Física D Extensivo V. 8

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1 Física D Extensivo V. 8 Exercícios 0) C f R X > f WZ 0) B 03) E 04) E raios X > luz Raios X são radiações eletromagnéticas com um comprimento de onda muito curto, aproximadamente de 0,06 até 0 Å. Formam-se com a travagem (choque) do fluxo de elétrons rápidos numa substância. Dessa forma pode surgir um espectro denso de radiação de raios röntgen, dos mais curtos aos mais longos, ainda que a maior parte dos raios emitidos tenha um comprimento de onda tanto mais curto quanto maior for a energia (velocidade) dos elétrons que a bombardeiam. Nesses casos em que a energia dos elétrons é tão grande que obriga a passar de uma órbita para a outra os elétrons da matéria situados nos mais profundos invólucros eletrônicos internos dos átomos, emite-se assim a chamada radiação característica, cujo espectro não é contínuo, mas de riscas. Essa particularidade permite, com base no espectro de raios röntgen emitidos por uma substância quando radiado por um fluxo de elétrons rápidos, determinar as suas propriedades físicas e os detalhes da sua estrutura. vermelho > azul, logo f vermelho < f azul, assim E vermelho <E azul. 09) A ) A ) D )B Isso se deve ao fato de os ossos constituídos por átomos mais pesados possuírem menor absorção de raios X. Depois de alguns anos que os raios catódicos foram descobertos, o estudo de suas propriedades mostrou claramente que eles são constituídos de partículas que possuem carga elétrica e massa mecânica muito pequenas. Observou-se também que essas partículas são todas iguais, independentemente do metal de que é feito o cátodo ou o ânodo. Concluiu-se, então, que essas partículas emitidas pelo cátodo entram na constituição de todos os corpos. Elas foram chamadas elétrons. Com base no gráfico percebemos que a 3000 K a maior intensidade de fótons emitidos estão numa faixa não visível. A cada placa de cm a intensidade diminui à metade, logo: 05) A A experiência de Max Planck concluiu que a energia é quantizada. f raios X > f rádio E raios X > E rádio As velocidades de ambos, no vácuo, são as mesmas (C = 3. 8 m/s). 06) A 07) C 08) B II = 3X I. Como v =. f, então f II = f I 3. Assim, E II = E I 3. f raios X > f ultravioleta A imagem apresentada é consequência dos diferentes níveis de absorção da radiação pelo corpo. 3) a) Portanto, usou 3 placas. q. V AB = ε C, = ε C ε C = 3,. 5 J b) E = h. f = h. C 66, ,. 5 = = 6,. m 34 8 Física D

2 4) a) E. d = V = V V =,6. 4 V 7) 53 b) V = W q W 9,6. 4 = 6,. W =,56. 5 J Como W = εc = E Cf E CO E C =,56. 5 J 5) 3 6) B c) E = h. f,56. 5 = 6, f f = 3,8. 8 Hz 0. Verdadeira. 0. Falsa. A física moderna surge de limitações impostas pela física clássica, porém a física moderna não nega suas aplicações. 6. Falsa. A velocidade da luz é a mesma para qualquer referencial inercial. 3. Falsa. A massa de um corpo depende de sua velocidade. Max Planck produziu esta lei em 900 e a publicou em 90, na tentativa de melhorar a expressão proposta pela Lei de Wien, que adequou dados experimentais para comprimentos de onda curtos desviados para comprimentos de onda maiores. Ele estabeleceu que a Lei de Planck adequava-se para todos os comprimentos de onda extraordinariamente bem. Ao deduzir essa lei, ele considerou a possibilidade da distribuição de energia eletromagnética sobre os diferentes modos de oscilação de carga na matéria. A Lei de Planck nasceu quando ele assumiu que a energia dessas oscilações foi limitada para múltiplos inteiros da energia fundamental E, proporcional à frequência de oscilação f: E = h. f 0. Verdadeira. f violeta > f metal 0. Falsa. f vermelho < f metal E = h. f 08. Falsa. E = h. C. Assim, quanto maior o comprimento de onda, menor a energia do fóton. 6. Verdadeira. f azul > f metal 3. Verdadeira. Quanto maior a potência, maior o número de elétrons ejetados. 64. Falsa. Pois não haverá ejeção de elétrons. 8) A 9) 8 0) E ) C f fóton > f metal 0. Falsa. f vermelho < f violeta 0. Verdadeira. 04. Falsa. Não depende da cor da superfície. 08. Falsa. Não depende da massa, mas sim da energia do fóton. 6. Verdadeira. E violeta > E vermelho 3. Falsa. Não depende do tempo de exposição, o arranque dos elétrons é instantâneo. I. Verdadeira. II. Falsa. A frequência da luz deve ser maior que a frequência do metal. III. Falsa. Não depende do tempo de exposição, mas sim da energia do fóton. I. Verdadeira. II. Falsa. A energia é diretamente proporcional à frequência (f) e inversamente proporcional ao comprimento de onda (). III. Verdadeira. IV. Falsa. E elétron = h. f fóton função do trabalho Física D

3 ) C 3) A 4) D 5) E 6) D f violeta > f verde Como E = h. f, quanto maior a frequência da onda eletromagnética, maior a energia do fóton associado a ela, logo, como f x > f y > f z, temos que E x > E y > E z. No efeito fotoelétrico, a frequência da onda incidente determina a quantidade de energia cinética do elétron ao abandonar a placa metálica. E cinética = h. f W O efeito fotoelétrico é a emissão de elétrons. A luz também pode possuir um comportamento corpuscular, segundo Einstein, em que a lua seria constituída por conteúdos energéticos que obedecem a uma distribuição discreta, os quanta de luz, mais tarde denominados fótons. 8) D h = 5,. E = 08, ev m = W + E cinética h. f = W + E cinética h. C = W + E cinética = W + 0,8 5,. W = 4 ev 9) 8 0. Falsa. As velocidades são iguais. 0. Falsa. São radiações emitidas a partir de núcleos atômicos radioativos, porém são ondas, não são formadas por elétrons. 6. Verdadeira. 3. Falsa. Não depende da intensidade, mas sim da energia do fóton incidente. 30) a) = 5. 7 m = h. C = =,4 ev 5. b) É capaz de arrancar elétrons do césio e do potássio. 7) A c) = W + E C h. C = W + E C E C =,7 ev =,3 + E C P = mw =. 3 W =. 3 joule/segundo = 660 nm = m h = 6,6. 34 J. S = h. f = h. C = 3. 9 J = fóton 3. 9 joule x fóton. 3 joule x = 3,3. 5 fótons 66, , ) D Q = Energia = m. C. T =. 0,06. = 0,06 cal = 0,604 J Energia fóton = h. f = 6, ,99. 7 J fóton,99. 7 J X 0,604 J X,3. 6 fótons Física D 3

4 3) A E P P Energia =. 5 J = h. f = 6, = 3,97. 9 J Assim: fóton 3,97. 9 J x fótons. 5 J x = ) E 34) D 35) C frequência de corte Se f < f o, e a fonte permanecer em repouso, não ocorrerá emissão de elétrons (efeito fotoelétrico). Porém, se a fonte estiver se aproximando da placa metálica, a luz recebida pela placa terá cada vez mais intensidade, devido ao efeito doppler. Com base no gráfico = W + E cinética ou K = h. V Assim: ( ) 4 = h = h. 7, 5. =,5. 4. h h = 5,. 4 Logo: 3 = 5,. 4. 7, = 5 = ev I = 0, J/m. s f = 6. 4 Hz A = cm =. 4 m t = s h = 6, J. s I = P A P 0, = P =. 5 W. 4 P = energia tempo. 5 = energia f 36) a) = E M + E C h. f = E M + O 6, ,5. 4 = E M E M =,98. 9 J Aproximadamente,8 ev. OBS.: ev,6. 9 J 37) 5 b) Com este comprimento de onda não há energia suficiente para arrancar elétrons do material. 0. Verdadeira. 0. Verdadeira. 6. Falsa. O efeito fotoelétrico evidencia o comportamento corpuscular da luz. 38) 7 39) D 0. Verdadeira. 0. Verdadeira. 04. Falsa. Atualmente, comportamento dual é o mais aceito. 6. Verdadeira. 3. Falsa. Teoria corpuscular. 64. Falsa. Comportamento onda partícula (dualidade). Para que um elétron salte de um nível para outro, deve ocorrer a absorção ou emissão de um quantum de energia. Para Bohr, cada nível de energia no átomo de hidrogênio possui um valor igual a 3, 6 ev, sendo n n um número inteiro. Logo, a energia do átomo tem alguns valores possíveis. 40) E Efeito fotoelétrico: corpuscular. Ionização de átomos: corpuscular Difração: ondulatória Rompimento de ligações: ondulatória 4 Física D

5 4) D 4) A A massa do próton é cerca de 840 vezes maior que a massa do elétron. 48) D 49) D É impossível um dispositivo que meça simultaneamente a posição e a velocidade do elétron. 50) B E = E E = 3,4 ( 3,6) =, ev E =, ev E = 8,7 ev Perceba que a variação de energia entre os estados é: E = 3,4 ( 3,6) = +, ev 43) B 44) E Caráter discreto, a energia de elétrons nas camadas é quantizada, o que explica a relevância dos níveis de energia. I. Verdadeira II. Verdadeira. III. Verdadeira. 45) 36 46) D 47) B 0. Falsa. Órbitas planetárias é o modelo de Rutheford. 0. Falsa. E = h. f. Pacotes de energia, não de matéria. 08. Falsa. Cada experimento, ou fenômeno, evidencia um tipo de comportamento da luz. 6. Falsa. O tempo é relativo. 3. Verdadeiro. 64. Falsa. O laser não é assim constituído. Bohr propôs no princípio da complementaridade que a luz e as demais ondas eletromagnéticas nunca exibem os dois comportamentos ao mesmo tempo. I. Falsa. Efeito fotoelétrico. II. Verdadeira. A ordem de grandeza da frequência infravermelha pode ser em torno de Hz, logo a energia do fóton é da ordem de: E = h. f = 34. = joules. III. Falsa. 5) B Assim, apenas o fóton será absorvido, pois o fóton não atinge essa variação de energia. A partir da relação = h. C = E, calculamos os valores de E correspondentes aos comprimentos de onda x = 7 = 3,. E E X =,03 ev 43,.. 3. y = 485,. E y =,55 ev 5 8 = E Inspecionando os dados exibidos na figura, encontramos que E x corresponde à transição e E y, à transição 6 alternativa B. 5) E = E E =,5 ev ( 3,6 ev) =, ev 53) C 54) E O menor comprimento de onda é atingido com o salto energético de maior energia. No entanto, devemos descartar de antemão os saltos I e V, pois estes não estão emitindo ondas, mas sim absorvendo energia. Assim, dos saltos restantes, o que emite maior energia e portanto maior comprimento de onda é o salto III. I. Falsa. O efeito fotoelétrico depende apenas da frequência da luz, ou seja, da energia do fóton (E = h. f) Física D 5

6 II. Falsa. Com relação a nh, a afirmativa está correta. Porém, n não são valores ímpares, mas sim qualquer valor inteiro positivo. π III. Verdadeiro. O sistema quântico é uma associação de ondas e partículas (fótons). IV. Verdadeira. O princípio da incerteza complementa a teoria quântica. 55) B Princípio da incerteza: é impossível determinar simultaneamente a posição e a velocidade de partículas em altas velocidades. Postulado da relatividade: é impossível medirmos, em referências inerciais, velocidades acima da velocidade da luz, logo uma partícula com velocidade C é um absurdo. Conservação do momento linear: Perceba antes da colisão v = 0 v = c Qmovimento antes da colisão depois da colisão v v Qmovimento depois da colisão 56) D Q início Q final 8 8,. E 3 = = 0,4. 8 J 3 8 8,. E = =,8. 8 J E = E E 3 =,8. 8 0,4. 8 E =,94. 8 J Como: E = h. f,94. 8 = 6, f f =,9. 5 Hz emitir,9. 5 Hz 6 Física D