Классная работа. Решение.

Классная работа

1.Металлическую пластину освещали монохроматическим светом с длиной волны нм. Что произойдет с частотой падающего света, импульсом фотонов и кинетической энергией вылетающих электронов при освещении этой пластины монохроматическим светом с длиной волны нм одинаковой интенсивности? Фотоэффект наблюдается в обоих случаях.

К каждому элементу первого столбца подберите соответствующий элемент из второго и внесите в строку ответов выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ		ИЗМЕНЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ
А) Частота падающего света Б) Импульс фотонов В) Кинетическая энергия вылетающих электронов		1) Увеличивается 2) Уменьшается 3) Не изменится

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

Решение.

Частота света связана с длиной волны и скоростью света соотношением Следовательно, увеличение длины волны падающего света соответствует уменьшению частоты (A — 2). Импульс фотона обратно пропорционален длине его волны: Таким образом, при увеличении длины волны, импульс фотонов уменьшается (Б — 2). Кинетическая энергия вылетающих электронов связана с энергией фотонов и работой выхода, согласно уравнению фотоэффекта, соотношением

Работа выхода зависит только от химических свойств металлов, а значит, в результате увеличения длины кинетическая энергия фотоэлектронов уменьшится (В — 2).

Ответ: 222.

2.Как изменяются при -распаде ядра следующие три его характеристики: число протонов, число нейтронов, заряд ядра?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличится;

2) уменьшится;

3) не изменится.

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Число протонов	Число нейтронов	Заряд ядра

Решение.

В ходе -распада выполняется закон сохранения зарядового и массового чисел. Ядро испускает -частицу, то есть ядро атома гелия а значит, ядро теряет два протона и два нейтрона. Таким образом, число протонов и число нейтронов при -распаде уменьшается. Заряд ядра определяется количеством протонов в нем, следовательно, заряд ядра также уменьшается.

Ответ: 222.

На рисунке изображена упрощённая диаграмма энергетических уровней атома. Нумерованными стрелками отмечены некоторые возможные переходы атома между этими уровнями. Установите соответствие между процессами поглощения света наибольшей длины волны и испускания света наибольшей длины волны и стрелками, указывающими энергетические переходы атома. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ПРОЦЕСС		ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПЕРЕХОД
А) поглощение света наибольшей длины волны Б) излучение света наибольшей длины волны		1) 1 2) 2 3) 3 4) 4

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

A	Б

Решение.

Квант энергии поглощается при переходе на более высокий уровень, излучается при переходе на более низкий. При этом расстояние между уровнями обратно пропорционально длине волны: Таким образом, поглощению света наибольшей длины волны соответствует энергетический переход 1, а излучению света наибольшей длины волны отвечает переход 4.

Ответ: 14.

4.Некоторая частица приняла участие в ядерной реакции. В результате образовалась новая частица, масса которой оказалась больше массы исходной частицы, а скорость осталась прежней по модулю, но изменилась по направлению на 180° по отношению к направлению движения исходной частицы. Как изменились следующие физические величины: 1) кинетическая энергия; 2) длина волны де Бройля образовавшейся частицы по отношению к исходной?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличится

2) уменьшится

3) не изменится

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Кинетическая энергия

Длина волны де Бройля

Решение.

Кинетическая энергия пропорциональна массе частицы и квадрату её скорости. Скорость частицы не изменилась, а масса возросла, следовательно, увеличилась и её кинетическая энергия. Длина волны де Бройля вычисляется по формуле: Заметим, что импульс частицы также возрос, значит, длина волны де Бройля уменьшилась.

Ответ: 12.

5.При переходе электрона в атоме с (n + 1)-го энергетического уровня на n-й энергетический уровень испускается фотон. Как изменятся следующие физические величины при уменьшении n на единицу: энергия испускаемого фотона, длина волны испускаемого фотона.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА		ЕЁ ИЗМЕНЕНИЕ
А) энергия испускаемого фотона Б) длина волны испускаемого фотона		1) увеличится 2) уменьшится 3) не изменится

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

Решение.

Рассмотрим на примере атома водорода. Было показано что энергия каждого уровня представима в виде Картина энергетических уровней изображена на рисунке. Наблюдается система «разбегающихся» уровней. Энергия испускаемого фотона — это разница энергий между высшим и низшим уровнем Как можно заметить из рисунка, расстояние между соседними уровнями увеличивается с уменьшением И, значит, с уменьшением энергия испускаемого фотона будет увеличиваться.

Энергия фотона обратно пропорциональна длине волны. Отсюда следует вывод, что увеличение энергии фотона (с уменьшением ) приведет к уменьшению длины волны.

Ответ: 12.

6.В пробирке находится v молей атомов β-радиоактивного вещества с периодом полураспада T. Экспериментатор отмеряет время 10T. Потом он берёт другую пробирку с тем же количеством атомов другого радиоактивного вещества с периодом полураспада 2T, и отмеряет то же самое время 10T. Известно, что продуктами распада обоих веществ являются стабильные изотопы.

Как для второй пробирки по сравнению с первой через время 10T изменяются следующие физические величины: количество вещества в пробирке; количество радиоактивных атомов в пробирке?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличится;

2) уменьшится;

3) не изменится.

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем таблице:

Количество вещества в пробирке	Количество радиоактивных атомов в пробирке

Решение.

При β-распаде ядро не распадается на два или более ядер, а также не происходит слияние нескольких ядер в одно, следовательно, количество вещества (количество атомов) в пробирке останется неизменным.

Период полураспада — это время, в течение которого распадается половина наличного числа радиоактивных атомов. Для второй пробирки период полураспада больше, а значит радиоактивное вещество в ней будет распадаться медленнее и по прошествии времени 10T в ней останется больше радиоактивных атомов.

Ответ: 31.

7.Отрицательно заряженная частица движется в вакууме с постоянной скоростью. Затем эта частица попадает в однородное электрическое поле и в течение некоторого времени движется в направлении его силовых линий.

Как меняются в процессе движения частицы в электрическом поле следующие физические величины: кинетическая энергия, длина волны де Бройля?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличится;

2) уменьшится;

3) не изменится.

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем таблице:

Кинетическая энергия частицы	Длина волны де Бройля частицы

Решение.

Скорость отрицательной частицы при движении в направлении силовых линий электрического поля уменьшается. Следовательно, кинетическая энергия будет уменьшаться.

Согласно де Бройлю, длина волны, связанной с частицей, импульс которой mV, равна При уменьшении скорости, она будет увеличиваться.

Ответ: 21.

8.В первом опыте фотокатод освещают светом с длиной волны λ₁, при этом наблюдается фотоэффект. Во втором опыте фотокатод освещают светом с длиной волны λ₂ < λ₁. Как во втором опыте по сравнению с первым изменяются максимальная кинетическая энергия вылетающих из фотокатода электронов и работа выхода материала фотокатода?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличивается;

2) уменьшается;

3) не изменяется.

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов	Работа выхода материалафотокатода

Решение.

Согласно уравнению фотоэффекта, энергия поглощенного фотона идет на работу выхода и на сообщение электрону кинетической энергии:

Уменьшение длины волны приведет к увеличению энергии падающего излучения, а значит, максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов увеличится.

Работа выхода — это характеристика исключительно материала фотокатода и она не зависит от длины волны падающих фотонов.

Ответ: 13.

9.Электрон в атоме водорода перешёл с низкой стационарной орбиты (с меньшим номером n) на более высокую стационарную орбиту (с бóльшим номером n). Как в результате этого изменились модуль силы электрического взаимодействия электрона с ядром и полная энергия электрона?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличится;

2) уменьшится;

3) не изменится.

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем таблице:

Модуль силы электрического взаимодействия электрона с ядром	Полная энергия электрона

Решение.

Сила электрического взаимодействия (сила Кулона) обратно пропорциональна расстоянию между заряженными частицами. Так как электрон переходит на более высокую стационарную орбиту, увеличивается расстояние между электроном и положительно заряженным ядром, а, следовательно, уменьшается модуль силы электрического взаимодействия.

Уровни энергии электрона в атоме водорода задаются формулой эВ, где n = 1, 2, 3, ... При переходе электрона на более высокую орбиту, его полная энергия увеличивается.

Ответ: 21.

10.Установите соответствие между физическими величинами и формулами, при помощи которых можно их рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА		ФОРМУЛА
А) Энергия электрона, находящегося в атоме водорода на энергетическом уровне с номером n. Б) Энергия, которую нужно сообщить электрону в атоме водорода для того, чтобы он перешел с n-го энергетического уровня на m-й энергетический уровень.		1) 2) 3) 4)

Решение.

Уровни энергии электрона в атоме водорода задаются формулой

где n = 1, 2, 3, ... Чтобы атом перешел из состояния в состояние ему надо сообщить энергию

Ответ: 31.

11.

На рисунке изображена зависимость максимальной кинетической энергии E_э электрона, вылетающего с поверхности металлической пластинки, от энергии E_ф падающего на пластинку фотона.

Пусть на поверхность этой пластинки падает свет, энергия фотона которого равна 5 эВ.

Установите соответствие между физическими величинами, указанными в таблице, и их значениями. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА		ЗНАЧЕНИЕ, эВ
А) кинетическая энергия электрона, вылетающего с поверхности пластинки Б) работа выхода электронов с поверхности металла пластинки		1) 0 2) 2 3) 3 4) 7

Решение.

Согласно уравнению фотоэффекта Эйнштейна энергия фотона, пропорциональная частоте излучения, идет на работу выхода и на сообщение фотоэлектрону кинетической энергии:

Работа выхода является характеристикой металла и не зависит от частоты падающего излучения. Из графика видно, что работа выхода равна 2 эВ. Тогда кинетическая энергия фотоэлектронов равна 5 − 2 = 3 эВ.

Ответ: 32.

12.Период полураспада атома равняется одному году. Через сколько лет изначально большое количество атомов уменьшится в 8 раз?

Решение.

Выразим:

Ответ: 3 года.

13.На поверхность металлической пластинки падает свет. Работа выхода электрона с поверхности этого металла равна A. В первом опыте энергия фотона падающего света равна E, а максимальная кинетическая энергия вылетающего фотоэлектрона равна K. Во втором опыте частоту света увеличивают в 1,5 раза, при этом максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона увеличивается в 3 раза. Установите соответствие между отношением указанных в таблице физических величин и значениями этих отношений. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ОТНОШЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ		ЗНАЧЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ
А) Б)		1) 4 2) 3 3) 0,25 4) 0,125

Решение.

В первом опыте во втором опыте Вычитая из второго уравнения первое, получим:

(Б — 1)

Подставляя это соотношение в первое уравнение, получим:

(А — 2)

Ответ: 21.

14.Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать ( — длина волны фотона, h — постоянная Планка, c — скорость света в вакууме).

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ		ФОРМУЛЫ
A) Импульс фотона Б) Энергия фотона		1) ; 2) ; 3) ; 4)

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Решение.

Энергия фотона связана с постоянной Планка и частотой фотона соотношением Принимая во внимание связь для энергии фотона имеем следующее выражение: (Б — 3). Импульс и энергия фотона связаны соотношением Таким образом, для импульса фотона получаем формулу (А — 4).

Ответ: 43.

15.Положительно заряженная альфа-частица, испущенная радиоактивным ядром, движется по направлению к атомному ядру, вектор скорости направлен под некоторым углом к прямой, соединяющей частицу с ядром. Изменяются ли перечисленные в первом столбце физические величины во время ее приближения к ядру и если изменяются, то как? Установите соответствие между физическими величинами, перечисленными в первом столбце, и их изменениями, перечисленными во втором столбце. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ		ИХ ИЗМЕНЕНИЯ
А) скорость Б) ускорение В) кинетическая энергия Г) потенциальная энергия Д) полная механическая энергия		1) не изменяется 2) увеличивается 3) уменьшается 4) увеличивается по модулю и изменяется по направлению 5) уменьшается по модулю и изменяется по направлению 6) увеличивается по модулю, не изменяется по направлению 7) уменьшается по модулю, не изменяется по направлению

A	Б	В	Г	Д

Решение.

При движении альфа-частицы в электрическом поле атомного ядра для системы частица-ядро выполняется закон сохранения полной механической энергии, поскольку на систему не действует никаких внешних сил, совершающих работу (Д — 1). Потенциальная энергия взаимодействия альфа-частицы и ядра связана с расстоянием между ними соотношением Следовательно, при сближении частицы и ядра, потенциальная энергия увеличивается по величине (Г — 2). Отсюда, из закона сохранения полной механической энергии получаем, что кинетическая энергия частицы при приближении к ядру, напротив, уменьшается (В — 3). Единственная сила, действующая на частицу, — сила отталкивания со стороны атомного ядра, поэтому второй закон Ньютона для частицы приобретает вид Таким образом, при приближении к ядру ускорение частицы увеличивается по величине. Поскольку в любой момент времени ускорение частицы направлено от ядра, а частица двигается мимо него, направление ускорения тоже изменяется (Б — 4). Рассмотрим теперь, как изменяется скорость частицы. Поскольку кинетическая энергия уменьшается, заключаем, что величина скорости движения частицы также уменьшается. Как уже отмечалось, ускорение частицы направлено вдоль прямой, соединяющей частицу и ядро. Поскольку скорость частицы направлены под углом к этой прямой, а значит, не совпадает по направлению с ускорением, заключаем, что скорость изменяется и по направлению (А — 5).

Ответ: 54321.

16.На рисунках изображены условные схемы электрически нейтральных атомов. Чёрными точками обозначены электроны, а пунктирными окружностями — некоторые возможные энергетические уровни электронов. Установите соответствие между условными схемами атомов и обозначениями атомов, которые соответствуют этим схемам. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

УСЛОВНАЯ СХЕМА АТОМА		ОБОЗНАЧЕНИЕ АТОМА
А) Б)		1) 2) 3) 4)

Решение.

Количество электронов в электрически нейтральном атоме равно заряду ядра атома. Следовательно, заряд первого ядра — 4, второго — 3. Таким образом, получаем, что первая схема соответствует атому бериллия, а вторая схема соответствует атому лития.

Ответ: 24.