Задание 19. Электродинамика и оптика. Установление соответствия. ЕГЭ 2023 по физике
Средний процент выполнения: 51.1%
Ответом к заданию 19 по физике может быть последовательность цифр, чисел или слов. Порядок записи имеет значение.
Задачи для практики
Задача 1
Установите соответствие между размерностями в системе СИ и формулами, по которым их можно рассчитать (h — постоянная Планка, c — скорость света в вакууме, m — масса фотона, A — работа выхода, ν — частота фотона).
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
| Размерности | Формулы |
| А) кг·м2/с2 Б) кг·м/с | 1) h · ν 2) mc 3) A + ${mv}/{2}$ 4) ${h}$ |
Решение
А) $[{кг·м^2}/{c^2}]=[{кг·{м}/{с^2}}·м]=m·a·S=F·S=A=E=hυ$.
Б) $[{кг·м}/{c}]=p=mc$.
Задача 2
Какие две из представленных ниже формул записаны неверно?
- E = A + ${mυ^2}/{2}$
- ${mυ^2}/{2}$ = e · Uз
- E = ${h}/{λ}$
- E = ${h·c}/{λ}$
- m = ${h·ν}/{c}$
Решение
Записаны неверно формулы:
3) $E={h}/{λ}$, правильно будет $E={hc}/{λ}$.
5) $m={hv}/{c}$, правильно будет $m={hv}/{c^2}$.
Задача 3
Установите соответствие между физическими открытиями и учёными, их совершившими. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры в ответе могут повторяться.
| Открытия | Учёные |
| А) прототип вакуумного фотоэлемента Б) опытные законы внешнего фотоэффекта | 1) Эдисон 2) Столетов 3) Лебедев 4) Планк 5) Эйнштейн |
Решение
А) Прототип вакуумного элемента создал Столетов.
Б) Столетов установил три закона внешнего фотоэффекта.
Задача 4
Установите соответствие между физическими открытиями и учёными, их совершившими.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
| Физические открытия | Учёные |
| А) открытие явления внешнего фотоэффекта Б) разработка теории фотоэффекта | 1) Столетов 2) Герц 3) Эйнштейн 4) Планк 5) Лебедев |
Решение
Внешний фотоэффект был открыт в 1887 году Генхрихом Герцем. Альберт Эйнштейн разработал теорию фотоэффекта.
Задача 5
При исследовании зависимости кинетической энергии фотоэлектронов от длины волны падающего света фотоэлемент освещался через различные светофильтры. В первой серии опытов использовался зелёный светофильтр, а во второй — фиолетовый. В каждом опыте измеряли запирающее напряжение. Как изменялись кинетическая энергия фотоэлектронов и запирающее напряжение при переходе от первой серии опытов ко второй? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
| Физические величины | Характер изменения |
| A) Кинетическая энергия фотоэлектронов Б) Запирающее напряжение | 1) увеличится 2) уменьшится 3) не изменится |
Запишите выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Решение
Дано:
$λ_{зел}^1=550$нм
$λ_{фиол}^2=400$нм
Решение:
Уравнение фотоэффекта $h{c}/{λ}=A_{вых}+E_к$ соответственно $A_{вых}=const$, а $E_к$ увеличивается.
$E_к∼U_з·e$ так же увеличивается до явления фотоэффекта.
Задача 6
Радиоактивное ядро претерпело три β-распада. Как при этом изменились число нуклонов в ядре и заряд ядра? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
| Физические величины | Характер изменения |
| A) Число нуклонов в ядре Б) Заряд ядра | 1) увеличится 2) уменьшится 3) не изменится |
Запишите выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Решение
Дано:
$Зβ$распада
$Зe↙{-1}↖{0}$
Решение:
Число нуклонов в ядре не изменилось А.
Заряд ядра увеличивается на +3, т.к. испускание 3-х электронов.
Задача 7
Радиоактивный изотоп испытал два α- и три β-распада. Как при этом изменились его массовое число и число протонов в ядре? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
| Физические величины | Характер изменения |
| A) Массовое число Б) Число протонов | 1) увеличится 2) уменьшится 3) не изменится |
Запишите выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Решение
Так как изотоп испытал 2 $α(↙{4}↖{2}He)$ и 3($↙{-1}↖{0}β$) распада, очевидно, что А (массовое число), а Z (число протонов) уменьшилось.
Задача 8
В планетарной модели атома Бора–Резерфорда электроны движутся вокруг ядра только по разрешённым орбитам. Как изменяются при переходе электрона на более высокую орбиту его орбитальная скорость и потенциальная энергия? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
| Физические величины | Характер изменения |
| A) Орбитальная скорость электрона Б) Потенциальная энергия электрона | 1) увеличится 2) уменьшится 3) не изменится |
Запишите выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Решение
При переходе электрона на более высокую орбиту орбитальная скорость электрона уменьшается, т.к. кинетическая энергия уменьшается. Т.к. электрон отдаляется от положительного заряженного ядра, потенциальная энергия увеличивается.
Задача 9
В опыте по наблюдению фотоэффекта увеличивают интенсивность света, облучающего катод. Как при этом изменяются энергия фотонов и запирающее напряжение? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
| Физические величины | Характер изменения |
| A) Энергия фотона Б) Запирающее напряжение | 1) увеличится 2) уменьшится 3) не изменится |
Запишите выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Решение
Из теории фотоэффекта известно, что с увеличением интенсивности энергии фотонов и запирающее напряжение не изменились. Изменилось лишь количество вырванных электронов.
Задача 10
Фотон с энергией E движется в вакууме. Пусть h — постоянная Планка, c — скорость света в вакууме. Чему равны частота и импульс фотона? Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
| Физические явления | Формулы |
| А) частота фотона Б) импульс фотона | 1) E/h 2) E/c2 3) hν 4) E/c |
Решение
А) Зная, что $E_{фотона}=hυ$ выразим $υ={E}/{h}$.
Б) Учитывая, что $p↖{→}=m·c$, а $E=mc^2⇒p={E}/{c}$.
Задача 11
Металлическую пластину освещали монохроматическим светом с длиной волны 500 нм. Что произойдёт с импульсом фотонов и кинетической энергией вылетающих электронов при освещении этой пластины монохроматическим светом с длиной волны 700 нм одинаковой интенсивности? Фотоэффект наблюдается в обоих случаях. Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
| Физические величины | Характер изменения |
| A) Импульс фотонов Б) Кинетическая энергия электронов | 1) увеличится 2) уменьшится 3) не изменится |
Запишите выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Решение
Дано:
$λ_1=500$нм
$λ_2=700$нм
$A_{вых}=const$
$E_к-?mυ-?$
Решение:
1) Импульс $p=h/{λ}$ при увеличении длтны волны уменьшается.
2)Воспользуемся уравнением фотоэффекта: $hv=A_{вых}+E_к$. Если длина волны увеличивается, то частота уменьшается, значит уменьшается энергия фотона и согласно уравнению уменьшается и кинетическая энергия. (Работы выхода не зависит от свойств света)
Задача 12
При бомбардировке ядра некоторого атома протонами ядро атома испускает альфа-частицу и получается ядро другого атома. Установите характер изменения массового числа и зарядового числа атома в результате такой реакции. Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
| Физические величины | Характер изменения |
| A) Массовое число ядра Б) Зарядовое число ядра | 1) увеличится 2) уменьшится 3) не изменится |
Запишите выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Решение
Альфа частица - это ядро атома гелия: $↙{2}↖{4}Не$, значит при испускании такой частицы массовое число ядра уменьшается на 4, и зарядовое число уменьшается на 2.
Задача 13
Интенсивность монохроматического светового пучка плавно уменьшают, не меняя частоту света. Как изменяются при этом концентрация фотонов в световом пучке и скорость каждого фотона? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
| Физические величины | Характер изменения |
| A) Концентрация фотонов Б) Скорость фотона | 1) увеличится 2) уменьшится 3) не изменится |
Запишите выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Решение
Интенсивность света - количество фотонов, прошедших через единицу площади за единицу времени. Значит, при уменьшении интенсивности концентрация фотонов уменьшилась. Скорость любого фотона всегда равна скорости света.
Задача 14
Квант света выбивает электрон из металла. Как изменятся при увеличении энергии фотона в этом опыте работа выхода электрона из металла и максимальная возможная скорость фотоэлектрона? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
| Физические величины | Характер изменения |
| A) Работа выхода электрона из металла Б) Скорость фотоэлектрона | 1) увеличится 2) уменьшится 3) не изменится |
Запишите выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Решение
Запишем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: $hυ=A_{вых}+E_к$, поскольку работа выхода - это постоянная величина для того или иного металла, то при увеличении энергии фотона $hυ$ она не меняется, а кинетическая энергия $E_к$ увеличивается исходя из закона сохранения энергии, а знчит, и скорость увеличивается, т.к. $E_к={mυ^2}/{2}$.
Задача 15
Как изменятся величина запирающего напряжения и длины волны красной границы, если при наблюдении фотоэффекта уменьшить длину волны падающих на металлическую пластину фотонов? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
| Физические величины | Характер изменения |
| A) Запирающее напряжение Б) Длина волны красной границы | 1) увеличится 2) уменьшится 3) не изменится |
Запишите выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Решение
Запишем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: $hυ=A_{вых}+Е_к$(1), или через длину волны, учитывая, что $υ={c}/{λ}$, ${hc}/{λ}={hc}/{λ_0}+Е_к$, где $E_к=eU_з$, где $λ_0$ - длина волны красной границы, $U_з$ - запирающее напряжение.
При уменьшении длины волны, падающих на металлическую пластинку фотонов, то длина волны красной границы не изменится, поскольку для каждого металла она своя, энергия падающих фотонов увеличится, следовательно, увеличится $E_к$ и значит, увеличится $U_з$.
Задача 16
Как изменятся величина кинетической энергии вырываемых электронов и сила фототока насыщения, если при наблюдении фотоэффекта уменьшить длину волны падающих на металлическую пластину фотонов, оставив интенсивность света без изменений? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
| Физические величины | Характер изменения |
| A) Кинетическая энергия фотоэлектронов Б) Сила фототока насыщения | 1) увеличится 2) уменьшится 3) не изменится |
Запишите выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Решение
Запишем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: $hv=A_{вых}+Е_к$(1), или через длину волны, учитывая, что $v={c}/{λ}$, ${hc}/{λ}=A_{вых}+Е_к$
При уменьшении длины волны, энергия фотонов увеличится, а следовательно, увеличится и кинетическая энергия фотоэлектронов. Сила фототока насыщения от длины волны фотонов не зависит, она зависит от количества выбитых фотоэлектронов, которое равно количеству фотонов. А количество фотонов меняется только при изменении интенсивности света, т.е. в данном случае фототок насыщения не изменится.