QUESTÕES DE FÍSICA MODERNA

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1 QUESTÕES DE FÍSICA MODERNA 1) Em diodos emissores de luz, conhecidos como LEDs, a emissão de luz ocorre quando elétrons passam de um nível de maior energia para um outro de menor energia. Dois tipos comuns de LEDs bem conhecidos são o que emite luz vermelha e o que emite luz amarela. Sabe-se que a frequência da luz vermelha é menor que a da luz amarela. Sejam: λ amarela o comprimento de onda da luz emitida pelo LED de luz amarela e E amarela a diferença de energia entre os níveis desse mesmo LED. Para o LED vermelho, essas grandezas são, respectivamente, λ vermelho e E vermelho. Considerando-se essas informações, é correto afirmar que: (a) E amarela > E vermelho e λ amarela > λ vermelho. (b) E amarela > E vermelho e λ amarela < λ vermelho. (c) E amarela < E vermelho e λ amarela > λ vermelho. (d) E amarela < E vermelho e λ amarela < λ vermelho. (e) E amarela = E vermelho e λ amarela < λ vermelho. 2) Em 1911, Ernest Rutherford elaborou uma experiência, onde ele bombardeou com partículas alfa uma lâmina delgada de ouro. Essa experiência levou Rutherford à conclusão de que: (a) A carga positiva do átomo está uniformemente distribuída no seu volume. (b) A massa do átomo está uniformemente distribuída no seu volume. (c) A carga negativa do átomo está concentrada em um núcleo muito pequeno. (d) A carga positiva e quase toda a massa do átomo estão concentradas em um núcleo muito pequeno. (e) As cargas positivas e negativas estão distribuídas uniformemente no seu volume. ) Em 1887, Frank Hertz realizou experimentos que demonstraram a existência de ondas eletromagnéticas. Para gerar as ondas eletromagnéticas, Hertz produzia descargas entre dois eletrodos. Em alguns casos, ele observou que, quando luz incidia sobre o catodo, a descarga ficava mais intensa. Ele tinha descoberto o Efeito Fotoelétrico, uma emissão de raios catódicos (elétrons) induzida pela luz. Com respeito a fenômeno conhecido por efeito foto elétrico descoberto por Hertz, é correto afirma que: I Uma superfície metálica fotossensível somente emite fotoelétrons quando a intensidade da radiação eletromagnética incidente nessa superfície excede um certo valor mínimo, que depende do metal. II - O efeito fotoelétrico pode ser explicado satisfatoriamente com a adoção de um modelo corpuscular para a luz. III - Uma superfície metálica fotossensível somente emite fotoelétrons quando a frequência da radiação eletromagnética incidente nessa superfície excede um certo valor mínimo, que depende do metal. (a) Apenas I. (b) Apenas I e II. (c) Apenas II e III. (d) I, II e III. (e) Apenas III

2 4) Numa reação nuclear A e a são, respectivamente, o núcleo-alvo e a partícula incidente, enquanto que b e B são os produtos da reação nuclear. Sendo,, e as massa de a, b, A e B, respectivamente esta reação nuclear é dita exoenergética quando: + + (a) + > + (b) + < + (c) + > + (d) + < + (e) + > + 5) Dada a reação nuclear + + Γ + 2, tem-se que: (a) = + 2 e = (b) = + 1 e = (c) = + e = (d) = e = + (e) = + e = + Um elétron aprisionado em um poço de potencial infinito de largura ( ) = ( ) e admite apenas níveis de energia dados por: possui uma função de onda = (h ) (8 ),onde: massa do elétron, h a constante de Planck e = 1,2,,. Com base no enunciado acima responda as perguntas abaixo: 6) A energia do segundo estado excitado do elétron e função da energia do estado fundamental é dada por: (a) = 9 (b) = 4 (c) = h (2 ) (d) = 9h (8 ) (e) = 16 7) A energia que deve ser fornecida ao elétron para que ele execute um salto quântico do primeiro estado excitado para o segundo estado excitado é dado por: (a) = h (2 ) (b) = h (8 ) (c) = h (2 ) (d) = 5h (2 ) (e) = 5h (8 ) 8) A probabilidade de que um elétron no primeiro estado excitado de energia seja detectado entre 0 /2 é (a) (b) ( ) (c) (d) ( ) (e)

3 1,6 9) Os níveis de energia do átomo de hidrogênio são dados por E n ev, sendo 2 n n = 1,2,... o número quântico principal. Estando o elétron no primeiro estado excitado o comprimento de onda da radiação emitida quando esse elétron efetua a transição para o estado fundamental é, em metro Dados: h (constante de Planck) = 4, ev.s c (velocidade da luz) =, m/s (A) 2, (B) 1, (C), (D) 1, (E) 2, ) A descontinuidade dos espectros de absorção ou emissão de energia pelo átomo de hidrogênio evidencia a existência de: (A) núcleos atômicos (B) nêutrons (C) níveis de energia (D) elétrons (E) isótopos 11) Se as seguintes partículas tiverem, todas, a mesma energia cinética, qual delas terá o menor comprimento de onda, (A) elétron (B) nêutron (C) partícula alfa (D) próton (E) deutério 12) Considere uma partícula confinada num poço de potencial infinito de largura L e no estado de menor energia. Se a função de onda associada a essa partícula é dada por ( x) sen 2 ( x )dx (A) 20 % (B) 0 % (C) 40 % (D) 50 % (E) 60 % 2 sen x L, a probabilidade de encontrar essa partícula entre 0 e L L 2 x sen(2 x) é Dado :

4 1) Experiências mostram que os núcleos (supostamente esféricos ) dos átomos tem um raio médio característico R dado por R R A 1/ o onde A é o número de massa e R o 1, m. Vemos então que a densidade de um núcleo (matéria nuclear) pode ser expressa por 4 / Ro 4 / R o (A) (B) A (C) 4 Ro A 4 4 (D) R o (E) Ro A 14) Um material radioativo contém inicialmente mg de 24 U, cuja meia-vida é de 2, anos. Após 4, , anos existirão: (A) 0,75 mg (B) 1,0 mg (C) 1,25 mg (D) 1,50 mg (E) 1,75 mg 15) Num certo evento de fissão do 25 U 92 por nêutrons lentos, não houve emissão de nêutrons e um dos fragmentos primários de fissão foi o 8 Ge 2. O outro fragmento de fissão deve ser (A) 140 Xe 54 (B) 141 Cs 55 (C) 19 I 5 (D) 141 Ba 56 (E) 15 Nd 60 16) A função trabalho, = hf, para o sódio metálico vale aproximadamente 2,0 ev. O menor valor do comprimento de onda para que ocorra o efeito fotoelétrico, nesse metal é, em metros, Dado: h (constante de Planck) = ev.s c (velocidade da luz) =.10 8 m/s (A), (B) 1, (C), (D) 6, (E),0.10-6

5 17) Determine a energia de um fóton cujo comprimento de onda é de 912, considerando a constante de Planck igual a 6,626 x 10-4 J.s e a velocidade da luz igual a x10 8 m/s. (a) 22 x J (b) 12 x J (c) 22 x ev (d) 2,2 x J (e) 202 x J 18) Levando-se em consideração a relação entre energia e tempo, podemos dizer que a constante de Planck tem as mesmas dimensões de: (a) Momento linear (b) Momento angular (c) Velocidade (d) Massa (e) Momento magnético 19) Os fótons de Raios X ao atingirem um paciente são atenuados por efeito: (a) Compton e Recoil; (b) Fotoelétrico e frenamento; (c) Compton e radiação secundária; (d) Compton e Fotoelétrico; (e) Fotoelétrico e radiação espalhada 20) Sendo P(r) a densidade de probabilidade radial, estado fundamental do átomo de hidrogênio, em relação a ( ) = 1 é correto afirmar que: (a) A equação estabelece que em um átomo de hidrogênio o elétron deve ser encontrado em algum lugar do espaço em torno do núcleo. (b) A equação estabelece que em um átomo de hidrogênio o elétron deve ser encontrado em qualquer lugar do espaço em torno do núcleo. (c) A equação estabelece que em um átomo de hidrogênio o elétron não pode ser encontrado em algum lugar do espaço em torno do núcleo. (d) A equação estabelece que em um átomo de hidrogênio o elétron deve ser encontrado em algum lugar dentro do núcleo. (e) A equação estabelece que em um átomo de hidrogênio o elétron deve ser encontrado apenas no núcleo.

6 21) Todas as afirmações estão corretas, com exceção de: (a) O efeito fotoelétrico não é observado se a frequência da luz for menor que certa frequência de corte. (b) O efeito fotoelétrico não é observador se o comprimento de onda for maior que certo comprimento de onde de corte. (c) O resultado do efeito fotoelétrico depende da intensidade da luz incidente (d) Quando a energia é cedida por um fóton a um elétron é maior que a função trabalho do material o elétron pode escapar do alvo. (e) Quando a energia cedida é menor que a função trabalho o elétron não pode escapar. 22) Determine o valor da função trabalho do Na, com base na figura 1. (a) 0 (b),x10-19 J (c) 5x10 14 V (d) 6,6 x10-4 J (e) 14 x10 14 V

7 2) Assinale a alternativa correta: (a) Um núcleo instável por excesso de prótons tende a aumentar sua relação nêutron/próton para atingir a estabilidade por processos de decaimento - ou captura eletrônica. (b) Um núcleo instável por excesso de nêutrons pode sofrer emissão - ou emissão de nêutrons a fim de diminuir sua relação nêutron/próton e, consequentemente atingir a estabilidade. (c) Um núcleo estável pode sofrer emissão + ou - ou de nêutrons para se igualar aos demais da tabela periódica. (d) Um núcleo instável por excesso de nêutrons e de prótons sofre emissão a fim de diminuir sua relação nêutron/próton e atingir a estabilidade. 24) O processo de emissão de raios X característicos compete com: (a) Emissão de nêutron (b) Elétrons de Auger (c) Radiação (d) Fragmentos de fissão 25) Precisa-se escolher um elemento para uma célula fotoelétrica que funcione apenas com comprimentos de onda de luz ultravioleta entre 280 e 295 nm. Qual dos seguintes elementos é apropriado (a função trabalho aparece entre parêntesis): (a) Tungstênio (4,5 ev) (b) Alumínio (4,2 ev) (c) Bário (2,5 ev) (d) Lítio (2, ev) (e) Potássio (2,2 ev) 26) Qual é a energia cinética máxima dos elétrons ejetados de uma folha fina de cobre pelo espalhamento Compton de um feixe de raios X com uma energia de 17,5 kev? Suponha que a função trabalho pode ser desprezada. (a) Entre 10,0 e 17,5 KeV (b) Entre 7,5 e 10,0 kev (c) Entre 5,0 e 7,5 kev (d) Entre 2,5 e 5,0 kev (e) Menor que 2,5 kev

8 27) Qual é a menor diferença de potencial a que um elétron deve ser submetido em um tubo de raios X para produzir raios X com um comprimento de onda de 0,100 nm? (a) Maior que 10,0 kv (b) Entre 5,0 e 10,0 kv (c) Entre 2,5 e 5,0 kv (d) Entre 1,0 e 2,5 kv (e) Menor que 1,0 kv 28) O radionuclídeo 64 Cu tem uma meia-vida de 12,7 h. Se no instante t = 0 uma amostra contém 5,5 g de 64 Cu inicialmente puro, quantas gramas de 64 Cu se desintegram entre t =14,0 h e t = 16,0 h? (a) Entre,0 e 5,5 g (b) Entre 2,0 e,0 g (c) Entre 1,0 e 2,0 g (d) Entre 0,1 e 1,0 g (e) Menos de 0,1 g 29) O gráfico abaixo mostra a taxa de decaimento para vários instantes de tempo de uma amostra de 128 I, um radionuclídeo muito usado na medicina, especialmente para medir a rapidez com a qual o iodo é absorvido pela glândula tireóide. Determine a meia-vida do 128 I. (2 Pontos) (a) aproximadamente15 minutos (b) aproximadamente 29 minutos (c) aproximadamente 10 minutos (d) aproximadamente 1hora (e) aproximadamente 25 minutos 0) Doutor Quântico é um cientista bastante curioso, com o interesse de entender a dualidade onda-partícula, realizou o experimento da dupla fenda utilizando primeiramente fótons e posteriormente elétrons. Contudo durante a experiência com elétrons, o doutor Quântico posicionou um detector capaz de descobrir por quais das fendas cada um dos elétrons passavam. (1 ponto) Com base nesse experimento realizado, indique o par de figuras que melhor representa o resultado obtido pelo Dr. Quântico.

9 (a) Fótons Elétrons (b) Fótons Elétrons (c) Fótons Elétrons (d) Fótons Elétrons