Đề thi học kì 1 môn Vật lí 3 năm 2022-2023 có đáp án - Trường Đại học sư phạm Kỹ thuật, TP HCM (Ngày thi: 16/12/2022)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

6
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo Đề thi học kì 1 môn Vật lí 3 năm 2022-2023 có đáp án - Trường Đại học sư phạm Kỹ thuật, TP HCM dành cho các bạn sinh viên tham khảo, để hệ thống kiến thức học tập cũng như trau dồi kinh nghiệm ra đề thi. Hi vọng sẽ giúp các bạn đạt kết quả tốt trong kì thi.

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 (Ngày thi: 16/12/2022)

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: 16/12/2022. Thời gian: 70 phút. Được phép sử dụng một tờ giấy A4 chép tay. Câu 1:(1 điểm) Viết phương trình cơ bản của cơ học lượng tử (phương trình Schrödinger) độc lập thời gian. Giải thích các đại lượng trong phương trình. Câu 2: (2 điểm) Một con tàu vũ trụ khối lượng 2,2×106 kg được tăng tốc đến tốc độ 0,8c trong không gian. a. Để đạt đến tốc độ này cần cung cấp một lượng năng lượng tối thiểu là bao nhiêu. b. Cần bao nhiêu nhiên liệu để cung cấp lượng năng lượng này cho tàu vũ trụ nếu tất cả năng lượng được sinh ra từ nhiên liệu chuyển hoàn toàn thành động năng của tàu vũ trụ ? Câu 3: (1 điểm). Bán kính mặt trời là 6,96 ×108 m và tổng công suất phát ra là 3,85 ×1026 W. Giả sử mặt trời phát xạ như vật đen tuyệt đối. Tính nhiệt độ bề mặt của mặt trời. Câu 4: (2 điểm) Tia X được sử dụng trong thí nghiệm tán xạ Compton có bước sóng 120 pm. a. Tìm bước sóng của photon tán xạ với góc tán xạ 30o. b. Tìm năng lượng của electron sau tán xạ (tính bằng đơn vị eV). c. Với góc tán xạ nào thì photon truyền cho electron năng lượng lớn nhất. Câu 5:(2 điểm) Một photon có bước sóng λ được hấp thụ bởi một electron bị giam trong hố thế năng. Kết quả electron chuyển mức năng lượng từ trạng thái n = 1 sang n = 4. a. Tìm bề rộng của hố thế năng. b. Tính bước sóng 𝜆′ của photon phát ra trong quá trình electron chuyển mức năng lượng từ trạng thái n = 4 đến trạng thái n = 2. Câu 6: (2 điểm) Một nguyên tử Hydrogen ở trạng thái cơ bản. a. Tính tốc độ của electron trên quỹ đạo đó. b. Tính động năng của electron và thế năng tương tác tĩnh điện của nguyên tử. 𝑊 Cho biết: c = 2,998×108 (m/s) ; 𝜎 = 5.67 × 10−8 ( ); ℎ = 6.626 × 10−34 (𝐽. 𝑠); 𝑚 𝑒 = 𝑚2 .𝐾4 9.11 × 10−31 (𝑘𝑔); 𝑎0 = 5,29 × 10−11 (𝑚) Ghi chú:Cán bộ coi thi không được giải thích đề thi. Ngày 14 tháng 12 năm 2022 Thông qua bộ môn 1
Đáp án và bảng điểm môn Vật lý 3 Thi ngày 16-12-2022 Người soạn: Tạ Đình Hiến Câu Lời giải Điểm 1 Hạt có khối lượng m chuyển động dọc theo phương x và tương tác với môi trường qua hàm thế năng U(x) được miêu tả bởi phương trình Schrödinger độc lập thời gian: ℏ2 𝑑 2 𝜓 0,5 − + 𝑈𝜓 = 𝐸𝜓 2𝑚 𝑑𝑥 2 𝜓 – Hàm sóng. U – Hàm thế năng tương tác của hạt với môi trường. 0,5 E – Tổng năng lượng của hệ (hạt và môi trường xung quanh), gồm động năng và thế năng. 2 a. Năng lượng động năng tương đối tính: 𝑚𝑐 2 1 𝐾= − 𝑚𝑐 2 = −1 𝑚𝑐 2 = (𝛾 − 1)𝑚𝑐 2 0,5 √1 − 𝑢2 √ 𝑢2 𝑐2 ( 1 − 𝑐2 ) Vì tàu vũ trụ ở trong không gian nên năng lượng cung cấp từ nhiên liệu chỉ chuyển hóa thành động năng của tàu và giả sử ban đầu tàu vũ trụ đứng yên. Độ biến đổi động năng bằng lượng năng lượng tối thiểu cung cấp cho tàu vũ trụ. E 𝑚𝑖𝑛 = Δ𝐾 = (𝛾 𝑓 − 1)𝑚𝑐 2 − ( 𝛾 𝑖 − 1) 𝑚𝑐 2 = (𝛾 𝑓 − 𝛾 𝑖 )𝑚𝑐 2 0,5 1 1 = − 𝑚𝑐 2 √ 𝑢2 √1 − 0 ( 1 − 𝑐2 𝑐2) 1 1 = − 𝑚𝑐 2 ( )2 √1 − 0.8𝑐 √1 − 0 ( 𝑐 2 𝑐2) 1 1 = − 2.2 × 106 × (2.998 × 108 )2 2 √1 0,5 √1 − 0.8 ( 1 ) 23 = 1,318 × 10 𝐽 b. Lượng nhiên liệu cần thiết cho tàu đạt đến vận tốc 0.8c: 𝐸 = 𝑚𝑐 2 = ∆𝐾 ∆𝐾 1 0,5 𝑚= 2 =( − 1) × 2.2 × 106 = 1,466 × 106 (𝑘𝑔) 𝑐 √1 − 0.8 2 3 Sử dụng công thức Stefan đối với phát xạ của vật đen tuyệt đối. Trang 1
𝑃 = 𝑒𝐴𝜎𝑇 4 0.5 1 1 𝑃 4 3.8 × 1026 4 𝑇=( ) =( ) = 5.78 × 103 (𝐾) 0.5 𝑒𝐴𝜎 1.4 × (6.96 × 108 )2 × 5.67 × 10−8 a. Bước sóng tán xạ với góc 30o 4 ℎ Δ𝜆 = (1 − 𝑐𝑜𝑠𝜃) 0,5 𝑚𝑒 𝑐 𝜆′ = 𝜆0 + 𝜆 𝑐 (1 − 𝑐𝑜𝑠𝜃 ) 6.626 × 10−34 = 120 × 10−12 + (1 − 𝑐𝑜𝑠30) 9.11 × 10−31 × 2.998 × 108 0,5 = 120.3 × 10−12 ( 𝑚) b. ℎ𝑐 ℎ𝑐 0,5 𝐾𝑒 = − ′ = 27,9 ( 𝑒𝑉 ) 𝜆0 𝜆 c. 𝐾 𝑒 lớn nhất khi 𝜆′ lớn nhất. 𝜆′ = 𝜆0 + 𝜆 𝑐 (1 − 𝑐𝑜𝑠𝜃 ) lớn nhất khi 𝜃 = 180 0,5 a. Năng lượng của electron bị nhốt trong hố thế năng. 5 ℎ2 𝐸𝑛 = 𝑛2 8𝑚 𝑒 𝐿2 0.5 đ Khi electron hấp thụ photon, năng lượng của photon chính bằng mức thay đổi năng lượng của electron. ℎ2 ℎ2 ℎ𝑐 ∆𝐸 = 𝐸4 − 𝐸1 = (42 − 1) = 15 = ℎ𝑓 = 8𝑚 𝑒 𝐿2 8𝑚 𝑒 𝐿2 𝜆 ℎ2 ℎ𝑐 15 = 0.5 đ 8𝑚 𝑒 𝐿2 𝜆 2 15ℎ𝜆 𝐿=√ 8𝑚 𝑒 𝑐 b. Khi electron chuyển từ trạng thái n = 4 sang n = 2 phát tra photon có bước sóng 𝜆′. ℎ2 2 2 ℎ2 ℎ𝑐 𝐸4 − 𝐸2 = (4 − 2 ) = 12 = 8𝑚 𝑒 𝐿2 8𝑚 𝑒 𝐿2 𝜆′ 0.5 đ 2 2 ℎ𝑐 𝜆′ ℎ 15 8𝑚 𝑒 𝐿 5 = . 2 ℎ2 12 = 𝜆 ℎ𝑐 8𝑚 𝑒 𝐿 4 𝜆′ 5 = ⇒ 𝜆′ = 1.25𝜆 0.5 đ 𝜆 4 Trang 2
6 a. Ở trang thái cơ bản n =1. Bán kính quỹ đạo của electron chính là bán kính Borh. 𝑟1 = 𝑎0 = 5,29 × 10−11 (𝑚) 0.5 đ Electron chuyển động trên quỹ đạo tròn. Lực tĩnh điện đóng vai trò lực hướng tâm. 2𝑘 𝑒 𝑒2 𝑣1 = √ = 2.19 × 106 (𝑚/𝑠) 0.5 đ 𝑚 𝑒 𝑟1 b. Động năng: 1 𝐾1 = 𝑚 𝑣 2 = 2,18 × 10−18 ( 𝐽) = 13,6 (𝑒𝑉) 0.5 đ 2 𝑒 1 c. Thế năng: 𝑘 𝑒 𝑒2 𝑈=− = −4,35 × 10−18 ( 𝐽) = −27,2 (𝑒𝑉) 0.5 đ 𝑟1 Trang 3