أسئلة الفيزياء الوزارية: الوحدة ٧: الفيزياء الحديثة

يوضّح الشكل المجاور العلاقة بين شدة الإشعاع الصادر عن جسم أسود والطول الموجي له عند درجات حرارة مختلفة. المنحنى الذي يمثّل أقلّ طاقة إشعاعية منبعثة من سطح الجسم، هو:

في تجربة الظاهرة الكهروضوئية، عند استخدام ضوء طاقته ($2.75\text{ eV}$) تولّد تيار كهروضوئي، ووُجد أنّ هذا التيار يصبح صفرًا عند فرق جهد ($0.47\text{ V}$). معتمدًا على بيانات الجدول المجاور، فإنّ نوع فلز الباعث الذي استُخدم في التجربة، هو:

ثوابت: ($h = 6.6 \times 10^{-34}\text{ J}\cdot\text{s}$، $c = 3 \times 10^{8}\text{ m/s}$، $1\text{ eV} = 1.6 \times 10^{-19}\text{ J}$)

فوتون طول موجته ($\lambda$) اصطدم بإلكترون حرّ ساكن فاكتسب الإلكترون طاقة ($5\text{ eV}$). إذا علمت أنّ طول موجة الفوتون المُشتَّت ($3\lambda$)، فإنّ مقدار ($\lambda$) بوحدة نانومتر ($\text{nm}$) يساوي:

المنطقة/المناطق التي أظهرت فيها النتائج التجريبية لإشعاع الجسم الأسود توافقًا مع نموذج رايلي- جينز هي:

ثوابت: ($c = 3 \times 10^{8}\text{ m/s}$)

يمثل الرسم البياني المجاور العلاقة بين الطاقة الحركية العظمى للإلكترونات الضوئية، وتردد الأشعة الكهرومغناطيسية في الظاهرة الكهروضوئية. إن الأطوال الموجية ⁦(λ)⁩ بوحدة ميكرو متر ⁦(μm)⁩ للأشعة الكهرومغناطيسية الساقطة على الباعث التي تمكّن الإلكترونات من الانطلاق بطاقة حركية هي:

ثوابت: ($1\text{ eV} = 1.6 \times 10^{-19}\text{ J}$)

سقط فوتون أشعة سينية طاقته (⁦E⁩ᵢ) على إلكترون حرّ ساكن، فاكتسب الإلكترون طاقة مقدارها ⁦(20keV)⁩⁠. إذا كانت طاقة الفوتون المشتت (⁦3/4 E⁩ᵢ)، فإن مقدار (⁦E⁩ᵢ) بوحدة جول ⁦(J)⁩ يساوي :

يمثّل الرسم البياني المجاور العلاقة بين جهد الإيقاف ($V_{s}$) وتردّد الإشعاع ⁦(f)⁩ الساقط على باعث خلية كهروضوئية. مستعيناً بالبيانات المبيّنة على الرسم، أجب عن الفقرتين (39، 40) الآتيتين: (اعتبر أن: $h = ⁦6.4$\⁦times⁩$10⁻³⁴⁩$) 39- تردّد العتبة ⁦(f₀)⁩ بوحدة هيرتز ⁦(Hz)⁩ لفلز الباعث يساوي:

يمثّل الرسم البياني المجاور العلاقة بين جهد الإيقاف ($V_{s}$) وتردّد الإشعاع ⁦(f)⁩ الساقط على باعث خلية كهروضوئية. مستعيناً بالبيانات المبيّنة على الرسم (اعتبر أن: $h = ⁦6.4$\⁦times⁩$10⁻³⁴⁩$).

إذا سقط إشعاع تردّده ⁦(10 × 10¹⁴ Hz)⁩ على الباعث، فإنّ طول موجته بوحدة متر ⁦(m)⁩ يساوي:

يبيّن الشكل المجاور توضيحاً بسيطاً للتصوّر الذي وضعه أينشتين للظاهرة الكهروضوئية. بافتراض أن الفوتونات الساقطة على سطح الفلز جميعها تمتلك الطاقة نفسها، فإنّ الترتيب الصحيح للطاقات الحركية للإلكترونات المتحرّرة من سطح الفلز (1، 2، 3) هو:

يوضح الشكل المجاور العلاقة بين شدة الإشعاع الصادر عن الجسم الأسود والطول الموجي له عند درجات حرارة مختلفة. بافتراض أنّ الشمس جسم أسود، وأكبر شدّة إشعاع لها تكون في منطقة الضوء المرئيّ، فإنّ درجة حرارة سطح الشمس بوحدة ⁦(K)⁩ تصل تقريبًا إلى:

يوضّح الشكل البياني المجاور العلاقة بين الطاقة الحركيّة العُظمى للإلكترونات المُنبعِثة في خليّة كهروضوئية، وتردّد الضوء الساقط عليها. عندما يكون الضوء الساقط ($1 \times 10^{15}$ ⁦Hz⁩)، فإنّ جهد الإيقاف بوحدة فولت ⁦(V)⁩ يساوي:

أُسقِطَ كومبتون أشعة سينية على هدف من الغرافيت، فلاحظ أنّ الأشعة المُشتَّتة تختلف عن الأشعة الساقطة بأنّ:

إلكترون ذرة الهيدروجين في مستوى الاستقرار امتصّ فوتونًا طاقته ($E$) فانتقل إلى مستوى إثارة. إذا علمت أنّ الزخم الزاوي للإلكترون في مستوى الإثارة ($\frac{2h}{\pi}$). فإنّ طاقة الفوتون الممتص بوحدة إلكترون فولت ($\text{eV}$) تساوي:

يبيّن الشكل المجاور طيف الانبعاث الخطي المرئي لذرة الهيدروجين. معتمدًا على بيانات الشكل، فإنّ خط الطيف الذي يمثّل الفوتون الأقلّ طاقة، هو:

إلكترون كتلته ($m_e$) وبروتون كتلته ($m_p$) تسارَعا من السكون بفرق جهد ($\Delta V$) للمدة الزمنية نفسها. إنّ نسبة طول موجة دي بروي المصاحبة للإلكترون ($\lambda_e$) إلى طول موجة دي بروي المصاحبة للبروتون ($\lambda_p$) عند نهاية مدة تسارعهما، ($\frac{\lambda_e}{\lambda_p}$) بدلالة سرعتيهما تساوي:

يتحرك بروتون وإلكترون بحيث كانت الموجتان المصاحبتان لهما متساويتين في الطول الموجي. عند مقارنة حركة الإلكترون مع حركة البروتون، فإنّ:

ثوابت: ($h = 6.6 \times 10^{-34}\text{ J.s}$، $1\text{ eV} = 1.6 \times 10^{-19}\text{ J}$)

يبين الشكل المجاور خطوط الطيف لذرة أحادية الإلكترون في إحدى المجرات. مستعينًا بالشكل وبياناته، أجب عن الفقرتين (40، 41) الآتيتين: طاقة المستوى الأول ⁦(E₁)⁩ بوحدة إلكترون فولت ⁦(eV)⁩ تساوي:

يبيّن الشكل المجاور خطوط الطيف لذرة أحادية الإلكترون في إحدى المجرّات. مستعينًا بالشكل وبياناته:

إذا انتقل إلكترون هذه الذرة من مستوى الطاقة ($n = 3$) إلى مستوى الطاقة ($n = 2$)، فإنّ تردّد الفوتون المنبعث بوحدة هيرتز ⁦(Hz)⁩ يساوي:

يبيّن الجدول المجاور طاقات أربعة فوتونات مختلفة (1, 2, 3, 4). إنّ الفوتون اللازم إسقاطه على ذرة الهيدروجين لنقل إلكترونها من مستوى الاستقرار إلى أحد مستويات الإثارة هو الفوتون:

إذا علمت أنّ الزخم الزاوي لإلكترون ذرة الهيدروجين في أحد مستويات الطاقة يساوي ⁦(L)⁩⁠. فإنّ طاقة الإلكترون بوحدة ⁦(eV)⁩ في هذا المستوى بدلالة ⁦(L)⁩ تساوي: (علماً بأنّ: ثابت بلانك: ⁦h⁩ ، ħ = ⁦h/2⁩$\pi$ )

تسارَعَ إلكترون شُحنتُه ($e$) وكُتلته ($m$) من السكون بفَرْق جهد مقداره ($\Delta V$)، إذا علمت أنّ ثابت بلانك ($h$)، فإنّ طول موجة دي بروي المُصاحِبة للإلكترون ($\lambda_e$) عند نهاية مُدة تسارُعه يساوي:

مقدار طول موجة الفوتون المُنبعِث عند انتقال إلكترون ذرّة الهيدروجين من مستوى الطاقة ($n = \infty$) إلى مستوى الطاقة ($n = 2$) بدلالة ثابت ريدبيرغ ($R_H$) يساوي:

انتقل إلكترون ذرة هيدروجين من مستوى طاقة إلى مستوى طاقة آخر نتيجة امتصاصه لفوتون. الشكل الصحيح الذي يُمثّل هذا الانتقال، هو:

نسبة طاقة المستوى الأول إلى طاقة المستوى الثالث ⁦(E₁/E₃)⁩ في ذرّة الهيدروجين، هي: