Física Moderna- Exercícios

Física Moderna- Exercícios Professor Walescko 19 de dezembro de 2005 Sumário 1 Exercícios 1 2 Vestibulares UFRGS 4 3 Gabarito 10 1 Exercícios 1. Uma superfície está sendo iluminda por uma lâmpada. Nesse caso, pode-se afirmar que a superfície está sendo irradiada com (a) elétrons (b) prótons. (c) fótons. (d) partículas alfa. (e) partículas beta. 2. Dentre as afirmações sobre reações nucleares apresentadas nas alternativas, qual está correta? (a) Fusão nuclear e fissão nuclear são duas maneiras diferentes de denominar a mesma reaçõo nuclear. (b) A fusão nuclear é um fenômeno comum que ocorre no dia-a-dia, podendo ser observado ao derreter-se um pedaço de gelo. (c) A fissão nuclear, utilizada nas centrais nucleares, produz fragmentos radioativos. (d) No processo de fusão nuclear não há liberação de energia. (e) Uma reação nuclear em cadeia (seqüência de fissões nucleares) não pode ser iniciada nem controlada em um reator nuclear. 3. Selecione a alternativa que apresenta as palavras que completam corretamente as lacunas, pela ordem, no seguinte texto relacionado com o efeito fotoelétrico. O efeito fotoelétrico, isto é, a emissão de... por metais sob a ação da luz, é um experimento dentro de um contexto físico extemamente rico, icluindo a oportunidade de pensar sobre o funcionamento do equipamento que leva à evidência experimental relacionada com a emissão e a energia dessas partículas, bem como a oportunidade da visão clássica do fenômeno. Em 1905, ao analisar esse efeito, Einstein fez a suposição revolucionária de que a luz, até então considerada como um fenômeno ondulatório, poderia também ser concebida como constítuida por conteúdo energéticos que obedecem a uma distribuição..., os quanta de luz, mais tarde denominados.... (a) fótons - contínua - fótons. (b) fótons - contínua - elétrons. (c) elétrons - contínua - fótons. (d) elétrons - discreta - elétrons. (e) elétrons - discreta - fótons Instrução: para responder à questão 04 considere o texto abaixo. Explosões Nucleares O bug do milênio nos computadores não é o único problema que a tecnologia terá que enfrentar em 1 de janeiro de 2000. Os astrônomos também têm preocupações próprias com um novo ciclo solar que se aproxima. Em janeiro, o Sol entrará na fase mais turbulenta e intensa de seu ciclo de onze anos. Jornal VS - 02/06/99 1

4. A energia solar, no Sol, tem sua origem na (a) fissão nuclear do hidrogênio. (b) fusão nuclear do hidrogênio. (c) fissão nuclear do urânio. (d) fusão nuclear do urânio. (e) combustão do oxigênio. 5. Substâncias radioativas, ao se desintegrarem, podem emitir radição alfa (α), beta (β) ou gama (γ ). Os raios gama (γ ) são (a) núcleos de hélio. (b) elétrons de alta energia. (c) elétrons com carga positiva. (d) ondas eletromagnéticas de freqüência menor que a da luz. (e) ondas eletromagnéticas de freqüência maior que a da luz. 6. Em relação à fissão nuclear, afirma-se que: I - II - É o processo através do qual se obtém a energia dos reatores termonucleares. É um processo de obtenção de energia que não produz resíduos radioativos. III - Um dos elementos combustíveis mais usados na fissão é o urânio. (c) Apenas I e II. (d) Apenas I e III. (e) I, II e III. 7. Substâncias radioativas emitem radiações alfa, beta, gama e nêutrons. Na pesquisa sobre a natureza e propagação dessas radiações, usamse campos magnéticos entre outros recursos. O campo magnético pode influir na trajetória das radiações (a) alfa e beta. (b) alfa e nêutron. (c) alfa e gama. (d) nêutron e gama. (e) beta e gama. 8. Energia solar é energia eletromagnética irradiada pelo Sol. Sua fonte primária, a partir do interior do Sol, são as (a) reações de fissão nuclear. (b) reações de fusão nuclear. (c) reações de dissociação molecular. (d) correntes elétricas de grande intensidade. (e) colisões intermediárias. 9. a energia de um fóton de luz amarela é: (a) menor que a de um fóton de luz vermelha. (b) maior que a de um fóton de luz laranja. (c) igual à de um fóton de luz verde. (d) igual à de um fóton de luz azul. (e) maior que a de um fóton de luz violeta. Instrução: responda à questão 10 com base nas afirmativas sobre fusão nuclear. I - Durante a fusão nuclear de dois núcleos de pequena massa, origina-se um núcleo de massa maior. II - no interior de uma estrela ocorrem processos de fusão nuclear que se constituem na fonte primária da energia por ela emitida. III - A massa de uma estrela aumenta ao longo do tempo. 10. Analisando-se as proposições conclui-se que (a) somente a I é correta. (b) somente I e II são corretas. (c) somente II e III são corretas. (d) todas são corretas. (e) nenhuma é corretas. 11. Em 1895, o físico alemão Wilhelm Conrad Röentgen descobriu os raios X, que são usados principalmente na área médica e industrial. Esses raios são 2

(a) radiações formadas por partículas alfa com grande poder de penetração. (b) radiações formadas por elétrons dotados de grandes velocidades. (c) ondas eletromagnéticas de freqüências maiores que as das ondas ultravioletas. (d) ondas eletromagnéticas de freqüências menores do que as das ondas luminosas. (e) ondas eletromagnéticas de freqüências iguais as das ondas infravermelhas. 12. Assinale a alternativa que preenche corretamente a lacuna do parágrafo abaixo: O Sol é a grande fonte de energia para toda a vida na Terra. Durante muito tempo, a origem da energia irradiada pelo Sol foi um mistério para a humanidade. Hoje, as modernas teorias de evolução das estrelas nos dizem que a energia irradiada pelo Sol provém de processos de... que ocorrem no seu interior, envolvendo núcleos de elementos leves. (a) espalhamento (b) fusão nuclear (c) fissão nuclear (d) fotossíntese (e) combustão 13. De acordo com Einstein, um feixe de luz é composto de fótons (partículas de luz). Cada fóton transporta uma quantidade de energia proporcional à freqüência da onda associada a esse feixe de luz. Considere dois feixes de luz, 1 e 2, com comprimentos de onda λ 1 e λ 2, respectivamente, com λ 1 = 1 4.λ 2. Sejam E 1 a energia dos fótons do feixe 1 e E 2, a energia dos fótons do feixe 2. Assinale a alternativa correta. (a) E 1 = 4E 2 (b) E 1 = 2E 2 (c) E 1 = E 2 (d) E 1 = 0, 5E 2 (e) E 1 = 0, 25E 2 2 Vestibulares UFRGS 14. (UFRGS - 1998) Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do texto abaixo. Segundo a interpretação vigente, a radiação eletromagnética tem uma natureza bastante complexa. Em fenômenos como interferência e difração, por exemplo, ela apresenta um comportamento.... Em processos de emissão e absorção, por outro lado, ela pode apresentar comportamento..., sendo, nesses casos, descrita por pacotes de energia (fótons) que se movem no vácuo com velocidade c = 300.000 km/s e têm massa.... (a) ondulatório - ondulatório - nula. (b) ondulatório - corpuscular - nula (c) corpuscular - ondulatório - diferente de zero. (d) corpuscular - corpuscular - nula. (e) ondulatório - corpuscular - diferente de zero. 15. (UFRGS - 1998) Supondo que a meia-vida de um isótopo radioativo seja um dia, após 48 horas a quantidade restante deste isótopo será (a) 1/2 da quantidade inicial. (b) 1/4 da quantidade inicial. (c) 1/24 da quantidade inicial. (d) 1/48 da quantidade inicial. (e) zero. 16. (UFRGS - 2001) Selecione a alternativa que preenche corretamente as alcunas no texto abaixo. A chamada experiência de Rutherford (1911-1913), consistiu essencialmente em lançar, contra uma lâmina muito delgada de ouro, um feixe de partículas emitidas por uma fonte radioativa. Essas partículas, cuja carga elétrica é..., são conhecidas como partículas.... (a) positiva - alfa (b) positiva - beta 3

(c) nula - gama (d) negativa - alfa (e) egativa - beta 17. (UFRGS - 2001) A experiência de Rutherford (1911-1913), na qual uma lâminca delgada de outro foi bombardeada coom um feixe de partículas, levou à conclusão de que (a) a carga positiva do átomo está uniformemente distribuída no seu volume. (b) a massa do átomo está uniformemente distrída no seu volume. (c) a carga negativa do átomo está concentrada em um núcleo muito pequeno. (d) a carga posistiva e quase toda a massa do átomo estão concentradas em um núcleo muito pequeno. (e) os életrons, dentro do átomo, movem-se somente em certas órbitas, correspondentes a valores bem definidos de energia. 18. (UFRGS - 2001) Considere as seguintes afirmações sobre o efeito fotoelétrico. I - O efeito fotoelétrico consiste na emissão de elétrons por uma superfície metálica atingida por radiação eletromagnética. II - O efeito fotoelétrico pode ser explicado satisfatóriamente com a adoção de um modelo corpuscular para a luz. III - Uma superfície metálica somente emite fotoelétons quando a freqüência da luz incidente nmesa superfície excede um certo valor mínimo, que depende do metal. (c) Apenas I e II. (d) Apenas I e III. (e) I, II e III. 19. (UFRGS - 2002) Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas no parágrafo abaixo, na ordem em que elas aparecem. Na partícula alfa - que é simplesmente um núcleo de Hélio - existem dois..., que exercem um sobre o outro uma força... de origem eletromagnética e que são mantidos unidos pela ação de forças.... (a) nêutrons - atrativa - elétricas. (b) elétrons - repulsiva - nucleares. (c) prótons - repulsiva - nucleares. (d) prótons - repulsiva - gravitacionais. (e) nêutrons - atrativa - gravitacionais. 20. (UFRGS - 2002) Os modelos atômicos anteriores ao modelo de Bohr, baseados em conceitos da física clássica, não exemplificavam o espectro de raias observados na análise espectrocópica dos elementos químicos. Por exemplo, o espectro visível do átomo de hidrogênio - que possui apenas um elétron - consiste de quatro raias distintas, de freqüências bem definidas. No modelo que Bohr propôs para o átomo de hidrogênio de raias de diferentes freqüências é explicado (a) pelo caráter contínuo dos níveis de energia do átomo de hidrogênio. (b) pelo caráter discreto dos níveis de energia do átomo de hidrogênio. (c) pela captura de três outros elêtrons pelo átomo de hidrogênio. (d) pela presença de quatro isótopos diferentes numa amostra comum de hidrogênio.. (e) pelo movimento em espiral do elétron em direção ao núcleo do átomo de hidrogênio. 21. (UFRGS - 2002) O decaimento de um átomo, de um nível de energia excitado para um nível de energia mais baixo, ocorre com a emissão simultânea de radiação eletromagnética. A esse respeito, considere as seguintes afirmações. I - A intensidade da radiação emitida é diretamente proporcional à diferença de energia entre os níveis inicial e final envolvidos. 4

II - A freqüência da radiação emitida é diretamente proporcional à diferença de energia entre os níveis inicial e final envolvidos. III - O comprimento de onda da radiação emitida é inversamente proporcional à diferença de energia entre os níveis inicial e final envolvidos. (c) Apenas I e III. (e) I, II e III 22. (UFRGS - 2003) Nas equações matemática utilizadas na física, freqüentemente encontramos um elemento básico que chamamos de constante física. São exemplos bem conhecidos de constante k de Boltzmann, a constante universal R dos gases, a velocidade c da luz e a constante h de Planck. As duas primeiras estão presentes na teoria cinética dos gases, a velocidade da luz aparece como constante na teoria da relatividade e a constante de Planck está presente na teoria quântica. A respeito das constantes citadas, são feitas as seguintes afirmações. I - Há uma relação de proporcionalidade entre a constante k de Boltzmann e a constante universal R dos gases. II - Desde 1983, o valor da velocidade da luz no vácuo é usado para definir o metro, por decisão do Comitê Internacional de Pesos e Medidas. III - O quociente da energia pela freqüência de um fóton é igual à constante de Planck. (c) Apenas I e III. (e) I, II e III. 23. (UFRGS - 2003) No ínicio do século XX, as teorias clássicas da física - como o eletromagnetismo de Maxwell e a mecânica de Newton - não consduziam a uma explicação satisfatória para a dinâmica do átomo. Nessa época, duas descobertas históricas tiveram lugar; o experimento de Rutherford demonstrou a existência do núcleo atômico, e a interpretação de Eisntein para o efeito fotoelétrico revelou a natureza corpuscular da interação da luz com a matéria. Em 1913, incorporando o resultado dessas descobertas, Bohr propôs um modelo atômico que obteve grande sucesso, embora não respeitasse as leis da física clássica. Considere as seguintes afirmações sobre a dinâmica do átomo. I - No átomo, os raios das órbitas dos elétrons podem assumir um conjunto contínuo de valores, tal como os raios das órbitas dos planetas em torno no Sol. II - O átomo pode existir, sem emitir radiação, em estados estacionários cujas energias só podem assumir um conjunto discreto de valores. III - O átomo absorve ou emite radiação somente ao passar de um estado estacionário para o outro. Quais dessas afirmações foram adotadas por Bohr como postulados para o seu modelo atômico? (c) Apenas III. (e) I., II e III. 24. (UFRGS - 2003) Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas do texto abaixo, na ordem em que elas aparecem. Uma lâmpada de iluminação pública contém vapor de mercúrio a baixa pressão. Quando ela 5

está em funcionamento, dois eletrodos no interior da lâmpada submetem o gás a uma tensão, acelerando íons e elétrons. Em conseqüência das colisões provocadas por essas partículas, os átomos são levados a estados estacionários de energia mais alta (estados excitados). Quando esses átomos decaem para estados menos excitados, ocorre emissão de luz. A luz emitida pela lâmpada apresenta, então, um espectro..., que se origina nas... de elétrons entre os diferentes níveis... de energia. (a) discreto - transições - atômicos (b) discreto - transições - nucleares (c) contínuo - colisões - atômicos (d) contínuo - colisões - nucleares (e) contínuo - transições - atômicos 25. (UFRGS - 2004) A intensidade luminosa é a quantidade de energia que a luz transporta por unidade de área transversal à sua direção de propagação e por unidade de tempo. De acordo com Einstein, a luz é constituída por partículas, denominadas fótons, cuja energia é proporcional à sua freqüência. Luz monocormática com freqüência de 6 x 10 14 Hz e intensidade de 0,2 J/m 2.s incide perpendicularmente sobre uma superfície de área igual a 1 cm 2. Qual o número aproximado de fótons que atinge a superfície em um intervalo de tempo de 1 segundo? (Constante de Planck: h = 6, 63 x 10 34 J.s) (a) 3 x 10 11. (b) 8 x 10 12. (c) 5 x 10 13. (d) 4 x 10 14. (e) 6 x 10 15. 26. (UFRGS - 2004) Um átomo de hidrogênio tem sua energia quantizada em níveis de energia (E n ), cujo valor genérico é dado pela expressão E n = E 0 /n 2, sendo n igual a 1, 2, 3,... e E 0 igual à energia do estado fundamental (que corresponde a n = 1). Supondo-se que o átomo passe do estado fundamental para o terceiro nível excitado (n=4), a energia do fóton necessário para provocar essa transição é (a) 1 16 E 0. (b) 1 4 E 0. (c) 1 2 E 0. (d) 15 16 E 0. (e) 17 16 E 0. 27. (UFRGS - 2004) Em um processo de transmutação natural, um núcleo radioativo de U- 238, isótopo instável do urânio, se transforma em um núcleo de Th-234, isótopo do tório, através da reação nuclear. 238 92 U 234 90 T h + X Por sua vez, o núcleo-filho Th-234, que também é radioativo, transmuta-se em um núcleo do elemento protactínio, através da reação nuclear 234 90 T h 234 91 P a + Y O X da primeira reação nuclear e o Y da segunda reação nuclear são, respectivamente, (a) uma partícula alfa e um fóton de raio gama. (b) uma partícula beta e um fóton de raio gama. (c) um fóton de raio gama e uma partícula alfa. (d) uma partícula beta e uma partícula beta. (e) uma partícula alfa e uma partícula beta. 28. (UFRGS - 2005) Um contador Geiger indica que a intensidade da radiação beta emitida por uma amostra de determinado elemento radioativo cai pela metade em cerca de 20 horas. A fração aproximanda do número inicial de átomos raioativos dessa amostra que se terão desintegrando em 40 horas é (a) 1/8. (b) 1/4. (c) 1/3. (d) 1/2. 6

(e) 3/4. 29. (UFRGS - 2005) Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas do texto abaixo, na ordem em que elas aparecem. Entre os diversos isótopos de elementos químicos encontrados na natureza, alguns possuem núcleos atômicos instáveis e, por isso, são radioativos. A radiação emitida por esses isótopos instáveis pode ser de três classes. A classe conhecida como radiação alfa consiste de núcleos de.... Outra classe de radiação é constituídas de elétrons, e é denominada radiação.... Uma terceira classe de radição, denominanda de radiação..., é formada de partículas eletricamente neutras chamadas de.... Dentre essas três radiações, a que possui maior poder de penetração nos materiais é a radiação... (a) hidrogênio - gama - beta - nêutrons - beta. (b) hidrogênio - beta - gama - nêutrons - alfa. (c) hélio - beta - gama - fótons - gama. (d) deutêrio - gama - beta - neutrinos - gama. (e) hélio - beta - gama - fótons - beta. 30. (UFRGS - 2005) Em 1887, quando pesquisava sobre a geração e a detecção de ondas eletromagnéticas, o físico Heinrich Hertz (1857-1894) descobriu o que hoje conhecemos por efeito fotoelétrico. Após a morte de Hertz, seu principal auxiliar, Philip Lenard (1862-1947), prosseguiu a pesquisa sistemática sobre o efeito descoberto por Hertz. Entre as várias constatações experimentais daí decorrentes, Lenard observou que a energia cinética máxima, K máx, dos elétrons emitidos pelo metal era dada por uma expressão matemática bastante simples: K máx = B f. C, onde B e C são duas constantes cujos valores podem ser determinados experimentalmente. A respeito da referida expressão matemática, considere as seguintes afirmações. I - A letra f representa a freqüência das oscilações de uma força eletromotriz alternada que deve ser aplicada ao metal. II - A letra B representada a conhecida Constante de Planck, cuja unidade no Sistema Internacional é J.s. III - A letra C representa uma constante, cuja unidade no Sistema Internacional é J, que corresponde à energia mínima que a luz incidente deve fornecer a um elétron do metal para remoê-lo do mesmo. (c) Apenas I e III. (e) I., II e III. 3 Gabarito 01-B 02-C 03-E 04-E 05-D 06-C 07-C 08-D 09-B 10-D 11-C 12-A 13-A 14-B 15-B 16-A 17-D 18-E 19-C 20-A 21-E 22-E 23-B 24-D 25-D 26-B 27-C 28-E 29-E 30-D 7