Niels Bohr ( ) ΘΕΜΑ Α

Transcript

1 ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ Niels Bohr ( ) ΘΕΜΑ Α Στις ερωτήσεις Α -Α να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και, δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη φράση η οποία συμπληρώνει σωστά την ημιτελή πρόταση. Α. Η ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο ενός πυρήνα είναι: α. η ενέργεια των ηλεκτρονίων που συνδέονται με τον πυρήνα. β. μέγιστη στα στοιχεία μέσου μαζικού αριθμού. γ. ανάλογη του αριθμού των νουκλεονίων του πυρήνα. δ. μέγιστη στις φυσικές ραδιενεργές ουσίες. Μονάδες Α2. Στην αντίδραση 80 Hg 79 Au... λείπει ένα σωματίδιο. Το σωματίδιο αυτό είναι: α. ένα ποζιτρόνιο. β. ένα σωμάτιο α. γ. ένα πρωτόνιο. δ. ένα σωμάτιο β -. Μονάδες Α3. Η ισχυρή πυρηνική δύναμη: α. Δρα μεταξύ πρωτονίων, νετρονίων και ηλεκτρονίων. β. Είναι απωστική και δρα μεταξύ νουκλεονίων. γ. Είναι ελκτική και ίδια για όλα τα νουκλεόνια. δ. Είναι διαφορετική για τα ζεύγη πρωτονίου-πρωτονίου, νετρονίου-νετρονίου και πρωτονίου-νετρονίου. Μονάδες Α. Δύο ακτίνες Χ έχουν μήκη κύματος λ και λ 2 αντίστοιχα και βάλλονται προς την ίδια πλάκα ορισμένου πάχους d. Αν ισχύει ότι λ >λ 2, τότε: α. Οι ακτινοβολίες έχουν ίδια διεισδυτικότητα αφού το υλικό της πλάκας είναι το ίδιο. β. Η διεισδυτικότητα και των δύο εξαρτάται από το υλικό της πλάκας. γ. Η ακτινοβολία μήκους κύματος λ είναι περισσότερο διεισδυτική από την ακτινοβολία μήκους κύματος λ 2. δ. Η ακτινοβολία μήκους κύματος λ 2 είναι περισσότερο διεισδυτική από την ακτινοβολία μήκους κύματος λ. Μονάδες

2 2 Α5. Το ηλεκτρόνιο που εκπέμπεται από τον πυρήνα κατά τη διάσπαση β : α. προϋπήρχε στον πυρήνα και έλκοντας τα πρωτόνιά του συνέβαλε στη σταθερότητα του πυρήνα. β. δεν υπήρχε στον πυρήνα, αλλά η εκπομπή του οφείλεται στη διάσπαση ενός νετρονίου του πυρήνα. γ. προκαλεί μείωση του αριθμού των πρωτονίων στο θυγατρικό πυρήνα κατά. δ. συνοδεύεται από την εκπομπή αντινετρίνου, για να διατηρηθεί το φορτίο στην πυρηνική αντίδραση. Μονάδες Α6. Να χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν, γράφοντας στο τετράδιό σας, δίπλα στο γράμμα που αντιστοιχεί σε κάθε πρόταση, τη λέξη Σωστό, αν η πρόταση είναι σωστή, ή Λάθος, αν η πρόταση είναι λανθασμένη. 238 α. Ο πυρήνας U είναι σταθερότερος από τον πυρήνα 62 Ni. β. Σύντηξη πραγματοποιείται μεταξύ ελαφριών πυρήνων. γ. Οι ακτίνες γ είναι φωτόνια που παράγονται κατά την αποδιέγερση των ατόμων των στοιχείων του περιοδικού πίνακα. δ. Το φάσμα των σκληρών ακτίνων Χ είναι σύνθετο ενώ των μαλακών ακτίνων είναι συνεχές. ε. Ένας πυρήνας μεγάλου μαζικού αριθμού διασπάται αυθόρμητα σε δύο άλλους πυρήνες, με αποτέλεσμα η ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο των νέων πυρήνων που προκύπτουν, να είναι μεγαλύτερη από την ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο του μητρικού πυρήνα. ζ. Ο πυρήνας έχει μικρότερη μάζα από την μάζα των νουκλεονίων του. στ. Κατά των ιονισμό τους τα άτομα δεν εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. η. Κατά την ανάλυση λευκού φωτός από πρίσμα, το ιώδες χρώμα εκτρέπεται λιγότερο από το ερυθρό. θ. Ενώ το μήκος κύματος μιας ερυθρής ακτινοβολίας μειώνεται, όταν αυτή εισέρχεται από τον αέρα στο νερό, το χρώμα της δεν αλλάζει διότι εξαρτάται από τη συχνότητα της πηγής που την παρήγαγε. ι. Όταν ένα ηλεκτρόνιο επιβραδύνεται εκπέμπει ένα φωτόνιο, το οποίο έχει ενέργεια ίση με την ενέργεια που χάνει το ηλεκτρόνιο. ΘΕΜΑ Β Β. Να μεταφέρετε στο τετράδιό σας συμπληρωμένες τις παρακάτω πυρηνικές αντιδράσεις α. β. 235 U + n Ba+ 92 Kr + x n He + N O + H 2 8 γ. Li H He + 2 X δ. 27 Al+ He 3 2 X + 30 P 5 Μονάδες 6

3 3 Β2. Σε μια συσκευή παραγωγής ακτίνων Χ τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται υπό τάση V και το ελάχιστο μήκος κύματος του συνεχούς φάσματος είναι λ min. Για να ελαττώσουμε κατά 20% το ελάχιστο μήκος κύματος του συνεχούς φάσματος των ακτίνων Χ η % μεταβολή στην τιμή της ανοδικής τάσης θα είναι: α. 20% β. 0% γ. 25% δ. 50% Να επιλέξετε την σωστή απάντηση (μονάδες 2). Να δικαιολογήσετε την επιλογή σας (μονάδες ). Μονάδες 6 Β3. Το διάγραμμα του σχήματος αποδίδει τη μεταβολή του δείκτη διάθλασης δύο οπτικών μέσων σε συνάρτηση με τη συχνότητα της ακτινοβολίας. Δέσμη λευκού φωτός προσπίπτει πλάγια από τον αέρα στη διαχωριστική επιφάνεια του μέσου (), όπως φαίνεται στο σχήμα 2. Να σχεδιάσετε και να εξηγήσετε την πορεία που ακολουθούν η ερυθρή και η πράσινη ακτινοβολία. Σχήμα. Σχήμα 2. Β. Δύο μονοχρωματικές ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες ακτίνων Χ, οι Α και Β με συχνότητες f A και f Β αντίστοιχα, προσπίπτουν κάθετα σε πλάκα ορισμένου πάχους και την διαπερνούν. Αν f A > f Β τότε: α) το ποσοστό της ακτινοβολίας Α που απορροφήθηκε είναι μεγαλύτερο από το αντίστοιχο ποσοστό της ακτινοβολίας Β. β) το ποσοστό της ακτινοβολίας Α που απορροφήθηκε είναι μικρότερο από το αντίστοιχο ποσοστό της ακτινοβολίας Β. γ) το ποσοστό της ακτινοβολίας Α που απορροφήθηκε είναι ίσο με το αντίστοιχο ποσοστό της ακτινοβολίας Β. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας.

4 ΘΕΜΑ Γ Γ. Ένας πυρήνας διασπάται και παράγεται θυγατρικός πυρήνας Rn, με ταυτόχρονη εκπομπή ενός σωματίου α και ενός φωτονίου ακτινοβολίας γ. α) Να γράψετε την αντίδραση και να εξηγήσετε με ποιόν τρόπο μπορούν να διαχωριστούν τα σωμάτια α από την ακτινοβολία γ. β) Ποια η ελάττωση της μάζας και ποια η ενέργεια που απελευθερώνεται από τη διάσπαση;. γ) Αν ο πυρήνας Rn θεωρηθεί ακίνητος και το φωτόνιο της ακτινοβολίας γ έχει μήκος κύματος λ=, m, ποια είναι η κινητική ενέργεια του σωματίου α; Δίνονται: οι ατομικές μάζες m (Ra) = 226,025 u, m (Rn) = 222,076 u, m (α) =,002 u, u =,5.0-0 J/c 2, c= m/s, h= 6,6.0-3 J.s Γ2. Κινούμενο ηλεκτρόνιο συγκρούεται με ακίνητο άτομο υδρογόνου, το οποίο βρίσκεται στη θεμελιώδη κατάσταση, με ενέργεια E =-3,6eV.Η κινητική ενέργεια του ηλεκτρονίου (βλήματος) πριν από την κρούση είναι K =6,2eV. Το άτομο του υδρογόνου απορροφά μέρος της ενέργειας του προσπίπτοντος ηλεκτρονίου και διεγείρεται στη δεύτερη διεγερμένη κατάσταση και εξακολουθεί, το άτομο, να παραμένει ακίνητο μετά την κρούση. Να υπολογίσετε: α) το ποσοστό (επί τοις εκατό) της κινητικής ενέργειας του προσπίπτοντος ηλεκτρονίου που απορροφήθηκε από το άτομο του υδρογόνου κατά την κρούση β) τη δυναμική ενέργεια και το μέτρο της στροφορμής του ηλεκτρονίου του ατόμου του υδρογόνου στη διεγερμένη κατάσταση. Δίνονται: Δίνονται η σταθερά του Planck h=6, Js, η ταχύτητα του φωτός στο κενό c= m/ s, ev =, J και π=3.

5 5 ΘΕΜΑ Δ Δ. Σε συσκευή παραγωγής ακτίνων Χ, η κινητική ενέργεια ενός ηλεκτρονίου κατά την πρόσκρουσή του στην άνοδο είναι Κ 2. Τα 3/5 της ενέργειας Κ 2 διατίθενται για την παραγωγή ενός φωτονίου. Το μήκος κύματος της ακτινοβολίας Χ που παράγεται είναι λ=3, m. Να υπολογίσετε: Α. την ενέργεια του φωτονίου. Β. την κινητική ενέργεια Κ 2 του ηλεκτρονίου και την ταχύτητα με την οποία προσπίπτει στην άνοδο. Γ. τη διαφορά δυναμικού V μεταξύ ανόδου-καθόδου αν τα ηλεκτρόνια που ελευθερώνονται από την κάθοδο έχουν αρχική κινητική ενέργεια K = Joule Δ. το ελάχιστο μήκος κύματος της ακτινοβολίας Χ για την παραπάνω διαφορά δυναμικού V Ε. την απόδοση της συσκευής λαμβάνοντας υπόψη ότι κάθε ηλεκτρόνιο παράγει ένα φωτόνιο με μέσο μήκος κύματος λ=3, m.. Δίνονται: η σταθερά του Planck h= 6, Js, η ταχύτητα του φωτός στο κενό c= m/s, η μάζα του ηλεκτρονίου m e = Kg, και το φορτίο του ηλεκτρονίου q e =, C. Δ 2. Σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα συμβαίνει η παρακάτω σχάση: n Ba Kr Ca 7 n Οι πυρηνικές μάζες των παραπάνω στοιχείων είναι αντίστοιχα: m Ba =,005 u, m Kr = 88 u, m Ca = 50 u και m n = u. Να υπολογίσετε: α) τη μάζα του Βα που απαιτείται ώστε να παραχθεί ενέργεια ίση με 6, MeV β) το ρυθμό ελάττωσης της μάζας του βαρίου στο εσωτερικό του αντιδραστήρα, αν η ισχύς του αντιδραστήρα είναι 9,3. 0 W. Δίνονται: το φορτίο του ηλεκτρονίου (απόλυτη τιμή) e =,6 0-9 C, η ατομική μονάδα μάζας u = 930 ΜeV/c 2 και ο αριθμός Avogadro N A = πυρήνες/mol. Κ. Χ. Λουκόπουλος Φυσικός M.Sc