física moderna

Prévia do material em texto

LISTA DE EXERCÍCIO DE FÍSICA MODERNA 
 
1. Um elétron, num dado experimento de física nuclear, é lançado com uma 
energia cinética de 20 KeV contra outras partículas para a observação de 
fenômenos quânticos. Determine o comprimento de onda de De Broglie 
desse elétron. 
Considere a massa e a carga do elétron iguais a, respectivamente, 
9,11 × 10−31 𝑘𝑔 e 1,6 × 10−19 𝐶, a constante de Planck vale ℎ = 6,63 ×
10−34 𝐽. 𝑠 e use a seguinte equivalência: 1 𝑒𝑉 = 1,6 × 10−19 𝐽. 
R: 𝟖, 𝟕 × 𝟏𝟎−𝟏𝟐 𝒎 
2. Uma radiação incide sobre uma superfície metálica para extrair elétrons 
conforme explica a teoria quântica do efeito fotoelétrico. Para que o fenômeno 
quântico ocorra, a frequência mínima da radiação deve ser igual a 
6,0 × 1015 𝐻𝑧. A partir das informações, determine o valor aproximado da 
função trabalho em eV. 
R: 25 eV. 
3. Num filme de ficção científica, os tripulantes de uma nave espacial fazem 
uma viagem, de ida e volta, no espaço entre a Terra e um determinado 
planeta de outro sistema planetário. A nave viajou, sem parar, por um período 
de 6 meses segundo o referencial da espaçonave e com uma velocidade 
igual a 95% do valor da velocidade da luz no vácuo. Qual o tempo 
transcorrido no referencial da Terra, em meses. 
R: 19,21 meses. 
4. Que velocidade deve ter um elétron para que sua energia cinética seja igual 
à energia dos fótons de uma luz de violeta de comprimento de onda de 370 
nm? (Considere a velocidade da luz igual 3,0 × 108 𝑚/𝑠, a massa do elétron 
𝑚 = 9,11 × 10−31 𝑘𝑔 e a constante de Planck ℎ = 6,63 × 10−34 𝐽. 𝑠). 
R: 𝟏, 𝟏 × 𝟏𝟎𝟔
𝒎
𝒔
. 
5. O metro já foi definido como 1.650.763,73 comprimentos de onda da luz 
laranja emitida por átomos de criptônio 86 – esse comprimento de onda é 
igual a 589 𝜂𝑚. Determine a energia dos fótons com esse comprimento de 
onda em eV? (Considere a velocidade da luz igual 3,0 × 108 𝑚/𝑠, a constante 
de Planck ℎ = 6,63 × 10−34 𝐽. 𝑠 e use a seguinte equivalência: 1 𝑒𝑉 =
1,6 × 10−19 𝐽). 
R: 2,11 Ev. 
6. Um feixe luminoso incide na superfície de uma placa de sódio, produzindo 
uma emissão fotoelétrica. O potencial de corte dos elétrons ejetados é 5,0 eV 
e a função trabalho do sódio é 2,2 eV. Qual é o comprimento de onda da luz 
incidente? (Considere a velocidade da luz igual 3,0 × 108 𝑚/𝑠, a constante 
de Planck ℎ = 6,63 × 10−34 𝐽. 𝑠 e use a seguinte equivalência: 1 𝑒𝑉 =
1,6 × 10−19 𝐽). 
R: 𝟏𝟕𝟐 𝜼𝒎. 
7. Determine a energia cinética máxima dos elétrons ejetados de certo material, 
em eV, se a função trabalho do material é 2,3 eV e a frequência da radiação 
incidente é 3,0 × 1015 Hz. (Considere a constante de Planck ℎ =
6,63 × 10−34 𝐽. 𝑠 e use a seguinte equivalência: 1 𝑒𝑉 = 1,6 × 10−19 𝐽). 
R: 10 eV. 
8. A função trabalho do tungstênio é 4,50 eV. Calcule a velocidade dos elétrons 
mais rápidos ejetados da superfície de uma placa de tungstênio quando 
fótons com uma energia de 5,80 eV incidem na placa. (Considere a massa 
do elétron 𝑚 = 9,11 × 10−31 𝑘𝑔 e use a seguinte equivalência: 1 𝑒𝑉 =
1,6 × 10−19 𝐽). 
R: 𝟔, 𝟕𝟔 × 𝟏𝟎𝟓
𝒎
𝒔
. 
9. Calcule o comprimento de onda de de Broglie (a) de um elétron de 1,00 keV, 
(b) de um fóton de 1,00 keV e (c) de um nêutron de 1,00 keV. (Considere a 
velocidade da luz igual 3,0 × 108 𝑚/𝑠, a massa do elétron 𝑚 = 9,11 ×
10−31 𝑘𝑔, a massa do nêutron 1,675 × 10−27 𝑘𝑔, a constante de Planck ℎ =
6,63 × 10−34 𝐽. 𝑠 e use a seguinte equivalência: 1 𝑒𝑉 = 1,6 × 10−19 𝐽). 
R: a) 𝟎, 𝟎𝟑𝟖𝟖 𝜼𝒎; b) 𝟏, 𝟐𝟒 𝜼𝒎; c) 𝟗, 𝟎𝟔 × 𝟏𝟎−𝟏𝟑 𝒎. 
10. No tubo de imagem de um velho aparelho de televisão, os elétrons são 
acelerados por uma diferença de potencial de 25,0 kV, cuja energia cinética 
é 25,0 keV. Qual é o comprimento de onda de De Broglie desses elétrons? 
(Considere a velocidade da luz igual 3,0 × 108 𝑚/𝑠, a massa do elétron 𝑚 =
9,11 × 10−31 𝑘𝑔, a constante de Planck ℎ = 6,63 × 10−34 𝐽. 𝑠 e use a seguinte 
equivalência: 1 𝑒𝑉 = 1,6 × 10−19 𝐽). 
(Não é necessário levar em conta efeitos relativísticos.) 
R: 𝟕, 𝟕𝟓 𝒑𝒎. 
11. (UFPA) A função trabalho de um certo material é 4,2 eV. O comprimento de 
onda, em Å, da luz capaz de produzir efeito fotoelétrico, tendo os fotoelétrons 
emitidos energia cinética máxima de 2,0 eV, é aproximadamente (Considere 
a velocidade da luz igual 3,0 × 108 𝑚/𝑠, a constante de Planck ℎ =
6,63 × 10−34 𝐽. 𝑠 e use a seguinte equivalência: 1 𝑒𝑉 = 1,6 × 10−19 𝐽): 
a) 2 000 b) 1 000 c) 200 d) 100 e) 0,2 
R: A 
12. (Olimpíada Paulista de Física) Calcule o momento linear de um fóton de 
comprimento de onda 780 nm, típico de diodos laser empregados nas leituras 
de CDs. 
Dado: constante de Planck ℎ = 6,63 × 10−34 𝐽. 𝑠. 
R: 𝟖, 𝟓 × 𝟏𝟎−𝟐𝟖 𝒎. 
13. Qual o comprimento de onda de De Broglie para uma partícula α com 
velocidade 6,0 × 106 𝑚; 𝑠? (Considere a massa do próton igual a 1, 6 ×
10−27 𝑘𝑔 e a constante de Planck ℎ = 6,63 × 10−34 𝐽. 𝑠 
R: 𝟏, 𝟕 × 𝟏𝟎−𝟏𝟒 𝒎. 
14. (ITA-SP) Dobrando-se a energia cinética de um elétron não-relativístico, o 
comprimento de onda original de sua função de onda fica multiplicado por: 
a. 
1
√2
; b) 
1
2
; c) 
1
4
; d) √2; e) 2. 
 R: A