Đề thi môn: Vật lý 12 - Mã môn học: PHYS 120202

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Tp HCM ĐỀ THI MÔN: VẬT LÝ 2 KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN Mã môn học: PHYS 120202 BỘ MÔN VẬT LÝ Ngày thi: 26/12/2014 Thời gian làm bài: 75 phút ĐỀ THI Câu 1: (2,5 điểm) a. Một ứng dụng của hiện tượng giao thoa ánh sáng trên bản mỏng là chế tạo lớp giao thoa (một lớp chất trong suốt, mỏng, có chiết suất ví dụ như 0nn  tráng trên mặt kính, trong đó n0 là chiết suất tấm kính) để hạn chế ánh sáng phản xạ trên mặt kính. Hãy giải thích tại sao lớp giao thoa có tác dụng hạn chế ánh sáng phản xạ. b. Khi chế tạo tấm pin năng lượng mặt trời, người ta phủ lên trên nền Si có chiết suất no = 3,5 một màng mỏng SiO trong suốt có bề dày e, chiết suất n = 1,45. Xác định độ dày cực tiểu của lớp màng mỏng SiO để nó giảm tới mức tối thiểu sự phản xạ đối với ánh sáng có bước sóng  = 550nm đi tới tấm pin năng lượng mặt trời theo đường pháp tuyến. Câu 2: (2,5 điểm) a. Một chùm tia laser rọi vuông góc với một gương phẳng. Hỏi vận tốc của chùm sáng phản xạ bằng bao nhiêu trong hai trường hợp: Gương gắn chặt vào phòng thí nghiệm và gương chuyển động thẳng ra xa khỏi máy phát tia laser với vận tốc v. b. Một cây sào nằm song song với trục Ox của hệ quy chiếu S, chuyển động dọc theo trục 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 đo được khi nó đứng yên là 1,7m. Hỏi độ dài cây sào đo được trong hệ quy chiếu S là bao nhiêu? Câu 3: (2,5 điểm) Chiếu một chùm ánh sáng đơn sắc, song song có bước sóng 0,633 m theo phương vuông góc với một khe hẹp. Trên một màn ở phía sau khe hẹp theo chiều ánh sáng chiếu tới, song song với màn chắn có khe hẹp, cách khe 2 m, người ta thấy khoảng cách giữa một cực tiểu nhiễu xạ thứ hai và cực đại chính giữa là 1,5 cm. a. Tính bề rộng của khe hẹp. b. Tính khoảng cách từ cực đại chính giữa đến cực đại thứ hai ở một bên. Câu 4: (2,5 điểm) Một photon của tia X có bước sóng 2,4×10-12 m bị tán xạ Compton trên một electron tự do thì bị lệch hướng một góc 300 so với hướng tia tới. a. Hãy tính bước sóng của photon tán xạ và động năng của electron tán xạ. b. Góc tán xạ bằng bao nhiêu để electron tán xạ có động năng cực đại? Lúc đó hãy tính động lượng của electron tán xạ. Biết bước sóng Compton đối với electron là C = 2,4310 -12 m, hằng số Planck h = 6,625×10-34 J.s, tốc độ ánh sáng trong chân không là c = 3108 m/s Đề thi có 01 trang. Không sử dụng tài liệu. Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm. Duyệt đề Đỗ Quang Bình Lớp giao thoa Kính 2 ĐÁP ÁN MÔN VẬT LÝ 2 Mã môn học: 120202 Thi ngày: 26/12/2014 Người soạn: Đỗ Quang Bình Câu Lời giải Điểm 1 a.Khi trên mặt một tấm kính có lớp giao thoa thì ánh sáng phản xạ tại hai mặt của lớp giao thoa sẽ giao thoa với nhau. Xét một tia sáng chiếu lên mặt kính, hai tia phản xạ trên hai mặt lớp giao thoa là hai tia kết hợp vì cùng xuất phát từ một tia. Khi hiệu quang lộ của hai tia phản xạ thỏa mãn điều kiện: L = (k+1/2) (k = 0, 1, 2, ) thì hai tia phản xạ sẽ giao thoa cực tiểu, do đó lớp giao thoa có tác dụng hạn chế ánh sáng phản xạ trên mặt kính. b. Ánh sáng phản xạ từ mặt trước của màng là đi vào từ môi trường có chiết suất thấp hơn nên các sóng phản xạ bị đảo pha. Do đó, hiệu quang lộ của hai tia phản xạ trên hai mặt của lớp SiO là: L = L2 – L1 = 2nIJ = 2ne Để giao thoa cực tiểu (giảm tới mức tối thiểu sự phản xạ) thì:  ) 2 1 k(ne2 (k = 0, 1, 2, ) Suy ra: 2n ) 2 1 k(e   Bề dày cực tiểu khi k = 0: nme 83,94 45,1.4 550 4nmin   1,0 0,5 0,5 0,5 2 a.Theo tiên đề 2 của Einstein, vận tốc ánh sáng trong chân không có giá trị bằng nhau trong mọi hệ quy chiếu quán tính. Do đó vận tốc của chùm tia laser (chùm ánh sáng) trong hai trường hợp là bằng nhau và bằng c = 3.108 m/s. b. Gọi l0 là độ dài riêng của cây sào (đo được trong hệ quy chiếu mà cây sào đứng yên), l là độ dài cây sào đo được trong hệ quy chiếu mà nó chuyển động. Hiệu ứng co ngắn độ dài cho ta biết: 0,5 0,5 3 l = l0/γ , 2 c v 1 1         l0 = 1,7 m, v = 0,63c  288,1 c 0,63c 1 1 2          Độ dài cây sào trong hệ quy chiếu S là: l = 1,7/1,288 = 1,32 m. 0,5 0,5 0,5 3 a.Khoảng cách từ cực đại giữa đến một cực tiểu nhiễu xạ trên màn quan sát được xác định bởi công thức: x = Dtan trong đó D là khoảng cách từ khe hẹp đến màn quan sát,  là góc nhiễu xạ. Suy ra: tan = x/D = 1,5.10-2/2 = 0,75.10-2 Góc  được xác định từ điều kiện: b k   sin , k = ±1, ±2, Với b là bề rộng khe hẹp. Vì tan rất nhỏ nên tan  sin. Do đó, đối với cực tiểu nhiễu xạ thứ 2 khi k = 2 thì b   2tan  Bề rộng khe hẹp là: mb 4 2 6 10.688,1 10.75,0 10.633,0.2 tan 2       b. Khoảng cách từ cực đại giữa đến một cực đại nhiễu xạ được xác định bởi công thức: x = Dtan trong đó góc  được xác định từ điều kiện: b k          2 1 sin , với k = 2  tan10.9375,0 10.688,1 10.633,0 5,2sin 2 4 6     Vậy, x = 2.0,9375.10-2 = 1,875.10-2 m 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 4 a. Độ dịch chuyển Compton: 2 2sin c 2)cos1( c e m h o '  Trong đó,  là bước sóng photon tới, ’ là bước sóng photon tán xạ,  là góc tán xạ. Bước sóng của photon tán xạ: ’ = + 2C.sin 2(/2) = 2,4.10-12 + 2. 2,43. 10-12. sin2(300/2) = 2,726.10-12 m Theo định luật bảo toàn năng lượng: e Kc e m c hc e m c h  22 ' 0,5 0,5 4 Với mec 2 là năng lượng nghỉ của electron. Động năng Ke mà electron nhận được bằng hiệu năng lượng của photon tới và photon tán xạ: J1410.99,0 1210.726,2 810.33410625,6 1210.4,2 810.33410625,6 '        c h c h e K b.Electron có động năng cực đại khi góc tán xạ  = 1800, lúc đó sin(/2) = 1, ’ = + 2C = 2,4.10 -12 + 2. 2,43. 10-12 = 7,26.10-12 m Theo định luật bảo toàn động lượng: eppp   ' Trong trường hợp này, động lượng của photon tới p  , động lượng của photon tán xạ 'p  và động lượng của electron tán xạ ep  cùng phương, p  và 'p  ngược chiều nhau, ' '  h p h p  , nên động lượng của electron tán xạ: pe = p + p’ = h/ + h/’ kg.m/s221067,3 121026,7 3410625,6 12104,2 3410625,6        e p 0,5 0,5 0,5