دانشجو؟ ۵۰۰ هزار تومان هدیه همین حالادانشجو؟ با کارت دانشجویی یا ایمیل دانشگاهی ۵۰۰٬۰۰۰ تومان هدیه بگیر، و اگر دانشگاهت تا ۱۶ آذر به ۵۰ دانشجوی فعال برسد ۲ میلیون تومان دیگرجدول دانشگاه‌هادانشجو؟ ۵۰۰ هزار تومان هدیه همین حالادانشجو؟ با کارت دانشجویی یا ایمیل دانشگاهی ۵۰۰٬۰۰۰ تومان هدیه همین حالا، و ۲ میلیون تومان دیگر اگر دانشگاهت تا ۱۶ آذر به ۵۰ دانشجوی فعال برسدجدول دانشگاه‌ها
1xAi
کنکور ریاضی ۱۴۰۵ · فیزیک

سوال ۵۸ فیزیک کنکور ریاضی ۱۴۰۵ با پاسخ تشریحی

سوال ۵۸ دفترچهٔ اختصاصی کنکور ریاضی ۱۴۰۵، با کلید رسمی سازمان سنجش. پاسخ تشریحی، دلیل نادرستی گزینه‌های دیگر و راهنمایی‌ها را هوش مصنوعی 1xAi بر پایهٔ همین کلید و متن کتاب درسی نوشته است.

سوال ۵۸ · فیزیک

کنکور ریاضی ۱۴۰۵ · سوال ۵۸ · کلید رسمی سازمان سنجش

فیزیک · فیزیک ۳ (ریاضی) · فصل ۵: آشنایی با فیزیک اتمی

در اتم هیدروژن، الکترون از مدار nn به مدار n′n' جهش می‌کند و انرژی آن 0/21ER0/21E_R کاهش می‌یابد و این انرژی به صورت پرتو الکترومغناطیسی گسیل می‌شود. این گسیل در چه رشته‌ای است و این پرتو در کدام ناحیه از طیف قرار دارد؟

  1. گزینهٔ ۱: لیمان (n′=1n'=1) و فرابنفش
  2. گزینهٔ ۲: بالمر (n′=2n'=2) و فرابنفش
  3. گزینهٔ ۳: لیمان (n′=1n'=1) و مرئی
  4. گزینهٔ ۴: بالمر (n′=2n'=2) و مرئی
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی

پاسخ درست: گزینهٔ ۴ (کلید رسمی سازمان سنجش)

پاسخ تشریحی

گام اول: نوشتن رابطهٔ انرژی فوتون

طبق مدل بور، انرژی ترازهای اتم هیدروژن برابر En=−ERn2E_n=-\frac{E_R}{n^2} است که در آن ER=13.6 eVE_R=13.6\,\mathrm{eV}. هنگام گسیل، انرژی فوتون برابر کاهش انرژی الکترون است (فیزیک ۳ ریاضی، صفحهٔ ۱۲۷). بنابراین، با توجه به n>n′n>n' داریم:
Eγ=En−En′=ER(1n′2−1n2)=0.21ERE_\gamma=E_n-E_{n'}=E_R\left(\frac{1}{n'^2}-\frac{1}{n^2}\right)=0.21E_R
پس:
1n′2−1n2=0.21\frac{1}{n'^2}-\frac{1}{n^2}=0.21

گام دوم: تعیین تراز نهایی و رشتهٔ طیفی

اگر تراز نهایی n′=1n'=1 باشد، کم‌انرژی‌ترین گذار از n=2n=2 آغاز می‌شود و انرژی فوتون آن برابر است با:
Eγ,min⁡=ER(1−122)=0.75ERE_{\gamma,\min}=E_R\left(1-\frac{1}{2^2}\right)=0.75E_R
این مقدار از انرژی داده‌شده بیشتر است؛ پس گذار به تراز پایه و در نتیجه رشتهٔ لیمان منتفی است.

همچنین اگر n′≥3n'\geq3 باشد، انرژی فوتون همواره شرط زیر را دارد:
Eγ<ERn′2≤ER9<0.21ERE_\gamma<\frac{E_R}{n'^2}\leq\frac{E_R}{9}<0.21E_R
پس تنها تراز نهایی ممکن، n′=2n'=2 است. با جای‌گذاری:
14−1n2=0.21⇒1n2=0.04⇒n=5\frac{1}{4}-\frac{1}{n^2}=0.21\quad\Rightarrow\quad\frac{1}{n^2}=0.04\quad\Rightarrow\quad n=5
بنابراین گذار از n=5n=5 به n′=2n'=2 رخ داده و متعلق به رشتهٔ بالمر است.

گام سوم: تعیین ناحیهٔ طیف

انرژی فوتون برابر است با:
Eγ=0.21×13.6=2.856 eVE_\gamma=0.21\times13.6=2.856\,\mathrm{eV}
با استفاده از رابطهٔ انرژی و طول موج فوتون، همانند روش مثال کتاب (فیزیک ۳ ریاضی، صفحه‌های ۱۲۸–۱۲۹)، داریم:
λ=hcEγ=1240 eV⋅nm2.856 eV≃434 nm\lambda=\frac{hc}{E_\gamma}=\frac{1240\,\mathrm{eV\cdot nm}}{2.856\,\mathrm{eV}}\simeq434\,\mathrm{nm}
این طول موج در ناحیهٔ مرئی قرار دارد؛ پس گسیل موردنظر از رشتهٔ بالمر و در ناحیهٔ مرئی است.

پاسخ: گزینهٔ ۴

چرا گزینه‌های دیگر نادرست‌اند

  • گزینهٔ ۱: ممکن است دانش‌آموز هر گذار به تراز پایین‌تر را متعلق به رشتهٔ لیمان بداند؛ اما لیمان فقط شامل گذارهای منتهی به n′=1n'=1 است و کمترین انرژی فوتون آن 0.75ER0.75E_R است، نه 0.21ER0.21E_R.
  • گزینهٔ ۲: در این گزینه رشتهٔ طیفی درست تشخیص داده شده، اما ناحیهٔ طیف اشتباه است. طول موج فوتون این گذار حدود 434 nm434\,\mathrm{nm} است که در ناحیهٔ مرئی قرار دارد، نه فرابنفش.
  • گزینهٔ ۳: ممکن است دانش‌آموز مرئی بودن پرتو را درست تشخیص دهد، اما نام رشته‌ها را جابه‌جا کند. رشتهٔ لیمان به تراز n′=1n'=1 ختم می‌شود و پرتوهای آن فرابنفش‌اند؛ بنابراین با این گذار سازگار نیست.

راهنمایی قدم‌به‌قدم (پیش از دیدن پاسخ)

  1. رابطهٔ انرژی ترازهای اتم هیدروژن در مدل بور و ارتباط انرژی فوتون گسیلی با اختلاف انرژی دو تراز را به یاد آورید (فیزیک ۳ ریاضی، صفحهٔ ۱۲۷).
  2. چون گسیل رخ داده است، n>n′n>n' و باید داشته باشیم 1n′2−1n2=0.21\frac{1}{n'^2}-\frac{1}{n^2}=0.21. برای تعیین تراز نهایی، کمترین اختلاف انرژیِ گذارهای منتهی به تراز پایه و بیشترین اختلاف انرژیِ گذارهای منتهی به ترازهای بالاتر را بررسی کنید.
  3. پس از تعیین تراز نهایی، نام رشته را از همان تراز مشخص کنید؛ برای تعیین ناحیهٔ طیف نیز انرژی فوتون را با ER=13.6 eVE_R=13.6\,\mathrm{eV} به دست آورید و در رابطهٔ λ=1240 eV⋅nmEγ\lambda=\frac{1240\,\mathrm{eV\cdot nm}}{E_\gamma} قرار دهید.

فیزیک ۳ (ریاضی) · فصل ۵: آشنایی با فیزیک اتمی

سوال‌های رسمی دیگر کنکور تجربی از همین فصل:

فصل «آشنایی با فیزیک اتمی» را در پنل یادگیری تمرین کن

در پنل یادگیری 1xAi سوال‌هایی مثل همین را جواب می‌دهی و جوابت ثبت می‌شود؛ پیش از دیدن پاسخ، سه راهنمایی پله‌پله داری و معلم هوشمند بی‌آن‌که جواب را لو بدهد کمکت می‌کند. تمرین و آزمون رایگان است؛ معلم هوشمند هم سهمیهٔ روزانهٔ رایگان دارد.

ساختن حساب رایگان است و بعد از ثبت‌نام مستقیم به همین بخش از پنل برمی‌گردی.

فیزیک · ریاضی ۱۴۰۵