Nr albumu

Grupa B. Karta pisemnego egzamin (27 VI 2011) do kursu Fizyka 2 dla studentów WPPT, kier. Inż. Biomedyczna
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:
14
10
12
18
1b.1) 3,2·10 ;
1b.2) 1,58·10 ;
1b.3) ŻWNJP;
1b.4) 5,18·10 ;
1b.5) 1,67·10 .
-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):
-6
-5
-3
-6
1c.1) ≈3,6·10 ;
1c.2) ŻWNJP ;
1c.3) ≈2,3·10 ;
1c.4) ≈7,2·10 ;
1c.5) ≈7,2·10 .
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) ŻWNJP;
1d.2) ≈0,45;
1d.3) ≈1,43·106;
1d.4) ≈3,48·10-6;
1d.5) ≈2,23.
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) ≈11,06;
1e.2) ≈11,47;
1e.3) 5,65;
1e.4) ≈4,25;
1e.5) ŻWNJP.
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) ≈1,2·10-8;
1f.2) ≈2,4·10-8;
1f.3) ≈3,6·10-10;
1f.4) ŻWNJP;
1f.5) ≈1,8·10-10.
1g. (3 pkt.) Wskazać nieprawdziwe stwierdzenie:
1g.1) Hallotrony służą m.in. do pomiaru indukcji pola magnetycznego.
1g.2) Zasada działania kserokopiarki opiera się na oddziaływaniu siły Lorentza na wirujące ładunki elektryczne.
1g.3) W cyklotronie ładunki elektryczne są przyspieszane zmiennym polem elektrycznym.
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) 0,0162;
2a.2) ‒0,012;
2a.3) ŻWNJP;
2a.4) 0,254;
2a.5) 0,176.
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) 2,5;
2b.2) 0,25;
2b.3) ŻWNJP;
2b.4) 4·10-3;
2b.5) 0,5.
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) 0,45;
2c.2) 0,42;
2c.3) 0,38;
2c.4) 0,60;
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) 4·10-6;
2d.2) ŻWNJP;
2d.3) 6·10-10;
2d.4) 10-9;
2d.5) 10-7.
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:
5
6
3
4
2e.1 4·10 ;
2e.2) 4·10 ;
2e.3) ŻWNJP;
2e.4) 2·10 ;
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) 21,6·1014;
3b.2) 2,70·1014;
3b.3) 5,4·1014;
3b.4) 1,350·1012;
3b.5) ŻWNJP.
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) ≈7,33;
3c.2) ŻWNJP;
3c.3) ≈14,67;
3c.4) ≈14,67;
3c.5) ≈12,22.
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):
-16
-19
-19
3f.1 6,125·10 ;
3f.2) ŻWNJP;
3f.3) 0;
3f.4) 1,225·10 ;
3f.5) 4,9·10 .
………………………………………………………………………………………………………………………..
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) ≈3,35·10-12;
4g.2) ≈2,95·10-12;
4g.3) ≈4,15·10-12;
4g.4) ŻWNJP;
4g.5) ≈3,56·10-12.
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) ŻWNJP;
4h.2) ≈3,14·1015;
4h.3) ≈7,86·1014;
4h.4) ≈2,36·1015; 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) 1,25·10-3;
5d.2) ŻWNJP;
5d.3) 1,25·10-5;
5d.4) 2,25·10-3;
5d.5) 2,25·10-5.
W. Salejda
Wrocław, 21 czerwca 2011 r.
2