Physics 2: HSC Course, Third Edition

Physics 2 HSC Course Third Edition......Page 1
CONTENTS......Page 3
PREFACE......Page 8
About eBookPLUS......Page 9
SYLLABUS GRID......Page 10
ACKNOWLEDGEMENTS......Page 16
HSC CORE MODULE SPACE......Page 17
Key content......Page 18
1.1 THE EARTH’S GRAVITY......Page 19
SAMPLE PROBLEM 1.1......Page 21
SAMPLE PROBLEM 1.2......Page 22
1.3 GRAVITATIONAL POTENTIAL ENERGY......Page 23
SAMPLE PROBLEM 1.3......Page 24
QUESTIONS......Page 26
PRACTICAL ACTIVITIES 1.1 USING A PENDULUM TO DETERMINE g......Page 27
PRACTICAL ACTIVITIES 1.2 WEIGHT VALUES IN THE SOLAR SYSTEM AND g......Page 28
Key content......Page 29
2.1 PROJECTILE MOTION......Page 30
SAMPLE PROBLEM 2.1......Page 32
SAMPLE PROBLEM 2.3......Page 34
SAMPLE PROBLEM 2.4......Page 35
SAMPLE PROBLEM 2.5b......Page 36
SAMPLE PROBLEM 2.6a......Page 37
SAMPLE PROBLEM 2.6c......Page 38
2.2 ESCAPE VELOCITY......Page 39
2.3 LIFT-OFF......Page 40
PHYSICS IN FOCUS......Page 42
SAMPLE PROBLEM 2.8......Page 43
SAMPLE PROBLEM 2.9......Page 45
PHYSICS IN FOCUS......Page 48
QUESTIONS......Page 49
PRACTICAL ACTIVITIES 2.1 MODELLING PROJECTILE MOTION......Page 51
PRACTICAL ACTIVITIES 2.2 ACCELERATION AND LOAD DURING THE APOLLO 10 LAUNCH......Page 52
Key content......Page 54
3.1 IN ORBIT......Page 55
SAMPLE PROBLEM 3.1......Page 56
SAMPLE PROBLEM 3.2......Page 57
SAMPLE PROBLEM 3.3......Page 58
SAMPLE PROBLEM 3.5......Page 59
SAMPLE PROBLEM 3.6......Page 60
PHYSICS IN FOCUS......Page 65
3.2 RE-ENTRY......Page 66
PHYSICS FACT......Page 70
QUESTIONS......Page 72
PRACTICAL ACTIVITIES 3.1 INVESTIGATING CIRCULARMOTION......Page 74
Key content......Page 76
SAMPLE PROBLEM 4.1......Page 77
SAMPLE PROBLEM 4.2......Page 78
SAMPLE PROBLEM 4.3......Page 79
SAMPLE PROBLEM 4.5......Page 80
4.2 GRAVITATIONAL FIELDS......Page 81
4.3 THE SLINGSHOT EFFECT......Page 82
QUESTIONS......Page 86
Key content......Page 87
5.1 THE AETHER MODEL......Page 88
5.2 SPECIAL RELATIVITY......Page 90
5.3 CONSEQUENCES OF SPECIAL RELATIVITY......Page 93
SAMPLE PROBLEM 5.2......Page 97
SAMPLE PROBLEM 5.4......Page 100
PHYSICS IN FOCUS......Page 101
SAMPLE PROBLEM 5.6......Page 104
SAMPLE PROBLEM 5.8......Page 105
SAMPLE PROBLEM 5.9......Page 108
QUESTIONS......Page 109
PRACTICAL ACTIVITIES 5.1 MODELLING THE MICHELSON–MORLEY EXPERIMENT......Page 112
PRACTICAL ACTIVITIES 5.2 NON-INERTIAL FRAMES OF REFERENCE......Page 113
HSC CORE MODULE MOTORS AND\rGENERATORS......Page 115
Key content......Page 116
PHYSICS IN FOCUS......Page 117
6.1 THE MOTOR EFFECT......Page 119
6.2 FORCES BETWEEN TWO PARALLEL CONDUCTORS......Page 121
6.3 TORQUE......Page 123
SAMPLE PROBLEM 6.4......Page 124
6.4 DC ELECTRIC MOTORS......Page 125
PHYSICS FACT......Page 129
PHYSICS IN FOCUS......Page 130
PHYSICS IN FOCUS......Page 131
QUESTIONS......Page 132
PRACTICAL ACTIVITIES 6.2 THE FORCE BETWEEN TWO PARALLEL CURRENT CARRYING CONDUCTORS......Page 136
PRACTICAL ACTIVITIES 6.3 A MODELDC MOTOR......Page 137
Key content......Page 138
PHYSICS FACT......Page 139
7.2 ELECTROMAGNETIC INDUCTION......Page 142
PHYSICS FACT......Page 143
7.4 LENZ’S LAW......Page 144
SAMPLE PROBLEM 7.1......Page 145
SAMPLE PROBLEM 7.2......Page 146
7.5 EDDY CURRENTS......Page 147
PHYSICS IN FOCUS......Page 148
PHYSICS IN FOCUS......Page 149
QUESTIONS......Page 150
PRACTICAL ACTIVITIES 7.2 LINKING COILS......Page 153
PRACTICAL ACTIVITIES 7.3 THE DIRECTION OF INDUCED CURRENTS......Page 154
Key content......Page 155
8.1 GENERATORS......Page 156
SAMPLE PROBLEM 8.1......Page 160
8.2 ELECTRIC POWER GENERATING STATIONS......Page 162
PHYSICS FACT......Page 163
8.3 TRANSFORMERS......Page 164
SAMPLE PROBLEM 8.2......Page 166
8.4 POWER DISTRIBUTION......Page 167
SAMPLE PROBLEM 8.3......Page 168
PHYSICS IN FOCUS......Page 170
PHYSICS IN FOCUS......Page 171
8.5 ELECTRICITY AND SOCIETY......Page 172
QUESTIONS......Page 173
PRACTICAL ACTIVITIES 8.2 MAKING A SIMPLE TRANSFORMER......Page 176
PRACTICAL ACTIVITIES 8.3 TRANSFORMER INS AND OUTS......Page 177
PRACTICAL ACTIVITIES 8.4 TRANSMISSION LINE POWER LOSSES......Page 178
Key content......Page 179
9.1 MAIN FEATURES OF AN AC MOTOR......Page 180
9.2 ENERGY TRANSFORMATIONS AND TRANSFERS......Page 185
QUESTIONS......Page 187
9.1 DEMONSTRATING THE PRINCIPLE OF AN AC INDUCTION MOTOR......Page 188
HSC CORE MODULE FROM IDEAS TO\rIMPLEMENTATION......Page 189
CHAPTER 10 CATHODE RAYS AND THE DEVELOPMENT OF TELEVISION......Page 190
10.1 THE DISCOVERY OF CATHODE RAYS......Page 191
PHYSICS IN FOCUS......Page 192
10.2 EFFECT OF ELECTRIC FIELDS ON CATHODE RAYS......Page 193
SAMPLE PROBLEM 10. 2......Page 194
PHYSICS IN FOCUS......Page 195
PHYSICS IN FOCUS......Page 196
SAMPLE PROBLEM 10.4......Page 197
SAMPLE PROBLEM 10.5......Page 198
PHYSICS FACT......Page 199
10.5 CATHODE RAYS — WAVES OR PARTICLES?......Page 200
PHYSICS FACT......Page 201
10.6 APPLICATIONS OF CATHODE RAYS......Page 202
QUESTIONS......Page 205
PRACTICAL ACTIVITIES 10.1 DISCHARGE TUBES......Page 207
PRACTICAL ACTIVITIES 10.2 PROPERTIES OFCATHODE RAYS......Page 208
Key content......Page 209
11.1 MAXWELL’S THEORY OF ELECTROMAGNETIC WAVES......Page 210
11.2 HEINRICH HERTZ AND EXPERIMENTS WITH RADIO WAVES......Page 212
11.3 THE BLACK BODY PROBLEM AND THE ULTRAVIOLET CATASTROPHE......Page 215
SAMPLE PROBLEM 11.1......Page 217
11.5 THE PHOTOELECTRIC EFFECT......Page 218
PHYSICS FACT......Page 222
QUESTIONS......Page 225
PRACTICAL ACTIVITIES 11.1 PRODUCING AND TRANSMITTING RADIO WAVES......Page 227
Key content......Page 228
12.1 CONDUCTORS, INSULATORS AND SEMICONDUCTORS......Page 229
PHYSICS FACT......Page 231
12.2 BAND STRUCTURES IN SEMICONDUCTORS......Page 232
12.3 DOPING AND BAND STRUCTURE......Page 235
12.4 THERMIONIC DEVICES......Page 236
PHYSICS FACT......Page 237
12.5 SOLID STATE DEVICES......Page 238
PHYSICS IN FOCUS......Page 239
12.6 THERMIONIC VERSUS SOLID STATE DEVICES......Page 240
12.7 INVENTION OF THE TRANSISTOR......Page 241
12.8 INTEGRATED CIRCUITS......Page 243
PHYSICS FACT......Page 244
QUESTIONS......Page 246
PRACTICAL ACTIVITIES 12.2 INVENTION OF THE TRANSISTOR......Page 247
Key content......Page 248
13.1 INTERFERENCE......Page 249
13.3 X-RAY DIFFRACTION......Page 251
13.4 BRAGG’S EXPERIMENT......Page 254
13.5 THE CRYSTAL LATTICE STRUCTURE OF METALS......Page 255
13.6 SUPER CONDUCTIVITY......Page 256
13.7 HOW IS SUPER CONDUCTIVITY EXPLAINED?......Page 259
QUESTIONS......Page 267
PRACTICAL ACTIVITIES 13.2 LEVITATION AND THE MEISSNER EFFECT......Page 269
PRACTICAL ACTIVITIES 13.3 RESISTANCE AND SUPER CONDUCTORS......Page 270
HSC OPTION MODULE ASTROPHYSICS......Page 271
Key content......Page 272
14.1 GALILEO’S TELESCOPES......Page 273
14.2 ATMOSPHERIC ABSORPTION OF THE ELECTROMAGNETIC SPECTRUM......Page 274
14.3 TELESCOPES......Page 277
SAMPLE PROBLEM 14.1......Page 278
SAMPLE PROBLEM 14.4......Page 279
PHYSICS IN FOCUS......Page 280
14.5 MODERN METHODS TO IMPROVE TELESCOPE PERFORMANCE......Page 281
PHYSICS IN FOCUS......Page 282
PHYSICS IN FOCUS......Page 284
QUESTIONS......Page 286
PRACTICAL ACTIVITIES 14.2 THE AUSTRALIAN TELESCOPE COMPACT ARRAY......Page 288
Key content......Page 290
15.1 ASTROMETRY......Page 291
SAMPLE PROBLEM 15.1......Page 293
PHYSICS IN FOCUS......Page 294
15.2 SPECTROSCOPY......Page 295
PHYSICS IN FOCUS......Page 296
PHYSICS IN FOCUS......Page 297
PHYSICS FACT......Page 302
PHYSICS IN FOCUS......Page 303
PHYSICS IN FOCUS......Page 304
PHYSICS FACT......Page 305
SAMPLE PROBLEM 15.3......Page 307
SAMPLE PROBLEM 15.4......Page 308
SAMPLE PROBLEM 15.5......Page 309
SAMPLE PROBLEM 15.7......Page 310
PHYSICS FACT......Page 312
SAMPLE PROBLEM 15.8......Page 313
PHYSICS IN FOCUS......Page 314
QUESTIONS......Page 315
PRACTICAL ACTIVITIES 15.2 ANNUAL PARALLAX PRECISION......Page 318
PRACTICAL ACTIVITIES 15.4 COLOUR FILTERS......Page 319
Key content......Page 321
16.1 BINARIES......Page 322
SAMPLE PROBLEM 16.2......Page 324
PHYSICS FACT......Page 326
PHYSICS IN FOCUS......Page 327
16.2 VARIABLES......Page 328
PHYSICS FACT......Page 329
PHYSICS FACT......Page 331
QUESTIONS......Page 332
PRACTICAL ACTIVITIES 16.1\rECLIPSING\rBINARIES......Page 334
PRACTICAL ACTIVITIES 16.2\rSPECTROSCOPIC\rBINARIES......Page 335
Key content......Page 336
17.1 STAR BIRTH......Page 337
17.2 MAIN SEQUENCE STAR LIFE......Page 340
17.3 STAR LIFE AFTER THE MAIN SEQUENCE......Page 343
PHYSICS IN FOCUS......Page 345
17.4 STAR DEATH......Page 348
PHYSICS IN FOCUS......Page 350
QUESTIONS......Page 352
PRACTICAL ACTIVITIES 17.1 RESEARCHING STELLAR OBJECTS......Page 354
HSC OPTION MODULE MEDICAL PHYSICS......Page 355
Key content......Page 356
18.1 WHAT TYPE OF SOUND IS ULTRASOUND?......Page 357
18.2 USING ULTRASOUND TO DETECT STRUCTURE INSIDE THE BODY......Page 359
SAMPLE PROBLEM 18.1......Page 361
SAMPLE PROBLEM 18.2......Page 362
18.3 PRODUCING AND DETECTING ULTRASOUND: THE PIEZOELECTRIC EFFECT......Page 363
18.4 GATHERING AND USING INFORMATION IN AN ULTRASOUND SCAN......Page 364
PHYSICS IN FOCUS......Page 367
18.5 USING ULTRASOUND TO EXAMINE BLOOD FLOW......Page 368
QUESTIONS......Page 374
Key content......Page 377
PHYSICS FACT......Page 378
PHYSICS FACT......Page 381
19.2 CT SCANS IN MEDICAL DIAGNOSIS......Page 384
PHYSICS FACT......Page 385
PHYSICS FACT......Page 386
PHYSICS FACT......Page 389
QUESTIONS......Page 394
PRACTICAL ACTIVITIES 19.1 TRANSFER\rOF LIGHT BY\rOPTIC FIBRES......Page 396
Key content......Page 397
20.1 RADIOACTIVITY AND THE USE OF RADIOISOTOPES......Page 398
PHYSICS FACT......Page 400
PHYSICS IN FOCUS......Page 401
PHYSICS IN FOCUS......Page 402
20.2 POSITRON EMISSION TOMOGRAPHY (PET)......Page 408
20.3 IMAGING METHODS WORKING TOGETHER......Page 410
PHYSICS FACT......Page 411
QUESTIONS......Page 412
Key content......Page 414
21.1 THE PATIENT AND THE IMAGE USING MRI......Page 415
PHYSICS FACT......Page 417
21.2 THE MRI MACHINE: EFFECT ON ATOMS IN THE PATIENT......Page 418
PHYSICS FACT......Page 419
SAMPLE PROBLEM 21.1......Page 421
SAMPLE PROBLEM 21.2......Page 422
21.3 MEDICAL USES OF MRI......Page 426
PHYSICS FACT......Page 427
21.4 COMPARISON OF THE MAIN IMAGING TECHNIQUES......Page 428
QUESTIONS......Page 431
HSC OPTION MODULE FROM QUANTA TO QUARKS......Page 433
Key content......Page 434
22.1 THE RUTHERFORD MODEL OF THE ATOM......Page 435
PHYSICS FACT......Page 436
PHYSICS FACT......Page 437
PHYSICS FACT......Page 438
22.2 BOHR’S MODEL OF THE ATOM......Page 439
PHYSICS FACT......Page 440
PHYSICS IN FOCUS......Page 441
22.3 BOHR’S POSTULATES......Page 443
22.4 MATHEMATICS OF THE RUTHERFORD AND BOHR MODELS......Page 445
SAMPLE PROBLEM 22.2......Page 447
SAMPLE PROBLEM 22.3......Page 449
22.5 LIMITATIONS OF THE BOHR MODEL OF THE ATOM......Page 450
QUESTIONS......Page 451
PRACTICAL ACTIVITIES 22.1 THE SPECTRUM OF HYDROGEN......Page 453
Key content......Page 456
23.1 DIFFRACTION......Page 457
23.2 STEPS TOWARDS A COMPLETE QUANTUM THEORY MODEL OF THE ATOM......Page 460
SAMPLE PROBLEM 23.1......Page 461
PHYSICS IN FOCUS......Page 465
QUESTIONS......Page 468
Key content......Page 469
PHYSICS IN FOCUS......Page 470
PHYSICS FACT......Page 472
SAMPLE PROBLEM 24.1......Page 473
PHYSICS FACT......Page 474
PHYSICS FACT......Page 476
24.3 DISCOVERY OF THE NEUTRINO......Page 477
PHYSICS FACT......Page 478
PHYSICS FACT......Page 480
PHYSICS IN FOCUS......Page 481
24.4 THE STRONG NUCLEAR FORCE......Page 482
24.5 MASS DEFECT AND BINDING ENERGY OF THE NUCLEUS......Page 484
SAMPLE PROBLEM 24.2......Page 486
SAMPLE PROBLEM 24.3......Page 487
QUESTIONS......Page 488
Key content......Page 490
PHYSICS IN FOCUS......Page 491
25.2 THE DISCOVERY OF NUCLEAR FISSION......Page 492
PHYSICS FACT......Page 493
PHYSICS FACT......Page 496
25.4 NUCLEAR FISSION REACTORS......Page 500
PHYSICS FACT......Page 502
PHYSICS IN FOCUS......Page 504
25.5 MEDICAL AND INDUSTRIAL APPLICATIONS OF RADIOISOTOPES......Page 505
25.6 NEUTRON SCATTERING......Page 508
QUESTIONS......Page 509
Key content......Page 511
26.1 INSTRUMENTS USED BY PARTICLE PHYSICISTS......Page 512
PHYSICS FACT......Page 513
26.2 THE STANDARD MODEL OF PARTICLE PHYSICS......Page 519
PHYSICS FACT......Page 520
PHYSICS IN FOCUS......Page 525
PHYSICS IN FOCUS......Page 526
PHYSICS FACT......Page 528
QUESTIONS......Page 532
PRACTICAL ACTIVITIES 26.1 CLOUD CHAMBERS......Page 534
GLOSSARY......Page 537
APPENDIX 1: Formulae and data sheet......Page 542
APPENDIX 2: Periodic table......Page 544
APPENDIX 3: Key words for examination questions......Page 545
ANSWERS TO NUMERICAL QUESTIONS......Page 547
INDEX......Page 552