ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΘΕΡΙΝΑ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 16/11/2014 ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: ΑΡΧΩΝ ΜΑΡΚΟΣ ΘΕΜΑ Α

Transcript

1 ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΘΕΡΙΝΑ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 16/11/2014 ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: ΑΡΧΩΝ ΜΑΡΚΟΣ ΘΕΜΑ Α Οδηγία: Να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό καθεμιάς από τις παρακάτω ερωτσεις Α1-Α4 και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστ απάντηση. Α1. Το γραμμικό φάσμα εκπομπς ενός αερίου: α. αποτελείται από φως όλων των μηκών κύματος με τη μορφ συνεχούς χρωματιστς ταινίας. β. είναι μία συνεχς χρωματιστ ταινία που διακόπτεται από σκοτεινές παράλληλες γραμμές. γ. αποτελείται από ορισμένα χρώματα με τη μορφ λεπτών παράλληλων γραμμών. δ. είναι το ίδιο για όλα τα στοιχεία. Α2. Το ηλεκτρόνιο ενός ατόμου υδρογόνου όταν βρίσκεται στην θεμελιώδη κατάσταση έχει ολικ ενέργεια Ε 1 και η ακτίνα της τροχιάς του είναι. Αν το ίδιο ηλεκτρόνιο βρίσκεται στην τρίτη διεγερμένη κατάσταση, η ολικ του ενέργεια Ε και η ακτίνα της τροχιάς του θα είναι: α.. β.. γ.. δ.. Α3. Τα άτομα ενός υποθετικού στοιχείου έχουν τρεις ενεργειακές στάθμες. Το μέγιστο πλθος των γραμμών του φάσματος εκπομπς του στοιχείου είναι: α. μία. β. άπειρες. γ. τρεις. δ. δύο. Α4. Σ ένα διεγερμένο άτομο υδρογόνου το ηλεκτρόνιο βρίσκεται στην κατάσταση με. Σε ποια κατάσταση πρέπει να μεταπηδσει το ηλεκτρόνιο, για να μας δώσει ορατό φως; α. στην κατάσταση με. β. στην κατάσταση με. γ. στην κατάσταση με. δ. στην κατάσταση με. Σελίδα 1 από 7

2 Α5. Οδηγία: Να γράψετε στο τετράδιό σας το γράμμα κάθε πρότασης και δίπλα σε κάθε γράμμα τη λέξη Σωστό, για τη σωστ πρόταση, και τη λέξη Λάθος, για τη λανθασμένη. α) Ηλεκτρομαγνητικ ακτινοβολία εκπέμπεται, όταν το ηλεκτρόνιο ενός ατόμου υδρογόνου μεταβαίνει από μία χαμηλότερη ενεργειακ στάθμη σε μία υψηλότερη. β) Στο πρότυπο του Thomson για το άτομο, το θετικό φορτίο είναι κατανεμημένο σε όλη την έκταση του ατόμου. γ) Όταν ένα φωτόνιο προσπίπτει σε ένα άτομο υδρογόνου που βρίσκεται στην θεμελιώδη κατάσταση, το άτομο μπορεί να απορροφσει ένα ποσοστό της ενέργειας του φωτονίου και να διεγερθεί να ιονιστεί. δ) Όσο μεγαλώνει ο κύριος κβαντικός αριθμός, η ολικ ενέργεια του ατόμου του υδρογόνου ελαττώνεται. ε) Το ατομικό πρότυπο του Bohr μπορεί να επεκταθεί και σε άλλα άτομα ιόντα, που έχουν μόνον ένα ηλεκτρόνιο. Α1. γ Α2. α Α3. γ Α4. β Α5. α) Λ, β) Σ, γ) Λ, δ) Λ, ε) Σ ΘΕΜΑ Β B1. To παρακάτω σχμα δείχνει το διάγραμμα των ενεργειακών σταθμών του υδρογόνου. Οι συχνότητες είναι οι συχνότητες της ακτινοβολίας που εκπέμπονται κατά τις μεταβάσεις του ηλεκτρονίου μεταξύ των ενεργειακών σταθμών, όπως δείχνουν τα βέλη. E 3 E 2 f 3 n 3 n 2 E 1 f 1 f 2 n 1 Η σχέση που συνδέει τις παραπάνω συχνότητες είναι: α) β) γ) Να επιλέξετε τη σωστ απάντηση. Να αιτιολογσετε την επιλογ σας. Β1. Σωστ απάντηση είναι η α. Ισχύει: Σελίδα 2 από 7

3 Β2. Αν το πηλίκο της ολικς ενέργειας του ηλεκτρονίου ενός ατόμου υδρογόνου στη θεμελιώδη κατάσταση προς την ολικ του ενέργεια σε μια διεγερμένη κατάσταση είναι ίσο με 16, τότε το πηλίκο του μέτρου της στροφορμς του ηλεκτρονίου στη διεγερμένη κατάσταση προς το μέτρο της στροφορμς του στη θεμελιώδη κατάσταση είναι ίσο με: α. 4 β. γ. 16 Να επιλέξετε τη σωστ απάντηση. Να αιτιολογσετε την απάντησ σας. Β2. Σωστ απάντηση είναι η α. Ισχύει: Συνεπώς το ζητούμενο πηλίκο υπολογίζεται από τη σχέση: Β3. Στο ατομικό πρότυπο του Bohr για το άτομο του υδρογόνου, αν είναι η ταχύτητα του ηλεκτρονίου στην επιτρεπόμενη τροχιά με κβαντικό αριθμό και είναι η ταχύτητα του ηλεκτρονίου στην επιτρεπόμενη τροχιά με κβαντικό αριθμό, τότε ισχύει: α. β. γ. Να επιλέξετε τη σωστ απάντηση. Να αιτιολογσετε την απάντησ σας. Β3. Σωστ απάντηση είναι η γ. Ισχύει: Συνεπώς: Σελίδα 3 από 7

4 Β4. Ένα φωτόνιο Α ενέργειας απορροφάται από άτομο υδρογόνου, το οποίο διεγείρεται από τη θεμελιώδη στην ενεργειακ στάθμη με. Ένα άλλο φωτόνιο Β με ενέργεια απορροφάται από άλλο άτομο υδρογόνου που βρίσκεται στην θεμελιώδη κατάσταση, με αποτέλεσμα το ηλεκτρόνιο του ατόμου να βρεθεί πολύ μακριά από τον πυρνα με κινητικ ενέργεια, όπου η ενέργεια της θεμελιώδης κατάστασης του ατόμου του υδρογόνου. Ο λόγος είναι ίσος με : α. 1 β. γ. 2 Να επιλέξετε τη σωστ απάντηση. Να αιτιολογσετε την απάντησ σας. Β4. Σωστ απάντηση είναι η β. Η ενέργεια που απαιτείται για τη διέγερση του ατόμου από τη στάθμη στη στάθμη είναι:. Άρα το φωτόνιο Α πρέπει να έχει ενέργεια: (1) Το φωτόνιο Β προκαλεί τον ιονισμό του ατόμου του υδρογόνου και το εξερχόμενο ηλεκτρόνιο έχει κινητικ ενέργεια μακριά από τον πυρνα. Συνεπώς ισχύει: (2) Με διαίρεση κατά μέλη των σχέσεων (1) και (2) προκύπτει: ΘΕΜΑ Γ Ένα φωτόνιο με ενέργεια απορροφάται από ένα άτομο υδρογόνου που βρίσκεται στη θεμελιώδη κατάσταση, οπότε το άτομο του υδρογόνου διεγείρεται. Να υπολογίσετε: Γ1. τον κβαντικό αριθμό που αντιστοιχεί στη διεγερμένη κατάσταση του ατόμου. Γ2. το μκος κύματος του φωτονίου. Σελίδα 4 από 7

5 Γ3. το μέτρο της στροφορμς του ηλεκτρονίου στη διεγερμένη κατάσταση. Γ4. το πηλίκο της κινητικς προς τη δυναμικ ενέργεια του ηλεκτρονίου στη διεγερμένη κατάσταση. Γ5. την ελάχιστη απόσταση μεταξύ της τροχιάς της διεγερμένης κατάστασης στην οποία περιφέρεται το ηλεκτρόνιο και της θεμελιώδους τροχιάς του. Δίνονται: Η ενέργεια του ατόμου του υδρογόνου στη θεμελιώδη κατάσταση:, η σταθερά του Planck:, η ακτίνα της θεμελιώδους τροχιάς του ηλεκτρονίου:, η ταχύτητα του φωτός στο κενό: και. Γ1. Ισχύει: Γ2. Ισχύει: Γ3. Είναι: Γ4. Η κινητικ ενέργεια του ηλεκτρονίου στη διεγερμένη κατάσταση δίνεται από τη σχέση: (1) Η δυναμικ ενέργεια του ηλεκτρονίου στη διεγερμένη κατάσταση δίνεται από τη σχέση: (2) Με διαίρεση κατά μέλη των σχέσεων (1) και (2) έχουμε: Γ5. Ισχύει: Σελίδα 5 από 7

6 ΘΕΜΑ Δ Ηλεκτρόνιο βλμα επιταχύνεται από την ηρεμία μέσω τάσης και στη συνέχεια συγκρούεται με ένα ακίνητο άτομο υδρογόνου (Α) που βρίσκεται στη θεμελιώδη κατάσταση και το ιονίζει. Το ηλεκτρόνιο που εξέρχεται από το άτομο του υδρογόνου (Α), μετά τον ιονισμό, συγκρούεται με ένα δεύτερο άτομο υδρογόνου (Β) που βρίσκεται επίσης στη θεμελιώδη κατάσταση και το διεγείρει στην τρίτη διεγερμένη κατάσταση. Μετά την κρούση, το άτομο του υδρογόνου (Β) εξακολουθεί να παραμένει ακίνητο, ενώ το ηλεκτρόνιο με το οποίο συγκρούστηκε έχει κινητικ ενέργεια. Δ1. Να υπολογίσετε την ολικ ενέργεια του ατόμου του υδρογόνου (Β), όταν βρίσκεται στην τρίτη διεγερμένη κατάσταση. Δ2. Να υπολογίσετε το πηλίκο της μέγιστης προς την ελάχιστη τιμ του μκους κύματος που μπορεί να εκπέμψει το άτομο του υδρογόνου (Β) κατά την αποδιέγερση του από τη τρίτη διεγερμένη στη θεμελιώδη κατάσταση. (Μονάδες 6) Δ3. Να υπολογίσετε το πηλίκο του μέτρου της δύναμης Coulomb που δέχεται το ηλεκτρόνιο του ατόμου του υδρογόνου (Β) στην τρίτη διεγερμένη κατάσταση προς το μέτρο της δύναμης Coulomb που δέχεται στη θεμελιώδη κατάσταση. Δ4. Να υπολογίσετε την τάση που επιτάχυνε το ηλεκτρόνιο βλμα, το οποίο συγκρούστηκε με το άτομο του υδρογόνου (Α). Δ5. Να υπολογίσετε το επί τοις εκατό ποσοστό της κινητικς ενέργειας του ηλεκτρονίου του ατόμου του υδρογόνου (Α) μετά τον ιονισμό του, το οποίο απορρόφησε το άτομο του υδρογόνου (Β) για να διεγερθεί. Δίνονται: Η ενέργεια του ατόμου του υδρογόνου στη θεμελιώδη κατάσταση. Δ1. Ισχύει: Δ2. n 4 n 3 max n 2 min n 1 Σελίδα 6 από 7

7 Το μέγιστο μκος κύματος του φωτονίου που μπορεί να εκπεμφθεί αντιστοιχεί στην μικρότερη ενεργειακ διαφορά κατά την αποδιέγερση του ατόμου Β, ενώ το ελάχιστομκος κύματος αντιστοιχεί στην μεγαλύτερη ενεργειακ διαφορά. Ισχύει: (1) και (2) Με διαίρεση κατά μέλη των σχέσεων (1) και (2) έχουμε: Δ3. Ισχύει: (3) και (4) Με διαίρεση κατά μέλη των σχέσεων (3) και (4) έχουμε: Δ4. Έστω η κινητικ ενέργεια του ηλεκτρονίου βλματος που συγκρούστηκε με το άτομο υδρογόνου (Α) και προκάλεσε τον ιονισμό του και η κινητικ ενέργεια του ηλεκτρονίου του ατόμου του υδρογόνου (Α) με τον ιονισμό του. Ισχύει: (5) Το ηλεκτρόνιο που εξέρχεται από το άτομο Α με κινητικ ενέργεια συγκρούεται με ένα άλλο άτομο υδρογόνου Β και το διεγείρει στη κατάσταση με, ενώ μετά την κρούση το ηλεκτρόνιο έχει κινητικ ενέργεια και το άτομο Β παραμένει ακίνητο. Συνεπώς ισχύει:. Με αντικατάσταση στη σχέση (5) έχουμε: Δ5. Το ζητούμενο ποσοστό υπολογίζεται από τη σχέση: Σελίδα 7 από 7