ВІДПОВІДІ НА ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ ДО ПІДРУЧНИКА В. Р. ІЛЬЧЕНКА ТА IН. «ФІЗИКА» РОЗДІЛ І. ПОЧИНАЄМО ВИВЧАТИ ФІЗИКУ
§ 1. Фізика як природнича наука Поміркуй 1.
Макросвіт не може існувати без мега та мікросвіту. Вони тісно взаємопов’язані.
2.
Природничо наукова картина світу — це система знань, яка утворюється під час пояснення людиною властивостей об’єктів і явищ природи на основі загальних закономірностей.
1.
Всі тіла, позбавлені опори, падають на землю. Річки течуть із гір у низини. Взимку холодно, влітку тепло. Це відбувається постійно, незалежно від нашої волі.
2.
Якщо підвішену на нитці кульку відпустити, то вона впаде, оскільки на неї діє земне тяжіння. Коли сонце нагріє краплину роси, вона зникне, оскільки перетвориться на пару й підніметься вгору. § 2. Методи дослідження фізичних явищ
ФІЗИКА
Робота у групах
Поміркуй 1.
Значення фізичної величини може дорівнювати кільком одиницям її вимірювання або її частці.
2.
Щоб виміряти фізичну величину з необхідною точністю, треба взяти вимірювальний прилад із ціною поділки, співрозмірною з вимірюваною величиною. Вона повинна бути приблизно у 100 разів меншою за вимірювану величину.
3.
У фізиці вимірюються дуже різні величини. Їхні значення можуть бути набагато меншими або більшими за системні. Тому користуються кратними та частинними одиницями вимірювання. Кратні частіше використовують при вимірюваннях у мегасвіті, а частинні — у мікросвіті.
4.
3 мм = 0,003 м = 3⋅10-3 м; 15 см = 0,15 м = 15⋅10-2 м; 30 км = 30 000 м = 3⋅104 м.
Робота у групах 1.
Штангенциркуль використовують, коли розміри невеликої деталі або от943 вору в ній треба виміряти з великою точністю.
§ 3. Простір та фізичні об’єкти в ньому Перевір себе 1.
Простір — це місце перебування різних тіл.
2.
0,8 м = 8 дм = 80 см.
3.
1,4⋅1,4 = 1,96 м2 = 1,96⋅10-4 см2 = 1,96⋅10-6 мм2.
4.
3000 см3 = 3 л.
5.
1 км2 = 100 га.
Поміркуй 1.
35,44 дм2 = 35,4⋅10-3 мл2.
2.
l = v ⋅ t = 300 000 км/с ⋅ 4,3 року = 300 000 км/с ⋅ (4,3 ⋅ 365 ⋅24 ⋅60 ⋅60) c = = 300 000 км/с ⋅ 135 604 800 c = 4 068 144 ⋅ 107 км.
ФІЗИКА
Робота у групах 1.
5 мм ⋅ 5 мм = 25 мм2 = 0,25 cм2 = 25 ⋅ 10 −4 дм2 .
2.
Ні, неможливо. Ці об’єкти взаємопов’язані.
3.
Світло поширюється по прямій лінії. Тепло передається від більш нагрітого предмета до менш нагрітого. Тіла притягаються одне до одного.
4.
Довжина, ширина, висота, об’єм.
5.
а × б = площа основи а × б × в = площа основи × в = об’єм.
в б а
§ 4. Час та його вимірювання Поміркуй 1.
У мікросвіті події та явища переважно тривають частки секунди, у мікросвіті — секунди, хвилини, години, у мегасвіті — десятки, сотні й тисячі років.
2.
І маятник, і серце, і сонячна активність відхиляються від стану рівноваги спочатку в один бік, потім повертаються до рівноваги, потім знову відхиляються в інший бік. Тож їхній рух є періодичним.
Робота у групах 944
1.
Ні, неможливо, оскільки час односпрямований.
§ 5. Взаємодія тіл. Сила — міра взаємодії Поміркуй 1.
У макросвіті найчастіше зустрічаються електромагнітні взаємодії — механічні, магнітні, електричні тощо.
Робота у групах 1.
Виштовхувальна сила дорівнює різниці в показаннях динамометра в повітрі та у воді.
2.
Fт = 60 H.
3.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
ФІЗИКА
Fваги Fтяжiння
§ 6. Енергія. Перетворення енергії Поміркуй 2.
m = 500 кг S=h=9м g = 9,8 H/кг
ΔFп = mgh = 500 ⋅ 9 ⋅ 9, 8 = 44 100 H . Енергія збільшилася за рахунок підйому вантажу над землею.
ΔFп = ? 2. 3.
Кінетична потенціальна; внутрішня кінетична. m = 10 кг S = l = 5 см v1 = 600 м/с v2 = 200 м/с
2
EK1 =
EK2
=?
2
=
0, 01 ⋅ 600 2
2
=
−2
1 ⋅ 10 ⋅ 36 ⋅ 10 2
4
=
2
кгм ; c2 2 −2 4 mv2 1 ⋅ 10 ⋅ 4 ⋅ 10 кгм2 = = = 2 ⋅ 102 ; 2 2 c2
= 18 ⋅ 102 ЕK2
EK1
mv1
EK1 = 9 (разів). EK2 Кінетична енергія кулі зменшилася за рахунок збільшення енергії пробитої дошки.
945
§ 7. Творці фізичної науки Робота у групах 2.
Дослідження космосу розширюють і поглиблюють уявлення людей про природно наукову картину Всесвіту.
§ 8. Зв’язок фізики з побутом і технікою Робота у групах 2.
Надвисокі температури можна вимірювати пристроями, що аналізують спектр випромінювання тіла — пірометрами.
ФІЗИКА
Задачі до розділу «Починаємо вивчати фізику» 1.
FB = 400 H. Стілець тисне на учня з силою 400 Н. Сила тяжіння має гравітаційну природу, а сила ваги — електромагнітну.
2.
Відро — л, цистерна для молока — м3, очні краплі — мл.
4.
Відштовхування від поверхні, сила тертя між поверхнею і черевиками.
5.
Fтертя= 2 H
Fруху = 5 H
Швидкість збільшується під дією сили Fруху – Fтертя = 5 H − 2 H = 3 H . 6.
tЗемля−Micяць = 1,3 c t Земля−Coнцe = 8,3 xв = 480 + 18 = 498 c c = 300 000 км/c SЗ−M = ?
= 39 ⋅ 104 км; = 1 494 ⋅ 105 км.
SЗ−C = ? 7.
Місяць має кінетичну енергію за рахунок свого руху за навколоземною орбітою, а також потенціальну енергію за рахунок земного тяжіння. = v1 = 600 м/c v2 = 200 м/c S = 0,05 м A=?F=?
946
; .
РОЗДІЛ ІІ. БУДОВА РЕЧОВИНИ
§ 10. Фізичне тіло і речовина. Маса тіла Поміркуй 1.
Гальмівний шлях буде більшим у вантажівки, оскільки вона має більшу масу, а відтак більшу інертність.
2.
Поїзд має набагато більший гальмівний шлях, ніж автомобіль, оскільки він набагато масивніший, тому довше зберігає інерцію руху.
Робота у групах 2.
5 т; 3 г. Кількість гир залежить від того, що є у наявності.
3.
Паски безпеки протидіють рухові пасажирів за інерцією під час різкого гальмування. § 11. Будова речовини
1.
Пружність предметів, змочування поверхні.
2.
Атоми твердих тіл утворюють кристалічні гратки, а атоми рідин — ні.
Робота у групах
ФІЗИКА
Поміркуй
1. C О
О
Кисень
О
H О
Вуглекислий газ
О
О Вода
2.
Куряче пір’я притягує молекули води, а відтак намокає. Пір’я качки відштовхує воду.
3.
Листки деяких рослин відштовхують молекули води, тож вода скупчується на них у вигляді кульок.
§ 12. Рух молекул, атомів. Дифузія Поміркуй 1.
Із підвищенням температури збільшується швидкість дифузії.
2.
За рахунок дифузії здійснюються процеси дихання та живлення живих організмів.
947
§ 13. Агрегатні перетворення. Густина речовини Поміркуй 1.
Тверді тіла зберігають сталу форму, оскільки їхні атоми утворюють кристалічну гратку.
2.
Атоми речовини рухаються швидше з підвищенням температури. Тому агрегатний стан речовини змінюється з твердого на рідкий, а згодом — на газоподібний.
3.
V= 20 л = 0,2 м3
N R 7 ü .
ρ = 9,4 ⋅ 102 кг/м3 m=? 4.
Під час агрегатних перетворень маса речовини не змінюється. Змінюється лише об’єм.
Робота в групах 1.
m m′ = 0,3 кг = 300 г V = 200 см3 = 0,02 м3
ФІЗИКА
ρ = 2,70 ⋅ 103 кг/м3
(стільки повинна важити деталь без порожнин); — отже деталь має порожнини.
m=?
C
2.
N R 7 ü
N R7 ü .
ρ = 9,982 ⋅ 102 кг/м3 m=?
;
3. ρ = 8,96 ⋅ 103 кг/м3
= 8,96 ⋅ 10−2 кг .
m=?
4. ρ = (7,6 − 7,9)103 кг/м3
.
V=? 948
5.
Густина повітря збільшилася у 1,5 раза, оскільки його маса не змінилася.
§ 14. Кристалічні та аморфні тіла Поміркуй 3.
Кристал води — молекулярний. Приклад (с. 56) — бурульки.
Робота у групах 2.
Кристали кухонної солі не проводять струм, оскільки не мають вільних електронів.
3.
Кристали кварцу використовуються в годинниках для підтримання точності ходу. Кристали рубіну використовуються в лазерах для створення лазерних променів. § 15. Залежність розмірів тіл від температури
1.
Коефіцієнт лінійного розширення показує, як змінюється кожна одиниця його лінійного розміру при зміні його температури на 1 К.
2.
Дія ртутного і спиртового термометрів заснована на зміненні об’єму рідини при зміні температури.
Робота у групах 1.
Закріплений на опорі стрижень при нагріванні розширюється і відхиляє стрілку. Якщо дати йому остигнути, він повертається до попереднього розміру. Тож стрілка не відхиляється.
2.
Залізний та алюмінієвий стрижні неоднаково збільшуються при нагріванні, тож і стрілки відхиляються по різному.
ФІЗИКА
Поміркуй
Задачі до розділу «Будова речовини» 1.
При прополюванні посівів вручну бур’яни слід висмикувати із землі повільно, щоб захопити і корінь. Інакше внаслідок інерції він може залишитися в землі, а стебло відірветься.
2.
. ρ=?
3.
Речовина трохи важча за ртуть.
Густина чистого срібла дорівнює 1,05 ⋅ 104 кг/м3 . Густина срібного виробу дорівнює 11,2 г/см3, або 11 200 000 г/м3, або 1,1 ⋅ 104 кг/м3 . Відтак, у виробі можуть бути домішки більш важкого металу — свинцю, урану, золота або платини. 949
4.
а б = 90 см = 0,9 м
Знайдемо масу сталевого листа:
в = 2 мм = 2 ⋅ 10 −3 м ρ = 7,6 ⋅ 103 кг/м3
= 27,36 кг . Вантажопідйомність машини дорівнює 3 т.
n=?
n=
3т 27,36
=
3 000 кг 27,36
= 109,64.
Отже, машина може підняти 109 листів сталі. 5.
V = 0,5 л = 0,5 дм3 = 0,5 ⋅ 10 −3 м3 ρ = 9,4 ⋅ 102 кг/м3 m=?
6.
t1 = 20 °С
= 470 г.
l2 = 50 − 50 ⋅ 40 ⋅ 12 ⋅ 10 −6 = 50 − 0,0024 = 49,9976 (м).
l1 = 50 м t2 = −20 °С l2 = ?
ФІЗИКА
7.
а = 85 м б = 12 м в=5м
.
ρ = 998,2 кг/м3 m=? 8.
Аномалію у воді чимало. Одна з них полягає у тому, що найбільша густина у воді з температурою +4 °С. Тому вона опускається на дно і навіть коли водойма промерзає майже до дна, дає змогу існувати водним організмам.
РОЗДІЛ ІІІ. СВІТЛОВІ ЯВИЩА
§ 17. Випромінювання і поширення світла Поміркуй
950
1.
Світло у всіх середовищах поширюється прямолінійно, але з різною швидкістю. При переході з одного середовища в інше світловий промінь змінює напрям.
2.
Листки зелених рослин є приймачами світла. Вони перетворюють світлову енергію на внутрішню — нагріваються, — а також на хімічну енергію органічних сполук. Квітки також є приймачами світла. Вони нагріваються, збільшуючи свою власну енергію.
3.
Корпускулярна теорія розглядає світло як частинку, а хвильова — як хвилю. Відповідно до цього кожна з теорій описує світло з допомогою тих чи інших формул.
4.
Якщо покласти на освітлене сонцем місце шматочок льоду з холодильника, то він незабаром розтане. Отже, його енергія збільшилася під дією світла. Якщо вийти з тіні на сонце, можна відчути тепло. Отже, світло має енергію. § 18. Сонячне та місячне затемнення
Робота в групах 1.
Ні, неправильно. Місячні фази спричинені тим, що Сонце освітлює лише один із його боків, а люди бачать освітлений бік під різними кутами внаслідок руху Місяця за своєю орбітою навколо Землі. § 19. Світлові явища на межі двох середовищ
Поміркуй
S А 30°
30°
О
2.
Вода
ФІЗИКА
1.
N S 60o
60o
О
А Дзеркало
§ 20. Плоске дзеркало Поміркуй 1.
Промінь відбивається під кутом 0°.
2.
Глядачі б не побачили цілісної картини, а лише промінь від кінопроектора і задню стіну кінотеатру.
Робота в групах 1.
Людина наближається до свого зображення зі швидкістю 20 м/с, оскільки уявне зображення наближається до неї з тією ж швидкістю.
2.
Дзеркало повинно бути не меншим за половину зросту людини.
951
§ 21. Заломлення світла Поміркуй 1.
а) Падаючий і заломлений промені лежать в одній площині з перпендикуляром, поставленим у точку падіння променя. б) Кут заломлення може бути меншим або більшим, ніж кут падіння залежно від того, в яке середовище переходить промінь.
2.
Глибина водойми здається нам меншою, ніж насправді, оскільки кут падіння променя при переході з водяного середовища у повітряне збільшується. α
Уявна глибина
Око ∠α > ∠β
β
Справжня глибина
ФІЗИКА
3.
Різниця між швидкістю поширення світла у вакуумі та повітрі незначна порівняно із швидкістю поширення світла в інших земних середовищах — склі, воді тощо. Тому цією різницею можна знехтувати і при розв’язанні задач вважати швидкість поширення світла в повітрі такою ж, як у вакуумі, — 300 000 км/с.
Робота в групах 2.
Хід променя крізь віконне скло Повітря Віконне скло
Повітря
§ 22. Дисперсія світла Поміркуй
952
1.
У зеленій траві більшість коників стрибунців також зеленого кольору, щоб бути непомітними на загальному тлі.
2.
Утворення веселки пов’язане із розкладанням білого світла на кольори при потраплянні його на дощові краплі. Сонячні промені заломлюють-
ся на поверхні кулеподібної краплі, відбиваються від її задньої поверхні й повторно заломлюються при виході з краплі. Робота в групах 1.
Зелений колір є доповняльним до червоного. Тому останній промінь — зелений, оскільки на заході Сонця видно переважно червоні промені.
2.
Основний оранжевий — доповняльний синій; жовтий — фіолетовий; фіолетовий — жовтий.
3.
У світлі жовтої лампи оранжеві абрикоси здаватимуться жовтими, оскільки вони здатні відбивати червоні та жовті промені, а інші — поглинають. Тож усі жовті промені лампи відіб’ються від поверхні абрикосів і нададуть їм жовтого кольору. Зелений перець здаватиметься чорним, оскільки від його поверхні відбиваються лише зелені промені, а жовті — поглинаються.
4.
Червоний, зелений і блакитний кольори секторів при накладанні дадуть білий колір. Залишиться жовтий сектор, який і надасть дзизі жовтого кольору.
Поміркуй 1.
Світловий пучок, що проходить через оптичний центр тонкої лінзи, не змінює свого напрямку, оскільки оптичний центр лінзи — це точка на головній оптичній осі лінзи, яка має властивість не заломлювати світлові промені, що проходять через неї.
ФІЗИКА
§ 23. Лінзи, їх характеристики
Робота у групах 1.
Збиральну лінзу можна скласти з двох призм і плоскопаралельної пластинки. Перша призма відхилятиме світлові пучки до основи, а друга — збиратиме їх у точці — фокусі. Якщо плоскопаралельна пластинка тонка, то вона незначно зміщуватиме напрям світлових пучків, а відтак цим фактором можна знехтувати.
2.
Фокус розсіювальної лінзи уявний, бо в цій точці перетинаються не заломлені лінзою світлові пучки, а їх продовження. § 24. Зображення, яке дає лінза Тип лінзи Збиральна
Розсіювальна
Розташування предмета За фокусом Між фокусом і лінзою дійсні обернені уявні прямі — зменшені збільшені — збільшені — рівні за розміром уявні прямі збільшені
уявні прямі збільшені
953
Поміркуй 1.
Лінзи 4 і 6 розсіювальні. Вони не дають дійсних зображень.
2.
За допомогою лінзи (лупи) око бачить дрібні предмети збільшеними, оскільки воно утворює з лупою єдину оптичну систему і сприймає збільшене уявне зображення, якого немає на екрані.
Робота у групах 1.
Розсіювальні лінзи застосовуються у фотозбільшувачах та інших оптичних приладах. Наприклад, в окулярах для короткозорих людей.
2.
Зображення дійсне обернене: A B
2F
F
2F
F
ФІЗИКА
A′
B′ 3.
Промені, що виходять із точки А, перетинаються, із точки В — ні: A
B F
2F
2F
F
A′ 4.
Треба помістити предмет на подвійній фокусній відстані лінзи. § 25. Оптична сила лінзи
Поміркуй 1.
Оптична сила лінзи — це величина, що характеризує заломлювальну здатність лінзи. Вона залежить від фокусної відстані.
2.
Оптичну силу лінзи знаходять, вимірявши фокусну відстань і взявши обернену величину.
954 3.
Оптична сила лінзи вимірюється в діоптріях (дптр).
§ 26. Сила світла та освітленість Поміркуй 1.
Освітленість поверхні залежить від інтенсивності світлового потоку, який падає на одиницю її площі.
2.
Яскрава освітленість шкідлива для зору, оскільки надто велика енергія, що потрапляє в око, може пошкодити його.
Робота у групах 1.
Зі збільшенням відстані від об’єкта до джерела світла на поверхню об’єкта потрапляє дедалі менше світлових пучків. Решта розсіюється в навколишньому просторі.
2.
На Сонце дивитися небезпечно, оскільки сонячне світло надто яскраве і створює надмірну освітленість на поверхні сітківки ока, що може йому зашкодити. § 27. Око
Людина бачить близькі та далекі предмети завдяки тому, що кривизна кришталика, а відтак і його оптична сила змінюються під дією м’язів.
2.
Кришталик ока стає більш опуклим, коли людина розглядає близькі предмети.
Робота у групах 1.
Ми чітко бачимо близькі предмети завдяки акомодації — пристосуванню кришталика до розглядання оком предметів, розташованих на різній відстані від нас. Кришталик стає більш чи менш опуклим.
2.
Найкраще ми бачимо предмети, розташовані на відстані 25—30 см від очей. При подальшому наближенні предмета чіткість зменшується.
ФІЗИКА
Поміркуй 1.
§ 28. Вади зору. Окуляри Поміркуй 1.
Ця людина далекозора.
2.
Вдень зіниці у людей звужуються, щоб зменшити світловий потік, що потрапляє в око, тому що надмірна освітленість сітківки може йому зашкодити. Вночі, навпаки, освітленість знижується, тому зіниці максимально розширені, щоб сприймати якнайбільше світлових променів.
3.
Якщо вночі зненацька увімкнути світло, в око людини потрапляє надто потужний світловий потік, адже в темряві зіниці розширені й не готові до яскравого світла. Це спричиняє біль в очах.
Робота у групах 1.
Людина короткозора.
2.
Окуляри +2 дптр використовуються для корекції далекозорості.
3.
Із настанням темряви обриси віддалених предметів стають розпливчастими, оскільки вони відбивають недостатньо світла. Тому краще ми бачимо предмети, розташовані близько від ока, оскільки світловий потік 955 від них більший — він не встигає розсіятися.
4.
Якщо читати книгу, тримаючи її на близькій відстані від очей, то вони швидко стомлюються, адже очні м’язи змушені постійно втримувати кришталик у стисненому опукленому стані.
§ 29. Оптичні прилади розширюють можливість ока Поміркуй 1.
Око і телескоп діють як єдина оптична система, оскільки його окуляр аналогічно до лупи створює уявне зображення, яке розглядається оком (мал. 116.2).
2. B′ B h
F H
Око
A
A′
Збільшення лупи
ФІЗИКА
S
.
Приймемо S = 28 см. Фокусна відстань 3.
.
Люди з вадами зору мають дивитися в об’єктив мікроскопа без окулярів, оскільки він має спеціальну систему підстроювання фокусної відстані.
Робота у групах 1.
Довжина труби телескопа Кеплера складає .
2.
Зорі спостерігають за допомогою телескопа, оскільки він дає змогу бачити дуже далекі об’єкти, які неозброєне око не сприймає.
3.
Побачити зірку під мікроскопом неможливо, адже конструкція прибору така, що зірку слід було б покласти на предметне скло, — фокусна відстань об’єктива надто мала. § 30. Фотоапарати і проекційна техніка
Поміркуй 1.
Від кіноекрана промені відбиваються дифузно. Тому глядач сприймає цілісну картину. Якби екран був дзеркальним, то кожен із глядачів сприймав би тільки незначну частину зображення.
2.
Зображення буде розміром з екран, але вдвічі слабшим.
Робота у групах 956
1.
Сітківка людського ока розташована у фокусі кришталика, тож зображення утворюється саме в ній. Щоб зображення у фотоапараті опинило-
ся на плівці, треба пересунути об’єктив уперед, щоб його фокус потрапив на плівку. 2.
З формули для обчислення освітленості , де Ф — світловий потік, а S — площа, на яку він падає, робимо висновок, що зi збільшенням площі зображення S. Е буде зменшуватися, оскільки Ф залишається незмінним.
Задачі до розділу «Світлові явища» 1.
Людина, яка знаходиться у ділянці тіні від Місяця, Сонця не бачить. На ділянці напівтіні вона бачить часткове сонячне затемнення, оскільки Місяць закриває не все Сонце, а меншу його частину і певна кількість променів доходить до Землі.
2.
Кут падіння дорівнює 30° .
3.
10 см.
4.
а) Кут падіння більший за кут заломлення; б) кут заломлення більший за кут падіння; в) кут заломлення більший за кут падіння.
h1 2F
F F
2F h2
ФІЗИКА
5.
h1 = h2 Зображення дійсне, рівне за розміром, перевернуте. 6.
7.
Червоний (чистий спектральний) і зелений (доповняльний) разом дають білий колір. Червоний колір із блакитним дають фіолетовий. Зелений колір із блакитним дають жовтий колір. .
8.
Зіниця ока здається чорною, оскільки вона поглинає всі промені, що падають на неї.
9.
Кришталик риб’ячого ока має майже сферичну форму, тому що сітківка в них розташована дуже близько до кришталика, щоб розміри ока були меншими. Тож кришталик має бути короткофокусним. Водночас риб’яче око сприймає зображення з більшим кутом огляду, ніж людське.
957