FÍSICA – LISTA DE EXERCÍCIOS SOBRE FÍSICA QUÂNTICA

(MODELOS ATÔMICOS/ÁTOMO DE HIDROGÊNIO/RADIAÇÃO DO CORPO NEGRO/EFEITO FOTOELÉTRICO/EFEITO COMPTON/DUALIDADE ONDA-PARTÍCULA)

CAIU NO ENEM!

CAIU NO VESTIBULAR!

2018

(TEORIA DOS QUANTA) B (FMABC 2018) Um elemento radioativo muito utilizado em Medicina Nuclear é o tecnécio 99 metaestável, que decai emitindo um fóton de energia 2,3 ×10⁻¹⁴ J. A energia de um fóton está relacionada com a frequência da radiação segundo E_f = h . f, sendo E_f a energia do fóton, h a constante de Planck de valor 6,6 × 10⁻³⁴ J·s e f a frequência da radiação.
Considere o espectro das radiações eletromagnéticas mostrado na tabela.

O fóton emitido pelo tecnécio 99 metaestável em seu decaimento é radiação

a) X.
b) gama.
c) infravermelha.
d) visível.
e) ultravioleta.

C (UFRGS 2018) As forças que se observam na natureza podem ser explicadas em termos de quatro interações fundamentais. Na primeira coluna do quadro abaixo, estão listadas as quatro interações fundamentais; na segunda, exemplos de fenômenos que se observam na natureza.

Assinale a alternativa que associa corretamente as interações fundamentais, mencionadas na primeira coluna, aos respectivos exemplos, listados na segunda.

a) 1(c) – 2(b) – 3(a) – 4(d)
b) 1(c) – 2(d) – 3(a) – 4(b)
c) 1(c) – 2(d) – 3(b) – 4(a)
d) 1(a) – 2(b) – 3(c) – 4(d)
e) 1(a) – 2(d) – 3(b) – 4(c)

C (UDESC 2018) O modelo atômico de Rutherford considera o elétron, na eletrosfera, orbitando o núcleo atômico. Este modelo ficou conhecido como modelo planetário do átomo. No entanto, este modelo para o átomo apresentou algumas falhas que levaram à necessidade de se repensar o átomo. Resultou daí o modelo atômico de Bohr, concebido com base em alguns postulados. Analise as proposições com base nas falhas relacionadas ao modelo atômico de Rutherford.

I. O elétron, como uma carga elétrica, estando acelerado, deveria sempre emitir radiação.
II. A trajetória do elétron deveria ser uma espiral em direção ao núcleo do átomo.
III. O elétron deveria emitir radiação somente em uma única frequência.
IV. O elétron não deveria emitir radiação porque estaria em uma órbita fechada.
V. O elétron deveria emitir radiação em diferentes comprimentos de onda.

Assinale a alternativa correta.

a ) Somente as afirmativas II, III e IV são verdadeiras.
b) Somente as afirmativas I, III e V são verdadeiras.
c ) Somente as afirmativas I, II e V são verdadeiras.
d) Somente as afirmativas I, II e IV são verdadeiras.
e) Somente as afirmativas II, IV e V são verdadeiras.

A (UDESC 2018) Analise as proposições com relação à Física Moderna.

I. As ondas gravitacionais propagam-se com a mesma velocidade que as ondas eletromagnéticas e foram previstas pela Teoria da Relatividade.
II. No modelo atômico de Bohr, o núcleo possui apenas nêutrons, enquanto os prótons e os elétrons estão na eletrosfera.
III. No efeito fotoelétrico, um fóton incide sobre a superfície de um material e a partir de uma certa frequência é possível emitir um elétron. A frequência na qual é possível emitir um elétron é fixa e independe do material no qual a luz incide.
IV. A célula solar é um dispositivo que utiliza o efeito fotoelétrico para transformar energia solar em energia elétrica.
V. A dualidade onda partícula refere-se ao fato que uma partícula pode se comportar como uma onda.

Assinale a alternativa correta.

a) Somente as afirmativas I, IV e V são verdadeiras.
b) Somente as afirmativas I, II e III são verdadeiras.
c) Somente as afirmativas II, IV e V são verdadeiras.
d) Somente as afirmativas I, III e IV são verdadeiras.
e) Somente as afirmativas III, IV e V são verdadeiras.

2017

A (FUVEST 2017) Na estratosfera, há um ciclo constante de criação e destruição do ozônio. A equação que representa a destruição do ozônio pela ação da luz ultravioleta solar (UV) é

O gráfico representa a energia potencial de ligação entre um dos átomos de oxigênio que constitui a molécula de O₃e os outros dois, como função da distância de separação r.

A frequência dos fótons da luz ultravioleta que corresponde à energia de quebra de uma ligação da molécula de ozônio para formar uma molécula de O₂ e um átomo de oxigênio é, aproximadamente,

a) 1 x 10¹⁵ Hz
b) 2 x 10¹⁵ Hz
c) 3 x 10¹⁵ Hz
d) 4 x 10¹⁵ Hz
e) 5 x 10¹⁵ Hz

(EFEITO FOTOELÉTRICO) D (UFRGS 2017) O gráfico abaixo mostra a energia cinética E, de elétrons emitidos por duas placas metálicas, I e II, em função da frequência f da radiação eletromagnética incidente.

Sobre essa situação, são feitas três afirmações.

I – Para f > f_II, a Ec, dos elétrons emitidos pelo material II é maior do que a dos elétrons emitidos pelo material I.
II – O trabalho realizado para liberar elétrons da placa II é maior do que o realizado na placa I.
III – A inclinação de cada reta é igual ao valor da constante universal de Planck, h.

Quais estão corretas?

a) Apenas I.
b) Apenas II.
c) Apenas III.
d) Apenas II e III.
e) I, II e III.

(TEORIA DOS QUANTA) E (UFRGS 2017) Um apontador laser emite uma radiação de comprimento de onda igual a 600 nm, isto é, 600 x 10^-9 m. São dadas a velocidade da luz no ar, c = 3,0 x 10⁸ m/s, e a constante de Planck, 6,6 x 10^-34 J.s. Os valores que melhor representam a frequência da radiação e a energia de cada fóton são, respectivamente,

a) 50 Hz e 3,3×10^-32 J.
b) 50 Hz e 1,32 x 10^-35 J.
c) 180 Hz e 1,2×10^-31 J.
d) 5,0×10¹⁴ Hz e 1,8×10^-20 J.
e) 5,0×10¹⁴ Hz e 3,3 x 10^-19 J.

A (UDESC 2017) Em 2017 comemoram-se 120 anos que o físico inglês J. J. Thomson mediu o valor da razão entre a carga e a massa do elétron. Esta experiência foi realizada no Laboratório Cavendish, situado na Universidade de Cambridge, e provou que:

a) a matéria é feita de partículas.
b) a matéria apresenta um aspecto ondulatório.
c) a radiação eletromagnética apresenta um aspecto ondulatório.
d) a radiação eletromagnética é feita de partículas.
e) a luz é uma onda transversal.

C (UDESC 2017) O diagrama da figura mostra os níveis de energia para um elétron em um determinado átomo.

Das transições entre os níveis de energia mostradas na figura, assinale a alternativa que representa a emissão de um fóton com maior energia.

a) de n=4 para n=3
b) de n=1 para n=3
c) de n=2 para n=1
d) de n=1 para n=2
e) de n=4 para n=2

E (UFPR 2017) Entre os vários trabalhos científicos desenvolvidos por Albert Einstein, destaca-se o efeito fotoelétrico, que lhe rendeu o Prêmio Nobel de Física de 1921. Sobre esse efeito, amplamente utilizado em nossos dias, é correto afirmar:

a) Trata-se da possibilidade de a luz incidir em um material e torná-lo condutor, desde que a intensidade da energia da radiação luminosa seja superior a um valor limite.
b) É o princípio de funcionamento das lâmpadas incandescentes, nas quais, por ação da corrente elétrica que percorre o seu filamento, é produzida luz.
c) Ocorre quando a luz atinge um metal e a carga elétrica do fóton é absorvida pelo metal, produzindo corrente elétrica.
d) É o efeito que explica o fenômeno da faísca observado quando existe uma diferença de potencial elétrico suficientemente grande entre dois fios metálicos próximos.
e) Corresponde à ocorrência da emissão de elétrons quando a frequência da radiação luminosa incidente no metal for maior que um determinado valor, o qual depende do tipo de metal em que a luz incidiu.

C (FGV SP 2017) A função trabalho de certo metal é 9,94·10^–19 J. Considere a constante de Planck com o valor 6,63·10^–34 J·s. A frequência mínima a partir da qual haverá efeito fotoelétrico sobre esse metal é, em 10¹⁵ Hz, de
a) 1,1.
b) 1,2.
c) 1,5.
d) 1,7.
e) 1,9.

2016

(ÁTOMO DE BOHR) A (UFRGS 2016) Segundo o modelo atômico de Bohr, no qual foi incorporada a ideia de quantização, o raio da órbita e a energia correspondentes ao estado fundamental do átomo de hidrogênio são, respectivamente, R₁ = 0,53×10^–10 m e E₁ = -13,6 eV. Para outras órbitas do átomo de hidrogênio, os raios R_n e as energias E_n, em que n = 2, 3, 4, … , são tais que

a) R_n = n²R₁ e E_n = E₁/n²
b) R_n = n²R₁ e E_n = n²E₁.
c) R_n = n²R1₁ e E_n = E₁/n.
d) R_n = nR₁ e E_n = nE₁.
e) R_n = nR₁ e E_n = E₁/n²

(RADIAÇÃO DO CORPO NEGRO) E (UFRGS 2016) Objetos a diferentes temperaturas emitem espectros de radiação eletromagnética que possuem picos em diferentes comprimentos de onda. A figura abaixo apresenta as curvas de intensidade de emissão por comprimento de onda (normalizadas para ficarem na mesma escala) para três estrelas conhecidas: Spica, da constelação de Virgem, nosso Sol, e Antares, da constelação do Escorpião.

Tendo em vista que a constante da lei dos deslocamentos de Wien é aproximadamente 2,90 x 10^–3 m.K, e levando em conta a lei de Stefan-Boltzmann, que relaciona a intensidade total da emissão com a temperatura, considere as seguintes afirmações sobre as estrelas mencionadas.

I – Spica é a mais brilhante das três.
II – A temperatura do Sol é de aproximadamente 5800 K.
III – Antares é a mais fria das três.

Quais estão corretas?

a) Apenas I.
b) Apenas II.
c) Apenas I e III.
d) Apenas II e III.
e) I, II e III.

A (UDESC 2016) Inúmeros experimentos são capazes de comprovar o caráter ondulatório de partículas tidas como clássicas até o início do século passado, como elétrons, prótons e nêutrons. Atualmente, até mesmo em moléculas grandes, como o fulereno, mostrada na figura a seguir, (composto de 60 átomos de carbono), já é possível verificar comportamentos de caráter ondulatório.

Fonte: PEREIRA, J. A. M. Fulerenos: uma breve revisão. Exacta, São Paulo, v. 10, n. 2, p. 269-280, 2012. Disponível em <http://www.redalyc.org/pdf/810/81024617010.pdf>. Acesso em 18 mar. 2016.

Dentre os experimentos capazes de mostrar tanto o caráter ondulatório como o caráter corpuscular de partículas quânticas, dependendo da configuração, pode-se citar o experimento de dupla fenda. No caso deste experimento, assinale a opção que apresenta os resultados corretos, respectivamente, para o experimento feito com um grande feixe de elétrons e para o experimento feito com um elétron que é enviado apenas após a detecção do elétron anterior, depois de um longo período de exposição.

(DUALIDADE ONDA-PARTÍCULA) D (UDESC 2016) Para se chegar à descrição atual sobre a natureza da luz, caracterizada pelo comportamento dual (onda-partícula), houve debates épicos entre propositores e defensores de modelos explicativos divergentes. Sobre a natureza da luz, um dos debates que ficou marcado na história da Ciência envolveu grandes estudiosos, tendo de um lado Isaac Newton e de outro Christiaan Huygens.
Focado no debate Newton-Huygens, relativo à natureza da luz, analise as proposições.

I. Dois aspectos centrais alimentavam o debate entre Newton e Huygens; o primeiro de natureza metodológica e o segundo que envolvia a aceitação ou não do conceito de vácuo e as suas implicações.
II. Newton e Huygens tinham concepções diferentes sobre o espaço físico e a natureza da luz, porém, concordavam que os modelos explicativos para a propagação da luz teriam que ser alcançados a partir de um modelo mecânico.
III. O debate Newton-Huygens ocorreu exclusivamente devido à divergência sobre o conceito de vácuo, mas ambos defendiam a natureza ondulatória da luz.
IV. Assumindo perspectivas teóricas e metodológicas diferentes, Newton propôs uma explicação corpuscular para a luz, enquanto Huygens defendia uma visão ondulatória para a luz.

Assinale a alternativa correta:

a) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras.
b) Somente a afirmativa III é verdadeira.
c) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras.
d) Somente as afirmativas I, II e IV são verdadeiras.
e) Somente a afirmativa IV é verdadeira.

E (UDESC 2016) No contexto histórico da virada do século XIX para o século XX, Lord Kelvin proferiu uma palestra e afirmou que não havia mais muitos pontos obscuros para serem resolvidos pela Física. Destacou que existiam apenas dois problemas: o primeiro referente à não detecção do vento de éter (resultado nulo do experimento de Michelson-Morley), e o segundo, relacionado à partição de energia (emissão e absorção da radiação de corpo negro).
Em relação ao avanço na construção de conhecimento em Física, decorrente dos dois problemas apontados por Lord Kelvin, assinale a alternativa correta.

a) Os pontos obscuros apontados por Lord Kelvin não se configuraram em problemas científicos, e foram ignorados pela Ciência.
b) Os problemas sinalizados por Lord Kelvin foram solucionados pela mecânica newtoniana, sendo necessário apenas um refinamento experimental.
c) A Ciência, em particular a Física, não avançou mediante a resolução de problemas e aos pontos obscuros apontados por Lord Kelvin, que retratavam apenas dúvidas pessoais dele próprio.
d) Max Planck foi o único a solucionar os dois problemas apontados por Lord Kelvin e, por isso, Planck é considerado por muitos o “Pai da Mecânica Quântica”.
e) Os pontos obscuros destacados por Lord Kelvin foram determinantes na condução de mudanças radicais na Física, culminando na construção das teorias quânticas e relativísticas.

2015

(EFEITO FOTOELÉTRICO) D (UDESC 2015) Considere as informações constantes na tabela.

Com base na Tabela 1 e no princípio da conservação da energia para o efeito fotoelétrico, analise as proposições.

I. Quatro placas metálicas, cada uma composta por um dos metais relacionados na Tabela 1, são iluminadas por uma luz de frequência f. Nesta situação, a energia cinética mínima dos elétrons ejetados de cada placa possui o mesmo valor.
II. Quatro placas metálicas, cada uma composta por um dos metais relacionados na Tabela 1, somente ejetarão elétrons com energia cinética maior que zero, quando a energia da luz que as ilumina for maior que o valor da função trabalho de cada metal.
III. Quatro placas metálicas, cada uma composta por um dos metais relacionados na Tabela 1, são iluminadas por uma luz de energia igual a 7,5 eV. Neste caso, os elétrons ejetados da superfície da placa de alumínio terão a maior energia cinética.

Assinale a alternativa correta.

a) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras.
b) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras.
c) Somente a afirmativa III é verdadeira.
d) Somente as afirmativas II e III são verdadeiras.
e) Todas as afirmativas são verdadeiras.

2013

(TEORIA DOS QUANTA) A (UFRN 2013) O Diodo Emissor de Luz (LED) é um dispositivo eletrônico capaz de emitir luz visível e tem sido utilizado nas mais variadas aplicações. A mais recente é sua utilização na iluminação de ambientes devido ao seu baixo consumo de energia e à sua grande durabilidade.
Atualmente, dispomos de tecnologia capaz de produzir tais dispositivos para emissão de luz em diversas cores, como, por exemplo, a cor vermelha de comprimento de onda, λ_V, igual a 629 nm, e a cor azul, de comprimento de onda, λ_A, igual a 469 nm.
A energia, E, dos fótons emitidos por cada um dos LEDs é determinada a partir da equação de Einstein E=h · f, onde h é a constante de Planck, e f é a frequência do fóton emitido.
Sabendo ainda que c= λ · f, onde c é a velocidade da luz no vácuo e λ, o comprimento de onda do fóton, é correto afirmar que

a) o fóton correspondente à cor vermelha tem menos energia que o fóton correspondente à cor azul, pois sua frequência é menor que a do fóton de cor azul.
b) o fóton correspondente à cor vermelha tem mais energia que o fóton correspondente à cor azul, pois sua frequência é maior que a do fóton de cor azul.
c) o fóton correspondente à cor azul tem menos energia que o fóton correspondente à cor vermelha, pois seu comprimento de onda é maior que o do fóton de cor vermelha.
d) o fóton correspondente à cor vermelha tem mais energia que o fóton correspondente à cor azul, pois seu comprimento de onda é menor que a do fóton de cor azul.

D (UFU 2013) Há átomos que têm seus elétrons excitados pela luz, os quais são impulsionados para um estado de energia mais alta, numa espécie de salto quântico “para cima”. Ao relaxar, os elétrons retornam às camadas menos energéticas e fótons são emitidos, o que se verifica na forma de luz visível. Certos materiais possuem um retardo entre o processo de excitação e de relaxação, uma vez que seus elétrons permanecem aprisionados em órbitas mais altas, mesmo que o processo de excitação seja removido, o que permite que continuem a emitir luz por algum tempo. Materiais que exibem esta propriedade caracterizam-se por possuir

a) polarização.
b) fluorescência.
c) incandescência.
d) fosforescência.

2012

C (UFRN 2012) Estudantes interessados em analisar a natureza dual da luz preparavam uma apresentação para uma Feira de Ciências com três experimentos, conforme mostrados nas Figuras abaixo.

o 1º experimento mostra a difração da luz ao passar por uma fenda estreita;
o 2º experimento mostra o efeito fotoelétrico caracterizado pela geração de corrente elétrica a partir da incidência de luz sobre uma célula fotoelétrica; e
o 3º experimento mostra o efeito da polarização da luz ao fazê-la incidir sobre filtros polarizadores.

A partir desses experimentos, é correto afirmar que

a) o efeito fotoelétrico e a polarização evidenciam a natureza ondulatória da luz, enquanto a difração evidencia a natureza corpuscular da luz.
b) a polarização e a difração evidenciam a natureza corpuscular da luz, enquanto o efeito fotoelétrico evidencia a natureza ondulatória da luz.
c) a difração e a polarização evidenciam a natureza ondulatória da luz, enquanto o efeito fotoelétrico evidencia a natureza corpuscular da luz.
d) o efeito fotoelétrico e a difração evidenciam a natureza ondulatória da luz, enquanto a polarização evidencia a natureza corpuscular da luz.

2010

D (UFRN 2010) Os óculos de visão noturna detectam a radiação infravermelha emitida ou refletida pelos corpos. Esses equipamentos são bastante utilizados em aplicações militares, em navegação, e também por pesquisadores, que, com o auxílio deles, podem detectar animais na mata durante a noite, entre outras aplicações.

Um desses tipos de óculos, que utiliza a técnica da imagem térmica, opera por meio da captura do espectro luminoso infravermelho, emitido, na forma de calor, pelos objetos. A teoria física que explica a emissão de radiação pelos corpos, e na qual se baseia o funcionamento dos óculos de visão noturna, é a teoria:

a) do efeito fotoelétrico, de Einstein.
b) do átomo, de Bohr.
c) da dualidade onda-partícula, de De Broglie.
d) da radiação do corpo negro, de Planck.