حل أسئلة التقويم الفصل الخامس ( الذرة ) - العلم نور

عاجل

{ وَقُلْ رَبِّ زِدْنِي عِلْمًا }

الثلاثاء، 30 أبريل 2019

حل أسئلة التقويم الفصل الخامس ( الذرة )


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 .

اقرأ الموضوع التالي النموذج الذري : اقر هنا 


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