Квантовая физика в ЕГЭ по физике — четвёртый, самый короткий раздел кодификатора: фотоны и фотоэффект, строение атома, атомное ядро и радиоактивность. На экзамене ему отданы два своих номера, №16 и №17, плюс утверждения в №18. В банке по разделу 1267 задач с решениями.
Суть простыми словами
Кодификатор делит раздел на три блока.
- Корпускулярно-волновой дуализм (4.1). Свет — поток фотонов с энергией E = h·ν = h·c / λ. Фотоэффект описывает уравнение Эйнштейна h·ν = A_вых + E_к max: энергия фотона идёт на работу выхода и на кинетическую энергию самого быстрого электрона.
- Физика атома (4.2). По Бору атом излучает или поглощает фотон при переходе между уровнями: h·ν = E_верх − E_ниж. Чем длиннее волна, тем меньше энергия фотона.
- Физика ядра (4.3). Ядро состоит из протонов и нейтронов. В реакциях сохраняются зарядовое число Z и массовое число A. Альфа-распад: A − 4, Z − 2. Электронный β-распад: Z + 1, A не меняется. Позитронный β-распад: Z − 1, A не меняется. Закон распада: N = N₀·2^(−t / T).
Пример из демо 2027 (№16). Период полураспада изотопа магния — 21 ч, в образце 0,8 мкмоль. Через 42 ч прошло два периода: 0,8 → 0,4 → 0,2 мкмоль. Ключ демо — 0,2.
Где встречается на экзамене
Все три номера — из обобщённого плана ФИПИ-2027 и совпадают с разметкой банка.
- 16 задание ЕГЭ физика: 1 балл, элементы 4.2.1 и 4.3.1–4.3.4: планетарная модель атома, состав ядра, распад, закон распада, ядерные реакции. В демо — полураспад магния, пример выше.
- 17 задание ЕГЭ физика: 2 балла, по плану — весь раздел 4, включая фотоэффект. В демо — диаграмма уровней атома: каким переходам соответствуют поглощение света наибольшей длины волны и испускание света наименьшей частоты; ключ 21.
- 18 задание ЕГЭ физика: 2 балла, из пяти утверждений по всем разделам выбрать все верные. В демо одно из верных — «заряд ядра в единицах элементарного заряда равен номеру элемента в таблице Менделеева».
Где ошибаются
- Забывают про позитронный распад. Кодификатор ЕГЭ 2027 называет оба β-распада. При электронном Z растёт на 1, при позитронном падает на 1, массовое число в обоих не меняется.
- Путают длину волны и энергию. «Наибольшая длина волны» значит «наименьшая энергия фотона»: E = h·c / λ. В №17 демо поэтому из переходов с поглощением выбирают самый короткий по энергии.
- Думают, что яркость света разгоняет фотоэлектроны. Максимальная кинетическая энергия зависит только от частоты света и работы выхода. От интенсивности зависит число электронов, а не их скорость.
- Делят остаток на число периодов. За 2 периода остаётся не 1/2 и не 0, а 1/4: каждый период уменьшает остаток вдвое. За 3 периода — 1/8.
- Смешивают эВ и джоули. 1 эВ = 1,6·10⁻¹⁹ Дж (справочные данные демо). Если работа выхода дана в эВ, а частота в герцах, переведи всё в одни единицы до подстановки.
Шпаргалка за 30 секунд
Мини-проверка, ответы ниже.
- Ядро испытало один α-распад и два электронных β-распада. Как изменились Z и A?
- Через 30 суток от радиоактивного образца осталась 1/8 ядер. Каков период полураспада?
- Частоту света, падающего на металл, увеличили. Как изменится максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, если работа выхода та же?
Ответы: 1) A уменьшилось на 4, Z не изменилось: −2 + 1 + 1 = 0. 2) 1/8 = (1/2)³ — три периода, T = 10 суток. 3) Увеличится: E_к max = h·ν − A_вых растёт с частотой.
Распад удобно увидеть на опыте: в тренажёре «Радиоактивный распад и период полураспада» сотни ядер распадаются по одному, а половина всё равно исчезает за период. Отдельно по ядру — страница ядерная физика ЕГЭ физика, а весь раздел можно пройти с преподавателем на пробном занятии по физике.