Matura z fizyki: Fizyka atomowa i kwantowa

Q: Jak zamienić elektronowolty na dżule?

Mnożysz wartość w eV przez 1,6·10⁻¹⁹. Na przykład 13,6 eV to 13,6 · 1,6·10⁻¹⁹ ≈ 2,18·10⁻¹⁸ J.

Q: Jak obliczyć energię przeskoku w atomie wodoru?

Liczysz różnicę poziomów ΔE = E_k − E_j ze wzoru E_n = −13,6/n² eV. Wartość bezwzględna tej różnicy to energia emitowanego lub pochłanianego fotonu.

Q: Co to jest napięcie hamujące?

To napięcie, które zatrzymuje najszybsze fotoelektrony: eU_h = E_k,max. Pozwala doświadczalnie zmierzyć maksymalną energię kinetyczną wybitych elektronów.

Jak fizyka atomowa i kwantowa pojawia się na maturze?

Fizyka kwantowa to częsty temat zadań maturalnych, zwłaszcza efekt fotoelektryczny i model Bohra. Trzeba sprawnie zamieniać elektronowolty na dżule ($ 1\,\mathrm{eV} = 1{,}6\cdot10^{-19}\,\mathrm{J} $) i korzystać z równania Einsteina. W zadaniach z widm wodoru obliczasz energię przeskoku i długość emitowanej fali.

Poziom: podstawowy i rozszerzony.

Typowe zadania maturalne

Typ zadania z fizyki atomowej i kwantowej
Obliczanie energii fotonu o danej długości fali lub częstotliwości.
Wyznaczanie pracy wyjścia lub maksymalnej energii kinetycznej elektronu z fotoefektu.
Obliczanie energii i długości fali fotonu emitowanego przy przeskoku w atomie wodoru.
Wyznaczanie częstotliwości granicznej i napięcia hamującego.

Strategia na egzaminie

Zawsze sprawdź jednostki energii - zamieniaj eV na J przed łączeniem z wzorami w jednostkach SI.
W fotoefekcie pamiętaj: jeśli hf < W, elektrony nie są wybijane niezależnie od natężenia światła.
Przy przeskokach w atomie wodoru emisja zachodzi z poziomu wyższego na niższy, a ΔE bierz jako wartość dodatnią.

Najważniejsze wzory

Energia fotonu

$$E = h\cdot f$$

Energia kwantu światła zależna od częstotliwości.

Energia fotonu (z długości fali)

$$E = \frac{hc}{\lambda}$$

Energia fotonu wyrażona przez długość fali.

Pęd fotonu

$$p = \frac{h}{\lambda}$$

Pęd fotonu o danej długości fali.

Równanie Einsteina dla fotoefektu

$$hf = W + E_{k,\max}$$

Bilans energii w efekcie fotoelektrycznym.

Częstotliwość graniczna

$$f_g = \frac{W}{h}$$

Najmniejsza częstotliwość wywołująca efekt fotoelektryczny.

Poziomy energii wodoru

$$E_n = -\frac{13{,}6}{n^2}\,\mathrm{eV}$$

Energia n-tego poziomu w atomie wodoru.

Energia przeskoku

$$hf = E_k - E_j$$

Energia fotonu emitowanego lub pochłoniętego przy zmianie poziomu.

Fala de Broglie'a

$$\lambda = \frac{h}{mv}$$

Długość fali materii związanej z poruszającą się cząstką.

Zasada nieoznaczoności

$$\Delta x\cdot\Delta p \ge \frac{h}{4\pi}$$

Ograniczenie jednoczesnej dokładności pomiaru położenia i pędu.

Najczęściej zadawane pytania

Jak zamienić elektronowolty na dżule?

Mnożysz wartość w eV przez 1,6·10⁻¹⁹. Na przykład 13,6 eV to 13,6 · 1,6·10⁻¹⁹ ≈ 2,18·10⁻¹⁸ J.

Jak obliczyć energię przeskoku w atomie wodoru?