ΕΘΝΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2001 Τρίτη, 12 Ιουνίου 2001 ΓΕΝΙΚΗ ΠΑΙ ΕΙΑ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΦΥΣΙΚΗ

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 00 Τρίτη, Ιουνίου 00 ΓΕΝΙΚΗ ΠΑΙ ΕΙΑ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΜΑ Στις ερωτήσεις - να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθµό της ερώτησης και δίπα το γράµµα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.. Η πυρηνική αντίδραση U 56 Ba+ 36Kr ενέργεια παριστάνει: α. διάσπαση β β. διάσπαση γ γ. σύντηξη δ. σχάση Μονάδες 5 Απ. Σωστή απάντηση η δ. Η υπεριώδης ακτινοβοία α. είναι ορατή µε γυµνό µάτι β. δεν προκαεί αµαύρωση των φωτογραφικών πακών γ. συµµετέχει στην µετατροπή του οξυγόνου της ατµόσφαιρας σε όζον δ. δεν προκαεί το φθορισµό σε διάφορα σώµατα Μονάδες 5 Απ. Σωστή απάντηση η γ

2 3. Όταν ακτίνα µονοχρωµατικού φωτός περάσει από τον αέρα σε γυαί, µεταβάεται α. η συχνότητά της β. µόνο το µήκος κύµατός της γ. το µήκος κύµατος και η ταχύτητα διάδοσης της δ. η συχνότητα και η ταχύτητα διάδοσης Μονάδες 5 Απ. Σωστή απάντηση η γ. Αδρόνια είναι α. το πρωτόνιο και το ηεκτρόνιο β. το πρωτόνιο και το νετρόνιο γ. το νετρόνιο και το µιόνιο δ. το µιόνιο και το ηεκτρόνιο Μονάδες 5 Απ. Σωστή απάντηση η β 5. Να χαρακτηρίσετε στο τετράδιό σας τις προτάσεις που ακοουθούν µε το γράµµα Σ αν είναι σωστές και µε το γράµµα Λ αν είναι ανθασµένες. α. Σύµφωνα µε το πρότυπο του Rtherford τα άτοµα θα έπρεπε να εκπέµπουν συνεχές και όχι γραµµικό φάσµα. β. Ο Thoso πρότεινε το εγόµενο πανητικό µοντέο για το άτοµο. γ. Σύµφωνα µε το πρότυπο του Bohr, το ηεκτρόνιο στο άτοµο του υδρογόνου, εκπέµπει ακτινοβοία όταν κινείται σε επιτρεποµένη τροχιά. δ. Το σωµάτιο α είναι ένας πυρήνας ηίου ( He) ε. Η ακτινοβοία γ δεν εκτρέπεται από µαγνητικό πεδίο. Μονάδες 5 Απ. Σωστή επιογές: α-σ β-λ γ-λ δ-σ ε-σ

3 ΘΕΜΑ.. Η ενέργεια σύνδεσης B του πυρήνα A X x Z είναι µεγαύτερη από την ενέργεια σύνδεσης B του πυρήνα A Y y Z. α. Ποιος από τους δυο παραπάνω πυρήνες είναι σταθερότερος; (Μονάδες ) β. Να δικαιοογήσετε την απάντηση σας. (Μονάδες 5) Απ. Η ενέργεια σύνδεσης ανά νουκεόνιο B A αποτεεί µέτρο της σταθερότητας ενός πυρήνα. Όσο µεγαύτερο το πηίκο, τόσο A σταθερότερος είναι ο πυρήνας. Επειδή > και A A A, έχουµε B A x B x B y x y By >. Άρα, ο πυρήνας A Z X A είναι σταθερότερος από τον πυρήνα Y B A Z.. Να µεταφέρετε συµπηρωµένες στο τετράδιο σας τις παρακάτω αντιδράσεις: α. He + 7 N 7 O + H (Μονάδες ) β. R R +.. (Μονάδες ) Απ. ψ 7 α. Είναι He+ Ν O H. 7 x + Από την αρχή διατήρησης του φορτίου ισχύει + 7 Χ + Χ 8 ο ατοµικός αριθµός του οξυγόνου. Z Ζ, άρα είναι αντιδρ προιον Από διατήρηση του αριθµού νουκεονίων έχουµε + ψ 7 + ψ ο µαζικός αριθµός του αζώτου. A A άρα είναι αντιδρ προιον

4 Άρα 7 He+ Ν O H x A β. Είναι 86 R 86 R+ ZX. Έστω A Z X το στοιχείο στην αντίδραση. Τότε, από αρχή διατήρησης του φορτίου, έχουµε Z Ζ ή Z ή Z 0. αντιδρ προιον Από διατήρηση αριθµού νουκεονίων, έχουµε A A ή + A αντιδρ προιον ή A 0. Οπότε η αντίδραση είναι ραδιενεργός διάσπαση γ και το στοιχείο που είπει είναι φωτόνιο ακτινοβοίας γ, το οποίο εκπέµπεται από τον διεγερµένο πυρήνα που επανέρχεται στη θεµειώδη κατάσταση..3 Να αιτιοογήσετε γιατί ο δείκτης διάθασης ενός οποιουδήποτε οπτικού µέσου για µια µονοχρωµατική ακτινοβοία δεν είναι δυνατόν να είναι µικρότερος από τη µονάδα. (Μονάδες 5) Απ. Από τον ορισµό του δείκτη διάθασης για µονοχρωµατική ακτινοβοία η οποία διαδίδεται µε ταχύτητα c0 (όπως όες) στο κενό και µε ταχύτητα c στο υικό ισχύει c 0 c 0 c < c0 < c c > c 0 c < άτοπο, γιατί η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι η µεγαύτερη ταχύτητα που παρατηρείται στη φύση.. Μονοχρωµατική ακτινοβοία διαδίδεται σε δυο διαφορετικά υικά, µε δείκτες διάθασης, όπου. Να δείξετε ότι, όπου και τα αντίστοιχα µήκη κύµατος. (Μονάδες 5) Απ. Ισχύει < 0 0 > > >

5 Θέµα 3 ο Διεγερµένα άτοµα υδρογόνου αποδιεγείρονται και τα άτοµα επανέρχονται στη θεµειώδη κατάσταση. Η ενέργεια της θεµειώδους κατάστασης είναι Ε -3,6eV. Από τη µεέτη των φασµατικών γραµµών υποογίστηκαν τρεις διαφορές ενεργειών µεταξύ των διεγερµένων καταστάσεων και της θεµειώδους κατάστασης και βρέθηκαν ίσες µε,75ev,,09ev και 0,eV. Α. Να υποογίσετε τις ενέργειες που αντιστοιχούν στις διεγερµένες καταστάσεις των ατόµων υδρογόνου. (Μονάδες 6) A. Nα υποογίσετε τους κβαντικούς αριθµούς στους οποίους αντιστοιχούν οι διεγερµένες καταστάσεις. (Μονάδες 6) Α.3 Να σχεδιάσετε το διάγραµµα των ενεργειακών σταθµών, στο οποίο να φαίνονται οι µεταβάσεις των ηεκτρονίων που πραγµατοποιούνται. (Μονάδες 5) Α. Σε ένα από τα άτοµα του υδρογόνου, που βρίσκεται πέον στη θεµειώδη κατάσταση, προσπίπτει µονοχρωµατική ακτινοβοία, µε συνέπεια το ηεκτρόνιο του ατόµου του υδρογόνου να έχει κινητική ενέργεια Κ6,9eV, σε περιοχή όπου η επίδραση του ηεκτρικού πεδίου του πυρήνα είναι πρακτικά µηδέν. Να υποογίσετε τη συχνότητα της προσπίπτουσας ακτινοβοίας. (Μονάδες 8) Δίνονται: η σταθερά του Plack, h6, J.s και η µονάδα ενέργειας ev,6.0-9 J. Λύση A. Κατά την αποδιέγερση των διεγερµένων ατόµων προκύπτουν τρεις διαφορετικές φασµατικές γραµµές που αντιστοιχούν σε τρία διαφορετικά ποσά ενέργειας που εκπέµπονται µέσω φωτονίων από τα άτοµα. Ε Ε Ε,75eV ( 3,6eV ) 0, 85eV Ε,09eV ( 3,6eV ), 5eV Ε3 Ε 3 0,eV 3 ( 3,6eV ) 3 3, ev δηαδή οι ενέργειες είναι: 0, 85eV, 5eV 3 3, ev

6 Α. Οι ενέργειες αυτές αντιστοιχούν σε διεγερµένες καταστάσεις µε κβαντικούς αριθµούς που υποογίζονται από την 3,6 οπότε 0,85 3,6,5 3 3,6 3, δηαδή αντιστοιχούν στην πρώτη διεγερµένη (3), στη δεύτερη διεγερµένη (3) και στη τρίτη διεγερµένη κατάσταση (3). A3. 3 () () (3) 3 H αποδιέγερση () αντιστοιχεί στην εκπεµπόµενη ενέργεια ΔΕ,75eV. Η αποδιέγερση () αντιστοιχεί στην εκπεµπόµενη ενέργεια ΔΕ,09eV. Η αποδιέγερση (3) αντιστοιχεί στην εκπεµπόµενη ενέργεια ΔΕ30,eV. A. Εκτός ηεκτρικού πεδίου πυρήνα το e έχει Κ6,9eV φωτ. h.f () Θεµειώδης κατάσταση

7 Κατά την απορρόφηση φωτονίου συχνότητας f από το άτοµα ( το οποίο βρίσκεται στη θεµειώδη κατάσταση) αυτό ιονίζεται και το ηεκτρόνιο όταν βρεθεί εκτός του ηεκτρικού πεδίου έχει κινητική ενέργεια Κ6,9eV δη. (από την ΑΔΕ): φωτ + Ε Ε h f. + K f K h f (6,9 + 3,6) 6,63.0 Hz 9 5.,6.0, f Hz Θέµα ο Προκειµένου να διαπιστωθεί η ύπαρξη κοιότητας στο εσωτερικό ενός µεταικού αντικειµένου, χρησιµοποιούνται ακτίνες Χ. Στη διάταξη παραγωγής των ακτίνων Χ, η τάση που εφαρµόζεται µεταξύ της ανόδου και της καθόδου είναι 6.575V. Τα ηεκτρόνια ξεκινούν από την κάθοδο µε µηδενική ταχύτητα, επιταχύνονται και προσπίπτουν στην άνοδο. Θεωρούµε ότι η θερµοκρασία της καθόδου είναι σταθερή και ότι η κινητική ενέργεια κάθε ηεκτρονίου µετατρέπεται εξ οοκήρου σε ενέργεια ενός φωτονίου σε µια µόνο κρούση. Α. Να υποογίσετε: Α. την κινητική ενέργεια που έχει κάθε ηεκτρόνιο όταν φθάνει στην άνοδο (Μονάδες 6) Α. το εάχιστο µήκος κύµατος της ακτινοβοίας που εκπέµπεται από το υικό της ανόδου. (Μονάδες 6) Β. Στην παραπάνω διάταξη παραγωγής ακτίνων Χ, µεταβάοντας την τάση µεταξύ ανόδου και καθόδου, η αρχική ισχύς Ρ της δέσµης των ηεκτρονίων τετραπασιάζεται και παίρνει την τιµή ΡΡ, ενώ η θερµοκρασία της καθόδου διατηρείται σταθερή και η ένταση του ρεύµατος των ηεκτρονίων παραµένει η ίδια. Να υποογίσετε: υ Β. το όγο των ταχυτήτων, όπου υ και υ οι ταχύτητες µε τις οποίες τα υ ηεκτρόνια προσπίπτουν στην άνοδο πριν και µετά τον τετραπασιασµό της ισχύος, αντίστοιχα. (Μονάδες 7)

8 Β. το εάχιστο µήκος κύµατος της παραγόµενης ακτινοβοίας, µετά τον τετραπασιασµό της ισχύος και να δικαιοογήσετε είναι περισσότερη διεισδυτική. (Μονάδες 6) Δίνονται: η σταθερά του Plack, h6, J.s, η ταχύτητα του φωτός στο κενό, c /s και η µονάδα ενέργειας ev,6.0-9 J. Λύση (Α) Στον καθοδικό σωήνα του παραπάνω σχήµατος, τα ηεκτρόνια της δέσµης επιταχύνονται από την ηρεµία µεταξύ καθόδου και ανόδου. Εφαρµόζοντας ΘΜΚΕ για το e κατά την κίνηση µεταξύ ανόδου και καθόδου παίρνουµε: (K A) K W K e V K 6575 ev K ( A) (K) F (A) (A) 9 Αφού ev,6 0 J στο SI θα ισχύει 9 9 K ( A) 6575,6 0 K ( A) J K ( A), J (Α) Η ενέργεια κάθε ηεκτρονίου µετατρέπεται σε φωτόνια ακτινών X. Εποµένως: Φ Κ(Α) h fax K(A) h c h c c K(A) i f i K(A) i i i i 3 6,63 0 J sec 3 0 5,65 0 J 7,5 0 7, sec

9 (Β) Η ισχύς της δέσµης δίνεται από τη σχέση P V I. Εποµένως είναι: P P P V I P V V V () P V I P V Από την εξίσωση (Α) του ερωτήµατος (Α) και επειδή παίρνουµε e (A) e V (A) ev e K ( A) e (A) οπότε ev ev V V () V V ( A) e (A) (A) (A) (A) (A) (A) (A) (A) (A) e (Β) Από (Β) και (Α) των προηγουµένων ερωτηµάτων είναι i h c. Άρα e V i i hc ev hc ev i i i V V,875 0 () i i V V i i i 7,5 0 Γνωρίζουµε ότι η διεισδυτικότητα των ακτινών Χ αυξάνεται καθώς µειώνεται το µήκος κύµατος. Στο πρόβηµα µας είναι i > i, εποµένως περισσότερο διεισδυτική είναι η δεύτερη ακτινοβοία.

10 Αξιοόγηση Όπως στη Φυσική κατεύθυνσης έτσι και στην Γενικής Παιδείας οι υποψήφιοι αντιµετώπισαν ένα διαγώνισµα ι) περιέχει διαβαθµισµένα θέµατα ιι) εξέταζε ποιοτικά ευρύ φάσµα της ύης ιιι) απαιτούσε διεξοδική µεέτη της εξεταστέας ύης και ταυτόχρονα ενεργοποιούσε την κριτική και συνθετική ικανότητα του υποψηφίου. Πιστεύουµε ότι τέτοια ποιότητας διαγωνίσµατα ικανοποιούν ταυτόχρονα δυο στόχους. Μέσω των θεµάτων, ικανοποιούν τον στόχο τους απουτήριες εξετάσεις ενώ µέσω των θεµάτων 3, παράγουν εµφανείς διαφοροποιήσεις για την κατάταξη των υποψηφίων στις διάφορες σχοές. Ακόµα πρέπει να τονίσουµε ότι αποτεούν τη βάση για την ποιοτική αναβάθµιση του τρόπου αντιµετώπισης των εξατάσεων από τους υποψηφίους αποκείοντας τη στείρα αναπαραγωγή πηροφοριών ως το µοναδικό τρόπο στόχευσης της επιτυχίας.