بسم
الله الرحمن الرحيم
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
حل أسئلة التقويم الفصل الخامس (
الذرة )
نبدأ على بركة الله ...
خريطة المفاهيم
23. أكمل خريطة المفاهيم التالية
مستخدما ما يلي :
مستوايات الطاقة ، أقطار الإلكترون الثابتة ، نموذج بور ، انبعاث
وامتصاص الفوتون ، فرق مستوى الطاقة .
الحل :
إتقان المفاهيم
24. وضح كيف حدد راذرفورد أن الشحنة
الموجبة في الذرة متركزة في منطقة صغيرة جدا ، وليست منتشرة في الذرة .
الحل :
وجه رذرفورد شعاع من جسيمات ألفا في اتجاه صفيحة
فلزية رقيقة وقاس عدد الجسيمات المنحرفة بزاويا مختلفة . فوجد أن عددا ضغيرا انحرف
بزوايا كبيرة مما يدل على أمر هام ألا و هو أن الشحنة الموجبة في الذرة متمركزة في
منطقة صغيرة جدا هي النواة .
25. كيف فسر نموذج بور لماذا يتضمن طيف
الامتصاص للهيدروجين نفس ترددات طيف الانبعاث ؟
الحل :
أن طاقة الفوتون المنبعث أو الفوتون الممتص تساوي
التغير في الطاقة والتي يمكن لها قيم محددة .
26. راجع نموذج الكواكب للذرة . ما
المشكلات المتعلقة بهذا النموذج ؟
الحل :
عندما تخضع الإلكترونات لتسارع مركزي ، فإنها سوف
تخسر طاقة فعندئذ تتخذ مسارا حلزونيا نحو النواة ، وتشع طاقة بجميع الأطوال
الموجية وليست ذات أطوال موجية محددة .
27. حلل وانتقد نموذج بور للذرة . ما
الافتراضات الثلاثة التي قدمها بور لتطوير نموذجه ؟
الحل :
تكون مستويات الطاقة في الحالات المستقرة مكممة ،
تبعث الذرة أو تمتص الإشعاع فقط عندما تتغير حالتها ، الزخم الزاوي مكمم .
28. أنابيب الغاز المفرغة وضح كيف تنتج
الأطياف الخطية في أنابيب الغاز المفرغة ؟
الحل :
تنتقل الطاقة إلى الغاز ، مما يسبب إثارة الإلكترونات
، فتنتقل إلى مستويات طاقة أعلى . ثم تتخلص الإلكترونات من فرق الطاقة بين مستويات
الطاقة عندما تسقط عائدة على المستوى الأقل إثارة . وترتبط فروق الطاقة بين
المستويات مع الخطوط الطيفية .
29. كيف قدم نموذج بور تفسيرا للطيف
المنبعث من الذرات من الذرات ؟
الحل :
تحدد الأطوال الموجية للفوتون بالفرق بين طاقات
المستويات المسموح بها عندما ينتقل الإلكترون من مستوى الإثارة إلى مستوى
الاستقرار .
30. فسر لماذا تختلف الأطياف الخطية
الناتجة عن أنابيب التفريغ لغاز الهيدروجين عن تلك الأطياف الناتجة عن أنابيب
التفريغ لغاز الهيليوم .
الحل :
لأن تكوين كل عنصر مختلف عن الآخر من حيث توزيع
الإلكترونات أو مستويات الطاقة .
31. الليزرات إن مصدر طاقة جهاز الليزر
المختبي (8x10-4 W) 0.8 mW فقط . لماذا يبدو أنه اكثر قدرة من ضوء مصباح كهربائي 100 W ؟
الحل :
لأن ضوء الليزر يتركز في حزمة ضيقة ، بدلا من أن
ينتشر على مساحة واسعة كما في المصباح .
32. جهاز مشابه لليزر ينبعث إشعاع
موجات ميكروويف يسمى الميزر .
ما الكلمات المرجعية التي تكون هذا
الاختصار ؟
الحل :
تضخيم الموجات الميكروية باستعمال الانبعاث
المحفز بالإشعاع .
33. ما خصائص ضوء الليزر التي أدت إلى
استخدامه في أجهزة العرض الضوئية ؟
الحل :
الليزر موجات ضوئية موجهة ومركزة وذات أطوال
موجية موحدة و أحادية اللون .
تطبيق المفاهيم
34.
يختلف مستوى التعقيد لمستويات الطاقة من ذرة إلى أخرى . كيف تتوقع أن يؤثر
ذلك في الأطياف التي تنتجها ؟
الحل :
تصبح الأطياف أكثر تعقيدا .
35. الأضواء الأضواء الشمالية تحدث
الأضواء الشمالية بواسطة جسيمات ذات طاقة عالية قادمة من الشمس عندما تصطدم بذرات
في الغلاف الغازي للأرض . إذا نظرت إلى هذه الأضواء بمناظر طيفي فهل تشاهد طيفا
متصلا ، أم طيفا خطيا ؟ فسر .
الحل :
أشاهد طيفا خطيا لأن الضوء القادم من الغاز مكون
من عناصر محددة .
36. إذا انبعث ضوء أبيض من سطح الأرض
وشاهده شخص من الفضاء ، فهل يظهر الطيف بحيث يكون متصلا ؟ فسر .
الحل :
لا ، طاقات معينة سوف تمتص بواسطة الغازات في
الغلاف الغازي ، لذلك سوف يحتوي الطيف على خطوط امتصاص .
37. هل تعد قطع النقود مثالا جيدا
للتكمية ؟ هل يعد الماء كذلك ؟ فسر .
الحل :
نعم ، تأتي النقود بقيم محددة ، في حين لا يأتي
الماء بأي كمية محددة محتملة .
38. ذرة لها أربعة مستويات للطاقة ، E4 مستوى الطاقة الأعلى ، و E1
مستوى الطاقة الأدنى . إذا حدثت انتقالات بين أي مستويين للطاقة ، فما عدد الخطوط
الطيفية التي تستطيع الذرة أن تبعث بها ؟ وما الانتقال الذي يبعث فوتونا بأعلى
طاقة ؟
الحل :
تستطيع الذرة أن تبعث ستة خطوط محتملة ، والفوتون
ذو الطاقة الأعلى ينتج فقط بين المستويين E4 à E1 .
39. من الشكل 5-21
، يدخل فوتون طاقته 6.2 eV ذرة زئبق في حالة استقرار
. هل تمتصه الذرة ؟ فسر .
الحل :
لا ، لأنها تحتاج إلى طاقة 5.43 eV لنقل
الغلكترون إلى مستوى الطاقة E5 . حيث تمتص الذرة فقط الفوتونات التي لها
طاقة محددة فقط .
40. ينبعث فوتون عندما ينتقل إلكترون
ذرة الهيدروجين المثارة خلال مستويات طاقة أدنى . ما مقدار الطاقة العظمى التي
يمكن أن تكون للفوتون ؟ وإذا منحت كمية الطاقة هذه لذرة في حالة الاستقرار ، فما
الذي يحدث ؟
الحل :
الطاقة العظمى 13.6 eV وهذه
أيضا طاقة التأين لذرة الهيدروجين . حيث يغادر الإلكترون النواة .
41. قارن بين نظرية الكم الميكانيكية
للذرة ونموذج بور .
الحل :
لنموذج بور أقطار محددة ثابتة ويسمح بالحسابات
فقط لذرات الهيدروجين ، في حين يعطي النموذج الحالي ( نظرية الكم الميكانيكية )
احتمالية وجود إلكترون في موقع ما ، ويمكن أن يستخدم لجميع الذرات .
42. أي الليزرات – الأحمر أو الأخضر أو
الأزرق – ينتج فوتونات طاقتها أكبر ؟
الحل :
ليزر الضوء الأزرق .
إتقان حل المسائل
5-1 نموذج بور الذري
43. ينتقل إلكترون ذرة كالسيوم من
مستوى طاقة 5.16 eV فوق مستوى الاستقرار إلى
مستوى طاقته 2.93 eV فوق مستوى الاستقرار . ما
الطول الموجي للفوتون المنبعث ؟
الحل :
44. إذا دخل فوتون ضوء برتقالي طوله
الموجي 6.00x102 nm في ذرة كالسيوم مثارة عند مستوى
الطاقة E6 فتأينت الذرة ، فما مقدار
طاقة حركة الغلكترون المنبعث من الذرة ؟
الحل :
45. ذرة كالسيوم مثارة إلى مستوى طاقة E2 طاقته 2.93 eV فوق مستوى الاستقرار . اصطدام بها فوتون طاقته 1.20 eV فامتصته . إلى أي مستوى طاقة تنتقل ذرة الكالسيوم ؟ ارجع إلى الشكل 5-22 .
الحل :
46. ذرة كالسيوم مثارة عند مستوى طاقة E6 . ما مقدار الطاقة المحررة عندما تسقط الذرة إلى مستوى الطاقة E2 ؟ ارجع إلى الشكل 5-22 .
الحل :
47. احسب الطاقة المرتبطة بمستويات
الطاقة E7 و E2 للذرة الهيدروجين .
الحل :
48. احسب الفرق في مستويات الطاقة في
المسألة السابقة .
الحل :
ارجع إلى الشكل 5-21 لحل
المسألتين 49
و 50
.
49. ذرة زئبق مثارة عند مستوى طاقة E6 .
a.
ما مقدار الطاقة اللازمة لتأيين الذرة ؟
b.
ما مقدار الطاقة المتحررة عندما تسقط الذرة إلى مستوى الطاقة E2؟
الحل :
a.
b.
50. ذرة زئبق مثارة طاقتها -4.95 eV ، امتصت فوتونا فأصبحت في مستوى الطاقة الأعلى التالي . ما مقدار
طاقة الفوتون ؟ وما مقدار تردده ؟
الحل :
51. ما الطاقات المرتبطة مع مستويات
الطاقة لذرة الهيدروجين E2 ، E3
، E4 ، E5 ، E6
؟
الحل :
52. باستخدام القيم المحسوبة في
المسألة 51 ، احسب فروق الطاقة بين
مستويات الطاقة التالية :
a.
E6 - E5
b.
E6 - E3
c.
E4 - E2
d.
E5 - E2
e.
E5 - E3
الحل :
a.
b.
c.
d.
e.
53. استخدم القيم في المسألة 52
لحساب تردد الفوتونات المنبعثة عندما ينجز إلكترون ذرة الهيدروجين تغيرات في
مستويات الطاقة المذكورة أعلاه .
الحل :
a.
b.
c.
d.
e.
54. احسب الطول الموجي للفوتونات ذات الترددات التي قمت بحسابها في
المسألة 53 .
الحل :
a.
b.
c.
d.
e.
55. تبعث ذرة هيدروجين فوتونا طوله الموجي 94.3 nm عندما تصل إلى حالة الاستقرار . من أي مستوى طاقة انتقال
إلكترونها ؟
الحل :
56. ذرة هيدروجين مثارة إلى n=3
. وفق نموذج بور ، أوجد كلا مما يلي :
a. نصف قطر المستوى .
b. القوة الكهربائية بين البروتون
والإلكترون .
c. التسارع المركزي للإلكترون .
d. السرعة الدورانية للإلكترون ( قارن بين
هذه السرعة وسرعة الضوء ) .
الحل :
a.
b.
c.
d.
5-2 نموذج الذرة الكمي
57. مشغل القرص المدمج CD تستخدم ليزرات زرنيخات الجاليوم كثيرا في مشغلات القرص المدمج .
إذا بعث مثل هذا الليزر عند طول موجي 840 nm ، فما مقدار الفرق بوحدة eV بين مستويات الطاقة ؟
الحل :
58. أدخل ليزر GaInNi
بين مستويات طاقة مفصولة بطاقة مقدارها 2.90 eV .
a.
ما الطول الموجي للضوء المنبعث من الليزر ؟
b.
في أي جزء من الطيف يقع هذا الضوء ؟
الحل :
a.
b. في الجزء الأزرق .
59. يبعث ليزر ثاني أكسيد الكربون
بفوتون أشعة تحت حمراء طاقته عالية جدا . ما مقدار فرق الطاقة بوحدة eV بين مستويات الطاقة الليزرية ؟ ارجع إلى الجدول 5-1 .
الحل :
60. طاقة حزمة ليزر تساوي حاصل ضرب
طاقة كل فوتون منبعث في عدد الفوتونات لكل ثانية .
a.
إذا أردت الحصول على ليزر عند طول موجي 840 nm بحيث يكون له القدرة نفسها لليزر طول موجته 427 nm ، فكم مرة يتضاعف عدد الفوتونات في كل ثانية ؟
b.
أوجد عدد الفوتونات لكل ثانية في ليزر قدرته 5.0 mW وطوله الموجي 840 nm .
الحل :
a.
بما أن
طاقة الفوتون تعطي بالعلاقة E=hf=hc/λ ، فنسبية الطاقة بين الفوتونات في الليزر
الثاني إلى الطاقة في الليزر الأول هي 427 / 840 = 0.508 ، لهذا تكون نسبة عدد الفوتونات في الليزر
الثاني إلى الأول في كل ثانية 1/0.508 أي 1.97 .
b.
61. ليزرات HeNe
يمكن صنع الليزرات HeNe المستخدمة بوصفها مؤشرات
يستخدمها المحاضرون ، بحيث تنتج ليزرا عند الاطوال الموجية الثلاثة : 1152.3 nm ، 543.4 nm ، 632.8 nm .
a.
أوجد فرق الطاقة بين كل وضعين متضمنين في حزمة كل طول موجي .
b.
حدد لون كل طول موجي.
الحل :
a.
b.
أحمر تحت حمراء ، أخضر على الترتيب .
مراجعة عامة
62. يدخل فوتون طاقته 14.0 eV ذرة هيدروجين في حالة الاستقرار فيؤينها. ما مقار الطاقة الحركية
للإلكترون المتحرر من الذرة ؟
الحل :
63. احسب نصف قطر المستوى لكل من
مستويي الطاقة E5 و E6 لذرة الهيدروجين .
الحل :
64. ذرة هيدروجين في المستوى n=2 :
a.
إذا اصطدم فوتون طوله الموجي 332 nm بهذه الذرة فهل تتأين ؟ وضح ذلك .
b.
عندما تتأين الذرة ، افترض أن إلكترونا يكتسب الطاقة الزائدة عن التأين
؟ وضح ذلك .
الحل:
a.
b.
65. وجهت حزمة من الإلكترونات إلى عينة
من غاز الهيدروجين الذري . ما اقل طاقة للإلكترونات تلزم لينبعث ضوء أحمر ينتج
عندما ينتقل إلكترون ذرة الهيدروجين من مستوى الطاقة n= 3
إلى مستوى الطاقة n=2 ؟
الحل :
66. تستخدم أكثر تجارب المطياف دقة
تقنيات ( فةتونين ) ، حيث يوجه فوتونان بأطوال موجية متكافئة على ذرات الهدف من
اتجاهين متعاكسين . كل فوتون له نصف الطاقة اللازمة لإثارة الذرات من حالة
الاستقرار إلى مستوى الطاقة اللازم . ما طول موجة الليزر الذي يلزم لإنجاز دراسة
دقيقة لفرق الطاقة بين n=1 و n=2
في الهيدروجين ؟
الحل :
التفكير الناقد
67. تطبيق المفاهيم يوضح الشكل 5-23 نتيجة إسقاط طيف مصباح غاز الزئبق ذي الضغط العالي على حائط في غرفة مظلمة . ما فروق الطاقة لكل من الخطوط المرئية الثلاثة ؟
الحل :
68. تفسير الرسوم التوضيحية بعد انبعاث
الفوتونات المرئية التي تم وصفها في المسألة 67
، تستمر ذرة الزئبق في بعث فوتونات حتى تصل إلى حالة الاستقرار. من خلال اختبار
الشكل 5-22 حدد ما إذا كانت هذه
الفوتونات مرئية أم لا . فسر ذلك .
الحل :
لا ،
الخطوط الطيفية الثلاثة الأعلى طاقة تغادر الذرة في حالات لا تقل طاقتها عن 4.64 eV
فوق حالة الاستقرار ، والفوتون بهذه الطاقة يكون طوله الموجي 267 nm
ويقع في منطقة الاشعة فوق البنفسجية ، والتغير في الطاقة من المستوى E4
إلى المستوى E2
يتضمن تغيرا في الطاقة مقداره 0.79 eV ، فينتج ضوءا بطول موجي 1570 nm
يقع في منطقة الأشعة تحت الحمراء .
69. التحليل والاستنتاج : تتكون ذرة
البوزوترونيوم من إلكترون وضديد مادتها النسبي ( بوزترون ) يرتبطان معا . وعلى
الرغم من أن فترة الحياة لهذه الذرة صغيرة جدا ( معدل فترة حياتها +1/7 µ s ) فإنه يمكن قياس مستويات
طاقتها . يمكن استخدام نموذج بور لحساب الطاقات مع استبدال كتلة الإلكترون بمقدار
نصف كتلتها . صف كيف تتأثر أقطار المستويات والطاقة لكل مستوى . كم يكون الطول
الموجي عند الانتقال من E2 إلى E1 ؟
الحل :
ستتضاعف أنصاف القطار لأن m تظهر
في مقام المعادلة ، في حين الطاقات ستنخفض إلى النصف لأن m تظهر
في بسط المعادلة ، أما الأطوال الموجية فستتضاعف لذا فالضوء ينبعث من المستوى E2
إلى المستوى E1
، أي أن : (2)(121
nm) = 242 nm .
الكتابة في الفيزياء
70. اكتب بحثا عن تاريخ تطور نماذج
الذرة . واصفا كل نموذج باختصار ، ومحددا أوجه القوة والضعف فيه .
الحل :
يجب على الطلاب أن يصفوا نموذج ثومبسون "
فطيرة البرقوق " والنموذج المداري الكلاسيكي ، ونموذج بور ، والنموذج الكمي ،
حيث يفسر النموذج الأول كيف تمتلك الذرات إلكترونات وكتلة ولكن لا يستطيع تفسير كل
وجود الإلكترونات وتجارب راذرفورد ، ولكنه نموذج غير مستقر إذ بناءا على هذا
النموذج فإن الإلكترونات ستسقط في النواة خلال 1 ns ،
أما نموذج بور فسيفسر الأطياف الذرية وينسجم مع نموذج راذرفورد النووي ، ولكنه لم
يفسر عدم اليقين ، وكذلك لا يفسر استقرار الذرات عديدة الإلكترونات ، أما النموذج
الكمي فيمكن بواسطته تفسير جميع الحقائق المعروفة عن الذرات ، ولكن من الصعب تصوره
، ويتطلب استخدام أجهزة الحاسوب لحل معادلاته .
71. بعث مؤشر ليزر أخضر ضوءا طوله
الموجي 532 nm . اكتب بحثا في نوع الليزر
الذي استخدم في هذا النوع من المؤشرات ، وصف طريقة عمله ، وحدد ما إذا كان الليزر
على شكل نبضات أم مستمرا .
الحل :
يستخدم نبضات ليزر Nd عند 164 nm
حيث توضح IR
داخل بلورة " مضاعف التردد " . وينتج الضوء بنصف ذلك الطول الموجي أو 532 nm
.
مراجعة تراكمية
72. فكر في التعديلات التي يحتاج إليها
ثومبسون ليجعل أنبوبة يسارع بروتونات بالإضافة إلى الإلكترونات ، ثم أجب عن
الأسئلة التالية :
a.
لتحديد جسيمات لها السرعة نفسها ، هل ستتغير النسبة E/B ؟ فسر ذلك .
b.
للمحافظة على الانحراف نفسه الذي يسببه المجال المغناطيسي ، هل يجب أن
يكون المجال المغناطيسي أكبر أم أقل ؟ فسر ذلك .
الحل :
a. لا ، لأن V=E/B ، نسبة ثابتة لجميع قيم v
المعطاة .
b. للكتلة
الأكبر ، يجب أن تكون B كبيرة لتبقى r
ثابتة .
73. جهد الإيقاف اللازم لاستعادة جميع
الإلكترونات المنبعثة للإلكترونات بوحدة الجول ؟
الحل :
تم بحمد الله
نستقبل أسئلتكم
واستفساراتكم واقتراحاتكم في خانة التعليقات
" نرد على جميع
التعليقات "
بالتوفيق للجميع ...^_^
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق