Zagadnienia egzaminacyjnego. Wyprowadzenia/zastosowane wzory, odpowiedzi liczbowe należy koniecznie uzupełnić/opatrzyć stosownymi komentarzami/wyjaśnieniami dotyczącymi użytych symboli, wielkości fizycznych oraz jednostek miar SI, których br

Karta pisemnego egz. (26 VI 2019) do kursu Fizyka 2.7 dla studentów WPPT, kier. Inż. Biom.

1

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

INSTRUKCJA: Prosimy o czytelne 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 egzaminacyjnego. 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. Równania Maxwella; prądy indukowane. (24 pkt.) Proszę:

a) przedstawić wzory matematyczne w postaci całkowej oraz ich interpretacje fizyczne opisując znaczenie zastosowanych we wzorach symboli wielkości fizycznych i podając ich jednostki miary, (16 pkt.) b) metalowa kwadratowa ramka przedstawiona obok, o oporze całkowitym

R, boku a, jest przesuwana w płaszczyźnie rysunku z prędkością V,

w jednorodnym i stałym (B=const) polu magnetycznym; proszę wyznaczyć wartość natężenia indukowanego prądu płynącego w przemieszczanej ramce uzasadniając wynik. (4 pkt.)

c) Jakie prawo/prawa fizyczne leży/leżą u podstaw wytwarzania prądu w elektrowniach? (4 pkt.) 2. Magnetostatyka. (26 pkt.) Proszę:

a) Opisać źródła pola magnetycznego, doświadczenie Oersteda (czego ono dowodzi?) i przytoczyć definicję ampera, (8 pkt.)

b) Przedstawić zwięźle zasadę działania cyklotronu ilustrując odpowiedź stosownym rys. (6 pkt.)

c2) wektor prędkości jonu w punkcie A podając jego wartość, (3 pkt.), c3) zwrot wektora B , (1 pkt.),

c4) kierunek i zwrot wektora siły Lorentza działającej na Q, (1 pkt.).

c5) Proszę pokazać i uzasadnić, że d  2M  Q B . (4 pkt.)

v

c) Dodatni jon o ładunku Q i masie M przyspieszony w próżni w polu elektro- statycznym, po przebyciu różnicy potencjału U, wpada z prędkością υ w obszar jednorodnego i sta- łego pola magnetycznego o indukcji B , przy czym jego wektor prędkości jest prostopadły do B . Torem ruchu jest półokrąg.

Proszę:

c1) wyjaśnić dlaczego tak się dzieje?

(3 pkt.), a następnie proszę o

dorysowanie na rys.:

Karta pisemnego egz. (26 VI 2019) do kursu Fizyka 2.7 dla studentów WPPT, kier. Inż. Biom.

2 3. Szczególna teoria względności. (20 pkt.) Proszę:

a) Przedstawić postulaty szczególnej teorii względności oraz fizyczną interpretację wzorów transformacyjnych Lorentza, które należy przytoczyć, opisując znaczenie zastosowanych we wzorach symboli wielkości fizycznych, (12 pkt.)

b) Wyobrazić sobie, że w ziemskim inercjalnym układzie odniesienia K (zaniedbujemy wszystkie rodzaje ruchu Ziemi) zaobserwowano cząstkę promieniowania kosmicznego poruszającą się prostoliniowo ze stałą prędkością (99/100)c, która spoczywała w jej własnym układzie K’ związanym z cząstką; cząstka rozpadła się emitując foton; ile wynoszą i dlaczego prędkości fotonu obserwowanego z obu układów odniesienia K i K’;

odpowiedź należy uzasadnić. (4 pkt.)

c) Na rys. obok przedstawiono atom wodoru i antywodoru, który składa się z antyprotonu i antyelektronu. Masy wodoru i antywodoru to około 2 10 

kg , a masy elektronu i antyelektronu to około 10

kg . Proszę oszacować wartość energii wszystkich fotonów powstałych w akcie anihilacji wodoru i antywodoru. (4 pkt.) 4. Fizyka jądrowa. (22 pkt.) Proszę:

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

b) Podać prawo rozpadu promieniotwórczego wyjaśniając znaczenie użytych symboli, (4 pkt.)

c) Zwięźle scharakteryzować procedury medycyny nuklearnej: pozytonowej tomografii emisyjnej (PET) oraz terapii hadronowej, opisując zjawiska fizyczne leżące u podstaw tych procedur. (12 pkt.)

5. Fizyka kwantowa. (20 pkt.)

a) Rysunek obok przedstawia przeskoki elektronu pomiędzy podanymi poziomami energetycznymi. Znane są długości emitowanych fal 

, 

, 

. Proszę na tej podstawie wyznaczyć energię h 

fotonu emitowanego przy bezpośrednim przeskoku elektronu z poziomu A na D. (6 pkt.)

Proszę:

b) Przedstawić pierwszy postulat mechaniki kwantowej oraz interpretację fizyczną funkcji falowej, (6 pkt.)

d) Obliczyć energię elektronu o masie m znajdującego się w stanie własnym

  ^x  ^{2 L}  ^{sin  n x L π }

  , jeśli operator energii ma postać:

2 2

2

ˆ = d

2 d H  ℏ m x

, (8 pkt.)

6. Fizyka cząstek elementarnych i astrofizyka. (20 pkt.) Proszę:

a) Przedstawić współczesny tzw. standardowy model cząstek elementarnych, (8 pkt.)

b) Przytoczyć fakty doświadczalne, obserwowane zjawiska przemawiające na rzecz zajścia Wielkiego Wybuchu, (4 pkt.)

c) Przytoczyć postać matematyczną prawa Hubble’a, opisać znaczenie użytych symboli i podać związek stałej Hubble’a z wiekiem Wszechświata (4 pkt.)

d) Odpowiedzieć na pytanie: Która z reakcji 1) p  p  p  p  p  p , 2) p  n  p  n  p  n będących wynikiem wysokoenergetycznych zderzeń cząstek, jest możliwa do zaobserwowania wiedząc, że w fizyce cząstek elementarnych obowiązuje zasada zachowania liczby barionowej. Liczba barionowa protonu p

 p wynosi +1 a antyprotonu p  p

wynosi – 1; neutronu o symbolu n wynosi +1, antyneutronu o symbolu n wynosi – 1.

Odpowiedź proszę uzasadnić. (4 pkt.)

Wrocław, 26 czerwca 2019 W. Salejda