حل أسئلة التقويم الفصل الرابع ( نظرية الكم ) - العلم نور

عاجل

الثلاثاء، 2 أبريل 2019

حل أسئلة التقويم الفصل الرابع ( نظرية الكم )



بسم الله الرحمن الرحيم
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
حل أسئلة التقويم الفصل الرابع ( نظرية الكم )
نبدأ على بركة الله ....




خريطة المفاهيم

29. أكمل خريطة المفاهيم أدناه باستخدام المصطلحات التالية : الطبيعة المزدجة ، الكتلة ، الخصائص الموجية ، الزخم ، الحيود .



الحل :




إتقان المفاهيم
30. الضوء المتوهج يضبط مصباح كهربائي متوهج باستخدام مفتاح تحكم . ماذا يحدث للون الضوء الصادر عن المصباح عند إدارة مفتاح التحكم إلى أقل قراءة ؟
الحل :
يصبح الضوء أكثر إحمرارا .

31. وضح مفهوم تكمية الطاقة .
الحل :
تكميم الطاقة يعني أن الطاقة توجد على شكل مضاعفات صحيحة لكمية ما .

32. ما الذي تم تكميته في تفسير ماكس بلانك لإشعاع الأجسام المتوهجة .
الحل :
إن الطاقة الاهتزازية للذرات المتوهجة مكممة .

33. ماذا تسمى كمات الضوء ؟
الحل :
الفوتونات .

34. سلط ضوء على مهبط خلية ضوئية ، وكان تردد الضوء أكبر من تردد العتبة لفلز المهبط . كيف تفسر نظرية أينشتاين للتأثير الكهروضوئي حقيقة زيادة تيار الإلكترونات الضوئية كلما زادت شدة الضوء ؟
الحل :
كما فوتون يحرر إلكترونا ضوئيا ، والضوء ذو الشدة العالية يحتوي على عدد فوتونات أكثر لكل ثانية ، لذا يسبب تحرير عدد إلكترونات ضوئية أكثر لكل ثانية .

35. وضح كيف فسرت نظرية أينشتاين حقيقة أن الضوء الذي تردده أقل من تردد العتبة لفلز لا يحرر إلكترونات ضوئية منها ، بغض النظر عن شدة الضوء ؟
الحل :
الفوتونات ذات التردد الأقل من تردد العتبة ليس لها طاقة كافية لتحرير إلكترون . أما إذا ازدادت شدة الضوء فإن عدد الفوتونات يزداد و لكن طاقتها لا تزداد ، وتبقى الفوتونات غير قادرة على تحرير إلكترون .

36. الفيلم الفوتوجرافي لأن أنواع معينة من أفلام الأبيض والأسود ليست حساسة للضوء الأحمر ، فإنه يمكن تحميضها في غرفة مظلمة مضاءة بضوء أحمر . فسر ذلك بناء على نظرية الفوتون للضوء .
الحل :
فوتونات الضوء الأحمر ليس لها طاقة كافية لإحداث تفاعل كيميائي مع الفيلم الذي يتعرض له .

37. كيف أظهر تأثير كومبتون أن للفوتونات زخما ، كما ان لها طاقة ؟
الحل :
تنقل التصادمات المرنة كلا من الزخم والطاقة للفوتونات فقط إذا كان لها زخم يمكنها من تحقيق المعادلات .

38. الزخم p لجسيم مادي يعطى بالعلاقة p=mv . هل تستطيع حساب زخم فوتون مستخدما المعادلة نفسها ؟ وضح إجابتك .
الحل :
لا ، لأن استخدام هذه المعادلة تجعل زخم الفوتون صفرا لأن الفوتونات مهملة الكتلة . وهذه النتيجة غير صحيحة لأن الفوتونات المهملة الكتلة زخمها ليس صفرا .

39. وضح كيف يمكن قياس الخصائص التالية للإلكترون ؟
    a.   الشحنة . 
    b.  الكتلة .
    c.   الطول الموجي .
الحل :
    a.    وازن بين قوة الجذب مع قوة المجال الكهربائي المؤثرتين في الشحنة .
    b.  وازن بين قوة المجال الكهربائي مع قوة المجال المغناطيسي لإيجاد m/q ، ثم استخدم قيمة q المقيسة .
    c.   شتت الإلكترونات عن سطح الكريستال وقم بقياس زوايا الحيود .

40 . وضح كيف يمكن قياس الخصائص التالية للفوتون ؟
    a.   الطاقة .
    b.  الزخم .
    c.   الطول الموجي .
الحل :

a.   قس الطاقة الحركية KE للإلكترونات المتحررة من الفلز بطولين موجيين مختلفين على الأقل . أو قس الطاقة الحركية للإلكترونات المتحررة من معدن معلوم عند طول موجي واحد فقط .
b.  قس التغير في الطول الموجي لأشعة X المتشتتة بواسطة المادة .
c.   قس زاوية الحيود عندما ينفذ الضوء خلال شقين أو محزوز حيود ، وقس عرض نمط الحيود للشق المفرد ، أو قس الزاوية التي ينحرف الضوء عندها عند نفاذه خلال المنشور .

تطبيق المفاهيم
41. استخدم طيف الانبعاث لجسم متوهج عند ثلاث درجات حرارة مختلفة ، كما في الشكل 4-1 للإجابة عن الأسئلة الآتية :
      a.   عند أي تردد تكون شدة الانبعاث أكبر ما يكون لكل من درجات الحرارة الثلاث ؟
      b.  ماذا تستنج عن العلاقة بين التردد الذي تكون عنده شدة الإشعاع المنبعث أكبر ما يمكن وبين درجة حرارة الجسم المتوهج ؟
      c.   بأي معامل تتغير شدة الضوء الأحمر المنبعث عندما تزداد درجة الحرارة من 4000 k إلى 8000 k ؟
الحل :
     a.      




     b.    يزداد التردد الذي تكون عنده شدة الإشعاع المنبعث أكبر ما يمكن بزيادة درجة الحرارة .
     c.   تزداد شدة الجزء الأحمر من الطيف من 0.5 إلى 9.2 تقريبا ، وتكون الزيادة بمعامل أكبر قليلا من 18 .


42. وضع قضيبان من الحديد في النار ، فتوهج أحدهما باللون الأحمر الداكن ، بينما توهج الآخر باللون البرتقالي الساطع . أي القضيبين :
a.   أكثر سخونة ؟
b.  يشع طاقة أكبر ؟
   الحل :
a.   البرتقالي الساطع .
b.  البرتقالي الساطع .

   43. هل يحرر ضوء تردده كبير عددا أكبر من الإلكترونات من سطح حساس للضو مقارنة بضوء تردده اقل ، إذا افترضنا أن كلا الترددين أكبر من نردد العتبة ؟
الحل :
ليس ضروريا ، إذ يتناسب عدد الإلكترونات المنبعثة طرديا مع عدد الفوتونات الساقطة أو مع شدة الضوء وليس مع تردده .

44. تنبعث إلكترونات ضوئية من البوتاسيوم عندما يسقط عليه ضوء أزرق ، في حين تنبعث إلكترونات ضوئية من التنجستن  عندما يسقط عليه أشعة فوق بنفسجية . أي الفلزين :
     a.   له تردد عتبة أكبر ؟
     b.  له دالة شغل أكبر ؟
الحل :

     a.   الضوء الأزرق له تردد وطاقة أقل من الضوء فوق البنفسجي ، لذلك فإن التنجستن له تردد عتبة أكبر .
     b.  التنجستن .

45. قان طول موجة دي برولي المصاحبة لكرة البيسبول الموضحة في الشكل 4-10 بقطر الكرة .




الحل :
قطر كرة البيسبول 0.10 m تقريبا بينما طول موجة دي برولي 10-34 m ، و بذلك يكون قطر كرة البيسبول أكبر 1033 مرة من الطوال الموجي لموجة دي برولي المصاحب لها .


إتقان حل المسائل
4-1 النموذج الجسيمي للموجات
46. اعتمادا على نظية بلانك ، كيف يتغير تردد اهتزاز ذرة إذا بعثت طاقة مقدارها 5.44 x 10-19 J عندما تغيرت قيمة n بمقدار 1 ؟
الحل :




47. مامقدار فرق الجهد اللازم لإيقاف إلكترونات طاقتها الحركية العظمى 4.8x10-19 J ؟

الحل :




48. ما زخم فوتون الضوء البنفسجي الذي طوله الموجي 4.0x102 nm ؟
الحل :




49. جهد الإيقاف لإلكترونات فلز معين موضح في الشكل 4-11 . ما مقدار الطاقة الحركية العظمة للإلكترونات الضوئية بدلالة الوحدات التالية ؟
     a.   الإلكترون فولت
     b.  الجول
     c.   الجول


الحل :
      a.   
    

      b.     


50. تردد العتبة لفلز معين 3.00 x1014 Hz . ما مقدار الطاقة الحركية العظمى للإلكترونات المتحررة إذا أضيء الفلز بضوء طوله الموجي 6.50x102 nm ؟
الحل :



51. ما مقدار الشغل اللازم لتحرير إلكترون من سطح الصوديوم إذا كان تردد العتبة له 4.4 x1014 Hz ؟
الحل :



52. إذا سقط ضوء تردده 1.00 x 1015 Hz على الصوديوم في المسألة السابقة ، فما مقدار الطاقة الحركية العظمى للإلكترونات الضوئية ؟
الحل :



53. مقياس الضوء يستعمل مقاس الضوء الفوتوجرافي خلية ضوئية لقياس الضوء الساقط على الجسم المراد تصويره . كم يجب أن تكون دالة الشغل لمادة المهبط حتى تكون الخلية الضوئية حساسة للضوء الأحمر (λ = 680 nm) ، كحساسيتها للألوان الأخرى للضوء ؟

الحل :




54. الطاقة الشمسية يستهلك 4x10-11 J من الطاقة كل عام في الاستخدامات المنزلية في دولة ما . إذا كانت أشعة الشمس تسقط على بعض أجزاء هذه الدولة لمدة 3000 h كل عام ، فأجب عما يلي :
      a.   ما مقدار الطاقة الشمسية التي تسقط على المتر المربع الواحد كل عام ؟
      b.  إذا كان من الممكن تحويل هذه الطاقة الشمسية إلى طاقة مفيدة بكفاءة 20 % ، فما مقدار المساحة التي يجب استخدامها لإنتاج طاقة مساوية لتلك التي تستهلك في المنازل ؟
الحل :
      a.   



      b.  
  



4-2 موجات المادة

55. ما مقدار طول موجة برولي المصاحبة لإلكترون يتحرك بسصرعة 3.0x106 m/s ؟
الحل :




56. ما مقدار السرعة التي يجب أن يتحرك بها إلكترون لتكون طول موجة دي برولي المصاحبة له 3.0x10-10  m ؟
الحل :




57. يتسارع إلكترون في أنبوب أشعة مهبطية من السكون خلال فرق جهد 5.0x103 V . ما مقدار :
     a.   سرعة الإلكترون ؟
     b.  الطول الموجي المصاحب للإلكترون ؟
الحل :
     a.   


     b.  




58. احتجز نييوترون طاقته الحركية 0.02 eV فقط .
     a.   ما سرعة النيوترون ؟
     b.  أوجد طول موجة دي برولي المصاحبة للنيوترون .
الحل :
      a.   

     b.  
  



59. إذا كانت الطاقة الحركية لإلكترون ذرة الهيدروجين 13.65 eV فاحسب :
     a.   مقدار سرعة الإلكترون .
     b.  مقدار طول موجة دي برولي المصاحبة للإلكترون .
     c.   محيط ذرة الهيدروجين ثم قارنه بطول موجة دي برولي المصاحبة لإلكترون الذرة . علما بأن نصف قطر ذرة الهيدروجين 0.519 nm .

الحل :

      a.   
    

      b.  
   


      c.   
  



60. إذا كان طول موجة دي برولي المصاحبة للإلكترون 0.18 nm :
     a.   فما مقدار فرق الجهد الذي تحرك خلاله إذا بدأ الحركة من السكون ؟
     b.  إذا كان طول موجة دي برولي المصاحبة لبروتون 0.18 nm فما مقدار فرق الجهد الذي تحرك خلاله إذا بدأ الحركة من السكون ؟
الحل :
        a.  

    b. 








مراجعة عامة

61. ما مقدار الطاقة الحركية العظمى للإلكترونات المتحررة من فلز إذا كان جهد إيقافها 3.8 V ؟
الحل :




62. إذا كان تردد العتبة لفلز ما 8.0x1014 Hz ، فما دالة الشغل له ؟
الحل :





63. إذا سقط ضوء تردده 1.6x1015 Hz على الفلز في المسألة السابقة ، فما مقدار الطاقة الحركية العظمى للإلكترونات الضوئية ؟
الحل :




64. احسب طول موجة دي برولي المصاحبة لديوترون ( نواة نظير الهيدروجين 2 H ) كتلته 3.3x10-27 kg ويتحرك بسرعة 2.5x104 kg .
الحل :





65. إذا كانت دالة الشغل للحديد 4.7 eV :
      a.   فما مقدار طول موجة العتبة له ؟
      b.  وإذا أسقط إشعاع طوله الموجي 150 nm على الحديد ، فما مقدار الطاقة الحركية العظمى للإلكترونات المتحررة بوحدة eV ؟ 
الحل :
  
      a.   

     b.  
  



66. إذا كانت دالة الشغل للباريوم 2.48 eV ، فما أكبر طول موجي للضوء يستطيع تحرير إلكترونات منه ؟

الحل :



67. طول موجة دي برولي المصاحبة لإلكترون 400.0 nm ، وهي تساوي أقصر طول موجي للضوء المرئي . احسب مقدار :
     a.   سرعة الإلكترون .
     b.  طاقة الإلكترون بوحدة eV 
الحل :  
      a.      

      b.  
         
  

68. المجهر الإلكتروني يعد المجهر الإلكتروني مفيدا لأنه يمكن جعل الأطوال الموجية لموجات دي برولي المصاحبة للإلكترونات أقصر من الطول الموجي للضوء المرئي . ما مقدار الطاقة ( بوحدة eV ) اللازم تزويدها لإلكترون حتى يكون طول موجة دي برولي المصاحبة له 20.0 nm ؟
الحل :





69. سقط إشعاع على قصدير ، كما في الشكل 4-12 . إذا كان تردد العتبة للقصدير 1.2 x 1015 Hz فما مقدار :
     a.   طول موجة العتبة للقصدير ؟
     b.  دالة الشغل للقصدير ؟
     c.   الطاقة الحركية للإلكترونات المتحررة بوحدة eV ، إذا كان الطول الموجي للإشعاع الكهرومغناطيسي الساقط 167 nm ؟



الحل :
      a.   
  

      b.  
   



      c.  



 التفكير الناقد
70 . تطبيق المفاهيم يبعث مصدر ليزر هيليوم – نيون فوتونات طولها الموجي 632.8 nm .
     a.   احسب مقدار الطاقة بوحدة الجول لكل فوتون يبعث من الليزر .
     b.  إذا كانت قدرة مصدر ليزر صغير تقليدي 0.5 mW ( تكافئ 5x10-4 J/s ) ، فما عدد الفوتونات المنبعثة من مصدر الليزر في كل ثانية ؟
الحل :
    a.   


    b.  
  



71. تطبيق المفاهيم يدخل الضوء المرئي الذي شدته 1.5x10-11 W/m2 بصورة إلى عين إنسان ، كما في الشكل 4-13 .
     a.   إذا سلط هذا الضوء على عين الإنسان ومر خلال بؤبؤ عينه ، فما مقدار القدرة التي تدخل عينه بوحدة الواط ؟
     b.  استخدم الطول الموجي المعطى للضوء المرئي والمعلومات المعطاة في الشكل 4-13 لكي تحسب عدد الفوتونات التي تدخل العين في كل ثانية .



الحل : 

    a.  
  
    b.  
  



72. إنشاء الرسوم البيانية واستخدامها أكمل طالب تجربة التأثير الكهروضوئي ، وسجل جهد الإيقاف كدالة رياضية في الطول الموجي ، كما في الجدول 4-1 . وكان مهبط الخلية الضوئية مصنوعا من الصوديوم . عين البيانات ( جهد الإيقاف مقابل التردد ) واستعمل الآلة الحاسبة لرسم أفضل خط مستقيم . استخدم الميل والمقطع وأوجد دالة الشغل ، وطول موجة العتبة ، ومقدار h/q في هذه التجربة . قارن قيمة h/q مع القيمة المقبولة .


الحل :



الكتابة في الفيزياء
73. في ضوء ما درسته عن مبدأ عدم التحديد . أبحث عن الحتمية و عدم التحديد في الفيزياء لهيزنبرج و أكتب بحثا عن ذلك .
الحل :
أن مبدأ هيزنبرج يتضمن أنه لا يمكن قياس خاصيتين فيزيائيتين ( كالموقع والزخم ) لجسيم ( كالإلكترون ) بلحظة واحدة معنية دون وجود قدر من عدم التأكد من دقة القياس لإحدى الخاصيتين ، فإذا عرفنا موقع الإلكترون بلحظة ما أصبح مستحيلا معرفة زخمه بالدقة نفسها . وينتج عدم التحديد عن عملية القياس نفسها . وينتج عدم التحديد عن عملية القياس نفسها ، والتي تؤثر فيها أجهزة القياس على الكميات المقيسة ، بما فيها الضوء المستخدم نفسه . فعلى هذا المستوى فإنه عند التعامل مع ذرات أو جزيئات أو جسيمات أولية نقوم بتصويب فوتونات لقياس موضع هذه الجسيمات . ونظرا لأن الفوتونات لها طاقة تقوم بدفع الجسيم عند الاصطدام به فيتغير موقعه ، وبالتالي فإننا لا نستطيع تحديد موقعه بدقة ولا تحديد زخمه بدقة .


اقرا الموضوع التالي  الحتمية وعدم التحديد في الفيزياء لهايزنبرج : انقر هنا 


مراجعة تراكمية
74. يتحرك شعاع من الإلكترونات بسرعة 2.8x108 m/s في مجال كهربائي مقداره 1.4x104 N/C ما مقدار المجال المعناطيسي الذي يجب أن تتحرك خلاله الإلكترونات حتى تحافظ على حركتها فيه دون انحراف ؟

الحل :











تم بحمد الله


نستقبل أسئلتكم واستفساراتكم واقتراحاتكم في خانة التعليقات

" نرد على جميع التعليقات "



بالتوفيق للجميع ...^_^





ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق