Matura tuż za rogiem… Tydzień #12

Fizyka atomowa i kwanty promieniowania
Fizyka jądrowa

No i dwanaście tygodni zleciało jak z bicza strzelił… Został nam ostatni fragment materiału do powtórzenia. Tym razem zagadnienia, które pojawiły się tylko w szkole średniej – tzw. fizyka współczesna. Zdecydowana większość – fizyka jądrowa – obowiązującego na tegorocznym egzaminie materiału pojawiła się w klasie pierwszej w tzw. poziomie podstawowym. Również i w tym przypadku sporo zagadnień zostało usuniętych z zakresu egzaminacyjnego.

Zmieniono:
1. „stosuje zależność między energią fotonu a częstotliwością i długością fali do opisu zjawiska fotoelektrycznego zewnętrznego, wyjaśnia zasadę działania fotokomórki”
na
„stosuje zależność między energią fotonu a częstotliwością i długością fali”

2. „opisuje rozpad izotopu promieniotwórczego, posługując się pojęciem czasu połowicznego rozpadu; rysuje wykres zależności liczby jąder, które uległy rozpadowi od czasu; wyjaśnia zasadę datowania substancji na podstawie składu izotopowego, np. datowanie węglem 14C.”
na
„opisuje rozpad izotopu promieniotwórczego, posługując się pojęciem czasu połowicznego rozpadu; rysuje wykres zależności liczby jąder, które uległy rozpadowi od czasu.”

3. „opisuje działanie elektrowni atomowej oraz wymienia korzyści i zagrożenia płynące z energetyki jądrowej.”
na
„opisuje działanie elektrowni atomowej.”

Usunięto:
– opisuje wybrany sposób wykrywania promieniowania jonizującego,
– wyjaśnia wpływ promieniowania jądrowego na materię oraz na organizmy,
– opisuje reakcje termojądrowe zachodzące w gwiazdach oraz w bombie wodorowej.
– opisuje efekt fotoelektryczny, wykorzystuje zasadę zachowania energii do wyznaczenia energii i prędkości fotoelektronów.
– opisuje mechanizmy powstawania promieniowania rentgenowskiego.
– określa długość fali de Broglie’a poruszających się cząstek.

Pozostawiono jedynie wymagania dotyczące kwantowego modelu światła, energii fotonu oraz zasady zachowania energii do wyznaczania częstotliwości promieniowania emitowanego i absorbowanego przez atomy.

Podstawa programowa

Co wobec tego trzeba wiedzieć, rozumieć i umieć? 

Szczegółowe wymagania egzaminacyjne

Poziom podstawowy

Fizyka atomowa. Zdający:
(LO) opisuje promieniowanie ciał, rozróżnia widma ciągłe i liniowe rozrzedzonych gazów jednoatomowych, w tym wodoru;
(LO) interpretuje linie widmowe jako przejścia między poziomami energetycznymi atomów;
(LO) opisuje budowę atomu wodoru, stan podstawowy i stany wzbudzone;
(LO) wyjaśnia pojęcie fotonu i jego energii;
(LO) interpretuje zasadę zachowania energii przy przejściach elektronu między poziomami energetycznymi w atomie z udziałem fotonu.

Fizyka jądrowa. Zdający:
(LO) posługuje się pojęciami pierwiastek, jądro atomowe, izotop, proton, neutron, elektron; podaje skład jądra atomowego na podstawie liczby masowej i atomowej;
(LO) posługuje się pojęciami: energii spoczynkowej, deficytu masy i energii wiązania; oblicza te wielkości dla dowolnego pierwiastka układu okresowego;
(LO) wymienia właściwości promieniowania jądrowego α, β, γ; opisuje rozpady alfa, beta (wiadomości o neutrinach nie są wymagane), sposób powstawania promieniowania gamma; posługuje się pojęciem jądra stabilnego i niestabilnego;
(LO) opisuje rozpad izotopu promieniotwórczego, posługując się pojęciem czasu połowicznego rozpadu; rysuje wykres zależności liczby jąder, które uległy rozpadowi od czasu;
(LO) opisuje reakcje jądrowe, stosując zasadę zachowania liczby nukleonów i zasadę zachowania ładunku oraz zasadę zachowania energii;
(LO) podaje przykłady zastosowania zjawiska promieniotwórczości i energii jądrowej;
(LO) opisuje reakcję rozszczepienia uranu ²³⁵U zachodzącą w wyniku pochłonięcia neutronu; podaje warunki zajścia reakcji łańcuchowej;
(LO) opisuje działanie elektrowni atomowej.

Poziom rozszerzony
Fizyka atomowa i kwanty promieniowania elektromagnetycznego. Zdający:
(LO) opisuje założenia kwantowego modelu światła;
(LO) stosuje zależność między energią fotonu a częstotliwością i długością fali;
(LO) stosuje zasadę zachowania energii do wyznaczenia częstotliwości promieniowania emitowanego i absorbowanego przez atomy.

Równania

Jakie równania związane z tą tematyką znajdziemy w karcie wzorów maturalnych?

Zestaw zadań

Zadanie 1

Rysunek przedstawia trzy poziomy energetyczne w atomie hipotetycznego gazu oraz cztery wybrane przejścia elektronu pomiędzy tymi poziomami.

a) Które przejście (A,B,C,D) związane jest z absorpcją fotonu o największej częstotliwości fali?

b) Uzasadnij swoją odpowiedź odwołując się do odpowiednich równań.

Zadanie 2

Elektron w atomie wodoru przeskakuje z trzeciego stanu wzbudzonego (n=4) do stanu podstawowego. Wykorzystując model Bohra atomu wodoru, wykaż, że długość fali wyemitowanego w tym procesie fotonu wynosi około 97,5 nm.

Zadanie 3

Według modelu Bohra atomu wodoru elektron krąży wokół jądra atomowego po orbicie kołowej. Podaj dwa inne postulaty zawarte w modelu Bohra.

Zadanie 4

Podaj rodzaje widm, jakie uzyskamy rozszczepiając światło emitowane przez:

a) żarówkę,

b) świetlówkę,

c) światło, które przepuszczone zostało przez warstwę chłodnego powietrza,

d) światło emitowane przez pobudzony do świecenia hel w stanie gazowym.

Zadanie 5

Arkusz egzaminu maturalnego z fizyki CKE – maj 2018 – poziom rozszerzony.

Zadanie 6

Arkusz egzaminu maturalnego z fizyki CKE – maj 2016 – poziom rozszerzony.

Zadanie 7

Arkusz egzaminu maturalnego z fizyki CKE – maj 2015 – poziom rozszerzony.

a)

b)

c)

d)

Zadanie 8

Arkusz egzaminu maturalnego z fizyki CKE – maj 2021 – poziom rozszerzony.

a)

b)

c)

d)

Zadanie 9

Arkusz egzaminu maturalnego z fizyki CKE – maj 2020 – poziom rozszerzony.

a)

b)

c)

Zadanie 10

Arkusz egzaminu maturalnego z fizyki CKE – maj 2020 – poziom rozszerzony.

Zadanie 11

Arkusz egzaminu maturalnego z fizyki CKE – maj 2019 – poziom rozszerzony.

a)

b)

c)

Zadanie 12

Arkusz egzaminu maturalnego z fizyki CKE – maj 2019 – poziom podstawowy.

Zadanie 13

Arkusz egzaminu maturalnego z fizyki CKE – maj 2019 – poziom rozszerzony.

a)

b)

c)

Zadanie 14

Arkusz egzaminu maturalnego z fizyki – maj 2018 – poziom rozszerzony.

a)

b)

c)

d)

e)

Zadanie 15

Arkusz egzaminu maturalnego z fizyki CKE – maj 2014 – poziom rozszerzony.

a)

b)

c)

d)

Zadanie 16

Arkusz egzaminu maturalnego z fizyki CKE – maj 2011 – poziom rozszerzony.

a)

b)

c)

d)

e)

f)

---

Odpowiedzi do zadań

Zadanie 1

a) A

b)
absorbcja zachodzi przy przejściu elektronu z poziomu o niższej energii na poziom o wyższej energii;
energia fotonu jest równa różnicy energii poziomów, pomiędzy którymi zaszło przejście;
E_f = hf;

Zadanie 4

a) emisyjne ciągłe,

b) emisyjne liniowe.

c) absorpcyjne liniowe,

d) emisyjne liniowe.

Zadanie 5

Zadanie 6

Zadanie 7

a)

b)

c)

d)

Zadanie 8

a)

b)

c)

d)

Zadanie 9

a)

b)

c)

Zadanie 10

Zadanie 11

a)

b)

c)

Zadanie 12

B

Zadanie 13

a)

b)

c)

Zadanie 14

a)

b)

c)

d)

e)

Zadanie 15

a)

b)

c)

d)

Zadanie 16

a)

b)

c)

d)

e)

f)

---

Symulacje