Examen de Física Moderna: Relatividad y Efecto Fotoeléctrico
Preguntas del examen
¿Qué establece uno de los postulados de la relatividad especial?
¿Qué se entiende por dilatación temporal relativista?
¿Cuál es el factor de Lorentz γ para una velocidad de 0,6c? Utiliza γ = 1/√(1 − v²/c²).
Si una masa de 0,001 kg se transforma completamente en energía, ¿cuánto representa E = mc²? Usa c = 3 × 10⁸ m/s.
¿Qué demuestra el efecto fotoeléctrico sobre la luz?
¿Cuál es la expresión de la energía de un fotón?
En un experimento fotoeléctrico con luz de frecuencia fija superior a la frecuencia umbral, ¿qué ocurre generalmente al aumentar la intensidad?
¿Cuál es la energía aproximada de un fotón de frecuencia 5 × 10¹⁴ Hz? Usa h = 6,63 × 10⁻³⁴ J·s.
Un fotón de 5 eV incide en un metal cuya función de trabajo es 2 eV. ¿Cuál es la energía cinética máxima del electrón emitido?
¿Qué fotón tiene mayor energía en el vacío: uno de luz azul o uno de luz roja?
Solucionario con explicaciones
(ver respuestas)
- ¿Qué establece uno de los postulados de la relatividad especial?
Respuesta: b) Que la luz en el vacío tiene la misma rapidez c para todos los observadores inerciales.
La relatividad especial establece que la rapidez de la luz en el vacío es invariante para los observadores inerciales.
- ¿Qué se entiende por dilatación temporal relativista?
Respuesta: e) Que un intervalo temporal entre dos eventos medido en un sistema puede ser mayor que el tiempo propio correspondiente, debido al movimiento relativo.
La dilatación temporal significa que los intervalos de tiempo dependen del sistema de referencia y del movimiento relativo, de acuerdo con las transformaciones relativistas.
- ¿Cuál es el factor de Lorentz γ para una velocidad de 0,6c? Utiliza γ = 1/√(1 − v²/c²).
Respuesta: a) 1,25.
γ = 1/√(1 − 0,6²) = 1/√0,64 = 1/0,8 = 1,25.
- Si una masa de 0,001 kg se transforma completamente en energía, ¿cuánto representa E = mc²? Usa c = 3 × 10⁸ m/s.
Respuesta: c) 9 × 10¹³ J.
E = 0,001 × (3 × 10⁸)² = 9 × 10¹³ J.
- ¿Qué demuestra el efecto fotoeléctrico sobre la luz?
Respuesta: d) Que la energía de la luz se intercambia en cuantos denominados fotones.
El efecto fotoeléctrico se explica mediante fotones cuya energía depende de la frecuencia de la radiación.
- ¿Cuál es la expresión de la energía de un fotón?
Respuesta: b) E = hf.
La energía de un fotón se calcula multiplicando la constante de Planck h por su frecuencia f.
- En un experimento fotoeléctrico con luz de frecuencia fija superior a la frecuencia umbral, ¿qué ocurre generalmente al aumentar la intensidad?
Respuesta: e) Puede aumentar el número de fotoelectrones emitidos por unidad de tiempo, sin cambiar su energía cinética máxima.
A frecuencia fija, aumentar la intensidad incrementa el flujo de fotones; la energía de cada fotón y la energía cinética máxima de los electrones no cambian por ese motivo.
- ¿Cuál es la energía aproximada de un fotón de frecuencia 5 × 10¹⁴ Hz? Usa h = 6,63 × 10⁻³⁴ J·s.
Respuesta: a) 3,315 × 10⁻¹⁹ J.
E = hf = (6,63 × 10⁻³⁴)(5 × 10¹⁴) = 3,315 × 10⁻¹⁹ J.
- Un fotón de 5 eV incide en un metal cuya función de trabajo es 2 eV. ¿Cuál es la energía cinética máxima del electrón emitido?
Respuesta: c) 3 eV.
Kmáx = E del fotón − función de trabajo = 5 − 2 = 3 eV.
- ¿Qué fotón tiene mayor energía en el vacío: uno de luz azul o uno de luz roja?
Respuesta: d) El azul, porque tiene mayor frecuencia.
La energía de cada fotón es proporcional a su frecuencia. La luz azul posee mayor frecuencia que la roja.
Sobre este examen
- Preguntas: 10 de opción múltiple con una sola respuesta correcta
- Tiempo recomendado: unos 15 minutos (1,5 min por pregunta)
- Corrección: automática, con explicación de cada respuesta
- Alternativas: a) a e), con una respuesta correcta
Qué evalúa: Resuelve diez preguntas sobre relatividad especial, dilatación temporal, energía relativista, fotones y efecto fotoeléctrico.
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