Τεστ στην κβαντομηχανική (Επίπεδο δυσκολίας: Μέτριο)

Μονοχρωματική ακτινοβολία συχνότητας \[f\] προσπίπτει κάθετα σε μια επίπεδη και τέλεια ανακλαστική επιφάνεια. Η ταχύτητα του φωτός είναι \[c\] και \[h\] είναι η σταθερά του Planck. Αν στην επιφάνεια πέφτουν \[10^{25}\, \frac{ φωτόνια}{sec}\] τότε το μέτρο της δύναμης που δέχεται η ανακλαστική επιφάνεια λόγω της πρόσπτωσης της ακτινοβολίας σ’ αυτήν είναι:

Σε μια σκέδαση Compton ένα φωτόνιο ακτίνων Χ μετά τη σκέδαση έχει ορμή μέτρου \[50\, \%\] μικρότερου απ’ το μέτρο της ορμής του προσπίπτοντος φωτονίου και ανιχνεύεται υπό γωνία \[φ=120^0\] απ’ την αρχική διεύθυνση της δέσμης. Αν \[h\] η σταθερά του Planck, \[c\] η ταχύτητα του φωτός και \[m\] η μάζα του ηλεκτρονίου, τότε το μήκος κύματος \[λ\] του προσπίπτοντος ηλεκτρονίου είναι ίσο με:

Φωτόνιο ορμής \[p=\frac{4}{3}\, mc\] και μήκους κύματος \[λ = \frac{h}{mc}\] όπου \[m\] η μάζα του ηλεκτρονίου, \[c\] η ταχύτητα του φωτός και \[h\] η σταθερά του Planck, σκεδάζεται σε πρακτικώς ακίνητο ηλεκτρόνιο που ανακρούεται με κινητική ενέργεια \[Κ_e=\frac{pc}{2}\]. Η γωνία σκέδασης είναι:

Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Σύμφωνα με τα πειραματικά αποτελέσματα, από την ένταση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας στη φωτοηλεκτρική διάταξη εξαρτάται:

Σε μια μεταλλική κάθοδο προσπίπτει μονοχρωματική ακτινοβολία ιώδους χρώματος και τα ηλεκτρόνια που εξέρχονται απ’ αυτήν έχουν μέγιστη κινητική ενέργεια \[K\]. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Για να αυξηθεί η μέγιστη κινητική ενέργεια των εκπεμπόμενων ηλεκτρονίων θα πρέπει:

Στο παρακάτω σχήμα φαίνονται τα διαγράμματα της κινητικής ενέργειας των εξερχόμενων φωτοηλεκτρονίων από δύο διαφορετικές καθόδους \[(1)\, ,\, (2)\] σε συνάρτηση με τη συχνότητα μιας μονοχρωματικής ακτινοβολίας που προσπίπτει στη μεταλλική επιφάνειά τους. Αν και στις δύο καθόδους ρίξουμε μονοχρωματική ακτινοβολία ίδιας συχνότητας \[f' > 3f_1\] τότε τα εξερχόμενα ηλεκτρόνια απ’ την κάθοδο \[(1)\] έχουν κινητική ενέργεια \[K_1\] ενώ τα εξερχόμενα ηλεκτρόνια απ’ την κάθοδο \[(2)\] θα έχουν μέγιστη κινητική ενέργεια \[K_2\] ίση με:

Κατά τη σκέδαση Compton δύο φωτόνια \[(1)\, ,\, (2)\] ακτίνων Χ ίδιας συχνότητας \[f\] σκεδάζονται από ένα πρακτικώς ακίνητο και ελεύθερο ηλεκτρόνιο το καθένα και οι γωνίες σκέδασης είναι \[φ_1\, ,\, φ_2\] αντίστοιχα με \[φ_1 > φ_2\]. Για τις συχνότητες των σκεδαζόμενων φωτονίων \[f_1'\, ,\, f_2'\] αντίστοιχα. Ποια απ’ τις παρακάτω σχέσεις είναι η σωστή;

Τα σωματίδια \[(1)\, ,\, (2)\] με μάζες \[m_1\, ,\, m_2\: (m_1>m_2 )\] που κινούνται με μη σχετικιστικές ταχύτητες είναι έγκλειστα σε κυβικό μεταλλικό κουτί ακμής \[α\]. Η διεύθυνση μιας ακμής ταυτίζεται με τον άξονα \[x' x\]. Η αβεβαιότητα της θέσης των σωματιδίων είναι και για τα δύο \[Δx=α\]. Οι ελάχιστες αβεβαιότητες της ταυτόχρονης μέτρησης των ταχυτήτων τους και των θέσεών τους στον άξονα \[x' x\] είναι \[Δυ_1\, ,\, Δυ_2\] αντίστοιχα. Για τα \[Δυ_1\, ,\, Δυ_2\] ισχύει:

Φωτόνιο ακτίνων Χ προσκρούει σε πρακτικώς ακίνητο και ελεύθερο ηλεκτρόνιο και χάνει κατά τη σκέδασή του το \[50\, \%\] της ενέργειάς του. Το ποσοστό μεταβολής του μήκους κύματος του φωτονίου κατά την παραπάνω σκέδαση είναι:

Τα φωτοηλεκτρόνια της καθόδου επιβραδύνονται κατά την μετακίνησή τους στην κάθοδο όταν το δυναμικό της ανόδου είναι:

Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται το διάγραμμα της έντασης ανά μονάδα μήκους κύματος με το μήκος κύματος της θερμικής ακτινοβολίας μέλανος σώματος που βρίσκεται σε θερμοκρασία \[T_1\].

Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Αν μια μονοχρωματική ακτινοβολία πέσει σε μια επιφάνεια φτιαγμένη από Cs (καίσιο) και επιφέρει σ’ αυτήν εκπομπή ηλεκτρονίων, τότε η ίδια αυτή ακτινοβολία θα επιφέρει εκπομπή ηλεκτρονίων:

Μονοχρωματική ακτινοβολία συχνότητας \[f\] προσπίπτει στην επιφάνεια της καθόδου μιας φωτοηλεκτρικής διάταξης. Όταν η τάση μεταξύ ανόδου-καθόδου είναι θετική \[(V_{αν}-V_{καθ} > 0 ) \] τότε δεν παρατηρείται ρεύμα στο κύκλωμα του φωτοκύτταρου. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αυτό συμβαίνει:

Στα παρακάτω διαγράμματα \[ (1) \, ,\, (2)\] φαίνονται τα κυματοπακέτα \[ (1) \, ,\, (2)\] που συνοδεύουν δύο ανεξάρτητα σωματίδια \[(1)\, ,\, (2)\]. (Ισχύει \[Δx_2 < Δx_1\])

Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Σε δύο διαφορετικά μέταλλα \[(1)\, ,\, (2)\] ρίχνουμε την ίδια μονοχρωματική ακτινοβολία συχνότητας \[f=3f_{01}\] όπου \[f_{01}\] η συχνότητα κατωφλίου του μετάλλου \[(1)\]. Τα φωτοηλεκτρόνια εξέρχονται απ’ το μέταλλο \[(1)\] με μέγιστη κινητική ενέργεια \[K_1\] ενώ απ’ το μέταλλο \[(2)\] με μέγιστη κινητική ενέργεια \[Κ_2 = \frac{K_1}{2}\]. Για τα έργα εξαγωγής \[φ_1\, ,\, φ_2\] των δύο μετάλλων αντίστοιχα ισχύει:

Το έργο εξαγωγής για το κάλιο είναι \[φ_Κ=2,2 eV\] ενώ για το καίσιο είναι \[φ_{Cs}=1,4 eV\]. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Δύο φορτισμένα σωματίδια \[(1)\, ,\, (2)\] εκτελούν ομαλή κυκλική κίνηση μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο με ταχύτητες μέτρων πολύ μικρότερες της ταχύτητας του φωτός και ακτίνες κυκλικής τροχιάς \[R_1\, ,\, R_2\] αντίστοιχα με \[R_1 > R_2 \]. Τα σωματίδια έχουν ίσες κατά μέτρο στροφορμές ως προς άξονες κάθετους στις κυκλικές τροχιές που διέρχονται απ’ τα κέντρα τους. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Τα μήκη κύματος de Broglie \[λ_1\, ,\, λ_2\] των δύο σωματιδίων είναι:

Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των πειραματικών μετρήσεων στη φωτοηλεκτρονική διάταξη ο αριθμός των ηλεκτρονίων στη μονάδα του χρόνου που αποσπώνται απ’ την κάθοδο:

Κατά τη σκέδαση Compton ακτινών X:

Αν μια μονοχρωματική ακτίνα με μήκος κύματος \[λ_0\] προσπέσει στη μεταλλική κάθοδο, τότε τα αποσπώμενα ηλεκτρόνια έχουν κινητική ενέργεια ίση με το μηδέν. Αν στην ίδια κάθοδο προσπέσει άλλη μονοχρωματική ακτινοβολία με μήκος κύματος \[\frac{λ_0}{5}\] τότε τα αποσπώμενα φωτοηλεκτρόνια θα έχουν μέγιστη κινητική ενέργεια \[K\]. Ο λόγος \[\frac{K}{φ}\] όπου \[φ\] είναι το έργο εξαγωγής του μετάλλου της καθόδου ισούται με:

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Σύμφωνα με την κλασική θεωρία:

Μια μονοχρωματική ακτινοβολία συχνότητας \[f\] όταν προσπέσει σε κάθοδο από καίσιο εξοστρακίζει τα ηλεκτρόνιά της με μέγιστη κινητική ενέργεια \[K\] που είναι ίση με το έργο εξαγωγής του καισίου. Αν διπλασιάσουμε τη συχνότητα της προσπίπτουσας μονοχρωματικής, τότε τα ηλεκτρόνια της καθόδου:

Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Τα φαινόμενα που δεν μπορούσαν να ερμηνευτούν με την κλασική θεωρία είναι:

Δίνονται τρία διαγράμματα της έντασης της ακτινοβολίας ανά μονάδα μήκους κύματος \[Ι(λ)\], σε συνάρτηση με το μήκος κύματος, για δύο θερμοκρασίες \[Τ_2 > Τ_1\] για ένα μέλαν σώμα.

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αν \[λ\] το μήκος κύματος του προσπίπτοντος φωτονίου και \[λ'\] το μήκος κύματος του σκεδαζόμενου φωτονίου σε μια σκέδαση Compton, τότε η μεταβολή του μήκους κύματος \[λ'-λ\] είναι:

Σύμφωνα με την υπόθεση de Broglie σε κάθε κινούμενο σώμα αντιστοιχεί ένα κύμα. Ο λόγος που δεν έχει εφαρμογή στα φαινόμενα καθημερινής ζωής είναι επειδή

Δέσμη ακτίνων Χ σκεδάζονται σε στόχο από γραφίτη και τα σκεδαζόμενα φωτόνιά τους σκορπίζονται σε όλες τις διευθύνσεις. Η δέσμη έχει μήκος κύματος \[λ=\frac{h}{mc}\] όπου \[h\] η σταθερά του Planck. Τα φωτόνια της δέσμης που μετά τη σκέδαση κινούνται κάθετα στη διεύθυνση της προσπίπτουσας δέσμης έχουν δώσει σε πρακτικώς ακίνητο και ελεύθερο ηλεκτρόνιο του στόχου με το οποίο σκεδάστηκαν κινητική ενέργεια \[Κ\] ίση με: