Электрический ток в различных средах
1. В исторических опытах Рикке, на металлический проводник производилось следующее воздействие:
а) воздействие на металлический проводник высокой температурой;
б) воздействие на металлический проводник электрическим полем, созданным точечным зарядом;
в) длительное пропускание через проводник электрического тока;
2. Если металлический проводник заставить двигаться с большой скоростью, а затем резко остановиться, то с проводником произойдут следующие изменения:
а) проводник деформируется;
б) проводник нагреется;
в) в проводнике потечёт электрический ток;
3. Сила тока, протекающего в металлическом проводнике, зависит:
а) от времени протекания заряда;
б) от средней скорости движения заряженных частиц;
в) от массы проводника;
г) от среды, в которой находится проводник;
4.Сила тока, протекающего в металлическом проводнике, не зависит:
а) от концентрации свободных заряженных частиц в проводнике;
б) от площади поперечного сечения проводника;
в) от формы проводника;
5. Средняя скорость движения заряженных частиц в металлическом проводнике, через который течёт ток тем больше, чем больше:
а) сила тока, протекающего через проводник;
б) площадь поперечного сечения проводника;
в) концентрация заряженных частиц в проводнике;
6. Если бы можно было увеличить заряд электрона вдвое, то при постоянстве остальных условий сопротивление металлического проводника:
а) увеличилось бы вдвое;
б) уменьшилось бы вдвое;
в) увеличилось бы в 4 раза;
г) уменьшилось бы в 4 раза;
7. Какой из амперметров (рис.1), 1 или 2, покажет большую силу тока:
в) показания амперметров будут одинаковыми;
г) ответить на этот вопрос не представляется возможным;
рис.1
8. Какой из амперметров (рис.2), 1 или 2, покажет большую силу тока:
в) показания амперметров будут одинаковыми;
г) ответить на этот вопрос не представляется возможным;
рис.2
9.Для того чтобы вода проводила электрический ток, необходимы следующие условия:
а) вода должна находиться в газообразном состоянии;
б) вода должна содержать растворившееся вещество (соль, кислоту, щёлочь);
в) вода при любых условиях проводит электрический ток;
г) ответить на данный вопрос не представляется возможным;
10. Электролитами называют:
а) водные растворы любых веществ;
б) водные растворы солей;
в) водные растворы щелочей;
г) водные растворы кислот;
11. Электрическая проводимость жидкости обусловлена:
а) наличием в жидкостях свободных электронов;
б) способностью жидкости освобождать заряженные частицы под действием напряжения;
в) возникновением ионов в результате взаимодействия молекул растворённого вещества с молекулами воды;
12. Если водный раствор поваренной соли проводит электрический ток, то это значит:
а) что поваренная соль в любом состоянии проводит электрический ток;
б) что вода проводит электрический ток не зависимо от того, какое вещество в ней растворено;
в) что молекулы поваренной соли взаимодействуя с молекулами воды, распадаются на ионы;
г) что поваренная соль содержит в себе большое количество свободных электронов;
12. Электрохимический эквивалент вещества зависит:
а) от постоянной Фарадея;
б) от молярной массы вещества;
в) то валентности вещества;
г) от плотности вещества;
13. Масса вещества, выделившегося на электроде, в результате протекания электрического тока через электролит тем больше, чем больше:
а) сила тока протекающего через электролит;
б) валентность растворенного вещества;
в) площадь электрода, на котором выделяется вещество;
г) время протекания электрического тока;
14. Если бы удалось увеличить вдвое валентность вещества, участвующего в электролизе, то масса вещества, выделившегося на электроде, при постоянстве прочих условий:
а) увеличилась бы вдвое;
б) уменьшилась бы вдвое;
в) увеличилась бы в четыре раза;
г) не изменилась бы;
15. Для выделения на электроде одного моля вещества требуется прохождение через электролит заряда порядка:
16.Характерной особенностью полупроводников, отличающих их от металлов, является:
а) содержание гораздо большего количества свободных электронов;
б) большее удельное сопротивление;
в) уменьшение удельного сопротивления с увеличением температуры;
г) увеличение удельного сопротивления с увеличением температуры;
17. Зависимость удельного сопротивления полупроводников от температуры описывает график (рис.1): а; б; в;
рис.3
18.Электрическая проводимость полупроводников обусловлена:
а) наличием в полупроводнике большого количества свободных электронов;
б) разрывом ковалентных связей в кристаллах под действием температуры и как следствие появлением свободных электрических зарядов;
в) способностью полупроводников распадаться на ионы при взаимодействии с молекулами воздуха;
19. Характерной особенностью полупроводников n типа является:
а) наличие примеси, образующей вакансии («дырки»), в ковалентных связях полупроводника;
б) наличие примеси поставляющей «лишние» электроны в кристалл полупроводника;
в) полное отсутствие свободных электронов в кристалле;
г) наличие большого количества свободных электронов в полупроводнике;
20. Характерной особенностью полупроводников p типа является:
а) наличие примеси, образующей вакансии («дырки»), в ковалентных связях полупроводника;
г) наличие большого количества вакантных мест (дырок) в полупроводнике;
б) наличие примеси поставляющей «лишние» электроны в кристалл полупроводника;
в) полное отсутствие вакантных мест (дырок) в кристалле;
21. Зависимость силы тока, протекающего через полупроводниковый диод, от напряжения описывает график (рис.): а; б; в;
22. Показания, какого из амперметров (рис.) будут больше, при одинаковом напряжении источников питания?
в) показания амперметров 1и 2 будут одинаковы;
г) ответить на этот вопрос не представляется возможным;
23. В основе работы транзисторов лежит явление:
а) электролитической диссоциации;
24.Газовым разрядом принято называть:
а) разрядку воздушного конденсатора при помещении огня между обкладками;
б) разрядку конденсатора при воздействии на него химически активным газом;
в) процесс протекания тока через газ;
25. Сходство в механизме проводимости газов и жидкости заключается в следующем:
а) для проводимости газов необходимы какие-либо примеси;
б) свободные носители зарядов в газе появляются в результате внешнего воздействия;
в) механизмы проводимости газов и жидкостей не имею никакого сходства;
26. Если на электроды подать высокое напряжение, то между электродами, в воздухе появится:
27. Для возникновения тлеющего разряда необходимы следующие условия:
а) высокое напряжение, порядка нескольких киловольт;
б) помещение между электродами открытого огня;
в) сравнительно небольшая напряжённость электрического тока в газе;
г) давление газа не должно превышать порядок долей ртутного столба;
28. Цвет свечения при тлеющем разряде зависит от:
а) от давления газа, в котором возникает тлеющий разряд;
б) от напряжения между электродами;
в) от силы тока протекающего в газе;
г) от рода газа, в котором возникает тлеющий разряд;
29. Зависимость силы тока от напряжения, при газовом разряде описывает график (рис.): а; б; в;
30. Для возникновения коронного разряда требуется напряжённость электрического поля, порядка:
31. Если в трубке, в которой возник тлеющий разряд, понижать давлении до нуля, то сила тока разряда:
а) будет увеличиваться, пропорционально уменьшению давления;
б) останется постоянной, так как сила тока не зависит от давления;
в) будет уменьшаться, пока при некотором значении давления разряд не погаснет;
Магнитостатика.
1.Напарвление силы действующей на магнитную стрелку, расположенную вблизи проводника с током зависит:
а) от среды, в которой находятся проводник и стрелка;
б) от величины силы тока в проводнике;
в) от положения стрелки относительно проводника;
г) от направления тока протекающего в проводнике;
2. Направление силы действующей на магнитную стрелку со стороны постоянного магнита зависит:
а) от ориентации магнита;
б) от свойств магнита;
в) от материала, из которого изготовлен магнит;
г) от расположения стрелки;
3. Величина силы взаимодействия между двумя параллельными проводниками с током зависит;
а) от длины проводников, участвующих во взаимодействии;
б) от силы тока в одном и другом проводнике;
в) от удельного сопротивления проводников;
г) от направления тока в проводниках;
4.Величина силы взаимодействия между двумя параллельными проводниками с током не зависит;
а) от среды, в которой находятся проводники;
б) от расстояния между проводниками;
в) от направления тока в проводниках;
г) от времени, в течение которого происходит взаимодействие;
5. При наблюдении взаимодействия двух проводников с электрическим током, силу тока в одном из проводников и расстояние до другого проводника уменьшают вдвое, сила взаимодействия при этом:
б) уменьшится вдвое;
в) увеличится вдвое;
г) уменьшится в 4 раза;
6. Если в двух проводниках, расположенных параллельно друг другу, течёт ток по 1А в каждом, а расстояние между ними равно 1м, то сила их взаимодействия будет иметь порядок:
7. Величина силы Ампера зависит:
а) от силы тока в проводнике;
б) от расстояния между проводником и источником магнитного поля;
в) от материала, из которого изготовлен проводник;
г) от времени взаимодействия;
8. Каким образом можно увеличить величину силы Ампера в ситуации описанной на рис.1:
а) перемещая проводник увеличить угол между вектором индукции магнитного поля и направлением силы тока;
б) увеличить силу тока в проводнике;
в) поместить данную систему в вакуум;
г) есть и другие способы;
9. Проводник с током взаимодействует с магнитным полем, вектор индукции магнитного поля и сила тока направлены, так как показано на рисунке 2, направление силы совпадает с направлением а; б; в; г) ни с одним из этих направлений;
10. Сила Лоренса зависит:
а) от скорости движения заряженной частицы;
б) от среды, в которой находится частица;
в) от массы частицы;
г) от рода источника, порождающего магнитное поле;
11. Сила Лоренса не зависит:
а) от угла между вектором скорости частицы и вектором индукции магнитного поля, действующего на частицу;
б) от заряда частицы;
в) от ускорения свободного падения;
12. Заряженная частица во время своего движения попадает в магнитное поле, как при этом изменится скорость частицы?
а) изменится только величина скорости, а направление вектора скорости останется прежним;
б) изменится направление вектора скорости, а величина останется прежней;
в) изменится и направление и величина;
г) ответ зависит от направления вектора скорости и вектора индукции магнитного поля, действующего на частицу;
13. Заряженная частица в своём движении пролетает рядом с магнитом для того, чтобы найти силу, с которой магнитное поле действует на контур, нужно знать следующие величины:
б) расстояние от частицы до магнита;
в) скорость частицы;
г) необходимо знать и другие величины;
14. Возможно, ли увеличить скорость движения заряженной, подействовав на неё магнитным полем, не изменяя направления движения частицы:
а) возможно, но угол между вектором скорости частицы и вектором индукции магнитного поля должен быть минимальным;
б) возможно если угол между вектором скорости частицы и вектором индукции магнитного поля будет равен нулю;
в) невозможно, так как сила Лоренса всегда действует перпендикулярно вектору скорости частицы;
15. Сила Лоренса действует на заряженную частицу так, как показано на рисунке, направление движения частицы совпадает с направлением: а; б; в;
г) ответить на этот вопрос не представляется возможным;
рис.3
Ответы: постоянный ток.
1.а; б; для протекания электрического тока необходимы свободные заряженные частицы и электрическое поле, заставляющее их двигаться упорядоченно;
2. в; электрический ток может возникать как в движущемся, так и покоящемся проводнике;
3.а; за положительное направление условлено принимать направление движения положительно заряженных частиц;
4. а; так как сила тока пропорциональна заряду;
5.б; так как формула, определяющая силу тока 
;
6. а; б; г; помимо силы тока и напряжения в это выражение входит так же и электрическое сопротивление;
7.а; так как сила тока пропорциональна напряжению;
8. а; сопротивление не зависит от силы тока и напряжения;
9. б; так как сопротивление осталось неизменным, то в данной ситуации увеличение силы тока могло повлечь за собой только увеличение напряжения;
10. а; г; сопротивление проводника не зависит от формы, проводник сохраняет сопротивление независимо от того, движется он или покоится;
12. б; сопротивление проводника обратно пропорционально площади поперечного сечения;
13. а; б; в данной ситуации для расчета других характеристик недостаточно данных, полное напряжение рассчитается как отношение полной силы тока к полному сопротивлению, полная сила тока при последовательном соединении равна силе тока на каждом из элементов;
14. г; в вопросе недостаточно данных для расчета сопротивления элемента R2;
15. в; в данной ситуации сопротивления соединены параллельно, а полное сопротивление при параллельном соединении всегда меньше наименьшего из сопротивлений;
16. в; в данной ситуации недостаточно данных для расчета;
17. а; б; для расчета остальных параметров в данной ситуации недостаточно данных;
18. для данного участка цепи полное сопротивление равно сумме сопротивлений всех элементов;
19. б; полное сопротивление при параллельном соединении всегда меньше наименьшего из сопротивлений;
20. б; в; так как точное число лампочек неизвестно то при смешанном соединении так же можно добиться требуемого результата;
21.а; в; количество теплоты прямо пропорционально сопротивлению и времени протекания тока;
22. б; при постоянном сопротивлении увеличение напряжения вдвое повлечёт за собой увеличение силы тока вдвое, из формулы 
видно, что количество теплоты увеличится в 4 раза;
используя формулу 
можно избежать подобных рассуждений;
23.б; количество теплоты пропорционально сопротивлению;
24. а; в; общее сопротивление полной цепи складывается из сопротивлений элементов цепи и внутреннего сопротивления источника тока;
25. в так как сила тока равна отношению ЭДС к сумму внешнего и внутреннего сопртивлений;
Ответы: электрический ток в различных средах
6. а; сила тока в металлическом проводнике пропорциональна заряду электрона;
7. а; так как при одинаковых размерах сопротивление железного проводника больше медного
8.б; так как удельное сопротивление металлического проводника тем больше чем больше его температура;
Электроны: на задворках атомов
Электроны, крохотные объекты, населяющие задворки атомов, играют ведущую роль в химии, переносят электрический ток по нашим электрическим сетям и внутри ударов молний, и составляют «катодные лучи», использовавшиеся для создания изображений в телевидении XX века и на экранах компьютеров. Это наиболее типичный пример (вроде бы) элементарных частиц.
Под «элементарными» я подразумеваю, что электроны неделимы и не состоят из частиц меньшего размера. При помощи «вроде бы» я напоминаю, что они элементарны, насколько нам позволяют судить об этом современные знания – то, что мы знаем об электронах, получено в экспериментах, а наши эксперименты не обладают бесконечной властью. Если электроны не элементарны, но настолько малы, что наши текущие эксперименты не могут их разломать – они будут выглядеть элементарными во всех экспериментах, проведённых нами в прошлом и настоящем, но не во всех будущих экспериментах. Так что, когда-нибудь – ведь 80 лет назад люди считали, что протоны могут быть элементарными, но им не хватало знаний, а 150 лет назад люди считали, что атомы могут быть элементарными, но им не хватало знаний – мы можем обнаружить, что электроны не элементарны. Но пока, поскольку все доступные нам эксперименты демонстрируют, что они элементарны, мы будем условно предполагать, что так и есть – помня, что это частично экспериментальный факт, и частично – предположение!
Электрон стал первой из обнаруженных субатомных частиц (первым найденным объектом, чей размер был меньше атома). Во времена его открытия, в 1890-х (обычно пишут 1897 год, но это открытие было в некотором роде постепенным), научные дебаты по поводу того, состоит ли материя из атомов, или же атомы были просто выдумкой, удобной для описания поведения материи, подходили к концу. Но даже те, кто верил в существование атомов, не обязательно считали, что атомы были неделимы (как предполагало их имя, произошедшее от греческого «неразрезаемый»). Поколение спустя, к середине 1930-х, физики подтвердили существование атомов, поняли их базовую структуру и узнали, как подсчитывать их свойства с высокой точностью. Эти подсчёты они провели с помощью уравнений из теории поведения материи 1920-х годов, называемой «квантовая механика», ставшей необходимой потому, что знаменитые уравнения Ньютона не справлялись с описанием работы атомов. Многие ключевые проверки точности квантовой механики были связаны с точными измерениями поведения электронов внутри и снаружи атомов.
Все электроны идентичны и неразличимы; если я поменяю два из них местами, вы не сможете этого обнаружить. Так что я могу писать о «свойстве электрона», а вы можете быть уверены в том, что эти свойства таковы для всех электронов. Какие же свойства присущи им?
Масса!
У электрона есть масса – она мала по сравнению с массой любого атома, поэтому про неё обычно можно забыть в начальных классах химии, но она не настолько мала, чтобы забыть о ней в физике частиц и даже в понимании структуры атомов. Хотя электроны не вносят значительного вклада в массу атома, масса электрона необходима для определения размера атома. В этом, в частности, заключается важность поля и частицы Хиггса. Эту массу можно записать по-разному, и каждый из способов даёт вам свою перспективу:
Электрический заряд!
У электрона есть электрический заряд – а значит, на него действуют электрическое и магнитное поля. На электрически заряженную частицу в присутствии электрического поля будет действовать электрическая сила. Именно такие силы удерживают электроны внутри их атомов.
Размер?
Как на самом деле выглядит электрон? Как я писал в статье про атомы, определить понятие размера элементарной частицы сложно, поскольку электрон, хотя его и называют частицей, не является какой-нибудь пылинкой или крупинкой соли или песка. У него также есть и волновые свойства. В атоме электроны в каком-то смысле распределены по всему атому, как распространяется звуковая волна от барабана. В этом смысле, находясь внутри атома, они имеют размер всего атома.
Но это контекстуальный, а не присущий самому электрону размер. Я так и буду называть это «контекстуальным размером». Измените контекст – выньте электрон из атома, поместите его в маленькую металлическую коробку – и распределение электрона может вырасти или ужаться. У протона, наоборот, есть присущий ему размер, примерно в 100 000 раз меньше атома. Ни в каком смысле нельзя сделать протон меньше присущего ему размера, не разломав его. Короче, контекстуальный размер не может быть меньше внутреннего размера. Уменьшив контекстуальный размер электрона до минимума, в основном через рассеяние электронов высокой энергии с других частиц, мы искали их внутренний размер. Пока что ничего не нашли.
Про это свойство вы могли и не слышать. Оно может покорёжить вам мозг (как покорёжило мне!)
Среди странных свойств квантового мира есть очень странный факт (впервые открытый в 1920-х Гаудсмитом и Уленбеком, пытавшимися осмыслить данные, полученные с измерений электронов в атоме) — элементарные частицы могут крутиться, даже не имея размера! Представить это невозможно: мне, по крайней мере, это недоступно. Скажем это в практическом смысле: электроны и многие другие частицы природы ведут себя так, будто это маленькие вращающиеся волчки – если их поглощает другой объект, это заставляет этот объект немного крутиться. Представьте себе, как вращающийся кусок мягкой глины падает на способный крутиться стол. Глина прилипнет к столу, и стол начнёт вращаться.
Что ещё более странно, каждый из типов частиц всегда вращается с одной и той же скоростью! Мы говорим, что у электронов спин равен 1/2; это самая малая ненулевая скорость вращения, которой способна обладать частица. Нам также известны другие типы элементарных частиц со спином 1/2, 1, и (как мы думаем) 0, и не-элементарных частиц со спинами 0, 1/2, 1, 3/2, 2, 5/2, и далее, до очень больших значений.
Магнетизм↑
Электрически заряженный вращающийся шар вёл бы себя, как магнит, и вы можете догадаться, что поскольку у электронов есть заряд и спин, они ведут себя, как магниты. И вы правы! То, что электроны ведут себя, как маленькие магниты, помогает подтвердить тот факт, что они на самом деле вращаются. Обычные, повседневные магниты, сделанные из, допустим, железа, приобретают свой магнетизм от электронов; множества и множества электронов, чьи спины аккуратно выровнены, могут создать большой магнит из множеств и множеств маленьких!
А вы уверены в том, что электроны реально существуют?
Не пора ли в этой статье продемонстрировать изображение электрона?
Электрически заряженная частица проходит через специально подготовленную пузырьковую камеру, оставит за собой след из пузырьков. Пузырьки быстро раздуваются до видимого размера, а затем этот след можно сфотографировать. Магнитное поле изгибает путь частиц; направление изгиба сообщает вам, был ли заряд частицы положительным или отрицательным. Это знаменитое фото 1933 года демонстрирует тонкий искривлённый путь пузырьков, отмеченный красными стрелками, ведущий себя точно так же, как след электрона – за исключением того, что след электрона выгнулся бы вправо. Изгиб не в ту сторону доказывает, что у частицы, оставившей след, заряд положительный, и поэтому след оставлен позитроном, античастицей электрона. Горизонтальная черта и диагональные линии – это артефакты фотографии и экспериментальной установки.
В отличие от молекул и атомов, достаточно крупных для того, чтобы сделать их фотографии при помощи особых микроскопов, изображение электрона сделать невозможно. Он просто слишком мал и неуловим. Мы можем делать изображения следов электронов, проходящих сквозь материю, как на рисунке (там показан антиэлектрон, позитрон, но электрон выглядел бы практически точно так же), но мы не можем получать изображения электронов напрямую.
Но наша уверенность в существовании электронов очень сильна, а наши знания их свойств весьма точны. Откуда берётся это уверенность?
Это важный вопрос, поскольку один из самых частых вопросов, который задают специалистам по физике частиц – это знаем ли мы на самом деле, что эти частицы существуют, или же мы обманываем себя (и всех остальных), и тратим кучу денег на ерунду, которая оказывается всего лишь горячим воздухом, выходящим из наших голов.
Да, мы знаем, что мы делаем. И мы знаем об этом уже более ста лет. Часть нашей уверенности получена благодаря таким изображениям, которое приведено выше. Но есть и множество других источников уверенности, о которых я, возможно, напишу позже.
