Качествени задачи

Стратегия при решаване на качествени (логически) задачи:

Решаването на качествена задача се извършва на три етапа:

  1. Анализ на условието на задачата;
  2. Анализ на физичните явления, които са описани в задачата; на основата на този анализ се формулира и известен физичен закон, определението на физичната величина или свойствата на тялото;
  3. Синтез на данните в условието на задачата с физичния закон.

 

Задача 1.

Чрез изследване спектъра на светлината от Луната можем да съдим за състава на нейната повърхност. Защо е възможно това?


  Отговор: 

Луната отразява светлината от Слънцето и затова спектърът на нейната светлина е подобен на спектъра на слънчевата светлина. В този спектър обаче се наблюдават слаби линии на поглъщане, които се дължат на поглъщането на определени дължини на вълните от химичните елементи на повърхността на Луната.

Задача 2.

Какви изменения се наблюдават в слънчевия спектър през време на пълно затъмнение, когато всички лъчи от фотосферата се задържат от Луната, а само лъчите от атмосферата на Слънцето достигат до Земята?

Отговор:

Линиите на поглъщане стават линии на излъчване.

Задача 3.

М. В. Ломоносов в една от своите бележки е поставил такъв въпрос: "Всеки цвят при намокряне с вода става по- гъст. Защо? Трябва да се помисли." Как да отговорим на този въпрос?

Отговор:

Цветът на повърхността се определя от спектралния състав на лъчите, които се отразяват от нея. Когато повърхността е суха, към лъчите, съответстващи на цвета на повърхността, се добавя разсеяна светлина от неравностите на повърхността. Затова цветът на повърхонстта е по- малко ярък. Когато повърхността е пропита с вода, неравностите се запълват от повърхностния слой вода и разсеяното излъчване изчезва. Затова основният тон на оцветяването на повърхността възприемаме като по- тъмен.

Задача 4.

Водороден атом излъчва фотон, съответстващ на серията на Балмер. Какво ще стане с атома след това?

Отговор:

Когато водородният атом излъчи фотон, съотвестващ на серията на Балмер, той преминава от по- горна орбита на втората орбита с енергия -3,40 eV . Тъй като електронът е все още във възбудено състояние, то той ще премине в основно състояние с енергия -13,6 eV като излъчи още един фотон, но от серията на Лайман.

Задача 5.

Водородният атом има само един електрон. Как ще се обясни, че в спектъра на водорода има много спектрални линии?

Отговор:

В спектъра на водорода има много спектрални линии, макар че атомът има само един електрон, защото при поглъщане на енергия отвън той "прескача" на по- външна възможна орбита. На коя точно орбита ще "прескочи" електронът, зависи от погълната енергия. В новото си възбудено състояние той престоява 10-8 s, след което преминава в състояние с по- малка енергия, като излъчва фотони, които отнасят "излишната" енергия. Различните комбинации водят до различни спектрални линии.

Задача 6.

По какво моделът на Бор за водородния атом прилича и по какво се различава от модела на Ръдърфорд?

Отговор:

В съответствие с модела на Ръдърфорд Бор приема, че електронът се движи по орбита около ядрото, с което си взаимодейства с Кулонова сила. В противоречие обаче с класическата физика постулира, че при движението си по стационарните (стабилни) орбити електронът не излъчва енергия. Електронът излъчва енергия при "прескачането си" от по- висока на по- ниска орбита.

Задача 7.

Ако n и m са две цели положителни  числа и n > m, то с какво е съпроводен преходът на водородния атом oт състояние с енергия En в състояние с енергия Em?

Отговор:

Ако се осъществи преход от състояние с енергия Еn в състояние Еm  и n > m, ще се излъчи фотон, който има енергия ,  т.е. ще се наблюдава или спонтанно излъчване,  или стимулирано излъчване.

Задача 8.

При излъчването на кой цвят- червен (λ = 700 nm), жълт (λ = 589 nm), виолетов (λ = 400 nm), ще настъпи най- голямо изменение на енергията на водородния атом?

Отговор:

Виолетовият.  В серията на Балмер виолетовият цвят се получава, когато електронът „прескочи“ от орбита c n = 6 на орбита c n = 2, т.е . Докато червеният цвят се получава, когато електронът „прескочи“ от орбита с n = 3 на орбита с n = 2 , т.е . .

Задача 9.

Какво лъчение ще излъчи водородният атом при преход на електрона от по- високите орбити на първата? А на третата?

Отговор:

При преход на електрона от по- високите орбити на първата ще се излъчи ултравиолетово лъчение (серия на Лайман). При преход на трето ниво- инфрачервено лъчение (серия на Пашен).

Задача 10.

От кои спектрални серии може да излъчи фотони с различна енергия водородният атом, ако неговия електрон се намира на третата орбита?

Отговор:

Може да се излъчат три фотона- две линии ще бъдат от спектралната серия на Лайман (от трето на първо и от второ на първо ниво) и една линия от серията на Балмер (от трето на второ ниво).