Tematy egzaminacyjne z wykładu:

Tematy egzaminacyjne z wykładu:
1. Zasady dynamiki Newtona: I zasada dynamiki a pojecie układu inercjalnego;
sformułuj II zasadę dynamiki Newtona w tym jej postać uogólnioną korzystając z
pojęcia pędu; III zasada dynamiki - jak z III zasady dynamiki wynika zasada
zachowania pędu.
2. Wyjaśnij występowanie sił bezwładności w nieinercjalnych układach
odniesienia; podaj przykłady takich sił. Siły bezwładności nazywa się również
siłami pozornymi; czym zatem tego typu siły różnią się od rzeczywistych?
3. Co to są siły zachowawcze i niezachowawcze podaj przykłady. Sformułuj
zasadę zachowania energii mechanicznej w polu sił zachowawczych.
4. Sformułuj zasadę zachowania momentu pędu. Wyjaśnij jej zastosowanie w
polu grawitacyjnym i przy ruchu obrotowym ciał.
5. Szczególna teoria względności: warunki jej powstania; postulaty Einsteina;
objaśnij transformacje Lorentza i ich konsekwencje; wyprowadź z transformacji
Lorenza wzór na relatywistyczne dodawanie prędkości.
6. Szczególna teoria względności: zasady zachowania pędu i energii w szczególnej
teoria względności; związek między masą a energią; co to są cząstki bezmasowe
(podaj przykład), wyjaśnij czym różnią się od zwykłych cząstek takich jak proton,
elektron czy neutron. Wyjaśnij co to jest energia wiązania jądra atomowego i jaki
jest jej związek z defektem masy? Wyjaśnij również mechanizm reakcji jądrowych
i termojądrowych.
9. Falowa natura światła i innych rodzajów promieniowania elektromagnetycznego
(EM); podaj i omów podstawowe własności fal EM.
10. Efekt fotoelektryczny (fotoefekt): wyjaśnij mechanizm powstawania fotoprądu
w fotokomórce po oświetleniu katody; narysuj i objaśnij zależność fotoprądu od
napięcia; jak zmienia się ta zależność przy zmianie długości fali; czy każda
długość fali elektromagnetycznej generuje fotoprąd ?
11. Efekt fotoelektryczny (fotoefekt): przedstaw wyjaśnienie fotoefektu podane
przez Einsteina; napisz co rozumiesz przez dualizm falowo-cząstkowy
promieniowania; omów własności fotonów.
12. Efekt Comptona: opisz na czym polega i wyjaśnij dlaczego długość fali
elektromagnetycznej rozproszonej na swobodnych elektronach ulega zwiększeniu
(można również próbować obliczyć tę zmianę długości fali)..
13. Co to są fale materii, od czego zależy ich długość i jakie są dowody na to, że
one rzeczywiście istnieją; wyjaśnij mechanizm kwantowania energii cząstek
przyjmując hipotezę istnienia fal materii, na przykładzie cząstki w jamie (studni)
potencjału.
14. Przedstaw zasadę nieoznaczoności Heisenberga
dla położenia i pędu oraz dla energii i czasu oraz
wyjaśnij, na podstawie zasady nieoznaczoności dla
energii i czasu: mechanizm przejścia cząstki przez
barierę potencjału – efektu tunelowego; opisz zasadę
działania mikroskopu tunelowego.
15. Przedstaw zasadę nieoznaczoności Heisenberga
dla energii i czasu oraz wyjaśnij, na jej podstawie mechanizm powstawania
cząstek wirtualnych i mechanizm czterech podstawowych oddziaływań.
16. Jakie, według obecnej wiedzy, są podstawowe składniki budowy materii? I
oddziaływania między nimi?
Tematy egzaminacyjne z ćwiczeń: będą zadania bardzo podobne do
tych rozwiązywanych na zajęciach lub te z list, które nie były
rozwiązywane.
Poniżej znajdują się pytania egzaminacyjne z ostatnich dwóch lat
Temat 1. Jądro atomowe:
a)
Opisz budowę jądra atomowego i wyjaśnij dlaczego jądro atomowe nie rozpada się pomimo, że składnikami są dodatnio
naładowane protony.
b)
Wyjaśnij co to jest energia wiązania jądra atomowego i jaki jest jej związek z defektem masy? Wyjaśnij mechanizm
reakcji jądrowych i termojądrowych.
Temat 2. Ruch obrotowy
Sformułuj ( a jeśli potrafisz to wyprowadź, korzystając z II zasady dynamiki), II zasadę dynamiki ruchu obrotowego.
Sformułuj zasadę zachowania momentu pędu i wyjaśnij jej zastosowanie:
I) w polu grawitacyjnym ; jaki jest związek zasady zachowania momentu pędu z II prawem Keplera?
II) przy ruchu obrotowym ciał; jaki sposób łyżwiarka reguluje prędkość kątową swojego obrotu podczas piruetu?
Temat 1. Zasady nieoznaczoności Heisenberga.
a)
Przedstaw zasadę nieoznaczoności Heisenberga dla położenia i pędu oraz dla energii i czasu.
b) Wyjaśnij, na podstawie zasady nieoznaczoności dla energii i czasu:
i) mechanizm przejścia cząstki przez barierę potencjału oraz opisz zasadę działania mikroskopu tunelowego.
ii) mechanizm czterech podstawowych oddziaływań
a)
b)
Zad 1. Masywne gwiazdy zapadając się mogą tworzyć gwiazdy neutronowe. Jeśli masa ich jest dostatecznie duża to powstaje „czarna
dziura” - obiekt astronomiczny, którego obszaru pola grawitacyjnego żaden rodzaj materii ani energii nie może jej opuścić.
29
a)
Masywna gwiazda w wyniku ewolucji utworzyła obiekt o masie 12,56·10 kg i promieniu 10 km. Oszacuj wartość drugiej prędkości
kosmicznej dla tego obiektu. Dla jakiego promienia obiekt ten stałby się „czarną dziurą”.
b) Podejrzewa się, że niektóre gwiazdy neutronowe wirują z ogromną prędkością. Oblicz, , jaki może być minimalny okres obrotu tej
gwiazdy, by materia nie odrywała się od jej powierzchni.
Zad. 2. Katoda fotokomórki oświetlana jest wiązką światła laserowego o długości fali 0,4 µm. Na wykresie obok przedstawiono
charakterystykę prądowo-napięciową tej fotokomórki.
a) Korzystając z wykresu oblicz maksymalną prędkość elektronów opuszczających katodę i pracę wyjścia elektronów z katody
fotokomórki.
b) Tę samą fotokomórkę oświetlamy światłem o innej długości fali. Jaki warunek musi być spełniony, aby po przyłożeniu
odpowiedniego napięcia przez fotokomórkę popłynął prąd?
Temat 1. Szczególna teoria względności:
b) Omów postulaty szczególnej teorii względności i postulaty Einsteina.
c) Objaśnij transformacje Lorentza (na tablicy) i ich konsekwencje.
d) Wyprowadź z transformacji Lorenza wzór na relatywistyczne dodawanie prędkości.
Temat 2. Efekt fotoelektryczny:
a) Wyjaśnij mechanizm powstawania fotoprądu w fotokomórce po oświetleniu katody
b) Czy każda długość fali elektromagnetycznej generuje fotoprąd? Podaj wyjaśnienie Einsteina fotoefektu.
c) Napisz co rozumiesz przez dualizm falowo-cząstkowy promieniowania i omów własności fotonów.
Temat 3. Temat wybrany.
Zad. 1. Zawodnik o masie 65 kg wykonuje skok na linie z mostu. Ma on przywiązaną do nóg sprężystą linę (zamocowaną
drugim końcem do mostu) o długości 20m i wartości współczynnika sprężystości 130 N/m. Zawodnik przechylając się
rozpoczyna swobodne spadanie w dół. Po wyprostowaniu lina zaczyna się rozciągać i hamuje ruch zawodnika.
a) Wykaż, że maksymalne wydłużenie liny podczas skoku wynosi około 20 m.
b) Znajdź maksymalną wartość prędkości skoczka podczas ruchu oraz wartość wydłużenia liny w tym momencie.
c) Znajdź czas ruchu skoczka od zeskoczenia do momentu maksymalnego rozciągnięcia liny.
Zad 2. Elektron i pozyton zbliżają się do siebie z prędkościami o jednakowych wartościach i przeciwnych zwrotach. Po
zderzeniu następuje ich anihilacja i powstają dwa fotony.
a) Po zderzeniu i anihilacji elektronu i pozytonu powstają dwa fotony poruszające się w przeciwnych kierunkach.
Wyjaśnij dlaczego nie może powstać tylko jeden foton..
b) Zakładając, że energia kinetyczna zderzających się cząstek jest dużo mniejsza od ich energii spoczynkowej, oblicz
długości fal powstających fotonów. Jaki to rodzaj promieniowania?
c) Jaką masę materii i antymaterii potrzeba aby doprowadzić do wrzenia i odparować cały Bałtyk. Powierzchnia
2
Bałtyku wynosi 400 tys. km , średnia głębokość 40 m; ciepło właściwe wody wynosi 4200J/(kg ºC) a ciepło
5
parowania 1,6 x10 J/kg.
Temat 1. Zasady nieoznaczoności Heisenberga.
c) Przedstaw zasadę nieoznaczoności Heisenberga dla położenia i pędu oraz dla energii i czasu.
d) Wyjaśnij, na podstawie zasady nieoznaczoności dla energii i czasu:
i) mechanizm przejścia cząstki przez barierę potencjału oraz opisz zasadę działania mikroskopu tunelowego.
ii) mechanizm powstawania cząstek wirtualnych i mechanizm czterech podstawowych oddziaływań
Temat 2. Jądro atomowe:
a) Opisz budowę jądra atomowego i wyjaśnij dlaczego jądro atomowe nie rozpada się pomimo, że składnikami są dodatnio
naładowane protony.
b) Wyjaśnij co to jest energia wiązania jądra atomowego i jaki jest jej związek z defektem masy? Wyjaśnij mechanizm
reakcji jądrowych i termojądrowych
Temat 3. Ruch obrotowy
c)
II zasada dynamiki w ruchu obrotowym: dla pojedynczego punktu materialnego i przy ruchu obrotowym ciał.
d)
Sformułuj zasadę zachowania momentu pędu. Wyjaśnij jej zastosowanie: i) w polu grawitacyjnym; jaki jest związek zasady
zachowania momentu pędu II prawem Keplera? ii) przy ruchu obrotowym ciał.
Zad 1. Na ciała poruszające się w układach nieinercjalnych obracających się (takich jak Ziemia) działa, oprócz siły odśrodkowej
bezwładności, tzw. siła Coriolisa opisana wzorem:
r
r r
FC = 2mv × ω
r
r
gdzie m – masa ciała, v − jego prędkość, a ω − prędkość kątowa układu obracającego się.
a) Większość rzek w Polsce płynie z Południa na Północ. Na podstawie powyższego wzoru wykaż, że można się spodziewać, że
rzeki te powinny bardziej podmywać wschodni brzeg niż zachodni.
b)
W pobliżu równika z balonu unoszącego się na wysokości 5 km wyrzucono balast. Znajdź kierunek odchylenia od pionu
spadającego balastu na skutek działania siły Coriolisa. Zaniedbując opór powietrza oszacuj wartość tego odchylenia, tuż przed
uderzeniem balastu w Ziemię. Przyjmij stałą wartość siły Coriolisa odpowiadającą średniej wartości prędkości balastu.
Zad.2. . Energia elektronu, w stanie podstawowym, w atomie wodoru wynosi E1= -13.6eV.
a) Oblicz energię emitowanego fotonu przy przejściu elektronu ze stanu o energii E2 do stanu o energii E1.
b) Atom wodoru emitując foton doznaje „odrzutu” w kierunku przeciwnym do kierunku emitowanego fotonu. Oblicz jaką
dodatkową prędkość uzyskuje w związku z tym atom wodoru.
c) Zgodnie z modelem Bohra elektron w atomie wodoru porusza się po jednej z orbit kołowych, których promień r spełnia
warunek rp=h/(2π), gdzie p – pęd elektronu. Wykaż, że długość orbity jest wielokrotnością długości fali de Broglie’a elektronu.