Pytania do wykładów W1. Metodologia fizyki. Elementy kinematyki. 1. Na czym polega różnica między zjawiskiem i jego obserwacją a eksperymentem. 2. Wyjaśnij pojęcia: koncepcja fizyczna (wielkość fizyczna), jednostka wielkości i jej wzorzec, jednostki podstawowe i pochodne. 3. Wymień jednostki podstawowe układu SI, i podaj przykładowe definicje. 4. Co to jest pomiar w fizyce i niepewność pomiaru, w jaki sposób niepewność wyraża się matematycznie. 5. Co to jest prawo empiryczne (lub fenomenologiczne), podaj przykłady. 6. Co to jest teoria fizyczna, i czym jest dążenie do unifikacji praw (podaj przykłady). 7. Wymień i krótko scharakteryzuj podstawowe działy fizyki. 8. Podaj ścisłe definicje prędkości chwilowej i przyspieszenia chwilowego dla ruchu w jednym i w trzech wymiarach (3D). 9. Jakie są podstawowe rodzaje ruchu w jednym wymiarze (1D). 10. Napisz zależności położenia, prędkości i przyspieszenia w funkcji czasu dla ruchu jednostajnego i jednostajnie przyspieszonego w 1D. 11. Co to jest ruch harmoniczny, jak w takim ruchu położenie, prędkość i przyspieszenie zależą od czasu. W2. Zasady dynamiki Newtona. Zasada zachowania pędu. 12. Wyjaśnij różnicę między pojęciami: układ współrzędnych i układ odniesienia. 13. Sformułuj I Zasadę Dynamiki Newtona nie używając pojęcia siły. 14. Korzystając z I Zasady Dynamiki podaj definicję nieinercjalnego układu odniesienia. 15. Podaj definicję siły. 16. Sformułuj II i III Zasadę Dynamiki Newtona. 17. Wymień podstawowe oddziaływania w przyrodzie i uszereguj je ze względu na zasięg; podaj przykłady ich występowania. 18. Co to są siły kontaktowe (podaj przykłady)? które z oddziaływań podstawowych odpowiedzialne są za siły kontaktowe? 19. Co to jest równanie ruchu punktu materialnego i na czym polega rozwiązanie tego równania (podaj przykłady). 20. Co to jest wykres ciała swobodnego w analizie układu mechanicznego (podaj przykłady). 21. Podaj definicję pędu. 22. Sformułuj II Zasadę Dynamiki używając pojęcia pędu. 23. Sformułuj Zasadę Zachowania Pędu dla układu dwóch punktów materialnych. 24. W jaki sposób Zasada Zachowania Pędu wynika z III Zasady Dynamiki. 25. Podaj definicję środka masy układu dwóch punktów materialnych w 1D. 26. Opisz fizykę doskonale niesprężystego, centralnego zderzenia dwóch ciał. 27. Sformułuj II Zasadę Dynamiki, zasadę zachowania pędu, pojęcie środka masy dla układu wielu punktów W3-4. Praca i energia mechaniczna. Zasada zachowania energii mechanicznej. 28. Podaj definicję pracy elementarnej oraz ogólną definicję pracy na pewnej drodze.
29. Co to jest energia kinetyczna oraz zasada równości pracy siły wypadkowej i zmiany energii kinetycznej. 30. W jakich okolicznościach można stosować pojęcie energii potencjalnej i jak wówczas definiujemy energię potencjalną? 31. Sformułuj zasadę zachowania energii mechanicznej oraz zasadę równości pracy siły zewnętrznej i zmiany energii mechanicznej. 32. Jaką funkcją jest energia potencjalna w jednorodnym polu sił (np. w polu grawitacyjnym przy powierzchni ziemi)? 33. Jaką funkcją jest energia potencjalna w polu siły centralnej 1/r 2 (np. w polu grawitacyjnym Ziemi) 34. Jaką funkcją jest energia potencjalna siły sprężystości F = kx? 35. Opisz fizykę doskonale sprężystego, centralnego zderzenia dwóch ciał. 36. Czy satelita okrążający Ziemię po orbicie eliptycznej ma cały czas taka samą energię mechaniczną? 37. Pokaż jak, korzystając z zasady zachowania energii mechanicznej lub zasady równości pracy siły zewnętrznej i zmiany energii mechanicznej można obliczyć: prędkość przy powierzchni ziemi ciała spadającego z wieży o wysokości H, prędkość przy powierzchni ziemi ciała spadającego z kosmosu (gdzie miało prędkość 0 względem Ziemi), prędkość w punkcie równowagi kulki zawieszonej na nici o długości l i wychylonej z położenia równowagi o pewien kąt, prędkość narciarza zjeżdżającego ze stoku o długości l i danym kącie nachylenia, prędkość w punkcie równowagi kulki przymocowanej do sprężyny o stałej sprężystość k i wychylonej z punktu równowagi o x. W5. Grawitacja. 38. Podaj przykłady zjawisk/doświadczeń, w których ujawnia się oddziaływanie grawitacyjne. 39. Sformułuj prawo powszechnego ciążenia. 40. Opisz ideę pomiaru stałej grawitacyjnej wykonanego przez Cavendisha. 41. Jakie są możliwe trajektorie satelit (planet, komet, asteroid) w polu grawitacyjnym Słońca? 42. Jak korzystając z prawa powszechnej grawitacji oraz znajomości stałej grawitacyjnej można wyznaczyć masę Słońca czy masę Ziemi? 43. Co mówi zasada równoważności? 44. Co mówi zasada superpozycji? 45. Jaka formuła matematyczna opisuje energię potencjalną pola grawitacyjnego planety (gwiazdy)? 46. Jaka jest różnica między siłą grawitacji a ciężarem? Co to jest stan nieważkości, w jakich okolicznościach występuje (podaj przykłady)? 47. Co to jest I i II prędkość kosmiczna, sformułuj warunki z jakich są one wyznaczane. 48. Jaką teorię uważa się za nowoczesną teorię grawitacji. W6. Dynamika ruchu obrotowego bryły sztywnej. Zasada zachowania momentu pędu. 49. Podaj przykłady zjawisk/układów, w których występuje ruch obrotowy. 50. Podaj ogólne definicje momentu siły i momentu pędu.
51. Jak można zapisać II zasadę dynamiki korzystając z wielkości: moment siły i moment pędu (dla pojedynczej cząstki i dla układu cząstek). 52. Sformułuj zasadę zachowania momentu pędu. 53. Podaj przykłady zjawisk, w których ujawnia się zasada zachowania momentu pędu. 54. Podaj przykłady wykorzystania zasady zachowania momentu pędu w technice. 55. Wyjaśnij związek między istnieniem pór roku a zasadą zachowania momentu pędu. 56. Podaj definicję bryły sztywnej. 57. Zdefiniuj moment bezwładności bryły sztywnej względem sztywnej osi. 58. Pokaż analogie między opisem ruchu, dynamiki i energii kinetycznej punktu materialnego w jednym wymiarze i bryły sztywnej wokół sztywnej osi. W7. Drgania harmoniczne, tłumione, wymuszone 59. Podaj przykłady zjawisk periodycznych w fizyce. 60. Podaj przykłady oscylatorów mechanicznych 0D, 1D, 2D i 3D. 61. Napisz podstawową funkcję opisującą oscylacje i wyjaśnij znaczenie występujących w niej parametrów. 62. Napisz równanie różniczkowe oscylatora harmonicznego. 63. Przeanalizuj układy spełniające równanie różniczkowe oscylatora harmonicznego: masa na sprężynie, wahadło, obwód elektryczny LC. 64. Napisz równanie różniczkowe drgań tłumionych (z siłą tłumiącą proporcjonalną do szybkości) i przedyskutuj (jakościowo) rozwiązania. 65. Podaj przykłady oscylatorów tłumionych. 66. Napisz równanie różniczkowe drgań wymuszonych i przedyskutuj (jakościowo) rozwiązania. 67. Wyjaśnij na czym polega zjawisko rezonansu. 68. Podaj przykłady sytuacji, w których zjawisko rezonansu odgrywa destruktywną rolę. 69. Podaj przykłady zastosowań zjawiska rezonansu w technice. 70. Wyjaśnij znaczenie pojęcia analiza harmoniczna oscylacji (analiza Fouriera). Co to są składowe harmoniczne? W8. Ruch falowy 71. Podaj najbardziej ogólną definicję fali. 72. Podaj przykłady fal wraz z opisem ich podstawowych cech. 73. Napisz podstawową funkcję opisującą falę rozchodzącą się w jednym wymiarze i wyjaśnij znaczenie występujących w niej parametrów (amplituda, częstość kołowa, liczba falowa). 74. Co to jest prędkość fazowa fali? 75. Napisz równanie różniczkowe fali w jednym wymiarze. 76. Co mówi zasada superpozycji fal? 77. Co to jest prędkość grupowa fali? 78. Jaki jest wynik superpozycji identycznych fal w 1D rozchodzących się w przeciwnych kierunkach? Podaj przykłady takich sytuacji w przyrodzie i technice. 79. Co to jest fala stojąca? Podaj przykłady występowania/wykorzystania zjawiska fali stojącej. 80. Wyjaśnij nas czym polega zjawisko interferencji fal. Co to jest interferencja konstruktywna i destruktywna?
81. Jaki dwa warunki muszą być spełnione aby mogło zajść zjawisko interferencji? 82. Co to jest koherencja? 83. Omów doświadczenie Younga, które ujawniło falową naturę światła. W9-10. Pierwsza i druga zasada termodynamiki. 84. Określ klasę (podaj przykłady) zjawisk/układów, którymi zajmuje się termodynamika. 85. Zdefiniuj liczbę Avogadro. 86. Wyjaśnij sens podstawowych koncepcji termodynamiki: układ, układ izolowany, parametry stanu (objętość, ciśnienie, temperatura), stan równowagi, równanie stanu, funkcja stanu, kontakt termiczny, równowaga termiczna, proces kwazistatyczny (odwracalny). 87. Podaj fenomenologiczną definicję energii wewnętrznej. 88. Sformułuj I zasadę termodynamiki. 89. Podaj fenomenologiczną definicję entropii, sformułuj II zasadę termodynamiki. 90. Podaj definicję gazu doskonałego. 91. Scharakteryzuj podstawowe przemiany gazu doskonałego z punktu widzenia I zasady termodynamiki. 92. W jakiej przemianie gazu doskonałego entropia nie zmienia się (przemiana izoentropowa)? 93. W jakiej przemianie gazu doskonałego energia wewnętrzna nie zmienia się? 94. W jakiej przemianie gazu doskonałego układ wymienia energię z otoczeniem tylko w postaci ciepła? 95. W jakiej przemianie gazu doskonałego układ wymienia energię z otoczeniem tylko w postaci pracy mechanicznej? 96. Opisz przemiany energii i temperatury przy adiabatycznym rozprężaniu gazu doskonałego do próżni. 97. Opisz i wyjaśnij co to jest Cykl Carnota model silnika (pompy cieplnej, chłodziarki) idealnego. W11. Elektrostatyka i magnetostatyka. 98. Podaj przykłady zjawisk/doświadczeń, w których ujawniają się oddziaływania elektrostatyczne. 99. Sformułuj prawo Coulomba. 100. Na czym polega podobieństwo praw: Coulomba i powszechnego ciążenia? 101. Z jaką siłą (w przybliżeniu) działają na siebie dwa odważniki, każdy o masie 1kg, oddalone od siebie o 1m, a z jaką dwa ładunki 1C oddalone od siebie o 1m? 102. Jaką nazwę nosi jednostka ładunku w układzie SI i jak jest definiowana? Czy jest to jednostka podstawowa czy pochodna? 103. Jaka jednostka podstawowa w układzie SI związana jest z elektromagnetyzmem i jak (ogólnie, opisowo) jest definiowana? 104. Podaj definicję wektora pola elektrycznego; czy pole elektryczne to czysto matematyczna konstrukcja czy byt materialny? 105. Podaj wzór na gęstość energii pola elektrycznego. 106. Co to są linie sił pola elektrycznego? W jaki sposób można je wyznaczyć? Czy linie sił pola istnieją w rzeczywistości (czyli istnieją miejsca gdzie linia jest a w innym miejscu jej nie ma)?
107. Co to znaczy, że pole elektrostatyczne jest źródłowe i bezwirowe? 108. Podaj przykłady kilku zjawisk związanych z polem magnetycznym. 109. Co jest klasycznym źródłem pola magnetycznego (w fizyce klasycznej)? 110. W jaki sposób pole magnetyczne powstaje w magnesach trwałych (ferromagnetykach)? 111. Jaka siła działa na ładunek poruszający się w polu magnetycznym? 112. Po jakim torze (ogólnie) może poruszać się ładunek w polu magnetostatycznym? 113. Jaka siła działa na element przewodnika z prądem? 114. Opisz najprostszy model silnika elektrycznego. 115. Jak definiowana jest jednostka pola magnetycznego w układzie SI (Tesla). 116. Co to znaczy, że pole magnetyczne jest bezźródłowe i wirowe (wyjaśnij korzystając z pojęcia linii sił pola). 117. Czy pole magnetostatyczne może wykonać pracę nad poruszającym się w nim ładunkiem? 118. Gdzie znajduje się ( w przybliżeniu) południowy biegun magnetyczny Ziemi? 119. Jak zorientowany jest i jaką ma wartość wektor indukcji magnetycznej w pobliżu nieskończonego prostoliniowego przewodnika z prądem? 120. Jaką siłą działają na siebie dwa równoległe prostoliniowe nieskończone przewodniki z prądem? 121. Jak w układzie SI definiuje się jednostkę prądu elektrycznego (opisz ideę wzorca). W12-13. Indukcja elektromagnetyczna. Równania Maxwella. Fale elektromagnetyczne. 122. Podaj przykłady zjawisk, w których ujawnia się indukcja elektromagnetyczna. 123. Podaj definicję strumienia magnetycznego. 124. Co to jest siła elektromotoryczna. 125. Sformułuj prawo Faradaya. 126. Co mówi reguła Lenza. 127. Opisz zasadę działania generatora prądu. 128. Co to jest fala elektromagnetyczna? 129. Wymień podstawowe zakresy fal elektromagnetycznych. 130. Co to jest spektroskopia? 131. Co to jest promieniowanie jonizujące i nie jonizujące. 132. Scharakteryzuj podstawowe właściwości fizyczne fal elektromagnetycznych w różnych zakresach (źródła, oddziaływanie z materią, w szczególności z materią biologiczną) W14-15. Elementy fizyki kwantowej i fizyki atomu. 133. Na czym polegało załamanie fizyki klasycznej w zjawiskach: zewnętrzny efekt fotoelektryczny, liniowe widma promieniowania wodoru (i innych pierwiastków). 134. Na jakich założeniach opiera się kwantowa teoria światła (Einsteina) i w jaki sposób tłumaczy zewnętrzny efekt fotoelektryczny oraz widmo promieniowania ciała doskonale czarnego? 135. W jaki sposób odkryte zostało jądro atomowe (eksperyment Rutheforda, 1909)? 136. Opisz pierwsze modele atomu. 137. Na jakich postulatach opierał się model atomu wodoru Bohra? 138. Czego dotyczyła hipoteza de Broglie a i jak została potwierdzona doświadczalnie?
139. Opisz główne idee mechaniki kwantowej na przykładzie dyfrakcji elektronów na podwójnej szczelinie. 140. Co to jest funkcja falowa i co mówi interpretacja probabilistyczna Borna? 141. Jak jakościowo wyglądają rozwiązania równania Schrödingera dla skończonej studni potencjału, układu dwóch studni, układu wielu studni? 142. Co to jest spin elektronu? 143. Jakie liczby kwantowe opisują elektron w atomie wodoru, i jakie wielkości fizyczne reprezentują? 144. Przedstaw ideę opisu atomu wieloelektronowego, co mówi zakaz Pauliego? 145. Na czym polega związek budowy atomu wieloelektronowego z układem okresowym pierwiastków? 146. Co to są pasma energetyczne w krysztale? 147. W oparciu o pasmową teorię struktury elektronowej w krysztale wyjaśnij wyjaśnij na czym polega różnica między metalami dielektrykami i półprzewodnikami.