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

Частота излучения по энергии фотоэлектронов

Металлическая пластина облучается монохроматическим электромагнитным излучением. Работа выхода электронов из данного металла равна $4{,}7\ \text{эВ}$. Вылетающие из пластины фотоэлектроны попадают в…

1. 1
   При удалении электрона от пластины сила электрического поля совершает положительную работу, так как электрон заряжен отрицательно, а вектор напряжённости направлен к пластине. Поэтому кинетическая энергия электрона увеличивается на работу…$$K_1=K_0+eEs$$
2. 2
   Выразим начальную максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов у поверхности пластины. Удобно учитывать, что величина $eEs$ в электрон-вольтах равна $Es$, если $E$ выражена в вольтах на метр, а $s$ — в метрах.$$K_0=K_1-eEs=21{,}9-100\cdot0{,}20=1{,}9\ \text{эВ}$$

Ещё 2 шага — в полном решении

Фотоэффект и работа выхода

На установке, представленной на фотографиях (рисунок а — общий вид, рисунок б — фотоэлемент), исследовали зависимость кинетической энергии фотоэлектронов от частоты падающего света. Для этого в…

1. 1
   Синий свет имеет большую частоту, чем жёлтый, поэтому при переходе от первой серии ко второй частота падающего света увеличивается.$$\nu_{\text{синего}} > \nu_{\text{жёлтого}}$$
2. 2
   Работа выхода зависит от материала металла фотоэлемента. Материал фотоэлемента при смене светофильтра не изменяется, поэтому работа выхода остаётся прежней.$$A_{\text{вых}} = \text{const}$$

Законы фотоэффекта

При исследовании зависимости кинетической энергии фотоэлектронов от длины волны падающего света фотоэлемент поочерёдно освещался через разные светофильтры. В первой серии опытов использовался…

1. 1
   Зелёный свет имеет большую длину волны, чем синий, поэтому при переходе от первой серии ко второй длина световой волны увеличивается.$$\lambda_{\text{зел}} > \lambda_{\text{син}}$$
2. 2
   Энергия фотона обратно пропорциональна длине волны. Согласно уравнению Эйнштейна для фотоэффекта, при увеличении длины волны максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов уменьшается.$$E_{\text{к max}} = \dfrac{hc}{\lambda} - A_{\text{вых}}$$

Изменения при альфа-распаде

Ядро испытывает $\alpha$-распад. Как меняются при этом число нейтронов в ядре и заряд ядра?

1. 1
   При альфа-распаде ядро испускает $\alpha$-частицу, состоящую из двух протонов и двух нейтронов.$$^{4}_{2}\mathrm{He}=2p+2n$$
2. 2
   Число нейтронов в исходном ядре уменьшается на два.

Ещё 1 шаг — в полном решении

Формулы для фотона

Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. $E$ — энергия фотона; $h$ — постоянная Планка; $p$ — импульс фотона.

1. 1
   Свяжем длину волны фотона с его импульсом.$$p = \dfrac{h}{\lambda} \Rightarrow \lambda = \dfrac{h}{p}$$
2. 2
   Свяжем частоту фотона с его энергией.$$E = h\nu \Rightarrow \nu = \dfrac{E}{h}$$

Ещё 1 шаг — в полном решении

Захват нейтрона ядром

В ядерном реакторе цепочка ядерных реакций начинается с захвата ядром нейтрона. Как изменятся при захвате нейтрона заряд ядра и число нуклонов в ядре?

1. 1
   Нейтрон электрически нейтрален, поэтому при его захвате заряд ядра не изменяется.$$q_n = 0$$
2. 2
   Захваченный нейтрон входит в состав ядра, поэтому число нуклонов увеличивается на один.$$A' = A + 1$$

Изменение параметров фотоэффекта

При исследовании зависимости максимальной кинетической энергии фотоэлектронов от длины волны падающего света фотоэлемент освещали через различные светофильтры. В первой серии опытов использовали…

1. 1
   Ультрафиолетовое излучение имеет меньшую длину волны, чем синее. Поэтому при переходе к синему свету длина волны увеличивается.$$\lambda_\text{синего} > \lambda_\text{УФ}$$
2. 2
   Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов определяется уравнением Эйнштейна для фотоэффекта.$$E_{k\,\max} = \dfrac{hc}{\lambda} - A_\text{вых}$$

Ещё 1 шаг — в полном решении

Переходы между уровнями атома

На рисунке изображена упрощённая диаграмма нижних энергетических уровней атома. Нумерованными стрелками отмечены некоторые возможные переходы атома между этими уровнями. Какой из этих переходов…

1. 1
   Энергия кванта света определяется разностью энергий уровней:$$h\nu = |E_2-E_1|$$
2. 2
   Поглощению соответствует переход вверх. Среди таких переходов наименьшая разность энергий указана стрелкой 3, поэтому для позиции А выбираем 3.$$\nu_{\text{погл.}}=\frac{\Delta E}{h}$$

Ещё 1 шаг — в полном решении

Изменение длин волн фотоэффекта

Монохроматический свет с энергией фотонов $E_{\text{ф}}$ падает на поверхность металла, вызывая фотоэффект. Как изменятся длина волны $\lambda$ падающего света и длина волны $\lambda_{\text{кр}}$…

1. 1
   Энергия фотона связана с длиной волны падающего света соотношением:$$E_{\text{ф}} = \dfrac{hc}{\lambda}$$
2. 2
   При уменьшении энергии фотонов длина волны падающего света увеличивается.$$E_{\text{ф}} \downarrow \Rightarrow \lambda \uparrow$$

Ещё 1 шаг — в полном решении

Переходы между уровнями энергии

На рисунке изображена упрощённая диаграмма нижних энергетических уровней атома. Стрелками отмечены некоторые возможные переходы атома между этими уровнями. Установите соответствие между процессами…

1. 1
   Энергия фотона определяется формулой $E = \dfrac{hc}{\lambda}$. Поэтому фотону с наименьшей длиной волны соответствует наибольшая энергия перехода.
2. 2
   Для поглощения выбирается переход с наибольшей разностью энергий, отмеченный на диаграмме: от $E_0$ до $E_3$.$$E_{\text{погл}} = E_3 - E_0$$

Ещё 1 шаг — в полном решении

Переходы между энергетическими уровнями

На рисунке изображена упрощённая диаграмма энергетических уровней атома. Нумерованными стрелками отмечены некоторые возможные переходы атома между этими уровнями. Какие из этих переходов связаны с…

1. 1
   Энергия фотона связана с длиной волны соотношением: чем больше энергия фотона, тем меньше его длина волны.$$\lambda = \dfrac{hc}{\Delta E}$$
2. 2
   При поглощении атом переходит на более высокий энергетический уровень. Из двух переходов $E_0 \to E_1$ и $E_0 \to E_2$ меньшей разности энергий соответствует переход $E_0 \to E_1$, поэтому его длина волны максимальна.

Ещё 1 шаг — в полном решении

Переходы между уровнями

На рисунке изображена упрощённая диаграмма нижних энергетических уровней атома. Нумерованными стрелками отмечены некоторые возможные переходы атома между этими уровнями. Определите переход…

1. 1
   Энергия поглощённого или испущенного фотона равна разности энергий уровней.$$E_\gamma = |E_2 - E_1| = h\nu = \dfrac{hc}{\lambda}$$
2. 2
   При поглощении фотона атом переходит на более высокий уровень. Наибольшей длине волны соответствует наименьшая энергия фотона, то есть наименьшая разность уровней. Это переход 1.

Ещё 1 шаг — в полном решении

Изменение энергии фотоэлектронов

На установке, представленной на фотографиях (рисунок а — общий вид, рисунок б — фотоэлемент), исследовали зависимость кинетической энергии фотоэлектронов от частоты падающего света. Для этого в…

1. 1
   При переходе от красного света к жёлтому длина волны увеличивается: длина волны жёлтого света больше длины волны красного.$$\lambda_{\text{жёлт}} > \lambda_{\text{красн}}$$
2. 2
   Из соотношения $c = \lambda\nu$ следует, что при увеличении длины волны частота уменьшается.$$\nu_{\text{жёлт}} < \nu_{\text{красн}}$$

Ещё 1 шаг — в полном решении

Переходы между уровнями атома

На рисунке изображена упрощённая диаграмма нижних энергетических уровней атома. Нумерованными стрелками отмечены некоторые возможные переходы атома между этими уровнями. Определите переход…

1. 1
   При переходе атома между энергетическими уровнями энергия фотона равна разности энергий этих уровней.$$h\nu = \Delta E$$
2. 2
   При поглощении света атом переходит на более высокий энергетический уровень. Наименьшей частоте соответствует наименьшая разность энергий; на диаграмме это переход 3.$$\nu_{\text{погл}} = \dfrac{\Delta E}{h}$$

Ещё 1 шаг — в полном решении

Изменение параметров фотоэффекта

На металлическую пластинку (катод) установки для исследования фотоэффекта направили пучок света от лазера, вызвав фотоэффект. Интенсивность лазерного излучения плавно уменьшают, не меняя его длины…

1. 1
   Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов определяется уравнением Эйнштейна для фотоэффекта.$$h\nu = A_\text{вых} + E_{k\,\max}$$
2. 2
   Длина волны света не изменяется, следовательно, не изменяется и его частота \(\nu = c/\lambda\). Поэтому максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов остаётся прежней.$$E_{k\,\max} = h\nu - A_\text{вых} = \mathrm{const}$$

Ещё 1 шаг — в полном решении

Законы фотоэффекта

При исследовании зависимости кинетической энергии фотоэлектронов от частоты падающего света фотоэлемент освещался через светофильтры. В первой серии опытов использовался светофильтр, пропускающий…

1. 1
   Синий свет имеет меньшую длину волны, чем жёлтый, поэтому его частота больше. При переходе от синего света к жёлтому частота уменьшается.$$\nu = \dfrac{c}{\lambda}$$
2. 2
   Работа выхода зависит от материала поверхности фотоэлемента, а не от частоты падающего света. Материал фотоэлемента не изменяется, поэтому работа выхода остаётся прежней.$$A_{\text{вых}} = \text{const}$$

Изменение параметров фотоэффекта

Монохроматический свет с энергией фотонов $E_{\text{ф}}$ падает на поверхность металла, вызывая фотоэффект. При этом напряжение, при котором фототок прекращается, равно $U_{\text{зап}}$. Как…

1. 1
   Энергия фотона обратно пропорциональна длине волны:$$E_{\text{ф}} = \dfrac{hc}{\lambda}$$
2. 2
   Если энергия фотонов увеличивается, длина волны уменьшается.

Ещё 2 шага — в полном решении

Изменение энергии фотонов

В лабораторной работе ученики изучают зависимость максимальной кинетической энергии фотоэлектронов, вылетающих с фотокатода, от частоты падающего света. В опытах наблюдается явление фотоэффекта…

1. 1
   Энергия фотона определяется частотой падающего света:$$E = h\nu$$
2. 2
   При увеличении частоты $\nu$ энергия каждого фотона увеличивается.

Ещё 2 шага — в полном решении

Изменение параметров фотоэффекта

В лабораторной работе изучают зависимость максимальной кинетической энергии фотоэлектронов, вылетающих с фотокатода, от длины волны падающего света. В опытах наблюдают явление фотоэффекта и измеряют…

1. 1
   Энергия фотона связана с длиной волны падающего света формулой:$$E = \dfrac{hc}{\lambda}$$
2. 2
   При увеличении длины волны падающего света энергия фотона уменьшается.

Ещё 1 шаг — в полном решении

Изменение энергии при фотоэффекте

Во время лабораторной работы ученики изучают зависимость максимальной кинетической энергии фотоэлектронов, вылетающих с фотокатода, от частоты падающего света. В опытах наблюдают явление фотоэффекта…

1. 1
   Энергия фотона определяется частотой падающего света.$$E_\text{ф} = h\nu$$
2. 2
   При уменьшении частоты энергия фотона уменьшается.

Ещё 1 шаг — в полном решении