Маскевич С.А. Атомная физика.Тестовые задания

Подождите немного. Документ загружается.

221

г) в спектре присутствуют локальные уровни по причине де-

фектов кристалла;

д) спектр всех кристаллов одинаков;

е) спектр зависит от размеров кристалла, особенно в наномет-

ровом диапазоне.

14.В.4. Какие из приведенных ниже выражений относительно

зон Бриллюэна верны?

а) зона Бриллюэна непосредственно характериз ует возможные

значения энергии электронов кристалла;

б) зона Бриллюэна определяется структурой кристалла;

в) элек троны у дна зоны Бриллюэна можно с чита ть свободными;

г) электроны у потолка зоны Бриллюэна имеют очень низкую

подвижность;

д) электроны у потолка зоны Бриллюэна имеют очень высо-

кую эффективную массу;

е) потолок зоны Бриллюэна для некоторого направления соот-

ветствует условию



, где

– период расположения атомов.

14.В.5. Относительно моделей сильно связанных и свободных

электронов можно сказать, что:

а) модель сильно связанных электронов удобна для описания

электрических свойств диэлектриков;

б) в модели сильно связанных электронов состояния электро-

нов кристалла остаются невозмущенными и практически такими,

как в атомах или молекулах;

в) в модели сильно связанных электронов состояния электро-

нов кристалла сильно трансформированы по сравнению с атомами

или молекулами;

г) модель свободных электронов удобна для описания элект-

рических свойств проводников;

д) в модели свободных элект ронов электроны могут легко из-

менить энергию под действием электрического поля;

е) электронные состояния валентных электронов атомов крис-

талла всегда следует рассматривать в рамках модели свободных

электронов.

14.В.6. Относительно уровня Ферми можно сказать, что это:

а) энергия взаимодействия электронов с решеткой кристалла;

222

б) суммарная кинетическая энергия свободных элект ронов

кристалла при ;

в) кинетическая энергия наиболее высокоэнергетических сво-

бодных электронов кристалла при

0=T ;

г) энергия электронног о уровня любого кристалла, вероятность

заполнения которого 2/1 ;

д) энергия электронного уровня кристалла в модели свобод-

ных электронов, вероятность заполнения которого

2/1 .

14.В.7. Специфическими свойствами, связанными с особен-

ностями энергетического спектра полупроводников, являются:

а) при

0=T полупроводник является диэлектриком;

б) при

0=T полупроводник является хорошим проводником;

в) при нагревании проводимость возрастает;

г) при облучении светом любой частоты проводимость полу-

проводников возрастает;

д) при облучении светом, энергия квантов которого больше

ширины запрещенной зоны, проводимость полупроводников воз-

растает;

е) оптический спектр поглощения полупроводников имеет ко-

ротковолновую границу по причине наличия в энергетическом спек-

тре запрещенной зоны.

14.В.8. В соответствии с распределением Ферми-Дирака:

а) в одном квантовом состоянии, которое описывается набо-

ром квантовых чисел

n ,

n и

m , может находиться только

один электрон;

б) в одном квантовом состоянии, которое описывается набо-

ром квантовых чисел

n ,

n и

m , могут находиться два элек-

трона;

в) при температуре 0=T вероятность заполнения состояний

с энергиями

EE ≤<0 равна 1;

г) при любой температуре вероятность заполнения электрон-

ных состояний с энергиями

EE ≤<0 равна 1;

д) вероятность заполнения состояний с энергией

EE > рав-

на 0,5;

е) вероятность заполнения состояний с энергией

EE >

мень-

ше 0,5.

223

14.В.9. Специфическими о собенностями сверхпроводников

являются:

а) наличие критического значения температуры, выше кото-

рой сверхпроводящее состояние исчезает;

б) на личие критического значения силы тока, выше которого

сверхпроводящее состояние исчезает;

в) наличие критического значения магнитного поля, выше ко-

торого сверхпроводящее состояние исчезает;

г) сопротивление электрическому току равно нулю;

д) идеальный парамагнетизм.

14.В.10. В соответствии с квантовой микроскопической тео-

рией БКШ сверхпроводимость является следствием:

а) кулоновского отталкивания электронов;

б) корреляции движения электронов по причине обмена фоно-

нами;

в) образования электронных пар и превращения их по этой

причине из фермионов в бозоны;

г) образования щели запрещенных значений энергии в облас-

ти уровня Ферми;

д) магнитных взаимодействий между электронами.

14.В.11. Кристаллы характеризуются:

а) периодическим располо жением структурных элемент ов (ато-

мов, молекул, …);

б) наличием собственной формы и объема;

в) высокой плотностью, которая больше, чем у жидкости;

г) высокой проводимостью электрического тока;

д) низкой магнитной восприимчивостью.

14.В.12. С помощью каких из приведенных ниже формул мож-

но рассчитать энергию или импульс фонона?

а)

 ;

б)

υm

;

в)

k ;

г)

υm ;

д)

chν

е)

mc .

224

14.В.13. Какие из представленных ниже выражений правиль-

но характеризуют физический смысл температуры Дебая?

а) кристалл плавится;

б) кристалл переходит в сверхпроводящее состояние;

в) нарушается закон линейного увеличения размеров с увели-

чением температуры;

г) возбуждены фононы всех возможных для данного кристал-

ла энергий;

д) возбуждены фононы всех возможных для данного кристал-

ла импульсов.

14.В.14. Высокая проводимость металлов является следствием:

а) низкой температуры;

б) наличия свободных электронов;

в) отсутствия запрещенной зоны энергий;

г) того, что это кристалл;

д) того, что электроны проявляют волновые свойства.

14.В.15. Проводимость твердых тел определяется следующи-

ми факторами:

а) наличием свободных электронов;

б) размером образца;

в) наличием зоны запрещенных значений энергии;

г) степенью заполнения валентной зоны;

д) степенью заполнения зоны проводимости.

14.В.16. Периодичность потенциала кристаллической решет-

ки приводит к то му, что:

а) одноэлектронная волновая функция периодична;

б) энергетический спектр электронов имеет зонное строение;

в) в пределах кристалла образуются стоячие волны де Бройля

для электронов зоны проводимости;

г) в пределах кристалла образуются стоячие волны де Бройля

для электронов валентной зоны;

д) в пределах одного иона (атома) криста ллической решетки в

соответствии с моделью Кронига-Пенни образуются стоячие вол-

ны де Бройля.

225

14.В.17. Значения температуры Дебая и плотности для железа

равны 477 K и 7,9

г/см

, а для золота – 162 K и 19,3

г/см

. Исхо-

дя из этого можно установить, что для железа по сравнению с золо-

том больше:

а) температура плавления;

б) тве рдость;

в) скорость распространения акустических волн;

г) среднее статистическое межатомное расстояние;

д) теплоемкость.

14.В.18. В модели свободных электронов состояние каждого

электрона задается набором квантовых чисел

n ,

n и

m .

Что можно сказать о плотности электронных состояний?

а) плотность электронных состояний не зависит от энергии,

так как в одном со стоянии может находиться только 2 электрона с

противоположными спинами;

б) плотность электронных состояний зависит от концентра-

ции свободных электронов;

в) для трехмерного кристалла плотность электронных состоя-

ний возрастает пропорционально квадрату энергии электронов;

г) плотности электронных состо яний для трехмерного, двумер-

ного и одномерного кристаллов имеют различную зависимость от

энергии;

д) плотность электронных состояний обратно пропорциональ-

на энергии.

14.В.19. Понятие уровня Ферми применимо в случае:

а) металлов;

б) полупроводников;

в) диэлектриков;

г) отдельных молекул;

д) отдельных атомов.

14.В.20. В ферромагнетиках имеются области кристалла (до-

мены) со спонтанной намагниченностью, когда магнитные момен-

ты ионов кристаллической решетки имеют одинаковую направлен-

ность. Это происходит по причине:

а) наличия магнитных моментов у ионов кристаллической ре-

шетки;

б) кулоновских взаимодействий между ионами;

226

в) магнитных взаимодействий между спиновыми моментами

ионов;

г) наличия свободных электронов в кристалле;

д) обменных взаимодействий между ионами кристаллической

решетки.

14.В.21. О фононах можно сказать:

а) при температ уре Дебая в веществе существуют фононы всех

возможных для данного кристалла энергий;

б) это квант колебательной энергии кристалла;

в) фононы относят ся к классу бозонов, и их распределение по

энергиям описывается формулой Бозе-Эйнштейна;

г) фононы относятся к классу фермионов, и их распределение

по энергиям описывается формулой Ферми-Дирака;

д) импульс фонона совпадает по направлению с волновым век-

тором



Ответы

14.А.1 – б); 2 – а); 3 – а); 4 – б); 5 – а); 6 – а); 7 – а); 8 – б); 9 – а);

10 – б); 11 – а); 12 – в); 13 – в); 14 – а); 15 – б); 16 – а); 17 – а); 18 –

а); 19 – а); 20 – б); 21 – а); 22 – а); 23 – а); 24 – а); 25 – б); 26 – а); 27 –

а); 28 – а); 29 – б); 30 – а); 31 – б); 32 – а); 33 – в); 34 – в); 35 – в); 36 –

б); 37 – а); 38 – б); 39 – а); 40 – а).

14.Б.1 – обменные; 2 – стоячая; 3 – 3N; 4 – акустические и

оптические; 5 – фононом; 6 – Дебая; 7 – свободных; 8 – стоячая; 9 –

Блоха; 1 0 – зонное; 11 – запрещенной зоны; 12 – наполовину; 13 –

полностью; 14 – запрещенной; 15 – Ферми; 16 – посередине запре-

щенной; 17 – более 1/2 (50 %); >50 %; 18 – нулю; 19 – 2е; 20 –

фононами; 21 – N и 2N; 22 – ; 23 – температуру Д ебая; 24 –

сильно связанных; 25 – диэлектриков; 26 – проводникам; 27 – про-

водникам; 28 – диамагнетиком; 29 – 0; 30 – бозонами.

14.В.1 – в), г), е); 2 – в), г); 3 – а), в), г), е); 4 – б), в), г), д), е); 5 –

а), б), г), д); 6 – в), д; 7 – а), в), д), е); 8 – а), в), е); 9 – а), б), в), г); 10 –

б), в), г); 11 – а), б); 12 – а), в); 13 – г), д); 14 – б), в); 15 – а), в), г); 16 –

а), б), д); 17 – в), г); 18 – в), г); 19 – а), б), в); 20 – а), д); 21 – а), б), в), д).

227

III. РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО КОНСТРУИР ОВАНИЮ ТЕСТОВ

И АВТОМАТИЗИРОВАННОМУ КОНТРОЛЮ ЗНАНИЙ

1. Общие рекомендации.

Классификация заданий по сложности

Педагогический тест определяется

[]

119 −

как система парал-

лельных заданий возрастающей трудности специфической формы,

которая позволяет качественно и эффективно измерить уровень и

структуру подготовленности испытуемых. Тест следует рассматри-

вать как единство метода, результатов, полученных и интерпрети-

рованных определенным методом. Имеется еще одно очень корот-

кое определение: тест – это шкала. Идею теста как системы заданий

возрастающей трудности можно представить образно в виде мно-

жества разновысоких барьеров на беговой дорожке ст адиона, где

каждый следующий барьер выше предыдущего. Успешно преодо-

леть все барьеры может тот, кто лучше подготовлен.

Для этих целей мы и использовали тестовые задания 3-х ти-

пов А, Б и В, каждый из которых по сложности распределен на

пять уровней. В заданиях А-типа требуется выбрать один вариант

ответа из 3-х. Это самый простой тип задания. Он может быть оце-

нен баллом

(балл условный). Выполняя задание типа В, необ-

ходимо выбрать 2 – 4 правильных ответа из не менее 5 предложен-

ных вариантов. Так как количество правильных ответов в каждом

задании нестандартизировано и заранее может быть неизвестно, то

такое правильно выполненное задание может быть оценено бал-

лом в 4КА. Задания открытой формы (Б-типа) могут оцениваться

баллом в 3КА.

К 1-му уровню сложности отнесены задания, требующие эле-

ментарных знаний, как правило, школьного уровня. Например:

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

ную скорость.

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

228

Постулат о постоянстве скорости света является одним из ос-

новных постулатов физики, изучаемых в школе.

1.В.9. Преимущественно корпускулярные свойства света про-

являются в таких явлениях, как:

а) интерференция;

б) дифракция;

в) фото эффект как разновидность поглощения света;

г) эффект Комптона как разновидность рассеяния, свойствен-

ная для рентгеновских лучей;

д) эффект Доплера.

Данное задание касается вопроса школьного уровня, хотя рас-

сматриваются и явления, изучаемые в вузе (эффекты Комптона и

Доплера). Физические явления, относящиеся к классическим при-

мерам, иллюстрирующим корпускулярно-волновой дуализм излу-

чения, следует рассматривать как индикатор базовых знаний.

Ко 2-му уровню сложности отнесены задания, требующие зна-

ния простых формул, результатов базовых (основных) эксперимен-

тов и понятий, изучаемых в вузе. Например:

1.Б.5. Значение красной границы однофотонного фотоэффек-

та зависит исключительно от __________.

Для ответа на данный вопрос необходимо знать, что такое крас-

ная граница фотоэффекта (школьный компонент знаний). Вместе с

тем для понимания вопроса и однозначности ответа на уровне ву-

зовской программы вводится понятие «о днофотонный фотоэффект».

1.В.12. Импульс фотона можно рассчитать с использованием

формул:

а)

λ/h ; б) ch /

; в) ; г) υm ; д) .

Чтобы правильно выполнить задание, необходимо знать фор-

мулы для расчета импульса фотона и связывающие длину волны,

частоту и скорость света.

К 3-му уровню сложности отнесены задания, которые требу-

ют глубоких знаний явлений, опытов, формул, закономерностей в

рамках вузовской программы. Например:

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

энергии и импульса системы фотон-электрон, взаимодействующих

друг с другом.

а) да;

б) нет;

в) утверждение некорректно.

229

1.В.17. Из формулы

()

θ−Λ=λ∆ cos1

для комптоновского рас-

сеяния и сути самого эффекта Комптона следует, что:

а) при рассеянии фотонов на электронах величина смещения

длины волны фотона зависит только от угла рассеяния;

б) комптоновская длина волны

Λ не зависит от угла рассея-

ния

, так как это константа;

в) комптоновская длина волны

не зависит от длины волны

фотона, так как является константой;

г) комптоновская длина волны

Λ зависит от величины

λ∆

;

д) при рассеянии фотонов на электронах величина

∆

не за-

висит от вещества, на котором изучается рассеяние.

Для понимания данных вопросов и осознанного ответа на них

необходимо знать суть эффекта Комптона и уметь его объяснить.

Задания 4-го уровня сложности предполагают оценку не толь-

ко знаний базовых законов и явлений, но и умений применить их в

несколько нестандартных ситуациях. Например:

1.Б.15. Если облучать изолированный металлический шарик

светом, длина волны которого меньше красной границы фотоэф-

фекта, то в зависимости от значения __________ шарик будет при-

обретать различный потенциал.

Выполняя данное задание, необходимо знать суть фотоэффек-

та и уметь определить специфику данного явления в конкретном

случае, когда облучается изолированный металлический шарик.

1.В.21. Какие из перечисленных ниже процессов могут иметь

место при прохождении светового потока в видимом диапазоне че-

рез тонкий слой (несколько длин волн) металла?

а) поглощение света слабосвязанными электронами;

б) поглощение света атомами;

в) ионизация атомов;

г) вырывание электронов с поверхности;

д) генерация электронно-дырочных пар;

е) рекомбинация.

Отвечая на поставленный вопрос, необходимо знать и пони-

мать как сами процессы взаимодействия световых квантов с веще-

ством в целом и образующими ег о ат о м ами, так и особенности струк-

туры металлов.

Задания 5-го уровня сложности являются индикаторами глубо-

ких знаний и умений творчески использов ать знания при решении

нестандартных задач, т. е. в нестандартных сит уациях. Например:

1.А.29. Значение красной границы спектра тормозного рент-

геновского излучения зависит от материала, из которого изготов-

лен антикатод.

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

230

Чтобы правильно и осознанно ответить на пост авленный воп-

рос, необходимо понимать специфику явлений фотоэффекта и тор-

мозного рентгеновского излучения в сравнении друг с другом.

1.Б.10. Для наблюдения эффекта Мессбауэра источник -кван-

тов необходимо двигать в сторону __________.

Выполнить данно е задание можно только при детальном по-

нимании эффекта Мессбауэра, основанного на законах сохранения

энергии и импульса и эффекте Доплера.

1.В.14. На рисунке приведены вольтамперные характеристи-

ки фотоэлементов. Возможными причинами их отличий являются:

а) они отличаются материалом фотокатода, а, следовательно,

работой выхода электронов;

б) они облучаются светом различной частоты;

в) они облучаются светом различной интенсивности;

г) они имеют различную площадь освещаемой рабочей по-

верхности при одной и той же интенсивности света;

д) они имеют различную температуру.

Чтобы выполнить данное задание, следует понимать теорию

фотоэффекта, знать и понимать суть вольтамперных характерис-

тик фотоэлементов и их устройство.

Рассмотрение результатов тестирования ведется преимуще-

ственно с опорой на средние арифметиче ские показатели и на так

называемые процентные нормы, показывающие, сколько процен-

тов испытуемых имеют результат худший, чем у интересующего

испытуемого. Поскольку знания прих одится измерять опосредован -

но, то каждое тестовое задание является индикатором, выявляю-

щим какой-то один фрагмент знания у тех испытуемых, у которых

знания есть. Для того, чтобы сделать устойчивые выводы, рекомен-

дуется применять большое число (от 20 до 40) эмпирических

индикаторов, которые и образуют тест.