Maturitní otázky z fyziky 2015/16

Transkript

1 Maturitní otázky z fyziky 2015/16 1. Pohyby těles z hlediska kinematiky a dynamiky 2. Mechanika tuhého tělesa 3. Mechanika kapalin a plynů 4. Fyzikální pole a jejich interakce s látkovým prostředím 5. Pohyby těles v gravitačním a elektrickém poli 6. Zákony zachování ve fyzice 7. Druhy energie a jejich vzájemné přeměny 8. Základní poznatky molekulárně kinetické teorie látek 9. Statistický a termodynamický popis tepelných jevů 10. Struktura a vlastnosti plynů 11. Struktura a vlastnosti kapalin 12. Struktura a vlastnosti pevných látek 13. Skupenské přeměny látek 14. Obvod stejnosměrného proudu 15. Elektrický proud v látkách 16. Obvod střídavého proudu 17. Elektromagnetická indukce 18. Kmitavý pohyb 19. Mechanické vlnění 20. Elektromagnetické vlnění 21. Elektromagnetické a světelné záření 22. Vlnové vlastnosti světla 23. Optické zobrazování a optické přístroje 24. Základní principy speciální teorie relativity 25. Základní poznatky kvantové fyziky, elektronový obal atomu 26. Základní poznatky jaderné fyziky 27. Fyzika elementárních částic 28. Základní poznatky z astrofyziky 29. Měření ve fyzice, fyzikální veličiny a jejich jednotky 30. Fyzikální interakce, fyzikální obraz světa Maturitní otázky byly projednány a schváleny předmětovou komisí fyziky Gymnázia Dr. J. Pekaře v Mladé Boleslavi dne předseda PK.. ředitel školy

2 Požadavky k maturitní zkoušce podrobně: 1. Pohyby těles z hlediska kinematického a dynamického Vysvětlete kinematiku a dynamiku pohybů hmotného bodu. ( pohyb rovnoměrný, rovnoměrně zrychlený, rovnoměrný pohyb po kružnici, volný pád a jejich charakteristiky dráha, trajektorie, okamžitá rychlost, průměrná rychlost, okamžité zrychlení, úhlová rychlost, dostředivé zrychlení, pohybové rovnice, grafy.) Vysvětlete význam Newtonových pohybových zákonů. Hybnost hmoty a impuls síly. Setrvačné síly, inerciální a neinerciální vztažné soustavy. 2. Mechanika tuhého tělesa Vysvětlete pojmy: tuhé těleso, těžiště tělesa, skládání sil působících na tuhé těleso, pohyb tuhého tělesa, moment síly, rovnovážná poloha a stabilita tělesa. Momentová věta. Moment setrvačnosti tělesa a kinetická energie otáčejícího se tělesa. Porovnejte posuvný a otáčivý pohyb tuhého tělesa z kinematického a dynamického hlediska. Uveďte podmínky vzniku rovnoměrného otáčivého pohybu tělesa. Diskutujte o rozličných možnostech skládání sil, které působí v jednom i v různých bodech tuhého tělesa. 3. Mechanika kapalin a plynů Uveďte základní vlastnosti tekutin. Jmenujte jevy typické pro tekutiny v klidu a pohybu (tlak v tekutině, těleso ponořené v tekutině, tlak v proudící tekutině, těleso obtékané tekutinou). Uveďte zákony, kterými se tyto jevy řídí a uveďte příklady využití těchto zákonů (Pascalův zákon, Archimédův zákon, rovnice kontinuity, Bernoulliho rovnice, proudění reálné tekutiny, odpor prostředí). 4. Fyzikální pole a jejich interakce s látkovým prostředím Uveďte jednotlivé druhy fyzikálních polí (gravitační, magnetické, elektrické). Jmenujte jejich základní charakteristiky. Gravitační a elektrostatické pole porovnejte z hlediska jejich společných a rozdílných vlastností a projevů Popište účinky silového působení homogenního elektrického a magnetického pole na letící částici s nábojem. Popište vzájemné působení magnetického pole a látky (magnetického pole vodiče s proudem, vodič s proudem v magnetickém poli, Ampérův zákon, látky v magnetickém poli permeabilita prostředí), látky v elektrickém poli (vodič a izolant v elektrickém poli, permitivita prostředí - dielektrika). 5. Pohyby těles v gravitačním a elektrickém poli Uveďte veličiny charakterizující gravitační a elektrické pole. Uveďte proč rozlišujeme pro Zemi gravitační a tíhové zrychlení. Diskutujte problematiku pohybu těles v homogenním tíhovém poli Země volný pád, vrhy. Pohyby těles v nehomogenním, radiálním gravitačním poli Země družice Země a jejich trajektorie a rychlost, kruhová rychlost, úniková rychlost. Pohyb nabité částice v homogenním elektrostatickém poli. 6. Zákony zachování ve fyzice Formulujte zákon zachování hybnosti, energie, hmotnosti a náboje. Vysvětlete pojem izolovaná soustava. Diskutujte o významu změn hmotnosti, energie a hybnosti. Zákony zachování při srážce dvou těles (pružný a nepružný ráz). Zákony zachování v mechanice tekutin. Zákon zachování energie v nauce o teple. Zákony zachování při jaderných reakcích.

3 7. Druhy energie a jejich vzájemné přeměny Objasněte souvislost mezi prací a energií a uveďte fyzikální význam těchto veličin. Formulujte zákon zachování a přeměny energie pro procesy mechanické, tepelné, elektrické a jaderné. Mechanická energie tělesa při volném pádu. Energie harmonického kmitavého pohybu mechanický oscilátor (těleso na pružině). Vnitřní energie a práce plynu zákony termodynamiky (tepelný stroj). Energie elektromagnetického pole elektromagnetický oscilátor přeměny elektrické a magnetické energie. Zdroje energie. Stroje a jejich účinnost. 8. Základní poznatky molekulárně kinetické teorie látek Jmenuj základní veličiny molekulové fyziky. Vysvětli kinetickou teorii stavby látek, které projevy pohybu molekul tuto teorii potvrzují, základní poznatky. Z hlediska molekulárně kinetické teorie vysvětli pojmy: rovnovážný stav termodynamické soustavy a rovnovážný děj, vnitřní energie tělesa, tlak v plynu, teplota a teplotní stupnice, tepelná výměna. 9. Statistický a termodynamický popis tepelných jevů Termodynamika-vědní obor. Termodynamická soustava a stavové veličiny. Zákony termodynamiky. Vysvětlete v čem spočívá statistický a termodynamický popis tepelných dějů. Vnitřní energie tělesa a její změny. Tepelná výměna a tepelná kapacita tělesa, kalorimetrická rovnice. První termodynamický zákon a energetická bilance při tepelných dějích v plynu (pro jednoduché děje ideálního plynu). 10. Struktura a vlastnosti plynů Vysvětlete vlastnosti plynů v závislosti na jejich struktuře (stlačitelnost, tvar, tlak a teplota plynu). Ideální plyn a stavová rovnice. Popište jednoduché děje v ideálním plynu, formulujte zákony a graficky děje znázorněte v p-v diagramu. Vysvětlete z p-v diagramu pro kruhový děj práci během jednoho cyklu. Srovnejte vlastnosti plynných látek s kapalnými a pevnými. 11. Struktura a vlastnosti kapalin Vysvětlete poznané vlastnosti kapalných látek v závislosti na jejich vnitřní struktuře. Objasněte vlastnosti povrchové vrstvy kapaliny a jevy na rozhraní pevného tělesa a kapaliny. Vysvětlete kapilární jev a uveďte jeho praktické využití. Vysvětlete objemovou teplotní roztažnost kapalin a anomálii vody. Srovnejte vlastnosti kapalných látek s plynnými a pevnými látkami 12. Struktura a vlastnosti pevných látek Vysvětlete vlastnosti pevných látek v závislosti na jejich vnitřní struktuře. Vysvětlete pojmy: krystalová mřížka a poruchy, elementární buňka, mřížková konstanta. Uveďte typy vazeb částic v pevných látkách s konkrétními příklady. Pohovořte o deformacích pevných těles podle různých hledisek. Popište podrobně deformaci v tahu, formulujte Hookův zákon a uveďte podmínky jeho platnosti. Srovnejte vlastnosti pevných látek s plynnými a kapalnými látkami 13. Skupenské přeměny látek Charakterizujte základní vlastnosti látek jednotlivých skupenství a skupenské přeměny z hlediska molekulárně kinetické teorie látek. Vysvětlete fázový diagram,

4 kritický a trojný bod, křivku syté páry, pojem přehřátá pára. Formulujte závislost teploty tání ledu a teploty varu vody na tlaku. 14. Obvod stejnosměrného proudu Vysvětlete podmínky vzniku trvalého stejnosměrného proudu. Vysvětlete pojmy: elektrický proud, elektrický zdroj, elektrický odpor, volt-ampérová charakteristika zdroje. Formulujte a fyzikálně interpretujte základní zákony v obvodech stejnosměrného proudu (Ohmův zákon pro uzavřený obvod, Kirchhoffovy zákony). Vysvětlete princip měření napětí, proudu a odporu. 15. Elektrický proud v látkách Porovnejte mechanizmus vedení elektrického proudu ve vodičích, polovodičích (vlastní, příměsové, dioda), kapalinách a plynech (za normálního a sníženého tlaku) z hlediska jejich vnitřní struktury. Zakreslete voltampérové charakteristiky a zamyslete se nad platností Ohmova zákona. Uveďte příklady praktického využití poznatků o vedení elektrického proudu v látkách. 16. Obvod střídavého proudu Vysvětlete podmínky vzniku střídavého napětí a proudu. Vysvětlete pojmy: okamžitá hodnota, amplituda a efektivní hodnota střídavého proudu a napětí, výkon střídavého proudu (okamžitý, střední hodnota, činný výkon, účiník). Zařazení prvků RLC v obvodu se střídavým proudem, fázové posuny mezi proudem a napětím, impedance obvodu. Vysvětlete princip usměrňování, zesilování a transformace střídavého proudu a napětí. Třífázový proud a elektrická rozvodná síť. 17. Elektromagnetická indukce Vysvětlete podmínky vzniku indukovaného napětí. Definujte základní pojmy: nestacionární magnetické pole, magnetická indukce, magnetický indikční tok, indukčnost cívky. Formulujte Faradayův zákon elektromagnetické indukce. Fyzikálně interpretujte jev vlastní indukce a jeho projevy při zapojení a přerušení elektrického obvodu. Jak lze na základě laboratorního měření určit indukčnost cívky? Pohovořte o praktickém využití elektromagnetické indukce. 18. Kmitavý pohyb Vysvětlete vznik kmitavého pohybu mechanického oscilátoru a charakterizujte jej (okamžitá výchylka, rychlost, zrychlení, úhlová frekvence, fáze, perioda a frekvence oscilátoru). Vysvětlete souvislost harmonického pohybu hmotného bodu s rovnoměrným pohybem hmotného bodu po kružnici. Vysvětlete: vlastní, tlumené, netlumené a nucené kmitání oscilátoru. Vysvětlete jev rezonance a jeho využití v praxi. 19. Mechanické vlnění Vysvětlete podmínky vzniku mechanického vlnění a uveďte jeho druhy. Definujte vlnovou délku a rovnici postupné vlny. Uveďte zákonitosti šíření vlnění prostředím (Huygensův princip, zákon odrazu a lomu, ohyb a interference vlnění). Formulujte co je zvuk, jak vzniká a jaké jsou jeho vlastnosti (rychlost zvuku v závislosti na prostředí a teplotě, rozdělení zvuků, hlasitost a intenzita zvuku, ultrazvuk a jeho praktické využití).

5 20. Elektromagnetické vlnění Uveďte podmínku vzniku elektromagnetického vlnění, zákonitosti jeho šíření a hlavní charakteristiky. Rovnice elmg. vlny, rychlost šíření, vlnová délka a frekvence. Maxwellova teorie elmg. pole. Využití elektromagnetického vlnění k bezdrátovému přenosu zpráv, rozdělení elmg. vln, schéma a funkce bezdrátové sdělovací soustavy. Porovnejte vlastnosti elektromagnetického vlnění s vlněním mechanickým. 21. Elektromagnetické a světelné záření Vysvětlete pojem elektromagnetické záření. Uveďte přehled elmg. záření a na spektru elektromagnetického záření vysvětlete některé druhy záření a uveďte jejich praktické využití a účinky (záření infračervené, ultrafialové, Rentgenovo a gama, viditelné světlo, tepelné záření). Vysvětlete, které jevy potvrzují vlnový a korpuskulární charakter elmg. záření. Vysvětlete základní pojmy radiometrie a fotometrie, záření černého tělesa. 22. Vlnové vlastnosti světla Vysvětlete zákony šíření světla prostředím: Huygensův princip, zákon odrazu a lomu, rozklad světla hranolem (spektroskop), disperzi světla, interferenci světla na planparalelní vrstvě (klínová vrstva, Newtonova skla podmínky interferenčních maxim a minim), ohyb světla na dvojštěrbině (kruhovém otvoru, tenkém drátku, optické mřížce podmínka interferenčních maxim, řád maxima), polarizace světla (způsoby polarizace, význam a užití). Praktické využití daných jevů. 23. Optické zobrazování a optické přístroje Vysvětlete princip optického zobrazování. Porovnejte prostřednictvím zobrazovací rovnice vlastnosti vzniklých obrazů zobrazováním a) odrazem na rovinné a kulové ploše a b) lomem na kulové ploše (pro tenké čočky). Vysvětli princip činnosti vybraného optického přístroje (oko a vady oka - brýle, lupa, mikroskop, dalekohled, fotografický přístroj). 24. Základní principy speciální teorie relativity Vysvětlete z jakých základních principů vychází speciální teorie relativity. Jak výsledky STR změnily představy klasické mechaniky v prostoru, čase, hybnosti a energii. Mechanický princip relativity, Galileovy transformace, Einsteinovy postuláty a Lorentzovy transformace porovnejte pro v << c a pro v ~> c. Vysvětlete relativnost současnosti, dilataci času, kontrakci délek, relativistické skládání rovnoběžných rychlostí a relativistickou dynamiku, vztah mezi hmotností, rychlostí a energií. 25. Základní poznatky kvantové fyziky, elektronový obal atomu Vysvětlete na příkladech v čem spočívá podstata korpuskulárně-vlnového dualismu mikročástic a záření pomocí de Broglieho hypotézy. Uveďte důkazy korpuskulárních a vlnových vlastností fotonu. Popište a vysvětlete fotoelektrický jev a Comptonův jev. Popište složení atomu a vysvětlete kvantově mechanický model elektronového obalu, Bohrovy postuláty, Pauliho princip. Vysvětlete princip a funkci laseru. 26. Základní poznatky jaderné fyziky Vysvětlete složení atomového jádra včetně představy o rozměru jader. Vysvětlete vazebnou energii jádra a její souvislost se stabilitou jádra. Uveďte příklady jaderné reakce (termonukleární syntézy a řetězové jaderné reakce, mechanizmus řízené řetězové reakce). Vysvětlete rozdíl mezi přirozenou a umělou radioaktivitou

6 atomových jader. Vysvětlete fyzikální význam veličin v zákonu radioaktivní přeměny a energii reakce. 27. Fyzika elementárních částic Pohovořte o mikročásticích, jejich vlastnostech a rozdělení, jmenujte nejdůležitější zástupce leptonů, mezonů a baryonů., uveďte částice složené z kvarků. Vysvětlete rozdíl mezi částicí a antičásticí, anihilaci částic. Uveďte základní typy interakcí mezi částicemi. Pohovořte o detekci částic, vysvětlete funkci detekteru (Geigerův-Müllerův počítač, mlžná komora). Vysvětlete princip činnosti základních typů urychlovačů částic (lineární a kruhový). Jak se jeví stavba látek z hlediska fyziky elementárních částic. 28. Základní poznatky z astrofyziky Sluneční soustava tělesa, která ji tvoří, zákony pohybu planet, kvalitativní model. Vysvětlit zatmění Měsíce a Slunce. Jednotky délky používané v astronomii. Hvězdy a galaxie - zjednodušeně vznik a možný vývoj, rozdělení hvězd a jejich závěrečná stádia vývoje (bílý trpaslík, supernova, neutronová hvězda, černá díra). Zdroje energie ve hvězdách, spektra hvězd jako zdroje informací o hvězdách. Vysvětlete jak víme, že se vesmír rozpíná a jek odhadujeme jeho stáří. Význam vesmírného záření pro získávání poznatků o vesmíru. 29. Měření ve fyzice, fyzikální veličiny a jejich jednotky Objasněte co ve fyzice rozumíme měřením fyzikální veličiny a v čem spočívá význam měření ve fyzice. Přesnost měření, chyby měření a jejich rozdělení, chyby měřících přístrojů třída přesnosti přístroje, určování chyb měření u fyzikálních veličin získaných výpočtem z veličin naměřených. Měření fyzikálních veličin a určování chyb měření při laboratorním cvičení. Fyzikální veličiny a jejich jednotky, základní jednotky SI a další používané jednotky. 30. Fyzikální interakce, fyzikální obraz světa Definujte pojem fyzikální interakce. Uveďte rozdělení fyzikálních interakcí a porovnejte je z hlediska dosahu, jmenujte jejich příklady v makrosvětě a mikrosvětě. Porovnejte z hlediska rozdělení fyzikálních interakcí vzájemné působení mezi částicemi atomu a tělesy sluneční soustavy. Charakterizujte elektromagnetickou interakci a uveďte její typy, z hlediska Maxwellovy teorie elektromagnetického pole určete rychlost šíření změn elmg.pole. Uveďte jak se jeví stavba látek z hlediska fyziky elementárních částic. Pohovořte z hlediska současné fyziky o sjednocující teorii fyzikálních interakcí.