Интернет-энциклопедия по школьным предметам от Maximum Education. Учебник поможет решить домашнее задание, подготовиться к контрольной и вспомнить прошлые темы.
Задание 24
Формат задания
Задание, повышенного уровня сложности, решение которого нужно перенести в бланк ответов №2. Максимальный первичный балл за задание – 3 балла. В задании проверяются абсолютно все упомянутые в предыдущих заданиях темы блоков «Механика», «Молекулярная физика», «Электродинамика» и «Квантовая и ядерная физика», кроме элементов астрофизики.
Это задание открывает череду из 6 задач второй части с развернутый ответом. Ответ редко бывает численным, чаще всего является словом или несколькими словами с необходимостью описания происходящих явлений или процессов на основании теоретических знаний, формул и логического рассуждения. Изредка возможна ситуация, когда ответ уже есть в условии или на рисунке и нужно лишь описать, как к нему прийти. Очень мало прототипов (<5%) связанных с квантовой и ядерной физикой, очень много (> 50%) – на электродинамику. Для максимальной подготовки к заданию лучше нарешать подборку этих задач, так как общих элементов между ними зачастую нет.
Ответ должен:
-
Быть подан как целое число, слово или несколько слов;
-
Отвечать на поставленный вопрос;
-
Соответствовать реальности;
-
Указан явно (в графе «ответ») или косвенно - в конце представленных рассуждений.
На площадку падает зеленый свет от лазера. Лазер заменяют на другой, генерирующий красный свет. Мощность излучения, падающего на площадку, в обоих случаях одна и та же. В обоих случаях наблюдается явление фотоэффекта. Как изменяется в результате такой замены число фотоэлектронов, покидающих площадку в единицу времени? Укажите, какие закономерности вы использовали при обосновании своего ответа.
Решение
При замене лазера с зеленого на красный изменились частота света, достигающего пластину, и его длина волны. Согласно мнемонике «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан», где все первый буквы соответствуют цветам видимого спектра в порядке уменьшения длины волны, частота красного цвета ниже, чем зеленого.
Распишем мощность падающего излучения через отношение энергии ко времени: \(P = \frac{\sum_{}^{}E}{t}\), где \(\sum_{}^{}E\) – суммарная энергия всех фотонов, достигающих пластину в 1 с. Энергия одного фотона может быть найдена как \(E = h\nu\), а энергия множества фотонов тогда: \(\sum_{}^{}E = h\nu \bullet N_{ф}\), где \(N_{ф}\) – их количество за 1 с. Тогда \(P = h\nu \bullet \frac{N_{ф}}{t}\). Поскольку мощность света не изменили, но его частота уменьшилась, увеличилась дробь \(\frac{N_{ф}}{t}\), то есть количество фотонов в секунду (иными словами – интенсивность света).
Считая, что 1 фотон выбивает 1 электрон, количество выбитых электронов и фототок насыщения увеличились.
Ответ: увеличится.
Широкую стеклянную трубку длиной около трех метров, запаянную с одного конца, целиком заполнили водой и установили вертикально открытым концом вниз, погрузив низ трубки на несколько сантиметров в тазик с водой. При комнатной температуре трубка остается целиком заполненной водой. Воду в тазике медленно нагревают. Где установится уровень воды в трубке, когда вода в тазике начнет закипать? Ответ поясните, указав, какие физические явления закономерности вы использовали для объяснения.
Решение
Нормальное атмосферное давление, равное 100 кПа, уравновешивает давление столба воды высотой 10 м (согласно формуле p = ρgh), а давление насыщенного водяного пара, который скапливается в верхней части трубки, при комнатной температуре пренебрежимо мало по сравнению с атмосферным. Именно поэтому трубку длиной до 10 метров вода заполняет полностью и не выливается обратно.
Кипение представляет собой интенсивное образование по всему объему жидкости и всплытие пузырьков насыщенного пара и начинается при той температуре, при которой давление насыщенного пара равно внешнему давлению (иначе сами пузырьки не смогли бы появится в толще воды). При кипении воды над ней в трубке образуется насыщенный пар, выталкивающий ее из трубки (так называемая «торричеллиева пустота»). Поскольку при этом давление пара равно атмосферному давлению, вода вскоре будет вытеснена из трубки до уровня воды в тазике. При дальнейшем кипении часть пара может вырываться из трубки через нижнюю часть, но уровень воды уже не станет ниже.
Ответ: при кипении уровни воды в трубке и тазике совпадут.