Качественная задача. Квантовая физика (Отсутствует в ЕГЭ 2024) —Каталог задач по ЕГЭ - Физика

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#14365

На площадку падает зелёный свет от лазера. Лазер заменяют на другой, который генерирует красный свет. Мощность излучения, падающего на площадку, в обоих случаях одна и та же. Как меняется в результате такой замены число фотонов, падающих на площадку в единицу времени? Укажите закономерности, которые Вы использовали при обосновании своего ответа.

Источники: Демидова 2019 | Демидова 2017

Показать ответ и решение

1) Энергия фотона находится по формуле:

c E = hν = hλ

где $h$ – постоянная планка, $ν$ – частота света, $c$ – скорость света в вакууме, $λ$ – длина волны света. Так как длина волны зеленого меньше , чем длина волны красного, то энергия фотона красного меньше, чем энергия фотона зеленого $E з > Eк$
2) Мощность светового излучения равна

ΔN-- P = E Δt

где $ΔN$ – количество фотонов, падающих на площадку, за время $Δt$ . Так как по условию мощности равны, то

ΔN-к= -Eз> 1 ΔN з E к

значит количество фотонов увеличится.

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: сказано как изменяется число фотонов)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: формула связи мощности с числом падающих фотонов на поверхность катода, формула расчета энергии фотонов)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 2#14366

При изучении давления света проведены два опыта с одним и тем же лазером. В первом опыте свет лазера направляется на пластинку, покрытую сажей, а во втором — на зеркальную пластинку такой же площади. В обоих опытах пластинки находятся на одинаковом расстоянии от лазера и свет падает перпендикулярно поверхности пластинок.
Как изменится сила давления света на пластинку во втором опыте по сравнению с первым? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.

Источники: Демидова 2019

Показать ответ и решение

1) Пусть на поверхность падает $N$ , Импульс одного фотона равен

hν p1 = c-,

где $h$ – постоянная планка, $ν$ – частота света, $c$ – скорость света в вакууме. Тогда импульс $N$ фотонов равен

pN = N hν c

2) Рассмотрим поверхность, покрытую сажей, и поверхность зеркала.
Поверхность, покрытая сажей. При поглощении фотонов поверхностью, покрытую сажей, она приобретает импульс равный $pN$ за время $t$ . В соответствии с законом изменения импульса тела в инерциальной системе отсчёта скорость изменения импульса тела равна силе, действующей на него со стороны других тел или полей:

F1 = N hν tc

Поверхность зеркала. Луч фотонов будет отражаться от зеркала в противоположную сторону, значит импульс отраженной волны равен

p′N =− pN =− N hν c

В итоге за время $t$ импульс волны под действием зеркальной пластинки изменился.

Δp= (pN +p′N )

Для зеркала $N ≈ N′$ , то есть

Δp = 2pN

В соответствии с законом изменения импульса тела в инерциальной системе отсчёта скорость изменения импульса тела равна силе, действующей на него со стороны других тел или полей:

F = 2N hν= 2F 2 tc 1

Значит $F2 > F1$ .

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: в данном случае сила давления света увеличивается)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: связь силы со скоростью передачи импульса, разница в передаваемом импульсе при падении фотона на зеркало и на поглощающую пластину, выражения для энергии и импульса фотонов)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 3#14367

В опыте по изучению фотоэффекта катод освещается жёлтым светом, в результате чего в цепи возникает ток (рисунок 1). Зависимость показаний амперметра $I$ от напряжения $U$ между анодом и катодом приведена на рисунке 2. Используя законы фотоэффекта и предполагая, что отношение числа фотоэлектронов к числу поглощённых фотонов не зависит от частоты света, объясните, как изменится представленная зависимость $I(U)$ , если освещать катод зелёным светом, оставив мощность поглощённого катодом света неизменной.

Показать ответ и решение

1. При смене света на зелёный происходит увеличение частоты света $ν2 > ν1$ .
2. По уравнению Эйнштейна:

hν = A + eU,

где $A$ – работа выхода (она постоянна для для метала и не зависит от света).
Следовательно, модуль запирающего напряжение при смене света увеличится.
3. Мощность по условию остается неизменной, и вычисляем по формуле:

P =N hν , t

где $N$ – количество фотонов падающих на катод за время $t$ .
Следовательно, количество фотонов, падающих на катод уменьшится, так как мощность неизменна, а энергия увеличилась.
4. Ток насыщения прямо пропорционален количеству падающих фотонов, следовательно, сила тока насыщения уменьшится, точка отрыва графика от горизонтальной оси сместится влево

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: п. 4)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: уравнение Эйнштейна для фотоэффекта, формула связи мощности с числом падающих фотонов на поверхность катода)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 4#43122

Учащимся в классе при электрическом освещении лампами накаливания показали опыт: цинковый шар электрометра зарядили эбонитовой палочкой, потёртой о сукно.

При этом стрелка электрометра отклонилась, заняв положение, указанное на рисунке, и в дальнейшем не меняла его.

Когда на шар направили свет аргоновой лампы, стрелка электрометра быстро опустилась вниз. Объясните разрядку электрометра, учитывая приведённые спектры (зависимость интенсивности света $I$ от длины волны $λ$ ) лампы накаливания и аргоновой лампы. Красная граница фотоэффекта для цинка $λкр = 290$ нм.

Показать ответ и решение

Эбонитовая палочка, потертая о шерсть приобретает отрицательный заряд. После соприкосновения палочки и электрометра некоторый заряд перейдёт с палочки на электрометр.

Пока на лампу падал свет от лампы накаливания, основная освещенность приходилось на длину волны больше 500 нм (см. рис. слева), что больше красной границы для цинка (290 нм) и явление фотоэффекта не наблюдалось, поэтому электрометр не разряжался.

При освещении электрометра аргоновой лампой основной спектр освещенности приходился до 290 нм, что меньше красной границы для цинка, то есть наблюдался эффект фотоэффекта. В результате вырывания электронов с поверхности цинкового шара, заряд уменьшался, из-за чего электрометр разряжался.

ВАЖНО! В случае лампы накаливания не происходит притяжения электронов с шара к каким-либо заряженным частицам в воздухе из-за того, что воздух в нормальных условиях является диэлектриком.

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: объяснена разрядка электрометра)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: описан процесс электризации эбонитовой палочки, сказано, в каком случае будет происходить фотоэффект, сказано про зависимость скорости движения молекул от температуры, сказано, что при высокой температуре будет происходить ионизация воздуха, описан процесс разрядки электрометра, указано, что в нормальных условиях воздух является диэлектриком)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 5#61571

В установке по наблюдению фотоэффекта свет от точечного источника $S$ , пройдя через собирающую линзу, падает на фотокатод параллельным пучком. В схему внесли изменение: на место первоначальной линзы поставили другую того же диаметра, но с большим фокусным расстоянием. Источник света переместили вдоль главной оптической оси линзы так, что на фотокатод свет снова стал падать параллельным пучком. Как изменился при этом (уменьшился или увеличился) фототок насыщения? Объясните, почему изменится фототок насыщения, и укажите, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.

$PIC$

Источники: Досрочная волна 2013

Показать ответ и решение

По первому закону Столетова фототок насыщения зависит от интенсивности падающего света, то есть от количества фотонов, падающих на фотокатод в единицу времени. При изменении линзы на линзу такого же диаметра с большим фокусным расстоянием из-за того, что мы отдаляем источник, то угол в пределах которого фотоны могут падать на линзу уменьшается(телесный угол) и ,следовательно, количество фотонов падающих на линзу стало меньше. Значит количество выбитых электронов стало меньше. Следовательно, фототок насыщения уменьшится.

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: фототок насыщения уменьшается)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: закон Столетова, закон внешнего фотоэффекта)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 6#61572

Два одинаковых лазера освещают узкими пучками красного света два тела, имевших в начальный момент одинаковые температуры. Первое тело красного цвета, а второе зелёного. Опираясь на законы квантовой и молекулярной физики, объясните, температура какого из тел будет больше через некоторый промежуток времени.

Источники: Основная волна 2014

Показать ответ и решение

Излучаемые лазером фотоны, падая на поверхность тела, будут в основном отражаться, если цвет пучка совпадает с цветом тела. Если же цвет пучка будет отличаться с цветом тела, то большинство фотонов будет поглощаться.

Следовательно, из условия мы понимаем, что зеленое тело поглотит большую часть фотонов пучка. Эта вся энергия фотонов уйдёт в внутреннюю энергию и повысит температуру тела.

Следовательно, температура зеленого тела будет больше, чем красного.

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: температура зеленого тела будет больше, чем красного)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: описаны процессы отражения и поглощения фотонов, сказано что при поглощении фотонв внутренняя энергия тела увеличивается и его температура повышается)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 7#61573

В классе при электрическом освещении лампами накаливания показали опыт: цинковый шар электрометра зарядили эбонитовой палочкой, потёртой о сукно.

$PIC$

При этом стрелка электрометра отклонилась, заняв положение, указанное на рисунке, и не меняла его. Через некоторое время к шару на расстояние нескольких сантиметров поднесли горящую свечу, при этом стрелка электрометра быстро опустилась вниз. Спектр излучения свечи (зависимость интенсивности излучения $I$ от длины волны) показан на рисунке. Объясните разрядку электрометра, примите во внимание приведённые спектры и то, что для цинка "красная граница"фотоэффекта $λкр = 290$ нм.

$PIC$

Источники: Досрочная волна 2023

Показать ответ и решение

Эбонитовая палочка, потертая о сукно, заряжена отрицательная, следовательно, цинковый шар будет заряжен отрицательно. Из условия следует, что если мы освещаем цинковый шар лампой накаливания, то стрелка электрометра не изменяет положения. Это может следовать из того, что не происходит фотоэффект. Уравнение Эйнштейна:

hc = Aвыхода+ Eкин.max λ

где $Aвыхода = hc- λкр$ - работа выхода, $E кин.max$ - максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов.

Из него следует, что фотоэффект будет происходить только при условии, что длина волны спектра излучения лампы накаливания будет меньше, чем $λкр$ (см.рисунок). Такие же утверждение верны и для свечи(см.рисунок).

Температура воздуха вблизи лампы накаливания меньше, чем вблизи свечи. Значит при поднесении свечи будет увеличиваться скорость движения молекул. При высокой температура будет происходить ионизация воздуха - будут появляться положительные и отрицательные ионы. Вследствие электроны с поверхности шара будут притягиваться к положительно заряженными ионами, поэтому будет происходить уменьшение заряда электрометра.

ВАЖНО! В случае лампы накаливания не происходит притяжения электронов с шара к каким-либо заряженным частицам в воздухе из-за того, что воздух в нормальных условиях является диэлектриком.

Ответ:

Критерии оценки


Критерии оценивания выполнения задачи	Баллы

Приведено полное правильное решение, включающее правильный	3
ответ (в данном случае: объяснена разрядка электрометра)
и исчерпывающие верные рассуждения с прямым указанием
наблюдаемых явлений и законов (в данном случае: описан процесс электризации эбонитовой палочки, записано уравнение Эйнштейна для фотоэффекта, сказано, в каком случае будет происходить фотоэффект, сказано про зависимость скорости движения молекул от температуры, сказано, что при высокой температуре будет происходить ионизация воздуха, описан процесс разрядки электрометра, указано, что в нормальных условиях воздух является диэлектриком)

Дан правильный ответ, и приведено объяснение, но в решении	2
имеется один или несколько из следующих недостатков.

В объяснении не указано или не используется одно из физических
явлений, свойств, определений или один из законов (формул),
необходимых для полного верного объяснения. (Утверждение,
лежащее в основе объяснения, не подкреплено соответствующим
законом, свойством, явлением, определением и т.п.)
И (ИЛИ)
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но в них содержится один логический недочёт.
И (ИЛИ)
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение
(возможно, неверные), которые не отделены от решения
и не зачёркнуты.
И (ИЛИ)
В решении имеется неточность в указании на одно из физических
явлений, свойств, определений, законов (формул), необходимых для
полного верного объяснения

Представлено решение, соответствующее одному из следующих	1
случаев.
Дан правильный ответ на вопрос задания, и приведено объяснение,
но в нём не указаны два явления или физических закона,
необходимых для полного верного объяснения.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, направленные
на получение ответа на вопрос задания, не доведены до конца.
ИЛИ
Указаны все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеющиеся рассуждения, приводящие
к ответу, содержат ошибки.
Указаны не все необходимые для объяснения явления и законы,
закономерности, но имеются верные рассуждения, направленные на
решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным	0
критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл	3

07 Качественная задача. Квантовая физика (Отсутствует в ЕГЭ 2024)