Маскевич С.А. Атомная физика.Тестовые задания

Подождите немного. Документ загружается.

С.А. МАСКЕВИЧ

АТОМНАЯ ФИЗИКА.

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

Допущено Министерством образования Республики Беларусь

в качестве учебного пособия

для студентов физических специальностей учреждений,

обеспечивающих получение высшего образования

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ ЯНКИ КУПАЛЫ» 2006

УДК 539.1 (075.8)

ББК 22 (я73)

М31

Рецензенты: член-корреспондент НАНБ, доктор физик о-м а тема тических наук,

директор Института атомной и молекулярной физики НАНБ

С.В.Гапоненко;

кафедра атомной физики и физической информатики БГУ

(зав. кафедрой – проф. А.П.Клищенко).

Маскевич, С.А.

Атомная физик а. Тестовые задания : учеб. пособие / С.А. Маскевич. –

Гродно : ГрГУ, 2006. – 238 с.

ISBN 985-417-840-4

Издание включает более тысячи тестовых заданий по всем разделам курса «Атом-

ная физика» в соответствии с программой для физических специальностей универ-

ситетов. Содержится три типа тестовых заданий: задания с одним правильным отве-

том, несколькими правильными ответами и задания в открытой форме. Предложены

варианты конструирования педагогических тестов.

Предназначено для контроля и самоконтроля знаний студентов, в том числе с

использованием специальных компьютерных программ. Компьютерный вариант ре-

ализации тестов прилагается.

УДК 539.1 (075.8)

ББК 22 (я73)

ISBN 985-417-840-4

М31

ВВЕДЕНИЕ

Курс «Атомная физика» является важной частью курса общей

физики, базового курса в подготовке специалистов как специаль-

ностей физического, так и технического профилей. Он основыва-

ется на современных квантовых представлениях о стро ении мате-

рии и электромагнитного поля. Прочные знания материала по

атомной физике крайне важны студентам для формирования совре-

менной физической картины мира, глубокого понимания природы

физических процессов на атомном, молекулярном и надмолекуляр-

ном уровнях, лежащих в основе функционирования многих совре-

менных технических устройств, биохимических процессов в орга-

низме и разнообразных процессов в природе. Данный курс имеет

о собое значение в настоящее время в связи с быстрым развитием

нанотехнологий.

Для формирования глубоких знаний в области физики атомов,

молекул и атомных явлений важно усвоить и правильно понимать

основные принципы и положения квантовой механики, изучить

строение и свойства атомов, молекул и твердых тел. При этом по-

следовательное изучение материала по многим темам возможно в

форме самостоятельной работы, в том числе и в дистанционном

режиме.

Самостоятельная работа студентов будет эффективна при на-

личии электронных учебных пособий, включающих курс лекций,

задачник-практикум, практикум по лабораторным работам и элект-

ронную систему для контроля и с амоконтроля знаний. Предлагае-

мое учебно е пособие представляет собой первую попытку пред-

ставить теоретиче ские о сновы и о сновные экспериментальные

явления в области квантовой физики в доступной для понимания

форме – форме конкретных вопросов и ответов, а также достаточ-

но простых с конкретным физическим смыслом задач, решение

которых не требует трудоемких математических преобразований.

Оно содержит авторские тестовые задания и тесты по всем темам

курса «Атомная физика» в соответствии с программой для физи-

ческих специальностей вузов. Достаточно большое количество за-

даний (более 1 000) с различной степенью сложности по каждой

теме позволяет в конкретной ситуации в зависимости от уровня

подготовки студентов сформировать тест, оптимальный для оцен-

ки знаний. Поэто му данное пособие может быть полезным студен-

там и других специальностей, изучающим физику. Все тестовые

задания легко автоматизируются с использованием специальных

компьютерных программ, например, «Конст руктор те стов»

(

www.keepsoft.ru). Методиче ские рекомендации по конструирова-

нию тестов представлены в отдельной главе пособия. Конкретный

демонстрационный вариант реализации тестовых заданий как тес-

тов для контроля и самоконтроля знаний студентов прилагается на

компакт-диске.

Идея написания данного учебного пособия родилась после

обсуждения автором и ректором БГУ В.И. Стражевым роли само-

стоятельной работы студентов в повышении качества подготовки

специалистов. В.И. Стражев после прочтения ру кописи сделал ряд

рациональных предложений.

Полезные советы, которые ка чественно обогатили учебное по-

собие, были сделаны также профессором И.С. Ташлыковым, чле-

ном-корреспонденто м НАНБ П.Д. Кухарчиком, доцентом Н.Д. Стре-

кал ь и доцентом А.В. Никитиным. Считаю своим долгом

поблагодарить их за это. Особую благодарность хотел бы выразить

доценту кафедры атомной физики и информатики БГУ А.А. Со-

кольскому и члену-корреспонденту НАНБ С.В. Гапоненко, которые

о чень ответственно выполнили трудоемкую работу по научному ре-

дактированию пособия и внесли творческий вклад в его содержа-

ние. Очень заинтересованно отнеслась к данному изданию кафед-

ра атомной физики и информатики БГУ (заведующий кафедрой –

профессор А.П. Клищенко). Огромную работу по подготовке учеб-

ного пособия к изданию и созданию автоматизированного вариан-

та тестов выполнили магистрант ГрГУ им. Я. Купалы Т.В. Агеева и

лаборант Т.А. Олизаревич.

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ

В учебном пособии имеется три типа разработанных тесто-

вых заданий: задания с выбором одного правильного ответа (зада-

ния А-типа), задания открытой формы (задания Б-типа) и задания с

выбором нескольких правильных ответов (задания В-типа). Все

задания соответствуют программе курса «Атомная физика» и не

выходят за рамки традиционно рекомендуемой учебно-методичес-

кой литературы

[]

81− . Задания разработаны таким образом, чтобы

акцентировать внимание на физиче ских принципах и сущно сти

изучаемых явлений. Они существенно отличаю тся по степени слож-

ности и поэтому полезны студентам с различным уровнем подго-

товки и особенно необходимы в процессе самообразования. Для

решения одних заданий достаточно элементарных знаний, а для

других требуются глубокие знания и понимание вопросов.

Рассмотрим в ка честве примеров несколько тестовых заданий

каждого типа.

Пример 1.

-оболочка атома может содержать 3 электрона с

одинаковой ориентацией спинов.

а) да; б) нет; в) утверждение некорректно.

Данное задание сформулировано в форме утверждения, что и

рекомендуется современной литературой. В общем случае утверж-

дение может быть верным, неверным или некорректным. В случае

нашего задания правильным является ответ «да», т. е. вариант а).

Пример 2. Все 5 электронов, содержащихся в

-оболочке ато-

ма, имеют одинаковую ориентацию спина.

а) да; б) нет; в) утверждение некорректно.

Данное утверждение неверно, и поэтому правильный ответ

«нет», т. е. вариант б).

Пример 3. Все 7 электронов, содержащихся в

p-оболочке ато-

ма, имеют одинаковую ориентацию спинов.

а) да; б) нет; в) утверждение некорректно.

Данное утверждение является некорректным по той причине,

что р-оболочка атома не может содержать 7 электронов в принципе

( = 6), поэтому об ориентации их спинов говорить не имеет

смысла. Некорректные вопросы включены в число тестовых зада-

ний для того, чтобы повысить внимательность студентов при чте-

нии заданий. Важно всегда вдуматься в задание.

Пример 4. Атом водорода испустил фотон, соответствующий

2-й линии серии Бальмера. Данный атом мог испустить также фо-

тоны, принадлежащие сериям __________.

Поскольку атом испустил фотон, принадлежащий 2-й линии

серии Бальмера, то атом находится на уровне

E . Находясь на 4-м

энергетическом уровне, атом мог перейти на уровни

E ,

E или

E . Следовательно, мог быть испущен фотон или серии Лаймана,

или Бальмера, или Пашена. Ответ: Лаймана, Пашена.

Пример 5. Атом водорода находится в сост о янии со значением

главного квант овог о числа

n = 3. К акие из представленных ниже зна-

чений орбитальног о момента импульса мо ж ет иметь ег о электрон?

а) 0; б) ; в)

6 ; г) 12 ; д) 3  .

Так как n = 3, то азимутальное квантовое число l может быть

равным = 0, 1, 2. Учитывая правило квантования для момента

импульса





)1( += lll , получим возможные значения 



6,2,0=l .

Поэтому правильными вариантами ответа являются: а); в); г).

Пример 6. Какие из перечисленных ниже явлений могут на-

блюдаться при прохождении рентгеновских лучей через слой ве-

щества?

а) поглощение фотонов атомами;

б) поглощение фотонов слабосвязанными электронами;

в) ионизация атомов, в том числе и вырывание электронов с

внутренних оболочек атомов;

г) рассеяние фотонов на слабосвязанных электронах (компто-

новское рассеяние) без изменения длины волны фотонов;

д) рассеяние фотонов на слабосвязанных электронах (компто-

новское рассеяние) с изменением длины волны фотонов;

е) рассеяние фотонов (ко мптоновское рассеяние) на элек тронах

внутренних оболочек а то мов без изменения длины в олны фотонов.

В данном случае правильными ответами яв ляются а); в); д); е).

К такому выводу можно прийти, если рассуждать над каждым ва-

риантом ответа с учетом знаний природы рентгеновского излуче-

ния, а также понимания физики явления Комптона.

Пример 7. В опытах Штерна и Герлаха наблюдало сь:

а) расщепление спектральных линий излучения серебра в маг-

нитном поле;

б) рассеяние атомов серебра в неоднородном магнитном поле;

в) изменение траектории движения атомов серебра в неодно-

родном магнитном поле с отклонением одних атомов вниз, а дру-

гих вверх;

г) расщепление пучка атомов серебра на два компонента;

д) расщепление пучка атомов серебра на три компонента.

Для того, чтобы правильно решить данное задание, необходи-

мо хорошо знать суть опытов Штерна и Герлаха. Правильные вари-

анты ответов: в) и г). Хотя оба варианта близки по смыслу, но имен-

но они, дополняя друг друга, формируют правильные пре дстав ления

о данном опыте.

II. ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

1. Корпускулярные свойства излучения

В данной теме рассматриваются вопросы квантовой оптики,

т. е. вопросы, ко т орые в основно м уже знакомы из курса «Оптика».

Поэт ому данный материал может быть освоен студентами самосто я-

тельно. При изучении данной темы необ ходимо сформироват ь пра-

вильное понимание понятия фотона как светов ого кв анта. Важно

понима ть, что фотон, с одной стороны, про являет ряд свойств (гра-

витационная масса, импульс, собственный момент импульса), харак-

терных для большинств а элементарных частиц, а с другой стороны,

имеет и специфические качества (не мо жет покоиться, не имеет фор-

мы и размеров, в конкретной среде движется с постоянной ско-

ростью). Дискретность э лектромагнитног о поля проявляется во мно-

гих физических явлениях. Прежде всего, важно помнить опыты

С.И. Вавилова по наблюдению флуктуаций поля и понимать, что во

всех элементарных опытах пог лощения и испускания света про явля-

ется его дискретность. Глубокое знание природы таких яв лений, как

фотоэффект, эффек ты Доплера, Комптона и Мессбауэра, имеет и са-

мостоятельное значение. Они широко используются в техник е.

Представленные ниже тестовые задания позволяю т определить

правильность понимания сути таких понятий, как фотон, его длина

волны, частота, энергия и импульс, и таких явлений, как фотоэф-

фект, эффект Доплера, тормозное рентгеновское излучение, эффект

Комптона, эффект Мессбауэра, поглощение и испускание света,

знание конкретных формул и экспериментальных зависимостей. Ряд

тестовых заданий позволяет опре делить у мение физически правиль-

но оценить нестандартную ситуацию.

1.А.1. Такие физические яв ления, как интерференция, дифракция

и преломление света, по дтверждают ег о корпуску лярную приро ду.

а) да;

б) нет;

в) утверждение некорректно.

1.А.2. Свет испускается и поглощается порциями (квантами),

т. е. дискретно.

а) да;

б) нет;

в) утверждение некорректно.

1.А.3. Величина фототока насыщения при внешнем фотоэф-

фекте может не зависеть от частоты излучения.

а) да;

б) нет;

в) утверждение некорректно.

1.А.4. Понятия г еометрических форм и раз меров применитель-

но к фотонам не имеют смысла.

а) да;

б) нет;

в) утверждение некорректно.

1.А.5. Фотоны различных длин волн в вакууме имеют различ-

ную скорость.

а) да;

б) нет;

в) утверждение некорректно.

1.А.6. Величина фототока насыщения при внешнем фотоэф-

фекте зависит от интенсивности излучения, если

вых

>ν .

а) да;

б) нет;

в) утверждение некорректно.

1.А.7. Эффект Доплера в оптике, проявляющийся в измене-

нии частоты излучения, регистрируемой приемником при его дви-

жении относительно источника света, можно объяснить на основе

законов сохранения импульса и энергии.

а) да;

б) нет;

в) утверждение некорректно.

1.А.8. Эффект Мессбауэра не наблюдается в видимой области

спектра.

а) да;

б) нет;

в) утверждение некорректно.

1.А.9. Эффект Мессбауэра является следствием закона сохра-

нения импульса, в рез ультате чего частоты

-квантов, испускаемых

и поглощаемых ядрами атомов одного и того же вещества, стано-

вятся одинаковыми и появляется резонансное поглощение.

а) да;

б) нет;

в) утверждение некорректно.

1.А.10. Для интерпретации явления Комптона используется

только закон сохранения импульса .

а) да;

б) нет;

в) утверждение некорректно.

1.А.11. Фотон – элементарная частица, которая не испытывает

гравитационного притяжения.

а) да;

б) нет;

в) утверждение некорректно.

1.А.12. По мере удаления от звезды длина волны фотона уве-

личивается.

а) да;

б) нет;

в) утверждение некорректно.

1.А.13. Световое давление оказывают кванты гамма- и рентге-

новского излучения и не оказывают кванты видимого света и ра-

диоизлучения.

а) да;

б) нет;

в) утверждение некорректно.

1.А.14. При поглощении фотона атомом или молекулой энер-

гия фотона полностью передается им.

а) да;

б) нет;

в) утверждение некорректно.

1.А.15. В явлении Комптона проявляются законы сохранения

энергии и импульса системы фотон-электрон, взаимодействующих

друг с другом.

а) да;