الفيزياء: المستوى العالي
فيزياء الكم — محور HL E
- 1.
يسقط ضوء ترددها 7.5 × 10¹⁴ Hz على سطح معدني دالة شغله 2.5 × 10⁻¹⁹ J. احسب أقصى طاقة حركة للإلكترونات الضوئية المنبعثة. استخدم h = 6.63 × 10⁻³⁴ J s.
[4 درجة] - 2.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «يسقط ضوء ترددها 7.5 × 10¹⁴ Hz على سطح معدني دالة شغله 2.5 × 10⁻¹⁹ J. احسب أقصى طاقة حركة للإلكترونات الضوئية المنبعثة. استخدم h = 6.63 × 10⁻³⁴ J s.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «استخدام معادلة التأثير الكهروضوئي hf = Φ + EKmax.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 4 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[4 درجة] - 3.
اشرح كيف يقدّم التأثير الكهروضوئي دليلاً على الطبيعة الجسيمية للضوء، مع الإشارة إلى ملاحظة أن الانبعاث فوري ويعتمد على التردد وليس الشدة.
[4 درجة] · بدون آلة حاسبة - 4.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «اشرح كيف يقدّم التأثير الكهروضوئي دليلاً على الطبيعة الجسيمية للضوء، مع الإشارة إلى ملاحظة أن الانبعاث فوري ويعتمد على التردد وليس الشدة.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن نظرية الموجة تتنبأ بأن الانبعاث يجب أن يعتمد على الشدة (طاقة الموجة) وأن يُظهر تأخيراً زمنياً لتراكم الطاقة، وكلاهما غير ملاحظ.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 4 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[4 درجة] · بدون آلة حاسبة - 5.
احسب طول موجة دي برولي لإلكترون (كتلته 9.11 × 10⁻³¹ kg) يتحرك بسرعة 2.0 × 10⁶ m s⁻¹. استخدم h = 6.63 × 10⁻³⁴ J s.
[3 درجة] - 6.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «احسب طول موجة دي برولي لإلكترون (كتلته 9.11 × 10⁻³¹ kg) يتحرك بسرعة 2.0 × 10⁶ m s⁻¹. استخدم h = 6.63 × 10⁻³⁴ J s.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «استخدام λ = h/(mv).» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] - 7.
اشرح ما تُظهره تجارب حيود الإلكترونات بشأن طبيعة المادة، واذكر جهازاً عملياً واحداً يعتمد على هذا السلوك الموجي للإلكترونات.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 8.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «اشرح ما تُظهره تجارب حيود الإلكترونات بشأن طبيعة المادة، واذكر جهازاً عملياً واحداً يعتمد على هذا السلوك الموجي للإلكترونات.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن حيود الإلكترونات يُنتج أنماط تداخل، وهو سلوك مميز للموجات، عندما تمر الإلكترونات عبر بلورة أو غشاء رقيق.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 9.
ينتقل إلكترون في ذرة هيدروجين من مستوى طاقة −1.51 eV إلى مستوى −3.40 eV، ويصدر فوتوناً. احسب طاقة الفوتون المنبعث وتردده. استخدم h = 6.63 × 10⁻³⁴ J s و1 eV = 1.60 × 10⁻¹⁹ J.
[5 درجة] - 10.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «ينتقل إلكترون في ذرة هيدروجين من مستوى طاقة −1.51 eV إلى مستوى −3.40 eV، ويصدر فوتوناً. احسب طاقة الفوتون المنبعث وتردده. استخدم h = 6.63 × 10⁻³⁴ J s و1 eV = 1.60 × 10⁻¹⁹ J.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «حساب الطاقة المنطلقة: ΔE = (−1.51) − (−3.40) = 1.89 eV.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 5 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[5 درجة] - 11.
اشرح لماذا تتكون أطياف الانبعاث الذري من خطوط منفصلة بدلاً من مدى مستمر من الأطوال الموجية، من حيث مستويات طاقة الإلكترون.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 12.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «اشرح لماذا تتكون أطياف الانبعاث الذري من خطوط منفصلة بدلاً من مدى مستمر من الأطوال الموجية، من حيث مستويات طاقة الإلكترون.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن الإلكترونات في الذرة يمكن أن تشغل فقط مستويات طاقة محددة ومنفصلة (مكممة).» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 13.
يمكن التعبير عن مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ بالصيغة ΔxΔp ≥ h/4π. اشرح ما ينص عليه هذا المبدأ بشأن قياس موضع وزخم جسيم في آنٍ واحد.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 14.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «يمكن التعبير عن مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ بالصيغة ΔxΔp ≥ h/4π. اشرح ما ينص عليه هذا المبدأ بشأن قياس موضع وزخم جسيم في آنٍ واحد.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أنه من المستحيل أساساً معرفة الموضع الدقيق والزخم الدقيق لجسيم في آنٍ واحد.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 15.
لنواة في حالة مثارة طاقتها 4.8 MeV فوق حالتها الأرضية، وتتحلل بإصدار فوتون أشعة غاما. احسب الطول الموجي لأشعة غاما المنبعثة. استخدم h = 6.63 × 10⁻³⁴ J s وc = 3.00 × 10⁸ m s⁻¹ و1 eV = 1.60 × 10⁻¹⁹ J.
[4 درجة] - 16.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «لنواة في حالة مثارة طاقتها 4.8 MeV فوق حالتها الأرضية، وتتحلل بإصدار فوتون أشعة غاما. احسب الطول الموجي لأشعة غاما المنبعثة. استخدم h = 6.63 × 10⁻³⁴ J s وc = 3.00 × 10⁸ m s⁻¹ و1 eV = 1.60 × 10⁻¹⁹ J.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «تحويل الطاقة إلى جول: 4.8 × 10⁶ × 1.60 × 10⁻¹⁹ ≈ 7.68 × 10⁻¹³ J.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 4 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[4 درجة] - 17.
ميّز بين طيف انبعاث مستمر وطيف امتصاص خطي، واذكر الظروف التي يُنتج فيها كل منهما.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 18.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «ميّز بين طيف انبعاث مستمر وطيف امتصاص خطي، واذكر الظروف التي يُنتج فيها كل منهما.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن الطيف المستمر يحتوي على جميع الأطوال الموجية عبر مدى، ويُنتج بواسطة مصدر ساخن وكثيف مثل صلب أو سائل أو غاز كثيف (مثل مصباح فتيلة).» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 19.
في تجربة، تُسرَّع إلكترونات خلال فرق جهد 150 V قبل اصطدامها بهدف. احسب طول موجة دي برولي لهذه الإلكترونات. استخدم e = 1.60 × 10⁻¹⁹ C وmₑ = 9.11 × 10⁻³¹ kg وh = 6.63 × 10⁻³⁴ J s.
[5 درجة] - 20.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «في تجربة، تُسرَّع إلكترونات خلال فرق جهد 150 V قبل اصطدامها بهدف. احسب طول موجة دي برولي لهذه الإلكترونات. استخدم e = 1.60 × 10⁻¹⁹ C وmₑ = 9.11 × 10⁻³¹ kg وh = 6.63 × 10⁻³⁴ J s.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «استخدام علاقة الشغل والطاقة: eV = ½mv²، لذا طاقة الحركة = eV.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 5 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[5 درجة] - 21.
ميّز بين نموذج بور ونموذج شرودنغر (الميكانيكا الكمية) للذرة، من حيث كيفية وصف كل منهما لموضع الإلكترون.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 22.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «ميّز بين نموذج بور ونموذج شرودنغر (الميكانيكا الكمية) للذرة، من حيث كيفية وصف كل منهما لموضع الإلكترون.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أنه في نموذج بور، تدور الإلكترونات حول النواة في مسارات دائرية محددة وثابتة (مدارات) عند أنصاف أقطار معينة.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 23.
احسب زخم فوتون طوله الموجي 500 nm. استخدم h = 6.63 × 10⁻³⁴ J s.
[3 درجة] - 24.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «احسب زخم فوتون طوله الموجي 500 nm. استخدم h = 6.63 × 10⁻³⁴ J s.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «استخدام p = h/λ.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] - 25.
لمعدن دالة شغله 3.5 × 10⁻¹⁹ J. احسب التردد الحدي لحدوث التأثير الكهروضوئي عند هذا السطح. استخدم h = 6.63 × 10⁻³⁴ J s.
[3 درجة] - 26.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «لمعدن دالة شغله 3.5 × 10⁻¹⁹ J. احسب التردد الحدي لحدوث التأثير الكهروضوئي عند هذا السطح. استخدم h = 6.63 × 10⁻³⁴ J s.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أنه عند التردد الحدي، EKmax = 0، لذا hf₀ = Φ.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] - 27.
اذكر أقل طاقة فوتون لازمة لحدوث إنتاج الزوج (حيث يتحول فوتون إلى إلكترون وبوزيترون)، من حيث الكتلة السكونية للإلكترون mₑ، واحسب هذه الطاقة الدنيا بالجول. استخدم c = 3.00 × 10⁸ m s⁻¹ وmₑ = 9.11 × 10⁻³¹ kg.
[4 درجة] - 28.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «اذكر أقل طاقة فوتون لازمة لحدوث إنتاج الزوج (حيث يتحول فوتون إلى إلكترون وبوزيترون)، من حيث الكتلة السكونية للإلكترون mₑ، واحسب هذه الطاقة الدنيا بالجول. استخدم c = 3.00 × 10⁸ m s⁻¹ وmₑ = 9.11 × 10⁻³¹ kg.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن إنتاج الزوج يتطلب أن تكون طاقة الفوتون كافية على الأقل لتكوين طاقة الكتلة السكونية لكل من الإلكترون والبوزيترون الناتجين.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 4 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[4 درجة] - 29.
اشرح المقصود بالنفق الكمي، واذكر ظاهرة فيزيائية أو تطبيقاً واحداً يعتمد عليه.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 30.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «اشرح المقصود بالنفق الكمي، واذكر ظاهرة فيزيائية أو تطبيقاً واحداً يعتمد عليه.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن النفق الكمي ظاهرة يمتلك فيها جسيم احتمالاً غير صفري لعبور حاجز طاقة كامنة، حتى عندما تكون طاقة الجسيم أقل من ارتفاع الحاجز — وهو وضع ممنوع في الفيزياء الكلاسيكية.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة