gabarito volume 3 3ª serie
Autor: aulasdefisica | Publicado: 2009-10-25T05:27:00-07:00

GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 31SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 1OBJETOS QUE COMPÕEM O NOSSO MUNDO: SEMELHANÇAS EDIFERENÇASProblematizando e classificandoPágina 4As respostas e orientações relativas a todas as perguntas propostas nos roteiros deatividades são apresentadas no Caderno do Professor. Novas respostas serão inseridasno caso de existirem novas questões ou questões modificadas!Leitura e Análise de TextoPágina 51. Vimos que, se o núcleo de um átomo de hidrogênio fosse do tamanho da cabeça deum alfinete (1 mm), então o elétron estaria, aproximadamente, a uns 70 metros dedistância. Assim, podemos escrever a seguinte relação de proporção:distância do vizinhotamanho da casamx m 701 10 3.Então, sabendo o tamanho da casa (“núcleo do átomo de hidrogênio”), pode-se obtera distância do vizinho (“o elétron”).VOCÊ APRENDEU?Página 71. A transparência e opacidade são características que dependem da organizaçãoespacial dos átomos que compõem os materiais.GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 322. A classificação se vincula com informações comuns a todos os átomos de umdeterminado material, por exemplo, número de elétrons, número de prótons e denêutrons, etc.3. O estado físico de um corpo está associado com o potencial de ligação entre seusátomos e moléculas. Usando a água como exemplo, tem-se que no estado sólido(gelo), o potencial de ligação é representado como se as moléculas fossem ligadaspor uma mola: elas podem vibrar em conjunto, cada qual em uma posição deequilíbrio. No estado líquido, esse potencial é mais fraco, mas ainda suficiente paramanter as moléculas ligadas umas às outras, a maior liberdade de movimentaçãoexplica a fluidez da água. No estado gasoso (vapor), o potencial de ligação entre asmoléculas pode ser considerado nulo e por isso uma molécula pode se movimentarde forma independente da outra.4. Basta lembrar que uma cabeça de alfinete tem 1mm = 10-3m e que na espessura deuma folha de papel A4 (75 g/cm3), há, aproximadamente, 1.000.000 de átomos.Logo, se um átomo fosse do tamanho de uma cabeça de alfinete, a espessura da folhade papel teria: 1.000.000x103m  1.000m  1km .LIÇÃO DE CASAPágina 71. O quanto um determinado objeto conduz bem o calor depende das ligações em suaestrutura atômica ou molecular. A condução de calor ocorre por meio de colisõesatômicas e eletrônicas.Os metais possuem os elétrons externos mais “fracamente” ligados, que são livrespara transportar energia por meio de colisões através do metal. Por essa razão elessão excelentes condutores de calor e de eletricidade. Lã, madeira, papel, cortiça eisopor, por outro lado, são maus condutores de calor. Os elétrons mais externos dosátomos desses materiais estão firmemente ligados. Os maus condutores sãodenominados isolantes.2. Aqui, basta calcular a massa de uma colherzinha de café e usar o valor da densidadede uma barra de ferro (7,86 g/cm3) para obter o seu volume. Sabendo que em umGABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 33volume de V= 1,183 x 10–29m3 existe um átomo de ferro, o número de átomos deferro presentes na colherzinha será obtido dividindo-se o volume da colher por1,183 x 10–29m3.GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 34SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2COMO PODEMOS “VER” UM ÁTOMO?VOCÊ APRENDEU?Página 121. No modelo atômico de Rutherford, o átomo não é maciço, mas formado por umaregião central, denominada núcleo, muito pequeno em relação ao diâmetro atômico.Esse núcleo concentra praticamente toda a massa do átomo e é dotado de cargaelétrica positiva, onde estão os prótons. Na região ao redor do núcleo, denominada deeletrosfera, estão girando em órbitas circulares os elétrons (partículas muito maisleves que os prótons), neutralizando a carga nuclear.2. Porque o núcleo é muito menor que o átomo. Existem “grandes vazios” entre osnúcleos dos átomos que constituem a folha, assim, na experiência de Rutherford, amaioria das partículas atravessa a folha sem sofrer desvio.LIÇÃO DE CASAPágina 121. A ideia é pesquisar os modelos de Dalton, Thomsom e Rutherford, destacando suasprincipais diferenças e o que cada um propõe em relação às cargas elétricas.2. As partículas alfas possuem carga elétrica positiva, assim, quando elas passam pertodo núcleo (que também tem carga positiva) sofrem repulsão elétrica, o que causadesvio de trajetória.GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 35SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3DADOS QUÂNTICOSLeitura e Análise de TextoPágina 14• Basta utilizar a expressão dos níveis de energia do hidrogênio 213,60nE eV n  NIVEL 1: eV E eV 13,60113,601 2     ;NIVEL 2: eV E eV 6,8213,602 2     ;NIVEL 3: eV E eV 4,53313,603 2     ;NIVEL 4: eV E eV 3,4413,604 2     ;NIVEL 5: eV E eV 2,72513,605 2     .VOCÊ APRENDEU?Página 171. O problema era que, segundo a eletrodinâmica clássica, toda partícula carregada emmovimento deveria emitir energia. Desta forma, o elétron do modelo atômico,proposto por Rutherford, deveria ir perdendo energia, diminuindo sua velocidade eGABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 36indo em direção ao núcleo, em um movimento espiralado. No entanto, isso nãoacontecia.2. Porque as quantidades de energias absorvidas e emitidas por um átomo, de acordocom o modelo de Bohr, são bem determinadas, específicas e “quantizadas”.3. É necessário que o elétron absorva determinada quantidade de energia, cujo valordeve corresponder exatamente à diferença de energia entre o nível mais energético eo menos energético.LIÇÃO DE CASAPágina 171.a) Ao realizar esse “salto”, o elétron emitiu energia. Para calcular o valor dessaenergia, basta utilizar os valores obtidos anteriormente:E E E 4,53eV ( 13,60eV) 9,07eV 3 1        .b) Sabendo que 1eV  1,6x1019 J , temos que 9,07eV  1,45x1018 J . Lembrandoque E  h  f , onde h  6,626 1034 J  s (constante de Planck) e f é a frequência dofóton, tem-se: 15 134182,18 106,626 101,45 10     sJ sf J ( ou Hz).2. A ideia é utilizar a simulação como objeto de aprendizagem virtual.3. O efeito fotoelétrico consiste na emissão de elétrons por uma superfície metálicaatingida por radiação eletromagnética. Nos metais, os elétrons mais externos (os queabsorvem a energia da radiação eletromagnética) estão ligados de maneira mais“fraca”, ou seja, facilitando a ocorrência do efeito fotoelétrico. Logo, o efeitofotoelétrico acontece, preferencialmente, em superfícies metálicas.GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 37SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4IDENTIFICANDO OS ELEMENTOS QUÍMICOS DOS MATERIAISLeitura e Análise de TextoPágina 191. A importância se deve à possibilidade de se determinar a composição material do Sole das estrelas fixas com o mesmo grau de certeza com que podemos constatar comnossos reagentes a presença de óxido de enxofre e cloro. Por esse método (análisedas linhas escuras de um espectro) também é possível determinar a composição damatéria terrestre, distinguindo as partes componentes, com a mesma facilidade comque se distingue a matéria contida no Sol.2. Pela possibilidade de determinar um grande número de substâncias em uma amostra,através da mera observação (análise do espectro).Leitura e Análise de TextoPágina 201. Chama-se “espectro” a faixa de comprimentos de onda de uma determinada radiação.A luz visível, por exemplo, possui um espectro que vai do vermelho (656 109m) atéo violeta (410 109m) .2. Com o uso dos espectros, é possível saber precisamente a composição de um corpopor meio da análise espectral de sua radiação. Assim, é possível estudar acomposição de objetos distantes e “inacessíveis”, como o sol.3. Se um espectro contínuo passar por um gás à temperatura mais baixa, o gás friocausa a presença de linhas escuras (absorção). O número e a posição destas linhas(espectro de absorção) dependem dos elementos químicos presentes no gás.GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 38LIÇÃO DE CASAPágina 211. Oxigênio e Carbono.2. No espectro de emissão, um gás transparente produz um espectro de linhas brilhantes(de emissão). Já no espectro de absorção, se um espectro contínuo passar por um gásà temperatura mais baixa, o gás frio causa a presença de linhas escuras (absorção).As figuras no texto “Leis de Kirchhoff” ilustram os dois processos.GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 39SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 5UM EQUIPAMENTO ASTRONÔMICOLeitura e Análise de TextoPágina 241. Podemos obter o espectro da luz visível fazendo a luz do sol ou de uma lâmpadacomum (de filamento incandescente) passar através de um prisma, assim ela serádecomposta em várias cores. A essas cores (popularmente conhecidas como arcoíris),damos o nome de espectro da luz visível.2. Se fizermos a luz proveniente de uma lâmpada de gás atravessar um prisma, nãoobteremos um espectro completo. Apenas algumas linhas estarão presentes,correspondendo somente a algumas frequências das ondas de luz visível. Essas linhasformam o espectro de linhas ou espectro atômico. Logo, espectros de linhas eespectros atômicos representam a mesma coisa.LIÇÃO DE CASAPágina 261. A cor de uma lâmpada depende do tipo gás que se encontra no seu interior. A luzapresentará cor característica para cada elemento químico.2. Um espectroscópio é um aparelho que serve para estudar a luz proveniente de váriosobjetos.3. De acordo com o modelo de Bohr, os elétrons, ao serem excitados por uma fonteexterna de energia, saltam para um nível de energia maior e, ao retornarem aos níveisde menor energia, liberam energia na forma de luz (fótons). Utilizando uma chapafotográfica, podemos registrar o espectro dessa luz. Como houve emissão de energiapelo átomo, esse espectro recebe o nome de espectro de emissão.GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 310SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 6ASTRÔNOMO AMADORLeitura e Análise de TextoPágina 28A frequência do fóton emitido será:eV eV f HzhE EhE h f f E 15154 1 2,48 104,1 103,4 ( 13,60 )           .VOCÊ APRENDEU?Página 301. Por meio das linhas presentes nos espectros de emissão das estrelas, é possívelconhecer os elementos que as constituem.2. Podemos saber com precisão que o Sol é composto de hidrogênio e hélio por meio daanálise das linhas espectrais de emissão da luz emitida por ele.3. Em geral, o espectro constitui-se de diferentes séries de linhas para um determinadoelemento. Logo, os espectros funcionam como uma “impressão digital”, fornecendoinformações sobre a composição química de determinado corpo.LIÇÃO DE CASAPágina 301. O objetivo é que o aluno possa justificar o fato das raias, utilizando a série deBalmer.GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 311SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 7O PODEROSO LASERROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃOPágina 311. A luz emitida por um laser é monocromática. Já a luz emitida por uma lanterna épolicromática.PESQUISA EM GRUPOPágina 34• Um elétron é estimulado quando um fóton, cuja energia é suficiente paraproporcionar um salto quântico entre os níveis de energia permitido, é absorvido porele.VOCÊ APRENDEU?Página 35• Um feixe de laser é coerente, monocromático e colimado. Essas são suas principaiscaracterísticas.LIÇÃO DE CASAPágina 351. Sabemos que a energia de um fóton é dada por E = h x f, logo, a energia de n fótonsserá E = n(fótons) x h x f.GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 312fótonsJ s Hzn fótons JE n fótons h f luzverde J n fótons J s Hz1834 1434 142,7 106,63 10 5,5 10( ) 1( ) ( ) 1 ( ) 6,63 10 5,5 10              fótonsJ s Hzn fótons JE n fótons h f luzvermelha J n fótons J s Hz1834 1434 143,3 106,63 10 4,57 10( ) 1( ) ( ) 1 ( ) 6,63 10 4,57 10                fótonsJ s Hzn fótons JE n fótons h f luzaul J n fótons J s Hz1834 1434 142,18 106,63 10 6,91 10( ) 1( ) ( ) 1 ( ) 6,63 10 6,91 10              2. Explorar a animação sobre laser.GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 313SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 8FORMAÇÃO NUCLEARROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃOPágina 371. Do ponto de vista da Física, a mola representa a repulsão elétrica, que só ocorre comcargas de mesmo sinal. Por isso, colocamos uma mola apenas entre dois prótons enão entre um próton e um nêutron.2. Espera-se que seja dito que foi no arranjo onde existe a ligação entre nêutron epróton, onde não há uma mola (“repulsão elétrica”) para dificultar a união do núcleo.3. Espera-se que seja dito que a importância do nêutron esteja relacionada com aestabilidade nuclear. No núcleo, os nêutrons “isolam” os prótons, diminuindo arepulsão elétrica entre eles e tornando o núcleo mais estável.Leitura e Análise de TextoPágina 391. Sim, existe. A estabilidade do núcleo se deve a uma força de atração chamada forçaforte. Esta força une as partículas presentes no núcleo, agindo entre prótons, entrenêutrons ou entre prótons e nêutrons.2. A diferença entre a interação nuclear e as interações gravitacionais, elétricas emagnéticas é que a interação nuclear é muito mais intensa que as demais (como seupróprio nome diz), mas tem curto alcance, agindo somente nas partículas queconstituem o núcleo do átomo. Já as outras interações possuem um longo alcance, noentanto, sua intensidade diminui com o quadrado da distância.3. O raio r do núcleo depende do número de massa A e pode ser determinadoaproximadamente por meio da seguinte expressão:GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 314r  (1.21015)  3 A .Assim, tem-se,Raio do núcleo do hidrogênio (A=1): r  (1,2 1015 )  3 1 1,2 1015m;Raio do núcleo do bismuto (A= 209): r  (1,2 1015 )  3 209  7,12 1015m.Leitura e Análise de TextoPágina 401. Para que um núcleo seja estável, é preciso que a repulsão elétrica entre os prótonsseja compensada pela atração entre os núcleons devido à interação nuclear forte,assim, elementos com número de nêutrons e número de prótons iguais são maisestáveis. Um átomo é instável quando o número de prótons supera em muito onúmero de nêutrons ou vice-versa. Isso torna o núcleo instável e suscetível de emitirpartículas e energia por decaimento radioativo, até que o núcleo adquira estabilidade.2.Estáveis Instáveis1. Platina (Pt): Z=78 1. Rádio (Ra): Z = 882. Enxofre (S): Z=16 2. Tório (Th): Z = 903. Alumínio (Al): Z=13 3. Urânio (U): Z = 924. Oxigênio (O): Z=8 4. Polônio (Po): Z=845. Ouro ( Au): Z = 79 5. Plutônio (Pu): Z=943. É mais fácil remover um elétron, pois esse está unido ao núcleo por meio de umainteração elétrica (força de atração elétrica). Já o próton, está unido ao núcleoatômico por meio da interação forte (força forte), que tem pouco alcance, mas émuito mais forte do que a força elétrica. Assim, é mais fácil remover elétrons do queprótons.GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 315VOCÊ APRENDEU?Página 421. Porque existe uma força de atração entre o núcleons que mantém essas partículasunidas. Essa força de atração chama-se força forte.2. O nêutron ajuda a equilibrar o balanço entre a força forte, que é atrativa, e a forçaelétrica, repulsiva, pois ele é sensível somente à força forte.LIÇÃO DE CASAPágina 42Em 26 de dezembro de 1898, Pierre e Marie Curie anunciaram a descoberta doelemento rádio. Tempos depois, com a contribuição de outros cientistas, comoBecquerel, Thomson e Ernest Rutherford, foi percebido que o rádio emitia radiação,enviando partículas subatômicas: minúsculos elétrons e partículas com cargas positivas,que hoje sabemos serem núcleos de hélio, bem como raios gama (onda eletromagnéticade comprimentos de onda muito mais curtos do que a luz visível). Assim, os elementosque exibem esse comportamento passaram a ser chamados de radiativos e ao processode emissão de partículas e energia por esses elementos, de radioatividade. Ambos ostermos derivaram do nome do elemento rádio.Todos os elementos mais pesados, como se verifica, são inerentemente instáveis e seacham em contínua transmutação. Um átomo de urânio ou rádio altera a si mesmorepetidamente, algumas vezes após segundos ou minutos e, em outras vezes, apósmilhares de anos. Agora chamamos este processo de "decaimento radioativo” e temosum conhecimento detalhado de cadeias de decaimento. Por exemplo:Urânio  Tório  Rádio  Radônio  Polônio  ChumboA mudança, a transmutação, é o que causa a radiação.GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 316SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 9DECAIMENTOS NUCLEARES: UMA FAMÍLIA MUITOESTRANHAROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃOPágina 431. Alternativa e. Como no decaimento alfa, o elemento perde duas unidades no númeroatômico, que define o elemento, e quatro unidades no número de massa, o núcleoresultante é o Tório 234.2. Alternativa b. A diminuição do número atômico ocorre quando um próton setransforma em nêutron e emite um pósitron β+.3. Em muitos casos é necessária uma determinada quantidade de emissões para que onúcleo se estabilize. Essas emissões são chamadas de Famílias Radioativas ou Sériede Decaimentos. Existem na natureza três séries naturais, nas quais os elementosradioativos, Urânio ou Tório, se estabilizam em algum isótopo de chumbo.GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 317SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 10DESVENDANDO O QUE HÁ POR DENTRO DA “CAIXA-PRETA”Leitura e Análise de TextoPágina 461. O número de prótons dentro do núcleo determina o elemento. Por exemplo, umcarbono sempre terá 6 prótons e um nitrogênio sempre terá 7 prótons. Agora onúmero de nêutrons dentro do núcleo pode variar. Então o carbono pode ter 6, 7 epossivelmente 8 nêutrons, mas sempre 6 prótons. Um isótopo é qualquer uma dasdiferentes formas de um elemento, cada uma tendo um número diferente de nêutrons.Neste caso o Carbono-14 (6 prótons e 8 nêutrons) é um isótopo do Carbono-12 (6prótons e 6 nêutrons), que é o carbono mais comum. Alguns isótopos são instáveis eeles podem, espontaneamente, se transformar num outro tipo de átomo por meio deum decaimento radioativo, o que os torna radioativos. No caso do Carbono-14, comoeste processo acontece num índice conhecido, os geologistas tentam usá-lo como umrelógio para dizer quanto tempo atrás uma rocha ou um fóssil foi formado. OCarbono-14, então, pode ser usado para datar os fósseis e também as rochas paradeterminar a idade da Terra.2. Os “traçadores” radioativos são substâncias radioativas que podem ser ingeridas ouinjetadas na corrente sanguínea. Elas correm no sangue e se alojam nas estruturasque serão analisadas. Por meio desses traçadores, diversas anormalidades podem serdetectadas.3.I. Isótopo radioativo fósforo-32: tumores cancerígenos.II. Iodo radioativo: a glândula tireóide.GABARITO Caderno do Aluno Física – 3a série – Volume 318VOCÊ APRENDEU?Página 481. As afirmações corretas são as que representam a relação entre a energia de umaradiação eletromagnética, sua frequência e seu comprimento de onda:E E E h f h c final inicial        , o que indica a alternativa d como correta.2. Sabemos que a fonte radioativa emite 100 vezes mais que o tolerável e que a meiavidado material (tempo necessário para que a taxa de emissão se reduza à metade) éde 6 meses, assim, chamando E de emissão e T de nível tolerável, queremos saber otempo mínimo (t), em anos, necessário para que E=T:                t tt tE T T T T4100 12100 12100 12100 1 2221 , assim, para queE=T, basta fazer:t anost t t tt3,3213,321log 4100 4 2 log 4 2 log 4 2411001           LIÇÃO DE CASAPágina 481. No processo de obtenção de imagem por tomografia computadorizada, isótopos deelementos comuns que emitem pósitrons como o carbono, o nitrogênio e o oxigêniosão injetados no paciente. Quando um pósitron encontra um elétron, eles seaniquilam, produzindo dois fótons de raios γ. Esses fótons são detectados por umarede circular de detectores e uma imagem da região que está sendo analisada éconstruída por um computador.2. Pesquisa sobre aplicações do laser na Medicina.