سوال ۱۵ — سؤال ۱۵ امتحان نهایی فیزیک ۳ تجربی — مرداد ۱۴۰۳

الف) گزینهٔ (۲): $f_2 = 9\times10^{14}\ \mathrm{Hz}$

ب) اختلاف بین ترازهای انرژی نوکلئون‌ها در هسته از مرتبهٔ keV تا مرتبهٔ MeV است، اما اختلاف بین ترازهای انرژی الکترون‌ها در اتم از مرتبهٔ الکترون‌ولت است.

الف) نزدیک شدن ورقه‌های برق‌نما یعنی برق‌نما دارد بار خود را از دست می‌دهد. در این آزمایش، نوری که به کلاهک فلزی می‌تابد از سطح آن الکترون جدا می‌کند (اثر فوتوالکتریک) و با خارج شدن الکترون‌ها، بار برق‌نما کم می‌شود و ورقه‌ها به هم نزدیک می‌شوند.

اثر فوتوالکتریک فقط وقتی رخ می‌دهد که انرژی هر فوتون ($hf$) دست‌کم برابر تابع کار فلز باشد؛ یعنی بسامد نور باید از بسامد آستانه بیشتر باشد، هر قدر هم نور شدید باشد:

$$f > f_0 = 8\times10^{14}\ \mathrm{Hz}$$

• $f_1 = 6\times10^{14}\ \mathrm{Hz}$ از بسامد آستانه کمتر است؛ با این نور الکترونی جدا نمی‌شود و ورقه‌ها تکان نمی‌خورند.
• $f_2 = 9\times10^{14}\ \mathrm{Hz}$ از بسامد آستانه بیشتر است؛ پس نور لامپ می‌تواند همین بسامد را داشته باشد. پاسخ گزینهٔ (۲) است.

ب) برای برانگیخته کردن یک سامانه، باید به اندازهٔ اختلاف ترازهای انرژی آن انرژی داد.

• اختلاف ترازهای انرژی الکترون‌ها در اتم از مرتبهٔ چند الکترون‌ولت است و انرژی واکنش‌های شیمیایی هم در همین حد است؛ برای همین واکنش‌های شیمیایی فقط الکترون‌ها را جابه‌جا می‌کنند.
• اختلاف ترازهای انرژی نوکلئون‌ها در هسته از مرتبهٔ keV تا MeV است، یعنی هزاران تا میلیون‌ها برابر بزرگ‌تر.

پس انرژی واکنش‌های شیمیایی برای رساندن هسته به ترازهای بالاتر بسیار کم است و هسته‌ها در این واکنش‌ها برانگیخته نمی‌شوند.