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
241ФИПИ D4025B№ 21Высокая

Частота света по радиусу электрона

Фотокатод с работой выхода $4{,}42 \cdot 10^{-19}\ \text{Дж}$ освещается монохроматическим светом. Вылетевшие из катода электроны попадают в однородное магнитное поле с индукцией…

  1. 1
    Так как скорость электронов перпендикулярна линиям магнитной индукции, магнитная сила сообщает электронам центростремительное ускорение.$$evB = \frac{mv^2}{r}$$
  2. 2
    Из уравнения движения найдём импульс электрона.$$p = mv = eBr$$

Ещё 4 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому6 шагов в разборе
242ФИПИ EB5C27№ 21Повышенная

Красная граница фотоэффекта

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 из состояния $E_2$ в состояние $E_1$ атом испускает…

  1. 1
    Найдём энергию электрона на втором и первом энергетических уровнях:$$E_2=-\frac{13{,}6}{2^2}=-3{,}4\ \text{эВ},\quad E_1=-\frac{13{,}6}{1^2}=-13{,}6\ \text{эВ}$$
  2. 2
    При переходе с уровня $E_2$ на уровень $E_1$ испускается фотон с энергией, равной разности энергий уровней:$$h\nu=E_2-E_1=(-3{,}4)-(-13{,}6)=10{,}2\ \text{эВ}$$

Ещё 3 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому5 шагов в разборе
243ФИПИ F4B3A9№ 21Высокая

Отклонение электронов в полях

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

  1. 1
    Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов определяется уравнением Эйнштейна для фотоэффекта.$$K_{\max}=h\nu-A_\text{вых}$$
  2. 2
    Вычислим максимальную кинетическую энергию, используя значение постоянной Планка в электрон-вольтах.$$K_{\max}=4{,}14\cdot10^{-15}\cdot6{,}4\cdot10^{14}-2{,}39\approx0{,}260\ \text{эВ}$$

Ещё 4 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому6 шагов в разборе
244ФИПИ FCD901№ 21Высокая

Частота фотона при образовании атома

Электрон, имеющий импульс $p = 2 \cdot 10^{-24}\ \text{кг} \cdot \text{м/с}$, сталкивается с покоящимся протоном, образуя атом водорода в состоянии с энергией $E_n$ ($n = 2$). В процессе образования…

  1. 1
    Начальная кинетическая энергия электрона определяется его импульсом:$$E_k = \dfrac{p^2}{2m_e} = \dfrac{(2 \cdot 10^{-24})^2}{2 \cdot 9{,}1 \cdot 10^{-31}} \approx 2{,}20 \cdot 10^{-18}\ \text{Дж}$$
  2. 2
    Переведём кинетическую энергию в электронвольты:$$E_k \approx \dfrac{2{,}20 \cdot 10^{-18}}{1{,}6 \cdot 10^{-19}} \approx 13{,}7\ \text{эВ}$$

Ещё 3 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому5 шагов в разборе
245ФИПИ 0B7954№ 22Высокая

Определение длины волны фотокатода

Фототок с литиевого фотокатода, освещаемого монохроматическим излучением с длиной волны $\lambda_0$, прекращается при некотором значении запирающего напряжения. Если длину волны изменить в $1{,}5$…

  1. 1
    Поскольку запирающее напряжение увеличивается, длина волны уменьшается в $1{,}5$ раза: $\lambda_1=\lambda_0/1{,}5$. Поэтому энергия фотона увеличивается в $1{,}5$ раза.$$E_1=1{,}5E_0$$
  2. 2
    По уравнению фотоэффекта энергия фотона расходуется на работу выхода и сообщение электрону максимальной кинетической энергии.$$E_0=A+eU_0,\qquad E_1=A+eU_1$$

Ещё 3 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому5 шагов в разборе
246ФИПИ 2F6B86№ 22Повышенная

Давление рентгеновского излучения

Монохроматическое рентгеновское излучение с длиной волны $\lambda = 1{,}1 \cdot 10^{-10}\ \text{м}$ падает по нормали на пластинку и создаёт давление $P = 1{,}26 \cdot 10^{-6}\ \text{Па}$. При этом…

  1. 1
    Импульс одного фотона определяется через длину волны:$$p_\gamma = \frac{h}{\lambda}$$
  2. 2
    При отражении фотона от пластинки его импульс меняется на величину $2p_\gamma$. Проходящие фотоны не передают пластинке импульс, поскольку поглощением и рассеянием можно пренебречь.$$\Delta p = 2\frac{h}{\lambda}$$

Ещё 3 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому5 шагов в разборе
247ФИПИ 703B07№ 22Повышенная

Работа выхода при фотоэффекте

Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, вылетающих из металлической пластинки под действием света, равна $2\ \text{эВ}$. Длина волны падающего монохроматического света составляет…

  1. 1
    На красной границе фотоэффекта энергия фотона равна работе выхода: $E_0 = A_\text{вых}$.
  2. 2
    Длина волны падающего света равна $\dfrac{2}{3}\lambda_0$, поэтому энергия фотона в полтора раза больше энергии на красной границе:$$E_\gamma = \frac{hc}{\lambda} = \frac{hc}{\frac{2}{3}\lambda_0} = \frac{3}{2}A_\text{вых}$$

Ещё 2 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому4 шага в разборе
248ФИПИ 8A9F85№ 22Повышенная

Задерживающее напряжение при фотоэффекте

Работа выхода электронов из металла равна $1{,}6 \cdot 10^{-19}$ Дж. Задерживающая разность потенциалов для фотоэлектронов, вылетевших с поверхности этого металла под действием излучения с некоторой…

  1. 1
    Работа выхода равна $1{,}6 \cdot 10^{-19}$ Дж, то есть 1 эВ. При задерживающей разности потенциалов 3 В максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов равна 3 эВ.$$E_{k\,\max}=eU_\text{з}=3\ \text{эВ}$$
  2. 2
    По уравнению Эйнштейна энергия исходного фотона равна сумме работы выхода и максимальной кинетической энергии электронов.$$E_{\gamma}=A_\text{вых}+E_{k\,\max}=1+3=4\ \text{эВ}$$

Ещё 2 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому4 шага в разборе
249ФИПИ A32077№ 22Повышенная

Число фотонов на сетчатке

Сколько фотонов видимого света с длиной волны $0{,}45\ \text{мкм}$ попадает на сетчатку глаза за $2\ \text{с}$, если мощность поглощённого сетчаткой излучения на этой длине волны составляет…

  1. 1
    Полная энергия излучения, поглощённого сетчаткой за время $t$, равна:$$E = Pt$$
  2. 2
    Энергия одного фотона с длиной волны $\lambda$ равна:$$E_\text{ф} = \frac{hc}{\lambda}$$

Ещё 2 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому4 шага в разборе
250ФИПИ A7B3E5№ 22Повышенная

Частота при фотоэффекте

Энергия фотона в потоке фотонов, падающих на поверхность металла, в 2 раза превышает работу выхода электронов из металла. Во сколько раз надо увеличить частоту падающего излучения, чтобы…

  1. 1
    По условию энергия исходного фотона в два раза больше работы выхода:$$h\nu_1 = 2A_\text{вых}$$
  2. 2
    Из уравнения Эйнштейна найдём начальную максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов:$$E_{\text{к1 max}} = h\nu_1 - A_\text{вых} = 2A_\text{вых} - A_\text{вых} = A_\text{вых}$$

Ещё 3 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому5 шагов в разборе
251ФИПИ B387DC№ 22Высокая

Работа выхода электрона

Монохроматический свет частотой $6{,}2 \cdot 10^{14}\ \text{Гц}$ падает на поверхность фотокатода с работой выхода $A$. Электроны, вылетевшие горизонтально в северном направлении, попадают в…

  1. 1
    Для электрона электрическая сила направлена противоположно электрическому полю, то есть на восток. При заданных направлениях скорости и магнитного поля магнитная сила для отрицательного заряда направлена на запад.$$F_\text{э}=eE,\qquad F_\text{м}=evB$$
  2. 2
    Чтобы результирующая сила была направлена на восток, электрическая сила должна быть больше магнитной.$$eE>evB,\qquad v<\frac{E}{B}$$

Ещё 5 шагов — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому7 шагов в разборе
252ФИПИ BF110A№ 22Повышенная

Частоты линий водорода

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

  1. 1
    Частота фотона пропорциональна энергии фотона, поэтому отношение частот равно отношению разностей энергий соответствующих уровней:$$\nu = \dfrac{\Delta E}{h}, \qquad \beta = \dfrac{\nu_{\text{Л,min}}}{\nu_{\text{Б,max}}} = \dfrac{\Delta E_{\text{Л,min}}}{\Delta E_{\text{Б,max}}}$$
  2. 2
    Минимальной частоте в серии Лаймана соответствует переход с уровня $n = 2$ на уровень $n = 1$, так как это переход между ближайшими уровнями серии.$$\Delta E_{\text{Л,min}} = E_2 - E_1 = -\dfrac{13{,}6}{2^2} - (-13{,}6) = 10{,}2\ \text{эВ}$$

Ещё 2 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому4 шага в разборе
253ФИПИ CEDDE6№ 22Повышенная

Красная граница фотоэффекта

При облучении фотокатода ультрафиолетовым излучением с длиной волны $\lambda = 300\ \text{нм}$ задерживающее напряжение для фотоэлектронов равно $0{,}9\ \text{В}$. Какова длина волны…

  1. 1
    По уравнению Эйнштейна энергия фотона расходуется на совершение работы выхода и сообщение фотоэлектрону максимальной кинетической энергии.$$\frac{hc}{\lambda}=A_\text{вых}+eU_\text{з}$$
  2. 2
    На красной границе фотоэффекта кинетическая энергия электронов равна нулю, поэтому работа выхода связана с предельной длиной волны следующим образом:$$A_\text{вых}=\frac{hc}{\lambda_0}$$

Ещё 2 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому4 шага в разборе
254ФИПИ DD17C6№ 22Повышенная

Остановка фотоэлектронов

Фотокатод облучают светом с длиной волны $\lambda = 200\ \text{нм}$. «Красная граница» фотоэффекта для вещества фотокатода $\lambda_0 = 290\ \text{нм}$. Какое напряжение $U$ нужно создать между…

  1. 1
    Запишем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта:$$h\nu = A_{\text{вых}} + E_{\text{к max}}$$
  2. 2
    При создании задерживающего напряжения фототок прекращается, когда максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов равна работе электрического поля:$$E_{\text{к max}} = eU$$

Ещё 3 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому5 шагов в разборе
255ФИПИ 0EF025№ 23Повышенная

Мощность поглощаемого излучения

Детектор полностью поглощает падающий на него свет частотой $\nu = 6 \cdot 10^{14}\ \text{Гц}$. За время $t = 5\ \text{с}$ детектор поглощает $N = 3 \cdot 10^5$ фотонов. Какова мощность излучения…

  1. 1
    Энергия одного фотона определяется формулой:$$E_\text{ф} = h\nu$$
  2. 2
    Так как детектор поглощает $N$ фотонов, полная поглощённая энергия равна:$$E = Nh\nu$$

Ещё 2 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому4 шага в разборе
256ФИПИ D6F721№ 24Высокая

Давление после альфа-распада

В открытый контейнер объёмом $50\ \text{мл}$ поместили $1\ \text{г}$ изотопа полония-210. Затем контейнер герметично закрыли. Данный изотоп полония радиоактивен и претерпевает альфа-распад с…

  1. 1
    После закрытия контейнера находящийся в нём воздух сохраняет атмосферное давление $p_0=10^5\ \text{Па}$. При распаде полония образуются альфа-частицы, которые превращаются в атомы гелия и увеличивают количество газа.
  2. 2
    Переведём время и температуру в необходимые единицы: $t=5\cdot 7=35$ дней, $T=45+273=318\ \text{К}$, $V=50\ \text{мл}=5\cdot10^{-5}\ \text{м}^3$.

Ещё 3 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому5 шагов в разборе
257ФИПИ 002D3A№ 25Повышенная

Нагревание воды фотонами

Электромагнитное излучение с длиной волны $3{,}3 \cdot 10^{-7}\ \text{м}$ используется для нагревания воды. Какую массу воды можно нагреть за $70\ \text{с}$ на $10\ ^\circ\text{C}$, если источник…

  1. 1
    За время $t$ источник излучает количество фотонов $N = nt$.$$N = 10^{20} \cdot 70 = 7{,}0 \cdot 10^{21}$$
  2. 2
    Энергия одного фотона равна энергии кванта электромагнитного излучения.$$E_{\text{ф}} = \frac{hc}{\lambda}$$

Ещё 3 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому5 шагов в разборе
258ФИПИ 0BACBC№ 25Повышенная

Красная граница фотоэффекта

Частота световой волны, соответствующая «красной границе» фотоэффекта для калия, $\nu_1 = 5{,}33 \cdot 10^{14}\ \text{Гц}$. Этой волной облучают фотокатод, изготовленный из некоторого другого…

  1. 1
    Для калия частота $\nu_1$ является красной границей, поэтому энергия фотона полностью расходуется на совершение работы выхода:$$A_{\text{вых, K}} = h\nu_1$$
  2. 2
    Для другого металла при облучении той же световой волной энергия фотона равна сумме работы выхода и максимальной кинетической энергии электронов:$$h\nu_1 = A_{\text{вых}} + E_{\text{к max}}$$

Ещё 4 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому6 шагов в разборе
259ФИПИ 19794E№ 25Повышенная

Частота света по тормозному пути

Фотоэлектроны, выбитые монохроматическим светом из металла с работой выхода $A_{\text{вых}} = 1{,}89\ \text{эВ}$, попадают в однородное электрическое поле $E = 100\ \text{В/м}$. Какова частота света…

  1. 1
    При движении электрона вдоль линий напряжённости электрическое поле тормозит его. Работа поля по модулю равна начальной максимальной кинетической энергии фотоэлектрона:$$K_{\max}=eEd$$
  2. 2
    В электрон-вольтах энергия, приобретённая при торможении, равна произведению напряжённости поля на путь, выраженному в вольтах:$$eEd = e\cdot 100\cdot 8{,}7\cdot 10^{-3}\ \text{В}=0{,}87\ \text{эВ}$$

Ещё 2 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому4 шага в разборе
260ФИПИ 3926A9№ 25Повышенная

Задерживающее поле фотоэлектронов

На плоскую цинковую пластинку ($A_{\text{вых}} = 3{,}75$ эВ) падает электромагнитное излучение с длиной волны $0{,}3$ мкм. Какова напряжённость задерживающего однородного электрического поля, вектор…

  1. 1
    Энергия фотона определяется формулой:$$E_\gamma = \frac{hc}{\lambda}$$
  2. 2
    Приближённо используем значение $hc \approx 1240$ эВ·нм. Длина волны $0{,}3$ мкм равна $300$ нм, поэтому энергия фотона:$$E_\gamma = \frac{1240}{300} \approx 4{,}13\ \text{эВ}$$

Ещё 3 шага — в полном решении

Решение полностьюОтветРешать самому5 шагов в разборе