TÉMATA K MATURITNÍ ZKOUŠCE Z FYZIKY:

Transkript

1 TÉMATA K MATURITNÍ ZKOUŠCE Z FYZIKY: školní rok : 2007 / 2008 třída : 4.A zkoušející : Mgr. Zbyněk Bábíček 1. Kinematika hmotného bodu 2. Dynamika hmotného bodu 3. Mechanická práce a energie 4. Gravitační pole 5. Mechanika tuhého tělesa 6. Mechanika kapalin a plynů 7. Základní poznatky molekulové fyziky a termodynamiky 8. Struktura a vlastnosti plynů 9. Struktura a vlastnosti pevných látek a kapalin 10. Změny skupenství látek 11. Mechanické kmitání 12. Mechanické vlnění 13. Elektrické pole, elektrostatika 14. Elektrický proud v kovech 15. Elektrický proud v polovodičích 16. Elektrický proud v elektrolytech, plynech a vakuu 17. Stacionární magnetické pole 18. Nestacionární magnetické pole 19. Střídavý proud 20. Elektromagnetické kmitání a vlnění 21. Vlnová optika 22. Geometrická optika 23. Elektromagnetické záření a jeho energie 24. Základní poznatky kvantové fyziky 25. Jaderná fyzika Projednáno v předmětové sekci dne vedoucí sekce Mgr. Bábíček ředitel školy PaedDr. Kurz

2 1. KINEMATIKA HMOTNÉHO BODU čím se zabývá kinematika, pojem hmotný bod relativnost klidu a pohybu, vztažná soustava, polohový vektor trajektorie, dělení pohybů podle tvaru trajektorie dráha, průměrná a okamžitá rychlost, skládání rychlostí rozdělení pohybů podle rychlosti průměrné a okamžité zrychlení, tečné a normálové zrychlení základní charakteristiky pohybů (vztahy, grafické závislosti veličin) rovnoměrný přímočarý pohyb rovnoměrně zrychlený (zpomalený) pohyb, volný pád rovnoměrný pohyb po kružnici 1) Automobil projel tři čtvrtiny celkové dráhy rychlostí 90 km.h -1 a zbývající část dráhy rychlostí 50 km.h -1. Vypočítejte jeho průměrnou rychlost. 150 m. Určete jeho opačné zrychlení, pohyb vozu je rovnoměrně zpomalený. 3) Určete dostředivé zrychlení bodů na povrchu Země: a) na rovníku b) na 60 0 severní zeměpisné šířky c) na zemských pólech 2. DYNAMIKA HMOTNÉHO BODU čím se zabývá dynamika, vzájemné působení těles, síla a její účinky Newtonovy pohybové zákony zákon setrvačnosti, inerciální a neinerciální vztažná soustava zákon síly, hybnost hmotného bodu zákon akce a reakce zákon zachování hybnosti, praktické užití smykové tření, třecí síla, síly působící na nakloněné rovině dostředivá síla při pohybu po kružnici setrvačné síly v neinerciálních vztažných soustavách 2) Vůz Formule 1 brzdí při nájezdu do zatáčky z rychlosti 342 km.h -1 na hodnotu 90 km.h -1 na dráze

3 1) Po nakloněné rovině, která svírá s vodorovnou rovinou úhel 30 0, klouže těleso o hmotnosti 700 g. Součinitel smykového tření mezi tělesem a nakloněnou rovinou má hodnotu 0,25. Vypočítejte zrychlení tělesa. 2) Dělostřelecký náboj o hmotnosti 10 kg letící ve vodorovném směru rychlostí 500 m.s -1 narazil na vagón s pískem o hmotnosti 10 tun a uvízl v něm. Určete rychlost vagónu po nárazu, jestliže se předtím pohyboval rychlostí 12 m.s -1 ve stejném (opačném) směru jako střela. Tření zanedbejte. 3) Řetízkový kolotoč se otáčí úhlovou rychlostí 1,2 s -1, sedačka kolotoče opisuje kružnici o poloměru 4 m. Jaký úhel svírá závěs kolotoče s vodorovným směrem? Řešte v inerciální vztažné soustavě spojené se Zemí i v neinerciální vztažné soustavě spojené s kolotočem. 3. MECHANICKÁ PRÁCE A ENERGIE mechanická práce, příklady konání práce výkon, příkon a účinnost kinetická energie, souvislost mezi E k a prací potenciální energie tíhová, souvislost mezi E p a prací další formy potenciální energie potenciální energie tlaková (proudění kapaliny Bernoulliho rovnice) potenciální energie pružnosti (kmitavý pohyb) mechanická energie, zákon zachování mech. energie obecný zákon zachování energie 1) Jakou práci vykonáme, posuneme-li rovnoměrným pohybem těleso o hmotnosti 20 kg do vzdálenosti 5 m vzhůru po nakloněné rovině dlouhé 8 m a vysoké 4 m? Součinitel smykového tření mezi tělesem a nakloněnou rovinou je 0,2. 2) Nákladní automobil o hmotnosti 3 tuny jel po vodorovné silnici stálou rychlostí 20 m.s -1 při výkonu motoru 25 kw. Na jakou hodnotu se musí zvýšit výkon motoru, aby automobil jel stejnou rychlostí do kopce se stoupáním 5 %? 3) Kulička o hmotnosti 150 g je zavěšena na tenkém vlákně dlouhém 2 m. Závěs kuličky vychýlíme o 45 0 od svislého směru. Jakou rychlostí projde kulička nejnižším bodem své trajektorie? Tření a odpor prostředí neuvažujte.

4 4. GRAVITAČNÍ POLE gravitace, gravitační pole Newtonův gravitační zákon, gravitační síla gravitační pole Země (gravitační zrychlení, centrální gravitační pole) tíhová síla, tíhové zrychlení, homogenní tíhové pole pohyby těles v homogenním tíhovém poli Země volný pád vrhy těles vrh svislý vzhůru, vrh vodorovný a vrh šikmý vzhůru pohyby těles v centrálním gravitačním poli Země kruhová rychlost, úniková rychlost, kosmické rychlosti Keplerovy zákony 1) Určete velikost gravitačního a tíhového zrychlení na rovníku Jupitera. Planetu považujte za homogenní kouli. Potřebné údaje vyhledejte v tabulkách. 2) Vypočítejte oběžnou dobu umělé družice, která obíhá kolem Země po kruhové trajektorii ve výšce 600 km nad povrchem Země. Potřebné údaje vyhledejte v tabulkách. 3) Halleyova kometa má oběžnou dobu 76 let. Pohybuje se po eliptické trajektorii, a v perihe-liu se dostává do vzdálenosti 0,6 AU od Slunce. Určete vzdálenost této komety v aféliu. 5. MECHANIKA TUHÉHO TĚLESA tuhé těleso, posuvný a otáčivý pohyb tuhého tělesa moment síly vzhledem k ose otáčení, moment. věta skládání sil působících na tuhé těleso různoběžné síly (pouze graficky) rovnoběžné síly stejného a opačného směru (graficky i početně) dvojice sil, moment dvojice sil rozklad síly na složky daných směrů těžiště tuhého tělesa rovnovážné polohy tuhého tělesa, stabilita těles moment setrvačnosti tělesa vzhledem k ose otáčení, kinetická energie tuhého tělesa 1) Homogenní tyč o délce 80 cm a hmotnosti 6 kg je na obou koncích zavěšena na vláknech dlouhých 50 cm (viz obr.). Určete síly, kterými vlákna působí na tyč.

5 2) Určete polohu těžiště tyče dlouhé 1 m, jejíž jedna polovina je z mědi a druhá z hliníku. Potřebné údaje vyhledejte v tabulkách. 3) Jakou rychlost získá homogenní koule, která se kutálí po nakloněné rovině z výšky 70 cm? Potřebné údaje vyhledejte v tabulkách, třecí a odporové síly zanedbejte. 6. MECHANIKA KAPALIN A PLYNŮ základní vlastnosti kapalin a plynů tlak v tekutinách tlak vyvolaný vnější silou, Pascalův zákon, užití hydraulika tlak vyvolaný tíhou tekutiny hydrostatický tlak, atmosférický tlak vztlaková síla, Archimédův zákon chování těleso ponořeného v kapalině proudění ideální kapaliny objemový průtok, rovnice spojitosti toku Bernoulliho rovnice a jevy z ní vyplývající 1) Plechová nádoba tvaru kvádru o hmotnosti 2 kg plave na vodní hladině tak, že její spodní stěna o rozměrech a = 50 cm, b = 20 cm je rovnoběžná s vodní hladinou. V jaké hloubce pod hladinou je spodní stěna nádoby? Jak se zvětší ponor nádoby, položíme-li na její dno železný předmět o objemu 1 dm 3? Potřebné údaje vyhledejte v tabulkách. 2) Zjistěte, zda bude na vodní hladině plavat dutá železná koule o poloměru 10 cm, je-li tloušťka stěn koule 5 mm. 3) Plocha průřezu vodorovného potrubí se zužuje z 30 cm 2 na 10 cm 2. Protéká-li potrubím voda, ukazují manometrické trubice umístěné v obou částech potrubí rozdíl hladin 40 cm. Určete rychlost proudění v užší i širší části potrubí. 7. ZÁKLADNÍ POZNATKY MOLEKULOVÉ FYZIKY A TERMODYNAMIKY kinetická teorie látek, molární veličiny vzájemné působení částic (grafické znázornění přitažlivé a odpudivé síly) rovnovážný stav soustavy, stavové veličiny teplota a její měření

6 Celsiova teplotní stupnice, základní body termodynamická teplotní stupnice, měření plynovým teploměrem převodní vztahy mezi oběma stupnicemi vnitřní energie soustavy a její změny konáním práce a tepelnou výměnou měrná tepelná kapacita, kalorimetrická rovnice první termodynamický zákon (znaménková dohoda) způsoby přenosu vnitřní energie (vedením, prouděním, zářením) 1) Určete přibližně průměr molekuly kyseliny olejové. Potřebné údaje vyhledejte v tabulkách, předpokládejte kulový tvar molekuly. 2) Z nejvyššího bodu nakloněné roviny z výšky 3 m klouže ocelový kvádr. Jak se změní teplota kvádru, jestliže polovina vzniklého přírůstku vnitřní energie se spotřebuje na jeho zahřátí? Rychlost kvádru na konci nakloněné roviny je 2 m. Potřebné údaje vyhledejte v tabulkách. 3) Do kalorimetru o hmotnosti 116 g obsahujícího 0,3 l vody o teplotě 18 0 C nalijeme vodu o objemu 0,2 l a teplotě 60 0 C. Výsledná teplota soustavy po dosažení rovnovážného stavu je 34 0 C. Z jakého kovu je kalorimetr? Potřebné údaje vyhledejte v tabulkách. 8. STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ vlastnosti molekul plynu, ideální plyn rozdělení molekul plynu podle rychlosti (grafické znázornění histogram) střední kvadratická rychlost molekul, závislost na termodynamické teplotě stavová rovnice ideálního plynu (různé tvary rovnice, popis veličin) děje v ideálním plynu: izotermický, izochorický, izobarický a adiabatický charakteristika děje, tvar stavové rovnice grafické závislosti stavových veličin 1. termodynamický zákon pro daný děj práce plynu při stálém a proměnném tlaku, pracovní diagram kruhový děj, účinnost kruhového děje (Carnotův cyklus) druhý termodynamický zákon, tepelné stroje

7 1) Jaký je tlak kyslíku O 2 v uzavřené nádobě při teplotě 20 0 C, je-li jeho hustota 1,4 kg.m -3? Potřebné údaje vyhledejte v tabulkách. 2) Plyn uzavřený v nádobě se ohřál o 30 0 C a jeho tlak se přitom zvětšil o 10 %. Určete původní teplotu plynu za předpokladu, že vnitřní objem nádoby je stálý. 3) Vodík o hmotnosti 100 g vykonal kruhový děj znázorněný v diagramu p-t. Znázorněte tento děj v p- V diagramu a vypočítejte práci vykonanou plynem při tomto ději. 9. STRUKTURA A VLASTNOSTI PEVNÝCH LÁTEK A KAPALIN struktura pevných látek krystalické látky monokrystaly, polykrystaly amorfní látky ideální krystalová mřížka, základní buňka (kubická), poruchy krystalové mřížky deformace těles pružná a tvárná, druhy deformace (uvést příklady) normálové napětí, mez pružnosti a pevnosti, Hookův zákon teplotní délková a objemová roztažnost pevných látek vlastnosti kapalin, povrchová vrstva kapaliny povrchová síla, povrchové napětí jevy na rozhraní pevného tělesa a kapaliny, kapilární jevy teplotní objemová roztažnost kapalin 1) Ocelový drát počáteční délky 5 m a průměru 1,2 mm se působením deformujících sil prodloužil tahem o 1 cm. Rozhodněte, zda se jedná o pružnou deformaci tahem, je-li mez pružnosti použité oceli 330 MPa a modul pružnosti v tahu 220 GPa. Dokážete určit velikost deformující síly? 2) Zinkový a železný proužek mají při teplotě 20 0 C stejnou délku 40 cm. Při jaké teplotě se délky obou proužků liší o 1 mm? Potřebné údaje vyhledejte v tabulkách. 3) Do vody jsou svisle zasunuty dvě skleněné kapiláry s poloměry 1 mm a 1,5 mm. Vypočítejte povrchové napětí vody, je-li rozdíl výšek hladin při kapilární

8 elevaci v obou kapilárách 4,9 mm. Předpokládejte, že voda dokonale smáčí stěny kapilár. 10. ZMĚNY SKUPENSTVÍ LÁTEK tání a tuhnutí rozdíl mezi krystalickými a amorfními látkami měrné skupenské teplo tání (tuhnutí) látky změny objemu a hustoty látek při tání a tuhnutí závislost teploty tání na vnějším tlaku sublimace a desublimace, příklady vypařování a kondenzace rozdíl mezi vypařováním a varem kapaliny měrné skupenské teplo vypařování látky závislost teploty varu na vnějším tlaku sytá a přehřátá pára, křivka syté páry, fázový diagram látky 1) Led o hmotnosti 850 g a teplotě 0 0 C vložíme do vody o hmotnosti 420 g a teplotě 55 0 C. Popište soustavu po vytvoření rovnovážného stavu. Tepelné ztráty do okolí neuvažujte, potřebné údaje vyhledejte v tabulkách. 2) Určete teplo potřebné na přeměnu ledu o hmotnosti 1 kg a teplotě 20 0C na páru o teplotě C. Potřebné údaje vyhledejte v tabulkách. 3) Do nádoby, ve které je 4,5 l vody o teplotě 20 0 C, bylo vloženo ocelové těleso o hmotnosti 10 kg a teplotě C. Určete hmotnost vody, která se po jejím ohřátí na teplotu varu přeměnila na páru. Tepelné ztráty do okolí neuvažujte, potřebné údaje vyhledejte v tabulkách. 11. MECHANICKÉ KMITÁNÍ mechanický oscilátor, příklady kmitavého pohybu, pojmy perioda a frekvence kinematika kmitavého pohybu vztahy pro okamžitou výchylku, rychlost a zrychlení kmitavého pohybu, grafy fáze kmitavého pohybu, fázový rozdíl složené kmitání princip superpozice (početně i graficky) skládání izochronních harmonických kmitů, rázy pružinový oscilátor (pohybová rovnice, perioda vlastních kmitů) matematické kyvadlo (pohybová rovnice, perioda vlastních kmitů)

9 tlumené kmitání, nucené kmitání, rezonance 1) Kmitání mechanického oscilátoru je popsáno rovnicí 0,16 sin t 4 y. a) Sestrojte graf závislosti okamžité výchylky na čase, určete amplitudu výchylky, periodu, frekvenci a počáteční fázi kmitání. b) Určete rychlost kmitajícího tělesa při průchodu rovnovážnou polohou. c) V jakém čase bude poprvé okamžitá výchylka 8 cm? 2) Délky dvou kyvadel jsou v poměru 1 : 4. V jakém poměru jsou frekvence kmitání těchto kyvadel? 3) Mechanický oscilátor tvořený pružinou a tělesem o hmotnosti 3 kg vykoná 40 kmitů za minutu. Vypočítejte tuhost pružiny. 12. MECHANICKÉ VLNĚNÍ vznik postupného mechanického vlnění, příčné a podélné vlnění vlnová délka, rovnice postupné vlny interference vlnění podmínky vzniku interferenčního maxima a minima vznik stojatého vlnění, kmitny a uzly stojatého vlnění chvění pružných těles, základní a vyšší harmonické frekvence šíření vlnění v izotropním prostředí, Huygensův princip odraz, lom a ohyb mechanického vlnění zvukové vlnění, akustika ultrazvuk (příklady užití) a infrazvuk 1) Postupné mechanické vlnění je popsáno rovnicí 2. y 410 sin t 0,5 x Určete frekvenci a periodu kmitání zdroje, vlnovou délku a rychlost šíření vlnění. Dále vypočítejte okamžitou výchylku bodu vzdáleného 5,3 m od zdroje vlnění v čase 0,02 s. 2) Struna délky 80 cm má základní tón o frekvenci 1000 Hz. Jakou rychlostí se strunou šíří postupné vlnění?

10 Dále určete vlnovou délku zvuku, který se šíří vzduchem do okolí struny. Teplota vzduchu je 12 0 C. 3) Daným prostředím se šíří postupné vlnění. Určete jeho vlnovou délku, jestliže body prostředí navzájem vzdálené 2,5 cm kmitají s fázovým rozdílem. 13. ELEKTRICKÉ POLE, ELEKTROSTATIKA elektrický náboj, základní vlastnosti elektrického náboje silové působení nábojů, Coulombův zákon elektrické pole intenzita elektrického pole siločárový model elektrického pole, homogenní a radiální elektrické pole elektrický potenciál a elektrické napětí, ekvipotenciální plochy rozložení náboje na vodiči, plošná hustota náboje elektrické pole nabité vodivé koule ve vakuu kapacita osamoceného vodiče, kapacita deskového kondenzátoru spojování kondenzátorů, vlastnosti sériového a paralelního zapojení 6 1) Dva kladné bodové náboje o velikostech Q 1 a Q 2 = 4.Q 1 jsou pevně umístěny ve dvou bodech vzdálených od sebe 6 cm. Určete místa nulové intenzity el. pole, které vytváří tato dvojice nábojů. Jak by se změnil postup řešení, kdyby oba náboje byly záporné? 2) Bodový náboj Q = 0,2 μc vytváří radiální elektrické pole. Určete vzdálenost bodu A od tohoto náboje, jeli vzdálenost bodu B od náboje 50 cm a mezi body A, B je elektrické napětí 5,4 kv. 3) Dva stejné deskové kondenzátory bez dielektrika o kapacitách 10 nf jsou zapojeny sériově. Jak se změní výsledná kapacita jejich zapojení, jestliže prostor mezi deskami jednoho z nich zaplníme dielektrikem s relativní permitivitou 3? 14. ELEKTRICKÝ PROUD V KOVECH elektrický proud jako fyzikální jev a fyzikální veličina model vedení elektrického proudu v kovovém vodiči Ohmův zákon pro část elektrického obvodu, elektrická vodivost elektrický odpor

11 závislost odporu na materiálu a rozměrech vodiče závislost odporu vodiče na teplotě, supravodivost sériové a paralelní zapojení rezistorů, vlastnosti obou typů zapojení Ohmův zákon pro uzavřený elektrický obvod zatěžovací charakteristika zdroje elektromotorické napětí, zkratový proud elektrická práce a výkon v obvodu stejnosměrného proudu Joulovo teplo uvolněné průchodem elektrického proudu 1) Jestliže obvodem prochází proud 1,2 A, je svorkové napětí zdroje 9 V. Při zvětšení proudu na 2 A poklesne svorkové napětí na 8,6 V. Vypočítejte elektromotorické napětí zdroje a jeho vnitřní odpor. Dále určete proud, který prochází zdrojem při zkratu, a sestrojte zatěžovací charakteristiku zdroje. 2) Voltmetr s vnitřním odporem 10 kω má měřící rozsah 100 V. Určete odpor předřadného rezistoru, který je třeba k voltmetru připojit (vysvětlete, jestli sériově nebo paralelně), abychom jím mohli měřit napětí do 1000 V. 3) Za jak dlouho přivedeme k varu 1,5 litru vody počáteční teploty 20 0 C na elektrickém vařiči o příkonu 1,2 kw, je-li jeho účinnost 80 %? Dále určete celkovou spotřebu elektrické energie (v kilowatthodinách) při tomto ději. 15. ELEKTRICKÝ PROUD V POLOVODIČÍCH základní charakteristiky polovodiče příklady polovodičů, termistor a fotorezistor, jejich užití v praxi vlastní vodivost polovodiče příměsová vodivost polovodiče polovodič typu N a typu P vlastnosti PN přechodu polovodičová dioda v propustném a závěrném směru jednocestný a dvoucestný usměrňovač tranzistor popis jednotlivých částí tranzistoru zapojení se společným emitorem, princip činnosti převodní charakteristika tranzistoru, proudový zesilovací činitel

12 1) Rezistor o odporu 1 kω a termistor zapojíme sériově ke zdroji napětí 20 V. Při teplotě 20 0 C prochází obvodem proud 5 ma. Na jakou teplotu je třeba zahřát termistor, aby obvodem procházel proud 10 ma? Střední hodnota teplotního součinitele odporu daného termistoru je 0,04 K -1. 2) Při proudu báze 25 μa procházel tranzistorem kolektorový proud 2 ma. Určete kolektorový proud, jestliže se proud obvodem báze zvětšil na 120 μa za předpokladu, že proudový zesilovací činitel daného tranzistoru je konstantní. Zakreslete graficky závislost kolektorového proudu na proudu báze a určete hodnotu proudového zesilovacího činitele. 16. ELEKTRICKÝ PROUD V ELEKTROLYTECH, PLYNECH A VE VAKUU elektrolyt, elektrolytická disociace kyselin, zásad a solí elektrolýza, schéma elektrolýzy např. vodného roztoku NaCl Faradayovy zákony elektrolýzy, elektrochemický ekvivalent látky užití elektrolýzy v praxi výroba kovů, galvanické pokovování uvést příklady chemické zdroje napětí (Voltův článek, alkalické články, akumulátor) ionizace plynu, voltampérová charakteristika el. výboje v plynu samostatný výboj v plynu a jeho užití výboj za atmosférického tlaku výboj při sníženém tlaku ve výbojové trubici katodové záření, jeho vlastnosti a užití 1) Jak dlouho musí roztokem síranu nikelnatého NiSO 4 procházet elektrický proud 5 A, aby se na katodě o povrchu 2 dm 2 vyloučila vrstva niklu silná 20 μm? Určete také celkovou spotřebu elektrické energie při tomto ději, je -li napětí mezi elektrodami 3,5 V. Potřebné údaje vyhledejte v tabulkách. 2) K olověnému akumulátoru s elektromotorickým napětím 12 V a kapacitou 40 A.h jsou paralelně připojeny dvě žárovky o příkonech 5 W a 10 W. Odhadněte dobu, po kterou budou žárovky svítit. Vnitřní odpor akumulátoru zanedbejte.

13 3) Jaké rychlosti dosáhne elektron v homogenním elektrickém poli, projde-li mezi dvěma body pole, mezi kterými je potenciálový rozdíl 50 V? Počáteční rychlost elektronu je 100 km.s -1. Potřebné údaje vyhledejte v tabulkách. 17. STACIONÁRNÍ MAGNETICKÉ POLE základní charakteristika a zdroje stacionárního magnetického pole grafické znázornění magnetického pole, orientace magnetických indukčních čar : permanentního magnetu přímého vodiče s elektrickým proudem cívky s elektrickým proudem magnetická indukce, magnetická síla působící na vodič s proudem magnetické pole rovnoběžných vodičů s proudem magnetické pole cívky, solenoid pohyb nabité částice v magnetickém poli magnetické vlastnosti látek, užití v praxi 1) Dvěma přímými rovnoběžnými vodiči vzdálenými ve vakuu 5 cm od sebe prochází stejný el.proud 10 A. Určete velikost magnetické indukce výsledného magnetického pole uprostřed mezi oběma vodiči v případě, že proudy ve vodičích mají stejný (opačný) směr. 2) Tři přímé rovnoběžné vodiče leží ve vakuu vedle sebe tak, že vzdálenost mezi dvěma sousedními vodiči je 10 cm. Každým z nich prochází proud 50, A přičemž prvním a druhým vodičem prochází proud stejným směrem a třetím vodičem opačným směrem. Určete velikost magnetické síly, která působí na jednotku délky prostředního vodiče. 3) Homogenní elektrické a magnetické pole se překrývají tak, že elektrické siločáry jsou kolmé na magnetické indukční čáry. Velikost intenzity elektrického pole je 2 kv.m -1 a velikost mg. indukce je 1 mt. Jaký musí být směr a velikost rychlosti elektronu, aby se ve vzniklém poli pohyboval přímočaře? 18. NESTACIONÁRNÍ MAGNETICKÉ POLE základní charakteristika a zdroje nestacionárního magnetického pole elektromagnetická indukce, příklady vzniku indukovaného napětí

14 vznik střídavého napětí, okamžitá hodnota střídavého napětí magnetický indukční tok časová změna magnetického indukčního toku Faradayův zákon elektromagnetické indukce směr indukovaného proudu ve vodiči (Lenzův zákon), vířivé proudy vlastní indukce, indukčnost cívky přechodný děj, energie magnetického pole cívky 1) Graf znázorňuje časovou závislost okamžitého napětí indukovaného v rovinném závitu, který se otáčí konstantní úhlovou rychlostí v homogenním magnetickém poli. a) určete obecně magnetický indukční tok procházející plochou závitu b) určete amplitudu, periodu a frekvenci napětí, napište rovnici pro okamžitou hodnotu napětí c) vypočítejte okamžitou hodnotu napětí v čase t = 3 ms 2) Vodič délky 10 cm se pohybuje rovnoměrným pohybem rychlostí 20 cm.s -1 ve směru kolmém k indukčním čarám homogenního magnetického pole o magnetické indukci 0,5 T. Vypočítejte napětí indukované mezi konci vodiče. 3) Ve vinutí cívky o indukčnosti 0,44 H se změnil elektrický proud o 5 A za 0,02 s. Určete indukované napětí na koncích cívky, jestliže se velikost proudu zvětší (zmenší) o uvedenou hodnotu. 19. STŘÍDAVÝ PROUD vznik střídavého proudu, rozdíl mezi stejnosměrným a střídavým proudem obvod střídavého proudu s odporem: rezistance obvodu, okamžitá hodnota střídavého proudu výkon střídavého proudu v obvodu s odporem efektivní hodnoty střídavého proudu a napětí obvod střídavého proudu s indukčností, induktance obvodu, fázový rozdíl proudu a napětí obvod střídavého proudu s kapacitou, kapacitance obvodu, fázový rozdíl proudu a napětí činný výkon střídavého proudu, účiník sériový RLC obvod, impedance obvodu, fázový rozdíl proudu a napětí generátor střídavého napětí, trojfázová soustava střídavého napětí

15 jednofázový a trojfázový transformátor 1) Cívkou v obvodu stejnosměrného proudu prochází při napětí 4 V proud 0,5 A. V obvodu střídavého proudu prochází cívkou při napětí 9 V proud 180 ma. Frekvence střídavého napětí je 50 Hz. Vypočítejte odpor vinutí cívky a její indukčnost. 2) Kondenzátor je připojen ke zdroji střídavého napětí o efektivní hodnotě 230 V o frekvenci 50 Hz. Obvodem prochází střídavý proud, jehož amplituda je 4 A. Vypočítejte kapacitu kondenzátoru. vznik elektromagnetického vlnění, rovnice postupné elektromagnetické vlny dvouvodičové vedení, stojaté elektromagnetické vlnění elektromagnetický dipól, šíření elektromagnetického vlnění vlastnosti elektromagnetického vlnění (polarizace, odraz, lom, ohyb) sdělovací soustava vysílač, popis a funkce částí vysílače, modulace signálu přijímač, popis a funkce částí přijímače 3) Ke zdroji střídavého napětí o efektivní hodnotě 50 V je zapojen do série rezistor o odporu 5 Ω, cívka o indukčnosti 1 H a kondenzátor o kapacitě 4 μf. Určete rezonanční frekvenci obvodu a efektivní hodnotu střídavého proudu při této frekvenci. 20. ELEKTROMAGNETICKÉ KMITÁNÍ A VLNĚNÍ elektromagnetický oscilátor popis dějů v oscilačním obvodu frekvence vlastních kmitů oscilačního obvodu nucené kmitání elektromagnetického oscilátoru 1) Oscilační obvod je tvořen cívkou a dvěma stejnými kondenzátory zapojenými paralelně. Perioda vlastních kmitů tohoto obvodu je 20 μs. S jakou periodou bude oscilační obvod kmitat, jestliže kondenzátory zapojíme sériově? 2) Oscilační obvod přijímače se skládá z cívky o indukčnosti 0,5 mh a kondenzátoru s proměnnou kapacitou. Na jakou hodnotu musíme nastavit kapacitu kondenzátoru, chceme-li přijímat signál z vysílače pracujícího na vlnové délce 300 m?

16 3) Radiolokátor vysílá každou sekundu 2500 impulzů elektromagnetického vlnění o vlnové délce 5 cm. Doba trvání jednoho impulzu je 0,6 μs. Určete největší a nejmenší vzdálenost objektu, který lze tímto radiolokátorem zjišťovat. 21. VLNOVÁ OPTIKA 1) Na skleněnou destičku tloušťky 1 cm dopadá světelný paprsek pod úhlem Paprsek vystupující z desky je rovnoběžný s dopadajícím paprskem, je však vzhledem k němu posunutý o určitou vzdálenost. Určete toto posunutí, má-li dané sklo index lomu 1,73. světlo jako elektromagnetické vlnění názory na povahu světla (Newton, Huygens, Maxwell) barevné spektrum (vlnová délka resp. frekvence světla) rychlost světla ve vakuu a v látkovém prostředí, index lomu prostředí šíření světla v prostředí, rozptyl a absorpce světla odraz a lom světla (lom od kolmice a ke kolmici), totální odraz disperze světla, závislost rychlosti světla a indexu lomu na frekvenci interference světla Youngův pokus, podmínka koherence podmínky vzniku interferenčního maxima a minima ohyb světla na překážce a otvoru, difrakční obrazec 2) V hloubce 2 m pod povrchem vody je umístěn bodový zdroj světla. Určete poloměr kruhu na vodní hladině, přes který vycházejí světelné paprsky z vody do vzduchu. Světlo se ve vodě šíří rychlostí km.s -1. 3) Dráhový rozdíl dvou koherentních paprsků bílého světla je v daném místě 2,5 μm. Pro které vlnové délky viditelného světla zde nastane interferenční maximum? 22. GEOMETRICKÁ OPTIKA zobrazení rovinným zrcadlem, vlastnosti obrazu zobrazení kulovým zrcadlem duté a vypuklé zrcadlo (obrázek s popisem, chod význačných paprsků) zobrazení kulovými zrcadly, vlastnosti obrazu

17 zobrazovací rovnice kulového zrcadla, znaménková dohoda zobrazení čočkami tenké čočky spojka a rozptylka (obrázek s popisem, chod význačných paprsků) optická mohutnost čočky zobrazení tenkými čočkami, vlastnosti obrazu zobrazovací rovnice tenké čočky, znaménková dohoda lidské oko, krátkozraké a dalekozraké oko korekce vady optické přístroje lupa, mikroskop, dalekohled 1) Dutým zrcadlem o poloměru křivosti 60 cm byl vytvořen převrácený, desetkrát zvětšený obraz. Určete vzdálenost předmětu a obrazu od vrcholu zrcadla. 2) Dvě spojky o ohniskových vzdálenostech f 1 = 20 cm, f 2 = 40 cm jsou umístěny na společné optické ose ve vzdálenosti 150 cm od sebe. 25 cm před první spojkou je umístěn předmět vysoký 2 cm. Určete polohu a vlastnosti obrazu vytvořeného touto optickou soustavou. 3) Jakou optickou mohutnost musí mít brýle pro krátkozraké oko, jehož blízký bod je ve vzdálenosti 10 cm od oka? 23. ELEKTROMAGNETICKÉ ZÁŘENÍ A JEHO ENERGIE přehled jednotlivých druhů elektromagnetického záření základní vlastnosti infračerveného a ultrafialového záření rentgenové záření vznik záření, vlastnosti a praktické užití fotometrie fotometrické veličiny, jejich význam a jednotky vztahy mezi fotometrickými veličinami tepelné záření těles v závislosti na jejich teplotě rozdělení energie ve spektru černého tělesa, Wienův posunovací zákon spektra záření látek emisní spektrum spojité a čarové, absorpční spektrum spektrální analýza

18 1) Dva bodové zdroje světla o svítivostech 50 cd a 200 cd jsou od sebe vzdáleny 3 m. Mezi oba zdroje umístíme kolmo na jejich spojnici neprůhledné stínítko. Určete jeho polohu tak, aby bylo z obou stran osvětleno stejně. 2) Nad středem kulatého stolu o poloměru 1 m visí ve výšce 1,5 m žárovka. Jakou musí mít svítivost, má-li být osvětlení celého stolu minimálně 50 lx? 3) V jakém teplotním intervalu vyzařuje černé těleso nejintenzivněji záření, které spadá do viditelné oblasti spektra? Potřebné údaje vyhledejte v tabulkách. 24. ZÁKLADNÍ POZNATKY KVANTOVÉ FYZIKY kvantová hypotéza, energie kvanta záření fotoelektrický jev vnější a vnitřní fotoelektrický jev, užití v praxi Einsteinova teorie a rovnice fotoelektrického jevu Comptonův jev a jeho vysvětlení částicově vlnový dualismus, de Broglieho vlnová délka kvantování energie atomů Bohrův model atomu vodíku, spektrum vodíku kvantově mechanický model atomu kvantová čísla, Pauliho vylučovací princip stimulovaná emise záření, laser 1. Vypočítejte kinetickou energii (v jednotce ev) elektronů uvolněných při vnějším fotoelektrickém jevu z povrchu cesia, dopadá-li na něj ultrafialové záření s vlnovou délkou 300 nm. Potřebné údaje vyhledejte v tabulkách. 2. Určete de Broglieho vlnovou délku elektronu, který má kinetickou energii 3 ev. Potřebné údaje vyhledejte v tabulkách, relativistickou změnu hmotnosti elektronu neuvažujte. 3. Atom vodíku, který je v základním stavu s energií E 1 = 13,6 ev, pohltil dopadající foton o energii 12,75 ev. a) Na kterou energetickou hladinu přešel jeho elektron? b) Jakou vlnovou délku má záření, které vyzáří atom vodíku při přechodu elektronu z této hladiny do stavu s hlavním kvantovým číslem n = 2? Spadá toto záření do viditelné oblasti spektra?

19 25. JADERNÁ FYZIKA modely atomů (Thomsonův, Rutherfordův, kvantově mechanický) složení jádra atomu, jaderné síly vazebná energie jádra, hmotnostní úbytek jádra radioaktivní záření objev a zkoumání radioaktivity přirozená a umělá radioaktivita, vlastnosti záření α, β, γ, β + aktivita zářiče, zákon radioaktivní přeměny jaderné reakce transmutace prvků, transurany jaderná syntéza, neřízená a řízená termojaderná reakce štěpení jader, řetězová reakce, jaderný reaktor 2. V kousku starého dřeva klesl obsah radionuklidu 14 C 6 na 80 % původní hodnoty. Určete stáří dřeva, je-li poločas rozpadu uvedeného nuklidu let. 3. Blok jaderné elektrárny, pracující s účinností 40 %, má elektrický výkon 600 MW. Určete hmotnost 235 U uranu 92, který elektrárna spotřebuje za 1 den. Při štěpení jednoho jádra uranu se uvolní energie 200 MeV, relativní atomová hmotnost uvedeného nuklidu je 235, další údaje vyhledejte v tabulkách. 1. Vypočítejte vazebnou energii (v jednotce MeV) připadající na jeden nukleon jádra uranu U Relativní atomová hmotnost uvedeného nuklidu je 238, další údaje vyhledejte v tabulkách.