La luz

1.         Calcula la energía y la longitud de onda de un fotón de luz de 1015 Hz de frecuencia.

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          Resultado:       6,625.10-19J
3.10-7 m

2.         Qué energía tiene un fotón de longitud de onda de 6.000 Å?

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     Resultado:       2,07 ev

3.         Si el efecto fotoeléctrico se produce con luz roja, tendrá lugar también con luz amarilla? Razona la respuesta.

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  Resultado:      

4.         En un aparato se produce el efecto fotoeléctrico con luz azul. Se va a producir este efecto con luz amarilla? Por qué?

                                                                                                                                                                                                                                                                     Resultado:       Tal vez sí o tal vez no, depende de ...

5.         Si la frecuencia de radiación que incide sobre una placa metálica y que produce efecto fotoeléctrico se duplica, también se duplicará la energía cinética de los electrones emitidos? Razona la respuesta.

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                Resultado:       No

6.         Una luz de frecuencia 6.1014 Hz incide sobre una superficie metálica y salen electrones con una energía cinética de 2.10-19 J. Calcula el trabajo de extracción de los electrones.

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         Resultado:       1,975.10-19 J

7.         En el efecto fotoeléctrico obtenido iluminando potasio, la energía cinética máxima de los fotoelectrones emitidos es de 1,6 eV cuando la luz incidente es de 3.500 Å. Cuál es la energía umbral en eV?

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     Resultado:       1,95 eV

8.         (PAU junio 03) Sobre el efecto fotoeléctrico:

a.    Explica brevemente en que consiste el efecto fotoeléctrico.

b.    Supon que al irradiar un metal con luz azul se produce efecto fotoeléctrico. Discute si también se va a producir cuando irradiemos el metal con luz amarilla, sabiendo que la luz amarilla tiene una frecuencia más baja que la luz azul. Justifica la respuesta.

9.         Cuando una superficie metálica se ilumina con luz de 180 nm (zona ultravioleta), ésta emite electrones. Observamos también que la frecuencia umbral corresponde a la luz de 230 nm.

a.    Calcula la velocidad máxima con la que salen los electrones al principio del experimento.

b.    Con qué potencial inverso tienen que ser frenados estos electrones para impedir que lleguen al ánodo de la célula fotoeléctrica?

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            Resultado:       2,3.106 m/s
1,5 V

10.     Para un cierto metal la longitud de onda umbral es de 270 nm.

a.    Determina la energía mínima necesaria para arrancar un electrón del metal.

b.    Cuál será la velocidad que, como máximo, podrán tener los electrones emitidos en tal caso?

Si la luz con el que iluminamos fuese de 200 nm,

c.    Cuál sería la velocidad máxima con qué saldrían los electrones?

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         Resultado:       7,36.10-19 J
0 m/s
756,8 km/s

11.     La energía mínima necesaria para arrancar electrones del cobre es de 4,4 eV. Cuál será la diferencia de potencial que habremos de aplicar para impedir la salida de electrones del cobre si éste se ilumina con una luz de 150 nm de longitud de onda?

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Resultado:       3,88 V

12.     (PAU junio 01) Calcula l’energía cinética máxima de los electrones emitidos por una superficie metálica cuando inciden fotones de longitud d’onda l = 2 . 10–7 m. La energía mínima para liberar los electrones (trabajo de extracción) es W = 6,72 . 10–19 J.

Datos: h = 6,62.10–34 J.s; c = 3.108 m/s.

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            Resultado:       3,21.10-19 J

13.     (OIF febrero 01) Una lámpara de arco se dispone con un dispositivo (filtro interferencial) que permite pasar únicamente luz de longitud d’onda igual a 400 nm (1 nm = 10-9 m). Al incidir esta luz sobre un metal extrae de éste un haz de electrones. Cambiamos el filtro por otro que permite pasar únicamente luz de 300 nm, ajustando la lámpara para que la intensidad de la luz incidente sea la misma que con la luz de 400 nm, entonces:

a.    Se emiten un número mayor de electrones en idéntico periodo de tiempo.

b.    Los electrones que se emiten tienen energía más elevada.

c.    Los dos apartados anteriores son ciertos.

d.    Ninguno de los dos primeros apartados es cierto.

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    Resultado:       b

14.     Determina la longitud de onda, la frecuencia y el cantidad de movimiento de un fotón de 200 MeV de energía e indica en qué zona del espectro se encuentra.

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          Resultado:       6,21.10-15 m
4,8.1022 Hz
1,06.10-19 kg.m/s

15.     Un electrón y un fotón tienen, cada uno, una longitud de onda de 2 Å. Cuáles son sus cantidades de movimiento?

                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Resultado:       3,3125.10-24 kg.m/s

16.     Son posibles los fenómenos de interferencia con electrones? Razona la respuesta.

 

17.     Calcula la longitud de onda de De Broglie asociada a cada partícula:

a.    Una persona de 70 kg que se mueve con 2 m/s de velocidad.

b.    Un electrón que se mueve a 1.000 m/s.

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             Resultado:       4,7.10-36 m
7,2.10-7 m

18.     Por qué tiene más poder de resolución el microscopio electrónico que el óptico?

 

19.     Cuál es la longitud de onda de De Broglie asociada a un virus de 10-18 g de masa que se mueve por la sangre con una velocidad de 0,2 m/s?

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      Resultado:       3,3125.10-12m

20.     Qué longitud de onda corresponde a un protón que se mueve a 2.107 m/s y a una bala de fusil de 5 g de masa que se mueve a 100 m/s?

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          Resultado:       2,07.10-14 m
1,325.10-33 m

21.     Un microscopio electrónico utiliza electrones acelerados a través de una diferencia de potencial de 40.000 V.

a.    Calcula la energía suministrada a cada electrón.

b.    Cuál será la velocidad de choque de los electrones?

c.    Determina el poder de resolución suponiendo que es igual a la longitud de onda de De Broglie asociada a los electrones.

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               Resultado:       6,4.10-15 J
1,186.108 m/s
0,06138 Å

22.     Calcula la energía de un fotón de longitud de onda l = 5.10-7 m.

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         Resultado:       3,975.10-19 J

23.     Una emisora de FM transmite con una potencia de 1 kW a una frecuencia de 98 MHz. Cuantos fotones emite durante un segundo?

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 Resultado:       1,54.1028 fotones

24.     Calcula la indeterminación en la cantiadad de movimiento y en la velocidad del electrón del átomo de hidrógeno en la primera órbita de Bohr. El radio es 0,529 Å y queremos que la indeterminación en la posición sea del 1% de dicho radio. Expresa la indeterminación en la velocidad en función de la velocidad de la luz, sin considerar efectos relativistas.

                                                                                                                                                                                                                                                                                                              Resultado:       1,99.10-22 kg.m/s
2,19.108 m/s
0,73 c

25.     Calcula la indeterminación en la cantidad de movimiento de un neutrón situado dentro del núcleo, si consideramos que la posición está limitada a un entorno de 1.10-14 m (tamaño del núcleo). Cuál es la indeterminación en la velocidad?

                                                                                                                                                                                                                                                                                                           Resultado:       1,055.10-20 kg.m/s
6,296.106 m/s