Óptica física Resp.: a) v = 2,05 108m/s; nv =1,46. b) 2. (Valencia, 2007). Resp.: 23,58º. (Madrid, 2003). Resp.: a).. b) = 2,1º. (Galicia, 2004).

Transcripción

1 Óptica física 1. Un haz de luz que viaja por el aire incide sobre un bloque de vidrio. Los ángulos reflejado y refractado forman ángulos de 30º y 20º, respectivamente con la normal a la superficie del bloque. a) Calcula la velocidad de la luz en el vidrio y el índice de refracción de dicho material. b) En qué condiciones se produciría reflexión total? Halle el ángulo límite. Resp.: a) v = 2, m/s; n v =1,46. b) 2. (Valencia, 2007). Un rayo de luz viaja por un medio con una velocidad de 2, m/s e incide con un ángulo de 30º con respecto a normal sobre otro medio donde su velocidad cambia a m/s. Calcula el ángulo de refracción. Resp.: 23,58º. 3. (Madrid, 2003). Un haz luminoso está constituido por dos rayos de luz superpuestos: uno azul de longitud de onda 450 nm y otro rojo de longitud de onda 650 nm. Si este haz incide desde el aire sobre una superficie plana de un vidrio con un ángulo de 30º, calcula: a) El ángulo que forman entre sí los rayos azul y rojo reflejados. b) El ángulo que forman entre sí los rayos azul y rojo refractados. Datos: n azul,vid = 1,55. n rojo,vid = 1,40. n aire = 1. Resp.: a).. b) α = 2,1º. 4. (Galicia, 2004). El ángulo límite en la refracción agua-aire es de 48,61º. Si se tiene otro medio en el que la velocidad de la luz sea v m = 0,878 v agua, el nuevo ángulo límite (medio-aire) será: a) Mayor. b) Menor. c) No varía. n aire = 1 Resp.: 41,2º menor. 5. (Murcia, 2004). Un rayo de luz de 600 nm de longitud de onda en el aire pasa de este medio al diamante (n D = 2,4). a) Frecuencia de la luz. b) La longitud de onda de dicha luz en el diamante. c) El ángulo crítico cuando el rayo va desde el diamante al aire. Datos: c = m/s. n aire = 1. Resp.: a) Hz. b) 250 nm. b) 24,62º. 6. (Andalucía, 2003). Un rayo de luz monocromática emerge desde el interior de un bloque de vidrio hacia el aire. Si el ángulo de refracción es 30º y el de incidencia 19,5º. a) Determina el índice de refracción y la velocidad de propagación de la luz en el vidrio. b) Calcula el ángulo a partir del cual no hay rayo refractado. Datos: c = m/s. n aire = 1. Resp.: a) n v =1,5; v = m/s. b) 41,8º. 7. (Euskadi, 2007). Un rayo de luz que se propaga en el agua, de índice de refracción n 2 = 1,33, llega a su superficie (plana). Si el medio exterior es aire (n 1 = 1): a) Calcula el ángulo mínimo de incidencia para que se produzca reflexión total. b) Para este ángulo de incidencia, calcula el ángulo de refracción, si el medio exterior es vidrio (n 3 = 1,5). Podría existir reflexión total en este caso? c) Halla la velocidad de la luz en el agua y en el vidrio. Resp.: a) 48,8º. b) 41,8º. c) v a = 2, m/s; v v = m/s. 8. (Aragón, 2006). Una onda que viaja por un medio con una velocidad de 10 m/s incide sobre la frontera con otro medio diferente con un ángulo de incidencia de 30º. La velocidad de propagación de la onda en el segundo medio es v 2 = 17 m/s. Calcula el ángulo de refracción. Si la frecuencia de la onda es de 10 Hz, calcula la longitud de onda en cada medio. Resp.: a) 58,2º. b) λ 1 = 1 m, λ 2 = 1,7 m

2 9. (Castilla-León, 2005). a) Un rayo luminoso incide sobre una superficie plana de separación aire-líquido. Cuando el ángulo de incidencia es de 45º, el de refracción vale 30º, qué ángulo de refracción se produciría si el rayo incidente fuera de 60º? b) Un rayo de luz, procedente del aire, incide sobre una superficie plana de un vidrio con un índice de refracción n = 1,5. Si el ángulo formado por el rayo refractado y reflejado es de 90º, calcula los ángulos de incidencia y de refracción. Dato: n aire = 1. Resp.: a) 37,9º. b) 56,3º; 33,7º. 10. (Extremadura, 2002). Un foco luminoso se encuentra dentro de una piscina, llena de agua (de índice de refracción 1,3). Calcula la velocidad de la luz en el agua y el ángulo límite para la salida de la luz del agua al aire. Datos: n aire = 1, c = m/s. Resp.: 2, m/s; 50,3º. 11. (Castilla-La Mancha, 2002). Tenemos un recipiente con agua con una capa de aceite. Un haz de luz pasa del aire al aceite con un ángulo incidente de 40º. Halla el ángulo de refracción en el agua. n aire = 1. n aceite = 1,45. n agua = 1,33. Resp.: 28,7º. 12. (Zaragoza, 2002). Una onda viaja por un medio con una velocidad v e incide sobre la frontera de separación de otro medio, donde la velocidad es v = 2 v. Si el ángulo de incidencia es de 10º, calcula: a) Ángulo de refracción. b) Para qué ángulo se produce reflexión total? Resp.: a) 20,3º b) 30º. 13. (Galicia, 2014). Un rayo de luz de frecuencia Hz incide, con un ángulo de incidencia de 30º, sobre una lámina de vidrio de caras plano-paralelas de espesor 10 cm. Sabiendo que el índice de refracción del vidrio es 1,50 y el del aire 1,00: a) Enuncia las leyes da refracción y dibuja la marcha de los rayos en aire y en el interior de la lámina de vidrio. b) Calcula la longitud de onda de la luz en el aire y en el vidrio, y la longitud recorrida por el rayo en el interior de la lámina. c) Calcula el ángulo que forma el rayo de luz con la normal cuando emerge de nuevo en el aire. Dato: c = m/s. Resp.: a). b) λ aire = m, λ vidrio = m; 0,11 m. c) (Galicia, 2011). Sobre un prisma equilátero de ángulo 60 incide un rayo luminoso monocromático que forma un ángulo de 50 con la normal a la cara AB. Si en el interior del prisma el rayo es paralelo a la base AC: a) Calcula el índice de refracción del prisma; b) Determina el ángulo de desviación del rayo al salir del prisma, dibujando la a trayectoria que sigue el rayo; c) Explica si la frecuencia y la longitud de onda correspondientes al rayo luminoso son distintas, o no, dentro y fuera del prisma.(n aire = 1). Resp.: a) 1,53. b) 50º. c).. B A C 15. (Extremadura, 2010). El trabajo de extracción necesario para que se produzca el efecto fotoeléctrico en la superficie del potasio es de 2, J. Si sobre dicha superficie hacemos incidir una luz de Hz, se pide determinar: a) Frecuencia umbral. b) Energía cinética de los electrones extraídos. Resp.: a) 4, Hz. b) 3, J.

3 16. (Cantabria, 2010). Un material, cuya frecuencia umbral para el efecto fotoeléctrico es Hz, se analiza con un instrumento que dispone de una lámpara que emite luz de longitud de onda de 100 nm. a) Halla la energía de los fotones correspondientes. b) Cuántos electrones puede arrancar del material un fotón de la lámpara? c) Halla la energía cinética máxima de los electrones emitidos. Resp.: a) 1, J, b)... c) 1, J. 17. (Aragón, 2008). Si iluminamos la superficie de un metal con luz de 512 nm, la energía cinética máxima de los electrones emitidos es de 8, J. Determina la frecuencia umbral del metal. Con qué frecuencia deberíamos incidir sobre el metal para que emita electrones energía máxima de 6, J? Resp.: a) 4, Hz, b) 5, Hz 18. (Andalucía, 2004). Si iluminamos la superficie de cierto metal con un haz de luz ultravioleta de frecuencia 2, Hz, los fotoelectrones emitidos tienen una energía cinética máxima de 2,5 ev. Calcula la función trabajo del metal y su frecuencia umbral. Resp.: 9, J; 1, Hz. 19. (Madrid, 2010). Una radiación monocromática de 600 nm incide sobre un metal cuyo trabajo de extracción es de 2 ev. Determina: a) La longitud de onda umbral para el efecto fotoeléctrico. b) La energía cinética máxima de los electrones emitidos, expresada en ev. Resp.: a) 6, m. b) 0,075 ev. 20. (Comunidad valenciana, 2007). El trabajo de extracción de un metal es 3,3 ev. Calcula: a) La frecuencia umbral. b) Velocidad máxima con la que son emitidos los electrones cuando sobre su superficie incide un haz de luz cuya longitud de onda es de 0,3 µm. Resp.: a) Hz. b) 5, m/s. 21. (Madrid, 2009). Se ilumina el cátodo metálico de una célula fotoeléctrica con radiación de onda decreciente y se observa que la corriente comienza cuando la radiación tiene una longitud de onda de 4600 Å. a) Cuánto vale el trabajo de extracción para arrancar electrones del metal cátodo? b) Si el cátodo se ilumina con luz de 4500 Å, con qué energía máxima será emitido un electrón? (Expresa los resultados en ev). Resp.: a) 2,7 ev. b) 6, ev. 22. (Aragón, 2005). La energía de extracción (o función trabajo) del aluminio es 4,08 ev. Calcula el potencial de frenado (o de corte) para los fotoelectrones emitidos cuando se ilumina con luz de longitud de onda de 250 nm. Resp.: 0,89 V 23. (Euskadi, 2003). La energía de extracción del cesio es 1,9 ev. Halla: a) Frecuencia umbral y longitud de onda umbral. b) Potencial de frenado de los electrones para una longitud de onda de 300 nm. Resp.: a) 4, Hz; 6, m. b) 2,24 V. 24. (Cantabria, 2005). La energía mínima necesaria para arrancar un electrón (trabajo de extracción) de una lámina de plata es de 7, J. a) Determina la frecuencia y longitud de onda umbral para la plata. Si incide una luz de longitud de onda de 1000 Å. b) Qué energía cinética, en ev, tendrían los electrones emitidos? c) Qué velocidad tendrían los electrones? Resp.: a) 1, Hz. b) 2, m. c) 7,75 ev; 1, m/s.

4 25. (Castilla y León, 2009). El cátodo metálico de una célula fotoeléctrica es iluminado simultáneamente por dos radiaciones monocromáticas de longitudes de onda de 228 nm y 524 nm. Se sabe que el trabajo de extracción de un electrón para este cátodo es de 3,4 ev. a) Cuál de estas radiaciones es capaz de producir efecto fotoeléctrico? Cuál será la velocidad máxima de los electrones extraídos? b) Cuál es el potencial de frenado o de corte? Resp.: a) La de 228 nm; 8, m/s b) 2,05 V. 26. (Canarias, 2007). Tenemos un metal cuyo trabajo de extracción para los electrones es de 3 ev. Se ilumina con una luz monocromática y se observa que la velocidad máxima de los electrones emitidos es de 1, m/s. Calcula: a) La frecuencia de la luz. b) La longitud de onda asociada de los electrones emitidos de velocidad igual a 1, m/s. c) La longitud de onda de con la que hay que iluminar el metal para que la energía cinética de los electrones emitidos sea 6, J. Resp.: a) 1, Hz. b) 7!0-10 m. c) 7!0-10 m. 27. (Andalucía, 2010). Al iluminar potasio con la luz amarilla de sodio de m se liberan electrones con una energía cinética máxima de 0, J, y al iluminarlo con luz UV de una lámpara de mercurio de m, la energía cinética máxima de los electrones emitidos es de 5, J. a) Determina el valor de la constante de Planck. b) Calcula el valor del trabajo de extracción del potasio. Resp.: a) 6, J.s; 2, J. 28. (Galicia, 2015). La frecuencia umbral del volframio es 1, Hz. a) Justifica que, si se ilumina su superficie con luz de longitud de onda 1, m, se emiten electrones. b) Calcula la longitud de onda incidente para que la velocidad de los electrones emitidos sea de 4, m/s. c) Cuál es la longitud de onda de De Broglie asociada a los electrones emitidos con la velocidad de 4, m/s? Resp.: a) Sí. b) 208 nm. c) 1,62!0-9 m. 29. (Extremadura, 2004). La frecuencia de la luz roja es de 4, Hz. Determina la energía y la cantidad de movimiento de los fotones que la constituyen. Resp.: 2, J; 9, kg m/s. 30. (Extremadura, 2006). Calcula la longitud de onda asociada a un balón de fútbol de 500 g que se mueve a 72 km/h. Resp.: 6, m 31. Calcula la indeterminación en la medida de la velocidad de las siguientes partículas: a) Un electrón con una velocidad de m/s si la indeterminación en la medida de su posición es m. b) Una partícula de masa 250 g que se mueve con una velocidad de 3 m/s si la indeterminación en la medida de su posición es 0,5 mm. c) Extrae conclusiones de los resultados obtenidos. 32. La longitud de onda en la que es máxima la emisión de radiación de Vega, estrella azulada de constelación Lira, es de 301 nm. Si la energía liberada en dicha estrella por unidad de tiempo es de 1, W/m 2. Calcula la temperatura a la que está la superficie de Vega y su radio. Datos (para los problemas 15-31): 1 ev= 1, J; h = 6, J s; c = m/s; 1 Å = m; 1 nm = 10-9 m; m e = 9, kg; e = 1, C.

5 33. En una experiencia, se mide la energía cinética (en ev) de los electrones emitidos por una placa metálica frente a la frecuencia (x10 15 Hz) de la radiación incidente. Los resultados son los siguientes: f (x10 15 Hz). 1,50 2,00 2,50 3,00 Ec (ev). 2,07 4,14 6,21 8, Ec (ev) ,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3, f (x10 15 HZ) Halla la constante de Planck y el W 0. e = 1, C. Resp.: a) 6, J.s; 4,2 ev. 34. En un estudio, sobre efecto fotoeléctrico en una placa de cesio, se observa que el potencial de frenado según la frecuencia de la radiación incidente es el que sigue: f (Hz). 5, , , , , V F (V). 0,22 0,54 0,86 1,13 1,46 Elabora la gráfica V F /f. e = 1, C. Halla la constante de Planck y el trabajo de extracción. Resp.: a) 6, J.s; 1,9 ev.