Файл: Ргу нефти и газа (ниу) имени И. М. Губкина. Кафедра физики Весенняя экзаменационная сессия 2021 2022 учебного года Дисциплина Квантовая физика.doc

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 29.10.2023

Просмотров: 772

Скачиваний: 61

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина. Кафедра физики

Весенняя экзаменационная сессия 2021 -2022 учебного года

Дисциплина «Квантовая физика»

Экзаменационный билет №


1(5б.) Энергетическая светимость тела. Абсолютно черное тело (АЧТ). Закон Стефана – Больцмана.

2(7б.) Модель свободных электронов в металле. Заселенность энергетического уровня (функция Ферми – Дирака). График этой функции при Т = 0 К и Т 0 К. Энергия Ферми.

3(5б.) Гамма-излучение атомных ядер и основные процессы взаимодействия гамма-излучения с веществом.

4(5б.) Найдите массу нерелятивистской частицы, имеющей скорость υ, если ее кинетическая энергия равна энергии фотона с длиной волны λ. Постоянная Планка h.

5(5б.) Найдите, сколько электронов может находиться в подоболочке с значением квантовых чисел n = 6, l = 3.

6(5б.) Найдите минимальную энергию образования пары электрон-дырка в чистом полупроводнике, сопротивление которого уменьшается в 3 раза при увеличении температуры от Т до 1,1Т. Постоянная Больцмана k.

7(8б.) Электрон в атоме водорода находится в основном состоянии. Найдите отношение вероятностей нахождения электрона в очень тонких сферических слоях на расстояниях от ядра 2а и 3а (а ‒ радиус первой боровской орбиты). Примите величину е2 примерно равной 7,4 .

1(5б.) Тепловое излучение, его равновесный характер. Энергетическая светимость. Излучательная и поглощательная способности. Абсолютно черное тело (АЧТ). Серое тело. Закон Кирхгофа.

2(7б.) Образование энергетических зон в кристаллах. Разрешенные и запрещенные зоны. Объяснение согласно зонной теории деления твердых тел на металлы, диэлектрики и полупроводники.

3(5б.)Ядерные реакции и законы сохранения. Энергия ядерной реакции.

4(5б.) Водородоподобный ион гелия поглощает фотон с длиной волны λ, вследствие чего электрон, находившийся во втором энергетическом состоянии, покидает ион. Найдите скорость электрона вдали от ядра атома гелия.. Модуль энергии электрона этого иона в основном состоянии
Е0. Постоянная Планка h. Масса электрона m.

5(5б.) Оцените неопределенность координаты электрона, движущегося со скоростью υ, если относительная неопределенность его скорости составляет 10%. Постоянная Планка ħ. Масса электрона m.

6(5б.) Определите порядковый номер элемента в периодической системе элементов, если в атоме полностью заполнены первые четыре электронные оболочки, в пятой оболочке заполнены 5s-, 5p- и 5d-подоболочки, в шестой оболочке заполнены 6s- и 6p-подоболочки, а в седьмой оболочке заполнена 7s-подоболочка. Укажите числа электронов в каждой оболочке и подоболочке.

7(8б.) При облучении некоторого металла светом с длиной волны λ1, в α раз меньшей красной границы фотоэффекта, максимальная скорость фотоэлектронов оказалась равной υ. При облучении этого же металла светом с длиной волны λ2 максимальная скорость фотоэлектронов оказалась в β раз больше. Найдите отношение длин волн λ1/λ2.

1(7б.) Формула Релея-Джинса для излучательной способности АЧТ и ее графическое выражение.Ультрафиолетовая катастрофа. Гипотеза Планка для теплового излучения.Формула Планка для излучательной способности АЧТ и ее графическое выражение.

2(5б.) Закономерности спектра атома водорода. Спектральные серии. Сериальная формула.

3(5б.) Характеристики протона и нейтрона.

4(5б.) Определите (в нанометрах) красную границу фотоэффекта для ли­тия, у которого работа выхода электрона равна 2,2·10–19 Дж. Постоянная Планка 6,6∙10−34 Дж∙с.

5(5б.) Фотоны с энергией, равной энергии покоя электрона Е0, рассеиваются на свободных электронах. Найдите энергию фотонов, которые в результате рассеивания движутся под углом 60° к направлению движения падающих фотонов.

6(5б.) Считая, что атомные ядра имеют форму шара, найдите плотность ядерного вещества. Воспользуйтесь формулой для радиуса ядра R= αА1/3, где α = 1,3∙10‒15 м, А ‒ массовое число ядра. Атомная единица массы mо = 1,66∙10‒27

7(8б.) Частица находится в одномерном бесконечно глубоком потенциальном ящике. Найдите (в процентах) вероятность того, что частица, находящаяся в основном энергетическом состоянии, будет обнаружена в крайней четверти ящика.



1(5б.) Качественное объяснение эффекта Комптона на основе корпускулярных свойств излучения. Законы сохранения импульса и энергии в эффекте Комптона. Векторная диаграмма закона сохранения импульса.

2(7б.) Напишите уравнение Шредингера и его решение для электрона в атоме водорода в основном состоянии. Напишите выражение для плотности вероятности нахождения электрона в зависимости от расстояния rот ядра (радиальной плотности вероятности). Нарисуйте примерный график этой зависимости.

3(5б.) Полупроводники с донорной примесью и их проводимость. Нарисуйте схемы энергетических зон и расположение примесных уровней. Энергия активации атома примеси.

4(5б.) Найдите работу выхода электрона для металла, у которого красная граница фотоэффекта составляет λкр. Постоянная Планка h.

5(5б.) Найдите, во сколько раз длина волны излучения атома водорода при переходе из четвертого энергетического состояния во второе больше длины волны излучения при переходе из третьего состояния в основное. Ответ – с точностью до целого числа.

6(5б.) Частица находится в бесконечно глубокой одномерной прямоугольной потенциальной яме. Найдите отношение разности энергий десятого и шестого возбужденных состояний частицы к энергии четвертого возбужденного состояния. кг.

7(8б.) Найдите, сколько бета-частиц испускает за 20 минут 1,2 микрограмма изотопа 24Na, среднее время жизни ядер которого равно 20 часам. Число Авогадро 6∙1026 1/кмоль.

1(5б.) Двойственная природа электромагнитного излучения. Примеры явлений, в которых проявляются волновые свойства света.

2(7б.) Уравнение Шредингера для стационарных состояний и его решение для частицы массы m в одномерной потенциальной яме ширины lс бесконечно высокими стенками. Значения энергии частицы.

3(5б.) Полупроводники с акцепторной примесью и их проводимость. Нарисуйте схемы энергетических зон и расположение примесных уровней.

4(8б.) Фотон с энергией, равной энергии покоя электрона Е0, рассеялся на свободном электроне под углом 90°. Найдите кинетическую энергию, приобретенную электроном. Начальной кинетической энергией электрона пренебречь.

5(5б.) Орбитальный момент импульса электрона в атоме водорода в некотором состоянии равен L. Найдите для этого электрона значение орбитального магнитного момента. Масса электрона
m, заряд е.

6(5б.) Найдите, во сколько раз заселенность энергетического уровня свободных электронов в металле с энергией ε = εF‒ 1,5kT больше заселенности уровня с энергией ε = εF+ 1,5kTF‒ энергия Ферми).

7(5б.) Ядро атома галлия захватило электрон из К-оболочки и спустя некоторое время испустило позитрон. Найдите отношение числа нейтронов к числу протонов в ядре, образовавшемся в результате этих процессов. Ответ округлите до десятых долей.

1(5б.) Качественное объяснение эффекта Комптона на основе корпускулярных свойств излучения. Законы сохранения импульса и энергии в эффекте Комптона. Векторная диаграмма закона сохранения импульса.

2(7б.) Напишите уравнение Шредингера и его решение для электрона в атоме водорода в основном состоянии. Главное квантовое число. Нарисуйте график зависимости плотности вероятности нахождения электрона на расстоянии rот ядра ρ(r) (радиальной плотности вероятности) для электрона в атоме водорода в основном состоянии. Найдите максимальное значение этой плотности вероятности.

3(5б.) Отрицательный бета-распад радиоактивных ядер и его схема. Особенности распределения энергии электронов при этом распаде. Антинейтрино.

4(5б.) Длина волны де Бройля для ускоренного электрическим полем протона равна λ. Найдите ускоряющую разность потенциалов, считая, что протон ускорялся практически от нулевой скорости. Масса протона m. Постоянная Планка h.

5(5б.) Определите порядковый номер элемента в периодической системе элементов, если в атоме полностью заполнены первые четыре электронные оболочки, в пятой оболочке заполнены 5s-, 5p-, 5d- и 5f-подоболочки, в шестой оболочке заполнены 6s- и 6p-подоболочки, а в седьмой оболочке заполнена 7s-подоболочка. Укажите числа электронов в каждой оболочке и подоболочке.

6(5б.) Найдите отношение максимальных скоростей движения свободных электронов у двух металлов при температуре, близкой к абсолютному нулю, если отношение концентраций свободных электронов у этих металлов равно 8.

7(8б.) Частица находится в одномерном бесконечно глубоком потенциальном ящике. Найдите (в процентах) вероятность того, что частица, находящаяся в основном энергетическом состоянии, будет обнаружена в крайней четверти ящика.


1(5б.) Фотоны. Энергия и импульс фотона и связь между ними; выразите эти величины через длину волны l, частоту n, циклическую частоту w.

2(5б.) Напишите уравнение Шредингера для стационарных состояний и его решение для частицы массы m в одномерной потенциальной яме ширины lс бесконечно высокими стенками.

3(7б.) Дефект массы и энергия связи атомных ядер. Удельная энергия связи и ее зависимость от массового числа А. Примерный график этой зависимости и ее качественное обоснование. Значение этой зависимости для получения ядерной энергии.

4(5б.) Найдите поглощательную способность серого тела, имеющего температуру Т, если с его поверхности площадью S за время Δt излучается энергия ΔЕ. (Для серого тела поглощательная способность одинакова для всех длин волн излучае­мого диапазона).

5(5б.) Атомный электрон находится в 5f-состоянии. Найдите максимально возможное для него значение проекции орбитального момента импульса на направление внешнего магнитного поля. Постоянная Планка ћ.

6(5б.) Длинноволновый край полосы поглощения излучения для чистого кремния лежит вблизи длины волны λ0. Найдите ширину запрещенной зоны у кремния. Постоянная Планка ћ.

7(8б.) Для разделения ядра кислорода 16О на альфа-частицу и ядро углерода 12С необходимо затратить энергию 7,32 МэВ. Найдите удельную энергию связи для ядра углерода, если известно, что удельные энергии связи ядер кислорода и гелия равны соответственно 7,98 и 7,07 МэВ/нуклон.

1(5б.) Внешний фотоэффект и его законы. Работа выхода. Длинноволновая («красная») граница фотоэффекта.

2(7б.) Принцип Паули. Последовательность заполнения электронами энер­гетических оболочек атомов. Получите выражение для максимального числа электронов в электронных оболочках атомов.

3(5б.) Полупроводники с донорной примесью и их проводимость. Нарисуйте схемы энергетических зон и расположение примесных уровней. Энергия активации атома примеси.

4(5б.) При нагревании АЧТ до 1600 К длина волны, соответствующ максимальному значению испускательной способности, сместилась на 580 нм. Найдите, во сколько раз была при этом увеличена абсолютная температура тела. Постоянная Вина 2,9∙10−3 м∙К .

5(5б.) Атомный электрон находится в 4d-состоянии. Найдите максимально возможное для него значение проекции орбитального магнитного момента на направление внешнего магнитного поля. Магнетон Бора μ