626 pytań testowych z fizyki, astrofizyki i kosmologii

Citation preview

Tomasz Płazak

Stanisław

Salach

pytań testowych

Zofia Sanok

astrofizyki i kosmologii

Odwydawcy .

. . . . 5

Od autorów ..

. . . . 7

..... .

1. Kinematyka

"

.. 9 . . 21

2. Dynamika .

. . . . . . . 40

3. Grawitacja 4. Ruch obrotowy 5.

.

. . . 46

Odkształcenia sprężyste;

drgania i fale . .

6. Hydrostatyka; aerostatyka .

. . . . 50

. . . 62

7. Gazy doskonałe . 8. Termodynamika . . Ba. Kalorymetria; zmiana stanów skupienia; skraplanie par

i gazów przewodnictwo cieplne . . . . . . . 9. Elektrostatyka; ruch w polu elektrycznym

. . . 78

cząstek naładowanych

10. Prąd stały . . . . . .

. . 83 . . . . 95

11. Elektroliza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

12. Elektromagnetyzm. Pole magnetyczne; ruch cząstek naładowanych w polu magnetycznym; indukcja elektromagnetyczna; prąd zmienny 13. Drgania elektryczne . . . . . . .

. . 107 . . . . . 119

14. Optyka. Fotometria; optyka geometryczna; zwierciadła soczewki; optyka falowa; dyfrakcja; interferencja; polaryzacja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 15. Fizyka kwantowa. Liczba Avogadra; ciało doskonale czarne; zjawisko fotoelektryczne; fale de Broglie'a atom wodoru według Bohra; promieniowanie rentgenowskie . . . . . . 130 16. Teoria względności . .

.. 138

17. Półprzewodniki. .

. . . . . . . 140

18. Fizyka jądrowa . .

. 143

Zrozumieć kosmologię

(T.

Płazak).

. 149

19. Astrofizyka. .

. . . . . 152

20. Kosmologia .

. . . . . . . . 159

Odpowiedzi do zadań. .

. . . 178

@xf1 '\!i!JSJcfl~@s:; cfl0 [ii]ff)Q!]@~~tl@f]B GBESS!J[Mj Zapowiadaliśmy

wydanie „600 pytań testowych z fizyki, astrofizyki i kosmologii"

jako kontynuację „500 pytań testowych z fizyki", ale jest tych pytań 626! Tak bywa, gdy Autorzy mają poczucie misji i mogą ulepszać świat, się"

zadanie

uważają

za

niezbędne.

Ale tylko tacy ludzie

a w tym nauczanie fizyki, bo ich pasje z kart książki „przenoszą

na czytelników. Mamy

Zapewne w

każde

nadzieję, że

tak

się

stanie i w tym przypadku.

nieodległej przyszłości, wśród zadań

maturalnych

pojawią się

zadania

z astrofizyki i kosmologii. Dla wielu nauczycieli to zagadnienia nowe i trudne do realizacji. Dlatego w serwisie internetowym przeznaczonym dla nauczycieli

korzystających

z podręczników wydawnictwa ZamKor zamieściliśmy obszerne wskazówki do zadań zamieszczonych w tym zbiorze i ich

rozwiązania.

Dodatkowe pytania

można kierować

do

Autora ([email protected]), a także do naszego Forum (www.zamkor.pl). Postaramy się

odpowiedzieć

na

każde

z nich szybko i kompetentnie.

Redakcja

Kraków, sierpień 2004

„

~ J'

- . r '•

J

• ,

.

• „.

.'I-I

l

~

,

b.•tt

Zbiór 626 pytań testowych z fizyki, astrofizyki i kosmologii jest przeznaczony do samodzielnego powtarzania i kontroli opanowania fizyki w zakresie wymagań stawianych w szkołach ponadgimnazjalnych oraz przy maturze z fizyki, a także częściowo na studiach. W zasadniczej części, obejmującej tradycyjne działy fizyki, zbiór jest oparty na tematach książki 500 pytań testowych z fizyki, która doczekała się siedmiu wydań (i wielu dodruków) w Wydawnictwie Naukowo Technicznym oraz dwóch wydań w Czechach. Zbiór jest zestawem przygotowanych przez nas w ciągu wielu lat testów wyboru, z których jako

większość została

pytań

na egzaminach

W stosunku do 500

sprawdzona przez wykorzystanie ich w kolejnych latach

wstępnych

pytań

w Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie.

niniejszy zbiór jest

istotną nowością.

Po pierwsze,

wszystkie pytania z tradycyjnych działów fizyki zostały poddane kontroli i sporo sformułowań ulepszono, dodając zarazem pewną liczbę nowych pytań, zgodnych z podstawą programową nauczania fizyki w szkołach ponadgimnazjalnych. Po drugie - i to jest zasadnicza nowość- zostały wprowadzone dwa działy pytań: z astrofizyki i kosmologii (autorstwa T. Płazaka) . Działy te zostały poprzedzone odrębną przedmową na stronie 149 ze

względu

na

własną specyfikę,

oraz

atrakcyjność.

W zbiorze 626 pytań wykorzystaliśmy swoje Ouż ponadtrzydziestoletnie) doświad­ czenia związane z układaniem tematów egzaminów wstępnych zarówno w AGH, jak i w skali ogólnopolskiej, oraz doświadczenia z kontaktów międzynarodowych. Dzięki temu przydatność testów i jasność sformułowań zostały już sprawdzone praktycznie. tak, aby poprawna odpowiedź nie mogła być odgadnięta, lecz wybrana świadomie w wyniku rzetelnego rozumowania. Dlatego, z pomocą tej książki, można nie tylko sprawdzić wiadomości, lecz także uczyć Pytania testowe

się

fizyki.

staraliśmy się sformułować

Mamy nadzieję, że zbiór „626 pytań" okaże się pomocą dla: • ucznia - umożliwiając bieżące sprawdzanie wiadomości oraz ucząc poprawnego myślenia

fizycznego;

• kandydata na studia i studenta- ułatwiając rzetelne i syntetyczne przygotowanie do studiów; • nauczyciela - służąc jako źródło dyskusji na lekcjach i umożliwiając dokonywanie szybkich i wygodnych sprawdzianów.

Korzyść z tej książki będzie jednak zależeć od tego, w jaki sposób odpowiada się na

pytania testowe. Będzie ona znikoma przy próbach zgadywania, która odpowiedź wydaje się najbardziej prawdopodobna, lub przy rozwiązywaniu zadań bez głębszego zastanowienia i uwagi.

Należy dokładnie przemyśleć sytuację fizyczną opisaną

w py-

taniu, przyporządkować jej prawa fizyki, które decydują o takim a nie innym przebiegu zjawiska, a następnie, korzystając z odpowiednich wzorów rozwiązać problem. Konieczne jest uważne czytanie pytań wraz ze wszystkimi odpowiedziami, aby wydobyć z nich zawarte tam informacje. Pomyłki wynikające z drobnej nieraz nieuwagi (także

przy rachunkach) prowadzą często do jednej z podanych, lecz niepoprawnych

odpowiedzi.

Przy powstawaniu testów z tradycyjnych działów fizyki, w różnych latach i w różnej formie udzielili swej pomocy: prof. dr hab. Z. Kąkol, dr A. Starzec, prof. dr hab. K. Jeleń, prof. dr hab. L. Surzycki, dr hab. M. Waligórski i inni fizycy, za co podziękowanie (podziękowania

składamy

za pomoc przy redakcji pytań z astrofizyki i kosmologii są

umieszczone na str. 149).

Tomasz

Płazak

Stanisław

Salach

Zofia Sanok

Kraków, sierpień 2004

im serdeczne

1. Jednostką podstawową układu

SI nie jest?

B. niuton,

A. amper,

C. kelwin,

D. sekunda.

2. Gdy nie wieje wiatr, spadochroniarz opada na ziemię z szybkością 4 m/ s. Przy poziomym wietrze o szybkości 3 m/ s szybkość spadochroniarza wynosi (przyjąć

B. 7 m/ s,

A. 5 m/ s,

C. 1 m/ s,

g

= 10 m/ s 2 ):

D. 3,5 m/ s.

3. Szybkość łódki płynącej kość

z prądem rzeki ma wartość 3 m/ s, a pod prąd: 0,5 m/ s. Szyb-

tej łódki na stojącej wodzie miałaby wartość:

A. 1,25 m/ s,

B. 1,75 m/ s,

C. 2 m/ s,

D. 2,5 m/ s.

4. Po dwóch

równoległych

torach kolejowych jadą w przeciwne strony dwa

pociągi,

jeden

z szybkością 60 km/ h, a drugi 40 km/ h. Szybkość względna pociągów wynosi: A. 100 km/ h przy zbliżaniu się, a 20 km/ h przy oddalaniu, B. 20 km/ h przy zbliżaniu się, a 100 km/ h przy oddalaniu, C. 50 km/ h zarówno przy zbliżaniu się, jak i przy oddalaniu, D. 100 km/ h zarówno przy zbliżaniu się, jak i przy oddalaniu.

5. Kolarz przebył pierwsze 26 km w czasie 1 godziny, a następne 42 km w czasie 3 godzin. Średnia szybkość kolarza wynosiła: A. 18 km/ h,

B. 17 km/ h,

C. 19 km/ h,

D. 20 km/ h,

6. Łódź płynie rzeką z miejscowości A do Bi z powrotem. Szybkość łodzi względem wody

wynosi 5 m/ s, a szybkość wody względem brzegów wynosi 4 m/ s. Średnia szybkość ruchu łodzi na trasie ABA miała wartość: A. 5 m/ s,

B. 4,5 m/ s, C. 1,8 m/ s, O. zależną nie tylko od

szybkości łodzi

i wody, ale również od odległości między miej-

scowościami.

7. Pasażer pociągu A poruszającego się z szybkością 10 m/ s widzi w ciągu pociąg

3 s wymijany

B o długości 75 m. Szybkość pociągu B jest równa:

A. 25 m/ s,

B. 35 m/ s,

C. 15 m/ s,

D. 30 m/ s.

8. Na podstawie załączonego wykresu można powiedzieć, że średnia szybkość opisywa-

v

nego ruchu wynosi:

A. 4 m 5 s

8

1

C 3m

5m · 4 s'

2 1

----r----~ -- -- ~

I I I I

I I I I

I I I I

4 s

1

9. Na rysunku jest przedstawiony wykres dla pewnego pojazdu. Po czasie

I I I I I I I

I I

D. 3 m_

· 2 s'

ległość

(m/s)

t

v (t)

= 7 s od-

v

2

3

4 t (s)

(m/ s)

35+------

pojazdu od miejsca startu wynosiła:

A. 25 m, C. 90 m,

1 2 3 4 5 6 7 t (s)

B. 55 m, O. 98 m.

-36

1 o. Wartość prędkości średniej

pojazdu (z poprzedniego zadania) w czasie 7 sekund ruchu

oraz szybkość średnia w tym czasie:

. d na kowe 1. mia . ły wartosc „ 25 m - - , A. były Je

7 s

. dna kowe 1. mia . ły wartosc „ 55-, m B. były Je 7 s

1O

ZamKor 626 ovtań testowvch z fizvki. astrofizvki i kosmoloaii

. d nro: . -25 -m 1. -55 -m, C. wynosi.ły od powie

7 s

7 s

. d . 90 m 198 m nro: - - i - -. D. wynosi.łyo dpowie 7 s 7 s

11.

v (m/s)

Uwaga: We wzorach wszystkie współczynniki liczbowe są wyrażone

90 60

w SI.

Z wykresu v (t) wynika,

że

funkcja

s (t) dla tego ruchu

30

będzie miała postać:

A. s = 0,5t + 0,25t 2 , c. s = 15t + 0,5t 2 ,

2 t (min)

1

8. s = 15t + 0,25t 2 , D.s=15t+15t 2 •

12. Ciało,

dla którego wykres

v (t) podano w poprzednim zadaniu, w ciągu 2 minut ruchu

przebędzie drogę równą:

A. 90 m,

B. 180 m,

D. 6 km.

C. 5,4 km,

13. Jeśli zależność (współczynniki

postać:

drogi od czasu dla pewnego ruchu ma

liczbowe

są

dane w SI), to

prędkość początkowa

s (t) = 2 t · (t + 2)

i przyspieszenie

mają

wartości:

A. v 0 C.

= 4 m/ s,

a = 2 m/ s 2 , 2 D. v 0 = 2 m/ s, a = 8 m/ s •

a = 4 m/ s 2 ,

v 0 = 2 m/ s, a= 2 m/ s 2 ,

Pytania 14, 15 i 16 odnoszą Poniższe każdej

= 4 m/ s,

B. v 0

się

cząstek poruszających się wzdłuż

do czterech

rysunki przedstawiają zależność współrzędnej prędkości (v x ) od czasu (t) dla

z cząstek.

Vx

Vx

Vx

Vx

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(m/s)

1

1

1 -------------

o

osi x.

1

2 t(s)

-1

o

1

2 t(s)

1

2 t(s)

-1 cząstka

o

I

-1 cząstka

o

2

1

3

I

I I

-1 cząstka

2 t(s)

cząstka

4

14. Po dwóch sekundach najdalej od swego początkowego położenia znajduje się cząstka:

A. 1.

B. 2.

D. 4.

C. 3.

1 5. Ze

stałym

niezerowym przyspieszeniem porusza

A. 1.

się cząstka:

c. 3.

B. 2.

D. 4.

16. Po dwóch sekundach w swoim

A. 1.

początkowym położeniu

znajdzie

C. 3.

B. 2.

się cząstka:

D. 4.

17. W ciągu 4 sekund

ciało poruszające się

kości początkowej przebyło drogę

4 s ruchu

20 m.

ruchem jednostajnie przyspieszonym bez pręd­ Prędkość końcowa , jaką osiągnęło

to ciało po

miała wartość:

A. 10 m/ s,

B. 5 m/ s,

C. 20 m/ s,

D. 40 m/ s.

18. Ciało rusza (v 0 = O) z przyspieszeniem o wartości 0,4 m/ s przebędzie drogę

ruchu

s i po trzech sekundach

2

•

W ciągu trzeciej sekundy

osiągnie szybkość

v

odpowiednio

równe:

C. s = 1 m

v = 1,2 m/ s, v = 1 m/ s, v = 1,2 m/ s,

D. s = 2 m

v = 1,2 m/ s.

A. s = 0,6 m

B. s = 1 m

19.

V

Na rysunku przedstawiono

zależność szybkości

v od czasu t

dla dwóch punktów materialnych (prosta 1 dla punktu pierwszego, prosta 2 dla punktu drugiego). Drogi przebyte przez punkty w czasie T: A.

są

jednakowe,

B. są różne, przy czym droga przebyta przez punkt pierwszy jest dwa razy większa od drogi punktu drugiego, ZamKor

626 ovtań testowvch z flzvkl. astrofizvki i kosmoloali

o

T

t

C. są różne, przy czym droga przebyta przez punkt pierwszy jest trzy razy większa od drogi punktu drugiego, D. są różne, przy czym droga przebyta przez punkt pierwszy jest cztery razy większa od drogi przebytej przez punkt drugi.

20. W pierwszej sekundzie ruchu ciało przebyło a w trzeciej 3 m. W czasie tych trzech sekund

A. jednostajnym,

drogę

1 m. W drugiej sekundzie 2 m, poruszało się ruchem:

ciało

B. jednostajnie zmiennym , D. niejednostajnie zmiennym.

C. jednostajnie przyspieszonym,

21. Ciało poruszające się

po linii prostej ruchem jednostajnie przyspieszonym (v 0 = O)

przebywa w pierwszej sekundzie ruchu

drogę

1 m. Droga przebyta w drugiej sekundzie

ruchu wynosi:

C. 3 m,

B. 2 m,

A. 1m,

D. 4m.

22. Ciało poruszające się

ruchem jednostajnie przyspieszonym (v 0 = O) przebywa w dru-

giej kolejnej sekundzie od

rozpoczęcia

ruchu

drogę

3 m. Przyspieszenie w tym ruchu

ma wartość:

A. 1 m/ s

2

C. 1,5 m/ s 2 ,

,

D. 4 m/ s

2

•

23. Ciało porusza się ruchem jednostajnie przyspieszonym, w którym a= 2 m/ s 2 , v 0 =O.

A. W żadnej sekundzie ruchu

ciało

B. W drugiej sekundzie ruchu

ciało przebyło drogę

5 m.

C. W trzeciej sekundzie ruchu

ciało przebyło drogę

5 m.

D. W czwartej sekundzie ruchu

nie może przebyć 5 m.

ciało przebyło drogę

5 m.

24. Pojazd poruszał się po linii prostej z przyspieszeniem o wartośći 1,2 m/ s 2 • Gdy

v 0 = O,

to

średnia szybkość

pojazdu w

ciągu

pierwszych trzech sekund ruchu

wynosiła:

A. 3,6 m/ s,

B. 1,8 m/ s,

C. 0,6 m/ s,

D. 2,1 m/ s.

25. Punkt poruszał się po prostej w tę samą stronę. Na rysunku przedstawiono zależność przebytej drogi s od czasu t. Posługując się tym wykresem, możemy wnioskować, że maksymalna szybkość w tym ruchu wynosiła około: A. B. C. D.

s (m) 4 ---r---T---,---,----r--3 ---~---~---~--- ---~---: 2 ---r----r--- 1---i----r---: 1 ---t--- I---~---~----:- ---: 1 I

I I

I I

I I

I

I I

I I I

I I I

I I I

I I I

I I I

I I I

I I

I I

I I

I I

I I

I I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

0,2 m/ s, 0,5 m/ s, 0,66 m/ s, 1 m/ s.

1 2 3 4 5 6 t (s)

26. Zależność szybkości od czasu w pierwszej i dru-

giej minucie ruchu przedstawiono na wykresie. Szybkość średnia w czasie dwóch pierwszych minut ruchu wynosi:

v (m/min)

60 --------T-------1

40 20

I

I

I

I

I

I I

I I

--------I -------~ ---+--------~

A. 30 m/ min, B. 35 m/ min, C. 40 m/ min, D. 45 m/ min.

2 t (min)

1

27. Z przedstawionego wykresu szybkości v jako funkcji v (m/s) 2 czasu t wynika, że droga przebyta w czasie 3 sekund 1 wynosi:

A. zero,

B. 6 m, D. 2m.

C. 3m,

1

2

3

t (s)

28. od czasu przedstawiono na v (m/s) wykresie. W czasie trzech sekund ruchu ciało prze3 - - r--T- - „--,--1- „ --..,---,-bywa drogę: --~---· 2 --t--A. 3m, -J__ --' B. 5m, 1 Zależność szybkości

-1

I I

I I

I I

I I

I I

I I

I I

I I

I I

I I -1 I I

I I

I I

I I

I I

I

- - ~ - -'f- -

I I I I

I I

--4--~--.JI I I I

I

I

ł

~---· I I I

I

- - L -_J. __ J __

__

C. 6 m,

o

D. 4,5m.

7;amllnr

t>Jf, nvt.::.ń tP~tn\A/vrh

7

fl7vki .::.drnfi7vki I kn~mnlnnil

I lI

I J.I

I JI

__ __

I JI

I

I

I

I

I

I

I I

ł

I I

I

I I

I

__

1

I ___I, _ _ I,

2

3

t(s)

29. Na podstawie wykresu vx (t)

można

wywnioskować, że odległość ciała

4

od

2

miejsca startu po 10 s ruchu wynosiła:

A.

_2 1 2 3 4 5 6~ 9 ~o t (s) -4 --------------------------- --~

8. 10 m, D. 20 m.

zero, C. 15m,

30. Na rysunku przedstawiono zależność współrzędnej

prędkości

Vx

vx

od czasu t dla punktu poruszającego się po linii prostej. Posługując się tym wykresem możemy wnioskować, że zależ­ ność współrzędnej przyspieszenia ax od czasu dla tego punktu

t

przedstawiono na wykresie:

:

t

I

t

t

I I

t

______ _ __ IL....-....,,I

A.

c.

8.

O.

31. Na wykresie przedstawiono zależnóść wartości przys-

a (m/s

pieszenia od czasu dla pewnego ruchu (v 0 = O). Szybkość ciała po trzech sekundach ruchu wynosi:

A.

zero,

)

2

1

8. 1,5 m/ s, O. 6 m/ s.

C. 3 m/ s,

2

1

2

3 t (s)

32. przys-

a (m/s2 )

pieszenia od czasu w pierwszej i drugiej sekundzie

3 2 1

Na wykresie przedstawiono ruchu pewnego

zależność wartości

ciała. Prawdą

A. w pierwszej sekundzie

jest,

że:

ciało poruszało się

ruchem

niejednostajnie przyspieszonym, w drugiej sekun-

1

2 t (s)

dzie niejednostajnie opóźnionym, szybkość po dwóch sekundach wynosiła zero, . 8. w pierwszej sekundzie ciało poruszało się ruchem jednostajnie przyspieszonym, w drugiej sekundzie jednostajnie wynosiła zero,

opóźnionym , szybkość

po dwóch sekundach

C. w czasie obydwu sekund

ciało poruszało się

ruchem niejednostajnie przyspieszo-

nym, a szybkość po dwóch sekundach wynosiła 2 m/ s, D. w czasie obydwu sekund ciało poruszało się ruchem niejednostajnie przyspieszonym, a szybkość po dwóch sekundach wynosiła 3 m/ s.

33. Na rysunku przedstawion.o wykres dla pewnego ruchu. Jeśli

v0

sześciu

ax(t)

= 5 m/ s, to wartość prędkości po sekundach wynosiła:

A. 4 m/ s,

B. 6 m/ s, D. 10 m/ s.

C. 9 m/ s,

1

2

4 I

-1 --------------------·-· - -

34. Z informacji, że ciało wyrzucone pionowo w górę przebywa w ostatniej sekundzie ruchu w górę drogę równą około 5 m: A.

można obliczyć maksymalną wysokość

wzniesienia - wynosi ona 25 m,

B. C.

można obliczyć maksymalną wysokość

wzniesienia - wynosi ona 35 m, wzniesienia - wynosi ona 45 m,

można obliczyć maksymalną wysokość

D. nie

można obliczyć

maksymalnej

wysokości

wzniesienia -

może

ona

być

dowolna.

35. Ciało puszczono swobodnie w próżni z wysokości h. Średnia szybkość ciała podczas

spadania wynosi:

A. .jhg/ 2,

C. .j2hg,

B. .jhg/ 4,

D.

..fhi.

36. Zależność wysokości

h od czasu t w przypadku rzutu pionowego w górę przedstawiono

na wykresie:

h

h

h

t

t

A.

16

h

B.

t C.

ZamKor 626 pytań testowych z fizyki, astrofizyki I kosmoloqil

t D.

37. Z wysokości h nad ziemią wyrzucono dwa ciała. Pierwsze pionowo do góry z szybkością v 0, a drugie w dół z taką samą szybkością początkową. Szybkości v 1 pierwszego i v 2 drugiego ciała w chwili upadku na ziemię tworzą związek (opór powietrza pominąć):

A. v 1 < v 2 , C. V 1 >V 2 ,

B.

zależny

od

wartości

h,

D. v 1 = v 2 •

38. rzucono z ziemi pionowo w górę z prędkością o wartości v 0 kundach od chwili wyrzucenia ciało to:

Ciało

A.

= 30 m/ s. Po 10 se-

osiągnie największą wysokość,

B. spadając, znajdzie się na wysokości 1 m nad C. akurat zetknie się z ziemią, D. spoczywa na ziemi.

ziemią,

39. Aby maksymalna z prędkością

wysokość

początkową

A. 30 m/ s,

wzniesienia

wynosiła

45 m,

ciało

trzeba

wyrzucić

pionowo

o wartości:

B. 40 m/ s,

C. 90 m/ s,

O. 900 m/ s.

40. h = 15 m ciało rzucono pionowo w górę z szybkością v 0 = 10 m/ s. Ciało zetknie się z podłożem po czasie (przyjmij g = 10 m/ s 2 ): Na

wysokości

A. 2 s,

8. 3 s,

C. 4 s,

O. 5 s.

h

41. Na pewnej kową Ciało

v 0.

wysokości

h nad

podłogą

wyrzucono poziomo

ciało

z

szybkością począt­

Równocześnie

z tej samej wysokości puszczono swobodnie drugie puszczone swobodnie spadnie na podłogę:

A.

równocześnie

B. C.

wcześniej niż ciało

D.

ciało.

z ciałem wyrzuconym, różnica

wcześniej niż ciało

wyrzucone, a wyrzucone, a

różnica

czasów nie czasów nie

wcześniej niż ciało

wyrzucone, a

różnica

czasów

zależy zależy

zależy

od h, tylko od v 0, od v 0 , tylko od h,

zarówno od h jak i od v 0.

42. Szybkości końcowe,

A.

będą

z jakimi

upadną

ciała

te

na

podłogę:

(patrz zadanie poprzednie)

jednakowe,

v 0, tylko od h, ich stosunek nie zależy od h tylko od v 0 ,

8. nie

będą

jednakowe, a ich stosunek nie

C. nie

będą

jednakowe, a

D. nie

będą

jednakowe, a ich stosunek

zależy

zależy

od

zarówno od h, jak i od

v0.

43. Jeżeli pasażer pociągu poruszającego się ciało,

to w

układzie

A. jest prostą 8. jest prostą C. jest

D.

odniesienia

ze

związanym

stałą szybkością puścił

z ziemią tor

swobodnie pewne

ciała:

pionową , ukośną,

parabolą,

może być dowolną krzywą

w zależności od szybkości pociągu.

44. Na wysoko~ci h rzucamy ciało poziomo z prędkością początkową o wartości ciało

to wyrzucimy z

szybkością

3 razy

większą

na 4 razy większej

v 0 . Gdy

wysokości ,

to jego

zasięg będzie:

A. 6 razy

większy,

C. 12 razy

8 . 9 razy większy, D. 2-!3 razy większy.

większy,

45. Ciało

wyrzucono ukośnie z prędkością o wartości v 0 = 12 m/ s, skierowaną pod kątem

a= 45° do poziomu.

Prędkość

tego

ciała

w

najwyższym

punkcie toru

będzie miała

wartość równą:

A. zeru,

8. 3f2 m/ s,

C.

6F2

m/ s,

D.

6-!3

m/ s.

46. Chcemy wyrzucić ciało pod takim kątem, aby jego zasięg był 4 razy większy od osiągnię­ tej wysokości. Prawdą jest, że: A. nie jest to

możliwe,

8. ciało należy wyrzucić pod kątem, którego tangens jest równy 1/ 4, C.

ciało należy wyrzucić dokładnie

pod

kątem

45°,

D. ciało należy wyrzucić pod kątem większym od 45°, ale mniejszym od 60°.

7.::.mKnr

(,"](,

nvt.:łń t11 V2,

C.

v2

= v 1 sin a,

D.

V2

=

V1·

126. Dane są dwie równie pochyłe o jednakowych wysokościach i różnych nia. Ciała zsuwają się bez tarcia z tych równi. Prawdą jest, że:

kątach

nachyle-

A. zarówno szybkości końcowe, jak i czasy zsuwania się będą jednakowe, B. z równi o mniejszym kącie nachylenia ciało będzie się zsuwało dłużej i

osiągnie

mniejszą szybkość końcową,

C. czas zsuwania się ciała z równi o mniejszym a szybkości końcowe będą jednakowe, D. czas zsuwania się ciała z równi o mniejszym a szybkości z obu równi

36

końcowe będą jednakowe będzie

ZamKor

kącie

nachylenia

będzie dłuższy ,

kącie

nachylenia

będzie dłuższy,

tylko wtedy, gdy masa ciała

zsuwającego się

taka sama.

626 pytań testowych z fizyki, astrofizyki i kosmologii

127. Z zasady zachowania energii mechanicznej wynika, A. w

układzie zamkniętym

że:

energia kinetyczna jest równa energii potencjalnej,

B. suma energii kinetycznej i potencjalnej

układu jest stała,

gdy w układzie

działają

tyl-

ko siły zachowawcze i siły zewnętrzne nie wykonują pracy nad układem, C. suma energii kinetycznej i potencjalnej jest równa zeru, D. energia mechaniczna jest równa sumie energii kinetycznej i potencjalnej.

128. W zderzeniu

niesprężystym układu ciał

jest:

A. zachowany pęd całkowity i zachowana energia całkowita układu, B. niezachowany pęd całkowity, a energia kinetyczna układu zachowana, C. zachowany pęd całkowity i energia kinetyczna układu, D. niezachowany pęd całkowity i niezachowana energia kinetyczna

układu.

129. W trakcie centralnego (czołowego) zderzenia dwóch doskonale niesprężystych kul, energia kinetyczna zmienia się całkowicie w ich energię wewnętrzną jeśli mają: A. zgodnie zwrócone pędy o takich samych wartościach, B. jednakowe masy i przeciwnie zwrócone pędy, C. przeciwnie zwrócone pędy o takich samych wartościach, a dowolne energie kinetyczne, D. jednakowe energie kinetyczne i

prędkości.

130. Stalowa kulka o masie m uderza nieruchomą plastelinową kulę o masie Mi pozostaje w niej. Jaka część e~ergii kinetycznej kulki zamieni się w energię wewnętrzną (zakłada­ my zderzenie doskonale

m

niesprężyste)?

m2 C. i - (M+m) 2 '

m

A. M'

B. M+m'

M D. M+m

131. Z działa o masie 1 tony wystrzelono pocisk o masie 1 kg. O energiach kinetycznych pocisku i

działa

w chwili, gdy pocisk opuszcza

A. energia kinetyczna pocisku nie mniejsza

niż

masa

będzie

działa,

lufę można powiedzieć, że:

mniejsza

niż działa,

bo masa pocisku jest znacz-

B. szybkości działa i pocisku w chwili wystrzału są odwrotnie proporcjonalne do ich mas, więc

energia kinetyczna pocisku będzie większa, niż energia kinetyczna działa,

C. energia kinetyczna pocisku i

działa będą

D. energia kinetyczna pocisku i

działa są jednakowe, natomiast pędy pocisku i działa

będą różne

co do

wartości

jednakowe,

i co do kierunku.

132. Jeżeli w sytuacji przedstawionej na rysunku (masę blocz-

...=2=--m___..___ _ _-...1.

ka i tarcie pomijamy) energia potencjalna ciężarka o masie

m zmniejszy się

o masie 2m

o 30 J, to energia kinetyczna klocka

powiększy się

A. 30J,

B. 20J, D. 60J.

C. 15J,

133. Kamień

m

o:

zawieszony na sznurku puszczamy swobodnie

$,____1_m_---.

1

(v 0 = O) z położenia A (rysunek). W położeniu 8 szybkość 0,5 kg \

!

I

I

I

kamienia i wartość siły napięcia sznurka wyniosą odpo-

I I

I \

I I

\

'

wiednio:

I '

I I

',

'

I ',

I

'

A. J5m; s

C. 2J5m; s

2,5 N,

B. J5m;

10 N,

D. 2J5m;

s s

7,5 N,

o masie 0,2 kg zaczepioną na sznurku o długości 40 cm

rozpędzamy

tak aby poruszała się po okręgu w płaszczyźnie pionowej

(g = 10 m/ s

2

).

I

15N.

134. Kulkę

',,______ -Eb B

mA I I I

:/

Najmniejsza szybkość, jaką może mieć kulka w gór-

nym punkcie okręgu (A) jest równa: A. zeru,

B. 1 m/ s,

C. 2 m/ s

D. 0,8 m/ s.

B

135. Jeśli kulka z poprzedniego zadania będzie miała w dolnym punkcie okręgu (B) szybkość

6 m/ s, to

siła napięcia sznurka ma w tym punkcie wartość:

A. 16 N, ~Q

B. 18 N, 7;:iiml(nr

C. 18,2 N,

D. 20 N.

I. 7/. nut::'łń tPdn\A/\lrh 7 fi7Vlci ~drofi7Vfci i kO(mnfonjj

136. Praca wykonana przez siłę ciężkości przy przejściu linki z położenia A do B okręgu (patrz zadanie 134) wynosi:

8. mg ·2nl,

A. mg ·ni,

C. mg·!,

D. mg ·21.

137. Kulka o masie m jest przyczepiona na końcu sznurka o długości R i wiruje w płaszczyź­ nie pionowej po okręgu tak, że w górnym położeniu nitka nie jest napięta . Szybkość tej kulki w chwili, gdy jest ona w dolnym

A.

ffe,

B.

położeniu

~·

C.

wynosi:

~4gR,

D. ~ 5gR.

138*. Energia potencjalna kulki zawieszonej ńa sprężynie jest dana wzo1 rem EP = -mgx + kx 2 • Współrzędna siły wypadkowej działającej 2 na

kulkę

A. -

gdy x

mgx 2 2

6'

B.

mgx 2 2

kx 3

- -

D. mg-kx.

6

$

~

~

O, jest dana wzorem:

kx 3

+-

C. -mg+kx,

;ć

IJ!l!/l////JllJ/ll/JIJIJI/

'

m?T

o-'

X=

0

139. Dwa

ciała

m i 5m

o masach

zbliżają się

m

do

siebie na skutek oddziaływania grawitacyjnego (wszystkie inne powiedzieć

siły

pomijamy). Co

B. W

B

A

można

o przyspieszen iach tych ciał w układzie środka masy?

A. Przyspieszenia chwilowe tych wartości

5m

ciał mają

takie same

wartości,

ale przeciwne zwroty,

obu przyspieszeń wzrastają z upływem czasu .

każdej

chwili wartość przyspieszenia ciała A jest 5 razy większa niż wartość

przyspieszenia

ciała

B.

C. Wartość przyspieszenia ciała A jest 5 razy większa od wartości przyspieszenia ciała

wartość każdego

B, a ponadto

z tych

przyspieszeń

jest niezmienna w czasie .

D. Stosunek wartości przyspieszeń ciał A i B zależy do stosunku mas oraz stosunku kwadratów ich odległośc i od środka masy.

140. Ziemia przyciąga wzorzec masy siłą o wartości 9,81 N. Prawdą jest, że:

A. wzorzec masy wcale nie inne

przyciąga

Ziemi , to Ziemia go

przyciąga,

ciała,

B. wzorzec masy przyciąga Ziemię

siłą

tyle razy mniejszą od 9,81 N, ile razy jego masa

jest mniejsza od masy Ziemi, C. wzorzec masy przyciąga Ziemię również siłą o wartości 9,81 N, D. nie ma żadnego związku między wartościami tych sił.

141. Jednostką natężenia

m2 A. kg· - 2 , s

~O

tak jak wszystkie

pola grawitacyjnego jest:

B.

ZamKor 626

m s2

,

N C. - , m

D.

pytań testowych z fizyki, astrofizyki i kosmologii

kg - 2·

s

142. Na wysokości h nad powierzchnią Ziemi przyspieszenie ziemskie jest cztery razy mniejsze niż na powierzchni Ziemi (Rz - promień Ziemi), gdy:

8. h= 2Rz ,

A. h =Rz ,

1 2

C. h= 4Rz ,

D. h = - Rz .

143. Przyspieszenie grawitacyjne na planecie, której zarówno razy mniejsze od promienia i masy Ziemi ma wartość:

promień,

jak i masa

są

dwa

A. taką samą jak przyspieszenie grawitacyjne na Ziemi, 8. dwa razy mniejszą od przyspieszenia grawitacyjnego na Ziemi, C. dwa razy większą od przyspieszenia grawitacyjnego na Ziemi, D. cztery razy większą od przyspieszenia grawitacyjnego na Ziemi.

144. Średnia gęstość pewnej planety jest równa gęstości Ziemi. Jeżeli masa planety jest

dwa razy mniejsza od masy Ziemi, to przyspieszenie grawitacyjne na planecie ma wartość:

A. 8. C.

taką samą

D.

większą

jak przyspieszenie grawitacyjne na Ziemi, większą od przyspieszenia grawitacyjnego na Ziemi, mniejszą od przyspieszenia grawitacyjnego na Ziemi, lub mniejszą od przyspieszenia na Ziemi, w zależności od na tej planecie.

stałej

grawitacji

145. Przyspieszenie grawitacyjne na planecie, której promień i średnia większe od promienia i średniej gęstości Ziemi ma wartość:

gęstość są

dwa razy

A. dwa razy większą od przyspieszenia grawitacyjnego na Ziemi, 8. dwa razy mniejszą od przyspieszenia grawitacyjnego na Ziemi, C. cztery razy większą od przyspieszenia grawitacyjnego na Ziemi, D.

taką samą ,

jak przyspieszenie grawitacyjne na Ziemi.

146. Szybkości

liniowe sztucznych satelitów krążących w pobliżu powierzchni Ziemi równaniu z szybkością liniową jej satelity naturalnego (Księżyca):

są

w po-

większe,

A. takie same,

8.

C. mniejsze,

D. mniejsze lub

większe,

w

zależności

od masy satelity.

147. Statek kosmiczny o masie m wraca na Ziemię z wyłączonym silnikiem. Przy zbliżan i u się do Ziemi z odległości R 1 do odległości R 2 (licząc od środka Ziemi) pozostaje tylko w polu grawitacyjnym Ziemi (M- masa Ziemi, G- stała grawitacji). Wzrost energii kinetycznej statku w tym czasie wynosi:

A. GMm C. GMm

R1 -R 2 RiR2 R 1 -R 2 R2

2

8 . GMm

,

R1 -R 2 R 2 ' 1

D. GMm

,

Ri -R2 2

2

•

Ri R2

148. W poniższych zdaniach podano informacje dotyczące szybkości liniowych i energii dwóch satelitów Ziemi poruszających się po orbitach kołowych o promieniach r i 2r. Szybkość

satelity bardziej odległego od Ziemi jest poruszającego się bliżej Ziemi.

od

szybkości

satelity

satelity bardziej odległego od Ziemi jest mniejsza od poruszającego się bliżej Ziemi.

szybkości

satelity

1.

2.

większa

Szybkość

3. Stosunek energii kinetycznej do potencjalnej jest dla obu satelitów taki sam. 4. Stosunek energii kinetycznej do potencjalnej jest inny dla Prawdziwe są informacje: A. tylko 1 i 3, 8. tylko 2 i 4,

C. tylko 2 i 3,

każdego

satelity.

D. tylko 1 i 4.

149. Gdyby gęstość Ziemi była 4 razy kosmiczna miałaby wartość: A. 4 razy 8. 2 razy C. 8 razy

większa,

a

promień pozostał

ten sam to li

większą, większą,

większą,

D. 16 razy

większą.

1 SO. Stan

nieważkości

w rakiecie

lecącej

na

Księżyc

pojawi

A. osiągnie ona pierwszą prędkość kosmiczną, 8. osiągnie ona drugą prędkość kosmiczną, C. osiągnie punkt równowagi przyciągania Ziemi i D. ustanie praca silników.

;42

się

w chwili , gdy:

Księżyca,

ZamKor 626 pytań testowych z fizyki, astrofizyki i kosmologii

prędkość

151. poruszają się

Dwa satelity Ziemi

r1 i r2 , przy czym r1 < r2 • O

kołowych.

po orbitach

Promienie ich orbit wynoszą

szybkościach kątowych

tych satelitów

można

po-

wiedzieć, że: są

A. B.

jednakowe,

większą szybkość

ma satelita

poruszający się

po orbicie o promieniu r1 ,

C.

większą prędkość

ma satelita

poruszający się

po orbicie o promieniu

D.

szybkości kątowe zależą

r2 ,

nie tylko od promieni ich orbit, ale także od mas satelitów.

152. Dwa satelity Ziemi

poruszają się

po orbitach

kołowych.

o promieniu R, a drugi po orbicie o promieniu 2R.

Pierwszy porusza Jeżeli

się

po orbicie

czas obiegu pierwszego

satelity wynosi T, to czas obiegu drugiego satelity wynosi:

A. 2T, C.

B. 2-.fj_ T,

-.f5_ T,

D. 4 T.

153. Satelita stacjonarny (który dla obserwatora chomy)

krąży

po orbicie

kołowej

w

związanego

płaszczyźnie

równika.

skiej wynosi T, masa Ziemi M, stała grawitacji G, a

z

Ziemią

Jeżeli

promień

wydaje

się

nieru-

czas trwania doby ziem-

Ziemi R, to

promień

orbity

tego satelity:

A.

wynosi~,

C.

wynosi ~,

D.

może mieć dowolną wartość.

154. Dwa satelity Ziemi

poruszają się

po orbitach

kołowych.

Satelita o masie m 1 po orbicie

o promieniu R 1 , a satelita o masie m 2 po orbicie o promieniu R 2, przy czym R 2 = 2R 1. Jeżeli energia kinetyczna obu satelitów jest taka sama, to możemy wnioskować, że:

A. m 2 = 2m 1 , 1

B. m2 = 2m1, C. m 2

D. m 2

= 4m 1 , = -1 m 1 . 4

- - - - - - - - - - --

@JfrCJJWD~~jJCJJ

-

155. Satelita

okrąża Ziemię

1. nie zmienia

się

po torze eliptycznym . W ruchu tym:

energia kinetyczna satelity,

2. zmienia się energia potencjalna układu satelita-Ziemia, 3. całkowita energia mechaniczna układu jest ujemna, 4. zmienia

się

Prawdziwe

są

moment

pędu układu.

odpowiedzi:

B. tylko 1 i 4,

A. tylko 1,

D. tylko 2 i 3.

C. tylko 2 i 4 ,

156. Na rysunku pokazano zależność natężenia pola grawitacyj- Y. nego Ziemi od m

odległości

od

środka

Ziemi

r.

Ciało

o masie

= 10 kg w odległości r = -1 R od środka Ziemi ważyłoby

3 (R - promień Ziemi, przyjmij g

A. 294,3 N,

B. 65,4 N,

r

R

= 9,81 m/ s 2 ):

D. 10 N.

C. 32,7 N,

157. Rysunek przedstawia

zależność ciężaru ciała

Fe

podanego w niutonach od masy m tego

ciała

pewnej planecie. Przyspieszenie, z jakim

spadają

ciała

na

~(N

20

15

na tej planecie:

10

A. jest równe przyspieszeniu na Ziemi , B. jest większe od przyspieszenia na Ziemi,

5

C. jest mniejsze od przyspieszenia na Ziemi, może być

D. nie

odczytane z wykresu, gdy nie

o

1

2

3

4 m (kg)

znamy masy planety M.

158. W

miejscowości położonej

tająca

na

w spoczynku względem

szerokości ścian

geograficznej 45° wisi na nitce kulka pozos-

pokoju. Linia prosta wyznaczona przez nić pokazuje:

A. kierunek działania siły zwanej ciężarem kulki , B. kierunek

działania siły

C. kierunek

siły

wypadkowej,

D. Nie wybieram że wśród

44

grawitacji, jaka

żadnej

działającej

działa między kulką

na

a

Ziemią,

kulkę.

z trzech pierwszych odpowiedzi (A, B, C), bo wydaje mi

nich jest więcej

niż

jedna poprawna.

ZamKor 626 pytań testowych z fizyki, astrofizyki i kosmoloail

się,

159. Grawitacyjna energia potencjalna

układu

dwóch

ciał

(punktów materialnych):

A. maleje podczas wzrostu ich wzajemnej odległości, jeżeli przyjmiemy umowę, że energia potencjalna tego układu będzie równa zeru, gdy ciała rozsuniemy na odległość nieskończenie wielką,

B. wzrasta lub maleje, np. jeśli umówimy się, że energia potencjalna tych dwóch punktów materialnych przy wzajemnej odległości równej R 0 jest równa zeru, to przy ich odsuwaniu dla r > R 0 energia potencjalna układu maleje, a dla r < R 0 energia potencjalna wzrasta, C. zawsze zwiększa się podczas wzrostu wzajemnej odległości tych ciał, D. zawsze maleje podczas wzrostu wzajemnej odległości tych ciał.

160. Pewna planeta jest jednorodną kulą o promieniu R. Przyspieszenie grawitacyjne na powierzchni tej planety ma wartość g. Ile wynosi potencjał grawitacyjny V na jej powierzchni?

B. V= -gR.

A. V= gR.

g C. V= R.

g D. V=- - . R

161. Każdy

punkt na powierzchni planety o promieniu R i grawitacyj ny:

A. -

4 3

2

nGR p,

B.

4 3

2

nGR p,

C. -4nGRp,

średniej gęstości

p ma

potencjał

~--

162. Koło

roweru poruszającego się z szybkością 6,28 m/ s ma tów tego koła na sekundę wynosi: A. 25,12 s- 1 ,

8. 1,57 s- 1 ,

średnicę

C. 50 s- 1 ,

0,4 m. Liczba obro-

D. 5 s- 1 .

163. Jeżeli koło

zamachowe wykonujące początkowo 12 obrotów na sekundę zatrzymuje się po 6 sekundach, to średnie przyspieszenie kątowe ma wartość bezwzględną:

A. 2 s- 2 ,

C. 4.n s- 2 ,

8. 4 s- 2 ,

D. 2n s- 2 •

164. Na ciało działa para sił (F1 = F2 = F). Odległość pomiędzy liniami działania sił wynosi /1 , a pomiędzy punktami przyłożenia sił - 12 • Moment obrotowy tej pary sił ma wartość: A.

F· 4 ,

8.

2F·4,

C.

F· 4,

D.

2F· 4 .

165. Jeżeli

wypadkowy moment sił działających na ciało obracające się wokół nieruchomej osi jest stały i różny od zera w czasie ruchu , to moment pędu (kręt) tego ciała: A. pozostaje stały , C. jednostajnie maleje z czasem,

B. jednostajnie wzrasta z czasem, D. jednostajnie maleje lub wzrasta z czasem.

166. Jeżeli

walec toczy

1. na walec

się

działają

bez

trzy

poślizgu

po równi

siły: ciężkości

pochyłej,

-

ZamKor 626

-

-

Fe , reakcji R i t?rcia T,

2. na walec działają tylko dwie siły: ciężkości 46

to:

Fe i reakcji R,

pytań testowych z fizyki. astrofizyki i kosmoloQll

3. przyspieszenie walca nie

4.

szybkość końcowa

nie

zależy

zależy

od

od jego masy i promienia, wysokości

równi.

Nieprawdziwe są odpowiedzi :

A. tylko 1 i 2,

8 . tylko 2 i 3,

C. tylko 2 i 4,

D. tylko 3 i 4.

167. Walec stacza się bez poślizgu z równi chu walca nadaje moment:

pochyłej .

Chwilowe przyspieszenie

kątowe

w ru-

A. zawsze tylko siły tarcia, B. zawsze tylko siły ciężkości, C. wypadkowej siły tarcia i ciężkości, D.

siły

tarcia lub

siły ciężkości

w

zależności

od wyboru osi obrotu.

168. Cienki

pręt

o masie m i

długości

I obraca

się wokół

osi

prostopadłej

do niego. Gdy oś

1 3

przechodzi przez koniec pręta, to moment bezwładności wynosi - m/ 2 • Jeżeli oś przechodzi przez

środek pręta,

m/2

A.

12

to moment

m/ 2

B. - -, 6

'

bezwładności

wynosi:

m/2

c. 2,

169. Dane są dwie

pełne

kule A i 8 wykonane z tego samego

ośmiokrotnie większa chodzącej

A. 2 razy

od objętości kuli 8. Moment przez środek masy kuli A jest:

większy

od momentu

bezwładności

materiału. Objętość

kuli A jest

bezwładności względem

osi prze-

kuli 8,

8. 32 razy większy od momentu bezwładności kuli 8, C. 8 razy większy od momentu bezwładności kuli 8, D. 4 razy

większy

od momentu

bezwładności

kuli 8.

170. Jeżeli dę,

moment bezwładności koła zamachowego, wykonującego ma wartość/, to energia kinetyczna koła wynosi:

A. 2n 2 n 2 /,

1 8. - nnl, 2

C. n 2 n 2 /,

1

n obrotów na sekun2

D. -nn I. 2

- - - - - - - - - - - - - [?(JJJ(blfi) @@[J'@lt@~

171. Cienkościenna

rura o promieniu R i masie M toczy się bez poślizgu tak, że środek tej

rury porusza się z szybkością

A.

1 2 mv , 2

B.

v.

Jej energia kinetyczna wynosi:

1 2 mRv , 2

C.

D. 2mv 2 •

mv 2 ,

172. Dwa dyski o momentach bezwładności / 1 i / 2 (przy czym / 1 > 12 ) obracają się wokół swoich osi symetrii tak, że ich energie kinetyczne są równe. Wartości ich prędkości kątowych

w 1 i w 2 oraz momentów

A. w 1 > w 2 C. w 1 < w 2

pędu

L1 i L2

spełniają

relacje:

B. w 1 = w 2 i L1 > L2 , D. w 1 < w 2 i L1 > L2 •

i L1 > L2 , i L1 < L2 ,

173. Jeśli

okres wirującej bryły zmaleje dwukrotnie, to jej energia kinetyczna:

A. wzrośnie dwukrotnie,

B. zmaleje dwukrotnie,

C. wzrośnie czterokrotnie,

D. zmaleje czterokrotnie.

174. Człowiek siedzący

na krześle obrotowym obraca się z prędkością kątową o wartości m

(tarcie zaniedbujemy). W wyciągniętych na boki Jeżeli człowiek opuści ręce

rękach

trzyma dwa jednakowe

ciężarki.

to:

A. moment pędu i energia kinetyczna wzrosną, B. moment

pędu

i energia kinetyczna

C. ani energia ani moment

pędu

nie

zmaleją,

mogą

ulec zmianie ze

względu

na brak tarcia,

D. moment pędu pozostaje niezmieniony, a energia kinetyczna rośnie.

175. 1 2

Łyżwiarz, który wiruje z wyciągniętymi ramionami posiada energię kinetyczną - f 0m 0

2

•

Jeżeli łyżwiarz opuści ramiona, to jego moment bezwładności maleje do 1 I0 , a wartość 3

jego prędkości kątowej wynosi wtedy:

A.

48

(J) o

3

,

ZamKor

626 pytań testowych z fizyki, astrofizyki i kosmoloqii

176. Jeżeli bryła tości

A.

sztywna wiruje wokół stałej osi i względem tej osi ma moment pędu o war-

L, a moment

bezwładności

I , 2nl

/, to okres obrotu

L I

bryły względem

I L

B. 2n - ,

C. 2n -,

tej osi jest równy:

D. 2n/L.

177. Energie kinetyczne ruchu cego

się

bez

poślizgu

postępowego

po poziomej powierzchni

ności walca wynosi 1/ 2mr

2

pełnego

Ekp i obrotowego Ek0

spełniają relację

walca

(moment

toczą­

bezwład­

):

A. Ekp =Eka' C. Ekp Eka lub Ekp VK.

n

p

n

544. Diody półprzewodnikowe połączono według schematu. O natężeniach prądu można powiedzieć, że :

A. / 1 ma największą wartość, B. / 2 ma największą wartość, C. 13 ma

największą wartość,

D. wszystkie

l 42

są

jednakowe.

ZamKor 626 pytań testowych z fizyki, astrofizyki i kosmologii

R

545. Jądro

atomu o liczbie

porządkowej

Z i liczbie masowej A zawiera:

A. A protonów i Z neutronów, B. Z protonów i A neutronów, C. Z protonów i A- Z neutronów, D. A protonów i Z - A neutronów.

546. Stosunek mas

cząsteczek

wody

ciężkiej

i

zwykłej

11

A. 1,

B.

wynosi w

przybliżeniu:

17

g'

C.

10

g'

D.

9·

547. O masie jądra helu

można powiedzieć, że:

A. jest większa niż suma mas 2 protonów i 2 neutronów, B. jest mniejsza niż suma mas 2 protonów i 2 neutronów, C. jest równa sumie mas 2 protonów i 2 neutronów, D. jest mniejsza od sumy mas 1 protonu i 1 neutronu.

548. O masie jądra atomowego A. jest zawsze

większa

można powiedzieć, że:

od sumy mas

cząstek,

z których

się składa,

B. jest zawsze mniejsza od sumy mas cząstek, z których się składa, C. jest dokładnie równa sumie mas cząstek, z których się składa, D. dla lekkich jąder jest mniejsza, a dla ciężkich jąder większa od sumy mas cząstek, z których

się składa .

549. Bezwzględna wartość średniej

A. B. C.

największa największa największa

energii

wiązania, przypadającej

na jeden nukleon jest:

dla jąder pierwiastków z początku układu okresowego, dla jąder pierwiastków ze środkowej części układu okresowego, dla jąder pierwiastków z końca układu okresowego,

D. jednakowa dla wszystkich pierwiastków.

550. W reaktorze atomowym moderator

służy

do:

A. ograniczania szkodliwego promieniowania, 8 . regulowania wartości mocy reaktora, C. regulacji mocy nukleonów w reaktorze, D. spowalniania neutronów.

551. W reaktorze jądrowym najlepiej A.

spełniałby rolę

moderatora:

ołów,

8. beton, C. kadm, D. grafit.

552. Energia promieniowania A.

Słońca

przejść

powstaje w wyniku:

elektronów z wyższych dujących się w Słońcu,

powłok

na

niższe

w atomach pierwiastków znaj-

8. stopniowej zamiany energii ogromnych sił grawitacyjnych ściskających ka masa) w energię promienistą, C. reakcji rozszczepienia ciężkich jąder Uak w reaktorach jądrowych), D. reakcji syntezy jąder helu z jąder wodoru.

553. Promieniowaniem {3 nazywamy: A. elektrony emitowane z podgrzanego metalu, 8. elektrony wybijane z powłoki atomu przez kwanty

świetlne,

C. elektrony emitowane z powłoki atomu, D. elektrony lub pozytony emitowane przez jądra atomu.

144

ZamKor

626 pytań testowych z fizyki, astrofizyki i kosmologii

Słońce

(wiel-

554. W pojemniku

ołowianym

13- . W sytuacji

nia a i

mamy źródło promieniowa-

przedstawionej na rysunku

obok: A. promieniowanie a odchyli

się

w kierunku bie-

f3

w kierunku bie-

guna N, a promieniowanie

pojemnik

guna S, B. promieniowanie a odchyli się w kierunku bieguna S, a promieniowanie f3 w kierunku bieguna N,

C. promieniowanie a odchyli się za płaszczyznę rysunku, a promieniowanie się

przed

f3 odchyli

tę płaszczyznę ,

D. promieniowanie a odchyli się przed płaszczyznę rysunku, a promieniowanie odchyli

s ię

f3

w kierunku bieguna N.

555. Mówiąc

„ promieniowanie jądrowe" mamy na

A. promieniowanie

myśli:

f3 lub promieniowanie X (widmo charakterystyczne),

B. promieniowanie a, {3 lub promieniowanie X (widmo ciągłe) , C. promieniowanie a, {3 luby, D. tylko promieniowanie a lub y .

556. Promieniotwórczy izotop ~~ Co przekształca się w izotop ~~ Ni, emitując: A.

cząstkę

alfa,

B. proton,

C. elektron,

D. pozyton.

557. Jądro promieniotwórczego izotopu ~~ P zamienia się

A. proton,

B. pozyton,

C. elektron ,

D. neutron.

w jądro

~~ Si, emitując przy tym:

558. Jaki izotop powstaje z promieniotwórczego izotopu ~ Li, jeśli najpierw nastąpi jego przemiana (rozpad) A. ~ He,

13- , a potem przemiana a ?

B. ~ H,

C. ! Be,

D. !Li.

559. Jądro

U w rezultacie przemian jądrowych przekształca się w

238

A. jedną

cząstkę

alfa i dwa elektrony,

8. jedna C. jedną

cząstkę cząstkę

alfa i dwa neutrony, alfa, dwa elektrony i dwa antyneutrina,

D. jedną

cząstkę

alfa i dwa pozytony.

234

U, emitując przy tym:

560.

iH

Ile procent izotopu ulegnie rozpadowi w czasie 24 lat, jeśl i wiadomo, że czas połowicznego rozpadu ~ H wynosi około 12 lat? A.

Około

8. C. D.

Około

25%.

50%. Około 75%. Około 100o/o.

561. Czas

połowicznego

rozpadu izotopu promieniotwórczego wynosi T. W chwili

początko­

wej preparat zawiera N0 jąder promieniotwórczych. Po czasie 3T: A. nie będą już występowały jądra promieniotwórcze, 8. ulegnie przemianie 25%jąder promieniotwórczych, C. pozostanie 12,5%jąder promieniotwórczych, D. ulegnie przemianie 12,5%jąder promieniotwórczych.

562. Czas połowicznego rozpadu promieniotwórczego izotopu, emitującego w rozpadzie każ­ dego jądra cząstkę, wynosi T. W chwili początkowej preparat zawiera N0 jąder. W czasie 3T preparat wyemituje następującą liczbę cząstek:

1 8

7 8

A. - N0 ,

8 . - N0 ,

1 9

C. - N0 ,

563. W czasie 10 godzin 75% początkowej liczby jąder izotopu promieniotwórczego rozpadowi. Czas połowicznego rozpadu tego izotopu wynosi: A. 7,5 godziny, C. 2,5 godziny,

146

8. 6,6 godziny, D. 5godzin.

ZamKor 626 pytań testowych z fizyki, astrofizyki i kosmologii

uległo

564. W próbce promieniotwórczego fosforu ~; Po czasie połowicznego rozpadu 14 dni znajduje s ię N= 10 8 atomów fosforu. Liczba atomów fosforu zawarta w tej próbce cztery tygodnie

A.

wcześniej wynosiła:

10 ~,

8.

2 · 10 ~,

565. W reakcji jądrowej 1~ B +n ~ = ~ Li+ X symbolem X oznaczono: A. neutron,

C. cząstkę

8 . proton,

/3,

D. cząstkę

a.

566. Po wchłonięciu przez jądro ~ Be cząstki alfa, powstaje jądro izotopu ~2 C oraz wyzwala

się:

8. neutron,

A. proton,

C. elektron,

D. pozyton.

567. Podczas bombardowania izotopu ~4 N neutronami otrzymuje się protony i izotop:

A.

!

4

D. ~4 C.

O,

568. Wskutek bombardowania izotopu ~~ Na deuteronami powstaje 13- - promieniotwórczy izotop ~~ Na. Która z poniższych reakcji jest poprawnie zapisaną reakcją jądrową dla tego przypadku: 23Na + 2H 24 Na A• 11 1 = 11

+ - 1oe,

2H 24 Na 1 = 11

+ 1n o ,

23 Na + 2H 24Na D. 11 1 -- 11

+ 11H,

23Na 8 . 11

23N 2H _ 24 N o C· 11 a + 1 - 11 a + 1e,

+

569. Przejście

promieniowania y przez

to jest do

przekształcenia się

większa długość

substancję może doprowadzić

kwantu y w elektron i pozyton,

1 2mhc

,

każdy

o masie m. Naj-

fali promieniowania y, przy której tworzenie par jest jeszcze

wynosi:

A.

do „tworzenia par",

h B. 2mc 2

'

h C. - -, 2mc

możliwe,

570. Siły wiążące

A.

rosną,

B.

maleją,

C. najpierw D.

kwarki w hadronach podczas zwiększania wzajemnej

rosną

pozostają

148

a

następnie maleją,

niezmienione.

ZamKor

626 pytań testowych z fizyki, astrofizyki i kosmologii

odległości

kwarków:

8G©8QOWJ~@S

[kK~0ITJiJ00~B~

Tomasz Płazak

Zrozumieć kosmologię

Astrofizyka a zwłaszcza kosmologia ponadgimnazjalnych całkowitą pytań

o wszechświat nagle

zsunęła się

razem ze

nam z oczu,

szczegółami

są

w powszechnym nauczaniu fizyki w szkołach

nowością. Są

przejawem fenomenu,

przejrzeliśmy- w ciągu

zobaczyliśmy

jego

ostatnich

i zrozumieliśmy (w

że

po tysiącach lat

kilkudziesięciu

dużym

lat opaska

stopniu) wszechświat,

początku.

Czy kosmologię , silnie opartą na ogólnej teorii względności oraz fizyce cząstek połączeniu największego

elementarnych (w cudownym mentaryzować? Wytłumaczyć

ilościowo

(„z wzorami");

zrozumiale i jasno za

upraszczając

z najmniejszym), da

pomocą

zele-

fizyki elementarnej, jednak

kłamiąc

nieco, ale nie

się

w rozumieniu podstaw

opisania wszechświata? Uważam że tak, a upewniają mnie w tym doświadczenia dwudziestu

pięciu

podręczników

lat

wykładania

fizyki dla

szkół

kosmologii.

Upewniają

mnie

też

teksty kilku nowych

ponadgimnazjalnych, w których autorzy

wiązującą podstawę programową podjęli próbę

realizując

elementarnego przedstawienia

obo-

świata

gwiazd i wszechświata. W niniejszym zbiorze pytań zakres treściowy astrofizyki i kosmologii oparłem głównie

na informacjach zawartych w

podręczniku

wydawnictwa ZamKor, autorstwa

K. i M. Fiałkowskich, B. Sagnowskiej, a dodatkowo na

podręcznikach

A. Mostowskiego

i współautorów (astrofizyka) oraz A. i B. Warczaków, K. Chyli (kosmologia). Przy tworzeniu i doborze początku

zbiór

pytań

z astrofizyki a

zwłaszcza

kosmologii pojawia

się

od

istotny problem. Kosmologia jest nowością dla uczniów i dla nauczycieli , ten

pytań

jest

też

chyba pionierski i w tej dziedzinie nie

można,

jak w fizyce

tradycyjnej, sięgać po dziesiątki innych tekstów oraz po doskonale w nich ugruntowane schematy rozumienia i nauczania fizyki. W dodatku podstawy wyobrażeniowe i we kosmologii

(przestrzeń,

czas)

są

pojęcio­

rewolucyjnie nowe, odmienne od tradycyjnie

przyjmowanych, a odpowiedniego

podręcznika tłumaczącego

obszerniej i

głębiej

- ale

przystępnie!

- nowy paradygmat myślowy kosmologii wywiedziony z ogólnej teorii

względności

(OTW), stale jeszcze nie ma.

Dlatego przygotowany wałem się podzielić

wstępnie

obszerniejszy zbiór testów

(zagadnień)

zdecydo-

na dwie części. Pierwsza część została zamieszczona w tym zbiorze

„626 pytań testowych" i ogranicza się do pytań nietrudnych (choć zapewne zwykle nowych dla Czytelnika), na które odpowiedzieć można w oparciu o szczegółową!) wyżej wymienionych podręczników szkolnych i ogólną

lekturę

(czasem znajomość fizyki.

Pytania te mogą także, jak sądzą, spełniać zwyczajową funkcję kontroli wiadomości uczniowskich. Napisałem „także"

bo

przecież każdy

pytań (zwłaszcza

zbiór

testowych) ma sens

i cel nie tylko kontrolno-egzaminacyjny, ale także i przede wszystkim edukacyjny. W pionierskich tekstach astrofizyczno-kosmologicznych cel ten powinien stać się całkowicie pierwszoplanowy. Zbiór pytań z kosmologii ma na celu nade wszystko nauczyć, przedstawiając

zrozumieć. Nowość

i specy-

podręcznikach powodują, że

pytania

alternatywy odpowiedzi - pomóc samodzielnie

fika tematyki, a mają częściej

także

znikoma liczba wzorów w

charakter

jakościowy niż ilościowy. Część pytań

kosmologicznych

nastawiona jest na wyrobienie nowej wyobraźni, zwłaszcza nowego myślenia o przestrzeni , jako zakrzywionej i

rozszerzającej się

mentem OTW i kluczem do rozumienia (te pytania oznaczono

gwiazdką).

Na

tematyki OTW - nieocenione modele oraz

puchnącego

- bo taka nowa

wszechświata

wyobraźnia

bez wewnętrznych

jest funda-

sprzeczności

szczęście

nie potrzeba do tego tensorowej ma-

poglądowe

powierzchni nadmuchiwanego balonu

ciasta powinny bardzo wiele

wyjaśnić

i

pozostać

w

świadomości

adepta kosmologii. Pogłębienie tego relatywistycznego spojrzenia na wszechświatjest jednym z

zadań

drugiej

części

przygotowanych przeze mnie

Zapewne wielu uczniów czy studentów

chciałoby,

pytań.

a nauczyciel koniecznie powinien

poznać

i zrozumieć kosmologię o stopień wyżej. Sądzę że byłoby najlepiej, gdyby wzmiankowana druga część pytań i alternatywne odpowiedzi zostały umieszczone jako dyskursywna ilustracja, w niewielkim

podręczniku

logii, zrozumienie jej „w praktyce konkretów". realizowałby podróż

wszechświata

wszerz i w

Wyobrażam

głąb wszechświata

„głupich"

pytania (nie

- czy

są

stroniąc

w ogóle takie?),

od

może

sobie,

że

taki

podręcznik

razem z Czytelnikiem - bardzo

ciekawym, ale bynajmniej nie geniuszem -

zwykłe, narzucające się

wet tzw.

nastawionym na zrozumienie kosmo-

zadawałby

sobie wraz z nim

banalnych lub nietrafionych, a na-

wydobywałby

(a nie

ukrywał) wątpliwości,

a przy tym dzielił się radością z coraz pełniejszego rozumienia wszechświata. Warto byłoby podjąć próbę

napisania takiego podręcznika. Dlatego serdecznie proszę wszyst-

kich Czytelników tego zbioru testów oraz

podręczników

a szczególnie P.T. nauczycieli o uwagi, pytania,

szkolnych: uczniów, studentów,

zwłaszcza wskazujące

niejasne kwestie

i potrzeby praktyczne, które

mogą powstać

przy nauczaniu i

myśleniu

o

wszechświecie.

Przy tym pozostaje oczywiste, że za wszelkie błędy niejasności odpowiadam wyłącznie ja. Mój adres „mailowy": [email protected]; domowy ul. Na Błonie 11a/16, 30-147 Kraków;wydawnictwa:[email protected]. Chciałbym jeszcze podziękować

że

wydawnictwu za wyrozumiałość i cierpliwość, a takwszystkim Osobom, które mi pomogły: przede wszystkim moim Kolegom, współ­

autorom tego zbioru (i poprzednich wielokrotnie wydanych „500

pytań

testowych z fi-

zyki") dr Z. Sanok i mgr S. Salachowi, oraz pierwszym Czytelnikom tych pytań, którymi byli: prof. dr hab. M. Kutschera, ks. prof. dr hab. M. Heller, prof. dr hab. W. Łużny, dr hab. prof. AGH A. Lenda, dr B. Sagnowska, dr J. Salach, mgr K. Nessing i mgr K. Sajewicz - ich spostrzeżenia, uwagi krytyczne ale i akceptacja były bardzo cenne. Wreszcie wszystkim Czytelnikom książek i tekstów kosmologicznych życzę satysfakcji i radości intelektualnej płynących z coraz naszego największego domu.

pełniejszego

rozumienia

wszechświata,

571. Odległość

Ziemi od

Słońca

wynosi 150 milionów kilometrów.

stwierdzeń podaną

(wszystkie są prawdziwe!) wybierz to, które nie ma w poprzednim zdaniu.

Spośród poniższych

związku

z

informacją

A. Światło na dojście ze Słońca do Ziemi potrzebuje nieco więcej niż 8 minut. B. Okres obiegu Ziemi wokół Słońca wynosi około 3,15 · 10 7 sekund. C.

Prędkość z jaką Ziemia obiega Słońce ma wartość równą 30 km. s

D. Ziemia jest trzecią z kolei

planetą Układu Słonecznego.

572.

Stała słoneczna (s =

:t)

informuje nas o tym ile energii dochodzi ze

Słońca do jed-

nostki powierzchni Ziemi w jednostce czasu i wynosi s = 1,35·10 3 W/ m 2 • Odległość Ziemi od Słońca r = 150·10 6 km. Słońce stanowi „żarówkę" o mocy: A. 1,25 · 10 10 watów,

B. 5,34·10 16 watów,

C. 1,43·10 19 watów,

D. 3,82 · 10 26 watów.

573. Widmo

światła

otrzymywanego ze

Słońca

jest:

A. liniowe, bo właśnie na podstawie obserwowanych linii ustalono skład pierwiastkowy Słońca, B. ciągłe, bo takie widmo daje ciało ogrzane do określonej temperatury, C. liniowe i ciągłe - na tle widma ciągłego są widoczne ciemne linie spowodowane pochłanianiem w atmosferze Słońca promieniowania o pewnych długościach fal , D. liniowe i ciągłe - na tle widma ciągłego występują jasne linie pochodzące od promieniowania gazowej atmosfery Słońca.

152

ZamKor

626 pytań testowych z fizyki. astrofizvl PK

D.

vskOl1czana

k=

k=

o

tw =oo przyp= PK

k=+1 przy p p K' k = -1, V= oo, C. p < p K' k = -1, V= oo, D. p > p K , k = + 1, objętości V skończonej .

613. manifestuje swoją obecność przede wszystkim za wysyłanego światła. Obliczona na tej podstawie przez astronomów średnia świecącej (promieniującej) materii wszechświata jest rzędu: Materia

wszechświata

A. 1% gęstości krytycznej p K, C. 100% gęstości krytycznej p K,

pomocą gęstość

B. 50% gęstości krytycznej p K, D. 200% gęstości krytycznej p K •

614. Poniżej

podano informacje o tym jak dużo wszechświat zawiera ciemnej („ukrytej", nie świecącej) materii, jakiego rzędu jest gęstość materii ciemnej w porównaniu z gęs­ tością materii świecącej i jaka jest gęstość całkowitej materii (świecącej i ciemnej) w porównaniu z gęstością krytyczną. Prawdą jest, że: materii ciemnej jest nieznaczną częścią (kilka procent) gęstości materii świecącej, ale całkowita gęstość materii kilka razy przekracza gęstość krytyczną, B. gęstość materii ciemnej jest mniejsza niż gęstość materii świecącej, przy czym całko­ wita gęstość materii jest niewielką częścią (kilka procent) gęstości krytycznej, C. gęstość materii ciemnej jest w przybliżeniu takajak gęstość materii świecącej, przy czym całkowita gęstość materii kilka razy przekracza gęstość krytyczną, D. gęstość materii ciemnej jest kilkadziesiąt razy większa niż gęstość materii świe­ cącej (materia ciemna zdecydowanie dominuje we wszechświecie), przy czym całkowita gęstość materii stanowi umiarkowaną część (np. rzędu 30%) gęstości krytycznej.

A.

gęstość

615. Termin „wczesny wszechświat" utożsamia się na ogół z erą promieniowania, a przez temperaturę tego wszechświata rozumie się „temperaturę promieniowania", czyli temperaturę gazu złożonego z cząstek tworzących to promieniowanie. Proces rozszerzania się wczesnego wszechświata: A.

można uznać

nia

za

przemianę izątermiczną;

temperatura promieniowania nie zmie-

się,

za przemianę adiabatyczną, bo do dowolnej z wydzielonych we wszechświecie „klatek" nie ma skąd dopłynąć ciepło Uak i do całego wszechświata), a zatem przy zwiększaniu się objętości temperatura promieniowania maleje, C. można uznać za przemianę izobaryczną, a więc zwiększaniu się objętości towarzyszy wzrost temperatury promieniowania, D. nie może być opisany żadną z tych trzech przemian; jest to inna przemiana gazowa bardziej skomplikowana, ale taka, że temperatura podnosi się. 8.

można uznać

616. Fotony ery promieniowania po utworzeniu się atomów, czyli już w obecnej erze materii: A.

znikły

we wzajemnych anihilacjach,

do dzisiaj, ale wobec stale i szybko malejącej temperatury promieniowania tak zmniejszyły swoją długość fali, że są nie do wykrycia, C. istnieją do dzisiaj, ale wobec stale malejącej temperatury (ze względu na rozszerzanie się wszechświata) tak powiększyły swoją długość, że stały się mikrofalami tworzącymi promieniowanie reliktowe, D. miały w erze promieniowania rozkład swych energii (czy długości fal) taki jak ma promieniowanie ciała doskonale czarnego, ale utraciły ten rozkład, bo rozszerzanie doprowadziło wszystkie kwanty do jednakowej energii i długości fali. 8.

istnieją

617. Zarówno przy pierwszym pomiarze promieniowania reliktowego, jak i wielu stwierdzono że:

następnych

A. promieniowanie to zawiera wszystkie kwanty i cząstki elementarne istniejące w początkach wszechświata, 8. promieniowanie reliktowe jest promieniowaniem elektromagnetycznym o okreś­ lonej długości fali (A. = 7,4 cm), C. promieniowanie reliktowe jest promieniowaniem o różnych długościach fal, lecz największe natężenie występuje dla zakresu fal rentgenowskich, D. promieniowanie to jest promieniowaniem elektromagnetycznym o rozkładzie dłu­ gości fal takim, jaki daje promieniowanie ciała doskonale czarnego o temperaturze około 3K.

1J

ZamKor 626 pytań testowych z fizyki, astrofizyki i kosmologii

618. Promieniowanie reliktowe A.

bezpośrednio

powstało:

w chwili Wielkiego Wybuchu i od tego czasu prostoliniowo do nas

biegnie z punktu, w którym ten wybuch nastąpił, B. we wczesnym okresie wszechświata gdy istniały pierwsze gwiazdy (tzw. protogwiazdy) obecnie już dawno nieistniejące - promieniowanie reliktowe jest właśnie reliktem (pozostałością) tych najstarszych promieniujących obiektów wszechświata, C. kiedy rozpoczęła się era materii a skończyła era promieniowania - przy czym więk­ szość fotonów z tej ery wyginęła we wzajemnych anihilacjach, ale pewna część pozostała

jako promieniowanie reliktowe (pozostałość, resztka tej ery), D. gdy utworzyły się atomy; fotony przestały oddziaływać z materią i od tego czasu poruszają się po liniach prostych (wszechświat stał się dla nich przeźroczysty).

619. W trakcie ewolucji A. gdy trwale

wszechświata

zaistniały ocalałe

atomy

utworzyły się:

z masowych anihilacji protony i elektrony, a

więc

na

końcu

ery leptonowej, czyli około 10 sekund po początku wszechświata, 8. kilka minut (t 3 minuty) po początku wszechświata, bo wtedy w Wielkim Wybuchu

=

syntetyzowały się

pierwiastki Uądra i elektrony w atomy), C. gdy energie kwantów promieniowania elektromagnetycznego (malejące na skutek rozszerzania się wszechświata) stały się mniejsze niż energia jonizacji atomów wo-

=

doru, czyli gdy E < 13,6 eV; oblicza się, że nastąpiło to przy T 3000K czyli z= 1000, co odpowiada czasowi około 300 OOO lat po początku wszechświata, D. gdy skończyła się era promieniowania, a zaczynała era materii (stąd nazwa tej ery; zwykła materia składa się z atomów); znikła wtedy większość kwantów promie3000, czyli niowania i mogły się tworzyć atomy; tak więc atomy tworzyły się przy z T = 9000K, co nastąpiło kilkadziesiąt tysięcy lat ((- 700001at) po początku

=

wszechświata.

620*. W obecnym

wszechświecie

Tłumaczymy

to

materia

złożona

jest z

cząstek,

przy braku

antycząstek.

następująco:

A. W Wielkim Wybuchu powstały wyłącznie cząstki - i są do dzisiaj, bo zasady zachowania (liczby leptonowej, liczby barionowej) nie pozwalają cząstkom przekształcić się w antycząstki. B. We wczesnym wszechświecie istniały cząstki i antycząstki (w równych ilościach), ale antycząstki wyanihilowały pomiędzy sobą i pozostały cząstki.

C. We wczesnym wszechświecie antycząstki

szybko

istniały cząstki

rozpadają się

,

więc

i antycząstki (w równych

wkrótce

zostały

same

ilościach)

ale

cząstki.

D. W bardzo wczesnym wszechświecie wytworzyła się (w wyniku tzw. złamania symetrii) bardzo niewielka nadwyżka liczby cząstek nad antycząstkami; po anihilacjach cząstek i antycząstek pozostała jako materia tylko ta niewielka nadwyżka cząstek

i tylko z niej utworzyły się wszystkie obiekty wszechświata (gwiazdy,

galaktyki).

621. Jądra

jest,

atomów

różnych

pierwiastków

powstały

w

ewoluującym wszechświecie. Prawdą

że:

A. wszystkie i w takich

ilościach

w jakich

występują

obecnie,

powstały

w

początkach

wszechświata,

B. wszystkie C.

cały

powstały

w gwiazdach (i wybuchach Supernowych),

powstał w początkach wszechświata,

hel

a wszystkie inne pierwiastki

powstały

w gwiazdach, D. większość helu oraz kilka najlżejszych pierwiastków powstało w początkach wszechświata, zaś

reszta helu i wszystkie pozostałe pierwiastki w gwiazdach i wy-

buchach Supernowych.

622. Tworzenie

się

pierwszych jąder w trakcie ewolucji

A. po powstaniu pierwszych gwiazd, w ich B. w erze hadronowej - gdy tylko

= 10-

wnętrzach,

utworzyły się

s od początku wszechświata), C. na początku ery promieniowania (po

t

wszechświata nastąpiło:

pierwsze hadrony (czyli przed

upływem

4

około

3 minutach od

początku

wszech-

70 OOO lat od

początku

wszech-

świata),

D. pod koniec ery promieniowania (po

około

świata).

623. W

początkach wszechświata

(a nie dopiero w gwiazdach)

utworzyły się:

A. pierwsze jądra większości pierwiastków, B. jądra ~ He oraz ~ D deuteru - w równych ilościach, C. głównie jądra ~ He, a także bardzo nieliczne (w porównaniu z ~ He) jądra ~ D oraz ; He i jeszcze mniej liczne kilku następnych pierwiastków Uak ~ Li, ~H, : Be), D. jądra kolejnych pierwiastków aż do żelaza , gdyż proces syntezy przebiegać tak samo jak w gwiazdach. ':J

7.;łmKnr

1,7(, nvti'łń tP~towvch :z fizvkL astrofizvki i kosmoloaii

musiał

624. Era Plancka to: A. najwcześniejsza era wszechświata trwająca tylko t = 10 s, B. era, której nie potrafimy opisać za pomocą znanych nam dotąd praw fizyki, C. era, której ewolucji nie potrafimy ująć liczbowo, bo choć znane nam prawa fizyki dobrze opisują ewolucję w tym okresie, to brak jest obserwacji z tak krótkiego okresu początkowego ,

D. era przed t = O i dlatego nie potrafimy jej

opisać

(nie wiemy co

było

przed

początkiem wszechświata).

625. Istnieją

obecnie ważne „okna na wczesny wszechświat", które już wykorzystujemy obserwacyjnie. Należą do nich (wskaż odpowiedź, która nie jest prawdziwa): A. obserwacje bardzo odległych galaktyk i kwazarów, przynoszące informacje się­ gające do z::::: 5, czyli wieku wszechświata t = 1 miliard lat, 8. obserwacje reliktowego promieniowania elektromagnetycznego sięgające do z::::: 1000 czyli t::::: 300 OOO lat, C. obserwacje reliktowego promieniowania neutrinowego sięgające do z ::::: 8·10 9 czyli t ::::: 0,2 s, D. obserwacje zawartości we wszechświecie ~ D, ; He, ~ He, ~ Li, sięgające do z::::: 3 · 10 8 czyli t ::::: 3 min.

626. Za prawdziwością tezy o istnieniu początku wszechświata i za prawdziwością kosmologii gorącego wybuchu pierwotnego przemawia wiele argumentów, ale szczególnie mocno kilka najważniejszych odkryć obserwacyjnych. Poniżej wymieniono trzy takie odkrycia i jedno, które do tej grupy nie należy (pozostając ważnym odkryciem). Jest to: A. obserwacja przesunięć ku czerwieni w widmach galaktyk wyrażająca się w prawie Hubble' a, B. istnienie biegnącego z przestrzeni izotropowa ku nam mikrofalowego promieniowania elektromagnetycznego o perfekcyjnie termicznym widmie, C. pomiary obfitości lekkich pierwiastków( ~ He, ~ O, ; He, ~ Li), D. odkrycie istnienia planet wokół gwiazd innych niż Słońce.

pytań

626

za nami. W tym 20 z astrofizyki, 36 z kosmologii - a tyle tematów nie poruszonych i odłożone są do drugiej części pytań! Tę drugą część chciałbym

zostało

ułożyć

jako „samouczek kosmologiczny", ale samouczek wspomagany, gdy trzeba, szczegółową informacją. Aby zilustrować o co chodzi, pozwalam sobie na prezent sześć

(skoro już bazujemy na szóstkach) dodatkowych pytań, w dwóch sekwencjach - jeżeli masz Czytelniku ochotę, możesz je przeczytać. Skąd wiemy, że ekstra:

musiała istnieć istniały)

era promieniowania? Jakie cząstki w początkowych erach wszechświata?

musiały istnieć

(a jakie

już

nie

I. W jaki sposób rozszerzanie materii EM oraz

energię

się wszechświata wpływa

na energię

spoczynkową cząstki

kwantu promieniowania Er ?

A. Nie ma żadnego wpływu. B. Nie ma wpływu na energię

cząstki

materii EM, ale

obniża energię

1

niowania Er proporcjonalnie do R (gdzie R jest czynnikiem świat), gdyż długość

kwantu promie-

skalującym

wszech-

fali A. wzrasta proporcjonalnie do R.

C. Nie ma wpływu na energię cząstki materii EM, ale podwyższa energię kwantu Er proporcjonalnie do R, gdyż tak wzrasta częstotliwość v. D. Zarówno energia kwantu promieniowania Er jak i energia cząstki materii EM obniżają się.

li. W jaki sposób rozszerzanie terii

EM

oraz

gęstość

można zapisać cząstki

17 4

jako (E = nE).

się wszechświata wpływa

energii promieniowania

koncentrację cząstek

na

gęstość

energii

cząstek

E r ? Zwróć uwagę, że gęstość

(lub kwantów) n

pomnożoną

ZamKor 626 pytań testowych z fizyki, astrofizyki i kosmologii

ma-

energii

przez

E

energię

A. Zarówno GM jak i GY nie B. Zarówno

GM

jak i

zmieniają się.

GY maleją

przy rozszerzaniu jak -

1

R3

(gdzie R jest czynnikiem ska-

lującym wszechświat), gdyż

C.

Gęstość

nia O.

GY

energii materii

GM

tak maleje koncentracja n. 1 maleje jak - 3 , natomiast gęstość energii promieniowaR

1 maleje jak R 4 , a więc szybciej.

Gęstość

energii materii GM maleje jak -

1

R4

nia Gy maleje jak -

,

natomiast gęstość energii promieniowa-

1

R3

.

Ili. Skąd

wiemy,

że musiała i stnieć

era promieniowania oraz kiedy ona

istniała?

A. Era promieniowania musiała zaistnieć razem z Wielkim Wybuchem i prawie natychmiast się skończyć , bo przy każdym wybuchu termojądrowym wydziela się potężne i bardzo krótkotrwałe promieniowanie. B. Era promieniowania to okres kiedy syntetyzowały się pierwiastki , bo w reakcjach syntezy wydzielają się kwanty y i neutrina. C. Era promieniowania istniała w okresie w którym z atomów wzbudzonych wysoką temperaturą tworzyły się atomy stabilne, gdyż to przejście wyzwala kwanty y . O. Era promieniowania istniała , bo gdy cofamy się w czasie i maleje czynnik ska-

lujący wszechświat wzrasta szybciej

= 10-

R(t), to

niż

wzrasta

gęstość gęstość

energii promieniowania energii materii

GM

GP

l R

= (G M

=

(GP }

0

R

0 •

•

R0 4

R 0 3 [gdzie

=

(kg · m- 3 )·c 2 i ( GM ) o 3·10- 27 (kg · m- 3 )·c 2 oznaczają dzisiejsze gęstości energii]. Wobec tego musiał istnieć okres w przeszłości kiedy GP >G M i wówczas promieniowanie dyktowało przebieg ewolucji wszechświata; [era pro( Gp ) o

30

mieniowania

istniała więc

wszechświecie

wszystkie

gdy z+ 1

odległości;

= -R

Ro

> 3000 (tylokrotnie mniejsze były we

parametrem z określamy

przeszłość

wszech-

świata)].

Czy rozumieszjuż sam konieczność istnienia ery promieniowania? Jeżeli tak, to dobrze - jeżeli nie, projektowana książka prosto tę kwestię wyjaśni. Ale pomyśl: skoro energia kwantu b.1egnącego przez przestrzen~ wszec hsw1ata ~ . EY

he samoczynme · = hv =T

(bez

żadnego oddziaływania) obniża się,

to co z zasadą zachowania energii? (dla tego

kwantu; a w konsekwencji także np. dla całego wczesnego wszechświata, zdominowanego energetycznie przez promieniowanie?). Hmm. Takich pytań nie zadaje się zwykle w tekstach kosmologicznych, a przecież łatwo je zada co bystrzejszy uczeń Uak choćby c i to najprostsze: co znaczy v > c wynikające z prawa Hubble'a dla odległości r > H ). książce

W projektowanej

zadamy takie pytania i odpowiemy na nie.

IV. mogą powstawać dowolne

Czy w zderzeniach dwóch fotonów y

inne cząstki elementarne?

A. Nie mogą, gdyż cząstki elementarne nie mogą zmieniać swej tożsamości. B. Mogą dowolne, z tym tylko, że powstają zawsze w parach cząstka - antycząstka ; wszystkie zasady zachowania

są

wtedy dotrzymane (np. zasada zachowania

ładun­

ku, zasada zachowania liczby leptonowej, itp.). C.

Mogą

EP D.

wtedy, jeżeli

łączna

energia fotonów przekroczy

= 2mec 2 = 1,02MeV (m e -

Cząstka

energię progową wynoszącą

masa elektronu).

danego rodzaju (np. elektron, albo proton) i jej

wać, jeżeli łączna

Energie te

są

antycząstka mogą

powsta-

energia fotonów przekracza energię progową na ich produkcję.

coraz wyższe dla cząstek o coraz większych masach: dla elektronów

EP= 2mec 2 = 1,02MeV, dla protonów EP = 2mPc 2 =1GeV itd.

V. W której odpowiedzi

prawidłowo przyporządkowano

nazwie ery, warunek jej

zakoń­

czenia i czas trwania?

A. Era promieniowania: B. Era hadronowa:

E pr