Efeito fotoelétrico, fótons e dualidade onda-partícula

Física, 3ª série: Efeito fotoelétrico, fótons e dualidade onda-partícula

1. A luz verde tem frequência de cerca de 5,0 · 10¹⁴ Hz. Com h = 6,6 · 10⁻³⁴ J · s, a energia de um fóton dessa luz é

   1. a1,3 · 10⁻⁴⁸ J
   2. b7,6 · 10⁴⁷ J
   3. c3,3 · 10⁻¹⁹ J
   4. d3,3 · 10⁻²⁰ J
   5. e6,6 · 10⁻³⁴ J

2. Um laser emite luz de frequência 6,0 · 10¹⁴ Hz. Com h = 4,1 · 10⁻¹⁵ eV · s, a energia de cada fóton, em elétron-volts, é aproximadamente

   1. a0,68 eV
   2. b1,5 · 10³⁰ eV
   3. c25 eV
   4. d2,5 eV
   5. e6,0 eV

3. Em um experimento de efeito fotoelétrico, uma placa metálica é iluminada com luz vermelha muito intensa e nenhum elétron é emitido. Ao iluminá-la com luz ultravioleta fraca, elétrons são emitidos. Esse resultado mostra que

   1. aa emissão depende apenas da intensidade da luz
   2. ba emissão depende da energia de cada fóton, que é determinada pela frequência
   3. ca luz vermelha tem fótons mais energéticos que a ultravioleta
   4. da placa precisa ser aquecida pela luz para emitir elétrons
   5. ea luz ultravioleta não é uma onda eletromagnética

4. Fótons com energia de 5,0 eV incidem sobre um metal cuja função trabalho é 2,3 eV. A energia cinética máxima dos elétrons emitidos é

   1. a7,3 eV
   2. b5,0 eV
   3. c2,3 eV
   4. d11,5 eV
   5. e2,7 eV

5. A função trabalho de um metal é 4,1 eV. Com h = 4,1 · 10⁻¹⁵ eV · s, a frequência mínima da luz capaz de arrancar elétrons desse metal (frequência de corte) é

   1. a1,7 · 10⁻¹⁴ Hz
   2. b1,0 · 10⁻¹⁵ Hz
   3. c4,1 · 10¹⁵ Hz
   4. d1,0 · 10¹⁵ Hz
   5. e1,0 · 10¹⁴ Hz

6. Uma placa metálica é iluminada com luz de frequência acima da frequência de corte, e elétrons são emitidos. Se a intensidade da luz for duplicada, mantendo a frequência,

   1. ao número de elétrons emitidos por segundo aumenta, mas a energia cinética máxima não muda
   2. ba energia cinética máxima dos elétrons dobra
   3. co número de elétrons emitidos não muda, mas a energia cinética máxima dobra
   4. da emissão de elétrons cessa
   5. ea função trabalho do metal cai à metade

7. O efeito fotoelétrico e fenômenos relacionados, em que a luz libera elétrons em um material, estão na base de diversas tecnologias. Entre elas está

   1. ao motor elétrico de um liquidificador
   2. ba lâmpada incandescente, que transforma eletricidade em luz pelo aquecimento
   3. ca célula fotovoltaica dos painéis solares, que converte luz em energia elétrica
   4. do transformador de um carregador de celular
   5. ea resistência de um chuveiro elétrico

8. A exposição prolongada à radiação ultravioleta do Sol pode causar queimaduras e câncer de pele, enquanto a luz visível de mesma intensidade não causa esses danos. A explicação física é que

   1. aos fótons ultravioleta têm energia suficiente para danificar o DNA
   2. ba radiação ultravioleta tem velocidade maior que a da luz visível
   3. ca luz visível é absorvida apenas pelos olhos, e não pela pele
   4. da radiação ultravioleta tem comprimento de onda maior que a luz visível
   5. eos fótons ultravioleta são partículas com massa, que atingem a pele

9. Leia o texto de divulgação científica.

   Muita gente acredita que Albert Einstein recebeu o Prêmio Nobel de Física pela teoria da relatividade. Na verdade, o prêmio de 1921, entregue em 1922, destacou sua explicação do efeito fotoelétrico, publicada em 1905. Nela, Einstein propôs que a luz é formada por "pacotes" de energia, mais tarde chamados de fótons. A ideia foi recebida com desconfiança por muitos físicos, já que a natureza ondulatória da luz estava bem estabelecida por experimentos de interferência.

   Com base no texto, conclui-se que

   1. aEinstein demonstrou que a luz não é uma onda, invalidando os experimentos de interferência
   2. ba teoria da relatividade foi a única contribuição de Einstein reconhecida em sua época
   3. co efeito fotoelétrico foi explicado antes da descoberta da natureza ondulatória da luz
   4. dos fótons foram aceitos imediatamente por toda a comunidade científica
   5. eEinstein atribuiu à luz um comportamento corpuscular, além do ondulatório

10. Em 1924, Louis de Broglie propôs que partículas materiais, como elétrons, também têm comportamento ondulatório, com comprimento de onda λ = h / (m · v).
    a) Calcule o comprimento de onda de um elétron (m = 9,1 · 10⁻³¹ kg) com velocidade de 1,0 · 10⁶ m/s (h = 6,6 · 10⁻³⁴ J · s).
    b) Compare esse valor com o tamanho típico de um átomo (cerca de 10⁻¹⁰ m) e explique por que elétrons podem ser usados em microscópios para observar estruturas muito pequenas.
    c) Explique por que não percebemos o comportamento ondulatório de uma bola de futebol em movimento.

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