OBJETIVA — Um ponteiro laser vermelho emite potência óptica P = 5,0 mW a ? = 650 nm. Calcule o fluxo de fótons…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
OBJETIVA — Um ponteiro laser vermelho emite potência óptica P = 5,0 mW a ? = 650 nm. Calcule o fluxo de fótons (número de fótons por segundo) usando E_fóton = h·c/? e n = P/E_fóton. Use h = 6,63×10?³4 J·s e c = 3×108 m/s.
- A) E_fóton seria igual a 5,0×10?4 J.
- B) E_fóton ˜ 3,06×10?¹? J, n = P/E ˜ 5,0×10?³ / 3,06×10?¹? ˜ 1,6×10¹6 fótons/s.
- C) n = P/E_fóton resulta em 2,5×10¹6 fótons/s.
- D) Usando P = 10 mW, n = 6,6×10¹6 fótons/s.
- E) E_fóton é 1,20×10?¹? J; n = 4,2×10¹6 fótons/s.
✅ Resposta correta: alternativa B
Resolução passo a passo
- Identifique os dados. P = 5,0 mW = 5,0×10^-3 W, comprimento de onda λ = 650 nm = 650×10^-9 m, h = 6,63×10^-34 J·s e c = 3×10^8 m/s. Passo 2: Calcule a energia de um fóton com E = h·c/λ. O numerador é h·c = 6,63×10^-34 × 3×10^8 = 1,989×10^-25 J·m. Dividindo por λ = 6,5×10^-7 m, obtemos E ≈ 3,06×10^-19 J. Passo 3: Calcule o fluxo de fótons com n = P/E = 5,0×10^-3 / 3,06×10^-19 ≈ 1,63×10^16 fótons por segundo, que arredondado é 1,6×10^16 fótons/s. Passo 4: Este resultado confirma a alternativa B, que é o gabarito oficial. Passo 5: Por que as outras estão erradas: A confunde potência com energia e tem unidade inconsistente com E_fóton; C apresenta um valor de fluxo que não corresponde à divisão de P pela energia correta; D altera o dado do enunciado para 10 mW, o que não é permitido; E apresenta uma energia de fóton incorreta (1,20×10^-19 J), que não corresponde a hc/λ.
💡 Dica: Calcule primeiro a energia do fóton antes de determinar o fluxo.
Alternativa por alternativa
O aluno tomou a potência de 5,0 mW como se fosse a energia de um fóton e ainda converteu sem respeitar a unidade. Não percebeu que E_fóton deve ser calculada com h, c e λ.
Calcula-se E = h·c/? = 6,63×10?³4·3×108 / 650×10?? ˜ 3,06×10?¹? J; então n = 5,0×10?³ / 3,06×10?¹? ˜ 1,63×10¹6 s?¹.
O aluno sabe que n = P/E, mas errou o valor numérico de E_fóton ou o cálculo da divisão, chegando a 2,5×10^16 fótons/s. Não conferiu a ordem de grandeza do resultado.
Por que engana: O aluno pode confundir a relação entre potência e energia, resultando em um cálculo incorreto do fluxo de fótons.
O aluno trocou a potência dada no enunciado (5,0 mW) por 10 mW, provavelmente por leitura incorreta dos dados. Assim, mesmo com a energia correta, chegou a um fluxo de 6,6×10^16 fótons/s.
O aluno calculou mal a energia do fóton, obtendo 1,20×10^-19 J, e depois usou esse valor errado na divisão. Pode ter errado no produto h·c ou na conversão do comprimento de onda.
Raio-X da questão
fluxo de fótons
avaliacao
cálculo de energia de fótons · potência óptica
Revisar a relação entre potência, energia de fótons e fluxo de partículas.
O aluno pode confundir a relação entre potência e energia, resultando em um cálculo incorreto do fluxo de fótons.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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