الفيزياء فصل ثاني

السؤال الأول :

الفكرة الرئيسية: أوضح المقصود بكل من : الجسم الأسود , الظاهرة الكهروضوئية  ,اقتران الشغل ,للفلز تردد العتبة .

الجواب :

الجسم الأسود :هو ذلك الجسم الذي يمتص جميع الأشعة الساقطة عليه 

الظاهرة الكهروضوئية :هي ظاهرة يتم فيها إسقاط ضوء مناسب على سطح فلز حساس فتنبعث منه إلكترونات ضوئية تشكل تيار كهروضوئي

اقتران الشغل للفلز :هو أقل طاقة يمتلكها الفوتون ويستطيع تحرير إلكترونات من سطح الفلز دون إكسابها طاقة حركية

تردد العتبة : هو أقل تردد يمتلكه الفوتون ويستطيع تحرير إلكترونات من سطح الفلز.

السؤال الثاني :

سقط فوتون أشعة سينية مقدار زخمه

($4.3\times {10}^{-23}kgm/s$)على إلكترون حر فكان مقدار زخم الفوتون بعد تشتته ($3.2\times {10}^{-23}kgm/s$) أجد الطاقة التي اكتسبها الإلكترون بوحدة eV

الحل:

$$\begin{gathered} E_i=p_{i}c \\ =4.3\times {10}^{-23}\times 3\times {10}^8 \\ =12.9\times {10}^{-15}j \\ {E}_f=3.2\times {10}^{-23}\times 3\times {10}^8 \\ =9.6\times {10}^{-15}j \\ {E}_e=E_i-E_{f_{}}=(12.9-9.6)\times {10}^{-15} \\ =3.3\times {10}^{-15}j \\ =\frac{3.3\times {10}^{-15}}{1.6\times {10}^{-19}} \\ =2\times {10}^{4}eV \end{gathered}$$

السؤال الثالث:

استخدم المتغيرات :

سقط ضوء طول موجته  300nm  على سطح فلز تردد العتبة له $5\times {10}^{14}Hz$  أجد : 

أ -اقتران الشغل للفلز 

ب-الطاقة الحركية للإلكترونات المتحررة 

الحل:

أ - $$\begin{gathered} \varphi =h{f}_{°}=6.63\times {10}^{-34}\times 5\times {10}^{14} \\ =33.15\times {10}^{-20}J \end{gathered}$$

ب-نجد تردد الضوء الساقط من المعادلة

$$\begin{gathered} f=\frac{c}{\lambda }=\frac{3\times {10}^8}{300\times {10}^{-9}}=1\times {10}^{15}Hz \\ KE=hf-\varphi \\ { =6.63\times {10}^{-34}\times 1\times 10}^{15}-33.15\times {10}^{-20} \\ =3.315\times {10}^{-19}J \end{gathered}$$

السؤال الرابع : 

أحلل رسما بيانيا : 

يمثل الرسم البياني المجاور العلاقة بين الطاقة الحركية العظمى للإلكترونات المتحررة من سطح الفلز وطاقة فوتون الإشعاع الكهرومغناطيسي الساقط على سطح الفلز وذلك لفلزات عدة 

أ - جميع الخطوط مستقيمة ومتوازية أفسر ذلك . 

الجواب : لأن ميل  هذه الخطوط متساوي، حيث ميل 

     كل  خط يكون:

   $$\begin{gathered} slope =\frac{K{E}_{max}}{∆ E_{photon}} \\ K{E}_{max}=E_{photon}-\varphi \\ ∆K{E}_{max}=∆(E_{photon}-\varphi ) \\ ∆K{E}_{max}=∆(E_{photon} ) \\ slope =\frac{K{E}_{max}}{∆ E_{photon}}=1 \end{gathered}$$  

ب- ارتب تردد العتبة للفلزات من الأصغر إلى الأكبر 

الجواب : السيزيوم , الكالسيوم , الألمونيوم , البريليوم , البلاتين 

ج- إذا سقط ضوء طاقته 10 eV على البريليوم , أجد الطاقة الحركية العظمى للإلكترونات المنبعثة منه 

من الرسم إن تردد العتبة للبريليوم هو 5eV

$$\begin{gathered} K{E}_e=E-\varphi \\ =10-5=5eV \end{gathered}$$

د- إذا سقط ضوء طول موجته ( 350nm ) , فمن أي الفلزات يستطيع تحرير الإلكترونات , ومن أيها لا يستطيع ؟ أي الفلزات تتحرر منه إلكترونات لطاقة حركية عظمى أكبر ؟ 

نحسب تردد الفوتون الساقط من العلاقة $f=\frac{c}{\lambda }$

$f=\frac{3\times {10}^8}{350\times {10}^{-9}}=0.86\times {10}^{15}Hz$(للفوتون)

نحسب تردد العتبة لكل فلز من العلاقة$$\begin{gathered} \varphi =h{f}_{°}\Rightarrow f_{\circ }=\frac{\varphi }{h} \\ =\frac{2.2\times 1.6\times {10}^{-19}}{6.6\times {10}^{-34}} \\ =0.53\times {10}^{15}Hz \end{gathered}$$

وبالطريقة نفسها نجد أن تردد العتبة للكالسيوم يساوي$0.73\times {10}^{15}Hz$

وللألمنيوم يساوي $1.02\times {10}^{15}Hz$

وهذا يعني أن السيزيوم والكالسيوم هما اللذان يستطيعان تحرير إلكترونات منهما لأن تردد الفوتون الساقط أكبر من تردد العتبة لهما أما بقية الفلزات لا تستطيع تحرير إلكترونات منها لأن تردد الفوتون أقل من تردد العتبة لها 

وفلز السيزيوم يبعث إلكترونات بأكبر طاقة حركية لأن ترددالعتبة له أقل ما يمكن فيكون الفرق بين طاقة الفوتون واقتران الشغل اكبر ما يمكنوالذي يمثل الطاقة الحركية العظمى للالكترونات 

السؤال الخامس :

استخدم المتغيرات : 

سقط إشعاع كهرومغناطيسي طول موجته 80nm  على سطح فلز اقتران الشغل له  5.1eV , أجد أصغر وأكبر طاقة حركية للإلكترونات المتحررة من سطح الفلز .

الحل :

اصغر طاقة حركية للالكترونات المتحررة من الباعث تساوي صفر وذلك عندما يكون تردد الفوتون يساوي تردد العتبة للفلز 

اما اكبر طاقة حركية للالكترونات تحسب بالطريقة التالية :

$$\begin{gathered} f=\frac{c}{\lambda }=\frac{3\times {10}^8}{80\times {10}^{-9}}=3.75\times {10}^{15}Hz \\ E=hf=6.63\times {10}^{-34}\times 3.75\times {10}^{15} \\ =24.86\times {10}^{-19}J \\ =\frac{24.86\times {10}^{-19}}{1.6\times {10}^{-19}}=15.54ev \\ E=hf-\varphi \\ =15.54-5.1=10.44ev \end{gathered}$$

السؤال السادس :

أناقش :

بينت التجارب أن زيادة شدة الضوء الساقط على سطح فلز لا تؤدي إلى زيادة الطاقة الحركية العظمى للإلكترونات المتحررة من سطحها أناقش فشل الطبيعة الموجية للضوء في تفسير هذه المشاهدة 

الجواب:

حسب النظرية الموجية للضوء فان الالكترونات لا تنبعث فور سقوط الضوء عليها وانما تحتاج الى بعض الوقت حتى تمتص الطاقة اللازمة لانبعاثهاوزيادة شدة الاضاءة تزيد من الطاقة الدركية من الالكترونات وليس على تردد الضوء الساقط