Đề thi học kì 1 môn Vật lí 3 năm 2022-2023 có đáp án - Trường Đại học sư phạm Kỹ thuật, TP HCM

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

3
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề thi học kì 1 môn Vật lí 3 năm 2022-2023 có đáp án - Trường Đại học sư phạm Kỹ thuật, TP HCM sưu tầm để gửi tới các bạn đang trong quá trình ôn thi kết thúc học phần, giúp sinh viên củng cố lại phần kiến thức đã học và nâng cao kĩ năng giải đề thi. Chúc các bạn học tập và ôn thi hiệu quả!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề thi học kì 1 môn Vật lí 3 năm 2022-2023 có đáp án - Trường Đại học sư phạm Kỹ thuật, TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐỀ THI HỌC KỲ I NĂM HỌC 2022-2023 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Môn thi: Vật lý 3 KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG Mã môn học: PHYS131102 Đề số: 01. Đề thi có 01 trang. ------------------------- Ngày thi: 27/12/2022. Thời gian: 90 phút. Được phép sử dụng một tờ giấy A4 chép tay. Câu 1:(1 điểm) Trình bày các tiên đề của lý thuyết tương đối hẹp. Câu 2: (2 điểm) Một phi hành gia đang du hành trên tàu vũ trụ chuyển động với vận tốc 0,5c so với Trái đất. Phi hành gia tự đo nhịp tim thấy 75 nhịp/phút. Các tín hiệu xung tim của phi hành gia được truyền tới Trái đất khi tàu vũ trụ chuyển động theo hướng vuông góc với đường nối tàu với người quan sát trên Trái đất. a. Người quan sát trên Trái đất thấy nhịp tim của phi hành gia bằng bao nhiêu? b. Kết quả trên sẽ bằng bao nhiêu nếu tốc độ của tàu vũ trụ tăng lên đến 0,99c? Câu 3: (2 điểm). Một bóng đèn dây tóc vôn-fram nóng sáng ở nhiệt độ 2900 K. Xem dây tóc bóng đèn như một vật đen tuyệt đối. a. Vẽ đồ thị công suất bức xạ của bóng đèn theo bước sóng. b. Xác định bước sóng ánh sáng mà dây tóc phát xạ mạnh nhất. c. Giải thích tại sao việc sử dụng đèn dây tóc gây tốn nhiều năng lượng hao phí. Câu 4: (1,5 điểm) Tia X có năng lượng 300 keV tán xạ với electron trong thí nghiệm Compton. Xét tia tán xạ tạo với phương tia tới một góc 370. a. Xác định bước sóng tia X sau khi tán xạ tại góc này này. b. Tính năng lượng của tia tán xạ. c. Xác định động năng thu được của electron. Câu 5:(1,5 điểm) Một electron bị nhốt trong hố thế sâu, nằm ở trạng thái cơ bản (n = 1) với năng lượng 2,0 eV. a. Xác định bước sóng de-Broglie của electron ở trạng thái cơ bản này. b. Tính bề rộng của hố thế. c. Cần cung cấp năng lượng bao nhiêu để electron dịch chuyển lên trạng thái kích thích đầu tiên? 1
Câu 6: (2 điểm) Một photon có năng lượng 2,28 eV được hấp thụ bởi nguyên tử hydrogen. a. Tìm trạng thái nguyên tử tương ứng với số lượng tử chính n nhỏ nhất mà nguyên tử có thể bị ion hóa bởi photon. b. Tính vận tốc của electron khi rời khỏi trạng thái trên và đi ra xa. Cho biết: Tốc độ ánh sáng trong chân không : 𝑐 = 2,998 × 108 (m/s) W Hằng số Stefan-Boltzmann : 𝜎 = 5,67 × 10−8 ( ) m2 .K4 Hằng số dịch chuyển Wien: 𝑏 = 2,898 × 10−3 (m. K) Hằng số Planck : ℎ = 6,626 × 10−34 (J. s) Khối lượng electron : 𝑚 𝑒 = 9,11 × 10−31 (kg) Bán kính Bohr : 𝑎0 = 5,29 × 10−11 (m) Hằng số Rydberg : 𝑅H = 1,097 × 107 (m−1 ) Ghi chú:Cán bộ coi thi không được giải thích đề thi. Ngày 14 tháng 12 năm 2022 Thông qua bộ môn 2
Đáp án và bảng điểm Vật lý 3 - Hệ đại trà Thi ngày 27/12/2022 Người soạn: Trần Hải Cát Câu Lời giải Điểm 1 Hai tiên đề của lý thuyết tương đối hẹp: - Tiên đề 1: Các định luật vật lý diễn ra như nhau trong mọi hệ quy 0,5 chiếu quán tính. - Tiên đề 2: Tốc độ ánh sáng trong chân không là như nhau trong 0,5 mọi hệ quy chiếu. 2 a. Theo công thức về sự trôi chậm của thời gian: ∆𝑡 = 𝛾∆𝑡 𝑝 trong đó: 1 𝛾= = 1,15 √1 − ( 0,5𝑐 2 ) 𝑐 Như vậy theo quan điểm của quan sát viên từ Trái đất, thời gian nói chung và nhịp tim nói riêng của phi hành gia bị chậm đi 𝛾 = 1,15 lần. Nhịp tim quan sát được từ Trái đất bằng 75/1,15 = 65 (nhịp/phút). b. Tương tự câu (a), khi tốc độ phi hành gia bằng 0,99c: 1 𝛾= = 7,09 √1 − ( 0,99𝑐 2 ) 𝑐 Nhịp tim chậm lại còn 75/7,09 = 10,6 (nhịp/phút). 3 a. Đồ thị công suất bức xạ theo bước sóng có dạng như hình dưới. Tuỳ vào nhiệt độ mà đỉnh phổ sẽ nằm ở vị trí khác nhau theo định luật Wien. (Thí sinh có thể vẽ đường cong gần giống với đường 3000K). 0,5 b. Theo định luật chuyển dịch Wien, bước sóng tương ứng với công suất bức xạ mạnh nhất tỉ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối: 𝜆 𝑚𝑎𝑥 𝑇 = 2,898 × 10−3 (m. K) 1,0 Tại nhiệt độ 𝑇 = 2900 K: 2,898 × 10−3 𝜆 𝑚𝑎𝑥 = = 999 (nm) 2900 c. Bóng đèn dây tóc trên thực tế làm việc tại nhiệt độ quanh giá trị đã cho của đề bài. Đỉnh của phổ bức xạ nằm lệch về phía hồng ngoại (𝜆 𝑚𝑎𝑥 = 0,5 999 nm), kết hợp với quan sát trên đồ thị câu (a), có thể thấy diện tích Trang 1
tạo với trục hoành của vùng hồng ngoại chiếm phần lớn. Điều này tương ứng với phần lớn năng lượng bức xạ của bóng đèn là thuộc về hồng ngoại. Chỉ một phần không lớn năng lượng bức xạ thuộc về ánh sáng nhìn thấy. 4 a. Bước sóng của tia tán xạ chênh lệch với bước sóng của tia tới được tính theo công thức dịch chuyển Compton: ℎ 6,626 × 10−34 ∆𝜆 = (1 − cos 𝜃) = (1 − cos 370 ) 𝑚𝑒 𝑐 9,11 × 10−31 ∙ 2,998 × 108 = 4,89 ∙ 10−4 (nm) Bước sóng của tia tới được tính qua liên hệ với năng lượng đã cho: ℎ𝑐 6,626 × 10−34 ∙ 2,998 × 108 0,5 𝜆0 = = = 4,13 ∙ 10−3 (nm) 𝐸0 300 × 103 Như vậy tia tán xạ có bước sóng: 𝜆′ = 𝜆0 + ∆𝜆 = 4,13 ∙ 10−3 + 4,89 ∙ 10−4 = 4,62 ∙ 10−3 (nm) b. Năng lượng của tia tán xạ suy ra từ bước sóng tìm được ở câu (a): ℎ𝑐 6,626 × 10−34 ∙ 2,998 × 108 0,5 𝐸′ = = = 268 (keV) 𝜆′ 4,62 × 10−3 c. Theo định luật bảo toàn năng lượng, động năng thu được của electron bằng năng lượng mất đi của photon khi tán xạ: 0,5 𝐾 𝑒 = 𝐸0 − 𝐸 ′ = 300 − 268 = 32 (keV) 5 a. Một electron chuyển động với động năng 𝐸1 = 2,0 eV tương ứng với một sóng de-Broglie có bước sóng: ℎ ℎ 6,626 × 10−34 𝜆= = = 0,5 𝑝 √2𝑚 𝑒 𝐸 √2 ∙ 9,11 × 10−31 ∙ 2,0 × 1,6 × 10−19 = 0,868 (nm) b. Trạng thái cơ bản của electron trong hố thế tương ứng với sóng dừng 𝑛 = 1 bụng sóng. Do đó bề rộng của hố thế bằng: 𝜆 0,868 𝐿= = = 0,434 (nm) 0,5 2 2 Hoặc có thể dùng công thức năng lượng: ℎ2 𝐸1 = 8𝑚 𝑒 𝐿2 để suy ra bề rộng 𝐿. c. Trạng thái kích thích đầu tiên tương ứng với sóng dừng 𝑛 = 2 bụng sóng: 𝜆 𝐿 =2∙ 2 và năng lượng: 𝑝2 ℎ2 0,5 𝐸𝑛 = = ∙ 𝑛2 2𝑚 𝑒 8𝑚 𝑒 𝐿2 (6,626 × 10−34 )2 𝐸2 = −31 ∙ (0,434 × 10−9 )2 ∙ 22 = 8,0 (eV) 8 ∙ 9,11 × 10 Năng lượng cần cung cấp thêm để electron chuyển lên trạng thái 𝑛 = 2: ∆𝐸 = 𝐸2 − 𝐸1 = 8,0 − 2,0 = 6,0 (eV) 5 a. Các mức năng lượng của electron trong nguyên tử hydrogen có giá trị bằng: 13,6 𝐸 𝑛 = − 2 (eV) 𝑛 Trang 2
Từ đó có thể thấy năng lượng để ion hoá nguyên tử từ trạng thái cơ bản 𝑛 = 1 bằng: 13,6 (eV) = 13,6 (eV) 12 Từ trạng thái 𝑛 = 2 bằng: 0,5 13,6 (eV) = 3,40 (eV) 22 Từ trạng thái 𝑛 = 3 bằng: 13,6 (eV) = 1,51 (eV) 32 … Theo đề bài, photon với năng lượng 2,28 (eV) chỉ đủ để ion hoá nguyên 0,5 tử ở trạng thái 𝑛 = 3 trở lên. b. Sau khi bị ion hoá từ trạng thái 𝑛 = 3 nhờ photon có năng lượng 2,28 (eV), electron bị văng ra còn dư một động năng bằng: 0,5 𝐾 𝑒 = 2,28 − 1,51 = 0,77 (eV) Động năng này tương ứng với tốc độ: 2𝐾 𝑒 2 ∙ 0,77 × 1,6 × 10−19 𝑣=√ =√ = 520 (km/s) 0,5 𝑚𝑒 9,11 × 10−31 Trang 3