Lösningar Heureka 2 Kapitel 14 Atomen

Relevanta dokument
Lösningsförslag. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 120 / BFL 111

Fysik del B2 för tekniskt basår / teknisk bastermin BFL 120/ BFL 111

Varje uppgift ger maximalt 3 poäng. För godkänt krävs minst 8,5 poäng och

Alla svar till de extra uppgifterna

Upp gifter. är elektronbanans omkrets lika med en hel de Broglie-våglängd. a. Beräkna våglängden. b. Vilken energi motsvarar våglängden?

Svar och anvisningar

7. Atomfysik väteatomen

Tentamen: Atom och Kärnfysik (1FY801)

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 3

Lösningsförslag - tentamen. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 122 / BFL 111

Svar och anvisningar

BFL102/TEN1: Fysik 2 för basår (8 hp) Tentamen Fysik mars :00 12:00. Tentamen består av 6 uppgifter som vardera kan ge upp till 4 poäng.

Innehåll. Fysik Relativitetsteori. fy8_modernfysik.notebook. December 19, Relativitetsteorin Ljusets dualism Materiens struktur Kärnfysik

12 Elektromagnetisk strålning

Kvantbrunnar Kvantiserade energier och tillstånd

BFL122/BFL111 Fysik för Tekniskt/ Naturvetenskapligt Basår/ Bastermin Föreläsning 7 Kvantfysik, Atom-, Molekyl- och Fasta Tillståndets Fysik

Utveckling mot vågbeskrivning av elektroner. En orientering

8. Atomfysik - flerelektronatomer

Tentamen. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 120 / BFL 111

Tentamen i fysik B2 för tekniskt basår/termin VT 2014

Kvantmekanik. Kapitel Natalie Segercrantz

Lösningsförslag - Tentamen. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 122 / BFL 111

Svar och anvisningar

Fysik del B2 för tekniskt basår / teknisk bastermin BFL 120/ BFL 111

Extrauppgifter som kompletterar uppgifterna i Foot:

Vågfysik. Ljus: våg- och partikelbeteende

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK januari 2012

BFL 111/ BFL 120 Fysik del B2 för Tekniskt Basår/ Bastermin

Föreläsning 2. Att uppbygga en bild av atomen. Rutherfords experiment. Linjespektra och Bohrs modell. Vågpartikel-dualism. Korrespondensprincipen

Mer om E = mc 2. Version 0.4

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 1

Tentamen. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 122 / BFL 111

Rydbergs formel. Bohrs teori för väteliknande system

Tentamen: Atom och Kärnfysik (1FY801) Lördag 15 december 2012,

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK januari 2012

Tentamen i Modern fysik, TFYA11, TENA

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 2

2.6.2 Diskret spektrum (=linjespektrum)

Parbildning. Om fotonens energi är mer än dubbelt så stor som elektronens vileoenergi (m e. c 2 ):

Tentamen i Modern fysik, TFYA11/TENA

Number 14, 15, 16, and 17 also in English. Sammanställning av tentamensuppgifter Kvant EEIGM (MTF057).

Bohrs atommodell. Uppdaterad: [1] Vätespektrum

BFL102/TEN1: Fysik 2 för basår (8 hp) Tentamen Fysik mars :00 12:00. Tentamen består av 6 uppgifter som vardera kan ge upp till 4 poäng.

WALLENBERGS FYSIKPRIS

Tentamen i Fysik för π,

Innehåll. Fysik Relativitetsteori. fy8_modernfysik.notebook. December 12, Relativitetsteorin Ljusets dualism Materiens struktur Kärnfysik

Kvantbrunnar -Kvantiserade energier och tillstånd

Kärnfysik och radioaktivitet. Kapitel 41-42

Frågor till filmen Vi lär oss om: Ljus

TENTAMEN I FYSIKALISK KEMI KURS: KEM040 Institutionen för kemi Göteborgs Universitet Datum: LÄS DETTA FÖRST!

Vilken av dessa nivåer i väte har lägst energi?

Lösningar Kap 7 Elektrisk energi, spänning och ström. Andreas Josefsson. Tullängsskolan Örebro

Fysik TFYA68. Föreläsning 11/14

Preliminärt lösningsförslag till Tentamen i Modern Fysik,

Varje laborant ska vid laborationens början lämna renskrivna lösningar till handledaren för kontroll.

2.16. Den enkla harmoniska oscillatorn

Observera att uppgifterna inte är ordnade efter svårighetsgrad!

Medicinsk Neutron Vetenskap. yi1 liao2 zhong1 zi3 ke1 xue2

Hjälpmedel: Grafritande miniräknare, gymnasieformelsamling, linjal och gradskiva

LABORATION ENELEKTRONSPEKTRA

Tentamen: Atom och Kärnfysik (1FY801)

v F - v c kallas dispersion

1. För en partikel som utför en harmonisk svängningsrörelse gäller att dess. acceleration a beror av dess läge x enligt diagrammet nedan.

Arbete A1 Atomens spektrum

Kvantmekanik och kemisk bindning I 1KB501

Lösningar Heureka 2 Kapitel 7 Harmonisk svängningsrörelse

Atomens uppbyggnad. Atomen består av tre elementarpartiklar: Protoner (+) Elektroner (-) Neutroner (neutral)

TEKNISKA HÖGSKOLAN I LULEÅ lp2 96 Avd. för Fysik Per Arve. Laboration i Kvantfysik för F

Tentamen i Modern fysik, TFYA11/TENA

4-1 Hur lyder Schrödingerekvationen för en partikel som rör sig i det tredimensionella

Tentamen i FysikB IF0402 TEN2:

FyU02 Fysik med didaktisk inriktning 2 - kvantfysik

3.7 γ strålning. Absorptionslagen

ANDREAS REJBRAND NV1A Fysik Elektromagnetisk strålning

Fotoelektriska effekten

Fysik TFYA86. Föreläsning 10/11

Instuderingsfrågor, Griffiths kapitel 4 7

2.4. Bohrs modell för väteatomen

Relativistisk kinematik Ulf Torkelsson. 1 Relativistisk rörelsemängd, kraft och energi

BFL122/BFL111 Fysik för Tekniskt/ Naturvetenskapligt Basår/ Bastermin 12. Kärnfysik Kärnfysik 1

Lösningar del II. Problem II.3 L II.3. u= u MeV = O. 2m e c2= MeV. T β +=

c = λ ν Vågrörelse Kap. 1. Kvantmekanik och den mikroskopiska världen Kvantmekanik 1.1 Elektromagnetisk strålning

Tentamen i Modern fysik, TFYA11/TENA

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK januari 2012

Föreläsning 3. Radioaktivitet, alfa-, beta-, gammasönderfall

Kosmologi - läran om det allra största:

2.4. Bohrs modell för väteatomen

Kvantmekanik - Gillis Carlsson

Ljuskällor. För att vi ska kunna se något måste det finnas en ljuskälla

Prov Fysik B Lösningsförslag

Elektromagnetisk strålning. Lektion 5

Milstolpar i tidig kvantmekanik

M = den svängande fjäderns massa K = den svängande fjäderns fjäderkonstant A = dimensionslös konstant

! = 0. !!!"ä !"! +!!!"##$%

1. Elektromagnetisk strålning

Bohrs atommodell. Vätespektrum. Uppdaterad:

Atomens historia. Slutet av 1800-talet trodde man att man hade en fullständig bild av alla fysikaliska fenomen.

Atom-, Molekyl- och Fasta Tillståndets Fysik

Relativitetsteorins grunder, våren 2016 Räkneövning 3 Lösningar

FAFA55 HT2016 Laboration 1: Interferens av ljus Nicklas Anttu och August Bjälemark, 2012, Malin Nilsson och David Göransson, 2015, 2016

Transkript:

Lösningar Heureka Kapitel 14 Atomen Andreas Josefsson Tullängsskolan Örebro

Lo sningar Fysik Heureka Kapitel 14 14.1) a) Kulorna från A kan ramla på B, C, D, eller G (4 möjligheter). Från B kan de ramla på C, D, eller G (3 möjligheter) Från C och D kan de ramla på G ( möjligheter) Totalt blir det 4+3+=9 möjligheter. Se figuren, 14.) λ = d sinα = 10 3 600 sin16,4 = 4,705 10 7 m 471nm λ = d sinα = 10 3 600 sin17,5 = 5,011 10 7 m 501nm λ = d sinα = 10 3 600 sin3,6 = 6,67 10 7 m 667nm 1

Första raden är vitt ljus Andra raden är väte Tredje raden är helium som passar för våra våglängder. Fjärde raden är litium Femte raden är kvicksilver Vår gas är troligtvis helium 14.3) a) E = h f = h c λ = 6,66 10 34 E = h f f = E h = 3 10 8 683,8 10 9 =,9050 10 19 J = 0,905aJ 0,3 10 18 6,66 10 34 = 4,5 1014 Hz c = f λ λ = c f = 3 108 4,5 10 14 = 6,63 10 7 m 0,66μm 14.4) E = 9, 6,5 =,7eV λ = c f ochf = E h ger λ = c E h = c h E Enligt tabell är motsvarande färg blå. = 3 108 6,66 10 34,7 1,60 10 19 = 4,59 10 7 m 0,46μm

14.5) Enligt diagrammet har vi: h f 1 = h f + h f 3 f 1 = f + f 3 14.6) a) Enligt diagrammet får fotonen högst energi alltså kortast våglängd vid övergång. E = h f = h c λ E = E E 1 = h c 1 λ 1 λ 1 = 14.7) = 6,66 10 34 3 10 8 1 588,996 10 9 1 589,593 10 9 = 3,415 10 J a) Vi räknar från jonisationsgränsen. E n = E R n E 10 = 13,6eV 10 = 0,136eV Vi räknar från grundtillståndet som ligger 13,6eV lägre än jonisationsgränsen 13,6eV-0,136eV=13,5eV c) Energiavståndet till jonisationsgränsen är: E 5 = E R 5 = 13,6eV = 0,544eV 5 Energin som krävs är 0,544eV 14.8) a) E n = E R n = 13,6 n E = h f = h c λ E n E = h c λ = E R n ( E R ) 3

1 λ = 1 h c E R 1 4 1 n Vi betecknar R = 1 h c E 13,6 1,60 10 19 R = 6,66 10 34 3 10 8 = 1,0960458 107 m 1 Jämför med Rydbergs konstant (1,097 373 156 85 10 7 m -1 ) Vi använder formeln och söker det största värdet för n som ger våglängden 400nm 1 λ = R 1 4 1 n 1 4 1 n = 1 R λ 1 n = 1 4 1 R λ = 0,5 1 1,097 10 7 400 10 9 = 0,01 n = 45,371 n = 45,371 6,7 Alltså n kan vara 3,4,5,6 men inte 7,8. svaret är då att 4 linjer i Balmerserien har våglängden större än 400nm. 14.9) a) Den kortaste våglängden ges av den största energiminskningen, svaret är γ Den minsta energiminskningen, 10,-0=10, ev ger en våglängd: E = h f = h c hc λ = λ E = 6,66 10 34 3 10 8 10, 1,60 10 19 = 1,1 10 7 m = 0,1μm Den är alldeles för kort för att det ska vara synlig. Svaret är nej. c) Vi ser i diagrammet att energierna som är mindre än 1,1 ev är α, β och H α 4

14.10) E n = 4 E R n, n = 1,,3. E n E 1 = hc λ λ = hc E n E 1 = hc 4 E R n E 1 E 1 = 4 E R 4 13,6 1,60 10 19 1 = = 8,715 10 18 J 1 E = 4 E R 4 13,6 1,60 10 19 = =,178 10 18 4 λ = hc E E 1 = 6,66 10 34 3 10 8 8,715 10 18,178 10 18 = 3,04 10 8 m = 304Å(303 i figuren) E 3 = 4 E R 4 13,6 1,60 10 19 3 = = 9,683 10 19 J 9 λ 3 = hc E 3 E 1 = 6,66 10 34 3 10 8 8,715 10 18 9,683 10 19 =,56 10 8 m = 56Å(56 i figuren) E 4 = 4 E R 4 13,6 1,60 10 19 4 = = 5,447 10 19 J 16 λ 4 = hc E 4 E 1 = 6,66 10 34 3 10 8 8,715 10 18 5,447 10 19 =,43 10 8 m = 43Å(43 i figuren) 14.11) a) mv = hf c motiveras med att rörelsemängden bevaras m v + hf = E motiveras med att energin bevaras 5

Vi använder de två sambanden ovan. mv = hf c hf v = mc m v + hf = E som vi sätter in i den andra ekvationen m (hf mc ) + hf = E E = (hf) + hf E = hf 1 + hf mc mc c) För en väteatom är hf = 13,6eV. Termen som man försummar är: hf mc = 13,6 1,60 10 19 1,7 10 7 = 7,1 10 9 9 1016 14.1) Om elektronernas rörelseenergi är 7eV så de möjliga energiskillnaderna är 6,67eV 0eV = 6,67eV 4,86eV 0eV = 4,86eV 6,67eV 4,86eV = 1,81eV 14.13 Frekvenserna är f 3, f 5, ochf 6 eftersom atomerna befinner sig i grundtillståndet i gasen som är avsvalnat. 6

14.14) a) elektroner med 6eV Energin når inte upp till 6,67eV då kan den absorbera 4,86eV. Resten av energin behåller elektronerna som rörelseenergi. Den är: 6eV 4,86eV = 1,14eV Eftersom bara fotoner med energi som motsvarar en energidifferens kan absorberas och inga av de energidifferenserna ger 6eV är svaret 0 14.15) a) Balmer absorptionen är kontinuerlig, eftersom varje foton, vars energi överstiger jonisationsenergin kan absorberas för att elektronen som frigörs kan anta vilka energivärden som helst. E = hc λ = E R 4hc λ = = 4 6,66 10 34 3 10 8 E R 13,6 1,60 10 19 = 3,65 10 7 m = 0,365μm c) Våglängden som motsvarar H α är λ = 650nm E = hc λ = 6,66 10 34 3 10 8 650 10 9 = 3,058 10 19 3,058 10 19 J = = 1,9eV 1,60 10 19 Se energinivådiagrammet för väteatomen på sidan 73 i läroboken. Energidifferensen mellan n= och n=3 är: E E 3 = 3,39eV 1,51eV = 1,88eV 1,9eV Atomerna exciteras till en högre energinivå. 7

14.16) a) Elektronens rörelseenergi har ökat med lika mycket som lägesenergin har minskat. Lägesenergin har minskat med e U e U = 1,60 10 19 3,5 10 3 = 5,6 10 16 J Rörelsemängden kan räknas ut med formeln: p = me k se exempel 3 på sidan 39 i läroboken. p = me k = 9,11 10 31 5,6 10 16 = 3,19 10 3 kgm s c) λ = h p 14.17) = 6,66 10 34 3,19 10 3 =,07 10 11 m 1pm λ = 0,1 10 9 m λ = h p p = h λ m v m m v E k = = m E k =,4099 10 17 J = 14.18) Fotonen: 6,66 10 34 = 0,1 10 9 = 6,66 10 4 kgm s = (mv) m = p m = (6,66 10 4 ) 9,11 10 31 =,4099 10 17 J = 4aJ,4099 10 17 = 150eV 1,60 10 19 E = hc λ λ foton = hc E = 6,66 10 34 3 10 8 1 1,60 10 19 = 1,4 10 6 m 1,μm Elektronens de Broglie våglängd är: λ elektron = h p = 14.19) h me k = 6,66 10 34 9,11 10 31 1 1,60 10 = 1, 19 10 9 m = 1,nm Den elektromagnetiska kraften är lika stor som centripetalkraften som håller elektronen i sin cirkulära bana. 8

m v r = evb mv r = eb p r = eb p = r e B λ elektron = h p = 14.0) a) h r e B = 6,66 10 34 0,05 1,60 10 19 8 10 3 = 1,034 10 11 m = 10pm m v E k = v = E k m v = E k m = 10 7 1,60 10 19 1,67 10 7 = 4,38 4 m s Ja, det betyder en fart av ca.16km/h. λ neutron = h p = h 6,66 10 34 = me k 1,67 10 7 10 7 1,60 10 = 9,058 19 10 8 m 0,09μm 14.1) Om den ena spalten stängs av blir vågfunktionens värde reducerat till hälften som medför att antalet elektroner minskar med, dvs. med en fjärdedel. Svaret är N 4 14.) a) För fotonen i röntgenstrålning gäller: E = hc λ λ foton,min = hc E = hc eu = 6,66 10 34 3 10 8 1,60 10 19 50 10 3 =,48 10 11 m 5pm λ foton,min = hc E = hc eu hc e = 6,66 10 34 3 10 8 1,60 10 19 = 1,4 10 6 9

14.3) a) Energinivån i den lediga platsen är -9keV. Med nollnivån vid jonisationsgränsen, är elektronen som faller in från början på nivån med -1,1keV. Skillnaden i energinivåerna, 9-1,1=7,9eV sänds ut som en foton med samma energi. Denna energi motsvarar en våglängd på: λ foton = hc E = 6,66 10 34 3 10 8 7,9 1,60 10 19 = 1,57 10 7 m 16nm Detta motsvarar röntgenstrålning. 14.4) a) Den frigjorda energin är skillnaden mellan röntgenstrålningens energi och bindningsenergin, alltså: 1486eV-84eV=10eV. Vi omvandlar till joule och använder formeln för rörelseenergi: m v = E k v = E k m = 10 1,60 10 19 9,11 10 31 =,056 10 7 m s 1 Mm s Detta är ungefär 0,068 c, dvs. ca 7 % av ljusets hastighet i vakuum. c) Nu använder vi att den elektromagnetiska kraften skapar den centripetalkraften som håller elektronen i sin cirkulära bana. m v r = evb mv r mv = eb r = eb = 9,11 10 31,056 10 7 1,60 10 19 = 0,99m 30cm 390 10 6 10