/ лаби фізикаi / Готові лаби по фізиці / фізіка 2 сем / 1

Пример 10. Определить максимальную скорость фотоэлектронов, вырываемых с поверхности серебра

1) ультрафиолетовым излучением с длиной волны =0,155 мкм; 2)-излучением с длиной волны ?2= 1 пм.

Решение. Максимальную скорость фотоэлектронов можно определить из уравнения Эйнштейна для фотоэффекта:

?=A+T

где ?— энергия фотонов, падающих на поверхность металла; А — работа выхода; Ттax максимальная кине­тическая энергия фотоэлектронов.

Энергия фотона вычисляется также по формуле

где h-постоянная Планка; с — скорость света в ва­кууме; ? — длина волны.

Кинетическая энергия электрона может быть выра­жена или по классической формуле

или по релятивистской формуле

(4)

в зависимости от того, какая скорость сообщается фото­электрону. Скорость фотоэлектрона зависит от энергии фотона, вызывающего фотоэффект: если энергия ?фото­на много меньше энергии покоя Е0 электрона, то может быть применена формула (3), если же е сравнима по величине с Е0, то вычисление по формуле (3) приводит к ошибке, поэтому нужно пользоваться формулой (4).

1. Вычислим энергию фотона ультрафиолетового излучения по формуле (2):

Полученная энергия фотона (8 эВ) много меньше анергии покоя электрона (0,51 МэВ). Следовательно, для данного случая кинетическая энергия фотоэлектрона в формуле (1) может быть выражена по классической формуле (3):

откуда (5)

.Подставив значения величин в формулу (5), найдем

=1.08*10Дж

2. Вычислим энергию фотона ?-излучения

Дж

или во внесистемных единицах

МэВ

Работа выхода электрона (Л = 4,7эВ) пренебрежимомала по сравнению с энергией фотона (?2= 1,24 МэВ),поэтому можно принять, что максимальная кинетическая энергия электрона равна энергии фотона: 1,24 МэВ. Так как в данном случае кинетическая энер­гия электрона больше его энергии покоя, то для вычис­ления скорости электрона следует взять релятивистскуюформулу кинетической энергии (4). Из этой формулы найдем

Заметив, чтоиполучим

Пример 11. В результате эффекта Комптона фотон при соударении с электроном был рассеян на угол Энергия рассеянного фотона ?2 = 0,4 МэВ. Опре­делить энергию фотона до рассеяния.

Решение. Для определения энергии первичного фотона воспользуемся формулой Комптона:

(1)

где — изменение длины волны фотона в ре­зультате рассеяния на свободном электроне;h — пос­тоянная Планка; — масса покоя электрона;с — ско­рость света в вакууме; — угол рассеяния фотона.

Преобразуем формулу (1) : 1) заменим в ней на; 2) выразим длины волн и ?2 через энергии исоответствующих фотонов, воспользовавшись фор­мулой ? =hc/?; 3) умножим числитель и знаменатель правой части формулы на с. Тогда

Сократим на hc и выразим из этой формулы искомую энергию:

(2)

где Е= m0c z — энергия покоя электрона.

Вычисления по формуле (2) удобнее вести во внесис­темных единицах. Так как для электрона Е0 = 0,511 МэВ, то

МэВ

Пример 12. Пучок монохроматического света с длиной волны ?= 663 нм падает нормально на зеркальную плоскую поверхность. Поток излучения Фе = 0,6 Вт. Определить: 1) силу давления F, испытываемую этой по­верхностью; 2) число фотонов ежесекундно падающих на поверхность.

Решение. 1. Сила светового давления на поверх­ность равна произведению светового давления р на пло­щадь S поверхности:

Световое давление может быть найдено по формуле

где Ee — энергетическая освещенность,с — скорость света в вакууме; р —коэффициент отражения.

Подставляя правую часть выражения (2) в формулу (1),получаем

(3)

Так как представляет собой поток излучения Ф,то

(4)

Произведем вычисления, учитывая, что для зеркальной поверхности р =1

2. Произведение энергии ? одного фотона на число фотонов , ежесекундно падающих на поверхность равно мощности излучения, т. е. потоку излучения: Ф а так как энергия фотона, то

(5)

Задачи для самостоятельного решения

На пути пучка света поставлена стеклянная пластина толщиной d = 1 мм так, что угол падения луча= 30°. На сколько изменится оптическая длина пути светового пучка?[550 мкм]

На мыльную пленку с показателем преломления=1,33 падает по нормали монохроматический светдлиной волны ?=0,6 мкм. Отраженный свет в результате интерференции имеет наибольшую яркость. Какованаименьшая возможная толщина пленки? [0,113 мкм]

Радиус второго темного кольца Ньютона в oтраженном свете = 0,4 мм. Определить радиус R кривизныплосковыпуклой линзы, взятой для опыта, если она освещается монохроматическим светом с длиной волны ? =0.64 мкм. [125 мм]

4. На пластину с щелью, ширина которой а = 0,05 мм, падает нормально монохроматический свет с длиной волны ?= 0,7 мкм. Определить угол ? отклонения лучей, соответствующий первому дифракционному максимуму.

6.Дифракционная решетка, освещенная нормальнопадающим монохроматическим светом, отклоняет спектртретьего порядка на угол = 30°. На какой угол ?2 тклоняет она спектр четвертого порядка? [41°50′]

в. Угол преломления луча в жидкости i2 = 35°. Опре­делить показатель преломления п жидкости, если известно, что отраженный пучок света максимально поляризован. [1,48]

На сколько процентов уменьшается интенсивность света после прохождения через призму Николя, если потери света составляют 10%? [На 55%]

При какой скорости v релятивистская масса частицы в k = 3 раза больше массы покоя этой частицы? (9,83.10 8 м/с]

Определить скорость ? электрона, имеющего кинетическую энергию Т = 1,53 МэВ. [2,91 • 10 8 м/с]

Электрон движется со скоростью v = 0,6 с, где с — скорость света в вакууме. Определить релятивисткий импульс р электрона. [2,0*10

Вычислить энергию, излучаемую за время t =1 мин с площади S = 1 см 2 абсолютно черного тела,температура которого Т= 1000 К. [340 Дж]

Длина волны, на которую приходится максимум энергии излучения абсолютно черного тела, = 0,6 мкм. Определить температуруТ тела. [4,82 кК]

Определить максимальную спектральную плотность (r?,Т) max энергетической светимости (излучательности), рассчитанную на 1нм в спектре излучения абсолютно черного тела. Температура тела Т= 1 К.

Определить энергию ?, массу m и импульс ? фотона с длиной волны ?=1.24 нм.

На пластину падает монохроматический свет (?=0.42 мкм). Фототок прекращается при задерживающей разности потенциалов U=0.95 В. Определить работу А выхода электронов с поверхности пластины (2 эВ)

На цинковую пластину падает пучок ультрафиолетового излучения (?=0,2 мкм). Определить максимальную кинетическую энергию , и максимальнуюскорость фотоэлектронов. (2,2 эВ; 8,8- 10 5 м/с]

Определить максимальную скорость фотоэлектрона, вырванного с поверхности металла ?-квантомс энергией ?= 1,53 МэВ (2,91 • 10 е м/с]

Определить угол рассеяния фотона, испытавшего соударение со свободным электроном, если изменение длины волны при рассеянии =3,63 пм. (120

Фотон с энергией равной энергии покоя электрона (с 2 ), рассеялся на свободном электронна угол = 120°. Определить энергию ?2 рассеянногфотона и кинетическую энергию Т электрона отдачи(в единицах m0c 2 ). (0,4m0c J ; 0,6m0c 1! ]

Поток энергии, излучаемой электрической лампойФе=600 Вт. На расстоянии r=1м от лампы перпендикулярно падающим лучам расположено круглое плоское зеркальце диаметром d = 2 см. Определить силу светового давления на зеркальце. Лампу рассматривать как точечный изотропный излучатель. (0,1 нН]

Параллельный пучок монохроматического света длиной волны ? = 0,663 мкм падает на зачерненнуюповерхность и производит на нее давлениер = 0,3 мкП.Определить концентрацию фотонов в световом пучке(10 12 и» 3 ]

Контрольная работа 5

Таблицы вариантов для специальностей, учебными планами которых предусмотрено по курсу физики шесть контрольных работ

Между стеклянной пластинкой и лежащей на ней восковыпуклой линзой находится жидкость. Найти показатель преломления жидкости, если радиус rз третьего тмного кольца Ньютона при наблюдении в отраженном светес длиной волны ? = 0,6 мкм равен 0,82 мм. Радиус кривизнылинзыR = 0,5 м.

На тонкую пленку в направлении нормали к ее пверхности падает монохроматический свет с длиной влны ?= 500 нм. Отраженный от нее свет максимально уилен вследствие интерференции. Определить минимальну|ю толщину пленки, если показатель преломления мтериала пленкиn = 1,4.

Расстояние L от щелей до экрана в опыте Юнга равн 1 м. Определить расстояние между щелями, еслина отрезке длинойl = 1см укладывается N = 10 темныхинтерференционных полос. Длина волны? = 0,7 мкм.

На стеклянную пластину положена выпуклой стороной плосковыпуклая линза. Сверху линза освещена монохроматическим светом длиной волны ?= 500 Найти радиус R линзы, если радиус четвертого, темногокольцаНьютона в отраженном светеr4 = 2 мм.

505.На тонкую глицериновую пленку толщиной d =1,5 мкм нормально к ее поверхности падает белый свет.Определить длины волн ? лучей видимого участкаспектра(0,4???0,8 мкм), которые будут ослаблены в результате интерференции.

506.На стеклянную пластину нанесен тонкий слой мрачного вещества с показателем преломления n=1,3. Пластинка освещена параллельным пучком

дихроматического света с длиной волны ? = 640 нм,падающим на пластинку нормально. Какую минимально толщину dдолжен иметь слой, чтобы отраженный пучок имел наименьшую яркость?

507.На тонкий стеклянный клин падает нормально параллельный пучок света с длиной волны ?= 500 нм.Расстояние между соседними темными интерференционными полосами в отраженном свете b 0,5 мм. Определить

угол ? между поверхностями клина. Показатель преломления стекла, из которого изготовлен клин, n= 1,6.

508.Плосковыпуклая стеклянная линза с f=1м лежит выпуклой стороной на стеклянной пластинке. Радиус пятого темного кольца Ньютона в отраженном

свете r5=1,1 мм. Определить длину световой волны ?

509.Между двумя плоскопараллельными пластинам на расстоянии L = 10 см от границы их соприкосновения находится проволока диаметром d = 0,01 мм, образуя

воздушный клин. Пластины освещаются нормально падающим монохроматическим светом (? = 0,6 мкм)Определить ширину b интерференционных полос, наблюдаемых в отраженном свете.

510.Установка для наблюдения колец Ньютона освещается нормально падающим монохроматическим светом.(?= 590 нм). Радиус кривизны R линзы равен 5 см. пределить толщину d3воздушного промежутка в том месте, где в отраженном свете наблюдается третье светлое кольцо.

511.Какое наименьшее число Nштрихов должна содержать дифракционная решетка, чтобы в спектре второго порядка можно было видеть раздельно две желтые линии натрия с длинами волн ?1= 589,0 нм и ?2= 589,6 нм? Какова длинаl такой решетки, если постоянная решетки d = 5 мкм?

512. На поверхность дифракционной решетки нормально к ее поверхности падает монохроматический свет.Постоянная дифракционной решетки в n=4,6 раза 6oльше длины световой волны. Найти общее число М дифракционных максимумов, которые теоретически можно наблюдать в данном случае.

513. На дифракционную решетку падает нормально параллельный пучок белого света. Спектры третьего и четвертого порядка частично накладываются друг на друга. На какую длину волны в спектре четвертого порядка накладывается граница (? = 780 нм) спектра третьего порядка?

514. На дифракционную решетку, содержащую n = 600 штрихов на миллиметр, падает нормально белый свет. Спектр проецируется помещенной вблизи решетки

линзой на экран. Определить длину l спектра первого порядка на экране, если расстояние от линзы до экрана L=1,2 м. Границы видимого спектра: = 780 нм,

= 400 нм.

515. На грань кристалла каменной соли падает параллельный пучок рентгеновского излучения. Расстояние d между атомными плоскостями равно 280 пм. Под углом ? = 65° к атомной плоскости наблюдается дифракционный максимум первого порядка. Определить длину волны ? рентгеновского излучения.

516. На непрозрачную пластину с узкой щелью падает нормально плоская монохроматическая световая волна (? = 600 нм). Угол отклонения лучей, соответст-

вующих второму дифракционному максимуму, ?= 20°.Определить ширину а щели.

517. На дифракционную решетку, содержащую n= 100 штрихов на 1 мм, нормально падает монохроматический свет. Зрительная труба спектрометра наведена

на максимум второго порядка. Чтобы навести трубу на другой максимум того же порядка, ее нужно повернуть на угол = 16°. Определить длину волны ? света, падающего на решетку.

518.На дифракционную решетку падает нормально монохроматический свет (?= 410 нм). Угол между направлениями на максимумы первого и второго порядков равен 2°21. Определить числоn штрихов на 1 мм дифракционной решетки.

619. Постоянная дифракционной решетки в п = 4 раза больше длины световой волны монохроматического света, нормально падающего на ее поверхность. Опреде-

лить угол ? между двумя первыми симметричными дифракционными максимумами.

520. Расстояние между штрихами дифракционной решетки d = 4 мкм. На решетку падает нормально свет с длиной волны ?= 0,58 мкм. Максимум какого наибольшего порядка дает эта решетка?

521. Пластинку кварца толщиной d = 2 мм поместили между параллельными николями, в результате чего плоскость поляризации монохроматического света повернулась на угол ? = 53°. Какой наименьшей толщины

dmin следует взять пластинку, чтобы поле зрения поляриметра стало совершенно темным?

522. Параллельный пучок света переходит из глицерина в стекло так, что пучок, отраженный от границы раздела этих сред, оказывается максимально поляризованным. Определить угол у между падающим и прелом ленным пучками.

523. Кварцевую пластинку поместили между скрещенними николями. При какой наименьшей толщине dmin кварцевой пластины поле зрения между николями будет

максимально просветлено? Постоянная вращения а кварца равна 27 град/мм.

524. При прохождении света через трубку длиной l1 = 20 см, содержащую раствор сахара концентрации С1 = 10%, плоскость поляризации света повернулась на угол = 13,3°. В другом растворе сахара, налитом в трубку длинойl2= 15 см, плоскость поляризации повернулась на угол ?2 = 5,2°. Определить концентрацию С2 второго раствора.

525. Пучок света последовательно проходит через два николя, плоскости пропускания которых образуют между собой угол ? = 40°. Принимая, что коэффициент поглощения k каждого николя равен 0,15, найти, во сколько раз пучок света, выходящий из второго николя, ослаблен по сравнению с пучком, падающим на первый николь.

526. Угол падения ? луча на поверхность стекла равен 60°. При этом отраженный пучок света оказался максимально поляризованным. Определить угол преломления луча.

527. Угол ? между плоскостями пропускания поляроидов равен 50°. Естественный свет, проходя через такую систему, ослабляется в n = 8 раз. Пренебрегая потерей света при отражении, определить коэффициент поглощения k света в поляроидах.

528. Пучок света, идущий в стеклянном сосуде с глицерином, отражается от дна сосуда. При каком угле ? падения отраженный пучок света максимально поляризован?

529. Пучок света переходит из жидкости в стекло. Угол падения ? пучка равен 60°, угол преломления = 50°. При каком угле падения ?пучок света, отраженный от границы раздела этих сред, будет максимально поляризован?

530. Пучок света падает на плоскопараллельную стеклянную пластину, нижняя поверхность которой находится в воде. При каком угле падения ?свет,отраженный от границы стекло—вода, будет максимально поляризован?

531. Частица движется со скоростью v= с/3, где с — скорость света в вакууме. Какую долю энергии покоя составляет кинетическая энергия частицы?

632. Протон с кинетической энергией Т = 3 ГэВ при торможении потерял треть этой энергии. Определить, во сколько раз изменился релятивистский импульс ?-частицы.

533. При какой скорости ?(в долях скорости света) релятивистская масса любой частицы вещества в n = 3 раза больше массы покоя?

534. Определить отношение релятивистского импульса р-электрона с кинетической энергией Т =1,53 МэВ к Комптоновскому импульсу mc электрона.

635. Скорость электрона v= 0,8 с (где с — скорость света в вакууме). Зная энергию покоя электрона в мегаэлектрон-вольтах, определить в тех же единицах кинетическую энергию Т электрона.

536. Протон имеет импульс р = 469 МэВ/с*. Какую кинетическую энергию необходимо дополнительно сообщить протону, чтобы его релятивистский импульс возрос вдвое?

637. Во сколько раз релятивистская масса m электрона, обладающего кинетической энергией Т = 1,53 МэВ, больше массы покоя ?

638 Какую скорость ? (в долях скорости света) нужно сообщить частице, чтобы ее кинетическая энергия была равна удвоенной энергии покоя? »

539. Релятивистский электрон имел импульс p1 =с.Определить конечный импульс этого электрона (в единицахс), если его энергия увеличилась вn = 2 раза.

540. Релятивистский протон обладал кинетической энергией, равной энергии покоя. Определить, во сколько раз возрастет его кинетическая энергия, если его импульс увеличится в п = 2 раза

541. Вычислить истинную температуру Т вольфрамовой раскаленной ленты, если радиационный пирометр показывает температуру =2,5 кК. Принять, что поглощательная способность для вольфрама не зависит от частоты излучения и равна= 0,35.

studfiles.net

Вырывание электронов из вещества под действием света (электромагнитного излучения) называют фотоэлектрическим эффектом (или просто – фотоэффектом, но есть и более точное название: «внешний фотоэлектрический эффект», подчеркивающее, что электроны вырываются наружу). Для изучения фотоэффекта используют вакуумную лампу, включённую по схеме на рис. 3, с холодным катодом (при этом можно пренебречь термоэмиссией электронов).

Облучая катод светом определённой частоты и интенсивности, строят зависимость силы тока от напряжения между катодом и анодом (говорят: снимают вольтамперную характеристику лампы.) Типичная кривая из тех, которые при этом получаются, показана на рис. 4.

Что же оказалось необъяснимым электродинамикой Максвелла в фотоэффекте? Понятно, что электрический ток будет тем больше, чем большее число электронов будет вырвано из катода. Ясно, что чем больше интенсивность света, тем больше будет таких электронов. Это, можно сказать, видели (ток насыщения `I_»нас»` растёт при увеличении интенсивности света). Но возникли неприятности. Если на анод подать отрицательный по отношению к катоду потенциал, то в лампе возникнет задерживающее электроны электрическое поле. При этом не все электроны, вылетевшие с катода, смогут достичь анода и дать ток. Мяч, брошенный вверх, вскоре упадёт вниз. Он может и не долететь до 10-го этажа. Мячу для этого нужно сообщить достаточно большую скорость. Чтобы электроны достигли анода, они при вылете из катода тоже должны (при «минусе» на аноде) иметь достаточно большую скорость, т. е. большую кинетическую энергию. Ожидалось, что эта энергия будет пропорциональна интенсивности света (квадрату напряжённости электрического поля в волне, которое, как считалось, разгоняет электроны). На опыте такой закономерности не обнаружили. Видели другое: энергия электронов, вырванных светом из катода, увеличивается не с ростом интенсивности, а с ростом частоты света. Причём чем меньше частота, тем меньшее задерживающее поле на аноде надо прикладывать, чтобы прекратился ток. А при частотах, меньших некоторой (разной для разных веществ), электроны вообще нельзя вырвать из катода (при этом говорят о «красной границе фотоэффекта»).

Эйнштейн в 1905 г. весьма элегантно объяснил фотоэффект, предположив, что свет частоты `nu`, падающий на катод, представляет собой поток частиц, каждой из которых он приписал (в духе формулы Планка) энергию `varepsilon=hnu`. Позже эти частицы назвали фотонами. Когда какой-нибудь из фотонов достигает катода, он встречает какой-нибудь электрон катода. Фотон может быть мгновенно поглощен этим электроном. Энергия `hnu` в результате переходит к электрону, и у электрона появляется возможность преодолеть силы, удерживающие его в катоде. При этом, правда, расходуется часть приобретённой энергии на совершение работы `A` против удерживающих сил (говорят о работе выхода электрона). В итоге кинетическая энергия вылетевших электронов оказывается равной

Эту формулу называют формулой Эйнштейна для фотоэффекта. (Уточнение. Формула (3.1) даёт максимальную энергию вылетевших электронов. Если электрон поглотит фотон не у самой поверхности катода, то он по дороге к поверхности может растерять часть энергии. В результате его энергия на выходе из катода будет меньше, чем `hnu-A`. А вот набрать по дороге энергию за счёт столкновений с другими электронами ему будет, оказывается, весьма затруднительно. Но в этом физики разобрались чуть позже.)

В конце концов, именно с формулировкой «за работы по фотоэффекту и другие работы по теоретической физике» Эйнштейн получил Нобелевскую премию по физике. Но это было уже в 1925 г. Не надо думать, что все физики тут же с восторгом ухватились за идею Эйнштейна, что свет есть поток частиц (фотонов). Родоначальник теории квантов Планк, представляя Эйнштейна Берлинской академии наук, говорил примерно так: «Не будьте слишком строги к нашему молодому коллеге за то, что он иногда говорит о свете как о потоке частиц». К тому же, какую частоту мы приписываем частице? Частоту колебаний чего? Эйнштейн осознавал эту трудность. Он понимал, что представление света в виде потока фотонов – не просто возврат к корпускулярной теории света Ньютона. В том же 1905 г. вышла его основополагающая статья по теории относительности, которая называлась «К электродинамике движущихся сред», в которой он был … последовательным сторонником электродинамики Максвелла (с его электромагнитной природой света). Эйнштейн (и другие физики) сознавал, что тогдашняя картина мира – временная, и не всё физикам в ней пока до конца понято. Эта ситуация в физике получила название корпускулярно-волновой дуализм (двойственность) для света: при трактовке фотоэффекта свет удобно считать потоком частиц; при объяснении явлений интерференции и дифракции – волновым процессом.

Но и просто распространение света часто удобно рассматривать как поток частиц. Например, при распространении световой волны большой интенсивности вдоль прямой (луч) можно, как и в случае газа, говорить о средней концентрации `n` частиц (фотонов) в единице объёма, о плотности потока nc этих частиц (количестве частиц, пересекающих поверхность площадью `1 «м»^2` за одну секунду перпендикулярно поверхности; считаем, что все фотоны движутся со скоростью света в вакууме `c`), о плотности энергии в световой волне `w=nxxhnu`, о плотности потока энергии в световой волне `I=ncxxhnu`.

Простую трактовку при этом получает и такое сложное явление, как давление света, падающего на поверхность (экспериментально открытое нашим соотечественником Лебедевым). Дело в том, что согласно теории относительности, частицам, движущимся со скоростью света, следует приписать нулевую массу, но отличный от нуля импульс `p=varepsilon//c=hnu//c=h//lambda`. Для световой волны с частотой `nu` имеем тогда плотность потока импульса `ncxx(hnu//c)=nhnu`, что в точности совпадает с плотностью энергии фотонного газа.

Если все фотоны поглощаются поверхностью (чёрная поверхность), то импульс всех этих фотонов передаётся поверхности. Если `1 «м»^2` поверхности за `1` с поглощает от фотонов `nhnu` импульса перпендикулярного поверхности, то по формуле закона Ньютона `Deltap//Deltat=F` это и есть сила со стороны фотонов, действующая на поверхность. Однако раз речь идёт об `1 «м»^2`, значит, величина `nhnu` совпадает с давлением. Если все фотоны отражаются от поверхности (как от зеркала), то модуль изменения импульса каждого из фотонов `Deltap_1` будет в `2` раза больше, чем при поглощении:

Соответственно, давление света на зеркальную поверхность будет равно уже `2nhnu`.

На катод фотоэлемента падает световой поток мощность `P=0,02` Вт. На каждые `N=10` квантов света, упавших на катод, в среднем приходится один выбитый фотоэлектрон. Определить силу тока насыщения фотоэлемента. Длина волны света `lambda=2xx10^(-7)` м.

Пусть `dotN_e` — число электронов, выбиваемых с фотокатода в единицу времени. В условиях насыщения все электроны, вырванные из катода, достигают анода, т. е. все вносят вклад в ток. Поэтому сила тока `I=edotN_e`, где `e=1,6xx10^(-19)` Кл – элементарный заряд. Формулу для силы тока перепишем в виде `I=edotN_(ph)//N` (где `N=10`), выразив её через число фотонов `dotN_(ph)`, падающих каждую секунду на катод. Последнее число связано с мощностью светового потока `dotN_(ph)=P/(varepsilon_(ph))=P/(hc//lambda)

2xx10^(16)` `1`/с. Тогда `dotN_e

2xx10^(15)` `1`/с и окончательно `I

Катод фотоэлемента освещается монохроматическим светом. При задерживающем напряжении между катодом и анодом `U_1=1,6` В ток в цепи прекращается. При изменении длины волны света в `k=1,5` раза потребовалось подать задерживающую разность потенциалов `U_2=3` В. Определить работу выхода электрона из материала катода.

Пусть `A` – искомая работа выхода. Задерживающее напряжение определяется условием, что электроны, вылетающие с катода с ненулевой скоростью `(lambda

zftsh.online

Температура абсолютного черного тела равна 2 кК. Определите: 1 длину волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости; 2

Температура абсолютного черного тела равна 2 кК. Определите: 1) длину волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости; 2) максимальное значение спектральной плотности энергетической светимости; 3) энергетическую светимость. Начертите график.

Найти температуру печи, если известно, что из отверстия в ней размером 6,1 см 2 излучается в 1с 8,28 калорий. Излучение считать близким к излучению абсолютно ч?рного тела.

Определите работу выхода электронов из натрия в электронвольтах, если «красная» граница для фотоэффекта для Na равна с -1 . Покажите, как из формулы Эйнштейна находится «красная» граница.

На цинковую (A = 3,0эВ) пластинку падает ультрафиолетовое излучение с длиной волны 0,2мкм. Найти максимальные кинетические энергию и скорость фотоэлектронов.

Поток энергии, излучаемой электрической лампой, равен 600 Вт. На расстоянии 1 м от лампы перпендикулярно к падающим лучам расположено плоское зеркальце диаметром 2 см. Принимая, что излучение лампы одинаково во всех направлениях и что зеркальце отражает полностью падающий на него свет, определите силу светового давления на зеркальце.

Энергия рентгеновских лучей равна 0,6 МэВ. Найдите энергию электрона отдачи, если известно, что длина рентгеновских лучей после комптоновского рассеяния изменилась на 20 %. Будет ли наблюдаться комптоновское рассеяние, если на вещество будет падать видимый свет.

Вычислить дебройлевские длины волн электрона, протона и атома урана, имеющих одинаковую кинетическую энергию 100 эВ.

Ядро атома гелия движется по окружности с радиусом 0,83 см в однородном магнитном поле с магнитной индукцией 2,5·10 -2 Тл. Найти длину волны де Бройля для ядра атома гелия.

Волновая функция, описывающая основное состояние электрона в атоме водорода, имеет вид ? = Аеr / a , где r – расстояние электрона от ядра, а – первый боровский радиус, А – некоторая постоянная. Определить наиболее вероятное расстояние rе электрона до ядра. Найти для основного состояния среднее значение потенциальной энергии.

Используя соотношение неопределенностей Гейзенберга, оценить ширину одномерного потенциального ящика, в котором минимальная энергия электрона 10 эВ.

Невозбужденный атом водорода поглощает квант излучения с длиной волны 102,6 нм. Вычислить, пользуясь теорией Бора, радиус r электронной орбиты возбужденного атома водорода.

Максимум энергии в спектре абсолютно черного тела приходится на длину волны в 2 мкм. На какую длину волны он сместится, если температура тела увеличится на 250 К? Начертите график.

Муфельная печь потребляет мощность 1кВт. Температура е? внутренней поверхности при открытом отверстии площадью 25см 2 равна 1200 К. Считая, что отверстие печи излучает как абсолютно ч?рное тело, найти, какая часть мощности рассеивается стенками.

Какая доля энергии фотона израсходована на работу вырывания фотоэлектрона, если «красная» граница фотоэффекта равна 3070 A и максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона 1 эВ? Что произойдет, если энергия фотона будет больше?

Свет с длиной волны 700 нм нормально падает на зеркальную поверхность и производит давление 0,1 мкПа. Определите число фотонов, падающих за 1с на площадь 1 см 2 этой поверхности.

Фотон с энергией 0,3МэВ рассеялся на свободном электроне. Энергия рассеяния фотона 0,25 МэВ. Определите угол комптоновского рассеяния. Что будет при уменьшении энергии фотона?

Кванты света с энергией 4,9эВ вырывают электроны из металла с работой выхода 4,5эВ. Найти максимальный импульс, передаваемый поверхности металла при вылете каждого электрона.

Вычислить наиболее вероятную дебройлевскую длину волны молекул азота, содержащихся в воздухе при комнатной температуре.

Электрон находится в одномерном, бесконечно глубоком, прямоугольном, потенциальном ящике шириной l. В каких точках в интервале 0 2 .

«Красная» граница фотоэффекта для калия равна см. Найдите: 1) величину задерживающего потенциала для фотоэлектронов при освещении светом A; 2) работу выхода электронов для калия. Объясните, при каких условиях возможен фотоэффект.

Чему равна кинетическая энергия фотоэлектронов, испускаемых натрием, если натрий освещается светом с длиной волны 4·10 -8 м? Порог фотоэффекта для натрия 680нм.

Определите коэффициент отражения поверхности, если при энергетической освещенности 50 Вт/см 2 давление света оказалось равным 0,2 мкПа.

Вычислите импульс комптоновского электрона отдачи, если известно, что фотон, первоначальная длина волны которого равна 0,5 А, рассеялся под углом 90 0 .

Нейтрон с кинетической энергией 25 эВ налетает на покоящийся дейтон (ядро тяжелого водорода). Найти дебройлевские длины волн обеих частиц в системе их центра инерции.

Волновая функция, описывающая движение электрона в основном состоянии атома водорода, имеет вид ? = Аеr / a , где r – расстояние электрона от ядра, а – первый боровский радиус, А – некоторая постоянная. Найти для основного состояния среднее значение кулоновской силы.

Показать, что для частицы неопределенность местоположения которой ?x = ?/2?, где ? — ее дебройлевская длина волны, неопределенность скорости равна по порядку величины самой скорости частицы.

Пылинка с массой 10-15г находится в области с линейными размерами 10 -4 см. Проявляет ли такая пылинка при движении волновые свойства? Почему? Докажите.

Вычислить по теории Бора период вращения электрона в атоме водорода, находящегося в возбужденном состоянии, определяемом главным квантовым числом n = 2.

Вследствие изменения температуры абсолютного черного тела максимум спектральной плотности энергетической светимости сместился с 2,4 мкм на 0,8 мкм. Как и во сколько раз изменилась энергетическая светимость тела и максимальное значение спектральной плотности энергетической светимости. Начертите график.

Раскал?нная металлическая поверхность площадью 10 см 2 излучает в 1 минуту 40кДж. Найти 1) каково было бы излучение этой поверхности, если бы оно было бы абсолютно ч?рным телом? 2) каково отношение энергетических светимостей этой поверхности и абсолютно ч?рного тела при данной температуре?

Определите максимальную скорость электронов, вылетающих из металла под действием ?- лучей длиной волны 0,03 A. В чем будет разница, если ?- лучи заменить ультрафиолетовыми лучами?

Определить постоянную Планка, если известно, что фотоэлектроны, вырываемые с поверхности металла светом с частотой 2,2·10 -15 Гц полностью задерживаются обратным потенциалом 6,6 В, а вырываемые светом с частотой 4,6·10 -15 Гц — потенциалом 16,5В.

На зеркальную поверхность площадью 4 см 2 падает нормально поток 0,6 Вт. Определите давление и силу давления света на эту поверхность.

Определите угол, на который был рассеян ?- квант с энергией 1,53 МэВ при эффекте Комптона, если кинетическая энергия электрона отдачи 0,51 МэВ.

Чему равно отношение максимальных комптоновских изменений длин волн при рассеянии фотонов на свободных электронах и на ядрах атомов водорода?

Две одинаковые нерелятивистские частица движутся перпендикулярно друг к другу с дебройлевскими длинами волн ?1 и ?2. Найти дебройлевские длины волн обеих части в системе их центра инерции.

Найти длину волны де Бройля для атома водорода, движущегося со средней квадратичной скоростью при температуре 300К.

Частица находится в основном состоянии в прямоугольной ?потенциальной яме? шириной l с абсолютно непроницаемыми ?стенками?. Во сколько раз отличаются вероятности местонахождения частицы в крайней трети и крайней четверти ящика?

Электрон находится в одномерной прямоугольной потенциальной яме с бесконечно высокими стенками. Ширина ямы равна l. Оценить с помощью соотношения неопределенностей силу давления электрона на стенки этой ямы при минимально возможной его энергии.

Определить изменение энергии электрона в атоме водорода при излучении фотона с частотой Гц.

Какова должна быть температура абсолютно черного тела, чтобы максимум спектральной плотности энергетической светимости приходился на красную границу видимого спектра (380 нм)? Начертите график.

Найдите частоту света, вырывающего с поверхности металла электроны, полностью задерживающиеся обратным потенциалом в 3 В. Фотоэффект у этого метала начинается при частоте падающего света в с -1 . Найдите работу выхода из этого металла.

Найти задерживающий потенциал для фотоэлектронов, испускаемых при освещении калия светом с длиной волны 330 нм.

Давление света, производимое на зеркальную поверхность равно 1 мПа. Определите концентрацию фотонов вблизи поверхности, если длина волны падающего на поверхность света равна 0,6 мкм.

В результате эффекта Комптона фотон с энергией Е1 = 1,02 МэВ был рассеян на свободных электронах на угол 150 0 . Определите энергию Е2 рассеянного фотона.

При эффекте Комптона энергия падающего фотона распределилась поровну между рассеянным фотоном и электроном отдачи. Угол рассеяния равен 90°. Найти импульс рассеянного фотона.

При каком значении энергии дебройлевская длина волны электрона равна его комптоновской длине волны?

Найти длину волны де Бройля для протонов, прошедших разность потенциалов 100 В.

Волновая функция, описывающая движение электрона в основном состоянии атома водорода, имеет вид ? = Аеr / a , где r – расстояние электрона от ядра, а – первый боровский радиус, А – некоторая постоянная. Найти для основного состояния атома водорода наиболее вероятное расстояние электрона от ядра.

Какова должна быть кинетическая энергия протона в моноэнергетическом пучке, используемого для исследования структуры с линейными размерами см?

Во сколько раз изменится период вращения электрона в атоме водорода, если при переходе в невозбужденное состояние атом излучил фотон с длиной волны нм?

Температура абсолютного черного тела увеличилась в 2 раза, в результате чего ?max уменьшилась на 600 нм. Определите начальную и конечную температуры тела.

«Красная» граница фотоэффекта для некоторого металла равна 2750 A. Найдите: 1) работу выхода из этого металла; 2) максимальную скорость электронов, вырываемых из металла светом длиной волны 1800 A; 3) максимальную кинетическую энергию этих электронов.

Какова должна быть плотность потока энергии, падающего на зеркальную поверхность, чтобы световое давление при перпендикулярном падении лучей было равно 9,81 мкН/м 2 .

Фотон с энергией 0,51 МэВ бы рассеян при эффекте Комптона на свободном электроне на угол 180 0 . Определите кинетическую энергию электрона отдачи.

Энергия рентгеновских лучей равна 0,6МэВ. Найти энергию электрона отдачи, если известно, что длина волны рентгеновских лучей после комптоновского рассеяния изменилась на 20%.

Найти дебройлевскую длину волны релятивистских электронов, подлетающих к антикатоду рентгеновской трубки, если длина волны коротковолновой границы сплошного рентгеновского спектра ?к = 10 пм.

Найти длину волны де Бройля для атома водорода, движущегося со средней квадратичной скоростью при температуре 27°С.

Частица в бесконечно глубоком, одномерном, прямоугольном потенциальном ящике находится в основном состоянии. Какова вероятность обнаружить частицу в крайней четверти ящика?

Альфа – частица находится в бесконечно глубоком, одномерном прямоугольном потенциальном ящике. Используя соотношение неопределенностей, оценить ширину ящика, если известно, что минимальная энергия альфа-частицы Еmin = 8 МэВ.

На сколько изменится кинетическая энергия электрона в атоме водорода при излучении атомом фотона с длиной волны 435 нм?

Какова была длина волны рентгеновского излучения, если при рассеянии этого излучения графитом под углом 60° длина волны рассеянного излучения оказалась равной 2,54·10-9см? (24,2 пм)

При нагревании абсолютного черного тела длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости, изменилась от 0,6 мкм до 0,5 мкм. Во сколько раз при этом увеличилась энергетическая светимость тела? Начертите график.

Определите постоянную Планка, если известно, что фотоэлектроны вырываемые с поверхности некоторого металла светом с частотой с -1 , полностью задерживаются обратным потенциалом в 6,6 В, а вырываемые светом с частотой с -1 — потенциалом в 16,5 В.

На цинковую пластинку падает свет с длиной волны 220нм. Найти максимальную скорость фотоэлектронов.

На зеркало с идеально отражающей поверхность S = 1,5 см 2 падает нормально свет от электрической дуги. Определите импульс, полученный зеркалом, если плотность тока по световой энергии, падающего на него, равна, 10 Вт/см 2 , а продолжительность освещения 1 с.

Определите максимальное значение длины волны при комптоновском рассеянии света на свободных электронах и протонах.

Длина волны падающего излучения равна 0,0712нм. Чему равна длина волны рассеянного излучения, если угол рассеяния равен 90°, а рассеивающей частицей является: 1) электрон; 2) атом углерода?

При каких значениях кинетической энергии релятивистского электрона ошибка в определении дебройлевской длины волны по нерелятивистской формуле не превышает 10%.

Неопределенность координаты движущейся частицы равна дебройлевской длине волны. Чему равна относительная неопределенность импульса этой частицы?

Частица в одномерной прямоугольной ?потенциальной яме? шириной l с бесконечно высокими ?стенками? находится в возбужденном состоянии (n = 2). Определить вероятность обнаружения частицы в области (3/8) l ? x ? (5/8)l.

Среднее время жизни атома в возбужденном состоянии составляет ?t = 10 -8 с. При переходе атома в нормальное состояние испускается фотон, средняя длина волны которого равна 600 нм. Оценить ширину ?? излучаемой спектральной линии, если не происходит ее уширения за счет других процессов.

В каких пределах ?? должна лежать длина волны монохроматического света, чтобы при возбуждении атомов водорода квантами этого света радиус орбиты электрона увеличился в 16 раз?

Поток энергии, получаемой из смотрового окошка плавильной печи 34 Вт. Определите температуру печи, если площадь отверстия 6 см 2 . Начертите график излучения абсолютного черного тела, покажите на нем энергетическую светимость.

На платиновую пластинку падают ультрафиолетовые лучи, для прекращения фотоэффекта нужно приложить задерживающую разность потенциалов 3,7 В. Если платиновую пластинку заменить пластинкой из другого металла, то задерживающую разность потенциалов можно увеличить до 6 В. Определите работу выхода электронов с поверхности этой пластинки.

При поочередном освещении поверхности некоторого металла светом с длинами волн 0,35 мкм и 0,54 мкм обнаружили, что соответствующие максимальные скорости фотоэлектронов отличаются друг от друга в 2 раза. Найти работу выхода с поверхности этого металла.

Рентгеновские лучи с длиной волны 70,8 пм рассеиваются парафином. Найти длину волны рентгеновских лучей, рассеянных в направлении: 1) 90°; 2) 180°.

Определить длину волны де Бройля для электрона, движущегося со скоростью 2·10 8 м/с.

Параллельный пучок лучей (A) падает на зачерненную поверхность и производит на нее давление Н/м 2 . Определите концентрацию фотонов в световом пучке.

Фотон при эффекте Комптона на свободном электроне был рассеян на угол ? = ?/2. Определите импульс, приобретенный электроном, если энергия фотона до рассеяния была Е1 = 1,02 МэВ.

На сколько по отношению к комнатной должна измениться температура идеального газа, чтобы дебройлевская длина волны его молекул уменьшилась на 20 %.

Частица в бесконечно глубоком, одномерном прямоугольном потенциальном ящике шириной l находится в возбужденном состоянии (n = 3). Определите, в каких точках интервала (0 ? х ? l) плотность вероятности нахождения частицы имеет максимальное и минимальное значение.

Моноэнергетический пучок электронов высвечивает в центре экрана электронно-лучевой трубки пятно радиусом r = 1 мм. Пользуясь соотношением неопределенностей, найти, во сколько раз неопределенность координаты ?x электрона на экране в направлении перпендикулярном оси трубки меньше размера пятна r. Длину L электронно-лучевой трубки принять равной 0,5 м, а ускоряющее электрон напряжение U – равным 20 кВ.

В однозарядном ионе лития электрон перешел с четвертого энергетического уровня лития на второй. Определить длину волны излучения, испущенного ионом лития.

Вследствие изменения температуры абсолютного черного тела максимум спектральной плотности энергетической светимости сместился с 1 мкм на 1,5 мкм. Как и во сколько раз изменилась энергетическая светимость тела и максимальное значение спектральной плотности энергетической светимости. Начертите график.

Фотоны с энергией 4,9 эВ вырывают электроны из металла с работой выхода А = 4,эВ. Найдите максимальный импульс, передаваемый поверхности металла при вылете каждого электрона.

Поток монохроматического излучения (A) падает нормально на плоскую зеркальную поверхность и давит на нее с силой 10 -8 Н. Определите число фотонов, ежесекундно падающих на эту поверхность.

При эффекте Комптона энергия падающего фотона распределилась поровну между рассеянным фотоном и электроном отдачи. Угол рассеяния равен ?/2. Найти энергию рассеянного фотона. (0,26МэВ)

?-частица движется по окружности радиусом 0,83см в однородном магнитном поле, напряженность которого 250Э (1Э = 103/(4?)А/м). Найти длину волны де Бройля для этой частицы.

Какая доля энергии фотона приходится при эффекте Комптона на электрон отдачи, если рассеяние фотона происходит на угол ? = ?/2? Энергия фотона до рассеяния Е1 = 0,51 МэВ.

Электрон обладает кинетической энергией 1,02 МэВ. Во сколько раз изменится длина волны де Бройля, если кинетическая энергия электрона уменьшится вдвое?

Частица находится в бесконечно глубоком, одномерном прямоугольном потенциальном ящике. Найти отношение разности соседних энергетических уровней ?Еn+1, n к энергии Еn частицы в трех случаях: 1) n = 3; 2) n = 5; 3) n = ?.

Среднее время жизни атома в возбужденном состоянии составляет ?t = 10 -8 с. При переходе атома в нормальное состояние испускается фотон, средняя длина волны которого равна 400 нм. Оценить относительную ширину ??/? излучаемой спектральной линии, если не происходит ее уширения за счет других процессов.

Электрон в атоме водорода находится на третьем энергетическом уровне. Определить кинетическую, потенциальную и полную энергии электрона. Ответ выразить в эВ.

gigabaza.ru

Рубрики: Делаем сами