ZESTAW PYTAŃ I ZAGADNIEŃ Z FIZYKI

Transkrypt

1 1 ZESTAW PYTAŃ I ZAGADNIEŃ Z FIZYKI Mechanika 1. Czym zajmuje się fizyka? 2. Opisz znane składniki materii. 3. Przedstaw charakterystykę czterech fundamentalnych oddziaływań w przyrodzie. 4. Podaj definicję iloczynu skalarnego i wektorowego dwóch wektorów oraz przykłady zastosowań. 5. Podaj definicję wektora położenia, wektora przemieszczenia i wektora prędkości średniej. 6. Przedstaw prędkość jako wielkość wektorowa w ruchu krzywoliniowym. Podaj jej składowe oraz określ położenia wektora prędkości względem toru ruchu. 7. Podaj definicję pochodnej funkcji jednej zmiennej w punkcie. Jaka jest interpretacja geometryczna pochodnej? 8. Przedstaw przyspieszenie jako wielkość wektorowa w ruchu krzywoliniowym, jej składowe i rodzaje przyspieszeń. 9. Jakie sa różnice pomiędzy prędkościa średnia a prędkościa chwilowa? 10. Czy prędkość średnia ruchu może być równa 0 mimo, że obiekt przebył długa drogę? 11. Czy wektor prędkości jest zawsze styczny do toru ruchu? Jak zachowuje się wektor przyspieszenia? 12. Przedstaw graficzna interpretację prędkości chwilowej i średniej. 13. Inercjalny układ odniesienia i jego zwiazek z pierwsza zasada dynamiki Newtona. Transformacja Galileusza. 14. Jakie układy odniesienia nazywa się inercjalnymi, a jakie nieinercjalnym? Siły bezwładności. 15. Czy Ziemia może być układem inercjalnym? Odpowiedź uzasadnij. 16. Sformułuj zasadę zachowania pędu. Do jakich układów się ja stosuje? Podaj przykłady ja ilustrujace. 17. Pokaż, że pęd izolowanego układu dwóch czasteczek, które oddziałuja ze soba siłami wewnętrznymi jest zachowany. 18. Pokaż, że zasada zachowania pędu wynika z III zasady dynamiki? 19. Jak definiuje się popęd siły działajacej (impuls)? Wyjaśnij różnice fizyczne między zderzeniami miękkimi a twardymi. 20. Sformułuj zasadę zachowania energii mechanicznej. Do jakich układów się ja stosuje? Podaj przykłady ja ilustrujace. 21. Na czym polega różnica pomiędzy pojęciami energii i pracy?

2 2 22. Jakie siły nazywamy zachowawczymi? Podaj przykłady siły zachowawczej i niezachowawczej. 23. Podaj zwiazek pomiędzy siła zachowawcza i energia potencjalna. 24. Podaj definicję pracy elementarnej oraz ogólna definicję pracy na pewnej drodze. 25. Oblicz pracę jaka należny wykonać przyspieszajac do prędkości v spoczywajac a swobodna czastkę o masie m (Wyprowadź wzór na nierelatywistyczna energię kinetyczna). 26. Jaki układ nazywa się układem środka masy? Jak znaleźć prędkość tego układu? 27. Przedstaw zderzenie niesprężyste w układzie środka masy. Pole grawitacyjne 1. Jakie pole nazywane jest grawitacyjnym i jakie wielkości charakteryzuja to pole? 2. Podaj definicję natężenia pola grawitacyjnego. Co to sa linie pola. Narysuj linie pola dla źródła kulistosymetrycznego i jednorodnego. 3. Jakie sa możliwe trajektorie planet (komet, asteroid) w polu grawitacyjnym Słońca? Przedstaw opis jakościowy. 4. Jaka jest różnica między siła grawitacji a ciężarem? W jakich miejscach na kuli ziemskiej ciężar jest dokładnie równy sile grawitacji? 5. Co to jest stan nieważkości, w jakich okolicznościach występuje (podaj przykłady)? Czy występuje on tylko wtedy gdy siła grawitacji jest równa zero? 6. Jaka jest prędkość satelity na orbicie kołowej o danym promieniu? 7. Znajdź energię potencjalna satelity poruszajacego się w polu grawitacyjnym planety. 8. Co to jest pierwsza prędkość kosmiczna? Jak ja można wyznaczyć? 9. Co to jest prędkość ucieczki (druga prędkość kosmiczna) i jak ja się wyznacza? 10. Jaka siła grawitacji działa na astronautę znajdujacego się w stacji kosmicznej na wysokości 600km nad powierzchnia ziemi (w stosunku do siły grawitacji na powierzchni ziemi), a jaki jest jego ciężar? 11. Planeta o masie m kraży wokół gwiazdy o masie M (M >> m) po orbicie kołowej o promieniu r. Znaleźć całkowita energię mechaniczna tego układu mas. 12. Wyprowadź prawa Keplera.

3 3 Termodynamika 1. Sformułuj zerowa zasadę termodynamiki. Podaj definicję temperatury. 2. Podaj fenomenologiczna definicję energii wewnętrznej. 3. Podaj kinetyczno-molekularna definicję energii wewnętrznej. Czy zależy ona liczby stopni swobody? 4. Zasada ekwipartycji energii i średnia energia kinetyczna czasteczek gazu. 5. Sformułuj I zasadę termodynamiki. 6. Podaj fenomenologiczna i mikroskopowa definicję gazu doskonałego. 7. Scharakteryzuj podstawowe przemiany gazu doskonałego z punktu widzenia I zasady termodynamiki. 8. W jakiej przemianie gazu doskonałego energia wewnętrzna nie zmienia się? 9. W jakiej przemianie gazu doskonałego układ wymienia energię z otoczeniem tylko w postaci ciepła? 10. W jakiej przemianie gazu doskonałego układ wymienia energię z otoczeniem tylko w postaci pracy mechanicznej? 11. Opisz model idealnego silnika cieplnego pracujacego między dwiema temperaturami T 1, T 2 (cykl Carnota). Jaka jest sprawność silnika Carnota? 12. Podaj fenomenologiczna definicję entropii, sformułuj II zasadę termodynamiki. 13. Podaj kinetyczno-molekularna definicję entropii. 14. Jaki rozkład nazywa się rozkładem Boltzmanna i jakie wielkości fizyczne moga być opisane przez ten rozkład? 15. Sformułuj III zasadę termodynamiki i podaj wnioski z niej wynikajace. Ruch harmoniczny 1. Jakie drgania nazywa się swobodnymi? Podaj przykłady. 2. Jakie drgania nazywa się harmonicznymi? 3. Opisz położenie, prędkość i przyspieszenie w ruchu harmonicznym? Narysuj wykresy. 4. Znajdź energię całkowita w ruchu harmonicznym. Od czego ona zależy? 5. Wyprowadź wzór na okres drgań wahadła matematycznego. 6. Przedstaw równanie dynamiczne ruchu tłumionego i opisz występujace w nim wielkości fizyczne. Podaj rozwiazanie tego równania. 7. Czy energia w ruchu tłumionym jest stała? Udowodnij. 8. Czy amplituda w ruchu tłumionym jest stała? Uzasadnij. 9. Opisz oscylator dwuwymiarowy. Podaj przykłady składania drgań.

4 4 10. Opisz równanie dynamiczne ruchu wymuszonego. Co to jest rezonans mechaniczny i kiedy zachodzi? 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 biegnacej 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. Jakie prędkości towarzysza rozchodzeniu się fali? 9. Opisz i zilustruj zjawisko interferencji fal. 10. Jak powstaje fala stojaca. Wyprowadź równanie fali stojacej. 11. Przedstaw graficznie falę stojac a. Co to jest strzałka i węzeł fali stojacej? Przykłady fal stojacych. 12. Opisz dudnienie fal. 13. Co rozumiesz pod pojęciem poziom natężenia dźwięku? Podaj znane jednostki. 14. Opisz zjawisko Dopplera i przedstaw różne przypadki rejestrowanej częstotliwości. 15. Co to jest strumień pola? Uzasadnij wykorzystujac przykład pola elektrycznego. 16. Przedstaw prawa Gaussa dla pola elektrycznego i magnetycznego. 17. Przedstaw prawo Faradaya. W jaki sposób zmienny prad w uzwojeniu pierwotnym transformatora (powietrznego) wytwarza prad w uzwojeniu wtórnym?

5 5 18. Podaj treść prawa Ampere a. 19. Przedstaw równania Maxwell a w postaci całkowej i podaj ich interpretację. 20. Podaj najważniejsze cechy pól elektrycznego i magnetycznego fali elektromagnetycznej. 21. Ile wynosi prędkość fali elektromagnetycznej, według równań Maxwell a, jeśli rozchodzi się ona w próżni? Czy prędkość światła w próżni jest stała? 22. Jak można opisać szybkość przepływu energii dla płaskiej fali elektromagnetycznej? 23. Jak można określić natężenie fali elektromagnetycznej? Optyka geometryczna i falowa 1. Wymień znane prawa optyki geometrycznej. 2. Sformułuj zasady Fermata i Huygensa rozchodzenia się fali. 3. Jak definiuje się współczynnik załamania dla danego materiału lub ośrodka? 4. W jakich warunkach może dojść do całkowitego odbicia fali na granicy dwóch ośrodków? 5. Opisz zjawisko dyspersji światła. 6. Na czym polega konstrukcja czoła fali metoda Huygensa. 7. Co to jest dyspersja względna? 8. Podaj treść zasady superpozycji dla zaburzenia pochodzacego od kilku fal. 9. Na czym polega interferencja fal. Jakie musza być spełnione warunki dla interferencji fal? 10. Jakie sa warunki, aby dwie fale mogły ulec maksymalnemu wzmocnieniu/osłabieniu? 11. Jakie fale nazywa się spójnymi? Podaj warunek wzmocnienia i wygaszenia fal. 12. Jak można zbadać spójność światła? 13. Opisz doświadczenie Younga. 14. Dlaczego wektor E nazywa się wektorem fali świetlnej? 15. Na czym polega dyfrakcja fal na obiektach o rozmiarach porównywalnych z długościa fali padajacej? 16. Jakie sa różnice pomiędzy obrazami dyfrakcji i interferencji fali przechodzacej przez dwie szczeliny? 17. Podaj warunek obserwacji wzmocnienia fal promieniowania rentgenowskiego ugiętych na strukturze kryształu. Dlaczego fale rentgenowskie moga uginać się na krystalicznej strukturze materiału?

6 6 18. Co to znaczy, że fala jest niespolaryzowana? Co to znaczy, że fala jest spolaryzowana liniowo? 19. Jak zmienia się natężenie światła jeśli przechodzi ono przez dwa polaryzatory skręcone względem siebie o kat ϕ. 20. Jak można wyprowadzić prawo Malusa dla światła przechodzacego przez polaryzator? 21. Jakie znasz sposoby polaryzacji światła? Podaj przykłady. Optyka kwantowa 1. Jakie ciała nazywa się doskonale czarnymi? Czy w przyrodzie spotyka się takie ciała? Podaj ewentualne przykłady takich ciał. 2. Opisz zdolność emisyjna ciała doskonale czarnego. Przedstaw prawo Stefana-Boltzmanna i prawo Wiena. 3. Oscylator harmoniczny Maxa Plancka. 4. Które obserwacje dotyczace zjawiska fotoelektrycznego zewnętrznego nie dały się wyjaśnić na gruncie teorii falowej. 5. 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. 6. Wyjaśnij pojęcie "dualizm korpuskularno-falowy", podać treść hipotezy de Broglie a i jego wzór. 7. 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. 8. Czy elektrony moga ulegać zjawiskom falowym dyfrakcji i interferencji? Dlaczego? 9. Dlaczego nie obserwuje się efektów falowych dla poruszajacych się dużych obiektów jak np. piłka tenisowa, samochód? 10. Jak rozumiesz zjawisko inwersji obsadzeń? 11. 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)? 12. Wymień własności światła laserowego. 13. Przedstaw znane postulaty mechaniki kwantowej (tzw. Interpretacja Kopenhaska). 14. Jakie warunki musza spełniać funkcje falowe, aby były fizycznie uzasadnione? 15. Co to jest warunek normalizacyjny? Podaj interpretację.

7 7 16. Przedstaw równania Schrödingera stacjonarne i zależne od czasu. 17. Co określa zasada nieoznaczoności Heisenberga? Podaj jej treść. 18. Na czym polegaja różnice pomiędzy fermionami a bozonami?