Przejdź do treściPrzejdź do informacji o dostępnościMenu skrótów klawiszowych
Logo OpenStax

Spis treści
  1. Przedmowa
  2. Optyka
    1. 1 Natura światła
      1. Wstęp
      2. 1.1 Rozchodzenie się światła
      3. 1.2 Prawo odbicia
      4. 1.3 Załamanie
      5. 1.4 Całkowite wewnętrzne odbicie
      6. 1.5 Rozszczepienie
      7. 1.6 Zasada Huygensa
      8. 1.7 Polaryzacja
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    2. 2 Optyka geometryczna i tworzenie obrazu
      1. Wstęp
      2. 2.1 Obrazy tworzone przez zwierciadła płaskie
      3. 2.2 Zwierciadła sferyczne
      4. 2.3 Obrazy tworzone przez załamanie promieni światła
      5. 2.4 Cienkie soczewki
      6. 2.5 Oko
      7. 2.6 Aparat fotograficzny
      8. 2.7 Proste przyrządy powiększające
      9. 2.8 Mikroskopy i teleskopy
      10. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
    3. 3 Interferencja
      1. Wstęp
      2. 3.1 Doświadczenie Younga z dwiema szczelinami
      3. 3.2 Matematyczny opis interferencji
      4. 3.3 Interferencja na wielu szczelinach
      5. 3.4 Interferencja w cienkich warstwach
      6. 3.5 Interferometr Michelsona
      7. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    4. 4 Dyfrakcja
      1. Wstęp
      2. 4.1 Dyfrakcja na pojedynczej szczelinie
      3. 4.2 Natężenie światła w dyfrakcji na pojedynczej szczelinie
      4. 4.3 Dyfrakcja na podwójnej szczelinie
      5. 4.4 Siatki dyfrakcyjne
      6. 4.5 Otwory kołowe i rozdzielczość
      7. 4.6 Dyfrakcja rentgenowska
      8. 4.7 Holografia
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
  3. Fizyka współczesna
    1. 5 Teoria względności
      1. Wstęp
      2. 5.1 Niezmienność praw fizyki
      3. 5.2 Względność jednoczesności zdarzeń
      4. 5.3 Dylatacja czasu
      5. 5.4 Skrócenie długości w szczególnej teorii względności
      6. 5.5 Transformacja Lorentza
      7. 5.6 Względność prędkości w szczególnej teorii względności
      8. 5.7 Relatywistyczny efekt Dopplera
      9. 5.8 Pęd relatywistyczny
      10. 5.9 Energia relatywistyczna
      11. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
    2. 6 Fotony i fale materii
      1. Wstęp
      2. 6.1 Promieniowanie ciała doskonale czarnego
      3. 6.2 Efekt fotoelektryczny
      4. 6.3 Efekt Comptona
      5. 6.4 Model atomu wodoru Bohra
      6. 6.5 Fale de Broglie’a
      7. 6.6 Dualizm korpuskularno-falowy
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
    3. 7 Mechanika kwantowa
      1. Wstęp
      2. 7.1 Funkcje falowe
      3. 7.2 Zasada nieoznaczoności Heisenberga
      4. 7.3 Równanie Schrӧdingera
      5. 7.4 Cząstka kwantowa w pudełku
      6. 7.5 Kwantowy oscylator harmoniczny
      7. 7.6 Tunelowanie cząstek przez bariery potencjału
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    4. 8 Budowa atomu
      1. Wstęp
      2. 8.1 Atom wodoru
      3. 8.2 Orbitalny magnetyczny moment dipolowy elektronu
      4. 8.3 Spin elektronu
      5. 8.4 Zakaz Pauliego i układ okresowy pierwiastków
      6. 8.5 Widma atomowe i promieniowanie rentgenowskie
      7. 8.6 Lasery
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
    5. 9 Fizyka materii skondensowanej
      1. Wstęp
      2. 9.1 Rodzaje wiązań cząsteczkowych
      3. 9.2 Widma cząsteczkowe
      4. 9.3 Wiązania w ciałach stałych
      5. 9.4 Model elektronów swobodnych w metalach
      6. 9.5 Teoria pasmowa ciał stałych
      7. 9.6 Półprzewodniki i domieszkowanie
      8. 9.7 Przyrządy półprzewodnikowe
      9. 9.8 Nadprzewodnictwo
      10. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    6. 10 Fizyka jądrowa
      1. Wstęp
      2. 10.1 Własności jądra atomowego
      3. 10.2 Energia wiązania jądra
      4. 10.3 Rozpad promieniotwórczy
      5. 10.4 Procesy rozpadu
      6. 10.5 Rozszczepienie jądra atomowego
      7. 10.6 Fuzja jądrowa
      8. 10.7 Skutki biologiczne i zastosowania medyczne promieniowania jądrowego
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    7. 11 Fizyka cząstek elementarnych i kosmologia
      1. Wstęp
      2. 11.1 Wstęp do fizyki cząstek elementarnych
      3. 11.2 Zasady zachowania w fizyce cząstek elementarnych
      4. 11.3 Kwarki
      5. 11.4 Akceleratory i detektory cząstek
      6. 11.5 Model standardowy
      7. 11.6 Wielki Wybuch
      8. 11.7 Ewolucja wczesnego Wszechświata
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
  4. A Jednostki
  5. B Przeliczanie jednostek
  6. C Najważniejsze stałe fizyczne
  7. D Dane astronomiczne
  8. E Wzory matematyczne
  9. F Układ okresowy pierwiastków
  10. G Alfabet grecki
  11. Rozwiązania zadań
    1. Rozdział 1
    2. Rozdział 2
    3. Rozdział 3
    4. Rozdział 4
    5. Rozdział 5
    6. Rozdział 6
    7. Rozdział 7
    8. Rozdział 8
    9. Rozdział 9
    10. Rozdział 10
    11. Rozdział 11
  12. Skorowidz nazwisk
  13. Skorowidz rzeczowy
  14. Skorowidz terminów obcojęzycznych

Zadania dodatkowe

119.

Wyznacz natężenie promieniowania na jednostkę długości fali, emitowanego przy długości fali 500nm500nm \SI{500}{\nano\metre} przez ciało doskonale czarne o temperaturze 10 000K10 000K \SI{10000}{\kelvin}.

120.

Cząsteczka HCl oscyluje z częstotliwością 87THz87THz \SI{87}{\tera\hertz}. Ile wynosi różnica (w eVeV \si{\electronvolt}) pomiędzy jej sąsiednimi poziomami energetycznymi?

121.

Kwantowy oscylator harmoniczny drga z częstotliwością 250THz250THz \SI{250}{\tera\hertz}. Jaka jest minimalna energia promieniowania, którą może wyemitować?

122.

Za około 55 5 miliardów lat Słońce stanie się czerwonym gigantem. Załóżmy, że temperatura jego powierzchni spadnie do około połowy dzisiejszej wartości, która wynosi 6000K6000K \SI{6000}{\kelvin}, a jego promień z dzisiejszych 7108m7108m \SI{7e8}{\metre} zwiększy się do 1,51011m1,51011m \SI{1,5e11}{\metre} (tyle wynosi odległość Ziemi od Słońca). Wyznacz stosunek całkowitej mocy promieniowania Słońca w fazie czerwonego giganta do całkowitej mocy promieniowania Słońca dziś.

123.

Lampa sodowa emituje promieniowanie o mocy 2W2W \SI{2}{\watt}, w większości o długości fali 589nm589nm \SI{589}{\nano\metre}. Oszacuj liczbę fotonów wyemitowanych przez lampę w ciągu 1s1s \SI{1}{\second}.

124.

Fotoelektrony wybijane są z fotoelektrody i rejestrowane w detektorze umieszczonym w odległości 2,5cm2,5cm \SI{2,5}{\centi\metre} od niej. Praca wyjścia z tej elektrody wynosi 2,71eV2,71eV \SI{2,71}{\electronvolt}, a długość fali padającego promieniowania wynosi 420nm420nm \SI{420}{\nano\metre}. Ile czasu potrzebuje fotoelektron na dotarcie do detektora?

125.

Praca wyjścia z metalu wynosi 3,2eV3,2eV \SI{3,2}{\electronvolt}. Ile wynosi maksymalna długość fali fotonu, który jest w stanie wybić fotoelektron z wykonanej z tego metalu fotoelektrody?

126.

Ile wynosi maksymalna prędkość fotoelektronu, wyemitowanego z pewnej powierzchni pod wpływem padającego na nią światła o długości 450nm450nm \SI{450}{\nano\metre}, jeśli praca wyjścia wynosi 2eV2eV \SI{2}{\electronvolt}?

127.

Wiązka światła laserowego o długości fali 400nm400nm \SI{400}{\nano\metre} pada na elektrodę wapniową. Moc lasera wynosi 2mW2mW \SI{2}{\milli\watt}, a praca wyjścia z wapnia to 2,31eV2,31eV \SI{2,31}{\electronvolt}.

  1. Ile fotonów na sekundę wybija ta wiązka?
  2. Jaka jest moc niesiona przez fotoelektrony?
128.
  1. Oblicz liczbę fotoelektronów na sekundę wybijanych z próbki sodu o powierzchni 1mm21mm2 \SI{1}{\milli\metre\squared} przez promieniowanie o długości fali 500nm500nm \SI{500}{\nano\metre} o natężeniu 1,3kWm21,3kWm2 \SI{1,3}{\kilo\watt\per\metre\squared} (tyle wynosi natężenie światła słonecznego powyżej ziemskiej atmosfery);
  2. Wiedząc, że praca wyjścia z tego metalu wynosi 2,28eV2,28eV \SI{2,28}{\electronvolt}, określ, jaka jest moc niesiona przez fotoelektrony.
129.

Praca wyjścia dla fotoelektrody wykonanej z baru wynosi 2,48eV2,48eV \SI{2,48}{\electronvolt}. Wyznacz maksymalną energię kinetyczną wybitych fotoelektronów, gdy na powierzchnię pada

  1. promieniowanie wyemitowane przez 100kW100kW \SI{100}{\kilo\watt} radiostację, nadającą na częstotliwości 800kHz800kHz \SI{800}{\kilo\hertz};
  2. światło laserowe o długości fali 633nm633nm \SI{633}{\nano\metre}, wyemitowane przez laser He-Ne;
  3. światło o długości fali 434nm434nm \SI{434}{\nano\meter}, wyemitowane przez lampę ze zjonizowanym wodorem (tak zwaną lampę wyładowczą).
130.
  1. Wyznacz długość fali fotonu, który porusza się z takim samym pędem co proton o prędkości równej 0,01c0,01c \num{0,01}c;
  2. Ile wynosi energia tego fotonu w MeVMeV \si{\mega\electronvolt}?
  3. Ile wynosi energia tego protonu w MeVMeV \si{\mega\electronvolt}?
131.
  1. Wyznacz wartość pędu fotonu rentgenowskiego o energii 100keV100keV \SI{100}{\kilo\electronvolt};
  2. Wyznacz prędkość neutronu o tym samym pędzie;
  3. Jaka jest energia tego neutronu w eVeV \si{\electronvolt}?
132.

Pęd światła podczas odbicia od lustra ulega dokładnemu odwróceniu pod warunkiem, że założymy, iż lustro nie ulega odrzutowi – tak jak w przypadku cząstek odbijających się od nieruchomej ściany. Załóżmy, że strumień światła o natężeniu 1kWm21kWm2 \SI{1}{\kilo\watt\per\metre\squared} pada na lustro o powierzchni 2m22m2 \SI{2}{\metre\squared}.

  1. Wyznacz energię przekazaną do lustra w ciągu 1s1s \SI{1}{\second};
  2. Jak jest pęd przekazany lustru?
  3. Skorzystaj z drugiego prawa Newtona, aby wyznaczyć siłę działającą na lustro;
  4. Czy założenie o braku odrzutu wydaje się uzasadnione?
133.

Foton o energii 5keV5keV \SI{5}{\kilo\electronvolt} zderza się ze spoczywającym eletronem i rozprasza się pod kątem 60°60° \SI{60}{\degree}. Ile wynosi zmiana energii elektronu?

134.

Foton o długości fali 0,75nm0,75nm \SI{0,75}{\nano\metre} zderza się ze spoczywającym elektronem. Prędkość elektronu po odbiciu wynosi 1,5106ms1,5106ms \SI{1,5e6}{\metre\per\second}.

  1. Wyznacz zmianę długości fotonu;
  2. Wyznacz kąt rozproszenia fotonu.
135.

Wyznacz maksymalną zmianę długości fali promieniowania rentgenowskiego w rozpraszaniu Comptona. Czy ta zmiana zależy od długości fali padającego promieniowania?

136.

Foton o długości fali 700nm700nm \SI{700}{\nano\metre} pada na atom wodoru. Absorpcja tego fotonu powoduje jonizację atomu. Jaka mogła być najniższa orbita zajmowana przez elektron przed jonizacją?

137.

Jaka jest maksymalna energia kinetyczna elektronu, przy której zderzenie tego elektronu ze spoczywającym atomem wodoru w stanie podstawowym na pewno będzie elastyczne?

138.

Pojedynczo zjonizowany atom helu He1+ jest jonem wodoropodobnym.

  1. Ile wynosi promień orbity w stanie podstawowym?
  2. Oblicz energię jego czterech najniższych stanów energetycznych;
  3. Powtórz te obliczenia w przypadku jonu Li2+.
139.

Potrójnie zjonizowany atom berylu Be3+ jest jonem wodoropodobnym. Gdy Be3+ jest w jednym ze stanów wzbudzonych, promień jego orbity jest taki sam jak promień pierwszej orbity w atomie wodoru. Wyznacz stopień wzbudzenia tego stanu i jego energię jonizacji.

140.

W środowisku o ekstremalnie wysokiej temperaturze, takim jak korona słoneczna, atomy podlegają jonizacji na skutek zderzeń z innymi atomami. Jednym z przykładów występowania takiej jonizacji jest obecność w koronie słonecznej jonu C5+, którego obecność wykryta została w widmie Fraunhofera.

  1. O jaki czynnik zmieniają się energie stanów C5+ w stosunku do spektrum atomu wodoru?
  2. Jaka jest długość pierwszej linii w serii Paschena dla C5+?
  3. W jakiej części widma znajdują się linie tej serii?
141.
  1. Wyznacz energię jonizacji dla He+;
  2. Jaka jest najniższa częstotliwość fotonu, który może spowodować jonizację He+?
142.

Współcześnie przeprowadza się eksperymenty z ultrazimnymi neutronami, o bardzo małych prędkościach, nawet rzędu 1ms1ms \SI{1}{\metre\per\second}. Znajdź długość fali takiego neutronu i jego energię kinetyczną.

143.

Wyznacz prędkość i energię kinetyczną neutronu, którego długość fali wynosi 6fm6fm \SI{6}{\femto\metre} (energia spoczynkowa neutronu wynosi E0=940MeVE0=940MeV E_0=\SI{940}{\mega\electronvolt}).

144.

Odległość między sąsiednimi płaszczyznami kryształu NaCl wynosi 0,281nm0,281nm \SI{0,281}{\nano\metre} i wyznaczona została przez dyfrakcję promieni rentgenowskich o długości fali 0,17nm0,17nm \SI{0,17}{\nano\metre}. Ile wynosi energia neutronu w wiązce neutronowej tworzącej wzór dyfrakcyjny z maksimami w tych samych miejscach?

145.

Ile wynosi długość fali elektronu przyspieszonego (ze stanu spoczynku) za pomocą różnicy potencjałów 30kV30kV \SI{30}{\kilo\volt}?

146.

Wyznacz prędkość elektronu o długości fali 1µm1µm \SI{1}{\micro\metre} oraz różnicę potencjału, której użyto do rozpędzenia go do takiej prędkości ze stanu spoczynku.

147.

W akceleratorze rozpędzono protony do prędkości 0,25c0,25c \num{0,25}c. Jaka jest ich długość fali przy tej prędkości? Ile wynosi ich energia kinetyczna? Jaką trzeba by przyłożyć różnicę potencjałów, gdyby chciano rozpędzić protony do tej prędkości podczas jednego przejścia (energia spoczynkowa protonu wynosi E0=938MeVE0=938MeV E_0=\SI{938}{\mega\electronvolt})?

148.

Wyznacz długość fali de Broglie’a elektronu przyspieszonego ze stanu spoczynku przez różnicę potencjałów 100keV100keV \SI{100}{\kilo\electronvolt} (energia spoczynkowa elektronu wynosi E0=511keVE0=511keV E_0=\SI{511}{\kilo\electronvolt}).

149.

Graniczna długość fali dla efektu fotoelektrycznego na pewnej powierzchni wynosi 500nm500nm \SI{500}{\nano\metre}. Wyznacz maksymalną energię kinetyczną wybitych elektronów, gdy na powierzchnię tę skierujemy wiązkę światła o długości fali 450nm450nm \SI{450}{\nano\metre}.

150.

Porównaj zmianę długości fali fotonu rozproszonego na swobodnym elektronie ze zmianą długości fali podczas rozpraszania na protonie.

151.

Spektrometr użyty do pomiaru długości fal rentgenowskich, rozproszonych w zjawisku Comptona, ma dokładność pomiaru 510-4nm510-4nm \SI{5e-4}{\nano\metre}. Jaki jest najmniejszy kąt rozproszenia, dla którego wciąż możemy rozróżnić fale rentgenowskie rozproszone na elektronie od tych rozproszonych na atomach?

152.

Rozważ jon wodoropodobny, w którym elektron krąży wokół jądra o ładunku q=+Zeq=+Ze q=+Ze. Wyprowadź wzór na energię EnEn E_n elektronu na nn n-tej orbicie i promień tej orbity.

153.

Załóż, że atom wodoru jest w n=2n=2 n=2 stanie wzbudzonym przez 10-8s10-8s 10^{-8}\si{\second}, zanim spadnie do stanu podstawowego. Ile razy elektron okrąży w tym czasie jądro? Ile czasu zajęłoby Ziemi okrążenie Słońca tyle samo razy?

154.

Atom mionowy powstaje, gdy mion zostaje wychwycony przez proton. Mion ma taki sam ładunek jak elektron, ale jest od niego 207207 207 razy cięższy. Wyznacz częstotliwość fotonu emitowanego przy przejściach ze stanu n=2n=2 n=2 do n=1n=1 n=1. Załóż, że mion krąży wokół spoczywającego protonu.

Cytowanie i udostępnianie

Ten podręcznik nie może być wykorzystywany do trenowania sztucznej inteligencji ani do przetwarzania przez systemy sztucznej inteligencji bez zgody OpenStax lub OpenStax Poland.

Chcesz zacytować, udostępnić albo zmodyfikować treść tej książki? Została ona wydana na licencji Uznanie autorstwa (CC BY) , która wymaga od Ciebie uznania autorstwa OpenStax.

Cytowanie i udostępnienia
  • Jeśli rozpowszechniasz tę książkę w formie drukowanej, umieść na każdej jej kartce informację:
    Treści dostępne za darmo na https://openstax.org/books/fizyka-dla-szk%C3%B3%C5%82-wy%C5%BCszych-tom-3/pages/1-wstep
  • Jeśli rozpowszechniasz całą książkę lub jej fragment w formacie cyfrowym, na każdym widoku strony umieść informację:
    Treści dostępne za darmo na https://openstax.org/books/fizyka-dla-szk%C3%B3%C5%82-wy%C5%BCszych-tom-3/pages/1-wstep
Cytowanie

© 21 wrz 2022 OpenStax. Treść książki została wytworzona przez OpenStax na licencji Uznanie autorstwa (CC BY) . Nazwa OpenStax, logo OpenStax, okładki OpenStax, nazwa OpenStax CNX oraz OpenStax CNX logo nie podlegają licencji Creative Commons i wykorzystanie ich jest dozwolone wyłącznie na mocy uprzedniego pisemnego upoważnienia przez Rice University.