ZESTAW PYTAŃ I ZAGADNIEŃ NA EGZAMIN Z FIZYKI sem /13

Transkrypt

1 1 ZESTAW PYTAŃ I ZAGADNIEŃ NA EGZAMIN Z FIZYKI sem /13 Ruch falowy 1. Co to jest fala mechaniczna? Podaj warunki niezbędne do zaobserwowania rozchodzenia się fali mechanicznej. 2. Jaka wielkość fizyczna jest przekazywana przez falę? Co drga w przypadku rozchodzenia się fali mechanicznej? 3. Co to jest fala podłużna oraz fala poprzeczna od czego zależy możliwość powstania fali poprzecznej w ośrodku, dlaczego fala akustyczna nie jest fala poprzeczna? 4. Jakie wielkości powinieneś znać, żeby ocenić jak daleko jest burza? Prędkość światła, dźwięku, czy może obie te wielkości? Uzasadnij. 5. Podstawowe definicje wielkości w ruchu falowym, takich jak: promień fali, czoło fali (fale płaskie, kuliste), faza fali, długość fali. 6. Przedstaw równanie fali płaskiej y(x, t), jego wyprowadzenie przedstaw korzystajac z analizy drgań ośrodka w pewnej odległości x od źródła zaburzenia. 7. Przedstaw analizę równania falowego y(x, t) = 0, 2 sin(πt 2x), tj. znajdź amplitudę fali, jej długość, prędkość rozchodzenia się fali w ośrodku, maksymalna prędkość drgań czastek ośrodka oraz ich maksymalne wychylenie z położenia równowagi. Wartości odpowiednich wielkości w tym równaniu podane sa w odpowiednich jednostka układu SI. 8. Prędkość fazowa i grupowa fali. Pojęcie paczki falowej. Zjawisko dyspersji fali. 9. Jak powstaje fala stojaca. Wyprowadź równanie fali stojacej. Co to jest strzałka i węzeł fali stojacej? 10. Opisz zjawisko Dopplera i przedstaw różne przypadki rejestrowanej częstotliwości. 11. Przedstaw równanie różniczkowe fali i jego interpretacja. 12. Wyjaśnij jak można stwierdzić obecność pola magnetycznego, gdy nie posiadasz igły magnetycznej. Podaj i omów wzór na siłę Lorentza (dla pola elektrycznego oraz magnetycznego). 13. Przedstaw prawo Faradaya. Podaj regułę Lenza zwiazek pomiędzy polem magnetycznym indukowanym a polem pierwotnym. W jaki sposób zmienny prad w uzwojeniu pierwotnym transformatora (powietrznego) wytwarza prad w uzwojeniu wtórnym? 14. Podaj treść prawa Ampere a.

2 2 15. Przedstaw równania Maxwell a w postaci różniczkowej i podaj ich interpretację. 16. Podaj najważniejsze cechy pól elektrycznego i magnetycznego fali elektromagnetycznej. 17. Ile wynosi prędkość fali fali elektromagnetycznej, według równań Maxwell a, jeśli rozchodzi się ona w próżni? Czy prędkość światła w próżni jest stała? Optyka 1. Sformułuj zasady Fermata i Huygensa rozchodzenia się fali. 2. Jak definiuje się współczynnik załamania dla danego materiału lub ośrodka? 3. W jakich warunkach może dojść do całkowitego odbicia fali na granicy dwóch ośrodków? 4. Na czym polega konstrukcja czoła fali metoda Huygensa. 5. Podaj treść zasady superpozycji dla zaburzenia pochodzacego od kilku fal. 6. Na czym polega interferencja fal. Jakie sa warunki, aby dwie fale mogły ulec maksymalnemu wzmocnieniu/osłabieniu? Jaka musi być różnica dróg optycznych dla maks. wzmocnienia/osłabienia fal? 7. Jakie fale nazywa się spójnymi? Podaj warunek wzmocnienia i wygaszenia fal. 8. Na czym polega dyfrakcja fal na obiektach o rozmiarach porównywalnych z długościa fali padajacej? 9. Podaj warunek obserwacji wzmocnienia fal promieniowania rentgenowskiego ugiętych na strukturze kryształu. Dlaczego fale rentgenowskie moga uginać się na krystalicznej strukturze materiału? 10. Co to znaczy, że fala jest niespolaryzowana? Co to znaczy, że fala jest spolaryzowana liniowo? 11. Jak zmienia się natężenie światła jeśli przechodzi ono przez dwa polaryzatory skręcone względem siebie o kat ϕ. Jakie znasz sposoby polaryzacji światła? Optyka kwantowa 1. Co to jest zdolność emisyjna ciała doskonale czarnego? Przedstaw prawo Stefana-Boltzmana i prawo Wiena. 2. Jakie ciała nazywa się doskonale czarnymi? Czy w przyrodzie spotyka się takie ciała? Podaj ewentualne przykłady takich ciał.

3 3 3. W jaki sposób Max Planck zmodyfikował model klasyczny promieniowania cieplnego? Jaka jest średnia energia takiego kwantowego oscylatora w tym modelu? 4. Które obserwacje dotyczace zjawiska fotoelektrycznego zewnętrznego nie dały się wyjaśnić na gruncie teorii falowej. 5. Dlaczego nie można wyjaśnić zjawiska fotoelektrycznego klasycznymi metodami elektrodynamiki. Które fakty doświadczalne z tego zjawiska nie daja się wyjaśnić klasycznie? 6. Jakie założenia dotyczace fal elektromagnetycznych przyjał Einstein w zjawisku fotoelektrycznym? Napisz równanie bilansu energii przy zderzeniu fotonu z elektronem w zjawisku fotoelektrycznym. Od jakich wielkości fizycznych zależy energia fotonu. 7. Wyjaśnij pojęcie "dualizm korpuskularno-falowy", podać treść hipotezy de Broglie a i jego wzór. 8. De Broglie zaproponował, że każdy obiekt fizyczny, który posiada pęd posiada także naturę falowa. Jak definiuje się długość fali materii? Napisz wzór i objaśnij symbole. 9. Czy elektrony moga ulegać zjawiskom falowym dyfrakcji i interferencji? Dlaczego? 10. Dlaczego nie obserwuje się efektów falowych dla poruszajacych się dużych obiektów jak np. piłka tenisowa, samochód? 11. W modelu atomu wodoru Bohra przyjęte sa pewne założenia dotyczace ruchu elektronów wokół jadra atomowego. Podaj znane postulaty. 12. Emisja i absorpcja światła według modelu Bohra budowy atomu wodoru. 13. Ile wynosi energia elektronu w modelu atomu wodoru Bohr a? Podaj zależność od liczby kwantowej n. 14. Czy elektron w atomie wodoru może przyjmować dowolne stany o dowolnej wartości energii? Na czym polega kwantowanie energii elektronu? 15. Dlaczego model atomu według Bohra nie jest do końca prawdziwy? 16. Jakie warunki musza spełniać funkcje falowe, aby były fizycznie uzasadnione? 17. Przedstaw znane postulaty mechaniki kwantowej. 18. Przedstaw równania Schrödingera stacjonarne i zależne od czasu. 19. Wyznacz wartości własne energii czastki E n w jednowymiarowej jamie potencjału.

4 4 Lasery i półprzewodniki 1. Opisz zjawisko emisji wymuszonej i porównaj je z emisja spontaniczna. W jaki sposób zachodzi wzbudzanie czastek aktywnych w laserze rubinowym (albo w laserze He-Ne)? 2. Zwiazek pomiędzy poziomami energetycznymi w izolowanych atomach a pasmami energetycznymi dla elektronów w sieci krystalicznej utworzonej z takich samych atomów. Wymień różnice między pasmem walencyjnym i pasmem przewodzenia. 3. Podaj podobieństwa i różnice między metalem, półprzewodnikiem i izolatorem w modelu pasmowym. 4. Narysuj i wyjaśnij wpływ domieszki donorowej i akceptorowej na układ i obsadę pasm energetycznych.

5 5 Literatura [1] Halliday D., Resnick R, Walker J. Podstawy Fizyki t PWN, [2] Praca zbiorowa pod red. A. Justa Wstęp do analizy matematycznej i wybranych zagadnień z fizyki. Wydawnictwo PŁ, Łódź [3] Jaworski B., Dietłaf A. Kurs Fizyki t PWN, [4] Jaworski B., Dietłaf A. Fizyka. Poradnik encyklopedyczny. PWN, [5] Strona internetowa prowadzona przez CMF PŁ e-fizyka. Podstawy fizyki. [6] Kakol Z. Żukrowski J. kakol/wyklady_pl.htm Wykłady z fizyki.