Ejercicios · Tema 2 - Partículas Subatómicas

49 ejercicios resueltos paso a paso.

Tema 2 - Partículas Subatómicas

1.

Representad gráficamente cómo varía la energía de un fotón en función de \(\nu \)
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2.

Representad gráficamente cómo varía la energía de un fotón en función de \(\lambda \)
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3.

Representad gráficamente cómo varía la energía de un fotón en función de \( 1/\lambda \)
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4.

Representad gráficamente cómo varía la energía de un fotón en función de su velocidad.
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5.

Los rayos X emitidos por el \(\text{Cu} \) tienen una longitud de onda de \( 1, 58 \cdot 10^{-8} \text{ cm} \) Calculad la frecuencia, el número de ondas y la energía de esta radiación.
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6.

Un electrón es sometido a una diferencia de potencial de \( 50000 \text{ V} \) Calculad la longitud de onda de la radiación monocromática que se originaría si toda la energía cinética del electrón se irradiara en forma de fotón al chocar con un anticátodo.
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7.

Una luz monocromática de \(\lambda = 450 \text{ nm} \) arranca electrones de la superficie pulida de un metal con una energía cinética de \( 7, 63 \cdot 10^{-20} \text{ J} \) ¿Cuál es el valor máximo de la longitud de onda de una radiación capaz de producir efecto fotoeléctrico en este metal?
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8.

Cuando una luz de \(\lambda = 2, 54 \cdot 10^{-5} \text{ cm} \) incide sobre una superficie pulida de Cu hay que aplicar un potencial de \( 0, 59 \text{ V} \) para detener la emisión de electrones. ¿Cuál es la longitud de onda umbral para el Cu?
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9.

Se quiere determinar la posición de un electrón con velocidad de \( 1 \cdot 10^6 \text{ m/s} \) mediante un haz de luz verde de frecuencia \( 6 \cdot 10^{14} \text{ s}^{-1} \) Comparad la energía relativa de un fotón de esta luz con la energía del electrón que se pretende localizar.
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10.

Determinad la longitud de onda asociada a un electrón que se mueve con una velocidad de \( 7, 00 \cdot 10^5 \text{ m/s} \)
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11.

Un electrón se mueve con una velocidad de \( 1, 0 \cdot 10^6 \text{ m/s} \) Si se determina su posición con una incertidumbre de \( 0, 001 \text{ nm} \) es decir, del orden de un \( 1\% \) de un radio atómico típico, ¿cuál sería la incertidumbre de su cantidad de movimiento? Comparad esta incertidumbre con la cantidad de movimiento del electrón.
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12.

Una pelota de béisbol de \( 200 \text{ g} \) se mueve a una velocidad de \( 100 \text{ km/h} \) Si se puede determinar su posición con un error del orden de la longitud de onda de la luz utilizada, \( 5000 \text{\AA} \) ¿cuál será la incertidumbre en la medida de la cantidad de movimiento de la pelota?
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13.

Calculad el valor propio que corresponde a las funciones propias de los operadores que se indican: \(\hat{O}_1 = \frac{d^2}{dx^2} \) \(\psi_1 = 5\cos 4x \)
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14.

Calculad el valor propio que corresponde a las funciones propias de los operadores que se indican: \(\hat{O}_2 = \frac{d}{dx} \) \(\psi_2 = 2e^{kx} \)
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15.

¿Es la función \(\operatorname{sen} x \) función propia del operador \(\hat{O} = \frac{d}{dx} \)
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16.

¿Es la función \(\operatorname{sen} x \) función propia del operador \(\hat{O}^2 = \frac{d^2}{dx^2} \)
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17.

Demostrad que \( e^{ax} \) es función propia del operador \(\hat{O} = \frac{d}{dx} \) e indicad el valor propio.
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18.

Comprobad que la función de onda que describe una partícula en un pozo de potencial unidimensional es función propia del operador de la energía (hamiltoniano). ¿Cuál es el valor propio de la energía?
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19.

Una partícula de masa \( m \) en un pozo de potencial unidimensional de longitud \( a \) está en un estado en el cual la probabilidad de encontrar la partícula es máxima para \( x = \frac{a}{8} \) \( x = \frac{3a}{8} \) \( x = \frac{5a}{8} \) y \( x = \frac{7a}{8} \) Escribid la función de onda de este estado.
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20.

Una partícula de masa \( m \) en un pozo de potencial unidimensional de longitud \( a \) está en un estado en el cual la probabilidad de encontrar la partícula es máxima para \( x = \frac{a}{8} \) \( x = \frac{3a}{8} \) \( x = \frac{5a}{8} \) y \( x = \frac{7a}{8} \) ¿Para qué valores de \( x \) la probabilidad es nula?
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21.

Una partícula de masa \( m \) en un pozo de potencial unidimensional de longitud \( a \) está en un estado en el cual la probabilidad de encontrar la partícula es máxima para \( x = \frac{a}{8} \) \( x = \frac{3a}{8} \) \( x = \frac{5a}{8} \) y \( x = \frac{7a}{8} \) ¿Cuál es la energía de este estado si la del estado fundamental es \( 2\cdot 10^{-20}\ \text{J} \)
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22.

Una partícula de masa \( m \) en un pozo de potencial unidimensional de longitud \( a \) está en un estado en el cual la probabilidad de encontrar la partícula es máxima para \( x = \frac{a}{8} \) \( x = \frac{3a}{8} \) \( x = \frac{5a}{8} \) y \( x = \frac{7a}{8} \) ¿Qué energía hace falta para excitar el sistema al nivel inmediatamente superior?
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23.

Una partícula de masa \( m \) en un pozo de potencial unidimensional de longitud \( a \) está en un estado en el cual la probabilidad de encontrar la partícula es máxima para \( x = \frac{a}{8} \) \( x = \frac{3a}{8} \) \( x = \frac{5a}{8} \) y \( x = \frac{7a}{8} \) ¿A qué región del espectro pertenece la radiación capaz de producir esta excitación?
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24.

Una partícula de masa \( m \) en un pozo de potencial unidimensional de longitud \( a \) está en un estado en el cual la probabilidad de encontrar la partícula es máxima para \( x = \frac{a}{8} \) \( x = \frac{3a}{8} \) \( x = \frac{5a}{8} \) y \( x = \frac{7a}{8} \) ¿Cuál sería la energía del sistema si la longitud del pozo se duplicara?
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25.

Una partícula de masa \( m \) en un pozo de potencial unidimensional de longitud \( a \) está en un estado en el cual la probabilidad de encontrar la partícula es máxima para \( x = \frac{a}{8} \) \( x = \frac{3a}{8} \) \( x = \frac{5a}{8} \) y \( x = \frac{7a}{8} \) ¿Cuál es la probabilidad de encontrar la partícula entre \( 0 \) y \(\frac{a}{4} \)
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26.

Un objeto macroscópico de masa \( 1\ \text{g} \) se mueve a la velocidad de \( 1\ \text{cm/s} \) en un pozo de potencial de \( 1\ \text{cm} \) de largo: Encontrad el número cuántico \( n \) correspondiente a la función de onda de este objeto.
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27.

Un objeto macroscópico de masa \( 1\ \text{g} \) se mueve a la velocidad de \( 1\ \text{cm/s} \) en un pozo de potencial de \( 1\ \text{cm} \) de largo: ¿Cuántos nodos tiene su función de onda?
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28.

Un electrón se encuentra confinado en una caja unidimensional de \( 2\ \text{nm} \) de longitud. Calculad el número de niveles de energía comprendidos entre \( 1\ \text{eV} \) y \( 5\ \text{eV} \) ( \( 1\ \text{eV} = 1, 602\cdot 10^{-19}\ \text{J} \) ).
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29.

Una partícula en una caja unidimensional de longitud \( a \) está en el estado cuántico de \( n = 1 \) A partir de la función de onda correspondiente, calculad el valor medio de \( p_x \) entre \( x = 0 \) y \( x = a \)
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30.

Si \(\psi \) es la función de onda normalizada de una partícula confinada en un pozo de potencial unidimensional \( 0 < x < a \) indicad, sin hacer cálculos, los valores de las siguientes expresiones: \(\int_0^a \psi^2\, dx \)
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31.

Si \(\psi \) es la función de onda normalizada de una partícula confinada en un pozo de potencial unidimensional \( 0 < x < a \) indicad, sin hacer cálculos, los valores de las siguientes expresiones: \(\int_{-\infty}^{\infty} \psi^2\, dx \)
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32.

Si \(\psi \) es la función de onda normalizada de una partícula confinada en un pozo de potencial unidimensional \( 0 < x < a \) indicad, sin hacer cálculos, los valores de las siguientes expresiones: \(\int_0^{a/2} \psi^2\, dx \)
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33.

Si \(\psi \) es la función de onda normalizada de una partícula confinada en un pozo de potencial unidimensional \( 0 < x < a \) indicad, sin hacer cálculos, los valores de las siguientes expresiones: \(\int_0^{a/4} \psi^2\, dx \)
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34.

Si \(\psi \) es la función de onda normalizada de una partícula confinada en un pozo de potencial unidimensional \( 0 < x < a \) indicad, sin hacer cálculos, los valores de las siguientes expresiones: \(\int_{-\infty}^{a} \psi^2\, dx \)
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35.

Calculad la frecuencia de la radiación emitida cuando el ion \(\text{Mg}^+ \) recupera su electrón, si el primer potencial de ionización de este elemento es \( 1, 221 \cdot 10^{-18} \text{ J/átomo} \)
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36.

Calculad la energía liberada cuando el electrón de un átomo de hidrógeno cae del quinto nivel de energía hasta el segundo.
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37.

Calculad la energía, en eV, liberada en la transición del electrón de un átomo de hidrógeno desde el nivel \( n = 3 \) al nivel \( n = 1 \)
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38.

Calculad la longitud de onda de la radiación emitida en esta transición.
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39.

Calculad las longitudes de onda de todas las series espectrales que se podrían observar después de excitar átomos de hidrógeno con una energía de \( 12, 1 \text{ eV} \) ¿A qué región del espectro pertenecen cada una de estas radiaciones?
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40.

La línea de longitud de onda más grande de una de las series espectrales del átomo de hidrógeno es de \( 6563 \text{\AA} \) Determinad de qué serie se trata.
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41.

Según el modelo de Bohr, ¿cuál es la velocidad de un electrón que se encuentra en el tercer nivel energético del átomo de hidrógeno?
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42.

Calculad la energía de ionización del átomo de hidrógeno: En su estado fundamental.
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43.

Calculad la energía de ionización del átomo de hidrógeno: Cuando el electrón está excitado al nivel \( n = 2 \)
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44.

Calculad el valor propio que corresponde a las funciones propias de los operadores que se indican: \(\hat{O}_3 = \nabla^2 = \frac{\partial^2}{\partial x^2} + \frac{\partial^2}{\partial y^2} + \frac{\partial^2}{\partial z^2} \) \(\psi_3 = \operatorname{sen} kx \operatorname{sen} ly \operatorname{sen} mz \)
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45.

Calculad el valor propio que corresponde a las funciones propias de los operadores que se indican: \(\hat{O}_4 = -\frac{d^2}{dx^2} + x^2 \) \(\psi_4 = x e^{-x^2/2} \)
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46.

La función de onda y la energía de una partícula en un pozo de potencial bidimensional cuadrado vienen dadas por las expresiones: \(\psi(x, y) = \frac{2}{a}\operatorname{sen}\left(\frac{\pi n_x x}{a}\right)\operatorname{sen}\left(\frac{\pi n_y y}{a}\right) \) y \( E = \frac{h^2}{8ma^2}(n_x^2+n_y^2) \) Comprobad que \(\psi \) es función propia del operador laplaciano: \(\nabla^2 = \frac{\partial^2}{\partial x^2} + \frac{\partial^2}{\partial y^2} \)
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47.

La función de onda y la energía de una partícula en un pozo de potencial bidimensional cuadrado vienen dadas por las expresiones: \(\psi(x, y) = \frac{2}{a}\operatorname{sen}\left(\frac{\pi n_x x}{a}\right)\operatorname{sen}\left(\frac{\pi n_y y}{a}\right) \) y \( E = \frac{h^2}{8ma^2}(n_x^2+n_y^2) \) ¿Cuál es su valor propio?
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48.

La función de onda y la energía de una partícula en un pozo de potencial bidimensional cuadrado vienen dadas por las expresiones: \(\psi(x, y) = \frac{2}{a}\operatorname{sen}\left(\frac{\pi n_x x}{a}\right)\operatorname{sen}\left(\frac{\pi n_y y}{a}\right) \) y \( E = \frac{h^2}{8ma^2}(n_x^2+n_y^2) \) Calculad la velocidad de la partícula en su estado fundamental.
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49.

Un electrón es sometido a una diferencia de potencial de \( 50000 \text{ V} \) Calculad la velocidad que alcanzará el electrón.
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