РУҚА
ЕГЭ · физика · решения по теме

Решения заданий ФИПИ ЕГЭ по физике: «Квантовая и ядерная физика» — с ответами

Каждая задача темы из открытого банка ФИПИ — с ответом и первыми шагами разбора. Полное решение по шагам и официальный ключ — по ссылкам в карточке.

Задания без решений
282
решений с ответами
2 304
задач в предмете
15
страниц списка
221ФИПИ FBEB89№ 18Повышенная

Характеристики планет Солнечной системы

Рассмотрите таблицу, содержащую характеристики планет Солнечной системы. Выберите все верные утверждения, которые соответствуют характеристикам планет.

  1. 1
    Утверждение 1 неверно: период обращения Юпитера составляет около 11 лет, а Сатурна — около 29 лет. Юпитер обращается быстрее примерно в $29/11 \approx 2{,}6$ раза, а не медленнее.
  2. 2
    Утверждение 2 неверно: объём планеты пропорционален кубу диаметра. Поэтому отношение объёмов Юпитера и Урана равно $\left(\dfrac{142800}{51118}\right)^3 \approx 21{,}7$, а не 3.

Ещё 3 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому5 шагов в разборе
222ФИПИ 0DE7B3№ 20Повышенная

Характеристики ярких звёзд

Рассмотрите таблицу, содержащую сведения о ярких звёздах. Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам звёзд.

  1. 1
    Температура $\alpha$ Центавра A равна $5730\ \mathrm{К}$, что близко к температуре Солнца и соответствует звёздам класса G, а не класса O.
  2. 2
    Ригель имеет очень большой радиус — 138 радиусов Солнца — и малую среднюю плотность. Такие звёзды относятся к сверхгигантам.

Ещё 3 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому5 шагов в разборе
223ФИПИ 60B3E4№ 20Повышенная

Диаграмма Герцшпрунга — Рессела

На рисунке представлена диаграмма Герцшпрунга — Рессела. Выберите два утверждения о звёздах, которые соответствуют диаграмме.

  1. 1
    По горизонтальной оси диаграммы температура поверхности уменьшается слева направо. Спектральный класс A расположен левее класса G, поэтому звёзды класса A горячее звёзд класса G. Утверждение 1 неверно.
  2. 2
    Бетельгейзе имеет радиус, примерно в 1000 раз превышающий солнечный. Такие звёзды относятся к сверхгигантам. Утверждение 2 верно.

Ещё 3 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому5 шагов в разборе
224ФИПИ C44BE8№ 20Повышенная

Характеристики ярких звёзд

Рассмотрите таблицу, содержащую сведения о ярких звёздах. Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам звёзд.

  1. 1
    Плотность Денеба равна $3{,}3 \cdot 10^{-6}$ плотности воды, то есть значительно меньше плотности Солнца. Утверждение 1 неверно.$$\rho_{\text{Денеб}} \ll \rho_{\odot}$$
  2. 2
    Процион В имеет очень малый радиус — $0{,}02$ радиуса Солнца — и огромную среднюю плотность $1{,}1 \cdot 10^5$ плотности воды. Такие характеристики соответствуют белому карлику.$$R=0{,}02R_{\odot},\quad \rho=1{,}1\cdot10^5\rho_{\text{воды}}$$

Ещё 3 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому5 шагов в разборе
225ФИПИ 00B1EF№ 21Высокая

Изменение фототока при фиолетовом свете

В опыте по изучению фотоэффекта катод освещается зелёным светом, в результате чего в цепи возникает ток. Зависимость показаний амперметра $I$ от напряжения $U$ между анодом и катодом приведена на…

  1. 1
    Фиолетовый свет имеет большую частоту, чем зелёный: $\nu_\text{фиол} > \nu_\text{зел}$.
  2. 2
    Согласно уравнению Эйнштейна для фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов определяется выражением$$E_{k\,\max}=h\nu-A_\text{вых}$$

Ещё 7 шагов — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому9 шагов в разборе
226ФИПИ 0D14B6№ 21Повышенная

Максимальные длины волн серий

Значения энергии электрона в атоме водорода задаются формулой: $E_n = -\dfrac{13{,}6\ \text{эВ}}{n^2}$, $n = 1, 2, 3, \ldots$. При переходах с верхних уровней энергии на нижние атом излучает фотон…

  1. 1
    Максимальная длина волны соответствует минимальной энергии фотона в данной серии. Для серии Бальмера это переход с уровня $n = 3$ на уровень $n = 2$.$$E_{\text{Б}} = E_3 - E_2 = 13{,}6\left(\frac{1}{2^2} - \frac{1}{3^2}\right)\ \text{эВ}$$
  2. 2
    Для серии Лаймана минимальная энергия фотона соответствует переходу с уровня $n = 2$ на уровень $n = 1$.$$E_{\text{Л}} = E_2 - E_1 = 13{,}6\left(\frac{1}{1^2} - \frac{1}{2^2}\right)\ \text{эВ}$$

Ещё 2 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому4 шага в разборе
227ФИПИ 3ECAE5№ 21Повышенная

Частота света по фотоэффекту

В вакууме находятся два кальциевых электрода, к которым подключён конденсатор ёмкостью $4000\ \text{пФ}$. При длительном освещении катода светом фототок между электродами, возникший вначале…

  1. 1
    После прекращения фототока электроны не могут достигать второго электрода. Напряжение на конденсаторе является запирающим напряжением.$$U = \dfrac{q}{C}$$
  2. 2
    Вычислим запирающее напряжение, учитывая, что $4000\ \text{пФ} = 4000 \cdot 10^{-12}\ \text{Ф}$.$$U = \dfrac{5{,}5 \cdot 10^{-9}}{4000 \cdot 10^{-12}} = 1{,}375\ \text{В}$$

Ещё 3 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому5 шагов в разборе
228ФИПИ 3F1F2B№ 21Повышенная

Тормозной путь фотоэлектронов

Фотоэлектроны, выбитые монохроматическим светом частоты $\nu = 6{,}7 \cdot 10^{14}\ \text{Гц}$ из металла с работой выхода $A_{\text{вых}} = 1{,}89\ \text{эВ}$, попадают в однородное электрическое…

  1. 1
    По уравнению Эйнштейна для фотоэффекта максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов равна разности энергии фотона и работы выхода.$$E_{\text{к max}} = h\nu - A_{\text{вых}}$$
  2. 2
    В электрон-вольтах энергия фотона составляет:$$h\nu = 4{,}14 \cdot 10^{-15} \cdot 6{,}7 \cdot 10^{14} \approx 2{,}774\ \text{эВ}$$

Ещё 3 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому5 шагов в разборе
229ФИПИ 45ECE8№ 21Высокая

Частота света в полях

Электроны, вылетевшие в положительном направлении оси $OX$ под действием света с катода фотоэлемента, попадают в электрическое и магнитное поля (см. рисунок). Какой должна быть частота падающего…

  1. 1
    На электрон действует электрическая сила, направленная противоположно вектору напряжённости электрического поля. Магнитная сила определяется правилом левой руки с учётом отрицательного заряда электрона. В данном случае электрическая и…$$F_эл = eE, \qquad F_м = evB$$
  2. 2
    Чтобы результирующая сила была направлена против оси $OY$, магнитная сила должна превышать электрическую:$$evB > eE$$

Ещё 5 шагов — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому7 шагов в разборе
230ФИПИ 4DE913№ 21Высокая

Изменение фототока при смене света

В опыте по изучению фотоэффекта катод освещается жёлтым светом, в результате чего в цепи возникает ток (рис. 1). Зависимость показаний амперметра $I$ от напряжения $U$ между анодом и катодом…

  1. 1
    Зелёный свет имеет большую частоту, чем жёлтый: $\nu_\text{з} > \nu_\text{ж}$.
  2. 2
    Согласно уравнению Эйнштейна максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов определяется выражением$$E_{k\,\max}=h\nu-A_\text{вых}$$

Ещё 6 шагов — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому8 шагов в разборе
231ФИПИ 4E30DA№ 21Повышенная

Максимальный импульс фотоэлектронов

Вольфрамовую пластину облучают светом с длиной волны $200\ \text{нм}$. Каков максимальный импульс вылетающих из пластины электронов, если работа выхода электронов из вольфрама равна…

  1. 1
    По уравнению Эйнштейна для фотоэффекта энергия фотона равна сумме работы выхода и максимальной кинетической энергии фотоэлектрона.$$E_\gamma = A_\text{вых} + E_{k\,\max}$$
  2. 2
    Энергия фотона равна$$E_\gamma = \frac{hc}{\lambda} = \frac{1240\ \text{эВ}\cdot\text{нм}}{200\ \text{нм}} = 6{,}20\ \text{эВ}$$

Ещё 4 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому6 шагов в разборе
232ФИПИ 5BD390№ 21Высокая

Работа выхода фотоэлектрона

Кванты света с длиной волны $660\ \text{нм}$ вырывают с поверхности металла фотоэлектроны, которые описывают в однородном магнитном поле с индукцией $1\ \text{мТл}$ окружности максимальным радиусом…

  1. 1
    Максимальному радиусу окружности соответствует максимальная скорость фотоэлектронов. Сила Лоренца играет роль центростремительной силы:$$evB=\frac{mv^2}{r}$$
  2. 2
    Выразим скорость электрона и его максимальную кинетическую энергию:$$v=\frac{eBr}{m},\qquad E_{\text{к,max}}=\frac{mv^2}{2}=\frac{e^2B^2r^2}{2m}$$

Ещё 3 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому5 шагов в разборе
233ФИПИ 5BF1E9№ 21Повышенная

Красная граница фотоэффекта

При увеличении в 2 раза частоты света, падающего на поверхность металла, задерживающее напряжение для фотоэлектронов увеличилось в 3 раза. Первоначальная частота падающего света была равна…

  1. 1
    Запишем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта для первоначальной частоты $\nu_1$ и задерживающего напряжения $U_1$.$$eU_1 = h\nu_1 - A$$
  2. 2
    После увеличения частоты в 2 раза частота станет $\nu_2 = 2\nu_1$, а задерживающее напряжение — $U_2 = 3U_1$.$$eU_2 = h\nu_2 - A$$

Ещё 4 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому6 шагов в разборе
234ФИПИ 6D6EAB№ 21Повышенная

Масса атома по отдаче

Покоящийся атом излучает фотон с энергией $16{,}32 \cdot 10^{-19}\ \text{Дж}$ в результате перехода электрона из возбуждённого состояния в основное. Атом в результате отдачи начинает двигаться…

  1. 1
    До излучения атом покоился, поэтому суммарный импульс системы был равен нулю. После излучения импульсы фотона и атома равны по модулю и противоположны по направлению:$$p_\text{а} = p_\gamma$$
  2. 2
    Импульс фотона выражается через его энергию:$$p_\gamma = \dfrac{E_\gamma}{c}$$

Ещё 3 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому5 шагов в разборе
235ФИПИ 765857№ 21Высокая

Импульс фотоэлектрона

Уровни энергии электрона в атоме водорода задаются формулой $E_n = -\dfrac{13{,}6}{n^2}$ эВ, где $n = 1, 2, 3, \ldots$. При переходе атома из состояния $E_2$ в состояние $E_1$ атом испускает фотон…

  1. 1
    Энергия фотона равна энергии, выделившейся при переходе электрона с уровня $n=2$ на уровень $n=1$:$$E_\gamma = E_2 - E_1 = \left(-\frac{13{,}6}{2^2}\right) - (-13{,}6) = 10{,}2\ \text{эВ}$$
  2. 2
    Работа выхода фотокатода определяется красной границей фотоэффекта:$$A_\text{вых} = h\nu_{\text{кр}} = 6{,}626\cdot10^{-34}\cdot6\cdot10^{14} = 3{,}976\cdot10^{-19}\ \text{Дж}$$

Ещё 3 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому5 шагов в разборе
236ФИПИ 9C8F39№ 21Высокая

Кинетическая энергия фотоэлектрона

Уровни энергии электрона в атоме водорода задаются формулой $E_n=-\dfrac{13{,}6}{n^2}\ \text{эВ}$, где $n=1,2,3,\ldots$. При переходе атома из состояния $E_2$ в состояние $E_1$ атом испускает фотон…

  1. 1
    Вычислим энергии электрона на втором и первом уровнях:$$E_2=-\frac{13{,}6}{2^2}=-3{,}4\ \text{эВ},\qquad E_1=-\frac{13{,}6}{1^2}=-13{,}6\ \text{эВ}$$
  2. 2
    Энергия испущенного при переходе фотона равна разности энергий начального и конечного состояний:$$E_{\gamma}=E_2-E_1=(-3{,}4)-(-13{,}6)=10{,}2\ \text{эВ}$$

Ещё 2 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому4 шага в разборе
237ФИПИ A087CE№ 21Повышенная

Объём введённого раствора

Пациенту ввели внутривенно дозу раствора, содержащего изотоп $^{24}_{11}\mathrm{Na}$. Активность $1\ \mathrm{см^3}$ этого раствора равна $a_0 = 2000$ распадов в секунду. Период полураспада изотопа…

  1. 1
    Переведём объём крови в кубические сантиметры: $V=6\ \mathrm{л}=6000\ \mathrm{см^3}$.
  2. 2
    Пусть $V_\text{р}$ — объём введённого раствора. Сразу после введения активность $1\ \mathrm{см^3}$ крови равна доле активности раствора, приходящейся на этот объём крови:$$a(0)=a_0\frac{V_\text{р}}{V}$$

Ещё 3 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому5 шагов в разборе
238ФИПИ AC93C2№ 21Высокая

Изменение фототока насыщения

В установке по наблюдению фотоэффекта свет от точечного источника $S$, пройдя через собирающую линзу, падает на фотокатод параллельным пучком. В схему внесли изменение: на место первоначальной линзы…

  1. 1
    Чтобы после собирающей линзы свет от точечного источника распространялся параллельным пучком, источник должен находиться в переднем фокусе линзы. Поэтому расстояние от источника до линзы равно её фокусному расстоянию.
  2. 2
    Фокусное расстояние новой линзы больше, следовательно, источник переместили дальше от линзы.

Ещё 3 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому5 шагов в разборе
239ФИПИ CDBA10№ 21Повышенная

Соответствие физических графиков

Установите соответствие между физическими зависимостями и видами графиков, обозначенными цифрами 1–5. Цифры в ответе могут повторяться.

  1. 1
    Потенциальная энергия упруго деформированной пружины определяется формулой:$$E_p = \dfrac{kx^2}{2}$$
  2. 2
    При постоянной жёсткости $k$ энергия пропорциональна квадрату удлинения $x$, поэтому ей соответствует возрастающая парабола — график 4.$$E_p \sim x^2$$

Ещё 4 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому6 шагов в разборе
240ФИПИ CF6142№ 21Повышенная

Максимальный импульс фотоэлектронов

Металлическую пластину освещают монохроматическим светом с длиной волны $\lambda = 531\ \text{нм}$. Каков максимальный импульс фотоэлектронов, если работа выхода электронов из данного металла…

  1. 1
    Запишем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта:$$\frac{hc}{\lambda} = A_{\text{вых}} + K_{\max}$$
  2. 2
    Найдём максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов, используя $h = 6{,}63 \cdot 10^{-34}\ \text{Дж·с}$ и $c = 3{,}0 \cdot 10^8\ \text{м/с}$:

Ещё 2 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому4 шага в разборе