Perustehtävät (101–113)
Tehtävä 101
a) Näkyvän valon aallonpituudet ovat suunnilleen välillä 400 nm ... 700 nm. Laske, mitä taajuusaluetta tämä vastaa.
b) Kiihtyvässä liikkeessä olevat sähkövaraukselliset hiukkaset lähettävät sähkömagneettista säteilyä. Kun sähköjohdossa kulkee vaihtovirtaa, siellä on tällaisia hiukkasia. Johto lähettää tällöin (yleensä todella heikkoa) sähkömagneettista säteilyä vaihtovirran taajuudella, joka Suomen sähköverkossa on 50 Hz. Laske tämän säteilyn aallonpituus.
101
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtävä 102
Energiansäästölampun voidaan approksimoida lähettävän valoa tasaisesti joka suuntaan. Valon intensiteetiksi mitattiin 1,0 m etäisyydellä lampusta 0,24 W/m2.
a) Laske teho, jolla lamppu lähettää valoa.
b) Lamppu on katossa 2,5 metrin korkeudella. Millä intensiteetillä valo osuu lattiaan suoraan lampun alapuolella?
102
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtävä 103
Auringon säteilyn intensiteetti Maassa on noin 1370 W/m2. Maan etäisyys Auringosta on 150 miljoonaa kilometriä. Laske tämän perusteella Auringon säteilyteho. Oletetaan, että ilmakehän vaikutus säteilyyn on vähäistä.103
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtävä 104
Hehkulampussa on wolframista valmistettu hehkulanka, jonka lämpötila saadaan nousemaan sähkövirran vaikutuksesta noin 2700 kelviniin. Tällöin lanka alkaa säteillä sähkömagneettisesti.
a) Laske mustan kappaleen säteilymallin perusteella aallonpituus, jota hehkulamppu emittoi vahvimmin.
b) Hehkulamppujen valmistus kotitalouskäyttöön on kielletty EU:ssa vaiheittain lähivuosina niiden huonon energiatehokkuuden vuoksi. Miten voidaan perustella lampun spektrin perusteella, että hehkulamppu tuottaa valoa vain muutamalla prosentilla kuluttamastaan energiasta?
104
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtävä 105
Radioaaltojen taajuus on 98,5 MHz.
a) Laske radioaaltojen aallonpituus.
b) Laske yhden fotonin energia kyseisellä taajuudella.
105
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtävä 106
Punaisen helium-neon -laserin aallonpituus on 633 nm. Laske laserin valon fotonien energia
a) jouleina
b) elektronivoltteina
106
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtävä 107
Laserin teho on 5,0 mW ja aallonpituus 530,9 nm. Laske, kuinka monta fotonia sekunnissa osuu pintaan, johon laserin säde kohdistetaan.107
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtävä 108
Valosähköilmiötä tutkittiin nikkelille ja alumiinille. Metallien pintaan kohdistettiin säteilyä eri taajuuksilla (f) ja irronneiden elektronien kineettiset energiat (Ek) mitattiin. Liike-energian ja taajuuden välille saatiin alla esitettyjen kuvaajien mukaiset riippuvuudet.
a) Selitä kuvaajissa havaittavat erot ja yhtäläisyydet.
b) Määritä kuvaajien perusteella tutkittujen metallien irrotustyöt.
108
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtävä 109
Valoa, jonka aallonpituus on 430 nm, kohdistetaan metallin pintaan. Määritä irtoavien elektronien suurin energia, kun metalli on
a) sinkkiä
b) cesiumia
109
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtävä 110
Metalliin kohdistettiin valoa eri taajuuksilla. Irronneiden fotoelektronien suurin liike-energia mitattiin. Liike-energian riippuvuus taajuudesta mallinnettiin oheisella kuvaajalla. Määritä kuvaajaa hyödyntäen Planckin vakio ja tutkitun metallin irrotustyö. Päättele, mikä metalli voisi olla kyseessä.
110
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtävä 111
Demonstraatiovideolla nähtiin ultraviolettivalon irrottavan elektroneja metallilevystä. Levyn tiedetään olevan sinkkiä. Mitä voidaan päätellä valon aallopituudesta?Kuva: Levyä valaistaan ultraviolettilampulla.
111
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtävä 112
a) Laske punaista valoa olevien fotonien liikemäärä.
b) Millainen sähkömagneettinen säteily koostuu fotoneista, joiden liikemäärä on suuruusluokkaa 10-31 kg m/s?
112
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtävä 113
Gammakvantti, jonka energia on 35 keV törmää elektroniin. Siroavan fotonin aallonpituus on 62 pm. Kuinka suuren
a) energian elektroni saa?
b) liikemäärän elektroni saa?
113
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.