Verifica di fisica simulata — 5ª: la fisica quantistica.
15 quesiti estratti a caso da una banca di 25, sul blocco di programma che il tuo professore sta chiudendo: ogni tentativo è una prova diversa. Nessuna penalità per le risposte sbagliate, quindi rispondi anche se non sei sicuro. Alla fine ricevi via email la risposta corretta di ogni quesito e i punti deboli per argomento — con un account li vedi subito qui in pagina. La soluzione passo passo si sblocca con la prima lezione.
Programma coperto dalla prova
- Corpo nero, legge di Wien e legge di Stefan-Boltzmann
- Ipotesi di Planck e quanti di energia
- Effetto fotoelettrico: frequenza di soglia e lavoro di estrazione
- Potenziale d’arresto ed energia cinetica massima
- Fotone: energia, quantità di moto e massa nulla
- Effetto Compton
- Spettri a righe e modello di Bohr dell’idrogeno
- Onde di de Broglie e principio di indeterminazione
Due esercizi svolti dalla prova
Alla fine dell'Ottocento la fisica classica provò a calcolare come si distribuisce, fra le varie lunghezze d'onda, l'energia emessa da un corpo nero a temperatura fissata. Il risultato non si accordava con le misure, e il disaccordo prese il nome di catastrofe ultravioletta.
In che cosa consiste esattamente il disaccordo?
Soluzione
Lo spettro misurato di un corpo nero ha la forma di una campana: parte da zero alle grandi lunghezze d'onda, sale fino a un massimo (individuato dalla legge di Wien) e torna a zero verso l'ultravioletto.
Il calcolo classico, che assegna la stessa energia media a ciascun modo di oscillazione della radiazione, dà invece un'intensità che diverge al diminuire di : da qui il nome «catastrofe ultravioletta».
Il disaccordo è dalla parte delle piccole lunghezze d'onda, cioè delle alte frequenze. Verso l'infrarosso, invece, calcolo classico e misure si accordano bene.
Planck risolse il problema nel 1900 con l'ipotesi dei quanti: un oscillatore di frequenza può scambiare energia solo a pacchetti
Alle alte frequenze il pacchetto è grande, l'agitazione termica non riesce a «pagarlo» e quegli oscillatori restano quasi spenti: la curva ricade a zero, come nelle misure.
Lo spettro del corpo nero resta comunque continuo: le righe sono un altro fenomeno, quello degli atomi di un gas rarefatto.
Lo spettro di una stella, trattata come un corpo nero, ha il massimo di emissione a .
Quanto vale la temperatura della sua superficie? Usa la legge dello spostamento di Wien
Soluzione
Prima di tutto converto la lunghezza d'onda in metri, perché la costante di Wien è espressa in :
Ricavo la temperatura dalla legge di Wien:
L'ordine di grandezza è ragionevole: il Sole ha il massimo intorno a e una temperatura superficiale di circa , quindi una stella con il massimo un po' più spostato verso il rosso sta poco sotto.
Il valore è quello che si ottiene inserendo al posto di , cioè dimenticando la conversione da nanometri a metri: si sbaglia di un fattore .
Gli altri due nascono dal moltiplicare invece di dividere () e dall'invertire il rapporto ().
Nella simulazione online trovi altri 13 quesiti come questi; risposta corretta di ogni quesito via email.
Preferisci la carta? Scarica la prova in PDF (15 quesiti, 4 pagine · 87 KB, da stampare). Le soluzioni le ricevi via email dopo averla fatta online.
Scarica il PDFCome è fatta la verifica di fisica su fisica quantistica
La legge di Wien applicata a uno spettro, l’effetto fotoelettrico con frequenza di soglia, lavoro di estrazione e potenziale d’arresto, l’effetto Compton, i livelli di Bohr per l’idrogeno e la lunghezza d’onda di de Broglie.
L'errore che costa il voto
Nel fotoelettrico, pensare che aumentando l’intensità della luce aumenti l’energia degli elettroni: aumenta il loro numero, l’energia dipende solo dalla frequenza. È la domanda concettuale che compare quasi sempre, ed è quella su cui si sbaglia di più.
Come usare questa simulazione
Falla una prima volta a freddo, senza ripassare e con il timer acceso: serve a sapere da dove parti, non a fare bella figura. Guarda poi i punti deboli per argomento, ripassa solo quelli — di solito sono due o tre, non tutto il capitolo — e rifalla dopo qualche giorno. I 15 quesiti sono estratti da una banca di 25, quindi la seconda prova non è la stessa e il punteggio è confrontabile davvero.
Il punteggio non ti basta?
Guarda quali argomenti hanno perso più punti, poi leggi il piano per la maturità da settembre — oppure guardiamo insieme i tuoi risultati: la diagnosi è gratuita.