Τεστ στην Κβαντομηχανική (Επίπεδο δυσκολίας: Δύσκολο)

Η διαφορά μεταξύ των μηκών κύματος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας Χ και της σκεδαζόμενης γίνεται μέγιστη όταν η γωνία μεταξύ της σκεδαζόμενης και της προσπίπτουσας δέσμης 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

Μέλαν σώμα βρίσκεται σε θερμοκρασία \[T\] και η μέγιστη ένταση της ηλεκτρομαγνητικής του ακτινοβολίας αντιστοιχεί σε μήκος κύματος \[λ_1\]. Αν η θερμοκρασία του αυξηθεί κατά \[25\, \%\], η μέγιστη ένταση της ακτινοβολίας του αντιστοιχεί σε μήκος κύματος \[λ_2\]. Για τα μήκη κύματος \[λ_1\, ,\, λ_2\] ισχύει:

Δύο σωμάτια \[(1)\, ,\, (2)\] που κινούνται με ταχύτητες πολύ μικρότερες απ’ την ταχύτητα του φωτός έχουν μάζες \[m_1\, ,\, m_2\] αντίστοιχα με \[m_1=4m_2\]. Τα σωμάτια έχουν ίσες κινητικές ενέργειες \[K_1=K_2\]. Ο λόγος \[\frac{λ_1}{λ_2}\] των μηκών κύματος de Broglie για τα δύο σωμάτια είναι:

Στο παρακάτω διάγραμμα της τάσης αποκοπής με τη συχνότητα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας στην κάθοδο μιας φωτοηλεκτρικής διάταξης έχουν φτιαχτεί με πειραματικές μετρήσεις και με σφάλμα μικρότερο του \[0,5\, \%\]. Με βάση τις δοθείσες τιμές του διαγράμματος η εξίσωση που συνδέει την τάση αποκοπής \[V_0\] με τη συχνότητα \[f\] είναι:

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 \[c\])

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:

Σε μια σκέδαση φωτονίου μήκους κύματος \[λ=\frac{h}{mc}\] με πρακτικώς ακίνητο και ελεύθερο ηλεκτρόνιο η κινητική ενέργεια που αποκτά το ηλεκτρόνιο είναι το \[50\, \%\] της ενέργειας του σκεδαζόμενου φωτονίου. Η γωνία σκέδασης \[φ\] είναι:

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;

Δύο ηλεκτρόνια που κινούνται με ταχύτητες πολύ μικρότερες απ’ την ταχύτητα του φωτός έχουν κινητικές ενέργειες \[Κ_1\, ,\, Κ_2\] με \[Κ_1 > Κ_2\]. Τα μήκη κύματος de Broglie αυτών των ηλεκτρονίων είναι \[λ_1\, ,\, λ_2\] αντίστοιχα. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Ισχύει:

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:

Δύο μονοχρωματικές δέσμες ακτίνων Χ \[(1)\, ,\, (2)\] με μήκη κύματος \[λ_1\, ,\, λ_2\] αντίστοιχα με \[λ_1 > λ_2\] σκεδάζονται από πρακτικώς ακίνητα και ελεύθερα ηλεκτρόνια και υπό ίδια γωνία σκέδασης. Αν \[λ_1'\, ,\, λ_2'\] είναι τα μήκη κύματος των σκεδαζόμενων φωτονίων, τότε ισχύει:

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αν ένα μέλαν σώμα αρχίζει να θερμαίνεται αργά τότε:

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; Το φυσικό εύρος συχνοτήτων μιας φασματικής γραμμής που δημιουργείται από την αποδιέγερση ενός ατόμου από μια διεγερμένη κατάσταση στη θεμελιώδη με ένα άλμα:

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:

Δύο μονοχρωματικές δέσμες ακτίνων Χ \[(1)\, ,\, (2)\] με μήκη κύματος \[λ_1\, ,\, λ_2\] αντίστοιχα με \[λ_1 > λ_2\] σκεδάζονται από πρακτικώς ακίνητα και ελεύθερα ηλεκτρόνια και υπό ίδια γωνία σκέδασης. Αν \[Κ_1\, ,\, Κ_2\] είναι οι κινητικές ενέργειες των ανακρουόμενων ηλεκτρονίων ισχύει:

Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Σύμφωνα με τη θεωρία του Einstein:

Δύο μελανά σώματα \[(1)\, , \, (2)\] βρίσκονται σε θερμοκρασίες \[T_1\, ,\, T_2\] με \[T_1 < T_2\]. Η ακτινοβολία που εκπέμπει το σώμα \[(2)\]:

Δύο φωτόνια ακτίνων Χ με \[λ_1=λ\] και \[λ_2=2λ\] σκεδάζονται σε πρακτικώς ακίνητα και ελεύθερα ηλεκτρόνια και δημιουργούν ίσες γωνίες σκέδασης \[φ\] και το ποσοστό μεταβολής του μήκους κύματος για το κάθε φωτόνιο είναι \[π_1\] και \[π_2\] αντίστοιχα. Για τα ποσοστά αυτά ισχύει:

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;

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 τα πειραματικά αποτελέσματα της φωτοηλεκτρικής διάταξης, η μέγιστη κινητική ενέργεια των αποσπώμενων ηλεκτρονίων εξαρτάται:

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:

Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Το έργο εξαγωγής ενός μετάλλου είναι:

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 τις γωνίες \[θ_1\, ,\, θ_2\] των δύο διαγραμμάτων ισχύει:

Φωτόνιο έχει μήκος κύματος \[λ=\frac{30h}{mc}\] και σκεδάζεται με αρχικώς ακίνητο ηλεκτρόνιο. Το προσπίπτον φωτόνιο έχει \[5\, \%\] μεγαλύτερη ορμή απ’ αυτή του σκεδαζόμενου. Η γωνία σκέδασης του φωτονίου είναι:

Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Σύμφωνα με την κλασική θεωρία τα ταλαντούμενα άτομα του μέλανος σώματος:

Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Σύμφωνα με την κβαντική υπόθεση του Planck:

Δέσμη ακτίνων Χ, μήκους κύματος \[λ\] πέφτουν σε στόχο από γραφίτη. Ένα φωτόνιό τους σκεδάζεται σε αρχικά ακίνητο ηλεκτρόνιο του στόχου και ανιχνεύεται σε διεύθυνση που σχηματίζει γωνία \[φ\] με την αρχική διεύθυνση διάδοσης των ακτίνων Χ. Στη σκέδαση αυτή το ηλεκτρόνιο αποκτά κινητική ενέργεια \[Κ_e = \frac{E}{4}\] όπου \[Ε\] η ενέργεια του προσπίπτοντος φωτονίου. Αν το \[λ\] είναι \[λ = \frac{3h}{2mc}\] όπου \[h\] η σταθερά του Planck, \[m\] η μάζα του ηλεκτρονίου και \[c\] η ταχύτητα του φωτός τότε η γωνία \[φ\] είναι: