1611143569-ed123092d132ff77d44213ca2a0f5b5a (825029), страница 21
Текст из файла (страница 21)
28. В цилиндрической трубе возбуждаются гармонические звуковые колебания определенной частоты с помощью динамика 1, установленного на одном из ее концов (рис. 6.28). Длина трубы при перемещении поршня 2 изменяется. На боковой стенке трубы находится микрофон 3, сигнал с которого через усилитель 4 подается на динамик 5. Объясните, почему при перемещении поршня изменяетсягромкость звукового сигнала динамика 5. Можно ли этот экспериментиспользовать для определения параметров колебательного процесса втрубе?6. 29.
От генератора 1 звуковых частот гармоническое напряже213254Рис. 6.28413Рис. 6.29ние подается на динамик 2 и на горизонтально отклоняющиеся пластины электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) 3 (рис. 6.29). На вертикальноотклоняющиеся пластины ЭЛТ подается сигнал с микрофона 4, кото-ЗАДАЧИ. Задачи-демонстрации143рый является приемником звуковых колебаний, возбуждаемых динамиком 2. Объясните, в чем причина тех изменений, которые наблюдаются на экране ЭЛТ при перемещении микрофона 4 относительнодинамика 2.
Можно ли использовать этот эксперимент для определения скорости звука?6. 30. Электрическая цепь, состоящая из двух катушек индуктивности и лампочки, подключена к генератору переменного напряжения.Если в одну из катушек вдвинуть железный сердечник, то свечениелампочки усиливается. Если же сердечник вдвинуть во вторую катушку, то свечение лампочки ослабевает. Нарисовать схему электрическойцепи. Объясните явление.6. 31.
Имеются два различных источника напряжения, обеспечивающих одинаковую интенсивность свечения электрической лампочки.При кратковременном подключении к выходным клеммам катушкииндуктивности только один источник дает интенсивный дуговой разряд. Объясните наблюдаемое явление.6. 32. Почему при замыкании ключа 1 лампочка, включенная вцепь, как показано на рис. 6.32, горит слабее, чем при замыканииключа 2?6. 33. Диск с одной белой полосой приводится во вращение и освещается лампой пульсирующего света (стробоскоп). В свете лампы видны три полосы, расположенные под углом 120◦.
Найти по наблюдаемой картине угловую скорость вращения диска. Частота пульсацийлампы известна.6. 34. Между двумя плоскими параллельными зеркалами расположен источник света – электрическая лампочка (рис. 6.34). На экранепосле включения лампочки появляются светлые и темные полосы. Нарисуйте схему опыта и объясните явление.6. 35. Свет, пройдя стопу плоских тонких стеклянных пластин, по-144ЗАДАЧИ. Задачи-демонстрациигруженных в воду, создает на экране изображение букв: НГУ. В отсутствие воды изображение исчезает.
Объясните эффект.6. 36. Включают источник света и регистрируют ток фотоэлемента.Затем на пути света ставят толстую плоскопараллельную прозрачнуюстеклянную пластину. Сначала источник света – обычная лампочканакаливания, потом – источник параллельных лучей. Фототок послевнесения пластины в первом случае возрастает, во втором – падает.Объясните эффект.6. 37.
После прохождения света через собирающую линзу на экранехорошо виден темный круг, окаймленный светлым кольцом. Объясните наблюдаемое явление.6. 38. Спираль лампочки накаливания проецируется на экран объективом. Часть линзы объектива перекрыта полоской из непрозрачного материала. При смещении лампочки из плоскости оптимальнойфокусировки происходят характерные изменения изображения. Опишите и объясните наблюдаемое явление.6. 39. Когда между лампочкой и линзой помещена прозрачная сплоскими стенками кювета с водой, на экране видно резкое изображение спирали лампочки. Если же кювету убрать, изображение становится размытым. Объясните явление.6. 40.
На блестящей консервной банке есть плоская вмятина, откоторой на экран отражается свет. В банку наливают охлажденнуюжидкость. Отраженный сигнал гаснет. Объясните явление.6. 41. При падении под небольшим углом на толстую стекляннуюРис. 6.41пластину узкого пучка света на экране отчетливо видны несколько пятен разной яркости (рис. 6.41).Объясните наблюдение.ЗАДАЧИ. Задачи-демонстрации1456. 42. ∗ Лазерный луч падает по нормали на прозрачную плоскопараллельную пластину, одна поверхность которой закрашена так, чтоспособна рассеивать свет во всех направлениях.
На пластине виднаследующая картина: светлая точка в центре, темный круг с резко очерченной границей и светлый ореол снаружи круга. Объясните явление.6. 43. ∗ Сквозь молоко, налитое в вертикальный цилиндрическийстеклянный сосуд, пропускают узкий интенсивный пучок света вдольи поперек оси сосуда и регистрируют интенсивность прошедшего света. При разбавлении молока интенсивность продольного света не изменяется, а интенсивность поперечного – существенно увеличивается.Объясните явление.ОТВЕТЫ, РЕШЕНИЯ, УКАЗАНИЯМеханикаКинематика. Относительность движения1.
1. Ветер, дующий горизонтально, не может изменить вертикальной составляющей скорости дождя. С учетом этого имеемu1/v = tg 30◦,u2/v = tg 45◦ = 1;u2 = u1/tg 30◦ = 10 ctg 30◦м/с = 17м/с2.1. 2. t = πR c2c1 +cc1 21. 3. t =`1/2 = 11c, c > u.(c2 −u2) 221. 4. При продольномветре t1 = 2`v v − u . При поперечном.1/2ветре t2 = 2` v 2 − u2. Таким образом,ht1/t2 = 1 − (u/v)2i−1/2, u < v.1. 5. Если лодка неподвижна, то расстояние между передним и задним фронтами звукового сигнала равно cτ0 . Из-за движения лодки(за время τ0 она пройдет путь vτ0) это расстояние уменьшается наvτ0. Отразившись от дна, сигнал придет к лодке со скоростью v + cи пройдет через приемник звуковых сигналов, находящийся на лодке,−vτ0за время τ = cτ0v+c; отсюда v = c ττ00−τ+τ .1.
6. Каждый осколок вращавшейся в момент взрыва бомбы завремя t удаляется от оси цилиндра в радиальном направлении на расстояние `1, в другом, перпендикулярном ему, – на расстояние ωRt.1/2Таким образом, искомое расстояние `2 = ω 2 R2t2 + `21.1. 7. В процессе восприятия звука от самолета надо различать двамомента:147Кинематика. Относительность движения1) начало прихода звука, тогда α + ϕ = π/2, т.
е. α = π/2 − ϕ;2) последующее восприятие звука, приходящего из других точектраектории, нежели в начальный момент, при этом условие α + ϕ =π/2 уже не выполняется и само рассмотрение становится более сложным. Действительно, когда звук придет из точки B в точку D, самолетуже окажется в точке C (рис. O.1.7), причемBC = vt,BD = ct,1/2BD = ct = h 1 + tg2 α,1/2vtg α = − tg ϕ + 1 + tg2 α.cВведем число Маха M = v/c.
Тогда, преобразуя последнее выражение, имеем1 − M 2 tg2 α + 2 tg ϕ tg α + tg2 ϕ − M 2 = 0.AB = h tg α = −h tg ϕ + vt,Отсюдаh2tg α1,2 = − tg ϕ ± M tg ϕ + 1 − M2 1/2i1−M2 −1.В дополнение к ответу полезно отметить некоторые особенности восприятия на слух движения сверхзвукоACC“B“ B B‘C‘vtφαвого самолета. Человек с помощью своhих органов слуха довольно хорошо опреαctφделяет направление на точечный источDник звука. В тот момент, когда он, нахоРис. O.1.7дясь в точке D, услышит звук, пришедший из точки B со скоростью c, самолет окажется в точке C далеко отточки B. В точку D придет фронт ударной волны, рожденной сверхзвуковым движением самолета.
Будет слышен характерный «хлопок»,так как почти одновременно к наблюдателю придут сферические волны из некоторой окрестности B 0B 00 точки B.148ОТВЕТЫ. МеханикаДалее начнут одновременно приходить уже существенно более слабые звуки из областей траектории самолета B 0 C 0 и B 00 C 00 . Человекв принципе должен был бы отметить, что вдоль реальной траекториисамолета движутся от точки B в противоположные стороны два точечных источника звука. Эти звуки очень быстро затухают, и в действительности на этот реально существующий эффект никто не обращаетвнимания.1. 8.
К моменту t, когда пассажир поравняется с первым вагоном,пройденное им расстояние vtдолжноSбыть больше расстояния at2 2, пройденного поездом, на длину ` поез2да: vt q− at2 = `; отсюда t1,2 =2a`vO1 ± 1 − v2 . Решение существуta√t1t2-lет только при v ≥ 2a` (при меньРис. O.1.8шей скорости пассажир вообще не поравняется с первым вагоном поезда).
Посмыслу условия следует выбрать ответ!rv2a`1− 1− 2 .t1 =avS=-l+vtS=at 2/2Если бы пассажир, поравнявшись с первым вагоном в момент t1, продолжал бежать дальшес той же скоростью,то он опередил бы поезд,qа в момент t2 = av 1 + 1 − 2a`с ним снова поравнялся бы первыйv2вагон набирающего ход поезда (рис. O.1.8).1. 9. Пусть τ – время опоздания. Тогда длина вагона по условию2aτ 21)задачи ` = a(τ +t−= at22 (2τ + 2t1 + t2).22Это же условие можно записать иначе: 2τ t1 +t21 = 2τ t2 +2t1t2 +t22.Отсюдаt22 + 2t1t2 − t21τ=.2 (t1 − t2)Кинематика. Относительность движения149√v1v2/g = 1 с.
21. 11. k = ` gt = 0, 1.1. 10. t =1. 12. По горизонтали второй камень движется равномерно. Повертикали оба камня движутся с ускорением g. Таким образом,` = v cos α · (t − τ ), где τ – искомое время между бросками,gt2g (t − τ )2vt −= v sin α · (t − τ ) −.22Отсюда" 2#1/22v2``v− tg α +,t= +gggv cos αгде (v sin α)2 > g`. Знак «+» в решении квадратного уравнения выбран из условия, что соударение должно произойти лишь после того,как первый камень начнет двигаться вниз (t > v/g). С учетом этогоимеем`τ =t−= 1, 2 с.v cos α1.
13. Из сравнения вертикальных и горизонтальных перемещенийкамня и утки имеемgt2v sin α · t −= h, v cos α · t = hc tg α + ut.2Отсюда2uh=(v cos α − u) tg2 α, v cos α > u.gПри v cos α > 2u траектория камня такая, как на рис. 1.13, а, приu < v cos α < 2u – как на рис. 1.13, б.1. 14.
Рассмотрение равноускоренного движения мяча по вертикалиприводит к уравнению"#1/222gtv sin αv sin α2hh = v sin α · t −, t=−−.2ggg150ОТВЕТЫ. МеханикаЗнак «+» отброшен, так как он дает время «полета» по траектории,не имеющей излома. Расстояние, пройденное мячом по горизонтали завсе время движения 2t, равно"1/2#2v2gh` = v cos α · 2t = sin 2α 1 − 1 −,g(v sin α)2.2где, h < (v sin α) 2g, так как есть удар о потолок. Подстановкачисловых данных дает ` = 5 м.1. 15. Скорость шарика максимальна в момент удара о стенку. Изсимметрии задачи и с учетом того, что скорость шарика у стенки перпендикулярна касательной плоскости, имеемgτvmax == 7 м/с.2 sin αСкорость шарика при пересечении оси лунки (она же горизонтальнаяскорость) минимальная;gτctg α = 5м/с.vmin = vmax cos α; отсюда vmin =21.
16. Расстояние по горизонтали, на которое летят осколки, начавшие движение под углом α к горизонту, равноv02` = sin 2α.gРадиус кругаv2R = sin 2α0 .gОсколки, вылетевшие под некоторым углом α из интервалаπ1Rg− α0 , где α0 = arcsin 2 ,22vвылетят за пределы круга радиуса R.α0 ≤ α ≤Кинематика. Относительность движения151Отношение массы вылетевших за круг радиуса R осколков к общей массе будет равно отношению площади S кольца на поверхности взрывающегося шара (размеры кольца ограничены углами α0 иπ/2 − α0 ) к площади поверхности шара S0. Если r – радиус шара,имеем√hiπS 2πr21π000=(h2 − h1)= sin− α − sin α =sin−α .S0 4πr22224Таким образом,πM0−α .m = √ sin421. 17. За условие минимальности угла бросания α примем касаниемячом передней и задней точек дужки кольrOца (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
