Fizik questionssoalan, bab 7

NameNamaClassKelasDateTarikh

Fizik Kuantum

44 marksmarkah. Gunakan mod Latihan untuk menyemak setiap jawapan semasa menjawab, atau mod Peperiksaan untuk menjawab semua soalan dahulu dengan masa terhad. Gunakan h = 6.63 × 10⁻³⁴ J s, c = 3.00 × 10⁸ m s⁻¹, e = 1.60 × 10⁻¹⁹ C, jisim elektron = 9.11 × 10⁻³¹ kg dan 1 eV = 1.60 × 10⁻¹⁹ J.

Bahagian A: soalan objektif

12 marksmarkah

Pilih jawapan yang terbaik bagi setiap soalan.

QuestionSoalan 1

Apakah jasad hitam?

Jasad berwarna hitam yang tidak memancarkan sebarang sinaran
Jasad unggul yang menyerap semua sinaran elektromagnet yang jatuh padanya
Jasad yang memantulkan semua sinaran yang jatuh padanya
Jasad yang hanya memancarkan cahaya tampak

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

Jasad hitam ialah jasad unggul yang menyerap semua sinaran elektromagnet yang jatuh padanya, dan juga memancarkan sinaran termal yang bergantung pada suhunya.

For the teacherUntuk guru: RememberingMengingat, lowrendah difficultyaras lowrendah, standard 7.1.1

TextbookBuku teks p.ms. 224

QuestionSoalan 2

Sebuah jasad hitam dipanaskan daripada 4 000 K kepada 7 000 K. Apakah perubahan pada graf keamatan sinaran melawan panjang gelombang?

Puncak bergerak ke panjang gelombang yang lebih panjang
Puncak kekal pada panjang gelombang yang sama
Puncak bergerak ke panjang gelombang yang lebih pendek
Keamatan sinaran keseluruhan berkurang

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

Apabila suhu meningkat, panjang gelombang yang mencapai keamatan maksimum menjadi lebih pendek dan keamatan sinaran bertambah.

For the teacherUntuk guru: UnderstandingMemahami, mediumsederhana difficultyaras mediumsederhana, standard 7.1.1

TextbookBuku teks p.ms. 225

QuestionSoalan 3

Mengapakah spektrum garis boleh digunakan untuk mengenal pasti suatu unsur?

Setiap unsur menghasilkan siri garis yang unik
Semua unsur menghasilkan garis yang sama
Garis-garisnya selanjar tanpa jurang
Garis-garisnya hanya bergantung pada suhu

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

Panjang gelombang dan frekuensi garis dalam spektrum garis ialah unik bagi setiap unsur, maka spektrum itu menjadi penunjuk kewujudan unsur tersebut.

For the teacherUntuk guru: UnderstandingMemahami, lowrendah difficultyaras lowrendah, standard 7.1.2

TextbookBuku teks p.ms. 228

QuestionSoalan 4

Frekuensi gelombang cahaya digandakan. Apakah yang berlaku kepada tenaga setiap foton?

Menjadi separuh
Tidak berubah
Menjadi empat kali ganda
Menjadi dua kali ganda

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

E = hf, maka tenaga foton berkadar terus dengan frekuensi.

For the teacherUntuk guru: UnderstandingMemahami, lowrendah difficultyaras lowrendah, standard 7.1.2

TextbookBuku teks p.ms. 229

QuestionSoalan 5

Berapakah tenaga satu foton cahaya yang panjang gelombangnya 500 nm?

1.33 × 10⁻²⁷ J
3.98 × 10⁻¹⁹ J
1.99 × 10⁻²⁵ J
3.98 × 10⁻²⁸ J

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

E = hc ÷ λ = (6.63 × 10⁻³⁴)(3.00 × 10⁸) ÷ (500 × 10⁻⁹) = 3.98 × 10⁻¹⁹ J. Ingat menukar nm kepada m.

For the teacherUntuk guru: ApplyingMengaplikasi, mediumsederhana difficultyaras mediumsederhana, standard 7.1.4

TextbookBuku teks p.ms. 229

QuestionSoalan 6

Empat zarah bergerak dengan laju yang sama. Zarah manakah yang mempunyai panjang gelombang de Broglie yang paling pendek?

Elektron
Proton
Neutron
Zarah alfa

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

λ = h ÷ mv. Pada laju yang sama, zarah yang paling besar jisimnya mempunyai panjang gelombang yang paling pendek, iaitu zarah alfa.

For the teacherUntuk guru: UnderstandingMemahami, mediumsederhana difficultyaras mediumsederhana, standard 7.1.3

TextbookBuku teks p.ms. 230

QuestionSoalan 7

Keamatan cahaya yang menyinari logam, dengan frekuensi di atas frekuensi ambang, ditambah. Apakah yang berlaku?

Tenaga kinetik setiap fotoelektron bertambah
Fotoelektron dipancarkan selepas masa yang lebih lama
Bilangan fotoelektron yang dipancarkan sesaat bertambah
Frekuensi ambang berkurang

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

Lebih banyak foton tiba setiap saat, maka lebih banyak fotoelektron dipancarkan. Tenaga kinetik bergantung pada frekuensi, bukan keamatan.

For the teacherUntuk guru: UnderstandingMemahami, lowrendah difficultyaras lowrendah, standard 7.2.2

TextbookBuku teks p.ms. 237

QuestionSoalan 8

Frekuensi ambang suatu logam ialah 6.0 × 10¹⁴ Hz. Cahaya yang manakah, dalam vakum, menghasilkan kesan fotoelektrik?

Panjang gelombang 700 nm
Panjang gelombang 450 nm
Panjang gelombang 600 nm
Panjang gelombang 520 nm

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

Panjang gelombang ambang λ₀ = c ÷ f₀ = 3.00 × 10⁸ ÷ 6.0 × 10¹⁴ = 500 nm. Hanya panjang gelombang yang lebih pendek daripada 500 nm (frekuensi melebihi f₀) berkesan, iaitu 450 nm.

For the teacherUntuk guru: ApplyingMengaplikasi, mediumsederhana difficultyaras mediumsederhana, standard 7.3.2

TextbookBuku teks p.ms. 239

QuestionSoalan 9

Rajah 1 menunjukkan graf tenaga kinetik maksimum K maks melawan frekuensi f bagi logam A dan logam B. Pernyataan manakah yang betul?

Dua garis lurus selari K maks melawan f; garis B memotong paksi frekuensi pada frekuensi yang lebih tinggi daripada garis A — Rajah 1

Logam A mempunyai fungsi kerja yang lebih besar
Logam B mempunyai fungsi kerja yang lebih besar dan kecerunan kedua-dua graf ialah h
Logam A mempunyai kecerunan yang lebih besar kerana frekuensi ambangnya lebih rendah
Kedua-dua logam mempunyai fungsi kerja yang sama kerana kecerunan sama

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

W = hf₀ dan f₀ bagi logam B lebih besar. Kecerunan graf K maks melawan f ialah h bagi semua logam, maka kedua-dua garis selari.

For the teacherUntuk guru: AnalysingMenganalisis, hightinggi difficultyaras hightinggi, standard 7.3.3

TextbookBuku teks p.ms. 239

QuestionSoalan 10

Cahaya berfrekuensi 7.5 × 10¹⁴ Hz menyinari logam yang fungsi kerjanya 3.0 × 10⁻¹⁹ J. Berapakah tenaga kinetik maksimum fotoelektron?

3.00 × 10⁻¹⁹ J
4.97 × 10⁻¹⁹ J
7.97 × 10⁻¹⁹ J
1.97 × 10⁻¹⁹ J

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

hf = 6.63 × 10⁻³⁴ × 7.5 × 10¹⁴ = 4.97 × 10⁻¹⁹ J. K maks = hf − W = 4.97 × 10⁻¹⁹ − 3.0 × 10⁻¹⁹ = 1.97 × 10⁻¹⁹ J.

For the teacherUntuk guru: ApplyingMengaplikasi, mediumsederhana difficultyaras mediumsederhana, standard 7.3.4

TextbookBuku teks p.ms. 241

QuestionSoalan 11

Sebuah lampu memancarkan cahaya berkuasa 2.0 W dengan panjang gelombang 600 nm. Berapakah bilangan foton yang dipancarkan sesaat?

6.03 × 10¹⁸
3.32 × 10¹⁸
1.66 × 10⁻¹⁹
1.99 × 10⁻²⁵

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

n = Pλ ÷ hc = (2.0)(600 × 10⁻⁹) ÷ (6.63 × 10⁻³⁴ × 3.00 × 10⁸) = 6.03 × 10¹⁸ s⁻¹.

For the teacherUntuk guru: ApplyingMengaplikasi, mediumsederhana difficultyaras mediumsederhana, standard 7.1.5

TextbookBuku teks p.ms. 232

QuestionSoalan 12

Peranti manakah berfungsi berdasarkan kesan fotoelektrik?

Cerek elektrik
Pembesar suara
Pengesan cahaya pintu automatik
Transformer

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

Alur cahaya dan sel foto bertindak sebagai suis. Apabila lintasan cahaya diganggu, arus fotoelektrik terputus dan pintu terbuka.

For the teacherUntuk guru: RememberingMengingat, lowrendah difficultyaras lowrendah, standard 7.3.6

TextbookBuku teks p.ms. 244

Bahagian B: soalan berstruktur

32 marksmarkah

Jawab semua soalan. Tunjukkan langkah pengiraan.

QuestionSoalan 13

Elektron berjisim 9.11 × 10⁻³¹ kg bergerak dengan laju 2.0 × 10⁶ m s⁻¹. Sebiji bola berjisim 0.15 kg bergerak dengan laju 20 m s⁻¹.

[2 marksmarkah] (a)Hitung panjang gelombang de Broglie bagi elektron itu.

You mark this one: open Show answerAnda tanda sendiri: buka Tunjuk jawapan

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

λ = h ÷ mv = 6.63 × 10⁻³⁴ ÷ (9.11 × 10⁻³¹ × 2.0 × 10⁶) [1 markah]1
= 3.64 × 10⁻¹⁰ m [1 markah]1

Tick each point you got.Tandakan setiap isi yang betul.

[1 markmarkah] (b)Hitung panjang gelombang de Broglie bagi bola itu.

Auto-checked: type a short answerSemakan automatik: taip jawapan pendek

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

λ = 6.63 × 10⁻³⁴ ÷ (0.15 × 20) = 2.21 × 10⁻³⁴ m1

Tick each point you got.Tandakan setiap isi yang betul.

[1 markmarkah] (c)Mengapakah ciri gelombang bola tidak dapat diperhatikan?

You mark this one: open Show answerAnda tanda sendiri: buka Tunjuk jawapan

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

Panjang gelombangnya terlalu pendek untuk dikesan (pemalar Planck sangat kecil)1

Tick each point you got.Tandakan setiap isi yang betul.

For the teacherUntuk guru: ApplyingMengaplikasi, mediumsederhana difficultyaras mediumsederhana, standard 7.1.3

TextbookBuku teks p.ms. 230

QuestionSoalan 14

Frekuensi ambang suatu logam ialah 5.5 × 10¹⁴ Hz. Cahaya ungu (7.5 × 10¹⁴ Hz) dan cahaya merah yang terang (4.3 × 10¹⁴ Hz) disinarkan secara berasingan pada logam itu.

[1 markmarkah] (a)Cahaya yang manakah menghasilkan kesan fotoelektrik?

ACahaya unguBCahaya merah

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

Cahaya ungu

Hanya frekuensinya melebihi frekuensi ambang.

[2 marksmarkah] (b)Terangkan mengapa cahaya merah yang terang tidak menghasilkan fotoelektron.

You mark this one: open Show answerAnda tanda sendiri: buka Tunjuk jawapan

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

Tenaga hf setiap foton cahaya merah kurang daripada fungsi kerja [1 markah]1
Satu elektron menyerap satu foton pada satu masa, maka bilangan foton yang banyak (keterangan) tidak membantu [1 markah]1

Tick each point you got.Tandakan setiap isi yang betul.

[2 marksmarkah] (c)Keamatan cahaya ungu ditambah. Nyatakan perubahan bilangan fotoelektron sesaat dan tenaga kinetik maksimumnya.

You mark this one: open Show answerAnda tanda sendiri: buka Tunjuk jawapan

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

Bilangan fotoelektron sesaat bertambah [1 markah]1
Tenaga kinetik maksimum tidak berubah [1 markah]1

Tick each point you got.Tandakan setiap isi yang betul.

For the teacherUntuk guru: AnalysingMenganalisis, mediumsederhana difficultyaras mediumsederhana, standard 7.2.2

TextbookBuku teks p.ms. 237

QuestionSoalan 15

Tenaga minimum yang diperlukan untuk fotoelektron terlepas daripada permukaan logam natrium ialah 2.28 eV. Diberi 1 eV = 1.60 × 10⁻¹⁹ J.

[2 marksmarkah] (a)Adakah natrium menunjukkan kesan fotoelektrik untuk cahaya merah yang panjang gelombangnya 680 nm? Tunjukkan dengan pengiraan.

You mark this one: open Show answerAnda tanda sendiri: buka Tunjuk jawapan

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

W = 2.28 × 1.60 × 10⁻¹⁹ = 3.65 × 10⁻¹⁹ J; tenaga foton = hc ÷ λ = 2.93 × 10⁻¹⁹ J [1 markah]1
Tenaga foton kurang daripada W, maka tiada kesan fotoelektrik [1 markah]1

Tick each point you got.Tandakan setiap isi yang betul.

[2 marksmarkah] (b)Berapakah panjang gelombang ambang bagi natrium?

You mark this one: open Show answerAnda tanda sendiri: buka Tunjuk jawapan

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

λ₀ = hc ÷ W = (6.63 × 10⁻³⁴)(3.00 × 10⁸) ÷ (3.65 × 10⁻¹⁹) [1 markah]1
= 5.45 × 10⁻⁷ m = 545 nm [1 markah]1

Tick each point you got.Tandakan setiap isi yang betul.

For the teacherUntuk guru: ApplyingMengaplikasi, mediumsederhana difficultyaras mediumsederhana, standard 7.3.4

TextbookBuku teks p.ms. 247

QuestionSoalan 16

Rajah 2 menunjukkan lengkung sinaran daripada jasad hitam pada 4 000 K (kelihatan merah), 5 270 K (putih) dan 7 000 K (biru).

Keamatan sinaran melawan panjang gelombang bagi jasad hitam pada 4 000 K, 5 270 K dan 7 000 K; puncak bergerak ke panjang gelombang yang lebih pendek apabila suhu meningkat — Rajah 2: lengkung jasad hitam pada suhu yang berbeza

[2 marksmarkah] (a)Mengapakah rongga besar yang mempunyai satu lubang kecil boleh bertindak sebagai jasad hitam?

You mark this one: open Show answerAnda tanda sendiri: buka Tunjuk jawapan

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

Sinaran yang masuk dipantulkan berulang-ulang pada dinding dalam rongga [1 markah]1
Pada setiap pantulan, sebahagian sinaran diserap sehingga hampir semuanya diserap dan tiada sinaran yang keluar [1 markah]1

Tick each point you got.Tandakan setiap isi yang betul.

[2 marksmarkah] (b)Perihalkan perubahan panjang gelombang pada keamatan maksimum dan warna jasad hitam apabila dipanaskan daripada 4 000 K kepada 7 000 K.

You mark this one: open Show answerAnda tanda sendiri: buka Tunjuk jawapan

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

Panjang gelombang pada keamatan maksimum menjadi lebih pendek [1 markah]1
Warna berubah daripada merah kepada putih dan kemudian biru [1 markah]1

Tick each point you got.Tandakan setiap isi yang betul.

For the teacherUntuk guru: UnderstandingMemahami, lowrendah difficultyaras lowrendah, standard 7.1.1

TextbookBuku teks p.ms. 225

QuestionSoalan 17

Sel foto disinari cahaya merah (λ = 700 nm) dan kemudian cahaya biru (λ = 400 nm). Tenaga kinetik maksimum fotoelektron yang dipancarkan oleh cahaya biru ialah 2 kali ganda daripada cahaya merah.

[3 marksmarkah] (a)Berapakah fungsi kerja bahan fotoelektrik itu?

You mark this one: open Show answerAnda tanda sendiri: buka Tunjuk jawapan

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

hc ÷ λ₁ = W + K dan hc ÷ λ₂ = W + 2K; hc ÷ λ₁ = 2.84 × 10⁻¹⁹ J, hc ÷ λ₂ = 4.97 × 10⁻¹⁹ J [1 markah]1
2(2.84 × 10⁻¹⁹) − 4.97 × 10⁻¹⁹ = W [1 markah]1
W = 7.1 × 10⁻²⁰ J [1 markah]1

Tick each point you got.Tandakan setiap isi yang betul.

[2 marksmarkah] (b)Berapakah panjang gelombang ambang bagi bahan itu?

You mark this one: open Show answerAnda tanda sendiri: buka Tunjuk jawapan

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

λ₀ = hc ÷ W = (6.63 × 10⁻³⁴)(3.00 × 10⁸) ÷ (7.1 × 10⁻²⁰) [1 markah]1
= 2.80 × 10⁻⁶ m [1 markah]1

Tick each point you got.Tandakan setiap isi yang betul.

[3 marksmarkah] (c)Berapakah panjang gelombang de Broglie bagi fotoelektron yang dikeluarkan oleh cahaya ultraungu (λ = 131 nm) daripada bahan itu?

You mark this one: open Show answerAnda tanda sendiri: buka Tunjuk jawapan

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

K = hc ÷ λ − W = 1.52 × 10⁻¹⁸ − 7.1 × 10⁻²⁰ = 1.45 × 10⁻¹⁸ J [1 markah]1
p = √(2mK) = √(2 × 9.11 × 10⁻³¹ × 1.45 × 10⁻¹⁸) = 1.62 × 10⁻²⁴ kg m s⁻¹ [1 markah]1
λ = h ÷ p = 6.63 × 10⁻³⁴ ÷ 1.62 × 10⁻²⁴ = 4.1 × 10⁻¹⁰ m [1 markah]1

Tick each point you got.Tandakan setiap isi yang betul.

For the teacherUntuk guru: ApplyingMengaplikasi, hightinggi difficultyaras hightinggi, standard 7.3.4

TextbookBuku teks p.ms. 242

QuestionSoalan 18

Amin menentukan fungsi kerja bahan X dengan sel foto. Voltan penahan V_s ialah beza keupayaan yang menjadikan arus fotoelektrik sifar, maka K maks = eV_s. Dua daripada keputusannya ialah: λ = 135 nm, V_s = 7.53 V dan λ = 400 nm, V_s = 1.43 V.

[2 marksmarkah] (a)Daripada Persamaan Fotoelektrik Einstein, terbitkan satu persamaan yang menghubungkan V_s dengan 1/λ.

Auto-checked: type a short answerSemakan automatik: taip jawapan pendek

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

hc ÷ λ = W + eV_s [1 markah]1
V_s = (hc ÷ e)(1/λ) − W ÷ e [1 markah]1

Tick each point you got.Tandakan setiap isi yang betul.

[2 marksmarkah] (b)Kecerunan graf V_s melawan 1/λ ialah hc ÷ e. Hitung kecerunan melalui dua titik itu, kemudian hitung pemalar Planck.

You mark this one: open Show answerAnda tanda sendiri: buka Tunjuk jawapan

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

Kecerunan = (7.53 − 1.43) ÷ (1/(135 × 10⁻⁹) − 1/(400 × 10⁻⁹)) = 1.24 × 10⁻⁶ V m [1 markah]1
h = (1.24 × 10⁻⁶)(1.60 × 10⁻¹⁹) ÷ (3.00 × 10⁸) = 6.6 × 10⁻³⁴ J s [1 markah]1

Tick each point you got.Tandakan setiap isi yang betul.

[2 marksmarkah] (c)Hitung fungsi kerja bahan X dalam joule dan panjang gelombang ambangnya.

You mark this one: open Show answerAnda tanda sendiri: buka Tunjuk jawapan

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

Pintasan: W ÷ e = (1.243 × 10⁻⁶)/(135 × 10⁻⁹) − 7.53 = 1.68 V; W ≈ 2.7 × 10⁻¹⁹ J [1 markah]1
λ₀ = hc ÷ W ≈ 7.4 × 10⁻⁷ m (terima 740 nm hingga 780 nm) [1 markah]1

Tick each point you got.Tandakan setiap isi yang betul.

[1 markmarkah] (d)Adakah bahan X sesuai sebagai komponen kritikal dalam projek reka cipta peralatan penglihatan malam yang mengesan inframerah? Beri satu sebab.

You mark this one: open Show answerAnda tanda sendiri: buka Tunjuk jawapan

Show answerTunjuk jawapanHide answerSembunyi jawapan

Tidak sesuai: λ₀ ≈ 740 nm berada di hujung merah cahaya tampak, maka foton inframerah (panjang gelombang lebih panjang) tidak mempunyai tenaga yang cukup untuk menghasilkan fotoelektron1

Tick each point you got.Tandakan setiap isi yang betul.

For the teacherUntuk guru: EvaluatingMenilai, hightinggi difficultyaras hightinggi, standard 7.3.3

TextbookBuku teks p.ms. 250

Back to notesKembali ke nota Model papersKertas model