1 Spis zagadnień do egzaminu z Fizyki III dla studentów WPPT PWr

Spis zagadnień do egzaminu z Fizyki III
dla studentów WPPT PWr specjalności:
InŜynieria Biomedyczna, Fotonik oraz studiów inŜynierskich
w roku akademicki 2006/07; semestr zimowy
Materiały dydaktyczne: 1. Kserokopie notatek do wykładów. 2. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Podstawy fizyki, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2003. 3. R. Eisberg, R. Resnick, Fizyka kwantowa, PWN, Warszawa 1983.
Egzaminy pisemno-ustne: I termin: 26 stycznia 2007 (piątek), godz. 9.00-11.00, sale
314 i 322 A-1; II termin: 2 lutego 2007 (piątek), godz. 9.00-11.00, sale 314 i 322 A-1;
III termin: 13 lutego 2007 (wtorek), godz. 9.00-11.00, sale 314 i 322 A-1.
Zasady przeprowadzania egzaminów: 3 zagadnienia z listy zdający otrzymuje od
wykładowcy , a dodatkowe dwa – róŜne od wskazanych przez wykładowcę – wybiera samodzielnie z poniŜszej listy.
Warunki otrzymania oceny pozytywnej z egzaminu:
1. Udzielenie poprawnych odpowiedzi na dwa pytania spośród 3 wskazanych
przez wykładowcę.
2. Udzielenie pełnych odpowiedzi na oba samodzielnie wybrane pytania.
Spis zagadnień/pytań/problemów egzaminacyjnych
1. Fotoefekt – układ pomiarowy, wyniki doświadczeń, interpretacja Einsteina, fotony, wyznaczanie stałej
Plancka.
2. Efekt Comptona – układ pomiarowy, wyniki doświadczeń, interpretacja ilościowa.
3. Promieniowanie rentgenowskie – otrzymywanie promieniowania, widmo ciągłe i charakterystyczne,
interpretacja ilościowa; fotoefekt a promienie X. Rozpraszanie promieni X na kryształach – warunek
Bragga.
4. Kreacja i anihilacja para cząstka-antycząstka – interpretacja ilościowa, warunek zajścia kreacji pary,
anihilacja par.
5. Model Bohra atomu wodoru – atom w ujęciu klasycznym, serie (widma) liniowe atomu wodoru, postulaty Bohra, stan podstawowy, promienie orbit elektronów, energie wiązania elektronów a poziomy
energetyczne atomów emisja i absorpcja światła przez atom wodoru, energia jonizacji, doświadczenie
Francka-Hertza – poziomy elektronowe.
6. Laser – budowa, fizyczne podstawy działania, laser helowo-neonowy, właściwości światła laserowego,
zastosowania; holografia.
7. Dyfrakcja promieni X na kryształach (strukturach uporządkowanych przestrzennie); warunek Bragga.
8. Promieniowanie cieplne ciała doskonale czarnego: spektralna zdolność emisyjna i absorpcyjna, prawo
Kirchhoffa, prawo Wiena, model ciała doskonale czarnego, funkcja rozkładu Plancka, zastosowania.
9. Dualizm korpuskularno-falowy światła. Natura światła; klasyczny model fotonu, zjawisko ujemnego
załamania światła, metamateriały.
10. Falowa natura cząstek – hipoteza de Broglie’a, fale materii, doświadczenia typu Younga nad cząsteczkami elementarnymi, doświadczenie Davissona-Germera, doświadczenie A. Tonomury (patrz strony
http://www.hqrd.hitachi.co.jp/global/fellow_tonomura.cfm
http://www.hqrd.hitachi.co.jp/global/doubleslit.cfm); zastosowania falowej natury elektronów:
transmisyjny mikroskop elektronowy i skaningowy mikroskop elektronowy.
11. Elementy mechaniki kwantowej I: postulaty (aksjomaty).
12. Elementy mechaniki kwantowej II: matematyczne i fizyczne właściwości funkcji falowej; interpretacja
kopenhaska mechaniki kwantowej.
13. Elementy mechaniki kwantowej III: obserwable i operatory liniowe; komutator operatorów, zagadnienie własne; reprezentacja obserwabli za pomocą operatorów liniowych.
14. Elementy mechaniki kwantowej IV: pomiar wielkości fizycznej a wartość własna operatora obserwabli; prawdopodobieństwo otrzymania wyniku pomiaru.
15. Zasada nieoznaczoności Heisenberga: komutator operatorów obserwabli a niepewność jednoczesnego
pomiaru wartości obserwabli; zasada nieoznaczoności dla połoŜenia i pędu cząstki kwantowej, zasada
nieokreśloności dla energii i czasu i jej sens fizyczny.
16. Ewolucja czasowa funkcji falowej (wektora stanu) – czasowe równanie Schrödingera.
1
17. Zasada superpozycji stanów kwantowych i jej konsekwencje fizyczne.
18. Czasowe i bezczasowe równanie Schrödingera; związek równania Helmholtza z bezczasowym równaniem Schrödingera (równanie de Broglie’a dla fal materii).
19. Wartości średnie zmiennych dynamicznych (obserwabli) układów kwantowych – klasyczna wartość
średnia serii pomiarów, niepewność wartości średniej, odchylenie standardowe; jednowymiarowe średnie kwantowomechaniczne (sposoby wyznaczania).
20. Kwantowa cząstka swobodna – stacjonarne równanie Schrödingera, widmo wartości własnych, unormowane funkcje własne, odległości poziomów energetycznych elektronów.
21. Cząstka kwantowa w nieskończonej jednowymiarowej studni potencjału – widmo energii własnych,
unormowane funkcje własne.
22. Tunelowanie cząsteczek kwantowych przez bariery potencjalne; współczynnik tunelowania, rozpad alfa
jąder atomów, zimna emisja elektronów, zasada działania skaningowego mikroskopu elektronowego,
zastosowania skaningowego mikroskopu tunelowego.
23. Kwantowanie oporu balistycznego; kwant oporu balistycznego.
24. Osiągnięcia technologiczne będące pochodnymi rozwoju fizyki kwantowej; przykłady urządzeń, które
odgrywały/odgrywają istotną rolę w rozwoju cywilizacyjnym.
25. Orbitalny moment pędu elektronu; kwantowanie przestrzenne orbitalnego momentu pędu; orbitalny
moment magnetyczny elektronu i jego związek z orbitalnym momentem pędu.
26. Własny moment pędu elektronu (spin elektronu); spinowy moment magnetyczny elektronu; kwantowanie spinu i spinowego momentu magnetycznego elektronu; doświadczenie Sterna-Gerlacha.
27. Równanie Schrödingera, liczby kwantowe stanu elektronów atomu a tablica okresowa pierwiastków;
zasada wykluczania Pauliego; zasada nierozróŜnialności cząstek elementarnych.
28. Elementy fizyki jądrowej – budowa jądra, liczby: masowa i atomowa, izotopy, energia wiązania nukleonu w jądrze, synteza lekkich jąder, synteza lekkich jąder we wnętrzu Słońca, rozpady promieniotwórcze, prawo rozpadu promieniotwórczego, budowa i fizyczna zasada działania elektrowni atomowych;
jądrowy rezonans magnetyczny i jego zastosowania.
29. Elementy fizyki ciała stałego: typy wiązań, ciała amorficzne i kryształy, przykłady sieci struktur krystalograficznych.
30. Struktura energetyczna ciał stałych: dielektryki, metale i półprzewodniki; metale a model elektronów
swobodnych, gęstość stanów elektronowych, energia, prędkość i temperatura Fermiego, funkcja rozkładu Fermiego-Diraca, pojemność cieplna gazu elektronów swobodnych.
31. Półprzewodniki: samoistne i domieszkowane oraz ich struktura pasmowa; przykłady półprzewodników
samoistnych, donorowych (typ n) i akceptorowych (typ p); dziury i elektrony; zaleŜność przewodnictwa/oporu od temperatury i jego związek ze strukturą pasmową.
32. Złącze p-n; przewodzenie prądu, charakterystyka prądowo-napięciowa, polaryzacja zaporowa i przewodzenia, zastosowania; diody luminescencyjne; zasada działania, zastosowania; fotoprzewodnictwo;
zjawisko fotowoltaiczne, zastosowania; kamera CCD..
33. Tranzystory; typy, budowa, właściwości wzmacniające, tranzystory bipolarne, tranzystory unipolarne
(FET i MOSFET) – budowa i zasada działania.
34. Standardowy model cząstek elementarnych: cząstki struktury i cząstki pośredniczące; leptony i bariony;
oddziaływania fundamentalne.
35. Elementy astrofizyki i kosmologii; model rozszerzającego się Wszechświata (Wielki Wybuch), stała
Hublle’a, promieniowanie reliktowe, skład chemiczny, wiek i rozmiary Wszechświata; historia ewolucji Wszechświata od Wielkiego Wybuchu do dzisiaj (ery ekspansji); przyszłość Wszechświata.
W. Salejda
Wrocław, 24 stycznia 2007
2