Professor: Renan Oliveira

Transcrição

1 Professor: Renan Oliveira TEXTO: 1 - Comum à questão: 1 Além do efeito fotoelétrico, o efeito Compton é também um experimento que pode ser prontamente explicado em termos do modelo de fóton para a luz, não sendo entendido, de modo algum, em termos do modelo ondulatório. Historicamente, esse experimento foi importantíssimo para a aceitação da existência dos fótons, porque ele introduziu o momento do fóton, junto à sua energia, numa situação experimental. Além disso, ele mostrou que o modelo do fóton se aplica não só às faixas do visível e do ultravioleta (domínio do efeito fotoelétrico), mas também aos raios X. Arthur Holly Compton, na Universidade de Washington, St. Louis, Estados Unidos, preparou, em 1923, um experimento no qual um feixe de raios X, de comprimento de onda, incidia num alvo T, de grafite (veja a figura A). Ele mediu, em termos do comprimento de onda, a intensidade dos raios X espalhados pelo alvo em várias direções selecionadas, cujos resultados estão mostrados na figura B. Pode-se observar que, embora o raio incidente contenha um único comprimento de onda, os raios espalhados têm picos de intensidade em dois diferentes comprimentos de onda: (o mesmo do raio incidente) e, conhecida como desvio Compton, varia com o ângulo no qual o espalhamento é observado. ' (maior que o do raio incidente). A diferença entre eles, ' Pelas previsões do modelo ondulatório, os raios X incidentes, de freqüência f, colocariam os elétrons do alvo para oscilar com a mesma freqüência. Os elétrons oscilantes deveriam emitir radiação com a mesma freqüência da incidente, como acontece numa antena transmissora. Portanto, os raios espalhados deveriam ter a mesma freqüência f e comprimento de onda que os incidentes e jamais apresentar um comprimento de onda λ diferente. Compton interpretou o experimento considerando o raio incidente como um feixe de fótons de energia E = hf e momento P h /, sendo h a constante de Planck. Ele considerou, ainda, que alguns desses fótons, como bolas de bilhar, efetuavam colisões individuais com elétrons de condução do alvo. Os fótons espalhados pela colisão teriam energia E menor que a dos fótons incidentes, de acordo com as observações experimentais.

2 (Adaptado de HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentals of Physics Extended, 4th edition, Wiley and Sons, 1993, p ) 1. (UNIMONTES MG/2008) De acordo com o texto, o aumento do comprimento de onda, observado nos fótons espalhados, é explicado pelo(a) a) aumento da energia cinética dos fótons que não efetuam colisões. b) aumento da freqüência dos fótons, após a colisão com os elétrons de condução. c) diminuição da freqüência dos fótons, que não efetuam colisões. d) transferência de energia de alguns fótons para os elétrons de condução do alvo. 2. (UFMS/2007) O efeito fotoelétrico consiste na emissão de elétrons pela matéria sob a ação de fótons (luz). Os elétrons emitidos possuem variadas energias, sendo os mais energéticos aqueles que estavam menos ligados ao material. Considerando um feixe de luz coerente (única freqüência), incidindo sobre a superfície de um material, e que esteja produzindo o efeito fotoelétrico, é correto afirmar: 01. A energia máxima em que os elétrons são emitidos não depende da freqüência do feixe de luz incidente. 02. Quanto maior a intensidade do feixe da luz incidente, maior a taxa de emissão de elétrons. 04. A energia de um feixe de luz não depende do comprimento de onda da luz. 08. A emissão de elétrons é explicada pela teoria ondulatória da luz. 16. Os elétrons são emitidos porque absorvem energia dos fótons durante a colisão. 3. (UFSC/2007) A Física moderna é o estudo da Física desenvolvido no final do século XIX e início do século XX. Em particular, é o estudo da Mecânica Quântica e da Teoria da Relatividade Restrita. Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S) em relação às contribuições da Física moderna. 01. Nega totalmente as aplicações das leis de Newton. 02. Demonstra limitações da Física Newtoniana na escala microscópica. 04. Explica o efeito fotoelétrico e o laser. 08. Afirma que as leis da Física são as mesmas em todos os referenciais inerciais. 16. Comprova que a velocidade da luz é diferente para quaisquer observadores em referenciais inerciais. 32. Demonstra que a massa de um corpo independe de sua velocidade. 4. (UFG GO/2007) O efeito fotoelétrico, explorado em sensores, células fotoelétricas e outros detectores eletrônicos de luz, refere-se à capacidade da luz de retirar elétrons da superfície de um metal. Quanto a este efeito, pode-se afirmar que a) a energia dos elétrons ejetados depende da intensidade da luz incidente. b) a energia dos elétrons ejetados é discreta, correspondendo aos quanta de energia. c) a função trabalho depende do número de elétrons ejetados. d) a velocidade dos elétrons ejetados depende da cor da luz incidente. e) o número de elétrons ejetados depende da cor da luz incidente. 5. (UFRGS/2007) Quando se faz incidir luz de uma certa freqüência sobre uma placa metálica, qual é o fator que determina se haverá ou não emissão de fotoelétrons? a) a área da placa b) o tempo de exposição da placa à luz c)o material da placa d) o ângulo de incidência da luz e) a intensidade da luz

3 6. (UNESP/2006) Sabe-se que a energia de um fóton é proporcional à sua freqüência. Também é conhecido experimentalmente que o comprimento de onda da luz vermelha é maior que o comprimento de onda da luz violeta que, por sua vez, é maior que o comprimento de onda dos raios X. Adotando a constância da velocidade da luz, pode-se afirmar que a) a energia do fóton de luz vermelha é maior que a energia do fóton de luz violeta. b) a energia do fóton de raio X é menor que a energia do fóton de luz violeta. c) as energias são iguais, uma vez que as velocidades são iguais. d) as energias dos fótons de luz vermelha e violeta são iguais, pois são parte do espectro visível, e são menores que a energia do fóton de raio X. e) a energia do fóton de raio X é maior que a do fóton de luz violeta, que é maior que a energia do fóton de luz vermelha. 7. (UEG GO/2012) O efeito fotoelétrico, interpretado corretamente pelo físico Albert Einstein, em 1905, enuncia que uma luz incidente sobre a superfície de determinados metais pode arrancar elétrons dessa superfície por causa da interação entre a radiação e a matéria, caracterizada pela absorção dos fótons e pela liberação de elétrons. A respeito da interpretação de Einstein sobre o efeito fotoelétrico, é CORRETO afirmar: a) a luz incidente no metal é composta por fótons dotados de uma energia dada pelo comprimento de onda da luz vezes a constante de Planck. b) existe uma frequência-limite abaixo da qual esse efeito não ocorre, mesmo que se aumente consideravelmente a intensidade da luz incidente sobre o metal. c) ocorre um espalhamento por um elétron devido à colisão com um fóton de momento linear igual à constante de Planck dividida pelo comprimento de onda da luz. d) todos os metais possuem a mesma função trabalho, que é responsável pela ejeção dos elétrons cinéticos do metal. 8. (UEM PR/2012) Com relação ao efeito fotoelétrico e às conclusões advindas da interpretação desse fenômeno, assinale o que for correto. 01. Para uma frequência fixa, o número de elétrons emitidos por uma placa metálica iluminada é proporcional à intensidade da radiação luminosa que incide na placa. 02. A energia das radiações eletromagnéticas é quantizada e é tanto maior quanto maior for a frequência da radiação. 04. A energia cinética dos elétrons emitidos por uma placa iluminada depende da intensidade da radiação que incide na placa. 08. A luz é formada por corpúsculos, ou quanta de luz, denominados fótons. 16. O efeito fotoelétrico pode sempre ser observado em um experimento com uma placa de alumínio cuja função trabalho é 4,1 ev, independentemente da frequência da radiação utilizada no experimento. 9. (UDESC/2010) Analise as afirmativas abaixo, relativas à explicação do efeito fotoelétrico, tendo como base o modelo corpuscular da luz. I. A energia dos fótons da luz incidente é transferida para os elétrons no metal de forma quantizada.

4 II. A energia cinética máxima dos elétrons emitidos de uma superfície metálica depende apenas da frequência da luz incidente e da função trabalho do metal. III. Em uma superfície metálica, elétrons devem ser ejetados independentemente da frequência da luz incidente, desde que a intensidade seja alta o suficiente, pois está sendo transferida energia ao metal. Assinale a alternativa correta. a) Somente a afirmativa II é verdadeira. b) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras. c) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras. d) Somente a afirmativa III é verdadeira. e) Todas as afirmativas são verdadeiras. 10. (UFPR/2008) O efeito fotoelétrico foi descoberto experimentalmente por Heinrich Hertz em Em 1905, Albert Einstein propôs uma explicação teórica para esse efeito, a qual foi comprovada experimentalmente por Millikan, em Essa comprovação experimental deu a Einstein o prêmio Nobel de Física de Em relação a esse efeito, assinale a alternativa correta. a) O efeito fotoelétrico ocorre quando um elétron colide com um próton. b) A teoria de Einstein considerou que a luz nesse caso se comporta como uma onda. c) Esse efeito é observado quando fótons atingem uma superfície metálica. d) Esse efeito é utilizado para explicar o funcionamento de fontes de laser. e) Inexistem aplicações tecnológicas desse efeito em nosso cotidiano, pois ele ocorre somente no nível atômico. 11. (UFMA/2008) Em um laboratório de física, foi realizado um experimento de efeito fotoelétrico, no qual foram utilizadas 5 fontes de radiação do tipo violeta, sendo que cada uma delas possuía uma intensidade diferente das outras. Com respeito ao experimento descrito acima, pode se afirmar que: a) a energia cinética de cada fotoelétron produzido era inversamente proporcional à constante de Planck. b) quanto maior a intensidade da fonte de radiação utilizada, maior era a energia dos fotoelétrons produzidos. c) ao variar a intensidade da fonte de radiação a freqüência da radiação também variava. d) quanto menor a intensidade da fonte de radiação utilizada, maior será o número de fotoelétrons produzidos. e) as energias cinéticas dos fotoelétrons produzidos por qualquer das fontes de radiação utilizadas eram iguais. 12. (UFMG/2007) No efeito fotoelétrico, um fóton de energia Ef é absorvido por um elétron da superfície de um metal. Sabe-se que uma parte da energia do fóton, Em, é utilizada para remover o elétron da superfície do metal e que a parte restante, Ec, corresponde à energia cinética adquirida pelo elétron, ou seja, Ef = Em + Ec Em 1916, Millikan mediu a energia cinética dos elétrons que são ejetados quando uma superfície de sódio metálico é iluminada com luz de diferentes freqüências. Os resultados obtidos por ele estão mostrados no gráfico.

5 Considerando essas informações, a) CALCULE a energia mínima necessária para se remover um elétron de uma superfície de sódio metálico. JUSTIFIQUE sua resposta. b) EXPLIQUE o que acontece quando uma luz de comprimento de onda de 0,75 x 10 6 m incide sobre a superfície de sódio metálico. 13. (FFFCMPA RS/2008) Sobre efeito fotoelétrico, considere as seguintes afirmações. I. No efeito fotoelétrico o número de elétrons arrancados aumenta com o aumento da intensidade da radiação incidente. II. O efeito fotoelétrico só é obtido quando a freqüência da radiação é igual ou superior a um valor mínimo chamado freqüência de corte. III. A energia cinética dos elétrons arrancados no efeito fotoelétrico depende da intensidade da radiação incidente e não depende da freqüência dessa radiação. Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas I e II. d) Apenas II e III. e) I, II e III. 14. (FUVEST SP/2012) Em um laboratório de física, estudantes fazem um experimento em que radiação eletromagnética de comprimento de onda = 300 nm incide em uma placa de sódio, provocando a emissão de elétrons. Os elétrons escapam da placa de sódio com energia cinética máxima Ec = E W, sendo E a energia de um fóton da radiação e W a energia mínima necessária para extrair um elétron da placa. A energia de cada fóton é E = h f, sendo h a constante de Planck e f a frequência da radiação. Determine a) a frequência f da radiação incidente na placa de sódio; b) a energia E de um fóton dessa radiação; c) a energia cinética máxima Ec de um elétron que escapa da placa de sódio; d) a frequência f0 da radiação eletromagnética, abaixo da qual é impossível haver emissão de elétrons da placa de sódio. NOTE E ADOTE Velocidade da radiação eletromagnética: c = 3 x 10 8 m/s. 1 nm = 10-9 m. h = 4 x ev.s. W (sódio) = 2,3 ev. 1 ev = 1,6 x J.

6 15. (ACAFE SC/2011) Alguns fenômenos físicos são explicados considerando que a luz é constituída por um fluxo de partículas sem massa, com energia E, dada por E = h f, onde f é a frequência da luz medida em Hertz (s 1 ), e h a constante de Planck. Nessa situação, assinale a alternativa correta com respeito a esta constante. a) Tem dimensão de potência. b) É uma constante adimensional. c) No SI se expressa em joules x segundo. d) Tem dimensão de energia. 16. (UFPE/2009) O césio metálico tem uma função trabalho (potencial de superfície) de 1,8 ev. Qual a energia cinética máxima dos elétrons, em ev, que escapam da superfície do metal quando ele é iluminado com luz ultravioleta de comprimento de onda igual a 327 nm? Considere 1eV 1,6 x 10 h 6, (IFSC/2015) Um feixe de luz incide em uma lâmina metálica provocando a emissão de alguns elétrons. A respeito desse fenômeno, denominado de efeito fotoelétrico, leia e analise as proposições e assinale no cartão-resposta a soma da(s) CORRETA(S). 01. O efeito fotoelétrico só ocorre a partir de uma frequência de corte, denominada função trabalho. 02. Qualquer que seja a frequência e comprimento de onda da luz incidente é possível que sejam arrancados elétrons do metal. 04. Quaisquer que sejam a frequência, comprimento de onda e a intensidade da luz, os elétrons são emitidos com a mesma energia cinética. 08. Quanto maior a frequência da luz de uma determinada intensidade incidindo sobre o metal, mais elétrons abandonam o metal. 16. Quanto maior a frequência da luz de uma determinada intensidade incidindo sobre o metal, maiores são as energias com que os elétrons abandonam o metal J J.s. 18. (PUC RS/2005) Após inúmeras sugestões e debates, o ano 2005 foi declarado pela ONU o Ano Mundial da Física. Um dos objetivos dessa designação é comemorar o centenário da publicação dos trabalhos de Albert Einstein, que o projetaram como físico no cenário internacional da época e, posteriormente, trouxeram-lhe fama e reconhecimento. Um dos artigos de Einstein publicado em 1905 era sobre o efeito fotoelétrico, que foi o principal motivo da sua conquista do Prêmio Nobel em A descrição de Einstein para o efeito fotoelétrico tem origem na quantização da energia proposta por Planck em 1900, o qual considerou a energia eletromagnética irradiada por um corpo negro de forma descontínua, em porções que foram chamadas quanta de energia ou fótons. Einstein deu o passo seguinte admitindo que a energia eletromagnética também se propaga de forma descontínua e usou esta hipótese para descrever o efeito fotoelétrico. Em relação ao efeito fotoelétrico numa lâmina metálica, pode-se afirmar que: I. A energia dos elétrons removidos da lâmina metálica pelos fótons não depende do tempo de exposição à luz incidente. II. A energia dos elétrons removidos aumenta com o aumento do comprimento de onda da luz incidente. III. Os fótons incidentes na lâmina metálica, para que removam elétrons da mesma, devem ter uma energia mínima. IV. A energia de cada elétron removido da lâmina metálica é igual à energia do fóton que o removeu.

7 Analisando as afirmativas, conclui-se que somente a) está correta a afirmativa I. b) está correta a afirmativa IV. c) estão corretas as afirmativas I e III. d) estão corretas as afirmativas II e IV. e) estão corretas as afirmativas III e IV. 19. (UEPB/2005) Em 1905, Albert Einstein apresentou seu trabalho referente ao efeito fotoelétrico. Este explicou, com base na hipótese de Max Planck apresentada em 1900, na qual a radiação térmica emitida por um corpo negro é constituída por quantas de energia, que a energia dos elétrons emitidos, por uma placa metálica iluminada, depende apenas da freqüência da luz incidente. Naquele período, constatou-se que para alguns fenômenos que ocorrem com a luz, ela se comporta como onda produzindo interferência (como no experimento da dupla fenda de Young), entretanto, em outros fenômenos ela apresenta comportamento de partícula (como no efeito fotoelétrico). Diz-se então que a luz possui uma natureza dual: ora se comporta como uma onda e ora se comporta como partícula. A respeito da dualidade onda-partícula da luz, apresentam-se as seguintes proposições: I. O comportamento ondulatório e o comportamento corpuscular da luz são complementares. II. O comportamento ondulatório da luz exclui seu comportamento corpuscular. III. O comportamento ondulatório e o comportamento corpuscular da luz são equivalentes. Com relação às proposições apresentadas é correto afirmar que: a) Apenas II é verdadeira. b) II e III são verdadeiras. c) Apenas I é verdadeira. d) I e III São verdadeiras. e) Apenas III é verdadeira. 20. (UFU MG/2014) Em um experimento sobre o efeito fotoelétrico, a superfície de certo metal, que possui função trabalho de 2,1 ev, recebe um feixe de luz violeta com comprimento de onda de 412 nm e fótons de 3,0 ev. Qual o maior valor da energia cinética que se observa nos fotoelétrons emitidos pela superfície deste metal? a) 1,5 ev. b) 5,1 ev. c) 0,7 ev. d) 0,9 ev. GABARITO: 1) Gab: D 2) Gab: 18 3) Gab: 14 4) Gab: D 5) Gab: C 6) Gab: E 7) Gab: B 8) Gab: 11 9) Gab: C 10) Gab: C 11) Gab: E 12) Gab: 1) 3,3 x J 2) Nada acontece pois a luz deste comprimento de onda não possui energia suficiente. 13) Gab: C 14) Gab: a) f = Hz b) E = 4eV c) Ec = 1,7eV d) f0 = 5, Hz 15) Gab: C 16) Gab: 2,0 ev 17) Gab: 17 18) Gab: C 19) Gab: C 20) Gab: D