Em uma atividade de Física, estudantes analisaram a luz emitida por diferentes fontes de LED. Para radiações…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Utilizar o conhecimento sobre as radiações e suas origens para avaliar as potencialidades e os riscos de sua aplicação em equipamentos de uso cotidiano, na saúde, no ambiente, na indústria, na agricultura e na geração de energia elétrica.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Em uma atividade de Física, estudantes analisaram a luz emitida por diferentes fontes de LED. Para radiações monocromáticas, isto é, com uma única frequência predominante, foram registrados os seguintes valores médios para a energia de cada fóton: uma radiação com frequência de 6,0 × 10¹4 Hz apresentou energia de 4,0 × 10?¹? J, enquanto outra, com frequência de 9,0 × 10¹4 Hz, apresentou energia de 6,0 × 10?¹? J. Desprezando as incertezas experimentais, os estudantes compararam essas grandezas. Com base nos dados do experimento, qual relação entre a frequência da radiação e a energia de cada fóton é compatível com os resultados observados?
- A) A energia de cada fóton diminui na mesma proporção que a frequência da radiação.
- B) A energia de cada fóton aumenta com o quadrado da frequência da radiação.
- C) A energia de cada fóton permanece constante quando varia a frequência da radiação.
- D) A energia de cada fóton aumenta na mesma proporção que a frequência da radiação.
- E) A energia de cada fóton aumenta somente após a frequência da radiação atingir um limite.
✅ Resposta correta: alternativa D
Resolução passo a passo
- Considere que o expoente ilegível "10?¹?" dos dados de energia é 10^-19 J, pois é a leitura compatível com a escala usual de energias de fótons. A relação conhecida é E = h·f, em que h é a constante de Planck, e a energia é diretamente proporcional à frequência. Passo 2: Calcule h com o primeiro par de dados: h = 4,0 × 10^-19 / 6,0 × 10^14 ≈ 6,7 × 10^-34 J·s. Passo 3: Verifique com o segundo par: h = 6,0 × 10^-19 / 9,0 × 10^14 ≈ 6,7 × 10^-34 J·s. O valor é o mesmo, então a proporção direta se confirma. Passo 4: Compare as variações. A frequência passa de 6,0 × 10^14 para 9,0 × 10^14 Hz, razão 1,5. A energia passa de 4,0 × 10^-19 para 6,0 × 10^-19 J, razão também 1,5. Assim, as duas grandezas aumentam na mesma proporção. Passo 5: Analise as alternativas erradas. A está errada porque a energia aumenta, e não diminui, quando a frequência aumenta. B está errada porque o aumento não é quadrático: 1,5 elevado ao quadrado daria 2,25, valor que não aparece nos dados. C está errada porque a energia do fóton depende da frequência e varia com ela. E está errada porque não há limiar: a proporcionalidade vale desde frequências baixas, sem valor mínimo para começar a aumentar. Portanto, a resposta correta é D, em concordância com o gabarito oficial.
💡 Dica: Considere a relação entre frequência e energia na física.
Alternativa por alternativa
O aluno pode ter achado que, maior a frequência, menor a energia, confundindo a relação com o comprimento de onda, que é inversamente proporcional à frequência. Ele não percebeu que, para fótons, E = h·f cresce com f.
Por que engana: Confundir proporcionalidade direta com inversa entre energia e frequencia da radiacao.
O aluno pode ter suposto uma dependência quadrática, por analogia com outras fórmulas de Física, como a energia cinética (mv²/2). Não verificou que a razão 1,5 nas duas grandezas exige proporção direta de primeiro grau.
O aluno pode ter confundido a energia do fóton com a intensidade ou brilho do LED, que pode ser mantida constante enquanto a frequência varia. Assim, concluiu que a energia de cada fóton não depende da frequência.
Os dados mantêm a mesma razão entre energia e frequência: (4,0 × 10⁻¹⁹)/(6,0 × 10¹⁴) e (6,0 × 10⁻¹⁹)/(9,0 × 10¹⁴) possuem o mesmo valor. Portanto, a energia é diretamente proporcional à frequência, conforme a relação E = h f, em que h é uma constante.
O aluno pode ter misturado a relação de E = h·f com o efeito fotoelétrico, em que existe uma frequência de limiar para a emissão de elétrons. Ele aplicou esse limiar à energia do fóton, que não tem tal comportamento nos dados.
Raio-X da questão
frequência e energia
avaliacao
relacao frequencia e energia · propriedades da radiacao
Revisar a relação entre frequência e energia da radiação eletromagnética.
Confundir proporcionalidade direta com inversa entre energia e frequencia da radiacao.
ciencia_tecnologia
tomada_decisao
cientifico
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