ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ: ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΘΕΡΙΝΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 04/11/12 ΛΥΣΕΙΣ

Transcript

1 ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΕΚΠ. ΕΤΟΥΣ 0-03 ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ: ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΘΕΡΙΝΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 04// ΛΥΣΕΙΣ ΘΕΜΑ A Στις ερωτησεις -4 να γράψετε στο τετράδιο σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστ απάντηση.. Το άτομο του υδρογόνου βρίσκεται στη θεμελιώδη κατάσταση με Ε = 3,6eV. Η ελάχιστη ενέργεια που πρέπει να προσφερθεί στο άτομο για να διεγερθεί είναι: α) 3,6eV β) 3,4eV γ) 0,eV δ) 7eV. Όταν το άτομο του υδρογόνου βρίσκεται στη θεμελιώδη κατάσταση: α) εκπέμπει συνεχώς ακτινοβολία β) το ηλεκτρόνιό του έχει τη μέγιστη δυνατ ολικ ενέργεια γ) δεν είναι δυνατό να διεγερθεί δ) πρέπει να απορροφσει ενέργεια για να ιονισθεί 3. Έστω L η στροφορμ και Ε η ολικ ενέργεια του ηλεκτρονίου στο άτομο του υδρογόνου, όταν αυτό κινείται στην πρώτη επιτρεπόμενη τροχιά (n = ). Εάν το άτομο απορροφσει ενέργεια και το ηλεκτρόνιό του μεταπηδσει στη δεύτερη επιτρεπόμενη τροχιά (n = ), τότε για τη στροφορμ L και την ολικ ενέργεια Ε του ηλεκτρονίου στη νέα του τροχιά ισχύει: α) L = L και Ε = Ε /4 β) L > L και Ε < Ε γ) L = L και Ε = Ε / δ) L = L και Ε = Ε 4. Τα άτομα ενός υποθετικού ατόμου έχουν τρεις ενεργειακές στάθμες. Το μέγιστο πλθος των γραμμών του φάσματος εκπομπς του ατόμου είναι: α) μία β) άπειρες γ) τρεις δ) δύο 5. Να χαρακτηρίσετε κάθε μία από τις παρακάτω προτάσεις ως σωστ (Σ) λανθασμένη (Λ). α) Όσο μεγαλώνει ο κύριος κβαντικός αριθμός η ενέργεια του ατόμου του υδρογόνου ελαττώνεται. Σελίδα από 6

2 ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΕΚΠ. ΕΤΟΥΣ 0-03 β) Ηλεκτρομαγνητικ ακτινοβολία εκπέμπεται, όταν το ηλεκτρόνιο ενός ατόμου υδρογόνου μεταβαίνει από μία χαμηλότερη ενεργειακ στάθμη σε μία υψηλότερη. γ) Όταν το άτομο του υδρογόνου βρίσκεται στη θεμελιώδη κατάσταση, τότε το ηλεκτρόνιό του έχει τη μεγαλύτερη ταχύτητα. δ) Όταν το άτομο του υδρογόνου ιονίζεται μετατρέπεται σε θετικό ιόν. ε) Στο πρότυπο του Thomson για το άτομο, το θετικό φορτίο είναι κατανεμημένο σε όλη την έκταση του ατόμου. ΑΠΑΝΤΗΣΗ:. γ. δ 3. α 4. γ 5. α. Λ, β. Λ, γ. Σ, δ. Σ, ε. Σ ΘΕΜΑ Β. Ένα φωτόνιο ενέργειας 6eV προσπίπτει σε ένα άτομο υδρογόνου που βρίσκεται στη θεμελιώδη κατάσταση έχοντας ενέργεια Ε = 3,6eV: α) To φωτόνιο θα διεγείρει το άτομο του υδρογόνου στην κατάσταση Ε. β) Το άτομο του υδρογόνου θα ιονιστεί και το ηλεκτρόνιο μετά την κρούση θα αποκτσει κινητικ ενέργεια,4ev. Να επιλέξετε τη σωστ απάντηση. Να αιτιολογσετε την επιλογ σας. Σωστ απάντηση η β (Μονάδες ) (Μονάδες 3) Στη διέγερση με απορρόφηση ακτινοβολίας, το άτομο του υδρογόνου απορροφά μόνο τα φωτόνια που έχουν ενέργεια ακριβώς όση απαιτείται για να ανέβει σε υψηλότερη ενεργειακ στάθμη. Αν όμως το φωτόνιο έχει ενέργεια μεγαλύτερη από την ενέργεια ιονισμού απορροφάται. Μέρος της ενέργειάς του δαπανάται για τον ιονισμό και το υπόλοιπο αποτελεί την κινητικ ενέργεια του ηλεκτρονίου. Δηλ.: Ε φ = Ε ιον + Κ Κ = Ε φ Ε ιον = 6eV 3,6eV =,4eV Σελίδα από 6

3 ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΕΚΠ. ΕΤΟΥΣ To παρακάτω σχμα δείχνει το διάγραμμα των ενεργειακών σταθμών του υδρογόνου. Τα μκη κύματος λ, λ, λ 3 είναι τα μκη κύματος της ακτινοβολίας που εκπέμπεται κατά τις μεταβάσεις του ηλεκτρονίου μεταξύ των ενεργειακών σταθμών, όπως δείχνουν τα βέλη. Η σχέση που συνδέει τα μκη κύματος είναι: α) λ = λ + λ 3 β) 3 γ) λ = 3 3 Να επιλέξετε τη σωστ απάντηση. Να αιτιολογσετε την επιλογ σας. Σωστ απάντηση η γ Ε 3 Ε = (Ε 3 Ε ) + (Ε Ε ) C C C h h h (Μονάδες ) (Μονάδες 3) 3. Να δείξετε ότι το μκος κύματος της μονοχρωματικς ακτινοβολίας που εκπέμπεται κατά την αποδιέγερση διεγερμένων ατόμων υδρογόνου από μία οποιαδποτε ενεργειακ στάθμη με n 3 κατευθείαν στην ενεργειακ στάθμη n = δίνεται από τη σχέση: 4n hc 4 n E Απάντηση (Μονάδες 8) Η ενέργεια του φωτονίου που εκπέμπεται κατά τη μετάβαση από μία διεγερμένη κατάσταση με κβαντικό αριθμό n (n 3) στην κατάσταση με κβαντικό αριθμό n =, δίνεται από τη σχέση: Ε φ = Ε n Ε = E E n 4 hc 4 n E = E n 4 4n 4n hc 4 n E 4. Ένα άτομο υδρογόνου μεταβαίνει από τη διεγερμένη κατάσταση με κβαντικό αριθμό n στην αμέσως επόμενη διεγερμένη κατάσταση. Στην περίπτωση αυτ η ταχύτητα του ηλεκτρονίου του ατόμου: Σελίδα 3 από 6

4 ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΕΚΠ. ΕΤΟΥΣ 0-03 α) αυξάνεται β) μειώνεται Να επιλέξετε τη σωστ απάντηση. Να αιτιολογσετε την επιλογ σας. (Μονάδες 3) (Μονάδες 4) Σωστ απάντηση η β Ln n L (n ) n mu r n n n mun rn n n n n n U r n U r n Un n r n U n (n ) r n Un n U (n ) n Un n U n n U n > U n+ ΘΕΜΑ Γ Ηλεκτρόνιο σε άτομο υδρογόνου μεταπηδά από την τροχιά με κβαντικό αριθμό n = 3 στην τροχιά με κβαντικό αριθμό n = εκπέμποντας ένα φωτόνιο. α) Να υπολογίσετε την ενέργεια του ηλεκτρονίου στην τροχιά με κβαντικό αριθμό n = 3. (Μονάδες 6) β) Να υπολογίσετε την ακτίνα της κυκλικς τροχιάς του ηλεκτρονίου στην τροχιά με κβαντικό αριθμό n = 3. (Μονάδες 6) γ) Να υπολογίσετε την ενέργεια του φωτονίου που εκπέμπεται κατά την αποδιέγερση. δ) Να εξετάσετε αν το παραγόμενο φωτόνιο ανκει στο ορατό φάσμα. Δίνονται: Ε = 3,6eV ev =,6 0-9 J h = 6, J s c = m/s r = 0, m (Μονάδες 8) ΑΠΑΝΤΗΣΗ: E α) Ε 3 = n = 3,6eV,5eV 9 β) r 3 = n r = 9 r = 4, m E γ) Ε = n = 3,6eV 3,4eV 4 Ε φ = Ε 3 Ε =,89eV Σελίδα 4 από 6

5 ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΕΚΠ. ΕΤΟΥΣ 0-03 δ) Ε φ =,89 (,6 0-9 J) = 3, J C Ε φ = hf = h 0 0 λ 0 = 34 8 hc 0 E = (6,6 0 Js) (30 m / s) 9 = 6, m 3,04 0 J λ 0 = 654 nm Άρα ανκει στο ορατό τμμα του φάσματος. ΘΕΜΑ Δ Ηλεκτρόνιο επιταχύνεται από την ηρεμία με τάση V =,5V και προσπίπτει σε άτομο υδρογόνου που βρίσκεται στη θεμελιώδη κατάσταση. Το άτομο του υδρογόνου διεγείρεται απορροφώντας το μέγιστο ποσό ενέργειας που μπορεί να απορροφσει από την κρούση. α) Σε ποια επιτρεπόμενη τροχιά θα βρεθεί το ηλεκτρόνιο του ατόμου του υδρογόνου μετά την κρούση; (Μονάδες 7) β) Να σχεδιάσετε στο τετράδιό σας σε διάγραμμα ενεργειακών σταθμών όλες τις δυνατές μεταβάσεις από τη διεγερμένη κατάσταση στη θεμελιώδη. γ) Να βρεθεί το ελάχιστο μκος κύματος των εκπεμπόμενων φωτονίων. (Μονάδες 8) δ) Να υπολογίσετε την κινητικ ενέργεια και το μέτρο της στροφορμς του ατόμου του υδρογόνου στη διεγερμένη κατάσταση με n = 3. Δίνονται: Ε = 3,6eV C = m/s h = 6, J s ev =,6 0-9 J ΑΠΑΝΤΗΣΗ: α) Η κινητικ ενέργεια που έχει το e πριν τη σύγκρουση με το άτομο του υδρογόνου είναι: Κ = e V =,5eV Για τις διεγέρσεις του ατόμου τα ποσά ενέργειας που απαιτούνται είναι: Ε Ε = 0,eV Ε 3 Ε =,09eV Ε 4 Ε =,75eV Επομένως θα διεγερθεί μέχρι την κατάσταση με n = 3. β) Σελίδα 5 από 6

6 ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΕΚΠ. ΕΤΟΥΣ 0-03 C hc γ) Ε φ = hf = h λ = E λ min = hc 6, E = 9 3,09,6 0 m λ min =,0 0-7 m = 0 nm δ) Κ 3 = Ε 3 = L 3 = 3 E 3 =,5eV h = 3 6,6 0 9,9 34 kgm 0 s 34 Σας ευχόμαστε επιτυχία!!! Σελίδα 6 από 6