Nr albumu

Grupa A. Karta pisemnego egzamin (27 VI 2011) do kursu Fizyka 2 dla studentów Wydz. Inż. Środ.; kier. IŚ.
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 (25 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.!!!
-19
1b. (3 pkt.) Wartość ładunku elementarnego w jednostkach SI wynosi 1,6·10 . Liczba 252,8 określa wartość
-11
strumienia natężenia pola elektrostatycznego przez zamkniętą powierzchnię S umieszczoną w próżni (ε0 = 10 ).
Jeśli pod powierzchnia S znajduje się gaz elektronów, to liczba elektronów w tym gazie jest równa:
12
18
10
14
1b.1) 5,18·10 ;
1b.2) ŻWNJP;
1b.3) 1,67·10 ;
1b.4) 1,58·10 ;
1b.5) 3,2·10 .
-6
1c. (3 pkt.) W prostoliniowym długim przewodniku umieszczonym w ośrodku o µ = 1,2·10 płynie prąd stały
o natężeniu 6,8. Wartość wektora indukcji magnetycznej w odległości r = 0,36 od przewodnika, wynosi (µ 0 = 10-6):
-3
-6
-5
-6
1c.1) ≈7,2·10 ;
1c.2) ≈7,2·10 ;
1c.3) ≈2,3·10 ;
1c.4) ≈3,6·10 ;
1c.5) ŻWNJP.
1d. (4 pkt.) Obwód elektryczny o powierzchni 2,56 tworzy cienki metalowy drut zgięty w okrąg. Obwód ten
umieszczono w ośrodku o µ = 1,56·10-6 w prostopadłym do jego powierzchni i jednostajnie zmiennym w czasie polu
magnetycznym, w wyniku czego w drucie powstała SEM o wartości 5,7. Szybkość zmiany w czasie pola
magnetycznego, tj. wartość |∆B/∆t | była równa:
1d.1) ≈2,23;
1d.2) ŻWNJP;
1d.3) ≈1,43·106;
1d.4) ≈3,48·10-6;
1d.5) ≈0,45.
1e. (3 pkt.) Jeśli obwód, o którym mowa w części 1d., jest idealnym źródłem prądu stałego, do którego podłączono
opornik o oporze 1,34, to w oporniku tym popłynął prąd o natężeniu:
1e.1) ŻWNJP;
1e.2) ≈4,25;
1e.3) 5,65;
1e.4) ≈11,06;
1e.5) ≈11,47.
1f. (4 pkt.) Metalowa płyta jest naładowana w próżni ładunkiem dodatnim. Natężenie pola elektrycznego tuż przy
powierzchni płyty wynosi 1200. Jeśli ε0 = 10-11, to ładunek jednostki powierzchni tej płyty wynosi:
1f.1) ≈2,4·10-8;
1f.2) ≈1,2·10-8;
1f.3) ŻWNJP;
1f.4) ≈1,8·10-10;
1f.5) ≈3,6·10-10.
1g. (3 pkt.) Wskazać nieprawdziwe stwierdzenie:
1g.1) Zasada działania kserokopiarki opiera się na oddziaływaniu siły Lorentza na wirujące ładunki elektryczne.
1g.2) W cyklotronie ładunki elektryczne są przyspieszane zmiennym polem elektrycznym.
1g.3) Hallotrony służą m.in. do pomiaru indukcji pola magnetycznego.
1g.4) Fizyczna zasada działania wykrywacza metali oparta jest na zjawisku indukcji elektromagnetycznej.
………………………………………………………………………………………………………………………….
2. Elektrostatyka; prąd stały; magnetostatyka. Należy wybrać co najwyżej 2 spośród podanych niżej
zagadnień/zadań i w zależności od ich treści wskazać poprawne wartości lub udzielić wyczerpujących odpowiedzi,
które powinny zawierać stosowne komentarze, wyjaśnienia użytych pojęć i symboli.
2a. (10 pkt.) Wyznaczyć z definicji energię potencjalną ładunku q > 0 umieszczonego w polu ładunku Q > 0.
W polu, którego źródłem jest nieruchomy ładunek Q = 6·10-8, znajduje się w próżni (ε0 = 10-11 i 1/(4πε0) = 9·109)
w odległości 10-7 unieruchomiony ładunek q = 6·10-12. Po uwolnieniu q zaczyna oddalać się od Q. Praca sił
elektrostatycznych wykonana nad przeniesieniem q do punktu odległego od Q o 2·10-7 wyniosła:
2a.1) ŻWNJP;
2a.2) ‒0,012;
2a.3) 0,176;
2a.4) 0,0162;
2a.5) 0,254.
2b. (10 pkt.) Podać definicję pojemności elektrycznej. W lampie błyskowej znajduje się kondensator o pojemności
4·10-7, na którym jest zgromadzony ładunek 2·10-5. Kondensator ten jest rozładowywany całkowicie podczas
trwającego 10-3 błysku lampy. Maksymalna moc energii wydzielonej podczas błysku wynosi:
2b.1) 0,25;
2b.2) 0,5;
2b.3) ŻWNJP;
2b.4) 4·10-3;
2b.5) 2,5.
.
2c. (10 pkt.) Podać treść praw Kirchhoffa. Do akumulatora o SEM = 5,4 i oporze wewnętrznym 0,6, dołączono
baterię równoległe połączonych 10 oporników, każdy o oporze 6. W opornikach płyną prądy o natężeniu równym:
2c.1) 0,60;
2c.2) 0,42;
2c.3) 0,38;
2c.4) 0,45;
2c.5) ŻWNJP.
2d. (10 pkt.) Podaj jednostki miary, znaczenie wielkości fizycznych i symboli matematycznych w zapisie prawa
Biota-Savarta przytoczonego w tabeli wzorów. Element ds = (dx = 0,01, dy = 0, dz = 0) przewodu z prądem
o natężeniu 4 umieszczonego w próżni daje wkład do z-towej składowej wektora dB(r) = (dBx, dBy, dBz), gdzie r =
(x = 0, y = 2, z = 0), równy (wartość ilorazu µ0/(4π) = 10-7):
2d.1) 3·10-9;
2d.2) 10-7;
2d.3) ŻWNJP;
2d.4) 4·10-6;
2d.5) 6·10-10.
1
2e. (10 pkt.). Podaj jednostki miary, znaczenie wielkości fizycznych i symboli matematycznych w zapisie siły
-25
-19
Lorentza. Zjonizowany jon o masie 2·10 ładunku 4·10 porusza się w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku pola
magnetycznego o indukcji 0,1. Jeśli torem jonu jest okrąg o promieniu 2, to wartość jego prędkości wynosi:
3
6
5
4
2e.1 2·10 ;
2e.2) 4·10 ;
2e.3) ŻWNJP;
2e.4) 4·10 ;
2e.5) 2·10 .
…………………………………………………………………………………………………………………………..
3. Fizyka współczesna 1. Należy wybrać co najwyżej 2 spośród podanych niżej zagadnień/zadań i w zależności od
ich treści wskazać poprawne wartości lub udzielić wyczerpujących odpowiedzi, które powinny zawierać stosowne
komentarze, wyjaśnienia użytych pojęć i symboli.
3a. (8 pkt.) Podać treść postulatów Einsteina, scharakteryzować sens fizyczny transformacji Lorentza oraz opisać jej
najważniejsze konsekwencje.
3b. (8 pkt.) Długość pręta poruszającego się ze stałą prędkością wzdłuż osi OX i ułożonego równoległego do osi
-3
OX zmalała dwukrotnie. Jeśli masa spoczynkowa tego pręta m0 = 3·10 , to jego całkowita energia relatywistyczna
8
mierzone w układzie spoczywającym wynosi (c = 3·10 ):
3b.1) 5,4·1014;
3b.2) 2,70·1014;
3b.3) ŻWNJP;
3b.4) 1,350·1012;
3b.5) 21,6·1014.
3c. (8 pkt.) W spoczywającym układzie odniesienia dwie komety zderzyły się w punkcie (x = 109, y = 0, z = 0)
w chwili czasu t = 10. W układzie ruchomym, poruszającym się względem spoczywającego wzdłuż osi OX
z prędkością 0,8c, zderzenie to zaszło w chwili czasu (c = 3·108):
3c.1) ≈14,67;
3c.2) ŻWNJP;
3c.3) ≈12,22;
3c.4) ≈14,67;
3c.5) ≈7,33.
3d. (6 pkt.) Scharakteryzować zjawisko promieniowania cieplnego oraz opisać sens fizyczny prawa StefanaBoltzmanna i prawa przesunięć Wiena.
3e. (6 pkt.) Na czym polega dualizm korpuskularno-falowy światła? Wymienić, podając uzasadnienie, zjawiska
fizyczne potwierdzające dualizm korpuskularno-falowy światła.
3f. (8 pkt.) Najmniejsza energia cząstki o masie 10-30 w głębokiej studni kwantowej z L = 10-9 wynosi (h = 7·10-34):
-20
-19
-19
3f.1 6,125·10 ;
3f.2) 4,9·10 ;
3f.3) 0;
3f.4) ŻWNJP;
3f.5) 1,225·10 .
………………………………………………………………………………………………………………………..
4. Fizyka współczesna 2. Należy wybrać co najwyżej 2 spośród podanych niżej zagadnień/zadań i w zależności od
ich treści wskazać poprawne wartości lub udzielić wyczerpujących odpowiedzi, które powinny zawierać stosowne
komentarze, wyjaśnienia użytych pojęć i symboli.
4a. (6 pkt.) Opisać zjawisko fotoelektryczne podając najważniejsze fakty doświadczalne oraz ich interpretację.
4b. (6 pkt.) Na czym polega dualizm korpuskularno-falowy cząstek elementarnych? Jakie zjawiska/doświadczenia
potwierdzają ten dualizm? Podać przykłady zastosowań dualizmu korpuskularno-falowego cząstek elementarnych.
4c. (6 pkt.) Opisać podstawy fizyczne działania lasera
4d. (6 pkt.) Opisać sposób generowania promieni X, scharakteryzować właściwości widma ciągłego i charakterystycznego tego promieniowania.
4e. (8 pkt.) Wymienić i scharakteryzować fizyczne znaczenie liczb kwantowych określających stany kwantowe
elektronów w atomach. Na czym polega przestrzenne kwantowanie orbitalnego momentu pędu elektronu w atomie?
4f. (8 pkt.) Opisać doświadczenie Franka-Hertza i jego znaczenie dla fizyki atomu.
4g. (8 pkt.) W doświadczeniu typu Comptona częstotliwość użytego promieniowania X była równa 6,6·1019.
19
Doświadczalnie obserwowane rozproszone fotony miały częstotliwość 4·10 . Zmiana długości fal promieniowania
X w tym doświadczeniu była równa:
4g.1) ≈3,56·10-12;
4g.2) ≈3,35·10-12;
4g.3) ≈4,15·10-12;
4g.4) ≈2,95·10-12;
4g.5) ŻWNJP.
4h. (8 pkt.) Opisz model Bohra atomu wodoru. Aby wzbudzić w atomie wodoru elektron ze stanu podstawowego
o energii 2,2·10-18 do stanu z n = 2 należy oświetlić go falą elektromagnetyczna o częstotliwości (h = 7·10-34):
4h.1) ≈3,14·1015;
4h.2) ≈2,36·1015;
4h.3) ŻWNJP;
4h.4) ≈7,86·1014; 4h.5) ≈1,57·1015.
………………………………………………………………………………………………………………………..
5. Fizyka jądra atomowego; cząstki elementarne; rozszerzający się Wszechświat. Należy wybrać co najwyżej 2
spośród podanych niżej zagadnień/zadań i w zależności od ich treści wskazać poprawne wartości lub udzielić
wyczerpujących odpowiedzi, które powinny zawierać stosowne komentarze, wyjaśnienia użytych pojęć i symboli.
5a. (8 pkt.) Opisz standardowy model cząstek elementarnych oraz scharakteryzuj oddziaływania fundamentalne.
5b. (8 pkt.) Jakie fakty doświadczalne przemawiają za ideą/hipotezą rozszerzającego się Wszechświata?
5c. (8 pkt.) Scharakteryzuj rozpady promieniotwórcze jąder atomów oraz podaj i opisz prawo rozpadu
promieniotwórczego.
5d. (10 pkt.) Przy rozpadzie ciężkiego jądra o masie 4·10-25 wydziela się energia w ilości 3,2·10-11. Jeśli moc
wydzielanej energii w reaktorze atomowym, w którym trwa reakcja łańcuchowa rozszczepiania tych jąder, jest
równa 109, to w czasie jednej sekundy rozpada się w tym reaktorze masa paliwa jądrowego równa:
5d.1) 2,25·10-5;
5d.2) ŻWNJP;
5d.3) 1,25·10-3;
5d.4) 2,25;
5d.5) 1,25·10-5.
W. Salejda
Wrocław, 12 czerwca 2011 r.
2