ΦΥΣΙΚΗ- ο ΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΖΗΤΗΜΑ ο Α. Ερώτηση του τύπου Σωστό- Λάθος. Με τον όρο ότι το φως έχει διπλή φύση εννοούµε ότι:. Αποτελείται από θετικά και αρνητικά σωµατίδια.. Συµπεριφέρεται σαν κύµα και σαν σωµατίδιο. 3. Είναι ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία. Β. Επιβεβαιώστε ή διαψεύστε την παρακάτω πρόταση << Ο πυρήνας του ατόµου 3 U επειδή έχει 6 µεγάλο αριθµό νουκλεονίων είναι πιο σταθερός από τον πυρήνα του ατόµου Ni που έχει µικρότερο αριθµό νουκλεονίων>>. Γ. Χαρακτηρίστε τις διασπάσεις που ακολουθούν σαν διάσπαση α, διάσπαση β - ή διάσπαση γ και γράψτε τις σχετικές εξισώσεις. () ( ) ( 3) ( 4) 4 ( 5) 4 6 R Po 5 At 6 R Po* Po. Με τη βοήθεια του σχήµατος να απαντήσετε στα ερώτηµατα:. Ποιο από τα δύο οπτικά µέσα έχει το µεγαλύτερο δείκτη διάθλασης;. Ποιο από τα δύο οπτικά µέσα είναι οπτικά πυκνότερο; 3. Αν η συχνότητα της ακτινοβολίας στο µέσο (Α) είναι f, ποια είναι η συχνότητα της ακτινοβολίας στο µέσο (Β); 4. Η ταχύτητα του φωτός είναι µεγαλύτερη στο οπτικό µέσο (Α) ή στο οπτικό µέσο (Β); Ε. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις που αναφέρονται στη διέγερση ενός ατόµου υδρογόνου µε κρούση είναι σωστή και ποια λανθασµένη;. Στη διέγερση µε κρούση το άτοµο του υδρογόνου απορροφά πάντα όλη την ενέργεια του σωµατιδίου-βλήµατος.. Όταν κατά την κρούση το άτοµο του υδρογόνου βρεθεί στη πρώτη διεγερµένη του κατάσταση, στη συνέχεια εκπέµπει µόνο ένα φωτόνιο και επανέρχεται στη θεµελιώδη του κατάσταση. Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. ΖΗΤΗΜΑ ο 0 Α. Το ραδόνιο 0 ( 6 R) µετατρέπεται σε βισµούθιο - ( Bi) διασπάσεων: R 6 Po +... 0 6 µε χρόνο ηµιζωής 55s 3 µετά από την ακόλουθη σειρά 9 6 Po Pb +... Pb Bi +... 3 µε χρόνο ηµιζωής 0,6s µε χρόνο ηµιζωής 0,6 ώρες. Να συµπληρώσετε τις παραπάνω εξισώσεις. 0. Σε κλειστό δοχείο τοποθετούµε ορισµένη ποσότητα 6 R. Ποιο από τα στοιχεία που αναφέρονται παραπάνω θα βρίσκονται σε µεγαλύτερη ποσότητα µέσα στο δοχείο µετά από 5mi; 7
Β.. Στο διπλανό σχήµα µία ακτίνα φωτός διέρχεται από το µέσο () στο µέσο (). Ποιο από τα δύο µέσα είναι πυκνότερο; Ποιο έχει το µεγαλύτερο δείκτη διάθλασης;. Μεταβάλλεται ή όχι η ενέργεια ενός φωτονίου κατά τη µετάβασή του από ένα οπτικό µέσο σε ένα άλλο; ικαιολογείστε τις απαντήσεις σας. Γ.. Χαρακτηρίστε µε σωστό (Σ) ή λάθος (Λ) τις παρακάτω προτάσεις. α. Οι ακτίνες Χ δεν αποκλείνουν από την αρχική τους διεύθυνση όταν περνούν µέσα από ηλεκτρικά και µαγνητικά πεδία. β. Οι ακτίνες Χ µπορούν να πάθουν ανάκλαση ή διάθλαση. γ. Οι ακτίνες Χ απορροφούνται περισσότερο από τις σάρκες και λιγότερο από τα οστά του ανθρώπινου σώµατος.. Πως επηρεάζονται οι ακτίνες Χ από: α. Τη θερµοκρασία της καθόδου. β. Το υλικό της ανόδου. γ. την τάση που εφαρµόζεται µεταξύ ανόδου και καθόδου. ΖΗΤΗΜΑ 3 ο Ένας σωλήνας παραγωγής ακτίνων Χ αναγράφει τα εξής στοιχεία:<<τάση λειτουργίας 40 ΚV, Ισχύς ηλεκτρονικής δέσµης: 00W, Απόδοση 0,5%>>. Να υπολογίσετε: α. Την ένταση του ηλεκτρονικού ρεύµατος του σωλήνα. β. Την ισχύ της δέσµης των ακτίνων Χ που παράγονται. γ. Το οριακό µήκος κύµατος της ακτινοβολίας που εκπέµπεται. δ. Την ενέργεια των ακτίνων Χ που παράγονται σε χρόνο t=5mi. 34 9 ίνονται : h = 6, 63 0 J s, = 3 0 mls, e =, 6 0 ΖΗΤΗΜΑ 4 ο Το 35 9 U µπορεί αν δώσει την παρακάτω πυρηνική αντίδραση: 35 0 + 9 U 54 Xe+ Sr + 0 Οι ενέργειες σύνδεσης ανά νουκλεόνιο για τους πυρήνες που παρουσιάζονται στην αντίδραση είναι: 35 Για το 9 U =7,7ΜeV Για το 54 Xe =, 4 MeV Για το Sr =, 7 MeV α. Να συµπληρωθεί η αντίδραση. β. ώστε την έκφραση της µάζας κάθε πυρήνα σε σχέση µε τη µάζα του πρωτονίου και του νετρονίου. γ. Υπολογίστε την ενέργεια που ελευθερώνεται από τους πυρήνες που περιέχονται σε,35 mg ουρανίου αν η µάζα mol πυρήνων ουρανίων είναι 35g. 3 ίνεται: = 6, 03 0 πυρήνες/mol. N A ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΖΗΤΗΜΑ ο Α. Λ Σ Λ Β. Η πρόταση είναι λανθασµένη.
Ο πυρήνας 3 6 9 U είναι βαρύτερος από τον πυρήνα Ni (ο αριθµός νουκλεονίων του ουρανίου µεγαλύτερος από τον αντίστοιχο του Νικελίου). Εποµένως έχει µεγαλύτερο έλλειµµα µάζας από τον πυρήνα Ni άρα µεγαλύτερη ενέργεια σύνδεσης. 6 Όµως το πηλίκο ενέργεια σύνδεσης ανά νουκλεόνιο είναι µικρότερο για το 3 9 U από ότι το 6 3 6 αντίστοιχο πηλίκο για το Ni. Άρα το 9 U είναι λιγότερο σταθερό από το Ni γι αυτό δίνει αντιδράσεις πυρηνικής σχάσης. Γ. Η διάσπαση () είναι διάσπαση α 4 6 R Po+ He Η διάσπαση () είναι διάσπαση β - Po 5 At + e + v e Η διάσπαση (3) είναι διάσπαση β - 5 At 6 R + e + v e Η διάσπαση (4) είναι διάσπαση α 4 4 6 R Po* + He Η διάσπαση (5) είναι διάσπαση γ 4 Po * 4 Po + γ.. Έστω A και B οι δείκτες διάθλασης των δύο οπτικών µέσων λο ο A = λ λ A λ λ λ λ A Ισχύουν: < = = < A B λο B < B λ ο λ B = λ λ. Επειδή το B > A το οπτικό µέσο (Β) είναι πυκνότερο από το οπτικό µέσο (Α). 3. Η συχνότητα της ακτινοβολίας δεν αλλάζει όταν περνά από το µέσο (Α) στο µέσο (Β) δηλαδή f A =f B. ( Η συχνότητα εξαρτάται από την πηγή της ακτινοβολίας). o o A = A A A B B 4. Ισχύουν: B A B > A = = < o B o A < A B = B B Ε. Η πρόταση () είναι λάθος. Το άτοµο του υδρογόνου µπορεί να απορροφήσει συγκεκριµένη (κβαντωµένη) ποσότητα ενέργειας για να διεγερθεί. Όµως αυτή η ενέργεια µπορεί να είναι µικρότερη ή και ίση µε την ενέργεια του σωµατιδίου-βλήµατος. Όταν το άτοµο του υδρογόνου απορροφά όλη την ενέργεια του σωµατιδίου-βλήµατος τότε το βλήµα αµέσως µετά την κρούση ηρεµεί. Όταν το άτοµο του υδρογόνου απορροφά ένα µέρος της ενέργειας του βλήµατος τότε το βλήµα κινείται µετά την κρούση αλλάζοντας κατεύθυνση και ταχύτητα. Η πρόταση () είναι σωστή. Όταν το άτοµο του υδρογόνου απορροφήσει κατάλληλη ποσότητα ενέργειας ώστε να διεγερθεί στη πρώτη διεγερµένη κατάσταση τότε επανέρχεται στη θεµελιώδη του κατάσταση εκπέµποντας ένα µόνο φωτόνιο µε ενέργεια όση η διαφορά ενεργειών µεταξύ της πρώτης διεγερµένης κατάστασης και της θεµελιώδους κατάστασης. ΖΗΤΗΜΑ ο 9
Α.. 0 6 6 R Po 6 Po+ Pb+ 4 4 He He - Pb 3Bi + e + ve. Στη διάρκεια των 5mi. 6 - Για το στοιχείο Po έστω Νο οι αρχικοί πυρήνες. Σε χρόνο 5mi οι εναποµείναντες No πυρήνες θα είναι λιγότεροι από αφού ο χρόνος ηµιζωής του 6 Po είναι 55 se. 3 - Για το στοιχείο Pb έστω Νο οι αρχικοί πυρήνες. Σε χρόνο 5mi οι εναποµείναντες No πυρήνες θα είναι (σχεδόν µηδενικός αριθµός πυρήνων) αφού ο χρόνος ηµιζωής του Pb 75 είναι 0,6 se. - Τέλος για το στοιχείο 3 Bi παρατηρούµε ότι ο χρόνος ηµιζωής είναι 0,6 ώρες. Άρα σε χρόνο 5mi οι αρχικοί πυρήνες θα είναι σχεδόν αµετάβλητοι. Άρα το βισµούθιο βρίσκεται σε µεγαλύτερη ποσότητα. Β.. Από το σχήµα φαίνεται ότι περνώντας η φωτεινή ακτινοβολία από το µέσο () στο µέσο () η διαθλώµενη ακτίνα αποµακρύνεται από την κάθετο (θ δ >θ Π ). Άρα το µέσο () είναι αραιότερο και το µέσο () πυκνότερο. o είκτης διάθλασης µέσου () : = > > o είκτης διάθλασης µέσου () : =. Η ενέργεια ενός φωτονίου δίνεται από την σχέση = h f και επειδή η συχνότητα της φωτεινής ακτινοβολίας µένει σταθερή όταν περνά από το µέσο () στο µέσο () άρα και η ενέργεια του φωτονίου δεν αλλάζει. Γ.. Σ Σ - Λ. α. Όταν αυξάνεται η θερµοκρασία της καθόδου, αυξάνεται και ο αριθµός των ηλεκτρονίων που εκπέµπονται από την κάθοδο στη µονάδα του χρόνου. Αυτό έχει σαν αποτέλεσµα την µεταβολή της έντασης της ακτινοβολίας χωρίς να αλλάζει µορφή το φάσµα των ακτίνων Χ. β. Αλλαγή του υλικού της ανόδου έχει σαν αποτέλεσµα την αλλαγή του γραµµικού φάσµατος των ακτίνων Χ και µόνο. Αν µεγαλώσει ο ατοµικός αριθµός του υλικού της ανόδου τότε οι γραµµές του φάσµατος των ακτίνων Χ µετατοπίζονται προς µικρότερα µήκη κύµατος. γ. Αλλάζοντας τάση που εφαρµόζεται µεταξύ ανόδου και καθόδου στο γραµµικό φάσµα των ακτίνων Χ υπάρχει αλλαγή µόνο στην ένταση του φάσµατος. Στο συνεχές φάσµα όµως επηρεάζεται το ελάχιστο µήκος κύµατος από την σχέση: h λ mi = e V αφού το λ mi και η τάση V είναι µεγέθη αντιστρόφως ανάλογα. ΖΗΤΗΜΑ 3 ο α. Ένταση ηλεκτρονικού ρεύµατος: P 00 P = I V I = I = I = 0, 0A 3 V 40 0 β. Βρίσκουµε την ισχύ της δέσµης των ακτίνων Χ από τον τύπο της απόδοσης: E φ 0
P a = Ρ ΩΦ ΑΠ Όµως Ρ Ρ ΑΠ ΩΦ = Ρ Ρ = Ρ ΩΦ ΗΛΕΚΤΡ. ΕΣΜΗΣ = α Ρ ΑΠ 0, 5 ( Χ ) Ρ ΕΣΜΗΣ ( Χ ) = 00 Ρ ΕΣΜΗΣ ( Χ ) = 4W. 00 ΕΣΜΗΣ 34 h 6, 63 0 3 0 0 γ. λmi = λmi = λmi = 0, 3 0 m 9 3 e V, 6 0 40 0 δ. Pακτίvων ( x ) = Ε E = Pακτίνων( x ) t E = 00 J t ΖΗΤΗΜΑ 4 ο 35 α. + U Xe + Sr + 0 9 54 0 Με βάση την αρχή διατήρησης του φορτίου πρέπει ο ατοµικός αριθµός του 9-54=3 Με βάση την αρχή διατήρησης των νουκλεονίων πρέπει ο µαζικός αριθµός του + 35 = x + + x = 36-97 x = 39 Άρα η αντίδραση συµπληρωµένη γράφεται 35 39 + U Xe + Sr + 0 9 54 3 0 Sr να είναι: Xe 54 να είναι: β. Η ενέργεια σύνδεσης του 35 9U είναι : E = 35 7, 7 = 09, 5 MeV E Άρα η µάζα του είναι mu = ( 9m p + 43m ) Η ενέργεια σύνδεσης του 39 54 Xe είναι: E = 39, 4 = 67, 6 MeV E Άρα η µάζα του είναι m Xe = ( 54m p + 5m ) Η ενέργεια σύνδεσης του 3 Sr είναι: E3 =, 7 = 6, 5 MeV E3 Άρα η µάζα του πυρήνα του είναι msr = ( 3m + 57m ) 3, 35 0 3 γ. Σε,35 mg ουρανίου περιέχονται 6, 03 0 = 6, 03 0 πυρήνες 35 9U. 35 Σε κάθε διάσπαση πυρήνα ουρανίου παράγεται ενέργεια Q = ( mu m Xe msr ) 93 MeV = E + E3 E =, 6 MeV Άρα συνολικά ελευθερώνεται ενέργεια: E ΟΛ 6, 03 0, 6 Ε 0 MeV. = ΟΛ ΦΥΣΙΚΗ- ο ΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΖΗΤΗΜΑ ο Α. Να εξηγήσετε γιατί η ταχύτητα του ηλεκτρονίου στο άτοµο του υδρογόνου είναι κβαντισµένη. 6 Αν η ταχύτητα του ηλεκτρονίου στην πρώτη επιτρεπόµενη τροχιά έχει τιµή U =, 0 mls να σχεδιάσετε ένα διάγραµµα τιµών των ταχυτήτων για τις τέσσερις πρώτες επιτρεπόµενες τροχιές. Β.. Στο σχήµα φαίνεται ένα ραδιενεργό παρασκεύασµα Ρ που βρίσκεται στο άνοιγµα ενός κύβου από µόλυβδο. Η πηγή εκπέµπει ακτίνες α, β - και γ. Οι ακτίνες εισέρχονται σε οµογενές µαγνητικό πεδίο. Η πορεία των ακτίνων β είναι η καµπύλη ().
. Ποια είναι η πορεία των ακτίνων α;. Ποια είναι η πορεία των ακτίνων γ; Να δικαιολογήσετε τις απαντήσεις σας. Β.. Πως ερµηνεύεται η παραγωγή ορατού φωτός από φθορίζουσα επιφάνεια; Γ. Η δέσµη φωτός που πέφτει στην πλευρά ΑΒ του γυάλινου πρίσµατος αποτελείται από ακτινοβολίες που έχουν µήκη κύµατος λ και λ. Όταν η δέσµη φτάσει στην πλευρά ΒΓ ένα µέρος αυτής ανακλάται και ένα µέρος διαθλάται. Να σχεδιάσετε την πορεία της δέσµης και να τη σχολιάσετε. ΖΗΤΗΜΑ ο Α.. Από τις προτάσεις που αφορούν τη θεωρία του Maxwell για το φως µε ποιες διαφωνείτε; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. α. Το φως είναι εγκάρσια ηλεκτρικά κύµατα. β. Το ηλεκτροµαγνητικό κύµα µίας φωτεινής πηγής είναι χρονικά και τοπικό σταθερό. γ. Το φως κατά τη διάδοση του µεταφέρει ενέργεια ηλεκτρικού και µαγνητικού πεδίου. Α.. Τι είναι το συνεχές φάσµα εκποµπής; Ποια σώµατα δίνουν τέτοιο φάσµα; Τι πληροφορίες µπορούµε να πάρουµε από τη µελέτη ενός τέτοιου φάσµατος; Β. Το ηλεκτρόνιο στο άτοµο του υδρογόνου µεταπηδά από την τροχιά που χαρακτηρίζεται από τον κβαντικό αριθµό = στην τροχιά που χαρακτηρίζεται από τον κβαντικό αριθµό =. Η δυναµική ενέργεια του ατόµου αυξάνεται ή ελαττώνεται; Να εξηγήσετε την απάντησή σας. Γ.. Τι εννοούµε όταν λέµε ότι ο χρόνος υποδιπλασιασµού ενός παρασκευάσµατος είναι 0 χρόνια; Τι θα έχει συµβεί µετά από 30 χρόνια ; Γ.. Ένας µαθητής προσπάθησε µε το διπλανό σχέδιο να περιγράψει τη 4 διάσπαση α του Am. Συµφωνείτε µε το σχέδιο αυτό; Πώς θα σχεδιάζατε εσείς αυτή τη διάσπαση; ΖΗΤΗΜΑ 3 ο Η ισχύς της ενέργειας που ακτινοβολείται από τον Ήλιο είναι 6 3, 0 W. Η ενέργεια αυτή προέρχεται από την σύντηξη του υδρογόνου που περιγράφεται από τη συνολική αντίδραση: 3 4 H He + X + Ve α. Συµπληρώστε την αντίδραση.(ατοµικό και µαζικό του στοιχείου Χ). β. Βρείτε την ενέργεια που παρέχει ο Ήλιος σε µία ηµέρα. γ. Αν η ενέργεια που εκλύεται από την αντίδραση που περιγράψαµε είναι 4,65 MeV βρείτε τον αριθµό των πυρήνων Ηe που σχηµατίζονται ανά δευτερόλεπτο. δ. Σε ποια ισοδύναµη µάζα αντιστοιχεί η ενέργεια που υπολογίσατε στο ερώτηµα (γ). ίνεται: = 3 0 mls. ZHTHMA 4o Το άτοµο του υδρογόνου όταν βρίσκεται σε διεγερµένη κατάσταση έχει ενέργεια 0,5MeV. Η ενέργεια του ατόµου στη θεµελιώδη κατάσταση του είναι 3,6eV. α. Ποία ενέργεια έχει απορροφήσει το άτοµο για να βρεθεί στη διεγερµένη κατάσταση που αναφέραµε; β. Ποίος ο κβαντικός αριθµός που χαρακτηρίζει τη διεγερµένη αυτή κατάσταση;
γ. Από πόσες γραµµές αποτελείται το φάσµα εκποµπής ατόµων που βρίσκονται σε αυτή την κατάσταση και µεταβαίνουν στη θεµελιώδη τους κατάσταση; Να δείξετε τις γραµµές αυτές στο διάγραµµα των ενεργειακών σταθµών. δ. Να υπολογίσετε τα µήκη κύµατος των φωτονίων που εκπέµπουν τα άτοµα του προηγούµενου ερωτήµατος όταν µεταβαίνουν στη θεµελιώδη τους κατάσταση. 3