1
GRUPA A. Karta pisemnego egzamin (17 VI 2011) do kursu Fizyka 2 dla studentów Wydz. IŚ, kier. Inż. Środowiska
Imię i nazwisko ………. Nr albumu:……..…………..
Instrukcja: Należy wpisać CZYTELNIE dane do nagłówka. Zagadnienie pierwsze jest obowiązkowe. Spośród pozostałych 4 należy dowolnie wybrać co najwyżej dwa i WYŁĄCZNIE na nie udzielać czytelnie wyczerpujących odpowiedzi. Wybór zaznaczamy umieszczając znak √√√√ na karcie egzaminacyjnej obok numeru zagadnienia. Wybranie i udzielanie odpowiedzi na większą liczbę zagadnień dowolnych spowoduje, że będą oceniane tylko 2 pierwsze ze wskazanych, a pozostałe NIE.
Odpowiedzi pisemnych udzielamy na oddzielnym arkuszu papieru otrzymanym przy wejściu na salę, który podpisujemy imieniem i nazwiskiem wpisując czytelnie nr albumu. Na pytania testowe odpowiadamy ujmując w kółko numer wybranej odpowiedzi lub podkreślając jej wartość/treść na karcie egzaminacyjnej. Wartości wielkości fizycznych w tekście wszystkich zagadnień egzaminacyjnych są podane w SI. Skrót ŻWNJP oznacza: Żadna Wartość/Wzór Nie Jest Poprawna(y).
1a. Równania Maxwella (35 pkt.) – zagadnienie obowiązkowe. Przedstawić interpretację fizyczną całkowych postaci równań Maxwella oraz znaczenie użytych w matematycznym zapisie równań pojęć, symboli i wielkości fizycznych podając definicje tych wielkości oraz ich jednostki miary w SI. Przepisanie wzorów z tabeli = 0 pkt.!!!
1b. (3 pkt.) Wartość ładunku elementarnego w jednostkach SI wynosi 1,6·10-19. Liczba 3,2·10-5 to wartość strumienia natężenia pola elektrostatycznego przez zamkniętą powierzchnię S = 100 umieszczoną w próżni o przenikalności elektrycznej 10-11. Powierzchnia S obejmuje ładunek elektryczny o wartości:
1b.1) 2,3·10-14; 1b.2) 2,3·10-14; 1b.3) 3,2·10-18; 1b.4) 3,2·10-16; 1b.5) ŻWNJP.
1c. (3 pkt.) W prostoliniowym długim przewodniku umieszczonym w ośrodku o względnej przenikalności magnetycznej 3 płynie prąd stały. Jeśli µ0 = 10-6, to wartość ilorazu H(r=3,6)/H(r=13,8), gdzie H(r) jest wartością wektora natężenia pola magnetycznego w odległości r od przewodnika, wynosi:
1c.1) ≈0,26; 1c.2) ≈3,83; 1c.3) ≈1,28; 1c.4) ≈11,49; 1c.5) ŻWNJP.
1d. (3 pkt.) Zamknięty obwód elektryczny znajdujący się w próżni tworzy metalowy drut umieszczony całkowicie w płaszczyźnie poziomej w zmiennym pionowym polu magnetycznym, którego indukcja zmieniała się jednostajnie od wartości −1,5 do 1,5 w czasie t = 17. W wyniku tego w przewodniku w czasie t istniała SEM o wartości 14. Pole S powierzchni obwodu, której brzegiem jest przewodnik, było równe:
1d.1) ŻWNJP; 1d.2) ≈39,7; 1d.3) ≈476; 1d.4) ≈158,7; 1d.5) ≈79,3.
1e. (3 pkt.) Jeśli zamknięty obwód elektryczny, o którym mowa w części 1d., miałby opór elektryczny równy 0,015, to w czasie t wydzieliłaby się w nim energia cieplna o wartości:
1e.1) ≈50,87·103; 1e.2) ≈13,07·103; 1e.3) ≈222,13·103; 1e.4) ≈4,20·105; 1e.5) ŻWNJP.
1f. (4 pkt.) Metalowa sfera o promieniu R jest naładowana jednorodnie ładunkiem elektrycznym Q. Korzystając|
z jednego z praw Maxwella wyznaczyć zależność natężenia pola elektrycznego E(r) dla 0 < r ≤ R oraz r > R.
1g. (3 pkt.) Wskazać prawdziwe stwierdzenie:
1g.1) Pole magnetostatyczne jest polem zachowawczym.
1g.2) Układ nieruchomych ładunków elektrycznych wytwarza niezachowawcze pole elektrostatyczne.
1g.3) Pole magnetostatyczne przyspiesza nieruchome ładunki elektryczne.
1g.4) Przewodniki ekranują pole elektrostatyczne.
1g.5) Dwa długie, równoległe przewodniki, w których płyną stałe prądy w tych samych kierunkach, odpychają się.
………………….
2. Optyka geometryczna i falowa; natura światła. Udzielić wyczerpujących odpowiedzi na co najwyżej 3 spośród podanych niżej zagadnień/problemów. Odpowiedzi muszą zawierać pisemne wyjaśnienia użytych pojęć i symboli.
2a. (6 pkt.) Scharakteryzować widmo fal elektromagnetycznych − podać przedziały długości i częstotliwości światła widzialnego w próżni/powietrzu.
2b. (8 pkt.) Podać definicję współczynnika załamania; przytoczyć prawa optyki geometrycznej. Na czym polega zjawisko dyspersji światła?
2c. (6 pkt.) Opisać zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia światła; podać przykłady jego zastosowania.
2d. (8 pkt.) Opisać zjawisko polaryzacji światła oraz prawo Malusa dla światła niespolaryzowanego i spolaryzowanego.
2e. (8 pkt.) Scharakteryzować zjawiska interferencji i dyfrakcji światła na przykładzie doświadczenia Younga.
2f. (10 pkt.) Opisać zjawisko dyfrakcji promieni X na kryształach i jego znaczenie dla badania struktury przestrzennej atomów w kryształach.
………..
2 3. Fizyka współczesna 1.
Wskazać poprawne wartości lub udzielić wyczerpujących odpowiedzi na co najwyżej 3 spośród podanych niżej zagadnień/zadań. Odpowiedzi pisemne muszą zawierać stosowne komentarze, wyjaśnienia użytych pojęć i symboli.
3a. (8 pkt.) Scharakteryzować sens fizyczny transformacji Lorentza oraz jej konsekwencje.
3b. (8 pkt.) Dane są długość własna L0 = 2 i masa własna/spoczynkowa m0 = 3·10-3 pręta. Masa tego pręta poru- szającego się ze stałą prędkością wzdłuż osi OX i ułożonego równoległego do osi OX wzrosła dwudziestokrotnie.
Długość tego pręta oraz relatywistyczna energia kinetyczna zmierzone w układzie spoczywającym wynoszą odpowiednio (c = 3·108):
3b.1) 0,2 i 5,40·1015; 3b.2) 0,1 i 5,13·1015; 3b.3) 0,2 i 5,13·1015; 3b.4) 0,1 i 5,40·1015; 3b.5) ŻWNJP.
3c. (8 pkt.) W spoczywającym układzie odniesienia dwa samochody zderzyły się w punkcie o współrzędnych (x = 108, y = 0, z = 9·1012) w chwili czasu t = 2·106. W układzie ruchomym, poruszającym się względem spoczywającego wzdłuż osi OX z prędkością 1,8·108, współrzędna x-owa tego zderzenia wynosiła:
3c.1) ≈ (−2,70·1014); 3c.2) ≈ (− 3,60·1014); 3c.3) ≈ (− 2,88·1014); 3c.4) ≈ (− 4,50·1014); 3c.5) ŻWNJP.
3d. (8 pkt.) Scharakteryzować zjawisko promieniowania cieplnego oraz sens fizyczny prawa Stefana-Boltzmanna i prawa przesunięć Wiena.
3e. (8 pkt.) Na czym polega dualizm korpuskularno-falowy światła? Wymienić, podając uzasadnienie, zjawiska fizyczne potwierdzające dualizm korpuskularno-falowy światła.
3f. (8 pkt.) Scharakteryzować zasady nieoznaczoności Heisenberga i podaj ich sens fizyczny.
………..
4. Fizyka współczesna 2.
Wskazać poprawne wartości lub udzielić wyczerpujących odpowiedzi na co najwyżej 3 spośród podanych niżej zagadnień/zadań. Odpowiedzi pisemne muszą zawierać stosowne komentarze, wyjaśnienia użytych pojęć i symboli.
4a. (8 pkt.) Opisać zjawisko fotoelektryczne podając najważniejsze fakty doświadczalne oraz ich interpretację.
4b. (8 pkt.) W doświadczeniu typu Comptona długość zastosowanych promieni X była równa 4,6·10-12. Zaobserwowana doświadczalnie pod kątem 90o zmiana długości fali tego promieniowania wyniosła 2,4·10-12. Rozproszony pod tym kątem pojedynczy kwant (foton) promieniowania X miał energię równą (h = 7·10-34):
4b.1) ≈8,75·10-14; 4b.2) ≈4,57·10-14; 4b.3) ≈3,00·10-14; 4b.4) ≈9,55·10-14; 4b.5) ŻWNJP.
4c. (8 pkt.) W atomie wodoru elektron wzbudzony do stanu kwantowego z n = 8 powracając do stanu podstawowego o energii 2,2·10-18 emituje foton o częstotliwości (h = 7·10-34):
4c.1) ≈0,393·1015; 4c.2) ≈3,143·1015; 4c.3) ≈2,750·1015; 4c.4) ŻWNJP; 4c.5) ≈2,094·1015.
4d. (8 pkt.) Opisać sposób generowania promieni X, scharakteryzować właściwości widma ciągłego i charaktery- stycznego tego promieniowania.
4e. (8 pkt.) Opisać zjawisko generowania pary elektron-antyelektron.
4f. (8 pkt.) Opisać doświadczenie Franka-Hertza i jego znaczenie dla fizyki atomu.
………..
5. Fizyka współczesna 3.
Wskazać poprawne wartości lub udzielić wyczerpujących odpowiedzi na co najwyżej 3 spośród podanych niżej zagadnień/zadań. Odpowiedzi pisemne muszą zawierać stosowne komentarze, wyjaśnienia użytych pojęć i symboli.
5a. (8 pkt.) Na czym polega dualizm korpuskularno-falowy cząstek elementarnych? Jakie zjawiska/doświadczenia potwierdzają ten dualizm? Podać przykłady zastosowań dualizmu korpuskularno-falowego cząstek elementarnych.
5b. (8 pkt.) Co opisuje funkcja falowa elektronu w atomie? Jaka jest interpretacja fizyczna funkcji falowej?
5c. (8 pkt.) Funkcja falowa elektronu w stanie podstawowym atomu wodoru ma postać Ψ(r) = const.·r·exp(−r/r0), gdzie r jest odległością między protonem i elektronem. W tym atomie elektron można napotkać/znaleźć z naj- większym prawdopodobieństwem w odległości rmax. > 0 od protonu równej:
5c.1) r0/3; 5c.2) 2r0; 5c.3) r0; 5c.4) r0/4; 5c.5) ŻWNJP.
5d. (8 pkt.) Podać treść fizyczną zakazu Pauliego. Jakie to ma znaczenie dla konfiguracji elektronowej atomów?
5e. (8 pkt.) Wymienić i scharakteryzować fizyczne znaczenie liczb kwantowych określających stany kwantowe elektronów w atomach.
5f. (8 pkt.) Opisać podstawy fizyczne działania lasera.
W. Salejda Wrocław, 12 czerwca 2011 r.
