Escola Secundária com 3º Ciclo do Ensino Básico Dr. Joaquim de Carvalho 3080-210 Figueira da Foz
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6º Teste de Avaliação de Física 12º ano, turma D
30 de Maio de 2008 GRUPO I
1- Leia a tira de banda desenhada.
Calvin e Hobbes
Imagine que Calvin e a sua cama estivessem a céu aberto, em repouso sobre um ponto P do equador terrestre, no momento em que a gravidade foi “desligada” por falta de pagamento da conta.
Tendo em vista que o ponto P’ corresponde ao ponto P horas mais tarde, e supondo que nenhuma outra força actuasse sobre o garoto após “desligada” a gravidade, o desenho que melhor representa a posição de Calvin (ponto C) no instante considerado é:
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2- Imagine que a velocidade da luz é 5 m/s. Um banco de comprimento próprio 5,0 m encontra-se numa sala de 10,0 m de comprimento. Um observador O1 da sala vê o banco aproximar-se com o comprimento de 4,0 m. A velocidade do banco em relação a O1 é : (A) 3,0 m/s. (B) 0,6 m/s. (C) 6,5 m/s. (D) 4,8 m/s. (E) 0,0 m/s.
3- O período de meia-vida de uma substância radioactiva é: (A) Metade do tempo que é necessário para a amostra decair totalmente. (B) Metade do tempo que a amostra leva a decair. (C) O tempo necessário para que metade da amostra decaia. (D) O tempo necessário para que a amostra que fica, após ter decaído até metade, decaia totalmente. (E) Nenhuma das anteriores.
4- A energia cinética máxima dos electrões extraídos da superfície de um metal por efeito fotoeléctrico: (A) depende do tempo de exposição da luz ao metal. (B) depende, para uma certa frequência, da intensidade da luz incidente. (C) é, para um certo metal, independente da frequência da luz (D) é, para uma certa intensidade, independente do comprimento de onda da luz. (E) é, para uma certa frequência, independente da intensidade da luz.
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Grupo II 1- Em 2005, celebrou-se o Ano Mundial da Física, comemorando-se o centenário do “Ano das Maravilhas”, 1905, em que Albert Einstein publicou três artigos fundamentais que alteraram o modo como a Física descreve a Natureza. O segundo destes artigos, intitulado «Sobre um hipotético ponto de vista relativo à produção e transformação da luz», propôs a ideia de que a luz é constituída por grânulos discretos de energia, os quanta de luz (agora denominados fotões), e mostrou como podia ser utilizada para explicar o efeito fotoeléctrico. Einstein previu que a energia cinética dos electrões ejectados aumentaria linearmente com a frequência da luz. Mesmo após a confirmação experimental desta previsão, efectuada apenas em 1915, a explicação de Einstein não foi aceite por todos. Contudo, em 1921, quando lhe foi concedido o Prémio Nobel, e o seu trabalho sobre o efeito fotoeléctrico foi mencionado na declaração que acompanhava o prémio, a maioria dos físicos compreendeu que a equação hf = Φ+
1 m v2 estava correcta e que os quanta de luz realmente existiam. 2
Como muitas outras descobertas da Física Moderna, hoje em dia, o efeito fotoeléctrico tem aplicações práticas como, por exemplo, os sistemas de segurança nas portas das garagens e os sistemas de aquisição de imagem nas máquinas fotográficas digitais.
2.1- Seleccione as alternativas que completam correctamente as frases seguintes. 2.1.1- A interpretação de Einstein do efeito fotoeléctrico era inovadora, porque... (A) ... propunha a teoria ondulatória da luz. (B) ... contradizia a teoria corpuscular da luz. (C) ... propunha a dualidade onda-partícula para o caso da luz. (D) ... contradizia a teoria de Planck para a absorção da luz. (E) ... implicava a dilatação temporal
2.1.2- A teoria proposta por Einstein para explicar o efeito fotoeléctrico constitui um exemplo de... (A) … uma hipótese que não era baseada em resultados já conhecidos. (B) … um modelo teórico cuja validade nunca foi universalmente reconhecida. (C)… uma teoria que se baseava no carácter ondulatório da luz. (D) … uma hipótese que previa um fenómeno físico desconhecido. (E) … um modelo teórico mais tarde confirmado plenamente pela experiência.
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2.1.3- Na expressão matemática do efeito fotoeléctrico presente no texto, a parcela identificada pelo símbolo Φ representa... (A) … a constante de Planck. (B) … a energia dos quanta de luz incidentes. (C) … a energia necessária para arrancar um fotoelectrão. (D) … a energia cinética dos fotoelectrões. (E) … a frequência dos electrões ejectados.
2.1.4- Na descrição da luz, a relação entre a energia dos fotões, na teoria de Einstein, e as ondas electromagnéticas clássicas encontra-se… (A) … no facto de os fotões transportarem energia com valores discretos bem definidos. (B) … no facto de as ondas electromagnéticas transportarem energia com valores proporcionais à sua amplitude. (C) … no facto de a energia de arrancamento dos fotoelectrões depender da energia da luz incidente. (D) … no facto de a variável f, na expressão E = h f, ser a frequência das ondas electromagnéticas.
2.2- Um metal muito utilizado nas células fotoeléctricas é o césio (Cs). A sua energia de remoção é igual a 3,05 x 10-19 J. Suponha que dispunha de três fontes de radiação: uma emite radiações infravermelhas (2,52 x 10-19 J), outra radiações azuis (4,06 x 10-19 J) e outra radiações violeta (5,24 x 10-19 J). (Justifique as suas respostas sem apresentar cálculos)
2.2.1- Qual destas radiações escolheria se quisesse arrancar electrões de césio com energia cinética máxima? 2.2.2- Qual delas não provoca efeito fotoeléctrico na placa de césio?
2.3- De uma forma clara e sucinta elabore um pequeno texto, onde, para além de descrever o efeito fotoeléctrico, se faz uma comparação das previsões da teoria clássica da luz, para o efeito fotoeléctrico, com os resultados experimentais. Utilize um mínimo de 100 palavras.
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3- O Neptúnio (Np) foi o primeiro elemento transuraniano produzido num laboratório. Este elemento foi obtido através das seguintes reacções nucleares: 238 92 U
A
+
1 0n
92
U
A 92
239 93 Np
U
+X+Y
3.1- Complete as equações acima, determinando A e identificando as partícula X e Y. 3.2- O período de desintegração do
239 92
Np é 2 dias. Qual o tempo necessário para que o
neptúnio presente numa determinada amostra diminua de um factor igual a 32? 4- Uma partícula nuclear instável tem uma vida média de 5,0 x 10-6 s. Se esta partícula se estiver a deslocar com velocidade v = 0,98 c em relação ao laboratório, determine: 4.1- o tempo médio de vida dessa partícula medido por um observador situado no laboratório. 4.2- a distância percorrida no laboratório do ponto de vista de um referencial ligado à partícula.
5- Um comboio desloca-se a uma velocidade v = 30e x ( ms −1 ) em relação a um referencial
solidário com um poste de electricidade. Faz-se deslizar, no piso do comboio, uma mala, com uma velocidade (em relação ao comboio) de 15 ms-1. Calcule a velocidade da mala em relação ao poste de electricidade, representando os vectores correspondentes às diferentes velocidades, quando a mala desliza: 5.1- No sentido do movimento do comboio. 5.2- Em sentido oposto.
6- O Sol emite, em cada segundo, 3,85 × 10 26 J . Qual é a sua perda de massa ao fim de 1 ano? Dados: velocidade da luz no vácuo, c = 3,0 × 10 8 m s -1
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