Um laser emite potência P = 2,0 W à ? = 650 nm. Use h = 6,63×10?³4 J·s e c = 3×108 m/s. Com E_fóton = h·c/?…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Comunicar, para públicos variados, em diversos contextos, resultados de análises, pesquisas e/ou experimentos, elaborando e/ou interpretando textos, gráficos, tabelas, símbolos, códigos, sistemas de classificação e equações, por meio de diferentes linguagens, mídias, tecnologias digitais de informação e comunicação (TDIC), de modo a participar e/ou promover debates em torno de temas científicos e/ou tecnológicos de relevância sociocultural e ambiental.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Um laser emite potência P = 2,0 W à ? = 650 nm. Use h = 6,63×10?³4 J·s e c = 3×108 m/s. Com E_fóton = h·c/? calcule o número de fótons emitidos por segundo (fluxo de fótons) em s?¹.
- A) n = P/E_fóton = 2,0/6,63×10?³4.
- B) E_fóton = 6,63×10?³4·3×10³/650 nm.
- C) A fórmula correta para fótons é n = E_fóton/P.
- D) E_fóton = 6,63×10?³4·3×108/650×10?? ˜ 3,06×10?¹? J. n = P/E_fóton ˜ 2,0/3,06×10?¹? ˜ 6,54×10¹8 s?¹.
- E) Número de fótons emitidos é sempre menor que 10¹8 s?¹.
✅ Resposta correta: alternativa D
Resolução passo a passo
- Converta o comprimento de onda para metros: 650 nm = 650 x 10^-9 m = 6,5 x 10^-7 m. Passo 2: Calcule a energia de um fóton: E = h·c/λ = (6,63 x 10^-34 x 3 x 10^8)/(6,5 x 10^-7) = 1,989 x 10^-25/6,5 x 10^-7 ≈ 3,06 x 10^-19 J. Passo 3: O número de fótons emitidos por segundo é a potência dividida pela energia de cada fóton: n = P/E = 2,0/3,06 x 10^-19 ≈ 6,54 x 10^18 fótons por segundo. Passo 4: Conclusão: a alternativa D está correta e coincide com o gabarito oficial, pois apresenta o cálculo com a conversão de nm para m e o resultado final de 6,54 x 10^18 s^-1. Passo 5: Por que as outras estão erradas: A usa h no lugar da energia do fóton, sem incluir c/λ; B não converte nm para m e apresenta a expressão sem resultado; C inverte a fórmula, pois n deve ser P/E e não E/P; E afirma um limite falso, já que o valor real (6,54 x 10^18 s^-1) é maior que 10^18 s^-1.
💡 Dica: Calcule a energia de um fóton e divida a potência pela energia.
Alternativa por alternativa
O aluno divide a potência pela constante de Planck, como se h fosse a energia de um fóton, e esquece que a energia depende da frequência ou do comprimento de onda via c/λ.
Por que engana: Confundir a relação entre potência e energia, utilizando a fórmula errada para calcular o número de fótons.
O aluno escreve a fórmula de E = h·c/λ, mas mantém o comprimento de onda em nm sem converter para metros, o que gera resultado com unidade e valor incorretos.
O aluno inverte a relação entre potência, energia e número de fótons, achando que o número de fótons é a energia do fóton dividida pela potência, o que não tem sentido físico nem dimensional.
Usa-se E = h c / ? para energia do fóton e n = P / E_fóton; com constantes dadas obtém-se ˜6,54×10¹8 fótons por segundo.
O aluno acredita que as quantidades de fótons emitidos por segundo são sempre pequenas, por intuição do cotidiano, sem perceber que a energia de um fóton é minúscula e o número de partículas envolvidas é enorme.
Raio-X da questão
fluxo de fótons
avaliacao
cálculo de energia de fótons · potência e fluxo de energia
Revisar a relação entre potência, energia de fótons e fluxo de fótons.
Confundir a relação entre potência e energia, utilizando a fórmula errada para calcular o número de fótons.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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