MIĘDZY FIZYKĄ MUZYKI A FIZYKĄ KWANTÓW

MIĘDZY FIZYKĄ MUZYKI A FIZYKĄ KWANTÓW
A. Fizyka w muzyce. Fale.
1. Co to jest dźwięk?
2. Wymień 3 podstawowe cechy dźwięku w muzyce.
3. Co to jest fala, podaj przykłady?
4. Podaj podstawową funkcję opisującą falę sinusoidalną i wyjaśnij znaczenie parametrów w
niej występujących.
5. Co to jest częstość kołowa i liczba falowa fali?
6. Co to jest prędkość fazowa fali i jak wyraża się poprzez częstość kołową i liczbę falową.
7. Zaburzenie jakiej wielkości fizycznej rozprzestrzenia się w fali akustycznej?
8. Które spośród 3 wielkości fizycznych: masa, energia, pęd, są przenoszone (transportowane)
przez fale?
9. Dzięki czemu fale mogą służyć do przesyłania informacji (podaj przykłady)?
10. Co to jest oscylator harmoniczny?
11. Podaj przykłady oscylatorów 0D, 1D, 2D, 3D.
12. Na czym polega zjawisko rezonansu?
13. Opisz zjawisko fali stojącej w strunie.
14. Opisz zjawisko fali stojącej w płycie 2D i w słupie powietrza.
15. Jakie są dopuszczalne długości fal stojących generowanych w strunie o długości L związanej
na dwóch końcach?
16. Co to są figury Chladniego?
17. Wyjaśnij co oznacza stwierdzenie: odpowiedź rezonansowa układu na pobudzenie
szerokopasmowe. Podaj przykłady z fizyki klasycznej i kwantowej.
18. W jaki sposób dźwięk jest generowany i wzmacniany w instrumentach smyczkowych?
19. W jaki sposób dźwięk jest generowany i wzmacniany w instrumentach dętych?
20. Co to są oscylacje samowzbudne i jaką role odgrywa tu zjawisko rezonansu (podaj
przykłady)?
21. Co to jest barwa dźwięku, od czego zależy?
22. Czy można opisać matematycznie barwę dźwięku?
23. Co to jest analiza spektralna dźwięku?
B. Fale elektromagnetyczne.
24. Co to jest fala elektromagnetyczna (EM)?
25. Czy fala, np. światło, może wywierać ciśnienie ?
26. Podaj przykłady zjawisk, w których uwidacznia się ciśnienie światła.
27. Podaj przykłady praktycznego wykorzystania zjawiska ciśnienia światła (istniejącego bądź
hipotetycznego).
28. Wymień podstawowe zakresy fal elektromagnetycznych, od najdłuższych do najkrótszych.
29. Czy mikrofale są promieniowaniem jonizującym?
30. Co jest źródłem promieniowania podczerwonego?
31. Opisz najważniejsze zjawiska towarzyszące oddziaływaniu promieniowania podczerwonego z
materią.
32. Dlaczego mikrofale można wykorzystywać do podgrzewania potraw?
33. Co to jest promieniowanie jonizujące? Podaj przykłady.
34. Dlaczego promieniowanie jonizujące jest niebezpieczne dla organizmów żywych?
35. Jakie zjawiska mogą powodować, że fala EM niejonizująca może być niebezpieczna dla
organizmów żywych (np. fala EM generowana przez telefon komórkowy)?
36. Co to jest światło, co jest jego podstawowym źródłem?
37. Co opisuje wektor Poyntinga?
C. Interferencja i dyfrakcja
38. Nazwij i opisz eksperyment, który udowodnił, że światło jest falą.
39. Co mówi zasada superpozycji fal?
40. Co to jest interferencja destruktywna i konstruktywana.
41. Jaki dwa warunki muszą być spełnione, aby mogło zajść zjawisko interferencji nakładających
się fal?
42. Na czym polega interferencja przez podział czoła fali? Podaj przykłady.
43. Na czym polega interferencja przez podział amplitudy? Podaj przykłady.
44. Opisz ideę działania interferometru Michelsona. Gdzie znajduje on zastosowanie?
45. Wyjaśnij zjawisko powstawania kolorów w bańce mydlanej lub cienkiej warstwie oleju.
46. Jak jakościowo różni się obraz interferencyjny dwóch źródeł od współliniowego układu wielu
identycznych źródeł?
47. Co to jest siatka dyfrakcyjna i jakie ma zastosowanie?
48. Podaj warunek na kąt obserwacji pierwszego maksimum interferencyjnego dla siatki
dyfrakcyjnej.
49. Opisz na wybranych przykładach zjawisko dyfrakcji światła. Czy zjawisko interferencji
odgrywa tu jakąś rolę?
50. Dlaczego zjawisko dyfrakcji ogranicza zdolność rozdzielczą przyrządów optycznych?
51. Od czego zależy zdolność rozdzielcza teleskopu, a od czego mikroskopu?
52. Co to jest widmo (spektrum) promieniowania?
53. Co to jest spektroskopia jako metoda badawcza?
54. Jakie zjawiska fizyczne wykorzystywane są w konstrukcjach spektroskopów optycznych?
D. Załamania fizyki klasycznej.
55. Co to jest ciało doskonale czarne, i jaki rzeczywisty układ najlepiej spełnia założenia tego
modelu?
56. Opisz najważniejsze jakościowe cechy widma promieniowania ciała doskonale czarnego.
57. Na jaki zakres przypada maksimum promieniowania ciała doskonale czarnego o
temperaturze powierzchni słońca (5000K)?
58. Dlaczego klasyczna żarówka nie jest energooszsczędna?
59. Co nazywamy katastrofą w nadfiolecie?
60. Jakie założenie pozwala wyjaśnić spektrum promieniowania ciała doskonale czarnego (Max
Planc)?
61. Co to jest promieniowanie reliktowe 3K i jak zostało odkryte?
62. Jaką rolę odegrało odkrycie promieniowania reliktowego w rozwoju wiedzy na temat historii
wszechświata?
63. Wyjaśnij na czym polega efekt szklarniowy (cieplarniany). Podaj przykłady.
64. Na czym polega zewnętrzny efekt fotoelektryczny (opis jakościowy)?
65. Od czego, w eksperymencie, zależy maksymalna energia kinetyczna elektronów wybitych z
metalu w zewnętrznym efekcie fotoelektrycznym? Jakiego typu jest to zależność?
66. Od czego, w eksperymencie, zależy liczba elektronów wybitych z metalu w zewnętrznym
efekcie fotoelektrycznym? Jakiego typu jest to zależność?
67. Dlaczego fizyka klasyczna nie potrafiła wyjaśnić obserwowanych doświadczalnie zależności
w zewnętrznym efekcie fotoelektrycznym?
68. Na jakim założeniu Albert Einstein oparł wyjaśnienie zewnętrznego efektu
fotoelektrycznego, i jak je wyjaśnił?
69. Co to jest natężenie światła i od czego zależy w klasycznym (falowym) obrazie światła?
70. Co to jest natężenie światła i od czego zależy w kwantowym obrazie światła?
71. Z jakim parametrem falowym wiąże się energia fotonu (kwantu energii fali EM), jaki jest to
związek?
72. Z jakim parametrem falowym wiąże się pęd fotonu, jaki jest to związek?
73. Co oznacza stwierdzenie, że światło (ogólniej fala EM) ma dwoistą naturę?
E. Atom
74. Kiedy i w jaki sposób atomistyczna wizja materii zyskała ostateczne potwierdzenie (A.
Einstein)?
75. Co to jest emisyjne widmo liniowe gazów rozrzedzonych?
76. Wymień najważniejsze koncepcje jakie pojawiały się historycznie odnośnie budowy atomu?
77. Na jakich założeniach opierał się model Thompsona budowy atomu?
78. Opisz eksperyment Rutheforda i wyjaśnij jego znaczenie w rozwoju fizyki atomu.
79. Jakiego rzędu są typowe rozmiary atomów, a jakiego jąder atomowych?
80. Na jakich założeniach opierał się model atomu wodoru Bohra? Jakie były jego zalety a jakie
wady?
81. Jakie uzasadnienie postulatu Bohra o dozwolonych orbitach przyniosła hipoteza de
Broglie’a?
82. Jakie liczby kwantowe klasyfikują stany elektronu w atomie wodoru w nowoczesnym
kwantowo-mechanicznym jego opisie (podaj ich nazwy), i jakim klasycznym wielkościom
fizycznym one odpowiadają?
83. Podaj zakresy zmienności liczb kwantowych n,l,m?
84. Co to jest spin elektronu?
85. Co mówi zakaz Pauliego?
86. Jaki (ogólnie) jest związek schematu stanów w atomach wieloelektronowych z układem
okresowym pierwiastków?
87. Jak wspólna cecha struktury elektronowej łączy wszystkie gazy szlachetne?
F. Falowa natura materii.
88. Co mówi hipoteza de Broglie’a?
89. Opisz jakościowo eksperyment Davissona-Germera (rozpraszanie elektronów na
powierzchni kryształu niklu) i wyjaśnij jaki miał on z wiązek z hipotezą de Broglie’a.
90. Opisz eksperyment z dyfrakcją elektronów na podwójnej szczelinie i wymień najważniejsze
fakty jakościowe jakie eksperyment ten ujawnia?
91. To to jest interpretacja probabilistyczna funkcji falowej?
92. Jedną z zadziwiających cech układów kwantowych jest fakt, że mogą znajdować się w wielu
stanach jednocześnie, podaj przykłady takiej sytuacji.
93. Na przykładzie eksperymentu z dyfrakcją elektronów na podwójnej szczelinie wyjaśnij
pojęcia „koherencja” i „dekoherencja”. Czy efekt dekoherencji można obserwować w
eksperymencie optycznym (Younga)?
94. Co oznacza stwierdzenie, że eksperyment wykonany na układzie kwantowym powoduje
zapadnięcie się (kolaps) funkcji falowej? Podaj przykłady (np. w eksperymencie z dyfrakcją
elektronów na podwójnej szczelinie: detektor przejścia przez konkretną szczelinę, lub ekran
jako wskaźnik położenia elektronu).
95. Eksperyment myślowy znany pod nazwą „Kot Schrödingera” miał podważyć interpretację
probabilistyczną mechaniki kwantowej. Na czym polega błąd tego rozumowania?
96. Jak pokazuje eksperyment (Aspekta) foton splątany kwantowo z innym fotonem reaguje
natychmiast na stan tego drugiego (np. zaobserwowany stan spinu), nawet jeśli znajduje się
on w znacznej odległości. Zjawisko to jednak nie może służyć do przesyłania informacji,
wyjaśnij dlaczego.
G. Układy kwantowe.
97. Na przykładzie dwóch identycznych studni kwantowych wyjaśnij mechanizm tworzenia
wiązania kowalencyjnego identycznych atomów (np. H2, O2, N2).
98. Co to jest zjawisko tunelowania? Wyjaśnij na przykładzie prostokątnej kwantowej studni
potencjału.
99. Dlaczego pierwiastki z pierwszych kolumn układu okresowego zazwyczaj „chętnie” tworzą
związki z pierwiastkami z ostatnich kolumn.
100. Opisz jakościowo mechanizm tworzenia struktury pasmowej w krysztale.
101. Wyjaśnij pojęcia „pasmo przewodnictwa”, pasmo walencyjne” .
102. Jakie cechy struktury elektronowej kryształu decydują czy dany materiał jest metalem czy
dielektrykiem?
103. Na czym, z punktu widzenia struktury pasmowej, polega różnica między dielektrykiem a
półprzewodnikiem?
104. Na czym, z punktu widzenia własności fizycznych, polega różnica między metalem a
półprzewodnikiem?
105. Dlaczego wypolerowana powierzchnia metalu odbija światło?
106. Dlaczego przewodnictwo elektryczne półprzewodników typowo rośnie z temperaturą (nawet
o kilka rzędów wielkości)?
107. Dlaczego przewodnictwo elektryczne metali typowo maleje z temperaturą?
108. Dlaczego przewodnictwo elektryczne półprzewodnika może istotnie zwiększyć się pod
wpływem oświetlenia?
109. Na czym polega zjawisko emisji wymuszonej?
110. Co oznacza skrót LASER?
111. Wyjaśnij poglądowo zasadę działania lasera.
112. Jakie warunki, z punktu widzenia struktury elektronowej, muszą spełniać centra aktywne w
substancji, aby można było jej użyć do zrobienia lasera?
113. Jaką rolę w laserze pełni rezonator optyczny?