Τεστ στην κβαντομηχανική (Επίπεδο δυσκολίας: Μέτριο)

Δύο δέσμες ακτίνων Χ με μήκη κύματος \[λ_1\, ,\, λ_2\] \[(λ_1 > λ_2 )\] αντίστοιχα σκεδάζονται με πρακτικώς ακίνητα και ελεύθερα ηλεκτρόνια. Η γωνία σκέδασης και των δύο δεσμών είναι ίδια. Η ενέργεια του κάθε σκεδαζόμενου φωτονίου της δέσμης \[(1)\] είναι \[Ε_1'\] και της δέσμης \[(2)\] \[Ε_2'\]. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Για τις ενέργειες \[Ε_1'\, ,\, Ε_2'\] ισχύει:

Δυο δέσμες ακτινών Χ με μήκη κύματος \[λ_1\] και \[λ_2\] (με \[λ_1 > λ_2\]) σκεδάζονται σε ηλεκτρόνια. Τα σκεδαζόμενα φωτόνια έχουν μήκη κύματος \[λ_1'\] και \[λ_2'\] αντίστοιχα. Αν \[Κ_1\] και \[Κ_2\] είναι αντίστοιχα οι κινητικές ενέργειες των ανακρουόμενων ηλεκτρονίων και θεωρώντας την ίδια γωνία σκέδασης, ο λόγος \[\frac{Κ_1}{Κ_2}\] είναι ίσος με:

Ένα σωμάτιο μάζας \[m\] έχει μήκος κύματος de Broglie ίσο με το μήκος κύματος ενός φωτονίου. Το σωμάτιο κινείται με ταχύτητα μέτρου πολύ μικρότερου αυτού της ταχύτητας του φωτός και έχει κινητική ενέργεια \[Κ\]. Η ενέργεια του φωτονίου είναι:

Η θέση \[x\] ενός σωματιδίου ορμής \[p\] πάνω στον άξονα \[x' x\] μπορεί να μετρηθεί με αβεβαιότητα \[Δx=\frac{λ}{4π}\] όπου \[λ\] το μήκος κύματος de Broglie που συνοδεύει το σωματίδιο. Το ποσοστό της ελάχιστης αβεβαιότητας \[Δp_x\] στην ταυτόχρονη μέτρηση του μέτρου της ορμής του σωματιδίου στον ίδιο άξονα σε σχέση με το μέτρο της ορμής του είναι:

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

Ο ήλιος έχει θερμοκρασία \[Τ_1\] και εκπέμπει τη μεγαλύτερη ενέργεια της ακτινοβολίας του γύρω από μια συχνότητα \[f_1\]. Ένας άλλος αστέρας έχει θερμοκρασία \[Τ_2\] και εκπέμπει τη μεγαλύτερη ενέργεια της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας του σε συχνότητα \[f_2\]. Ο ήλιος και ο αστέρας θεωρούνται μέλανα σώματα. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή;

Σε δύο διαφορετικά μέταλλα \[(1)\, ,\, (2)\] προσπίπτουν μονοχρωματικές ακτινοβολίες και δημιουργείται φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Το έργο εξαγωγής του μετάλλου \[(1)\] είναι \[φ_1\] και του μετάλλου \[(2)\] είναι \[φ_2\] με \[φ_2 > φ_1\]. Στα παρακάτω σχήματα φαίνονται τα διαγράμματα της μέγιστης κινητικής ενέργειας των φωτοηλεκτρονίων τη στιγμή που εξέρχονται απ’ τα δύο μέταλλα σε συνάρτηση με τη συχνότητα των μονοχρωματικών ακτινοβολιών που πέφτουν σ’ αυτά σε κοινό σύστημα αξόνων.

Η συνθήκη κανονικοποίησης επιβάλλεται:

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:

Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Για να εκπεμφθούν ηλεκτρόνια από ένα μέταλλο:

Σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία \[T_1\], ένα μέλαν σώμα παρουσιάζει \[λ_{max_1}\]. Ένα δεύτερο μέλαν σώμα διαφορετικού υλικού σε θερμοκρασία \[Τ_2\] με \[Τ_2>Τ_1\] παρουσιάζει \[λ_{max_2}\]. Για τα \[λ_{max_1}\, , \, λ_{max_2}\]:

Σε μια σκέδαση Compton φωτόνιο ακτίνων Χ σκεδάζεται με πρακτικώς ακίνητο και ελεύθερο ηλεκτρόνιο και η γωνία σκέδασης είναι \[φ\]. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Για να αποκτήσει το ανακρουόμενο ηλεκτρόνιο τη μέγιστη δυνατή κινητική ενέργεια πρέπει:

Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνεται η μεταβολή της έντασης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας ανά μονάδα μήκους κύματος σε συνάρτηση με το μήκος κύματος της θερμικής ακτινοβολίας ενός μέλανος σώματος θερμοκρασίας \[Τ_1\]. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Στην κάθοδο της φωτοηλεκτρικής συσκευής ρίχνουμε μονοχρωματική ακτινοβολία συχνότητας \[f\] μεγαλύτερης της συχνότητας κατωφλίου και παρατηρούμε ότι το φωτοηλεκτρικό ρεύμα είναι μηδενικό. Αυτό μπορεί να συμβαίνει γιατί:

Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Η συχνότητα κατωφλίου \[f_0\] της προσπίπτουσας ακτινοβολίας σ’ ένα μέταλλο:

Δύο πυρήνες \[Π_1\, , \, Π_2\] έχουν φορτία \[q_1=2q_2\] και μαζικούς αριθμούς \[Α_1\, ,\, Α_2\] με \[Α_1 = \frac{Α_2}{2}\]. Οι δύο πυρήνες επιταχύνονται απ’ την ίδια διαφορά δυναμικού \[V\] και αποκτούν ταχύτητες πολύ μικρότερες της ταχύτητας του φωτός. Αν \[λ_1\, ,\, λ_2\] είναι τα μήκη κύματος de Broglie μετά την επιτάχυνση των δύο πυρήνων, τότε ο λόγος \[\frac{λ_1}{λ_2}\] είναι:

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Σύμφωνα με την κλασική θεωρία η κινητική ενέργεια των φωτοηλεκτρονίων όταν αυτά εξέρχονται απ’ το μέταλλο πρέπει να εξαρτάται:

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η αρχή της απροσδιοριστίας του Heisenberg:

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

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

Δύο μελανά σώματα που το πρώτο είναι φτιαγμένο από βολφράμιο και το δεύτερο από χαλκό εκπέμπουν τη μεγαλύτερη ενέργεια της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας τους το πρώτο στο ιώδες και το δεύτερο στο κόκκινο τμήμα του ορατού φάσματος. Ποιες απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές;

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:

Ένα πρωτόνιο που η μάζα του είναι \[m_p\] και ένα ηλεκτρόνιο που η μάζα του είναι \[m_e\] κινούνται με μη σχετικιστικές ταχύτητες μέτρων \[υ_p\] και \[υ_e\] αντίστοιχα και για τις μάζες τους ισχύει \[m_p=1800 m_e\]. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Για να έχει το πρωτόνιο και το ηλεκτρόνιο ίδια μήκη κύματος de Broglie τότε ισχύει:

Όταν δύο σωμάτια έχουν ίσα μήκη κύματος de Broglie ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Τα σωμάτια έχουν:

Ποιο φαινόμενο οδήγησε τον Planck στην υπόθεση ότι το πόσο ενέργειας που μπορεί να απορροφήσει ή να εκπέμψει ένα άτομο υπό μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, μπορεί να πάρει μόνο διακριτές τιμές;

Φωτόνιο με ενέργεια \[Ε\] υφίσταται σκέδαση Compton με αρχικά πρακτικώς ακίνητο ελεύθερο ηλεκτρόνιο. Η γωνία σκέδασης του φωτονίου είναι \[φ\]. Αν \[m\] η μάζα του ηλεκτρονίου και \[c\] η ταχύτητα του φωτός στο κενό., η ενέργεια \[Ε'\] του σκεδαζόμενου φωτονίου είναι:

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. Το μέτρο της μεταβολής της ορμής ενός φωτονίου της ακτινοβολίας λόγω της πρόσκρουσής του στην επιφάνεια είναι:

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:

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η παραγωγή ακτίνων Χ οφείλεται:

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. Η συχνότητα \[f_1\] είναι ίση με: