ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ. Επιµέλεια: Οµάδα Φυσικών της Ώθησης

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Επιµέεια: Οµάδα Φυσικών της Ώθησης

2 ΕΘΝΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ευτέρα, 7 Μαΐου Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΜΑ A Στις ερωτήσεις Α-Α3 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπα το γράμμα που αντιστοιχεί στη φράση, η οποία συμπηρώνει σωστά την ημιτεή πρόταση. Α. Το ουράνιο τόξο είναι αποτέεσμα α. της απορρόφησης του φωτός από την ατμόσφαιρα. β. της μονοχρωματικότητας του ηιακού φωτός. γ. του διασκεδασμού και της οικής ανάκασης του ευκού φωτός. δ. των ιδιοτήτων της υπέρυθρης ακτινοβοίας. Α. Στους αμπτήρες πυρακτώσεως το νήμα του βοφραμίου είναι διαμορφωμένο σε πού πυκνές σπείρες. Αυτό γίνεται διότι α. το νήμα έτσι έχει μικρότερη αντίσταση. β. εαχιστοποιείται η απαγωγή θερμότητας από το εσωτερικό των σπειρών, με αποτέεσμα το νήμα να διατηρείται θερμότερο και να εκπέμπει περισσότερο φως. γ. αποφεύγεται η εξάχνωση του βοφραμίου. δ. το νήμα δημιουργεί μαγνητικό πεδίο που είναι απαραίτητο για τη ειτουργία του αμπτήρα. Α3. Η υπέρυθρη ακτινοβοία α. έχει μικρότερο μήκος κύματος στο κενό από την ορατή. β. προκαεί το μαύρισμα του δέρματός μας, όταν εκτιθέμεθα στον ήιο. γ. δεν προκαεί το φαινόμενο του φωσφορισμού. δ. συμμετέχει στην μετατροπή του οξυγόνου της ατμόσφαιρας σε όζον. Α. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις, που αναφέρονται στην πυρηνική σύντηξη των πυρήνων H με τον κύκο πρωτονίου-πρωτονίου, είναι άθος; α. Τέσσερις πυρήνες H συντήκονται και δημιουργούν ένα πυρήνα He. β. Οι πυρήνες H πρέπει να έχουν πού μεγάη κινητική ενέργεια, ώστε να πησιάσουν σε απόσταση που δρουν οι ισχυρές πυρηνικές δυνάμεις. γ. Η συνοική αντίδραση είναι ενδόθερμη. δ. Οι πυρηνικές αυτές αντιδράσεις πιστεύεται ότι συμβαίνουν στο εσωτερικό του Ηίου και των άων άστρων.

3 ΕΘΝΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Α. Να χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακοουθούν, γράφοντας στο τετράδιό σας δίπα στο γράμμα που αντιστοιχεί σε κάθε πρόταση, τη έξη Σωστό, αν η πρόταση είναι σωστή, ή Λάθος, αν η πρόταση είναι ανθασμένη. α. Η μονάδα ατομικής μάζας u ορίζεται ως το της μάζας του πυρήνα του 6 8 O. β. Οι ακτίνες Χ είναι ταχέως κινούμενα ηεκτρόνια. γ. Η φθορίζουσα ουσία στους αμπτήρες φθορισμού απορροφά υπεριώδη ακτινοβοία και εκπέμπει ορατή. δ. Η θεωρία των κβάντα δεν αναιρεί την κυματική φύση του φωτός. ε. Οι ισχυρές πυρηνικές δυνάμεις είναι διαφορετικές, όταν αναπτύσσονται μεταξύ δύο πρωτονίων και διαφορετικές, όταν αναπτύσσονται μεταξύ δύο νετρονίων. ΑΠΑΝΤΗΣΗ A. γ A. β A3. γ A. γ A. α. Λ β. Λ γ. Σ δ. Σ ε. Λ ΘΕΜΑ B Β. Μονοχρωματική ακτίνα φωτός διαπερνά διαδοχικά δύο οπτικά υικά με δείκτες διάθασης και d αντίστοιχα, όπου,. Η ακτίνα προσπίπτει κάθετα στις διαχωριστικές επιφάνειες των δύο οπτικών υικών, όπως φαίνεται στο σχήμα. Τα δύο οπτικά υικά έχουν πάχος d και d αντίστοιχα. Στο οπτικό υικό με δείκτη διάθασης το πάχος d ισούται με μήκη κύματος της ακτινοβοίας στο μέσο αυτό. Με d πόσα μήκη κύματος της ακτινοβοίας στο μέσο με δείκτη διάθασης ισούται το πάχος d; α) β),7 γ) 3 Να επιέξετε τη σωστή απάντηση (μονάδες ). Να δικαιοογήσετε την επιογή σας (μονάδες 6). Μονάδες 8 3

4 ΕΘΝΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Β. Δύο δέσμες ακτίνων Χ παράγονται από συσκευές στις οποίες η τάση μεταξύ ανόδου-καθόδου είναι V για την πρώτη δέσμη και V για τη δεύτερη. Οι δέσμες προσπίπτουν σε μια πάκα. Η πρώτη δέσμη απορροφάται πήρως από την πάκα, ενώ η δεύτερη την διαπερνά. Ποια από τις παρακάτω συνθήκες ισχύει; α) V >V β) V <V γ) V V Να επιέξετε τη σωστή απάντηση (μονάδες ). Να δικαιοογήσετε την επιογή σας (μονάδες 6). Μονάδες 8 B3. Ένας πυρήνας Χ με μαζικό αριθμό και ενέργεια σύνδεσης ανά νουκεόνιο 7,ΜeV, διασπάται σε πυρήνες: ) τον Y με μαζικό αριθμό και ενέργεια σύνδεσης ανά νουκεόνιο 8,8 ΜeV και ) τον Ω με μαζικό αριθμό και ενέργεια σύνδεσης ανά νουκεόνιο 8, ΜeV. Κατά την διαδικασία αυτή α) εκύεται ενέργεια. β) απορροφάται ενέργεια. γ) ούτε εκύεται ούτε απορροφάται ενέργεια. Να επιέξετε τη σωστή απάντηση (μονάδες ). Να δικαιοογήσετε την επιογή σας (μονάδες 7). Μονάδες 9 ΑΠΑΝΤΗΣΗ Β. Σωστό είναι το γ). Αιτιόογηση: ος τρόπος ο ο x d,, 3, Συνεπώς ο αριθμός των μηκών κύματος είναι 3. ος τρόπος d Iσχύει Ν d d N N ο επίσης () d υικό Ν Ν Ν Επομένως () d Ν Ν, υικό Ν () N, 3N 3

5 ΕΘΝΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Β. Σωστό είναι το β). Αιτιόογηση: Οι ακτίνες Χ που αποτεούν τη δεύτερη δέσμη είναι πιο διεισδυτικές, δηαδή έχουν μικρότερα μήκη κύματος, άρα και μικρότερο εάχιστο μήκος κύματος από τις ακτίνες Χ που αποτεούν την πρώτη δέσμη. Δηαδή: h c h c mi( ) > mi() > V > V e V e V Β3. Σωστό είναι το α). Αιτιόογηση: Είναι ΑΧ, ΑΥ και ΑΩ, οπότε έχουμε σχηματικά την παρακάτω διάσπαση X Y Ω Z Z + Z3 Η διάυση του αρχικού πυρήνα στα νουκεόνια που τον αποτεούν απαιτεί ενέργεια ΑΧ ΣΧ 7,ΜeV87ΜeV, ενώ ο σχηματισμός των δύο πυρήνων Χ και Υ εκύει ενέργεια ΑΥ ΣΥ+ΑΩ ΣΩ( 8,8+ 8,)ΜeV(88+3)MeVMeV. Άρα από όη τη διαδικασία της σχάσης αποδεσμέυεται ενέργεια ίση με Q(-87)ΜeV3MeV> ΘΕΜΑ Γ Ηεκτρόνια επιταχύνονται από τάση V και στη συνέχεια προσπίπτουν σε άτομα υδρογόνου, τα οποία βρίσκονται στη θεμειώδη τους κατάσταση. Κατά την πρόσπτωση αυτή τα άτομα του υδρογόνου διεγείρονται στην 3 η διεγερμένη κατάσταση (). Να υποογισθεί: Γ. Το μέτρο της στροφορμής του ηεκτρονίου ενός διεγερμένου ατόμου υδρογόνου το οποίο βρίσκεται στην τροχιά με. Γ. Η εάχιστη τιμή της τάσης V με την οποία επιταχύνθηκαν τα ηεκτρόνια που προκάεσαν τη διέγερση των ατόμων του υδρογόνου. Μονάδες 6 K Γ3. Ο όγος των κινητικών ενεργειών των ηεκτρονίων του ατόμου του K υδρογόνου, όπου Κ η κινητική ενέργεια του ατόμου στην τροχιά με και Κη κινητική ενέργεια του ατόμου στην τροχιά με. Μονάδες 7 Γ. Η δυναμική ενέργεια του ηεκτρονίου στην τροχιά με. Μονάδες 7 Δίνονται: Ε 3,6 ev, η ενέργεια του ατόμου του υδρογόνου στη θεμειώδη h 3 κατάσταση και h J s. π

6 ΕΘΝΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΑΠΑΝΤΗΣΗ Γ. Σύμφωνα με το πρότυπο του Βοhr ισχύει: L hl hl 3 J s Γ. Η ενέργεια διέγερσης που αντιστοιχεί στην ενέργεια που απορροφά το άτομο κατά την κρούση με το ηεκτρόνιο-βήμα, είναι: E Δ E E E E αά Ε E Από τις σχέσεις (),() έχουμε: Με εφαρμογή του Θ.Μ.Κ.Ε. προκύπτει Πρέπει Κ Ε Δ ( ) (3) e V () EΠ Δ( ) Ε Ε (), 3,6 ev,8ev () 6 (,8+ 3,6)eV,7eV (3) E Δ ( ),7eVV K e () EΠ V E Π,7VV EΠ(mi) V,7V Γ3. Η κινητική ενέργεια του ηεκτρονίου στη στάθμη είναι: e e K kc, αά r r, οπότε K kc K (), r r r k Ce στάθμη με, Κ 6 r K 6 r K στάθμη με, Κ r r Γ. Η δυναμική ενέργεια στη είναι: U () r H οική ενέργεια στη είναι: () Με διαίρεση κατά μέη : (3) (3) r E U r U U E U (,8) ev U E,7eV E r K K 6 ΘΕΜΑ Το 83 Bi(βισμούθιο) είναι ένα ραδιενεργό ισότοπο. Οι πυρήνες του βισμουθίου μπορούν να διασπασθούν με δύο διαφορετικούς τρόπους, με διάσπαση α ή με διάσπαση β -. Κατά τις διασπάσεις αυτές ο χρόνος υποδιπασιασμού του βισμουθίου είναι Τ/ mi. Κατά τη διάσπαση α παράγεται Τl (θάιο) και κατά την διάσπαση β - 6

7 ΕΘΝΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ παράγεται Ρο (ποώνιο). Η διάσπαση α πραγματοποιείται σε ποσοστό,%, ενώ κατά το υπόοιπο ποσοστό πραγματοποιείται η διάσπαση β -. Τη χρονική στιγμή t διαθέτουμε ένα δείγμα Ν9,6 8 πυρήνων Bi 83. Δ. Να γράψετε τις πυρηνικές αντιδράσεις διάσπασης α και β - που πραγματοποιούνται. Μονάδες 6 Δ. Να υποογίσετε την ενεργότητα του δείγματος αυτού τη χρονική στιγμή t6 mi. Μονάδες 7 Δ3. Να γίνει η γραφική παράσταση του αριθμού Ν των πυρήνων 83 Bi που παραμένουν αδιάσπαστοι σε συνάρτηση με το χρόνο για χρονικό διάστημα από t έως t6 mi. Στη γραφική παράσταση να φαίνονται οι συντεταγμένες σημείων της καμπύης. (Η γραφική παράσταση να γίνει με στυό ή με μούβι στο μιιμετρέ χαρτί που βρίσκεται στο τέος του τετραδίου). Δ. Να υποογίσετε τον αριθμό των σωματίων α που παράχθηκαν στο χρονικό διάστημα από t έως t mi. Δίνεται l,7 ΑΠΑΝΤΗΣΗ Δ. Bi Tl He (διάσταση α ) Bi 8 Po+ e+ ve (διάσταση β - ) Δ. Η σχέση ορισμού της ενεργότητας είναι ΔΝ l l Ν(), αά Τ/ () και ακόμη Δt Τ () t l t Τ / Ν Ν e N N e mi 3l N N e N N e N N N N N N 3 3 e e (3) l l 8 Επομένως θα έχουμε () () (3) ΔΝ Δt l N T 8 / /,7 9,6 6sec 8 8 l 6mi διασπάσεις ΔΝ Δt 7 Μονάδες 7 Δ3. Η σχέση του αριθμού των πυρήνων που παραμένουν αδιάσπαστοι με το χρόνο είναι l () t l Τ t t / 8 Ν Ν e N N e N 9,6 e (S.I.) Bq 7

8 ΕΘΝΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ N (x 8 αδιασπ. πυρ.) 9,6,6,, 6 t (mi) 8 Δ. Είναι N, και ισχύει 8 8 N + Ν Ν Ν Ν Ν Ν (9,6, )πυρήνες δ δ δ Ν δ 7, 8 πυρήνες Στις διασπάσεις οι δίνουν σωμάτια α Στις Νδ διασπάσεις οι k; δίνουν σωμάτια α 7, επομένως είναι k 8 3 Νδ k 7, k 8 k 8,8 σωμάτια α ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ Τα σημερινά θέματα Φυσικής Γενικής Παιδείας είναι διατυπωμένα με σαφήνεια, ενώ ταυτόχρονα καύπτουν ευρύ φάσμα της εξεταστέας ύης. Τα θεωρητικά θέματα Α και Β, εκτός από τη δυνατότητα αναπαραγωγής γνώσεων από τους υποψηφίους, απαιτούσαν από αυτούς και συνθετική ικανότητα. Το πρώτο πρόβημα (Θέμα Γ) δεν ήταν ιδιαίτερα απαιτητικό, ενώ το δεύτερο πρόβημα (Θέμα Δ) απαιτούσε από τους υποψηφίους εξοικίωση με τις θεμειώδεις έννοιες της Πυρηνικής Φυσικής σε συνδυασμό με την άνεση στο χειρισμό κάποιων βασικών μαθηματικών εργαείων. Συνεπώς τα σημερινά θέματα είναι ποιοτικά, αά και προσπεάσιμα από έναν καά προετοιμασμένο αά και έμπειρο υποψήφιο. 8