Đề thi môn Vật lý 2 năm học 2014-2015 - ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Tp HCM<br /> KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN<br /> BỘ MÔN VẬT LÝ<br /> <br /> ĐỀ THI MÔN: VẬT LÝ 2<br /> Mã môn học: PHYS 120202<br /> Ngày thi: 26/12/2014<br /> Thời gian làm bài: 75 phút<br /> <br /> ĐỀ THI<br /> Câu 1: (2,5 điểm)<br /> Lớp giao thoa<br /> a. Một ứng dụng của hiện tượng giao thoa ánh<br /> sáng trên bản mỏng là chế tạo lớp giao thoa (một lớp<br /> chất trong suốt, mỏng, có chiết suất ví dụ như<br /> n  n0 tráng trên mặt kính, trong đó n0 là chiết suất<br /> Kính<br /> tấm kính) để hạn chế ánh sáng phản xạ trên mặt kính.<br /> Hãy giải thích tại sao lớp giao thoa có tác dụng hạn<br /> chế ánh sáng phản xạ.<br /> b. Khi chế tạo tấm pin năng lượng mặt trời, người ta phủ lên trên nền Si có chiết suất no =<br /> 3,5 một màng mỏng SiO trong suốt có bề dày e, chiết suất n = 1,45. Xác định độ dày cực tiểu của<br /> lớp màng mỏng SiO để nó giảm tới mức tối thiểu sự phản xạ đối với ánh sáng có bước sóng  =<br /> 550nm đi tới tấm pin năng lượng mặt trời theo đường pháp tuyến.<br /> Câu 2: (2,5 điểm)<br /> a. Một chùm tia laser rọi vuông góc với một gương phẳng. Hỏi vận tốc của chùm sáng phản<br /> xạ bằng bao nhiêu trong hai trường hợp: Gương gắn chặt vào phòng thí nghiệm và gương chuyển<br /> động thẳng ra xa khỏi máy phát tia laser với vận tốc v.<br /> b. Một cây sào nằm song song với trục Ox của hệ quy chiếu S, chuyển động dọc theo trục<br /> này với vận tốc là 0,63c (c = 3108 m/s là tốc độ ánh sáng trong chân không). Độ dài của cây sào<br /> đo được khi nó đứng yên là 1,7m. Hỏi độ dài cây sào đo được trong hệ quy chiếu S là bao nhiêu?<br /> Câu 3: (2,5 điểm) Chiếu một chùm ánh sáng đơn sắc, song song có bước sóng 0,633 m theo<br /> phương vuông góc với một khe hẹp. Trên một màn ở phía sau khe hẹp theo chiều ánh sáng chiếu<br /> tới, song song với màn chắn có khe hẹp, cách khe 2 m, người ta thấy khoảng cách giữa một cực tiểu<br /> nhiễu xạ thứ hai và cực đại chính giữa là 1,5 cm.<br /> a. Tính bề rộng của khe hẹp.<br /> b. Tính khoảng cách từ cực đại chính giữa đến cực đại thứ hai ở một bên.<br /> Câu 4: (2,5 điểm) Một photon của tia X có bước sóng 2,4×10-12 m bị tán xạ Compton trên một<br /> electron tự do thì bị lệch hướng một góc 300 so với hướng tia tới.<br /> a. Hãy tính bước sóng của photon tán xạ và động năng của electron tán xạ.<br /> b. Góc tán xạ bằng bao nhiêu để electron tán xạ có động năng cực đại? Lúc đó hãy tính động<br /> lượng của electron tán xạ.<br /> Biết bước sóng Compton đối với electron là C = 2,4310-12 m, hằng số Planck h = 6,625×10-34 J.s,<br /> tốc độ ánh sáng trong chân không là c = 3108 m/s<br /> Đề thi có 01 trang. Không sử dụng tài liệu. Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm.<br /> Duyệt đề<br /> <br /> Đỗ Quang Bình<br /> 1<br /> <br /> ĐÁP ÁN MÔN VẬT LÝ 2<br /> Mã môn học: 120202<br /> Thi ngày: 26/12/2014<br /> Người soạn: Đỗ Quang Bình<br /> Câu<br /> 1<br /> <br /> Lời giải<br /> Điểm<br /> a.Khi trên mặt một tấm kính có lớp giao thoa thì ánh sáng phản xạ tại hai mặt của<br /> lớp giao thoa sẽ giao thoa với nhau. Xét một tia sáng chiếu lên mặt kính, hai tia<br /> phản xạ trên hai mặt lớp giao thoa là hai tia kết hợp vì cùng xuất phát từ một tia.<br /> Khi hiệu quang lộ của hai tia phản xạ thỏa mãn điều kiện:<br /> L = (k+1/2)<br /> (k = 0, 1, 2, …)<br /> thì hai tia phản xạ sẽ giao thoa cực tiểu, do đó lớp giao thoa có tác dụng hạn chế<br /> 1,0<br /> ánh sáng phản xạ trên mặt kính.<br /> b. Ánh sáng phản xạ từ mặt trước của màng là đi vào từ môi trường có chiết suất<br /> thấp hơn nên các sóng phản xạ bị đảo pha. Do đó, hiệu quang lộ của hai tia phản<br /> xạ trên hai mặt của lớp SiO là:<br /> 0,5<br /> L = L2 – L1 = 2nIJ = 2ne<br /> Để giao thoa cực tiểu (giảm tới mức tối thiểu sự phản xạ) thì:<br /> 1<br /> (k = 0, 1, 2, …)<br /> 2ne  (k  )<br /> 2<br /> 1 <br /> 0,5<br /> e  (k  )<br /> Suy ra:<br /> 2 2n<br /> Bề dày cực tiểu khi k = 0:<br /> <br /> <br /> 550<br /> e<br /> <br /> <br />  94,83 nm<br /> min 4n 4.1,45<br /> <br /> 2<br /> <br /> a.Theo tiên đề 2 của Einstein, vận tốc ánh sáng trong chân không có giá trị bằng<br /> nhau trong mọi hệ quy chiếu quán tính.<br /> Do đó vận tốc của chùm tia laser (chùm ánh sáng) trong hai trường hợp là bằng<br /> nhau và bằng c = 3.108 m/s.<br /> <br /> 0,5<br /> <br /> 0,5<br /> 0,5<br /> <br /> b. Gọi l0 là độ dài riêng của cây sào (đo được trong hệ quy chiếu mà cây sào<br /> đứng yên), l là độ dài cây sào đo được trong hệ quy chiếu mà nó chuyển động.<br /> Hiệu ứng co ngắn độ dài cho ta biết:<br /> 2<br /> <br /> l = l0/γ ,<br /> 1<br />  <br /> 2<br /> v<br /> 1  <br /> c<br /> <br /> 0,5<br /> <br /> 1<br /> <br /> l0 = 1,7 m, v = 0,63c   <br /> <br />  0,63c <br /> 1 <br /> <br />  c <br /> <br /> 3<br /> <br /> 2<br /> <br />  1,288<br /> <br /> Độ dài cây sào trong hệ quy chiếu S là:<br /> l = 1,7/1,288 = 1,32 m.<br /> a.Khoảng cách từ cực đại giữa đến một cực tiểu nhiễu xạ trên màn quan sát được<br /> xác định bởi công thức:<br /> x = Dtan<br /> trong đó D là khoảng cách từ khe hẹp đến màn quan sát,  là góc nhiễu xạ. Suy<br /> ra:<br /> tan = x/D = 1,5.10-2/2 = 0,75.10-2<br /> Góc  được xác định từ điều kiện:<br /> <br /> sin   k<br /> <br /> 0,5<br /> <br /> 0,5<br /> <br /> 0,5<br /> <br /> <br /> <br /> , k = ±1, ±2, …<br /> b<br /> Với b là bề rộng khe hẹp. Vì tan rất nhỏ nên tan  sin. Do đó, đối với cực<br /> tiểu nhiễu xạ thứ 2 khi k = 2 thì<br /> <br /> tan   2<br /> <br /> <br /> <br /> 0,5<br /> <br /> b<br /> <br /> Bề rộng khe hẹp là:<br /> b<br /> <br /> 2<br /> 2.0,633.10 6<br /> <br />  1,688.10  4 m<br /> tan <br /> 0,75.10 2<br /> <br /> b. Khoảng cách từ cực đại giữa đến một cực đại nhiễu xạ được xác định bởi công<br /> thức:<br /> x = Dtan<br /> trong đó góc  được xác định từ điều kiện:<br /> 1<br /> <br /> sin    k   , với k = 2<br /> 2 b<br /> <br /> 0,633.10 6<br />  0,9375.10 2  tan <br /> 4<br /> 1,688.10<br /> x = 2.0,9375.10-2 = 1,875.10-2 m<br /> <br /> 0,5<br /> <br /> 0,5<br /> <br /> sin   2,5<br /> <br /> Vậy,<br /> 4<br /> <br /> 0,5<br /> <br /> a. Độ dịch chuyển Compton:<br /> 0,5<br /> h<br /> <br />   '   <br /> (1  cos )  2 sin 2<br /> o m c<br /> c<br /> 2<br /> e<br /> Trong đó,  là bước sóng photon tới, ’ là bước sóng photon tán xạ,  là góc<br /> tán xạ. Bước sóng của photon tán xạ:<br /> ’ = + 2C.sin2(/2)<br /> = 2,4.10-12 + 2. 2,43. 10-12. sin2(300/2) = 2,726.10-12 m<br /> 0,5<br /> Theo định luật bảo toàn năng lượng:<br /> c<br /> c<br /> h<br />  m c2  h  m c2  K<br /> e<br /> e<br /> e<br /> <br /> '<br /> 3<br /> <br /> Với mec2 là năng lượng nghỉ của electron. Động năng Ke mà electron nhận<br /> được bằng hiệu năng lượng của photon tới và photon tán xạ:<br /> c<br /> c<br /> K h<br /> h<br /> e<br /> <br /> '<br /> <br />  6,625  10 34 <br /> <br /> 3.108<br /> 3.108<br />  6,625  10 34 <br />  0,99.10 14 J<br />  12<br />  12<br /> 2,4.10<br /> 2,726.10<br /> <br /> b.Electron có động năng cực đại khi góc tán xạ  = 1800, lúc đó sin(/2) = 1,<br /> ’ = + 2C = 2,4.10-12 + 2. 2,43. 10-12 = 7,26.10-12 m<br /> <br /> 0,5<br /> <br /> 0,5<br /> <br /> Theo định luật bảo toàn động lượng:<br />   <br /> p  p '  pe<br /> <br /> Trong trường hợp này, động lượng của photon tới p , động lượng của photon<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> tán xạ p ' và động lượng của electron tán xạ pe cùng phương, p và p ' ngược<br /> <br /> h<br /> h<br /> '<br /> chiều nhau, p    p  ' , nên động lượng của electron tán xạ:<br /> pe = p + p’ = h/ + h/’<br /> <br /> p <br /> e<br /> <br /> 6,625  10 34 6,625  10  34<br /> <br />  3,67  10 22 kg.m/s<br />  12<br />  12<br /> 2,4  10<br /> 7,26  10<br /> <br /> 0,5<br /> <br /> 4<br /> <br />