Optyka oraz fizyka atomowa, jądrowa i kwantowa
Co sprawdza matura
Dział łączy geometrię biegu promieni (zwierciadła, soczewki, załamanie, siatka dyfrakcyjna) z kwantowym opisem światła i materii: efekt fotoelektryczny, model Bohra, fale de Broglie'a, rozpad promieniotwórczy i bilans mas w reakcjach jądrowych.
Rdzeń pojęciowy
- Soczewka cienka: 1/f = 1/x + 1/y; powiększenie p = y/x; obraz pozorny powstaje po tej samej stronie co przedmiot i jest prosty.
- Załamanie: n₁sinα = n₂sinβ; kąt graniczny sinα_gr = n₂/n₁ istnieje tylko przy przejściu od ośrodka gęstszego do rzadszego.
- Siatka dyfrakcyjna: d·sinθ = nλ, gdzie d = 1/N.
- Efekt fotoelektryczny: hf = W + Ek_max; napięcie hamowania U_h = Ek_max/e; hc ≈ 1240 eV·nm.
- Model Bohra: E_n = −13,6/n² eV; przejście między poziomami emituje lub pochłania foton o energii równej różnicy poziomów.
- de Broglie: λ = h/p.
- Rozpad: N = N₀·(1/2)^{t/T}; w reakcjach jądrowych zachowane są liczby A i Z, ładunek i energia, a deficyt masy daje Δm·c².
Przykład
Światło λ = 500 nm pada na metal o pracy wyjścia W = 2,0 eV. Energia fotonu: E = 1240/500 = 2,48 eV, więc Ek_max = 0,48 eV, a napięcie hamowania około 0,48 V. Zwiększenie natężenia światła zwiększy liczbę wybijanych elektronów, ale nie ich maksymalną energię.
Pułapki
Błędy znaków w równaniu soczewki dla obrazu pozornego; stosowanie kąta granicznego od ośrodka rzadszego; sądzenie, że energia fotoelektronów zależy od natężenia światła; mylenie długości fali świetlnej z długością de Broglie'a; zapominanie, że okres połowicznego rozpadu nie zależy od masy próbki; pomijanie zasad zachowania A i Z przy układaniu reakcji jądrowych.