Đề thi và Đáp án môn Vật lý đại cương 2 HKII 2015 2016 Đh. SPKT tp.HCM

5 850 6
Đề thi và Đáp án môn Vật lý đại cương 2 HKII 2015 2016 Đh. SPKT tp.HCM

Đang tải... (xem toàn văn)

Thông tin tài liệu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN Bộ môn Vật lý - ĐỀ THI HỌC KỲ II NĂM HỌC 2015-2016 Môn: Vật lý đại cương Mã môn học: PHYS120202 Đề số: 01 Đề thi có 02 trang Ngày thi: 08/06/2016 Thời gian: 75 phút Không sử dụng tài liệu Câu 1: (2.0 điểm) a Tuổi thọ trung bình người Việt Nam khoảng 70 năm Có phải điều có nghĩa người ta du lịch đến hành tinh có khoảng cách lớn 70 năm ánh sáng so với Trái Đất? Giải thích (một năm ánh sáng khoảng cách ánh sáng năm) b Hạt pion trừ (π-) hạt không bền, thời gian sống 2,6.10-8s (đối với hệ quy chiếu đứng yên so với pion), thời gian trước bị phân rã Nếu hạt pion chuyển động với tốc độ lớn so với hệ quy chiếu phòng thí nghiệm, người ta đo thời gian sống 4,2.10-7s Hãy tính tốc độ v hạt pion khoảng cách mà hạt pion di chuyển trước bị phân rã hệ quy chiếu phòng thí nghiệm Câu 2: (2,0 điểm) Khi quan sát tác phẩm nghệ thuật viện bảo tàng, thường phải quan sát qua lớp thủy tinh bảo vệ tác phẩm Lớp thủy tinh có yếu điểm, thường phản xạ tia sáng chiếu vào làm khó quan sát tác phẩm cách hoàn chỉnh Vì vậy, người ta giải vấn đề cách tráng lớp vật liệu mỏng lên lớp kính nhằm làm loại bỏ phản xạ tia sáng Biết rằng, thủy tinh có chiết suất 1,62, lớp tráng TiO2 có chiết suất 2,62 phủ lên bề mặt thủy tinh a Hỏi lớp tráng TiO2 phải có bề dày mỏng để hạn chế phản xạ tia sáng có bước sóng 505nm chiếu vuông góc vào bề mặt thủy tinh? b Nếu lớp tráng mỏng khó bám dính vào bề mặt thủy tinh, hỏi bề dày khác có hiệu quả? (Chỉ tìm bề dày mỏng nhất) Câu 3: (2,0 điểm) Khí Trái Đất nhận lượng từ tia sáng Mặt Trời mang đến với công suất 1,7.1017W Tuy nhiên, 30% số bị phản xạ Ngoài ra, khí xạ vũ trụ Xem hấp thụ xạ khí cân Hãy tính nhiệt độ trung bình khí Trái Đất (Biết: bán kính Trái Đất 6400km xem khí có bề dày nhỏ so với bán kính Trái Đất) Câu 4: (2,0 điểm) a Ánh sáng sóng hạt? Hãy giải thích câu trả lời bạn dẫn chứng thực nghiệm cụ thể b Một photon có bước sóng λ=0,1385 nm tán xạ Compton lên electron tự đứng yên tinh thể mỏng Hỏi góc tán xạ để tốc độ electron sau tán xạ 8,9.106 m/s Câu 5: (2,0 điểm) a Hãy trình bày giả thuyết de Broglie sóng vật chất Hãy giải thích tính chất sóng vật chất không quan sát thấy sống thường ngày (Ví dụ, vật dụng bình thường, bàn, ghế tính chất sóng không?) b Một hạt alpha khối lượng m = 6,64.10-27kg phát từ hạt nhân phóng xạ U-238, động hạt alpha 4,2 MeV Tính bước sóng de Broglie hạt Trang Biết: tốc độ ánh sáng chân không c = 3108m/s, số Plank h = 6,62510-34 J.s, bước sóng Compton electron C = 2,4310-12 m, số Stefan-Boltzmann σ = 5,6710-8 W.m-2.K-4, 1eV=1,610-19J, 1MeV=106eV Ghi chú: Cán coi thi không giải thích đề thi Chuẩn đầu học phần (về kiến thức) Nội dung kiểm tra [CĐR 2.1] Phân biệt khác thuyết tương đối hẹp với học cổ điển Newton, trình bày ý nghĩa lý thuyết tương đối phát triển vật lý đại [CĐR 2.2] Vận dụng lý thuyết tương đối hẹp để giải thích tượng vật lý Câu [CĐR 2.3] Nhận thức thay đổi quan điểm chất ánh sáng ứng dụng tượng kỹ thuật [CĐR 1.3] Hiểu rõ giải thích tượng xạ nhiệt, hiệu ứng quang điện, tượng Compton tính chất hạt ánh sáng thể qua tượng này; phát triển lý thuyết vật lý để giải thích kết thực nghiệm tượng [CĐR 1.3] Hiểu rõ giải thích tượng xạ nhiệt, hiệu ứng quang điện, tượng Compton tính chất hạt ánh sáng thể qua tượng này; phát triển lý thuyết vật lý để giải thích kết thực nghiệm tượng [CĐR 2.4] Xác định giới hạn quang điện, độ dịch bước sóng, lượng, động lượng photon tán xạ tượng tán xạ Compton Câu [CĐR 1.2] Hiểu rõ giải thích tính chất sóng thể qua tượng giao thoa nhiễu xạ [CĐR 1.4] Hiểu rõ nội dung môn học lượng tử, trình bày ý nghĩa học lượng tử phát triển khoa học kỹ thuật đại Câu Câu Câu Ngày 30 tháng 05 năm 2016 Thông qua Bộ môn Trang Đáp án bảng điểm vật lý đại cương Thi ngày 08-06-2016 Người soạn: Trần Tuấn Anh Câu Lời giải Điểm a Giả sử người bay tàu vũ trụ để du lịch đến nơi xa Gọi Δt thời gian trôi qua quan sát viên Trái Đất Δt' thời gian trôi qua theo đồng hồ Ta có, theo tính tương đối thời gian: t ' > Δt’ t  t '  v2 1 c Điều có nghĩa chuyển động với vận tốc lớn, thời gian trôi qua người chậm so với quan sát viên Trái Đất Do đó, người ngồi tàu vũ trụ chuyển động với vận tốc đủ lớn (gần vận tốc ánh sáng) người hoàn toàn thực chuyến du lịch đến hành tinh có khoảng cách lớn 70 năm ánh sáng so với Trái Đất Khi đó, Trái Đất trôi qua 70 năm, với người tàu, thời gian trôi qua nhiều b Gọi Δt thời gian trôi qua quan sát viên phòng thí nghiệm Δt' thời gian trôi qua hạt pion t ' Ta có: t  t '  v2 1 c t '2 (2,6.10-8 )2 c   c  0,998c t (4,2.10-7 )2 0,5 Do đó, quan sát viên phòng thí nghiệm, hạt pion chuyển động đoạn đường: 0,5 S  v.t  0,998.3.108.4,2.10-7  125, 75m  v  1 R’ S R n = 2,62(TiO2) M n' = 1,62 (thủy N tinh) e Khi tráng lớp TiO2 lên thủy tinh, ánh sáng phản xạ điểm M mặt lớp TiO2 vào từ môi trường có chiết suất thấp (từ không khí vào TiO2) nên sóng phản xạ bị đảo pha Ánh sáng phản xạ điểm N lớp TiO2 thủy tinh từ môi trường có chiết suất cao TiO2(n=2,62) vào thủy tinh có chiết suất thấp (n’=1,62), nên sóng phản xạ không bị đảo pha a Do đó, hiệu quang lộ hai tia phản xạ: L  L2  L1  2nMN    2ne   0,5 2 Để hạn chế phản xạ tia sáng có bước sóng 505nm tia sáng có bước sóng đạt điều kiện cực tiểu giao thoa bề mặt lớp màng mỏng TiO2 (2k  1) 0,5 Điều kiện cực tiểu giao thoa: L   (2k  1) Do : 2ne   2 (k  1) Suy ra: e  2n Do đó, bề dày mỏng TiO2 (k=0) là:  505.109 emin    9, 64.108 m  96, 4nm 0,5 2n 2.2, 62 Trang b Các bề dày lớp TiO2 thỏa mãn điều kiện là: (1  1)505.109 k=1: e1   1,93.107 m 2.2, 62 k=2: e2  (2  1)505.109  2,89.107 m 2.2, 62 0,5 9 (3  1)505.10  3,85.107 m 2.2, 62 Trái Đất hấp thụ 70% xạ Mặt Trời chiếu vào Do đó, công suất hấp thụ khí Trái Đất công suất xạ khí Trái Đất (để cho nhiệt độ 0,5 Trái Đất không đổi): P  0, 7.1, 7.1017  1,19.1017 W Theo định luật Stefan-Boltzmann, công suất xạ khí Trái Đất là: P  RT S   T S 0,5 Với S diện tích xung quanh khí quyển: S  4 R Từ ta suy ra: k=3: e3  1  P 1,19.1017    T    253K  20o C   8    4 R   5, 67.10 4 (6, 4.10 )  Và nhiệt độ trung bình bầu khí quyển, mặt đất a Ánh sáng vừa mang tính chất sóng vừa mang tính chất hạt Tính chất sóng thể tượng: giao thoa ánh sáng, nhiễu xạ ánh sáng Tính chất hạt thể tượng: xạ nhiệt, tán xạ Compton 0,5 0,5 b Động electron sau tán xạ:         1 31  Ke  me c   1  9,1.10 (3.10 )  1 =3,6.20-17 J   (8,9.10 )  1 v   1  c   (3.10 )   Mà ta có: K e  E p  E p ' Vậy lượng hạt photon sau tán xạ là: hc 6, 625.1034.3.108 E p '  E p  Ke   Ke   3,6.1017  1, 40.1015 J  0,1385.109 Bước sóng photon tán xạ: hc hc 6, 625.10 34.3.108 Ep '  '   1, 42.10 10 m 15 ' Ep ' 1, 40.10 Độ dịch chuyển Compton bước sóng tia X cho công thức:    '   C (1  cos ) Vậy góc tán xạ Compton: 0,5  '  1, 42.1010  0,1385.109  1  0, 44 C 2, 43.1012 0,5    116,1o a Giả thuyết de Broglie: Một vi hạt mang lượng động lượng xác định tương 0,5 cos   ứng với sóng phẳng đơn sắc xác định, có lượng liên hệ với tần số sóng theo công thức: E= hf, động lượng liên hệ với bước sóng theo công thức: p  h  Từ giả thuyết de Broglie ta thấy rằng, bước sóng de Broglie tỉ lệ nghịch với khối lượng vật, đó, vật dụng bình thường bàn ghế, bước sóng de Broglie nhỏ, cỡ 0,5 10-34m, nên tính chất sóng rõ Trang b Với động electron K=4,2 MeV=6,72.10-13J, theo công thức cổ điển, ta tính vận tốc hạt là: 2K 2.6,72.1013   1, 42.107 m/s 0,5 27 m 6,64.10 Động lượng hạt alpha này: p  mv  6,64.1027.1, 42.107  9, 42.1020 kg.m/s Theo giả thuyết de Broglie, hạt alpha tương ứng với sóng phẳng đơn sắc có bước sóng: h 6,625.1034 0,5    7,03.1015 m 20 p 9, 42.10 K  12 mv => v  Trang

Ngày đăng: 26/06/2016, 10:25

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan