Příklad 1 (25 bodů) Částice nesoucí náboj q vletěla do magnetického pole o magnetické indukci B ( 0,0, B)

Podobné dokumenty
Řešení: Nejdříve musíme určit sílu, kterou působí kladka proti směru pohybu padajícího vědra a napíná tak lano. Moment síly otáčení kladky je:

(1 + v ) (5 bodů) Pozor! Je nutné si uvědomit, že v a f mají opačný směr! Síla působí proti pohybu.

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2015

3.3. Operace s vektory. Definice

plochy oddělí. Dále určete vzdálenost d mezi místem jeho dopadu na

Příklad 3 (25 bodů) Jakou rychlost musí mít difrakčním úhlu 120? -částice, abychom pozorovali difrakční maximum od rovin d hkl = 0,82 Å na

Dvojné a trojné integrály příklad 3. x 2 y dx dy,

3. Vlny. 3.1 Úvod. 3.2 Rovnice postupné vlny v bodové řadě a v prostoru

11. cvičení z Matematické analýzy 2

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2016) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2014

Příklady pro předmět Aplikovaná matematika (AMA) část 1

4.1 Řešení základních typů diferenciálních rovnic 1.řádu

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2017) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

Praktikum III - Optika

Dilatace času. Řešení Čas t 0 je vlastní čas trvání děje probíhajícího na kosmické lodi. Z rovnice. v 1 c. po dosazení za t 0 a v pak vyplývá t

12 Rozvinutelné a zborcené plochy

Kinetická teorie plynů

3. VEKTOROVÝ POČET A ANALYTICKÁ GEOMETRIE

Geometrie. RNDr. Yvetta Bartáková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou

1. Náhodný vektor (X, Y ) má diskrétní rozdělení s pravděpodobnostní funkcí p, kde. p(x, y) = a(x + y + 1), x, y {0, 1, 2}.

Difrakce elektronů v krystalech, zobrazení atomů

FYZIKA 2. ROČNÍK. Pozorovaný pohyb vlny je pohybem stavu hmoty, a nikoli pohybem hmoty samé.

c) vysvětlení jednotlivých veličin ve vztahu pro okamžitou výchylku, jejich jednotky

7 Gaussova věta 7 GAUSSOVA VĚTA. Použitím Gaussovy věty odvod te velikost vektorů elektrické indukce a elektrické intenzity pro

POHYBY V GRAVITAČNÍM POLI ZEMĚ POHYBY TĚLES V HOMOGENNÍM TÍHOVÉM POLI ZEMĚ

Matematika 1 MA1. 1 Analytická geometrie v prostoru - základní pojmy. 4 Vzdálenosti. 12. přednáška ( ) Matematika 1 1 / 32

Řešení: Nejprve musíme napsat parametrické rovnice křivky C. Asi nejjednodušší parametrizace je. t t dt = t 1. x = A + ( B A ) t, 0 t 1,

Student(ka): Písemná část státní závěrečné zkoušky Fyzika (učitelství) červen Bodové hodnocení: Hodnotil(a): Celkové hodnocení testu:

vzdálenost těžiště (myslí se tím těžiště celého tělesa a ne jeho jednotlivých částí) od osy rotace

Na obrázku je nakreslen vlak, který se pohybuje po přímé trati, nakresli k němu vhodnou souřadnou soustavu. v

6. cvičení. Technické odstřely a jejich účinky

Světlo elektromagnetické vlnění

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2018) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2014

Výpočet stability (odolnosti koryta)

y ds, z T = 1 z ds, kde S = S

10. cvičení z Matematické analýzy 2

1. Millerovy indexy, reciproká mřížka

Obsah a průběh zkoušky 1PG

1. Ze zadané hustoty krystalu fluoridu lithného určete vzdálenost d hlavních atomových rovin.

Skalární a vektorový popis silového pole

Fyzika pro chemiky II

Theory Česky (Czech Republic)

PŘEDNÁŠKA 9 KŘIVKOVÝ A PLOŠNÝ INTEGRÁL 1. DRUHU

Speciální teorie relativity IF relativistická kinematika

14. cvičení z Matematické analýzy 2

Proudění reálné tekutiny

Laboratorní práce č. 4: Úlohy z paprskové optiky

[obrázek γ nepotřebujeme, interval t, zřejmý, integrací polynomu a per partes vyjde: (e2 + e) + 2 ln 2. (e ln t = t) ] + y2

ELEKTROSTATIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 2. ročník

MATEMATIKA III. Olga Majlingová. Učební text pro prezenční studium. Předběžná verze

Krystalografie a strukturní analýza

Výpočet stability (odolnosti koryta)

Projekty - Vybrané kapitoly z matematické fyziky

11. cvičení z Matematické analýzy 2

b) Maximální velikost zrychlení automobilu, nemají-li kola prokluzovat, je a = f g. Automobil se bude rozjíždět po dobu t = v 0 fg = mfgv 0

Fourierovská optika a speciální optické aplikace

1) Zvolíme vztažný výkon; v tomto případě to může být libovolné číslo, například S v

KLASICKÁ MECHANIKA. Předmětem mechaniky matematický popis mechanického pohybu v prostoru a v čase a jeho příčiny.

FYZIKA I. Rovnoměrný, rovnoměrně zrychlený a nerovnoměrně zrychlený translační pohyb

Na obrázku je nakreslený vlak, který se pohybuje po přímé trati, nakresli k němu vhodnou souřadnou soustavu. v

Kvantitativní fázová analýza

Řešíme tedy soustavu dvou rovnic o dvou neznámých. 2a + b = 3, 6a + b = 27,

1. a) Určete parciální derivace prvního řádu funkce z = z(x, y) dané rovnicí z 3 3xy 8 = 0 v

rovnic), Definice y + p(x)y = q(x), Je-li q(x) = 0 na M, nazývá se y + p(x)y =

27. Vlnové vlastnosti světla

Substituce ve vícenásobném integrálu verze 1.1

MATEMATIKA II - vybrané úlohy ze zkoušek v letech

MATEMATIKA II - vybrané úlohy ze zkoušek ( 2015)

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium Studijní program Fyzika obor Učitelství fyziky matematiky pro střední školy

Obsah Obyčejné diferenciální rovnice

2. Difrakce elektronů na krystalu

Lineární diferenciální rovnice 1. řádu verze 1.1

6.3.4 Jaderná síla. Předpoklady: , ,

Přijímací zkouška pro nav. magister. studium, obor učitelství F-M, 2012, varianta A

7. SEMINÁŘ Z MECHANIKY

Pojmy z kombinatoriky, pravděpodobnosti, znalosti z kapitoly náhodná veličina, znalost parciálních derivací, dvojného integrálu.

diferenciální rovnice verze 1.1

Vlnění první sada Equation Chapter 1 Section 1

Elektromagnetické pole je generováno elektrickými náboji a jejich pohybem. Je-li zdroj charakterizován nábojovou hustotou ( r r

12 Trojný integrál - Transformace integrálů

V = π f 2 (x) dx. f(x) 1 + f 2 (x) dx. x 2 + y 2 = r 2

f(x) = arccotg x 2 x lim f(x). Určete všechny asymptoty grafu x 2 2 =

4. V jednom krychlovém metru (1 m 3 ) plynu je 2, molekul. Ve dvou krychlových milimetrech (2 mm 3 ) plynu je molekul

CVIČENÍ č. 3 STATIKA TEKUTIN

13. cvičení z Matematické analýzy 2

NEDESTRUKTIVNÍ ZKOUŠENÍ

1.6.5 Vodorovný vrh. Předpoklady: Pomůcky: kulička, stůl, případně metr a barva (na měření vzdálenosti doapdu a výšky stolu).

Vibrace atomů v mřížce, tepelná kapacita pevných látek

Vznik a šíření elektromagnetických vln

Fabry Perotův interferometr

Fourierovské metody v teorii difrakce a ve strukturní analýze

Řešení úloh 1. kola 60. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D Autor úloh: J. Jírů. = 30 s.

Mikroskopické metody Přednáška č. 3. Základy mikroskopie. Kontrast ve světelném mikroskopu

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2017 Studijní program: Fyzika Studijní obory: FFUM

DIFRAKCE ELEKTRONŮ V KRYSTALECH, ZOBRAZENÍ ATOMŮ

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Ampérův zákon

13. Spektroskopie základní pojmy

Fyzika II, FMMI. 1. Elektrostatické pole

Transkript:

Přijímací zkouška na naazující magisterské studium - 05 Studijní program Fyzika - šechny obory kromě Učitelstí fyziky-matematiky pro střední školy, Varianta A Příklad Částice nesoucí náboj q letěla do magnetického pole o magnetické indukci B ( 0,0, B) rychlostí 0 = ( 0x, 0y, 0z). Uažujte pouze působení Lorentzoy síly. a) Určete složky síly působící na částici. b) Určete složky rychlosti částice. c) Určete trajektorii pohybu částice. Příklad Kondenzátor je tořen děma elmi dlouhými souosými álcoými elektrodami o poloměrech a a b (a<b) a ýšce l. Prostor mezi elektrodami je yplněn děma dielektriky o stejných tloušťkách d a permitiitách a způsobem yznačeným na obrázku. Na nitřní elektrodu kondenzátoru je přenesen náboj. a) Určete elikost a směr intenzity elektrického pole E části kondenzátoru yplněné dielektrikem o permitiitě a E části kondenzátoru yplněné dielektrikem o permitiitě. b) Spočtěte plošnou hustotu olného náboje (b) na nější elektrodě kondenzátoru. c) Spočtěte plošnou hustotu ázaného náboje P(a) té části dielektrika o permitiitě, která je kontaktu s nitřní elektrodou. d) Odoďte ýraz pro kapacitu tohoto kondenzátoru. Nehomogenity pole na okrajích kondenzátoru zanedbejte. Příklad 3 V mikroskopu pozorujeme prošlém sětle Newtonoy kroužky, tj. interferenci sětla na zduchoé mezeře (index lomu zduchu n 0 = ) mezi skleněnou roinnou destičkou a ploskoypuklou čočkou, která je zdola ozářená sodíkoou ýbojkou (λ = 589 nm).) a) Napište podmínku destruktiní interference (tmaého kroužku). b) Určete poloměr křiosti čočky R, je-li poloměr třetího tmaého kroužku r 3 = mm. Předpokládejte, že tloušťka zduchoé mezery je mnohem menší než R. c) Jak se změní hodnota poloměru r 3, yplníme-li mezeru odou (index lomu ody n = 4/3)? Výsledky stačí yjádřit obecně. R r Příklad 4 Měď krystaluje kubické plošně centroané krystaloé soustaě. Hustota mědi je 890 kg m -3. a) Elementární buňku načrtněte. Vypočtěte mřížkoou konstantu. Výpočet stačí s přesností na platnou číslici bez použití kalkulačky. b) Při jakém úhlu budeme pozoroat difrakční maximum od systému roin (00), íme-li, že bylo použito monochromatické záření o lnoé délce 0,5 nm? Měření bylo proedeno při teplotě 93 K. c) Do jakého úhlu se posune difrakční maximum téhož systému roin, budeme-li měření proádět při teplotě 773 K? Lineární koeficient teplotní roztažnosti mědi α = 7.0-6 K -. Velikosti úhlů yjádřete pouze obecně, číselné hodnoty nedosazujte, jsou pouze informatiní. Aogadroa konstanta N A = 6,0. 0 3 mol -, atomoá hmotnostní jednotka m u=,66. 0-7 kg. Relatiní atomoá hmotnost A r = 63,55.

Příklad Částice nesoucí náboj q letěla do magnetického pole o magnetické indukci B ( 0,0, B) rychlostí 0 = (0x,0y,0z). Uažujte pouze působení Lorentzoy síly a) Určete složky síly působící na částici. b) Určete složky rychlosti částice. c) Určete trajektorii pohybu částice. Řešení: a) Na částici působí Lorentzoa síla V našem případě je kde E 0 F q( E B), tudíž Lorentoza síla má tar F q( B) ( x, y, z ) Po ektoroém ynásobení má ektor síly tar F qb y, qb,0) ( x ( body) Pohyboá ronice má tar Z této ronice získáme d x qb dy dt m dt d y qb dx dt m dt d z 0 dt Označíme-li dostaneme 3 () () d x dx (4) 3 dt dt F ma (3) qb, deriujeme-li ronici () a do ýsledku dosadíme z ronice (), potom m Řešení této ronice hledáme e taru x dx Acos( t) Bsin( t) dt S použitím ronice () dostaneme pro y-oou složku rychlosti

y a pro z-oou složku dostaneme dy dt d x dt Asin( t) B cos( t) dz z C dt Po uážení počátečních podmínek čase t=0, 0 dostaneme Složky ektoru rychlosti částice jsou tedy x A 0x B 0 y C 0 y cos( t) 0 sin( ) 0x y t y sin( t) 0 cos( ) 0x y t z 0z Složky x a y popisují kruhoý pohyb roině x-y. Složka z popisuje ronoměrný pohyb podél z-oé osy Pro získání popisu trajektorie pohybu integrujeme ektor rychlosti podle času po složkách. S yužitím separace proměnných dostaneme pro x-oou složku dx 0 x cos( t) 0 sin( t) dt Po integraci a uážení okrajoých podmínek pro t=0 dostaneme 0 y 0x 0 y x x0 sin( t) cos( t) Obdobně pro y-oou a z-oou složku dostaneme 0x 0x 0 y y y0 cos( t) sin( t) x z 0 0z t y Trajektorií pohybu je tedy šrouboice.

Příklad Kondenzátor je tořen děma elmi dlouhými souosými álcoými elektrodami o poloměrech a a b (a<b) a ýšce l. Prostor mezi elektrodami je yplněn děma dielektriky o stejných tloušťkách d a permitiitách a způsobem yznačeným na obrázku. Na nitřní elektrodu kondenzátoru je přenesen náboj. a) Určete elikost a směr intenzity elektrického pole E části kondenzátoru yplněné dielektrikem o permitiitě a E části kondenzátoru yplněné dielektrikem o permitiitě. b) Spočtěte plošnou hustotu olného náboje (b) na nější elektrodě kondenzátoru. c) Spočtěte plošnou hustotu ázaného náboje P(a) té části dielektrika o permitiitě, která je kontaktu s nitřní elektrodou. d) Odoďte ýraz pro kapacitu tohoto kondenzátoru. Nehomogenity pole na okrajích kondenzátoru zanedbejte Řešení: a) Pro álcoé plochy S a S procházející dielektriky o permitiitách a platí podle Gaussoa zákona pro dielektrika D ds D ds Z důodů symetrie bude směr intenzity elektrického pole E a elektrické indukce D radiální a pro jejich elikost platí Odtud dostááme D rl D r l E r l Er l E lr a E lr pro r ϵ (a, a+d) a r ϵ (a+d, b) (8 bodů) b) Na nější elektrodě se indukuje náboj -. Díky ětší ploše je hustota olného náboje na nější elektrodě menší než na nitřní ( b) bl c) Pro hustotu ázaného náboje platí Vektor polarizace spočteme ze tahu p P n

Po yjádření P D E P 0 E a dosazení E(a) (část a) za E dostááme d) Kapacita je definoána jako p 0 ( a) P al C Pro její ýpočet tedy musíme znát napětí mezi oběma elektrodami. To lze spočítat s použitím ýsledků části a) b Edr a ad E dr Odtud plyne níže uedený ýraz pro a b E dr ad C a C a d b ln ln l a l a d Alternatiní postup, který neyžaduje znalost ýsledků z části a) je možné založit např. na znalosti kapacity C0 álcoého kondenzátoru bez ložených dielektrik. Pro takoý kondenzátor napětí mezi oběma elektrodami spočítáme z intenzity elektrického pole určené pomocí Gaussoa zákona elektrostatiky E ds => E 0 0 lr b Edr a b b ln ra ln 0l l a 0l C0 ln( b / a) 0 Po ložení dielektrik bude platit následující ztah mezi úbytkem napětí mezi elektrodami a na jednotliých rstách dielektrika Kapacitu lze tedy spočíst jako kapacitu sérioě zapojeného kondenzátoru, kde permitiitu akua nahradíme permitiitou příslušného dielektrika, a poloměry elektrod rozměry dielektrik C C C C a d ln l a b ln l a d C l l a d b ln ln a d b a a d ln a a d (9 bodů)

Příklad 3 V mikroskopu pozorujeme prošlém sětle Newtonoy kroužky, tj. interferenci sětla na zduchoé mezeře (index lomu zduchu n0 = ) mezi skleněnou roinnou destičkou a ploskoypuklou čočkou, která je zdola ozářená sodíkoou ýbojkou (λ = 589 nm). a) Napište podmínku destruktiní interference (tmaého kroužku). b) Určete poloměr křiosti čočky R, je-li poloměr třetího tmaého kroužku r3 = mm. Předpokládejte, že tloušťka zduchoé mezery je mnohem menší než R. c) Jak se změní hodnota poloměru r3, yplníme-li mezeru odou (index lomu ody n = 4/3)? Výsledky stačí yjádřit obecně. R r Řešení: a) Při odrazu na opticky hustším prostředí dochází ke změně fáze o π ( body) Protože jsou tam da odrazy na opticky hustším prostředí, podmínka pro destruktiní interferenci je kde t je tloušťka mezery daném místě a k kladné celé číslo. n 0 t = kλ λ, b) Tloušťka mezery záislosti na zdálenosti r od středu čočky je r + (R t) = R Při uážení t << R dostaneme t = r R Dosazením do podmínky destruktiní interference obdržíme pro poloměr křiosti čočky R = n 0r (k )λ (3 bodů) což pro třetí tmaý proužek dá R = r 3 (= 0,68 m) (3 )λ c) Pro dané R můžeme psát n r = n 0 r r 3 = n 0 n r 3(= 0,87 m) (6 bodů)

Příklad 4 Měď krystaluje kubické plošně centroané krystaloé soustaě. Hustota mědi je 890 kg m -3. a) Elementární buňku načrtněte. Vypočtěte mřížkoou konstantu. Výpočet stačí s přesností na platnou číslici bez použití kalkulačky. b) Při jakém úhlu budeme pozoroat difrakční maximum od systému roin (00), íme-li, že bylo použito monochromatické záření o lnoé délce 0,5 nm? Měření bylo proedeno při teplotě 93 K. c) Do jakého úhlu se posune difrakční maximum téhož systému roin, budeme-li měření proádět při teplotě 773 K? Lineární koeficient teplotní roztažnosti mědi α = 7.0-6 K -. Velikosti úhlů yjádřete pouze obecně, číselné hodnoty nedosazujte, jsou pouze informatiní. Aogadroa konstanta NA = 6,0. 0 3 mol -, atomoá hmotnostní jednotka mu=,66. 0-7 kg. Relatiní atomoá hmotnost Ar = 63,55. Řešení: a) Plošně centroaná buňka obsahuje 4 atomy (bázoé body). Použít zorec pro hustotu (n = 4): nebo ekialentní ztah: ρ = n A r M u NA a 3 ρ = n A rm u a 3 a je mřížkoá konstanta, Ar je relatiní atomoá hmotnost, Mu je molární hmotoá konstanta (0-3 kg mol - ). 3 a = n A rm u ρ

3 = 4 60,7 0 7 kg 9 0 3 kg m 3 3 = 45 0 0 m = 0,3 0,4 nm ( body) (přesně a = 0,36nm, stačí řádoě dobře) b) Meziroinná zdálenost d00 = a je totožná s mřížkoou konstantou (nejlépe z náčrtku). Dále aplikoat Braggů zákon: Kde n = je řád difrakce, tedy: d hkl sin θ = nλ sin θ = λ = λ d 00 a c) Zde je třeba použít zoreček pro teplotní roztažnost a opět použít Braggů zákon : λ sin θ = = d 00 ( + αδt)