Ejercicio P8 · Física Selectividad Cataluña Juny Serie 2 2022

Tema: Física relativista, quàntica i nuclear · Del examen Juny Serie 2 (2022)

Enunciado

Considereu un experiment d'efecte fotoelèctric en què el càtode és una làmina de cesi que té una freqüència llindar de 4,59×1014 Hz4{,}59 \times 10^{14}\text{ Hz}.

a)

Calculeu el treball d'extracció del càtode. Si il·luminem el càtode amb els diferents punters làser de la taula que hi ha a continuació, justifiqueu amb quins punters làser es produirà l'efecte fotoelèctric. Completeu la taula i representeu gràficament en la quadrícula adjunta l'energia cinètica màxima dels electrons (en eV) en funció de la freqüència dels fotons incidents (en Hz) per a un interval de freqüències entre 3,00×1014 Hz3{,}00 \times 10^{14}\text{ Hz} i 7,00×1014 Hz7{,}00 \times 10^{14}\text{ Hz}. [1,25 punts]

Tipus de punter làser

Longitud d'ona

(nm)

Freqüència

(×1014 Hz\times 10^{14}\text{ Hz})

Energia fotó

(×10−19 J\times 10^{-19}\text{ J})

EcE_c electró

(×10−19 J\times 10^{-19}\text{ J})

EcE_c electró

(eV)

Làser blau

460

Làser verd

532

Làser infraroig

1 080

b)

Il·luminem el càtode amb un làser de freqüència 8,00×1014 Hz8{,}00 \times 10^{14}\text{ Hz}. Calculeu la velocitat i la longitud d'ona de De Broglie dels electrons arrencats del càtode amb la radiació d'aquest làser. [1,25 punts]

DADES:

1 eV=1,602×10−19 J1\text{ eV} = 1{,}602 \times 10^{-19}\text{ J}

me=9,11×10−31 kgm_e = 9{,}11 \times 10^{-31}\text{ kg}

c=3,00×108 m s−1c = 3{,}00 \times 10^8\text{ m s}^{-1}

h=6,63×10−34 J sh = 6{,}63 \times 10^{-34}\text{ J s}

Enunciado: Ejercicio P8 · Física Selectividad Cataluña Juny Serie 2 2022

Solución

Según los criterios oficiales de corrección

a) Calculeu el treball d'extracció del càtode.

Solución: 3,04×10−193{,}04 \times 10^{-19} J / 1,901{,}90 eV

a) Si il·luminem el càtode amb els diferents punters làser de la taula que hi ha a continuació, justifiqueu amb quins punters làser es produirà l'efecte fotoelèctric.

Solución: Es produirà efecte fotoelèctric amb el làser blau i el làser verd (no amb l'infraroig).

Taula: Freqüència làser blau (x 10^14 Hz)

Solución: 6,52

Taula: Energia fotó làser blau (x 10^-19 J)

Solución: 4,32

Taula: Ec electró làser blau (x 10^-19 J)

Solución: 1,28

Taula: Ec electró làser blau (eV)

Solución: 0,799 / 0,80

Taula: Freqüència làser verd (x 10^14 Hz)

Solución: 5,64

Taula: Energia fotó làser verd (x 10^-19 J)

Solución: 3,74

Taula: Ec electró làser verd (x 10^-19 J)

Solución: 0,696 / 0,70

Taula: Ec electró làser verd (eV)

Solución: 0,434

Taula: Freqüència làser infraroig (x 10^14 Hz)

Solución: 2,78

Taula: Energia fotó làser infraroig (x 10^-19 J)

Solución: 1,84

Taula: Ec electró làser infraroig (x 10^-19 J)

Solución: - / 0

Taula: Ec electró làser infraroig (eV)

Solución: - / 0

a) Representeu gràficament en la quadrícula adjunta l'energia cinètica màxima dels electrons (en eV) en funció de la freqüència dels fotons incidents (en Hz).

Solución: Recta que comença a (4,59×1014 Hz,0 eV)(4{,}59 \times 10^{14}\text{ Hz}, 0\text{ eV}) i passa pels punts calculats: verd (5,64×1014 Hz,0,434 eV)(5{,}64 \times 10^{14}\text{ Hz}, 0{,}434\text{ eV}) i blau (6,52×1014 Hz,0,799 eV)(6{,}52 \times 10^{14}\text{ Hz}, 0{,}799\text{ eV}).

b) Calculeu la velocitat dels electrons arrencats del càtode.

Solución: 7,04×1057{,}04 \times 10^5 m/s / 704704 km/s

b) Calculeu la longitud d'ona de De Broglie dels electrons.

Solución: 1,03×10−91{,}03 \times 10^{-9} m / 1,031{,}03 nm

La explicación paso a paso, hecha con IA, es Premium. Premium

Resuélvelo aquí mismo: corrección automática, pistas y solución paso a paso.

‹ Ejercicio P5 · Juny Serie 2 2022 · Ejercicio P5 · Juny Serie 5 2022 ›

Más ejercicios de Física relativista, quàntica i nuclear

Exámenes oficiales en PDF y soluciones: examenselectivitat.cat