Τεστ στην κβαντομηχανική (Επίπεδο δυσκολίας: Μέτριο)

Στο σχήμα φαίνονται τέσσερις περιπτώσεις ηλεκτρονίων που κινούνται μέσα σε ηλεκτρικό ή μέσα σε μαγνητικό πεδίο. Σε ποια ή σε ποιες περιπτώσεις το μήκος κύματος de Broglie

Ένα ηλεκτρόνιο μάζας \[m\] κινείται με μη σχετικιστική ταχύτητα μέτρου \[υ\] στη διεύθυνση του άξονα \[x' x\] και η μέτρηση της ταχύτητάς του γίνεται με αβεβαιότητα \[0,1\, \%\]. Την ελάχιστη αβεβαιότητα για την ταυτόχρονη μέτρηση της θέσης του που μπορούμε να πετύχουμε είναι:

Μέλαν σώμα βρίσκεται σε θερμοκρασία \[Τ_1\] και η αιχμή της καμπύλης του διαγράμματος \[Ι(λ)=f(λ)\] αντιστοιχεί σε μήκος κύματος \[λ_1\]. Για να αυξηθεί το μήκος κύματος της αιχμής \[(λ_{max} )\] κατά \[80\, \%\] πρέπει η θερμοκρασία του μέλανος σώματος να αυξηθεί κατά:

Ένας λαμπτήρας ισχύος \[P\] εκπέμπει ομοιόμορφα προς όλες τις διευθύνσεις μονοχρωματικό φως συχνότητας \[f\]. Σε απόσταση \[d\] από τον λαμπτήρα και ακριβώς πίσω από κυκλικό άνοιγμα ακτίνας \[r\] βρίσκεται αισθητήρας. Θεωρώντας ότι όλη η ενέργεια του λαμπτήρα μετατρέπεται σε φωτεινή ενέργεια, ο αριθμός των φωτονίων \[Ν\] που φτάνουν στον αισθητήρα σε χρόνο \[Δt\] δίνεται από την εξίσωση:

Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Ένα απ’ τα αποτελέσματα της φωτοηλεκτρικής εξίσωσης του Einstein που συμφωνεί και με τις πειραματικές μετρήσεις είναι ότι η τάση αποκοπής άρα και η μέγιστη κινητική ενέργεια των εκπεμπόμενων ηλεκτρονίων στη διάταξη της μελέτης του φωτοηλεκτρικού φαινομένου:

Ένα μέλαν σώμα βρίσκεται σε θερμοκρασία \[T_1\] και το διάγραμμα της έντασης ανά μονάδα μήκους κύματος \[Ι(λ)\] με το μήκος κύματος \[λ\] δίνεται απ’ το παρακάτω σχήμα. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Για να εκπέμπει τη μεγαλύτερη ενέργεια της ακτινοβολίας του το σώμα στην ορατή περιοχή του φάσματος πρέπει:

Ένα διεγερμένο άτομο μπορεί να εκπέμψει ένα φωτόνιο οποιαδήποτε στιγμή στο χρονικό διάστημα από μηδέν μέχρι άπειρο. Ο μέσος χρόνος στον οποίο ένας μεγάλος αριθμός διεγερμένων ατόμων εκπέμπει ακτινοβολία είναι \[Δt\]. Το ελάχιστο εύρος της φασματικής γραμμής δίνεται από την σχέση

Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Το εμβαδόν που περικλείει το διάγραμμα της έντασης ανά μονάδα μήκους κύματος Ι(λ) με το μήκος κύματος λ θερμικής ακτινοβολίας του μέλανος σώματος:

Φορτισμένο σωματίδιο εκτελεί ομαλή κυκλική κίνηση μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο με ταχύτητα μέτρου πολύ μικρότερου του μέτρου της ταχύτητας του φωτός. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Κατά την κυκλική κίνηση του σωματιδίου:

Δύο μελανά σώματα \[(1)\, , \, (2)\] εκπέμπουν θερμική ακτινοβολία που φαίνεται στο ανθρώπινο μάτι να έχει μπλε χρώμα απ’ το \[(2)\] και κόκκινο χρώμα απ’ το \[(1)\]. Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή;

Με τη βοήθεια της κυματοσυνάρτησης \[Ψ(x,y,z,t)\] που περιγράφει ένα υποατομικό σωματίδιο προσδιορίζουμε:

Στη διάταξη του φωτοηλεκτρικού φαινομένου ρίχνουμε μονοχρωματική ακτινοβολία συχνότητας \[f > \frac{φ}{h}\] όπου \[φ\] το έργο εξαγωγής του μετάλλου της καθόδου. Αν η τάση μεταξύ ανόδου-καθόδου \[V=V_{αν}-V_{καθ} < 0\] τότε ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η μεταβολή του ρεύματος σε μια φωτοηλεκτρική διάταξη σε συνάρτηση με την τάση μεταξύ ανόδου-καθόδου. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Δύο σωμάτια έχουν ίσες κινητικές ενέργειες και συνοδεύονται από ίσα μήκη κύματος de Broglie. Τα σωμάτια έχουν ταχύτητες πολύ μικρότερες της ταχύτητας του φωτός. Αυτό σημαίνει ότι:

Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Η κλασική θεωρία:

Ένα σωμάτιο α (πυρήνας ηλίου) έχει μάζα \[m_α=4m_p\] όπου \[m_p\] η μάζα του πρωτονίου και ταχύτητα μέτρου \[υ_α \ll c\]. Ένα πρωτόνιο έχει ταχύτητα μέτρου \[υ_p = \frac{υ_α }{2 }\]. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Αν \[λ_α\, ,\, λ_p\] τα μήκη κύματος de Broglie του σωματίου α και του πρωτονίου αντίστοιχα τότε ισχύει:

Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Σε μια σκέδαση Compton:

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;

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αν διαθέτουμε άπειρο χρόνο για την μέτρηση της ενέργειας μιας κατάστασης ενός σωματιδίου τότε η ενέργεια αυτή που θα μετρήσουμε θα έχει:

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

Σε ένα μέταλλο με έργο εξαγωγής \[φ\] προσπίπτει μονοχρωματική ακτινοβολία συχνότητας \[f\]. Η ταχύτητα του φωτός είναι \[c\] και η σταθερά του Planck είναι \[h\]. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Για να εξέρχονται φωτοηλεκτρόνια με μηδενική ταχύτητα απ’ το μέταλλο πρέπει το μήκος κύματος της ακτινοβολίας να είναι ίσο με:

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η επιτυχία της θεωρίας του Planck οφείλεται:

Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται το διάγραμμα της έντασης ανά μονάδα μήκους κύματος \[I(λ)\] της ακτινοβολίας μέλανος σώματος με το μήκος κύματος \[λ\] για δύο διαφορετικές θερμοκρασίες του \[Τ_1\, , \, Τ_2\]. Αν ένα ταλαντούμενο άτομο του μέλανος σώματος εκπέμπει ακτινοβολία μήκους κύματος \[λ_1\], τότε το κβάντο της ενέργειάς του είναι \[1,2\] φορές μεγαλύτερο απ’ το κβάντο της ενέργειας ενός ταλαντούμενου ατόμου που εκπέμπει ακτινοβολία μήκους κύματος \[λ_2\]. Για τις θερμοκρασίες \[Τ_1\, ,\, Τ_2\] ισχύει:

Δέσμη μονοχρωματικών ακτίνων Χ μήκους κύματος \[λ\] προσκρούει σε στόχο από άνθρακα και ένα φωτόνιό της σκεδάζεται υπό γωνία σκέδασης \[60^0\] και αποκτά μήκος κύματος \[λ_1\]. Ένα δεύτερο φωτόνιό της σκεδάζεται υπό γωνία σκέδασης \[90^0\] και αποκτά μήκος κύματος \[λ_2\] ενώ ένα τρίτο μετά τη σκέδασή του αποκτά το μέγιστο δυνατό μήκος κύματός του \[λ_3\]. Η διαφορά των μηκών κύματος \[λ_2-λ_1\] είναι:

Σε ένα μέταλλο ρίχνουμε μονοχρωματική ακτινοβολία συχνότητας \[f=4f_0\] όπου \[f_0\] είναι η συχνότητα κατωφλίου για το συγκεκριμένο μέταλλο και \[φ\] το έργο εξαγωγής του. Τα ηλεκτρόνια που εξέρχονται απ’ το μέταλλο έχουν κινητική ενέργεια \[K\] ίση με:

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

Το μήκος κύματος de Broglie ενός νετρονίου είναι ίσο με το μήκος κύματος ενός φωτονίου. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Το φωτόνιο:

Ένα σωματίδιο κινείται ευθύγραμμα, με ταχύτητα \[υ\] πολύ μικρότερη από την ταχύτητα του φωτός. Αν η αβεβαιότητα στον προσδιορισμό της θέσης του \[(Δx)\] είναι ίση με το μήκος κύματος που έχει κατά de Broglie, τότε η ελάχιστη αβεβαιότητα στον προσδιορισμό της ταχύτητας του \[(Δυ)\] είναι

Στα παρακάτω διαγράμματα φαίνεται η μέγιστη κινητική ενέργεια των εξερχόμενων ηλεκτρονίων από δύο καθόδους \[(1)\, ,\, (2)\] που έχουν επίστρωση από διαφορετικά μέταλλα σε συνάρτηση με τη συχνότητα \[f\] των μονοχρωματικών ακτίνων που πέφτουν στις επιστρώσεις αυτές. Γνωρίζουμε ότι το έργο εξαγωγής του βαρίου είναι \[2,5\, eV\] και ότι η κάθοδος \[(1)\] έχει επίστρωση από βάριο. Αν στις δύο παραπάνω καθόδους ρίξουμε μονοχρωματική ακτινοβολία ίδιας συχνότητας \[f_3=2f_1\] όπως φαίνεται απ’ το διάγραμμα, η μέγιστη κινητική ενέργεια των εξερχόμενων ηλεκτρονίων απ’ την κάθοδο \[(2)\] είναι \[0,5\, eV\], τότε η μέγιστη κινητική ενέργεια \[K_1\] των εξερχόμενων απ’ την κάθοδο \[(1)\] είναι: