Tematy egzaminacyjne z Fizyki

Transkrypt

1 Tematy egzaminacyjne z Fizyki Wektory i skalary 1. Działania na wektorach: dodawanie, odejmowanie, mnożenie wektora przez skalar oraz iloczyn skalarny i wektorowy dwóch wektorów. 2. Podaj przykłady wielkości wektorowych i skalarnych w fizyce; podaj przykłady wielkości wektorowych, które są iloczynem skalarnym lub wektorowym. 3. Rozkład wektora na składowe w zadanych kierunkach, rzut wektora. 4. Pochodna wektora. 5. Wektor położenia we współrzędnych kartezjańskich i biegunowych Dynamika punktu materialnego 6. Co to jest układ inercjalny? Jaki jest związek między prędkością, przyspieszeniem i przebytą drogą w dwóch inercjalnych układach? 7. Zasady dynamiki Newtona. 8. Jakie znasz rodzaje oddziaływań elementarnych? 9. Przykłady sił: ciężkości, naprężenia, nacisku, sprężystości, tarcia i oporu ośrodka. 10. Druga zasada dynamiki jako różniczkowe równanie ruchu. Jak znajdujemy prędkość i położenie cząstki, gdy dana jest siła jako funkcja czasu, prędkości lub położenia? 11. Nieinercjalne układy odniesienia; siły bezwładności. Praca Energia Moc 12. Praca wykonywana przez siłę stałą i zmienną. 13. Moc, moc średnia. 14. Energia kinetyczna. Związek między pracą siły wypadkowej a energią kinetyczną. Pole sił zachowawczych 15. Co to jest pole sił zachowawczych podaj przykłady? 16. Energia potencjalna: związek między pracą w polu sił zachowawczych a energią potencjalną; związek między siłą a energią potencjalną. 17. Zasada zachowania energii mechanicznej w polu sił zachowawczych. 18. Siły niezachowawcze -podaj przykłady; co wtedy dzieje się z energią mechaniczną? Dynamika układu ciał 19. Środek masy: położenie, prędkość, pęd i przyspieszenie środka masy; w jakim przypadku prędkość środka masy układu ciał pozostaje stała? 20. Druga zasada dynamiki dla układu punktów materialnych. 21. Zasada zachowania pędu. 22. Zderzenie sprężyste i doskonale niesprężyste dwóch ciał; wyprowadź wzory na prędkości po zderzeniu dwóch ciał poruszających się wzdłuż jednej prostej. Dynamika ruchu obrotowego bryły sztywnej

2 23. Co to jest bryła sztywna? Jakimi ruchami może się ona poruszać? 24. Moment bezwładności punktu materialnego, układu punktów oraz bryły sztywnej względem osi; momenty bezwładności: obręczy, walca, pręta. kuli i sfery. 25. Podaj twierdzenie Steinera i przykłady jego zastosowań. 26. Energia kinetyczna w ruchu obrotowym; całkowita energia kinetyczna bryły sztywnej. 27. Moment siły; para sił. 28. Środek ciężkości ciała. Rodzaje równowagi ciała. 29. Moment pędu ciała; moment pędu w ruchu obrotowym względem osi. 30. Druga zasada dynamiki Newtona w ruchu obrotowym; druga zasada dynamiki względem nieruchomej osi. 31. Zasada zachowania momentu pędu: dla ciała bądź ciał wirujących wokół nieruchomej osi, dla ciała poruszającego się w polu siły centralnej. 32. Efekt żyroskopowy. 33. Statyka. Drgania harmoniczne i fale mechaniczne 34. Ruch harmoniczny (parametry ruchu); siła w ruchu harmonicznym; równanie różniczkowe drgań. 35. Przykłady drgań harmonicznych: ciężarek na sprężynie, wahadło matematyczne i fizyczne; inne przykłady. 36. Energia potencjalna drgań harmonicznych; zasada zachowania całkowitej energii w ruchu harmonicznym. 37. Przybliżenie małych drgań; anharmonizm. 38. Składanie drgań równoległych o jednakowych częstościach i przesuniętych w fazie oraz drgań o różnych częstościach. 39. Drgania tłumione; logarytmiczny dekrement tłumienia; energia drgań. 40. Drgania wymuszone; zjawisko rezonansu, przykłady. 41. Podstawowe parametry fal i ich rodzaje. 42. Równanie falowe. 43. Prędkość rozchodzenia się fal sprężystych w różnych ośrodkach. 44. Energia i natężenie fali w ośrodku sprężystym. 45. Interferencja i dyfrakcja fal. 46. Fale stojące. 47. Akustyka. Termodynamika 48. Podstawowe wielkości stosowane przy opisie układu termodynamicznego. 49. Zerowa zasada termodynamiki; definicja temperatury. 50. Mechanizmy przekazywania ciepła; bilans cieplny. 51. Pierwsza zasada termodynamiki. 52. Gaz idealny- kiedy gaz rzeczywisty możemy traktować jako idealny; równanie stanu gazu - idealnego i rzeczywistego. 53. Przemiany stanu gazu doskonałego; pierwsza zasada termodynamiki w poszczególnych przemianach gazowych. 54. Wykaż, że dla gazu idealnego c p > c v (C p > C v ); wyprowadź równanie Mayera. 55. Podstawowy wzór teorii kinetycznej gazów; związek między średnią energią

3 ruchu postępowego cząsteczek a temperaturą. 56. Stopnie swobody cząsteczki; ile stopni swobody ma cząsteczka jedno- dwutrój- i więcej atomowa 57. Zasada ekwipartycji energii. Zależność energii gazu idealnego od ilości stopni swobody cząsteczek i temperatury; zależność ciepła molowego od temperatury. 58. Rozkład Maxwella; prędkości: najbardziej prawdopodobna średnia i średnia kwadratowa. 59. Rozkład Boltzmanna; wzór barometryczny. 60. Cykle termodynamiczne; Cykl Carnota; druga zasada termodynamiki. 62. Procesy odwracalne i nieodwracalne; pojęcie entropii, druga zasada termodynamiki wyrażona przez zmiany entropii. 63. Statystyczna interpretacja entropii. Elementy mechaniki kwantowej 64. Zjawisko fotoelektryczne; równanie Einsteina. 66. Efekt Comptona; fotony i ich własności. 67. Fale materii ; doświadczenie C.J.Davissona i L.H.Germera. 68. Eksperyment z dwiema szczelinami (doświadczenie Younga) dla fotonów lub cząstek. 69. Stojące fale materii; przykłady: cząstka w jamie (studni) potencjału, kwantowanie energii elektronu w atomie wodoru, model Bohra. 70. Zasada nieoznaczoności Heisenberga: dla pędu i położenia, dla energii i czasu. 71. Przejście cząstki przez barierę potencjału; przykłady. Fizyka jądrowa 72. Jądro atomowe: składniki i wielkości charakteryzujące jądro atomowe. 72. Siły jądrowe, oddziaływanie silne. 73. Energia wiązania jądra; stabilność jąder. 74. Promieniotwórczość: prawo rozpadu, czas połowicznego zaniku. 75. Typy rozpadów promieniotwórczych: rozpad α mechanizm rozpadu; rozpad β i β + pod wpływem oddziaływania słabego; rozpad γ; szeregi promieniotwórcze. 76. Reakcje jądrowe; syntezy i rozszczepienia jąder, cykl p p na Słońcu. Elementy fizyki ciała stałego 77. Struktura krystaliczna ciał stałych. 78. Pasma energetyczne; podział ciał stałych na metale, półprzewodniki i izolatory. 66. Swobodne elektrony w metalu; przewodnictwo elektryczne metali. 67. Elektrony i dziury w półprzewodnikach; przewodnictwo półprzewodnika. 68. Złącze p-n, równanie złącza. 69. Przyrządy półprzewodnikowe: dioda półprzewodnikowa, fotodioda, bateria słoneczna, dioda LED, laser półprzewodnikowy, dioda Zenera, tranzystor polowy. 70. Półprzewodnikowe struktury niskowymiarowe.

4 Przykładowe pytania egzaminacyjne- mogą mieć postać: A. Pytań bazujących na powyższych tematach egzaminacyjnych. B. Pytań sprawdzających rozumienie podstawowych praw i zjawisk fizycznych. C. Krótkich zadań sprawdzających umiejętność zastosowania podstawowych wzorów fizycznych. D. Pytań testowych (odpowiedzi A, B, C, D), gdzie wymagane jest podanie właściwej odpowiedzi oraz jej uzasadnienie. E. Przy poprawie na wyższą ocenę mogę prosić o wyprowadzenie niektórych wzorów. Poniżej podaję przykłady pytań dotyczących punktów: B, C, D. Praca siły a) Zdefiniuj pracę siły stałej i zmiennej; przedstaw ją na wykresie. b) Blok o masie m jest przesuwany po poziomej powierzchni prostoliniowo na odległość s, pod działaniem siły F skierowanej pod kątem α do poziomu. Współczynnik tarcia między blokiem a powierzchnią wynosi µ. Oblicz pracę: i) siły F, ii) siły ciężkości oraz iii) siły tarcia. Energia kinetyczna bryły sztywnej a) Bryła sztywna o momencie bezwładności I obraca się wokół ustalonej osi z prędkością kątową ω. Wyprowadź wzór na jej energię kinetyczną korzystając ze wzoru na energie kinetyczne pojedynczych punktów materialnych (tworzących tę bryłę sztywną). b) Staczające się z równi pochyłej ciało uzyskuje w stosunku do ciała zsuwającego się bez tarcia prędkość A. mniejszą. B. dokładnie taką samą. C. większą. D. większą lub mniejszą, co zależy od wartości momentu bezwładności staczającego się ciała. Siła grawitacji Które z podanych wielkości fizycznych (odpowiedź uzasadnij) nie zmieniają się w ruchu orbitalnym planet wokół Słońca: moment pędu, odległość od Słońca, prędkość, sama wartość prędkości, pęd, energia kinetyczna, potencjalna czy energia całkowita? Entropia a) Przedstaw definicje entropii : statystyczną i fenomenologiczną. b) Adiabatycznie izolowany zbiornik z wodą przedzielony jest nieprzepuszczającą ciepła przegrodą. W jednej części zbiornika znajduje się woda o masie 1kg temperaturze 0º C a w drugiej masie 1kg temperaturze 100º C. Po usunięciu przegrody ciepła woda miesza się z zimną, do wyrównania się ich temperatur-50º C. Oblicz zmianę entropii przy wyrównywaniu się temperatur. Ciepło właściwe wody 4200 J/(kgK). Interferencja fal a) Wyprowadź i omów warunki na powstanie maksimów i minimów powstałych w wyniku interferencji fal emitowanych z dwu źródeł b) Dwa głośniki G1 i G2 są podłączone do tego samego generatora sygnału harmonicznego (sinusoidalnego) o częstotliwości 2200 Hz. Głośniki ustawiono w

5 odległości 1,7 m od siebie, a mikrofon w punkcie B jak na rysunku. Zestaw znajduje się w powietrzu, w którym prędkość dźwięku wynosi 340 m/s. Głośniki i mikrofon są bardzo małe.. Wykaż, czy efektem nałożenia na siebie fal dźwiękowych w B jest ich wzmocnienie czy osłabienie. Środek masy układ N punktów materialnych. Zdefiniuj środek masy układu punktów materialnych oraz sformułuj i omów zasady dynamiki dla układu punktów materialnych. a) Na rysunku przedstawiono, w układzie współrzędnych x, y (współrzędne na rysunku podano w metrach ułożenie czterech punktów o jednakowej masie równej 1kg. Wyznacz położenie środka masy tego układu b) Sternik o masie m stoi na pokładzie niezacumowanej żaglówki o masie M i długości l, nieruchomo spoczywającej na powierzchni jeziora. Sternik rozpoczyna spacer po pokładzie z prędkością v w względem żaglówki przechodząc od jej przodu na rufę. Jak daleko względem brzegu przemieści się żaglówka, a jak sternik? Twierdzenia Steinera Cienką obręcz z drutu o masie m =100g i promieniu R=5cm zawieszono na poziomym gwoździu (rysunek) i wprawiono w małe drgania w płaszczyźnie pionowej. a) Korzystając z definicji momentu bezwładności i twierdzenia Steinera znajdź moment bezwładności obręczy względem osi obrotu. b) Znajdź okres małych drgań obręczy. Anihilacja Jaka energia wydzieli się przy anihilacji 1mg materii i antymaterii? Jaką objętość wody można by doprowadzić od temperatury 20ºC do wrzenia (ciepło właściwe wody wynosi 4200 J/(kg ºC). Rozkład Maxwella Na osi pionowej odłożono liczbę cząsteczek azotu N przypadających na jednostkowy przedział prędkości v, których wartości prędkości leżą w przedziale od v do v + v. Wykresy wykonano dla trzydziestu milionów cząsteczek gazu. a) Znajdź (w przybliżeniu) prędkości: najbardziej prawdopodobną średnią i średnią kwadratową gazu. b) Znajdź (w przybliżeniu) temperaturę gazu (masa molowa azotu M=28g/mol) a także jego energię wewnętrzną. c) Znajdź (w przybliżeniu) ilość cząstek azotu mających prędkości w przedziale od 700 do 100 m/s. Przemiany gazu Wykres przedstawia zależność objętości od temperatury dla stałej masy gazu doskonałego. Stanowi gazu o najwyższym ciśnieniu odpowiada punkt A. 4. B. 3. C. 1. D Efekt fotoelektryczny a) Opisz efekt fotoelektryczny i podaj jego wyjaśnienie podane przez A. Einsteina. N/ v v [m/s]

6 b) Katoda fotokomórki oświetlana jest wiązką promieniowania laserowego o długości fali 330 nm. Wiedząc, że napięcie hamowania wynosi elektronów w fotokomórce wynosi 1V można znaleźć pracę wyjścia elektronów z katody fotokomórki. Wynosi ona A. 2,3 ev. B. 4,6 ev C. 1,8 ev. D. 3,6 ev. Co to są pasma energetyczne w ciałach stałych? Opierając się na pojęciu pasm energetycznych omów podział ciał stałych na metale, półprzewodniki i izolatory. Okres połowicznego zaniku dla izotopu sodu 24 11Na wynosi 15 godzin. Z jednego grama substancji po 45 godzinach pozostanie A. 1/5g. B. 1/3g. C. 1/8g. D. 1/2g. Co to jest energia wiązania jąder oraz energia wiązania jąder na jeden nukleon oraz kiedy mamy do czynienia z reakcjami rozszczepiania a kiedy syntezy jąder? Na rysunku obok przedstawiono poziomy energetyczne n, oraz odpowiadające im energie E n, cząstki znajdującej się w jednowymiarowej nieskończenie głębokiej studni potencjału o szerokości l. Funkcja falowa cząstki ma postać fali stojącej, której długość λ zależy od numeru poziomu n zgodnie ze wzorem A. λ = nl / 2. B. l λ =. C. λ = 2nl. D. 2n 2l λ =. n E E 3 E 2 E 1 n=3 n=2 n=1 0 l X Omów kwantowo-mechaniczny efekt tunelowy (przejście cząstki przez barierę potencjału); podaj przykłady jego występowania. Dlaczego efekt ten nie występuje w świecie makroskopowym?