнологичные устройства: глюкометры для определения уровня сахара в крови, пульсоксиметры для измерения сатурации кислорода, электрокардиографы для регистрации электрической активности сердца. Диагностические комплексы, такие как аппараты УЗИ, КТ и МРТ, по своей сути также являются сложнейшими измерительными системами, позволяющими визуализировать внутренние органы и ткани.

Ответ: В медицине точные измерительные приборы, от простого термометра до сложных томографов, являются основой для диагностики, лечения и спасения жизней.

5. История и эволюция измерительных приборов

История измерительных приборов насчитывает тысячелетия. Первыми мерами длины служили части человеческого тела: локоть, палец, ступня (фут). Для измерения времени использовались солнечные часы (гномон) и водяные часы (клепсидра). Значительный прорыв произошел в эпоху Возрождения и Нового времени с изобретением механических часов, термоскопа Галилея, барометра Торричелли и микроскопа Левенгука. Промышленная революция XVIII–XIX веков потребовала стандартизации и повышения точности измерений, что привело к созданию метрической системы и эталонов метра и килограмма. XX век стал эрой электрических и электронных приборов, а в XXI веке мы наблюдаем переход к цифровым, интеллектуальным и носимым устройствам, интегрированным в глобальные сети.

Ответ: Эволюция измерительных приборов прошла путь от использования частей тела и простейших устройств (солнечные часы) до создания высокоточных электронных и квантовых систем.

6. Проектная часть: Изготовление макета солнечных часов

В рамках проекта можно изготовить действующий макет одного из древнейших измерительных приборов — солнечных часов. Для этого потребуется плоская горизонтальная поверхность (например, лист фанеры или плотного картона), стержень-гномон (карандаш, палочка) и компас. Порядок изготовления: 1. Установить поверхность строго горизонтально в солнечном месте. 2. В центре поверхности перпендикулярно закрепить гномон. 3. Начиная с утра, каждый час отмечать положение тени от гномона на поверхности и подписывать соответствующее время (например, 9:00, 10:00). Для точности можно использовать наручные часы. 4. Проделав это в течение всего светового дня, мы получим простейший циферблат. Такие часы будут показывать местное солнечное время. Этот простой эксперимент наглядно демонстрирует принцип измерения времени на основе движения Солнца по небосводу.

Ответ: Изготовление макета солнечных часов является простым и наглядным способом изучения принципов работы древних измерительных приборов и связи времени с астрономическими явлениями.

2. «Физические явления в стихах русских поэтов (А. С. Пушкина, М. Ю. Лермонтова, Н. А. Некрасова)» (возможная форма: презентация, эссе, реферат, зарисовки).

Решение

Поэзия великих русских классиков, несмотря на свою гуманитарную природу, часто содержит удивительно точные и образные описания физических явлений. Анализ творчества А. С. Пушкина, М. Ю. Лермонтова и Н. А. Некрасова позволяет увидеть, как законы физики находят свое отражение в художественном слове.

А. С. Пушкин

В творчестве Пушкина, с его стремлением к гармонии и ясности, описания природы полны физических деталей. Поэт мастерски использует их для создания реалистичной и в то же время поэтичной картины мира.

• Оптические явления. В стихотворении «Зимнее утро» мы встречаем целый каскад оптических эффектов:

  Под голубыми небесами
  Великолепными коврами,
  Блестя на солнце, снег лежит;
  Прозрачный лес один чернеет,
  И ель сквозь иней зеленеет,
  И речка подо льдом блестит.

  Здесь описаны: рэлеевское рассеяние света в атмосфере, придающее небу голубой цвет; зеркальное и диффузное отражение света от кристаллов снега и поверхности льда («блестя на солнце», «речка... блестит»); поглощение света темными стволами деревьев, создающее контраст с белым снегом («лес один чернеет»).

• Тепловые явления и фазовые переходы. В том же «Зимнем утре» упоминаются «иней» и «лед». Иней — это результат десублимации, то есть прямого перехода водяного пара из воздуха в твердое состояние (кристаллы льда) при отрицательных температурах. Лед на реке — результат кристаллизации (замерзания) воды, фазового перехода из жидкого состояния в твердое при температуре $0^\circ\text{C}$.

• Акустические явления. В романе «Евгений Онегин» можно найти описание эха:

  И звучно в лесах раздавалось: «Ау!»

  Эхо — это звуковая волна, отраженная от какого-либо препятствия (в данном случае, деревьев в лесу) и воспринятая наблюдателем.

Ответ: В стихах А. С. Пушкина находят отражение разнообразные физические явления, в частности, из области оптики (отражение, рассеяние и поглощение света), термодинамики (фазовые переходы вещества) и акустики (отражение звука), которые поэт использует для создания точных и выразительных образов природы.

М. Ю. Лермонтов

Романтическая поэзия Лермонтова часто обращена к стихиям, к бурным и величественным явлениям природы. В его стихах физические законы проявляются в динамике и масштабе.

• Механика и гидродинамика. В знаменитом стихотворении «Парус» движение описано через взаимодействие с воздушной и водной средой:

  Играют волны — ветер свищет,
  И мачта гнется и скрыпит...

  Здесь мы видим проявление силы давления ветра на парус, которая приводит корабль в движение. Колебания воды («играют волны») — это пример волнового движения. «Мачта гнется» — это деформация твердого тела под действием приложенной силы, а «скрыпит» — звук, возникающий из-за трения частей оснастки.

• Атмосферные явления. Лермонтов часто описывает облака и тучи:

  Тучки небесные, вечные странники!
  Степью лазурною, цепью жемчужною
  Мчитесь вы, будто как я же, изгнанники...

  С физической точки зрения, тучи (облака) — это аэрозольные системы, состоящие из сконденсированного водяного пара (мельчайших капель воды или кристаллов льда). Их движение («мчитесь вы») обусловлено движением воздушных масс (ветром).

• Оптика и дисперсия света. В поэме «Мцыри» есть яркое описание эффекта, близкого к радуге:

  Кругом меня цвел божий сад;
  Растений радужный наряд
  Хранил следы небесных слез...

  «Следы небесных слез» — это капли росы. Каждая капля, подобно маленькой призме, преломляет и разлагает солнечный свет в спектр. Это явление называется дисперсией света. Множество таких капель, наблюдаемых под определенным углом, создают «радужный наряд».

Ответ: В поэзии М. Ю. Лермонтова физические явления часто служат для изображения мощных природных стихий. Он описывает механику движения, гидро- и аэродинамику (волны, ветер), атмосферные процессы (образование облаков) и сложные оптические эффекты, такие как дисперсия света.

Н. А. Некрасов

Поэзия Некрасова, с ее гражданским пафосом и вниманием к народной жизни, также не обходится без зарисовок природы, которые содержат точные физические наблюдения.

• Тепловые явления и теплопроводность. В поэме «Мороз, Красный нос» суровая русская зима описана с физической точностью:

  Глядит — хорошо ли метели
  Лесные тропы занесли,
  И нет ли где трещины, щели,
  И нет ли где голой земли?

  Снежный покров, который «заносит лесные тропы», имеет низкую теплопроводность. Благодаря пористой структуре, содержащей много воздуха, снег является хорошим теплоизолятором и защищает почву и корни растений от сильного промерзания. «Голая земля» остывает и промерзает гораздо быстрее.

• Фазовые переходы и структура вещества. В стихотворении «Железная дорога» есть интересное наблюдение за процессом замерзания:

  Лед неокрепший на речке студеной
  Словно как тающий сахар лежит;

  «Лед неокрепший» — это начальная стадия кристаллизации воды. Сравнение с «тающим сахаром» очень точно передает рыхлую, пористую, непрочную структуру первичного льда, который еще не превратился в монолитную массу.

• Акустика и механика. В поэме «Кому на Руси жить хорошо» описывается работа пилы:

  Стенало дерево, пила
  ВиLзжала, пела и Lгрызла...

  Здесь описан процесс преобразования механической энергии в звуковую. Движение пилы вызывает вибрацию как самого инструмента, так и древесины. Эти вибрации создают звуковые волны разной частоты («визжала, пела»), которые мы воспринимаем как звук.

Ответ: В стихах Н. А. Некрасова, посвященных в основном жизни народа и труду, физические явления часто вплетены в бытовые и природные зарисовки. Поэт точно описывает тепловые процессы (роль снега как теплоизолятора), фазовые переходы (образование льда) и основы механики и акустики (работа инструментов).