Τεστ στην κβαντομηχανική (Επίπεδο δυσκολίας: Μέτριο)

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Σύμφωνα με την υπόθεση de Broglie:

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αν η θέση ενός ηλεκτρονίου είναι μετρημένη με ακρίβεια \[100\%\] στον άξονα \[x' x\] τότε η τιμή της ορμής του στον ίδιο άξονα και την ίδια στιγμή:

Φωτόνιο μήκους κύματος \[λ_1\] και συχνότητας \[f_1\] προσκρούει σε ακίνητο και ελεύθερο ηλεκτρόνιο ενός στόχου σκεδάζεται κατά γωνία \[φ\] και αυξάνει κατά \[4\, \%\] το μήκος κύματός του. Δεύτερο φωτόνιο συχνότητας \[2f_1\] εκτρέπεται της αρχικής του διεύθυνσης κίνησης κατά την ίδια γωνία \[φ\]. Το ποσοστό μεταβολής του μήκους κύματος του \[2^{ου}\] φωτονίου είναι:

Φωτόνιο ορμής μέτρου \[p=2mc\] σκεδάζεται με πρακτικώς ακίνητο και ελεύθερο ηλεκτρόνιο μάζας \[m\] με γωνία σκέδασης \[φ=60^0\] και το σκεδαζόμενο φωτόνιο έχει ορμή μέτρου \[p'\]. Η κινητική ενέργεια \[Κ_e\] του ανακρουόμενου ηλεκτρονίου είναι:

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Το μήκος κύματος Compton \[λ_C =\frac{h }{mc}\] είναι το μήκος κύματος που πρέπει να έχει ένα φωτόνιο σε σκέδασή του σε ακίνητο ελεύθερο ηλεκτρόνιο ώστε το μήκος κύματος του φωτονίου να διπλασιαστεί αν το φωτόνιο αυτό εκτραπεί απ’ την αρχική του διεύθυνση κίνησης κατά:

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 \[T_1\].

Στο παρακάτω σχήμα φαίνονται τα διαγράμματα σε κοινό σύστημα αξόνων της τάσης αποκοπής σε δύο διαφορετικές φωτοηλεκτρικές διατάξεις \[(1)\, ,\, (2)\] σε συνάρτηση με τη συχνότητα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας στις καθόδους τους. Για τα έργα εξαγωγής \[φ_1\, ,\, φ_2\] των μετάλλων των δύο καθόδων \[(1)\, ,\, (2)\] αντίστοιχα ισχύει:

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:

Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται το διάγραμμα της τάσης αποκοπής στο κύκλωμα του φωτοκυττάρου σε συνάρτηση με τη συχνότητα της προσπίπτουσας μονοχρωματικής ακτινοβολίας στην κάθοδο του κυκλώματος. Το έργο εξαγωγής \[φ\] του μετάλλου της καθόδου του κυκλώματος είναι:

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

Στη διάταξη του φωτοηλεκτρικού φαινομένου αν στην κάθοδο προσπέσει μονοχρωματική ακτινοβολία μήκους κύματος \[λ_0\], τότε η τάση αποκοπής στη διάταξη αυτή είναι μηδενική. Αν θέλουμε τα φωτοηλεκτρόνια να αποσπώνται απ’ την κάθοδο με μέγιστη κινητική ενέργεια διπλάσια απ’ το έργο εξαγωγής του μετάλλου της τότε πρέπει να πέσει στην κάθοδο ακτινοβολία μήκους κύματος \[λ_1\] που ισούται 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:

Φωτόνιο μήκους κύματος \[λ_1\] σκεδάζεται σε πρακτικώς ακίνητο και ελεύθερο ηλεκτρόνιο με μήκος κύματος \[λ_1=λ_C\], όπου \[λ_C\] το μήκος κύματος Compton. Δεύτερο φωτόνιο μήκους κύματος \[λ_2=2λ_C\] σκεδάζεται σε αρχικά ακίνητο και ελεύθερο ηλεκτρόνιο του ίδιου στόχου. Και στις δύο παραπάνω σκεδάσεις η διεύθυνση της κίνησης των σκεδαζόμενων φωτονίων σχηματίζουν την ίδια γωνία \[φ\] με τις διευθύνσεις κίνησης των προσπιπτόντων φωτονίων. Ο λόγος των κινητικών ενεργειών των ανακρουόμενων ηλεκτρονίων είναι \[\frac{Κ_1}{Κ_2} =\frac{10}{3}\] στις δύο παραπάνω σκεδάσεις αντίστοιχα. Δίνεται \[λ_C=\frac{h}{mc}\] όπου \[h\] η σταθερά του Planck, \[m\] η μάζα του ηλεκτρονίου και \[c\] η ταχύτητα του φωτός. Η γωνία \[φ\] είναι:

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Στο διάγραμμα της έντασης της θερμικής ακτινοβολίας ανά μονάδα μήκους κύματος \[Ι(λ)\] με το μήκος κύματος \[λ\] (διάγραμμα αφετικής ικανότητας) ενός μέλανος σώματος το \[λ_{max}\]:

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:

Σε μια φωτοηλεκτρική διάταξη στην κάθοδο προσπίπτει μονοχρωματική ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που επιφέρει την εκπομπή φωτοηλεκτρονίων. Ποιες απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές; Αν αυξήσουμε την ένταση της μονοχρωματικής ακτινοβολίας χωρίς να μεταβάλλουμε τη συχνότητα τότε:

Φωτόνιο με μήκος κύματος \[λ = \frac{h}{2mc}\] όπου \[m\] η μάζα του ηλεκτρονίου και \[c\] η ταχύτητα του φωτός και \[h\] η σταθερά του Planck σκεδάζεται σε αρχικώς ακίνητο ηλεκτρόνιο και αυξάνει το μήκος κύματός του κατά \[100\, \%\]. Η γωνία πρόσπτωσης είναι:

Στο παρακάτω σχήμα φαίνονται σε κοινό σύστημα αξόνων τα διαγράμματα της τάσης αποκοπής με συχνότητα της μονοχρωματικής προσπίπτουσας ακτινοβολίας για δύο διαφορετικά μέταλλα \[(1)\] , \[(2)\] της καθόδου δύο φωτοηλεκτρικών διατάξεων. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Κατά την σκέδαση Compton η διαφορά μεταξύ των μηκών κύματος της προσπίπτουσας \[(λ)\] και της σκεδαζόμενης \[(λ')\] ακτινοβολίας συμβολίζεται με \[Δλ=λ'-λ\]. Η κινητική ενέργεια \[Κ\] του ανακρουόμενου ηλεκτρονίου δίνεται από την έκφραση (Δίνονται η σταθερά Planck \[h\] και η ταχύτητα του φωτός \[c\])

Το πηλίκο \[λ_C=\frac{h}{mc}\] (όπου \[m\] η μάζα του ηλεκτρονίου, \[h\] η σταθερά του Planck και \[c\] η ταχύτητα του φωτός) καλείται μήκος κύματος Compton. Ένα φωτόνιο σκεδάζεται σε πρακτικώς ακίνητο ηλεκτρόνιο και η γωνία σκέδασης είναι \[φ=120^0\]. Αν η ενέργεια του φωτονίου μετά τη σκέδαση είναι \[Ε'=\frac{2}{3}\, Ε\] όπου \[Ε\] η ενέργεια του προσπίπτοντος φωτονίου, τότε το μήκος κύματος \[λ\] του προσπίπτοντος φωτονίου είναι:

Μαθητής πειραματίστηκε με τη φωτοηλεκτρική διάταξη και με τις τιμές που συγκέντρωσε έκανε το παρακάτω διάγραμμα της έντασης του φωτορεύματος με τη διαφορά δυναμικού μεταξύ καθόδου-ανόδου όταν διατήρησε σταθερή τη συχνότητα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Το διάγραμμα που έφτιαξε είναι σίγουρα λάθος γιατί:

Μονοχρωματική ακτινοβολία μήκους κύματος \[λ\] φωτίζει την κάθοδο και φωτοηλεκτρόνια εξέρχονται απ’ αυτήν με μέγιστη κινητική ενέργεια \[Κ\] ενώ η τάση αποκοπής είναι \[V_0\]. Αν υποδιπλασιάσουμε το μήκος κύματος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας, τότε η τάση αποκοπής τετραπλασιάζεται. Το έργο εξαγωγής \[φ\] του μετάλλου της καθόδου είναι:

Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

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

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:

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:

Ένα ηλεκτρόνιο, ένα σωμάτιο άλφα και ένα νετρόνιο \[(m_e < m_n < m_α )\] κινούνται με ταχύτητες αρκετά μικρότερες από την ταχύτητα του φωτός και έχουν την ίδια ορμή. Επιλέξτε την σωστή απάντηση. Το μήκος κύματος de Broglie θα είναι

Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Η σχέση \[p=\frac{h}{λ}\]:

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Οι ακτίνες Χ έχουν μήκος κύματος \[λ\] που παίρνει τιμές: