dd0 Bt  1

Karta pisemnego egz. (22 VI 2018) do kursu Fizyka 2.7 dla studentów WPPT, kier. Inż. Biom.

1

Imię i nazwisko ………. Nr albumu:………….………..

INSTRUKCJA: Prosimy o czytelnie uzupełnienie nagłówka i udzielanie odpowiedzi na każde zagadnienie na oddzielnej kartce papieru formatu A-4, którą należy podpisać imieniem i nazwiskiem oraz opatrzyć nr.

zagadnienia. Wyprowadzenia/zastosowane wzory, odpowiedzi liczbowe należy koniecznie uzupełnić/opatrzyć stosownymi komentarzami/wyjaśnieniami dotyczącymi użytych symboli, wielkości fizycznych oraz jednostek miar SI, których brak zdyskwalifikuje odpowiedź.

1. Magnetostatyka. (28 pkt) Proszę:

a) przedstawić graficznie linie pola magnetycznego Ziemi, (1 pkt.)

b) opisać doświadczenie Oersteda oraz przytoczyć definicję ampera, (4 pkt.)

c) opisać działanie siły Lorentza na ładunki i przewodniki z prądem stałym określając znaczenie zastosowanych we wzorze symboli wielkości fizycznych oraz podając ich jednostki miary, (8 pkt.)

d) przedstawić zasadę działania cyklotronu, (4 pkt.)

e) przedstawić prawo Ampere’a określając znaczenie zastosowanych we wzorze symboli wielkości fizycznych (2 pkt.) i za jego pomocą wyznaczyć indukcję pola magnetycznego prostoliniowego, bardzo długiego przewodnika z prądem, (3 pkt.)

f) przedstawić prawo Biota-Savarta określając znaczenie zastosowanych we wzorze symboli wielkości fizycznych i podając ich jednostki miary. (6 pkt.)

2. Równania Maxwella; prądy indukowane. (34 pkt.) Proszę:

a) przedstawić interpretacje fizyczne postaci całkowych równań Maxwella opisując znaczenie zastosowanych we wzorach symboli wielkości fizycznych i podając ich jednostki miary, (20 pkt.)

b) określić kierunek przepływu prądu indukowanego w kwadratowej ramce

(rys. obok, pole skierowane za kartkę) umieszczonej w polu magnetycznym o indukcji skierowanej prostopadle do powierzchni ramki w przypadku, gdy d B d t  0 , (4 pkt.),

c) wyobrazić sobie, że ramka z b) jest przesuwana w płaszczyźnie rys. z prędkością 2 m/s, gdy B=const;

proszę określić kierunek przepływu prądu indukowanego w kwadratowej ramce, (6 pkt.)

d) potwierdzić lub zakwestionować, wspierając swoją opinię odpowiednim uzasadnieniem opartym o wiedzę fizyczną, prawdziwość następującego stwierdzenie: prądnica/generator prądu (stałego lub przemiennego) jest urządzeniem, za pomocą którego przetwarzana jest energia mechaniczna na elektryczną. (4 pkt.)

3. Szczególna teoria względności. (18 pkt.) Proszę:

a) przedstawić fizyczną interpretację transformacji Lorentza opisując znaczenie zastosowanych we wzorach symboli wielkości fizycznych, (8 pkt.)

b) opisać co najmniej 3 konsekwencje transformacji Lorentza, (3 pkt.)

c) wyobrazić sobie, że w inercjalnym, spoczywającym układzie odniesienia K zaobserwowano neutron promieniowania kosmicznego poruszający się prostoliniowo z prędkością c/2, który wysłał w kierunku swego ruchu (tj. do przodu) elektron o prędkości c/3 mierzonej wg. neutronu; proszę obliczyć prędkość wyemitowanego elektronu w układzie spoczywającym K. (7 pkt.)

4. Fizyka jądrowa. (36 pkt.) Proszę:

a) przedstawić podstawowe charakterystyki jądra atomu (liczby: atomowa, masowa, atomowa jednostka masy, skład i rozmiar jąder, izotopy), (6 pkt.)

b) oszacować energię niezbędną do rozbicia jądra złota

Au o masie 197 u, gdzie u = 1,66·10

kg, jeśli masa protonu wynosi 1,67·10

kg, a neutronu 1,68·10

kg, wystarcza podanie wzoru z poprawnie wstawionymi wielkościami i jednostkami miar, (8 pkt.)

c) przedstawić mechanizmy i zjawiska fizyczne, dzięki którym wytwarzana jest energia elektryczna w elektrowniach jądrowych (3 pkt.) i wewnątrz Słońca, (4 pkt.)

d) podać prawo rozpadu promieniotwórczego wyjaśniając znaczenie użytych symboli, (3 pkt.)

e) opisać zwięźle dwie procedury diagnozowania stosowane w medycynie nuklearnej: pozytonowej

tomografii emisyjnej (PET) oraz tomografii emisyjnej pojedynczych fotonów (SPECT) opisując zjawiska

fizyczne leżące u podstaw tych procedur. (12 pkt.)

Karta pisemnego egz. (22 VI 2018) do kursu Fizyka 2.7 dla studentów WPPT, kier. Inż. Biom.

2

Prosimy o czytelnie udzielanie odpowiedzi na każde zagadnienie na oddzielnej kartce papieru formatu A-4, którą należy podpisać imieniem i nazwiskiem oraz opatrzyć nr. zagadnienia. Wyprowadzenia/zastosowane wzory, odpowiedzi liczbowe należy koniecznie uzupełnić/opatrzyć stosownymi komentarzami/wyjaśnieniami dotyczącymi użytych symboli, wielkości fizycznych oraz jednostek miar SI, których brak zdyskwalifikuje odpowiedź.

5. Fizyka kwantowa. (40 pkt.) Proszę:

a) przedstawić postulaty modelu Bohra atomu wodoru (3 pkt.) i wyprowadzić wzór na prędkość v

elektronu na

b) podać wzór na częstotliwość fotonu emitowanego przez elektron atomu wodoru przeskakujący z trzeciej na pierwszą orbitę, (2 pkt.)

c) przedstawić interpretację zasad nieoznaczoności Heisenberga: xp

h/4 oraz E  th/4 opisując znaczenie fizyczne symboli użytych w podanych wzorach, (8 pkt.)

d) obliczyć energię cząstki kwantowej o masie m znajdującej się w nieskończonej studni kwantowej o szerokości

L i w stanie własnym ^   ^{x }  ^{2 L}  ^{sin 4π  x L } operatora energii

2 2

2

ˆ = d

2 d

H

m x

 ℏ

, (8 pkt.)

e) opisać podstawowe wyniki doświadczeń nad zjawiskiem fotoelektrycznym (wyjaśniając pojęcia pracy wyjścia, potencjału hamowania oraz opisując metodę doświadczalną wyznaczania stałej Plancka za pomocą tego zjawiska) jak również interpretację ilościową fotoefektu przez A. Einsteina. (10 pkt.)

6. Zagadnienia rezerwowe – źródło dodatkowych 70 pkt. Proszę:

a) opisać, jakie procesy fizyczne reprezentuje rys. obok oraz znaczenie zamieszczonych wartości i symboli, (6 pkt.)

b) podać definicję pola magnetycznego, (3 pkt.)

c) korzystając z prawa Biota-Savarta, wyznaczyć wektor indukcji pola

magnetycznego w środku kołowego przewodnika o promieniu R z prądem o natężeniu I umieszczonego w próżni, (4 pkt.)

d) opisać zjawisko generacji prądów wirowych podając co najmniej dwa różne ich zastosowania, (4 pkt.)

e) podać relatywistyczną postać II zasady dynamiki opisując znaczenie zastosowanych symboli wielkości fizycznych, (3 pkt.)

f) przedstawić postulaty szczególnej teorii względności, (2 pkt.) g) zdefiniować pojęcia czasu własnego i długości własnej, (4 pkt.)

h) wyjaśnić przyczyny nierównego tempa upływu czasu mierzonego na zegarach atomowych umieszczonych na powierzchni Ziemi oraz na pokładach sztucznych satelit globalnego systemu pozycjonowania, (4 pkt.)

i) podać wzór na energię wiązania nukleonów w jądrze przypadającą na jeden nukleon opisując znaczenie zastosowanych symboli wielkości fizycznych (4 pkt.)

j) opisać rodzaje rozpadów jąder niestabilnych, (4 pkt.)

k) siwert [Sv] jest jednostką pochodną układu SI, wyjaśnij jaką wielkość fizyczną wyraża się w siwertach, wyraź siwerta w jednostkach podstawowych układu SI (4 pkt.)

l) opisać podstawy fizyczne datowania izotopowego opartego o izotop węgla

C , (6 pkt.)

m) podać postać matematycznego wzoru pozwalającego obliczać prawdopodobieństwo znalezienia cząstki kwantowej na odcinku <0; L/2>, której funkcja falowa ma postać ^   ^{x }  ^{2 L}  ^{sin 4π  x L } , (4 pkt.) n) odpowiedzieć na pytania: Co udowodnili doświadczalnie Frank i Hertz? (3 pkt.); Czego dowodzą wyniki

doświadczenia Davissona i Germera? (3 pkt.); Czego dowodzi/o czym świadczy fotoefekt? (2 pkt.) o) wyprowadzić wzór na energię elektronu na n-tej orbicie w modelu Bohra atomu wodoru. (10 pkt.)

Wrocław, 22 czerwca 2018 W. Salejda