/ Экзамен / Экзамен по физике. ОГТУ. (3 семестр) / ФИЗИКА(ЗАДАЧИ. )

1) Найти скорость фотоэлектронов, вылетевших из цинка при освещении его ультрафиолетовыми лучами с длиной волны ?=ЗЕ-7 м, если работа выхода электрона из цинка равна 4 эВ.

2) Излучение состоит из фотонов с энергией Е=6. 4Е-19 Дж. Найти частоту колебаний и длину волны в вакууме для этого излучения.

3) Определить температуру и энергетическую светимость абсолютно черного тела, если максимум энергии его излучения приходится на длину волны ?=600 нм.

4) Найдите скорость фотоэлектронов, вылетевших из цинка при освещении его ультрафиолетовыми лучами с длиной волны ?=0.3 мкм, если работа выхода электрона из цинка — 4 эВ.

5) Из смотрового окошечка печи излучается поток энергии 4 кДж/сек. Определить температуру печи, если площадь окошечка 8 кв. см.

6) Чему равна длина волны Д’Бройля автомобиля, стоящего рядом с наблюдателем, если его масса равна 8 т, высота -1.5м, а длина — 2.5 м? Чему равна длина волны того же автомобиля, движущегосяотносительно наблюдателя со скоростью 120 км/ч?

7) Как при заданной частоте света изменится фототок насыщения с уменьшением освещенности катода?

Сила тока насыщения пропорциональна насыщенности светового потока.

8) Найти энергию, массу и импульс фотона ультрафиолетового излучения с длиной волны 280 нм.

9) Сколько квантов содержит 1 эрг излучений с длинами волн 1 мкм и 0, 02 А?

10) Сколько фотонов зеленого излучения с длиной волны 520 нм в вакууме будут иметь энергию 1Е-3 Дж?

11) Определить температуру и энергетическую светимость абсолютно черного тела, если максимум энергии его излучения приходится на длину волны 600 нм.

12) Определить энергию, массу и импульс фотона длина волны которого 500 нм.

13) В какой одежде с точки зрения физики теплее зимой: в темной или светлой? Ответ поясните.

Для тела, полностью поглощающего упавшее на него излучение всех частот, абсолютно черное тело.

14) Найти длину волны и частоту излучения масса фотонов которого равна массе покоя электрона, (m=9. 1Е-31кг). Скорость света с = 3E8 м/с. Постоянная Планка h = 6. 6Е-34 Дж с.

15) Как и во сколько раз изменится энергетическая светимость черного тела, если его термодинамическая температура уменьшиться вдвое?

16) Наибольшая длина световой волны, при которой может иметь место фотоэффект для калия 6.2E-7м. Найти работу выхода электронов Из калия.

17) Из смотрового окошка печи излучается 411 кал в минуту. Площадь окошка равна 5 кв.см. Определит температуру печи.

18) Определите длину волныДе Бройля улитки массой 5 г, ползущей со скоростью 0. 3 мм/сек по окружности радиусом 2 м. Постоянная Планка h = 6. 63Е-34 Дж с.

19) Средняя энергетическая светимость поверхности Земли равна 0. 54 Дж (KB. CM мин). Какова должна быть температура поверхности земли если условно считать что она излучает как серое тело коэффициентом поглощения, равным 0. 25?

20) Определить наибольшую скорость электрона вылетевшего из металла цезия при освещенииегосветом длиной волны 400 нм.

21) Чему равна длина волны Де Бройля человека массой 65 кг и ростом 175см который движется относительно наблюдателя со скоростью 5км\ч.

22) Энергия фотона 1 МэВ. определить импульс фотона.

23) Средняя энергетическая светимость поверхностности Земли равна 0.54Дж (кв. см мин). Какова должна быть температура поверхности земли если условно считать, что она излучает как серое тело с коэффициентом поглощения равным 0.25?

24) В среде распространяется свет, имеющий длину волны 0.3 мкм и энергию кванта 4. 4Е-19 Дж. Определить абсолютный показатель преломления среды.

25) Какое количество энергии излучает один квадратный сантиметр затвердевающего свинца в 1 с? Отношение энергетических светимостей поверхности свинца и абсолютно черного тела для этой температуры считать равным 0.6.

26) Наибольшая длина световой волны, при которой может иметь место фотоэффект для вольфрама равна 2. 75Е-7 м. Найти работу выхода электронов и наибольшую энергию электронов, вырываемых из вольфрама светом с длиной волны 1.8Е-7 м.

27) Из смотрового окошечка муфельной печки излучается поток 2040 Дж/мин. Определить длину волны, на которую приходится максимум излучения. Площадь окошечка 6 кв. см.

28) При описании света на основе теории волн он характеризовался длиной волны 5Е-5 см и интенсивностью 5 Вт/кв. м. Рассчитайте характеристики этого света при описании его на основеидеи квантования электромагнитного поля.

) Вычислить длину волны фотона, энергия которого равна энергиипокоя электрона.

29) Какой длиной волны должен обладать фотон, чтобы его масса была равна массе покоя электрона?

31) Красная граница фотоэффекта для цезия равна 620 нм. Определить кинетическую энергию и скорость фотоэлектронов при освещении цезия монохроматическим светом с длиной волны 0.505 мкм.

32) При фотоэффекте с платиновой поверхности величина задерживающего потенциала оказалась равной 0, 8 В. Найти: 1) длину волны применяемого облучения; 2) максимальную длину волны, при которой еще возможен фотоэффект.

33) Импульс переносимый плоским монохроматическим потоком за 5 с через площадку в 10 кв. см равен 1Е-9 кг см/с. Определить интенсивность света.

34) Черное тело имеет температуру 500 К. Какова будет температура тела, если в результате его нагревания поток излучения увеличится в 5 раз?

35) Рубиновый лазер излучает в импульсе 2Е19 фотонов с длиной волны 6. 94Е-5 см. Чему равна средняя мощность вспышки лазера, если ее длительность 2Е-8 с? Скорость света с=ЗЕ8 м/с, постоянная Планкаh = 6.62E-34Дж с.

36) Наибольшая длина волны излучения, способного вызвать фотоэффект у пластины, равна 234 нм. Определить максимальную скорость которую приобретут электроны под действием излучения с длиной волны 200 нм. Постоянная Планка h=6.63Е-34 Дж с. Масса электрона- 9.1E-34 кг.

37) Определите длину волны излучения, кванты которого имеют такую же энергию, что и электрон, пролетевший разность потенциалов 4.1 В.

38) При освещении катода светом с длинами волн сначала 440 нм, затем 680 нм обнаружили, что запирающий потенциал изменился в 3.3 раза. Определить работу выхода электрона.

39) Температура абсолютно черного тела увеличилась в два раза, в результате чего длина волны, на которую приходится максимум излучения, уменьшается на 600 мкм. Определить начальную и конечную температуру тела.

40) Электрон летит со скоростью, равной 0.8 скорости света. Определить длину волны Де’Бройля электрона.

41) Найти абсолютный показатель преломления среды, в которой свет с энергией кванта 4. 4Е-19 Дж имеет длину волны ЗЕ—7 м.

42) Протон прошел ускоряющую разность потенциалов 1Е6 В. Определить длину волны Де’Бройля протона.

43) На фарфоровой тарелке на светлом фоне имеется черный рисунок. Почему если ее быстро вынуть из печи, где она нагревалась до высокой температуры, и рассматривать в темноте, наблюдается светлый рисунок на темном фоне?

Тарелка поглотила энергию, а потом испустила.

44) Найти длину волны Де’Бройля 1) для электронов прошедшихразность потенциалов 1 В; 100 В; 1000 В; 2) для электрона, летящего со скоростью 1Е8 см/с: 3) для шарика с массой 1 г, движущегося со скоростью 1 см/с.

45) Электрон находится в потенциальном ящике шириной 5 А. Определить наименьшую разность энергетических уровней электрона. Ответ выразить в электрон-вольтах.

46) При какой температуре средняя энергия молекул трехатомного газа равна энергии фотонов, соответствующих излучению с длиной волны 5000 А?

47) Вольфрамовая нить накаляется в вакууме током силой 1 А до температуры Т1 = 1000 К. При какой силе тока нить накалится до температуры Т2 = 3000 К? Коэффициент излучения вольфрама при температуре Т1 равен 0.115, при температуре Т2- 0.334; удельное сопротивление вольфрама при температуре Т1 равно 25.7Е-8 Ом м, при температуре Т2 — 96. 2Е-8 Ом м.

48) Какова энергия рассеянного фотона, если рассеяние произошло под углом 120 град., а энергия падающего фотона была равна 250 кэВ?

49) Монохроматическое излучение с длиной волны 6000 А падает на фоточувствительную поверхность, чувствительность которой равна 9 мА/Вт, освобождая при этом 930 фотоэлектронов. Определить число квантов, попавших на поверхность. ) Какова энергия рассеянного фотона, если рассеяние произошло под углом 120 град., а энергия падающего фотона была равна 250 кэВ?

50) На поверхность площадью 100 кв. см ежеминутно падает 63 Дж световой энергии. Найти величину светового давления в случаях когда поверхность 1) полностью отражает все лучи; 2) полностью поглощает все лучи.

51) Железный шарик, отдаленный от других тел, облучают монохроматическим светом длиной волны 2000 А. До какого максимального потенциала зарядится шарик, теряя фотоэлектроны? Работа выхода электрона из железа равна 4. 36 эВ.

52) Считая, что мощность лампы рассеивается во все стороны в виде излучения и что его средняя длина волны равна 0.5 мкм, найти число фотонов, которое падает за одну секунду на поверхность площадью 1 кв.см, расположенную перпендикулярно лучам на расстоянии 50 см от лампы. Мощность лампы 25 Вт.

53) На зеркальную поверхность площадью 6 кв. см падает нормально поток излучения 0. 8 Вт. Определить давление и силу давления света на эту поверхность.

54) Какова доля энергии фотона при эффекте Комптона приходится на электрон отдачи, если рассеяние происходит на угол 90 град. Энергия фотона до рассеяния равна 0. 51 МэВ.

55) В вакууме подвешена плоская металлическая пластина с одной стороны блестящая, с другой зачерненная. Ее освещают нормально падающим светом. Найти отношение сил, действующих на пластину при освещении блестящей и черной ее сторон. ) При какой температуре средняя энергия молекул трехатомного газа равна энергии фотонов, соответствующих излучению с длиной волны 5000 А?

56) На зеркальную поверхность площадью 6 кв. см падает нормально поток излучения 0.8 Вт. Определить давление и силу давления света, на эту поверхность.

57) Пучок параллельных лучей монохроматического света с длиной волны 662 нм падает нормально на зеркальную плоскую поверхность. Поток излучения равен 0. 6 Вт. Определить силу давления испытываемую этой поверхностью.

58) Какая доля энергии приходится при эффекте Комптона на электрон отдачи если рассеяние фотона происходит на угол П/2? Энергия фотона до рассеяния — 0.51 МэВ.

) Параллельный пучок лучей длиной волны 500нм. падает нормально на зачерненную поверхность, производя давление 10мкПа. Определить концентрацию фотонов в потоке (число фотонов в единице объема).

59) Вычислить длину волны де Бройля электрона, прошедшего ускоряющую разность потенциалов, равную 1) 1 кВ: 2) 1MB.

60) Найти давление света на стенки электрической лампы мощностью 100 Вт. Колба лампы — сферический сосуд радиусом 5 ом, стенки которого отражают 10% падающего на них света. Считать, что вся потребляемая лампой мощность идет на излучение.

61) В результате эффекта Комптона фотон с энергией 1.02 МэВ рассеян на свободных электронах на угол 150 град. Определить энергию рассеянного фотона.

62) Атом водорода переведен из нормального состояния в возбужденное, характеризуемое главным квантовым числом 2. Найти энергию, необходимую для перевода атома водорода в указанное возбужденное состояние.

63) Фотон выбивает из атома водорода, находящегося в основном состоянии, электрон с кинетической энергией 10 эВ. Определить энергию фотона.

64) Во сколько раз длина волны излучения атома водорода при переходе электрона с третьей орбиты на вторую больше длины волны, обусловленной переходом электрона со второй орбиты на первую?

65) Определить первый потенциал возбуждения и энергию ионизации атома водорода, находящегося в основном состоянии.

66) Определить энергию фотона, испускаемого атомом водорода при переходе электрона со второй орбиты на первую.

67) Найдите значение постоянной Ридберга, если наименьшая частота излучения водорода — 4. 6Е14 Гц.

68) Сколько квантов различных энергий могут испустить атомы водорода, если их электроны находятся на третьей орбите?

69) Определить длину волны, которую испускает однозарядный ион гелия Не+ при переходе со второго энергетического уровня на первый.

70) При облучении атомов водорода квантами монохроматического света электрон перешел с первой стационарной орбиты на третью, а при возвращении в исходное состояние он перешел сначала с третьей орбиты на вторую, а затем со второй на первую. Определите энергию квантов поглощенных и излученных при этих переходах.

71) Какую минимальную энергию должны иметь электроны, чтобы при возбуждении атомов водорода ударами этих электронов спектр водорода имел только одну спектральную линию?

72) Для ионизации атома водорода требуется энергия 14 эВ. Ионизировать атом можно ударом электрона, разогнанного внешним электрическим полем, или облучением электромагнитными волнами. Определите потенциал ионизации этого атома, а также минимальную длину электромагнитной волны, способной ионизировать этот атом.

73) Найдите номер орбиты, при переходе электрона с которой на вторую орбиту атом водорода излучает свет с длиной волны 0.487 мкм.

74) Какую минимальную энергию должны иметь электроны, чтобы при возбуждении атомов водорода ударами этих электронов спектр водорода имел только одну спектральную линию?

) Двухзарядный ион. литияLi++;перешел со второго энергетического уровня на первый. Определить длину волны, испускаемой при этом переходе.

75) Найдите номер орбиты, при переходе электрона с которой на вторую орбиту атом водорода излучает свет с длиной волны 0.487 мкм.

76) Фотон выбивает из атома водорода, находящегося в основном состоянии, электрон с кинетической энергией 10 эВ. Определить энергию фотона.

77) Найдите потенциал ионизации однократно ионизованого атома гелия.

78) Найдите первый потенциал возбуждения однократно ионизованного атома гелия(Z=2).

79) Какую наименьшую скорость должны иметь электроны, чтобы при возбуждении атомов водорода этими электронами появилась спектральная линия с наибольшей длиной волны 0. 121 мкм в ультрафиолетовой области спектра водорода?

80) Атом находится в состоянии с внутренней энергией -2, 4 эВ, может ли этот атом поглотить электромагнитную волну с частотой 4. 8Е15 1/с? Что с этим атомом в таком случае произойдет?

81) На какой орбите скорость электрона атома водорода равна 734 км/с?

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

83) Наибольшая длина волны излучения в видимой части спектра водорода равна 0. 66 мкм. Найдите длины ближайших трех линий в видимой части спектра водорода. 0. 5 мкм, 0. 45 мкм, 0. 42 мкм

84) Определить длину волны, соответствующую третьей линии серии Бальмера.

85) Вычислите полную энергию, линейную скорость и период электрона, находящегося на первой Боровской орбите атома водорода.

86) Определить максимальную энергию фотона серии Бальмера в спектре излучения атомного водорода.

87) Наибольшая длина волны излучения в видимой части спектра водорода равна 0. 66 мкм. Найдите длины ближайших трех линий в видимой части спектра водорода. 0. 5 мкм, 0. 45 мкм, 0. 42 мкм

88) Определить длину волны, соответствующую третьей линии серии Бальмера.

89) Вычислите полную энергию, линейную скорость и период электрона, находящегося на первой Боровской орбите атома водорода.

90) Определить максимальную энергию фотона серии Бальмера в спектре излучения атомного водорода.

91) Определить длину волны, соответствующую третьей линии серии Бальмера.

92) Какую наименьшую скорость должны иметь электроны, чтобы при возбуждении атомов водорода этими электронами появилась спектральная линия с наибольшей длиной волны 0. 121 мкм в ультрафиолетовой области спектра водорода?

93) Вычислить по теории Бора частоту обращения электрона в атоме водорода, находящегося в возбужденном состоянии, определяемом главным квантовым числом n=3

94) На какой орбите скорость электрона атома водорода равна 734км/с?

95) Определить длину волны де Бройля для электрона, находящегося на второй Боровской орбите в атоме водорода, если радиус орбиты равен 0.212нм.

96) Каковы длины волн спектральных линий, появляющихся при возбуждении водорода ударами электронов с энергией 12.1эВ?

97) Каковы длины волн спектральных линий, появляющихся при возбуждении водорода ударами электронов с энергией 12. 1эВ?

98) Электрон в невозбужденном атоме водорода получил энергию 12.1эВ. На какой энергетический уровень он перешел? Сколько линий спектра могут излучиться при переходе электрона на более низкие энергетические уровни?

99) Какую наименьшую скорость должен иметь электрон, ударяющийся об атом водорода и возбуждающий его так, что в спектре излучения этого атома появляются все возможные спектральные линии? Каков потенциал возбуждения этого атома?

100) Радиус орбиты электрона в модели атома Бора 5.3нм. Какуюработу надо совершить, чтобы ионизировать этот атом?

101) Электрон в атоме водорода находится на 3-ем энергетическом уровне. Определите кинетическую, потенциальную и полную энергию электрона. Ответ выразите в электрон-вольтах.

studfiles.net

Человеку свойственно пытаться объяснять законы, в соответствии с которыми живет окружающий мир. На заре Сознания все наблюдаемые природные явления приписывались целому сонму различных богов: дождь, гром, молния, ветер – все они обязаны своим возникновением именно божествам. Затем мистика уступила место науке. Хотя она еще была в зачаточном состоянии, тем не менее, уже позволяла пытливым умам объяснить часть природных явлений, при этом не прибегая к богам. Особый интерес представлял видимый свет. В попытках его хоть как-то объяснить, было выдвинуто предположение, согласно которому он является непрерывным потоком каких-то мельчайших частиц-корпускулов. Данной модели придерживался и активно ее отстаивал И. Ньютон. А раз есть частица, значит она должна каким-либо образом характеризоваться.

Каждый знает, что если подставить руку под солнечные лучи, то ощущается тепло. Известно, что этот возможно благодаря излучению. Но как именно излучение переносит тепло? Так и была открыта энергия фотона – сначала косвенным методом. А сама частица получила название «квант света». Энергия фотона широко используется в современной технике: к примеру, именно она запускает механизм автоматического открывания дверей в крупных торговых точках.

Итак, фотон — это частица света, квант энергии. Однако дальнейшие исследования заставили усомниться в точности корпускулярной модели. Сначала на некоторые необычные свойства указал Гюйгенс, а затем Юнг своим опытом с несколькими щелями обнаружил явление интерференции и на его основании блестяще доказал…волновую природу света. Казалось бы – можно ставить точку, однако все оказалось намного сложнее. Трудно поверить, но фотон проявляет свойства как частицы, так и волны, причем одновременно. Результат любого эксперимента зависит от ожиданий самого исследователя. Мысль и намерение каким-то образом трансформируют частицу в волну и обратно. Энергия фотона при этом остается неизменной и может быть вычислена в рамках классической электромагнитной теории.

Термин «скорость света» непосредственно связан с фотонами. Собственно, 300 тыс. км/с – это та скорость, с которой движутся эти не обладающие массой частицы. Их существование неразделимо с движением: уже при своем возникновении фотоны перемещаются, формируя луч.

Энергия, скорость и масса связаны между собой знаменитой формулой Эйнштейна E=mc2. Дополнив ее постоянной Планка, получаем:

где v – длина волны светового излучения (частота фотона); h – константа Планка.

Скомпоновав оба уравнения, можно рассчитать массу:

Повторимся, что так как данная частица существует только в движении, то полученное значение применимо именно для такого состояния.

Очевидно, что с увеличением длины волны (рост частоты) становится больше и энергия. Однако человеческий глаз способен улавливать фотоны с относительно малыми собственными энергиями. Это объясняется значением константы Планка, которая представлена числом в -34 степени, что дает крайне малую энергию. Например, наиболее интенсивный цвет – зеленый. Но даже его энергия составляет 4*10 в степени -19 Джоулей.

Переход от классической механики к современной квантовой, в которой практически все процессы микромира могут быть объяснены в рамках соответствующих моделей, продолжался до 1900-х годов. Одна часть физиков придерживалась корпускулярной теории, высказанной Эйнштейном, а другая же – волновой модели света, предложенной Максвеллом. Окончательно современное представление о фотоне установилось после эксперимента с его рассеянием электроном (так как последний находится вне атома, то для него неприменимо понятие энергетических оболочек).

fb.ru

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ. А1.Определить энергию фотонов, соответствующих наиболее длинным (l = 0,75 мкм) и наиболее коротким (l = 0,40 мкм) волнам видимой части спектра.

Задачи легкие

А1.Определить энергию фотонов, соответствующих наиболее длинным (l = 0,75 мкм) и наиболее коротким (l = 0,40 мкм) волнам видимой части спектра.

А2.К какому виду следует отнести лучи, энергия фотонов которых равна 2?10 –17 , 4?10 –19 , 3?10 –23 Дж?

А3. Какова длина волны фотона с энергией 3,0 эB? К какому типу электромагнитных волн следует отнести дан­ное излучение?

А4. Найти импульс фотона, если соответствующая ему длина волны равна 1,6?10 –8 м.

А5.Каков импульс фотона с энергией 1,0 эВ? Какова длина волны такого излучения?

А6.Почему хвост кометы направлен всегда в сторо­ну, противоположную Солнцу? Почему длина хвоста ко­меты не всегда одинакова?

А7.На поверхность падает нормально электромагнитное излучение интенсивностью I. Определите давление р излучения на поверхность в двух случаях: когда поверхность черная (абсолютно поглощающая) и когда она зеркальная.

Задачи средней трудности

В1. Найти показатель преломления п среды, в которой свет с энергией кванта Е = 4,4?10 –19 Дж имеет длину волны l = 300 нм.

В2. Сколько фотонов испускает в 1 с электрическая лампа мощностью 100 Вт, если средняя длина волны из­лучения 600 нм, а световая отдача лампы 3,3%?

В3. Источник света мощностью 100 Вт испускает 5,0?10 20 фотонов за 1 с. Найти среднюю длину волны излучения.

В4. Сколько фотонов попадает за 1 с в глаза челове­ка, если глаз воспринимает свет с длиной волны 0,50 мкм при мощности светового потока 2,0?10 –17 Вт?

В5.Сколько фотонов попадает за 1 мин на 1 см 2 поверхности Земли, перпендикулярной солнечным лучам? Сол­нечная постоянная[2] w »»1,4?10 3 Дж/(м 2 ?с), средняя длина волны солнечного света lср = 5,5?10 –7 м.

В6. Найти длину волны и частоту излучения, масса фотонов которого равна массе электрона. Какого типа это излучение?

В7. С какой скоростью должен двигаться электрон, чтобы его импульс был равен импульсу фотона с длиной волны 5,2?10 –7 м?

В8. Доказать, что сила давления, оказываемого светом Солнца на какое-либо тело, убывает пропорционально квадрату расстояния этого тела до Солнца.

Задачи трудные

С1.Энергия фотона равна кинетической энергии электрона, имевшего начальную скорость 1,0?10 6 м/с и уско­ренного разностью потенциалов 4,0 В. Найти длину волны фотона.

С2. Капля воды объемом 0,20 мл нагревается светом с длиной волны 0,75 мкм, поглощая ежесекундно 1,0?10 10 фо­тонов. Определить скорость нагревания воды.

С3. Определить уменьшение массы Солнца в 1 с. Расстояние от Солнца до Земли R = 1,5?10 11 м. Определить время, за которое масса Солнца уменьшается на 1 %. Масса Солнца М = 2,0?10 30 кг. Солнечная постоянная w = 1,4?10 3 Дж/(м 2 ?с). Средняя длина волны солнечного света lср = 5,5?10 –7 м.

С4. Находящийся в вакууме легкий ци­линдр может с малым трением вра­щаться вокруг своей оси (ри­с. 23.2). Половина поверхности ци­линдра окрашена в черный цвет, другая половина – зеркальная. Как повернется цилиндр под действием солнечного излучения, если солнеч­ные лучи направлены перпендику­лярно оси цилиндра?

С5. Свет падает на зеркальную поверхность. Определите давление света на эту поверхность, если интенсивность излучения равна I, а угол падения a.

С6. Пучок света с длиной волны 0,49 мкм, падая перпендикулярно поверхности, производит на нее давление 5,0 мкПа. Сколько фотонов падает ежесекундно на 1 м 2 этой поверхности? Коэффициент отражения света от дан­ной поверхности 0,25.

Задача трудная

D1. Опишите качественно зависимость давления света на линзу от расстояния до источника света, находящегося на оп­тической оси линзы. Считайте, что доля отражённого и погло­щённого света пренебрежимо мала.

Дата добавления: 2016-04-11 ; просмотров: 1648 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

helpiks.org

Решение задач по физике квантово-оптические явления

Рассмотрим тему Решение задач по физике квантово-оптические явления из предмета Физика и все вопросы которые связанны с ней. Из представленного текста вы познакомитесь с Решение задач по физике квантово-оптические явления, узнаете ключевые особенности и основные понятия.

Уважаемые посетители сайта, если вы не согласны с той информацией которая представлена на данной странице или считаете ее не правильной , не стоит попросту тратить свое время на написание негативных высказываний, вы можете помочь друг другу, для этого присылайте в комментарии свое «правильное» решение и мы его скорее всего опубликуем .

Ответы в самом низу встроенного документа

19.1. Найти массу фотона, энергию фотона и импульс фотона для:
а)красных лучей с длиной волны = 7200 А; б) рентгеновских лучей с длиной волны Х2 = 25 А; в) у-лучей с длиной волны Х3 = 1,24 • 10_3 А.
19.2. Энергия фотона ?ф = 4,1375 эВ. Найти длину волны, которая ему соответствует.
19.3. Определить энергию фотона, которому соответствует длина волны X = 6 • 10^7 м.
19.4. Определить импульс фотона с энергией Е = 1,2 * 10-18 Дж.
19.5. Масса фотона т = 1,65 5 * 10 35 кг. Какова соответствующая ему длина волны?
19.6. Во сколько раз энергия фотона рентгеновского излучения с длиной волны = 1 А больше энергии фотона видимого света с длиной волны Х2 = 0,4 мкм?
19.7. Во сколько раз отличаются энергии фотонов, которым соответ-ствуют частоты = 5 • 1015Гц и v2 = 1,5 *1016Гн?
19.8. Импульсы фотонов рх = 4 *10“22кг *м/с и р2 = 10

21 кг * м/с. Во сколько раз отличаются соответствующие им длины волн?
19.9. Найти импульс фотона, энергия которого равна энергии покоя электрона.
19.10. Определить ускоряющую разность потенциалов, которую должен пройти электрон, чтобы его энергия была равна энергии фотона, которому соответствует длина волны X = 1,24 пм.
19.11. С какой скоростью должен двигаться электрон, чтобы его импульс был равен импульсу фотона, которому соответствует длина волны X = 600 нм?
19.12. Найти массу фотона, импульс которого равен импульсу молекулы водорода при температуре t = 20 °С. Скорость молекулы равна среднеквадратичной скорости.
19.13. Какова длина волны фотона, энергия которого равна средней кинетической энергии молекулы идеального одноатомного газа при тем-пературе Т = 3000 к?
19.14. Найти абсолютный показатель преломления среды, в которой свет с энергией фотона ? = 4,4 * 10’19 Дж имеет длину волны X = 3 * 10

5 см.
19.15. Поток фотонов падает из вакуума на оптически прозрачное вещество с показателем преломления п для данной длины волны. Определить импульс падающего фотона, если его длина волны в веществе равна X.
19.16°. Фотон, которому соответствует длина волны X = Ю

10м, претерпевает упругий центральный удар с первоначально покоившимся электроном и рассеивается назад. Какую скорость приобретает электрон?
19.17*. Фотон, импульс которого р сталкивается с покоящимся электроном и отлетает под углом © = 90° к первоначальному направлению своего движения. Найти импульс р’ фотона после столкновения. Считать скорость электрона v « с.
19.18*. Фотон с энергией ?ф = 6 кэВ сталкивается с покоящимся электроном. Найти кинетическую энергию Ек, полученную электроном, если в результате столкновения длина волны фотона изменилась на г\ = 20% . Приобретенную электроном скорость считать v « с.
19.19*. В результате столкновения фотона и протона, летевших по взаимно перпендикулярным направлениям, протон остановился, а длина волны фотона изменилась на г[ = 1% . Чему был равен импульс фотона? Скорость протона считать v « с.
19.20. Сколько квантов энергии (фотонов) с частотой v = 997 ГГц со-держится в импульсе излучения с энергией Е = 6,6 • 10

18 Дж?
19.21. Сколько фотонов с длиной волны X = 4500 А содержит импульс монохроматического излучения с энергией Е = 6,62 • Ю”18 Дж?
19.22. Сколько фотонов, средняя энергия которых соответствует частоте v = 4,4 * 1014Гц, излучает за время t = 5 с лампа мощностью Р = 60 Вт?
19.23. Источник монохроматического излучения с длиной волны X имеет мощность Р. Определить число фотонов JV, испускаемых источником ежесекундно.
19.24. Источник монохроматического света мощностью Р — 40 Вт испускает л = 1,2 • Ю20 фотонов в секунду. Определить длину волны из-лучения.

19.25. Сколько фотонов ежесекундно испускает нить электрической лампы полезной мощностью Р = 1 Вт, если длина волны излучения, соответствующая средней энергии фотона, X = 1 мкм?
19.26. Определить мощность монохроматического источника света, если за время t = 1 мин он испускает N = 2 * 1021 фотона. Спектр излучения имеет длину волны X = 5 • 10_7м.
19.27. Какое количество фотонов с длиной волны X = 4500 А излучает монохроматический источник света за время t = 1 мин, если ежесекундно он излучает е = 4,5 • 1СГ8 Дж световой энергии?
19.28. Радиопередатчик мощностью Р — 1 МВт излучает на частоте v — 1 МГц. Какова энергия в электрон-вольтах каждого изучаемого кванта? Сколько квантов излучается за каждый период колебаний электромагнитного поля?
19.29. Сколько фотонов испускает ежесекундно электрическая лампочка мощностью Р = 100 Вт, если длина волны излучения, соответствующая средней энергии фотона, X = 600 нм, а световая отдача лампы т] = 3,3% ?
19.30. Чувствительность сетчатки глаза к желтому свету с длиной волны X = 600 нм составляет Р = 1,7 • 10“18 Вт. Сколько фотонов должно падать ежесекундно на сетчатку, чтобы свет был воспринят?
19.31. Чем более высокое напряжение подают на рентгеновскую трубку, тем более жесткие (т. е. с более короткими волнами) лучи испускает она. Почему? Изменится ли жесткость излучения, если, не меняя анодного напряжения, изменить накал нити катода?
19.32. Под каким напряжением работает рентгеновская трубка, если самые жесткие лучи в рентгеновском спектре этой трубки имеют частоту v = 1018Гц?
19.33. Рентгеновская трубка излучает ежесекундно N = 2 • 1013 фотонов с длиной волны, соответствующей средней энергии фотона, Х= Ю-10м. Определить КПД трубки, если при напряжении U = 50 кВ сила тока I = 10-3 А.
19.34. Монохроматический излучатель полезной мощностью Р = = Ю-10 Вт помещен в прозрачную среду с абсолютным показателем преломления п — 2. Найти количество квантов, излучаемых им за время t = 1 мин, если они имеют длину волны в среде X — 2 • 10-7 м.

19.35. Капля воды массой т = 0,2 г нагревается светом с длиной волны X = 5500 А. Какое количество фотонов N поглощает вода ежесекунд-
АТ
но, если быстрота нагрева капли — = 5 К/с?
At
19.36. Воду, объем которой V = 0,2 мл, нагревают светом с длиной волны X = 0,75 мкм. Ежесекундно вода поглощает N = Ю10 фотонов. Определить скорость нагрева воды, считая, что вся полученная энергия идет на ее нагревание.
19.37. Лазер излучает световые импульсы с энергией W. Частота по-вторения импульсов f. Коэффициент полезного действия, определяемый как отношение излучаемой энергии к потребляемой, составляет тр Какой объем воды нужно прогнать за время т через охлаждающую систему лазера, чтобы вода нагрелась не более чем на ЛТ градусов? Удельная теплоемкость воды с, плотность р.
19.38. Рубиновый лазер дает импульс монохроматического излучения с длиной волны X = 6943 А. Определить концентрацию фотонов в пучке, если мощность излучения лазера Р = 2 МВт, а площадь сечения луча 5 = 4* 10

4 м2.
19.39. Сколько квантов излучения падает за время t = 15 с на по-верхность площадью S2 = 10,4 см2, если ее облучают потоком гамма- лучей с длиной волны X — 10

12 см, мощность которого на площадь
= 1 см2 составляет Р = 0,002 Вт?
19.40. Сколько гамма-квантов падает ежесекундно на поверхность, которую облучают гамма-лучами мощностью Р = 0,001 Вт и длиной волны X = 10-14 м?
19.41. Точечный источник света мощностью Р испускает свет с длиной волны X. Сколько фотонов N падает за время t на маленькую площадку площадью S, расположенную перпендикулярно к падающим лучам, на расстоянии г от источника?
19.42. Мощность точечного источника монохроматического излучения с длиной волны X = 1 мкм Р = 100 Вт. Определить число фотонов, падающих за 1 с на S = 1 см2 площади, расположенной перпендикулярно лучам на расстоянии R = 10 м.
19.43. Точечный источник света мощностью Р0 = 10 Вт испускает свет с длиной волны А, = 500 нм. На каком максимальном расстоянии этот источник будет замечен человеком, если глаз воспринимает свет при условии, что на сетчатку попадает п = 60 фотонов в секунду? Диаметр зрачка d = 0,5 см.

19.44. Луч лазера с длиной волны X = 630 нм имеет вид конуса с углом при вершине а = 10_4рад. Оптическая мощность излучения Р = 3 мВт. На каком максимальном расстоянии наблюдатель сможет увидеть луч лазера, если глаз воспринимает свет при условии, что на сетчатку попадает п = 100 фотонов в секунду? Диаметр зрачка d = 0,5 см.

19.45. Почему хвост кометы направлен всегда в сторону, противопо-ложную Солнцу? Почему длина хвоста кометы не всегда одинакова?
19.46. Доказать, что сила давления, оказываемая светом Солнца на какое-либо тело, обратно пропорциональна квадрату расстояния от этого тела до Солнца.
19.47. Почему давление света на черную поверхность меньше, чем на белую?
19.48. Фотон с энергией Е = 6 эВ падает на зеркало и отражается. Какой импульс получает зеркало?
19.49. Фотон с частотой v падает под углом а на зеркальную поверхность. Какой импульс р получает поверхность при отражении от нее фотона?
19.50. Луч лазера мощностью Л» = 50 Вт падает нормально на погло-щающую поверхность. Определить силу давления светового луча на по-верхность.
19.51. Перпендикулярно поверхности площадью S = 100 см2 ежеминутно падает W = 63 Дж световой энергии. Найти величину светового давления, если поверхность полностью все лучи: а) отражает; б) поглощает.
19.52. Параллельный пучок квантов с частотой v падает на поглощающую поверхность под углом 0. Определить давление света на эту поверхность, если через единицу площади поперечного сечения пучка за секунду проходит п квантов.
19.53. Параллельный пучок света с длиной волны X — 6600 А падает нормально на плоское зеркало. Интенсивность падающего излучения J = 0,63 Вт/м2. Коэффициент отражения k = 0,9. Определить число фотонов, которые ежесекундно поглощаются единицей поверхности.
19.54. Луч лазера мощностью N = 50 Вт падает перпендикулярно по-верхности пластинки, которая отражает k = 50% и пропускает а = 30% падающей энергии. Остальную часть энергии она поглощает. Определить силу светового давления на пластину.
19.55°. Короткий импульс света с энергией Е = 10 Дж в виде узкого параллельного монохроматичного пучка фотонов падает на пластинку под углом 0 = 60°. При этом k = 50% фотонов зеркально отражаются, а остальные поглощаются. Найти импульс, переданный пластинке.
19.56°. Существует проект запуска космических аппаратов с помощью наземного лазера. Запускаемый аппарат снабжают зеркалом, полностью отражающим лазерное излучение. Какова должна быть мощность лазера, обеспечивающего запуск по этой схеме аппарата массой т = 100 кг?
19.57. Небольшое тело массой т — 10 мг, подвешенное на невесомой нерастяжимой нити длиной I = 10 см, поглощает короткий световой импульс с энергией Е = 30 Дж, распространяющийся в горизонтальном направлении (рис. 19.1).
Найти угол отклонения нити.
19.58. Найти давление света на стенки электрической лампы мощностью N — 100 Вт. Колба лампы — сферический сосуд радиусом R — 5 см. Стенки лампы отражают k = 10% падающего на них света. Считать, что вся потребляемая лампой мощность идет на излучение.

19.59. Объяснить существование красной границы фотоэффекта с точки зрения квантовой теории света.
19.60. Красная граница фотоэффекта для натрия X = 547 нм. Найти работу выхода электрона из натрия,
19.61. Какова наименьшая частота света, при которой еще наблюдается фотоэффект, если работа выхода электрона из металла^

3,3 * 10-19 Дж?
19.62. Вычислить длину волны X красной границы фотоэффекта для серебра.
19.63. Красная граница фотоэффекта для некоторого металла X =
— 2750 А. Чему равно минимальное значение энергии фотона, вызывающего фотоэффект?
19.64. Будет ли наблюдаться фотоэффект, если работа выхода электрона из металла А = 3,3 • 10 19 Дж, а свет имеет длину волны X = 5 « 10-7 м?
19.65. Красная граница фотоэффекта для некоторого металла X = = 2200 А. Какова масса фотона, вызывающего фотоэффект?

19.67. Максимальная кинетическая энергия электронов, вылетающих из рубидия при его освещении ультрафиолетовыми лучами с длиной волны X = 3,17 • 10 7м, Е = 2,84 • 10“19 Дж. Определить работу выхода электронов из рубидия и красную границу фотоэффекта.
19.68. Серебряную пластинку освещают светом с частотой v = — 2 * 1015 Гц. Найти максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов.
19.69. Вольфрамовую пластину освещают светом с длиной волны
X = 2000 А. Найти максимальный импульс вылетающих из пластины электронов.
19.70. Пластину освещают монохроматическим излучением с длиной
волны X = 3125 А. Известно, что наибольшее значение импульса, переда-ваемого пластине одним фотоэлектроном, равно р = 3,3 • 10

25кг «м/с. Определить работу выхода электрона из вещества пластины.
19.71. Какой скоростью обладают электроны, вырванные с поверхности натрия, при облучении его светом, частота которого v = 4,5 * 1015Гц? Определить наибольшую длину волны излучения, вызывающего фотоэффект.
19.72. Максимальная скорость фотоэлектронов, вырванных с по-верхности меди при фотоэффекте v = 9,3 • 106м/с. Определить частоту света, вызывающего фотоэффект.
19.73. На металлическую пластину, красная граница фотоэффекта для которой Х0 = 0,5 мкм, падает фотон с длиной волны X = 0,4 мкм. Во сколько раз скорость фотона больше скорости фотоэлектрона?
19.74. С какой скоростью вылетают электроны с поверхности цезия при освещении желтым светом с длиной волны X = 590 нм?
19.75. Цезиевый катод фотоэлемента освещают светом натриевой лампы с длиной волны X = 600 нм. Определить скорость вырываемых из катода фотоэлектронов, если красная граница фотоэффекта для цезия Х0 = 650 нм.
19.76. Если поочередно освещать поверхность металла излучением с длинами волн Xj = 350 нм и Х2 = 540 нм, то максимальные скорости фо-тоэлектронов будут отличаться в п = 2 раза. Определить работу выхода электрона из этого металла.

19.77. Красная граница фотоэффекта А,0 = 234 нм в ft = 1,3 раза больше длины волны излучения, вызвавшего фотоэффект. Какова максимальная скорость фотоэлектронов?
19.78. Для некоторого металла красная граница фотоэффекта в ft = 1,2 раза меньше частоты падающего излучения. Определить работу выхода электрона из данного металла, если максимальная скорость фотоэлектронов равна ит = 6 • 105 м/с.
19.79. Какую максимальную скорость будут иметь фотоэлектроны при облучении поверхности цинка ультрафиолетовым излучением с энергией квантов в ft = 1,5 раза большей работы выхода?
19.80. Определить, во сколько раз частота излучения, вызывающего фотоэффект с поверхности некоторого металла, больше красной границы фотоэффекта, если работа выхода электрона из этого металла в ft = 2,5 раза больше максимальной кинетической энергии фотоэлектронов.
19.81. При некотором минимальном значении задерживающей разности потенциалов фототок с поверхности лития, освещаемого светом с длиной волны Х0, прекращается. Изменив длину волны света в п = 1,5 раза, установили, что для прекращения фототока достаточно увеличить за-держивающую разность потенциалов в ft = 2 раза. Вычислить Х0.
19.82. Если освещать никелевый шар радиусом г = 1 см светом с длиной волны, вдвое меньшей красной границы фотоэффекта, то шар заряжается. Какой заряд приобрел шар?
19.83. Уединенный цинковый шарик облучают ультрафиолетовым светом с длиной волны X = 250 нм. До какого максимального потенциала может зарядиться шарик?
19.84. Медный шарик, удаленный от других тел, под действием света, падающего на него, зарядился до потенциала t = 1,2 В. До какого потенциала ср2 может зарядиться фотоэлемент при освещении его фио-летовым светом с длиной волны Х2 = 400 нм? Фотоэлемент отключен от цепи.
19.86. При исследовании вакуумного фотоэлемента оказалось, что при освещении катода светом с частотой v0 = 1015Гц фототок с поверхности катода прекращается при задерживающем напряжении между катодом и анодом U3 = 2 В. Определить работу выхода электрона из материала катода.

19.87. Определить задерживающее напряжение для электронов, ис-пускаемых с поверхности натрия под действием монохроматического
излучения с длиной волны X = 2000 А.
19.88. Катод фотоэлемента освещают монохроматическим светом. При задерживающем напряжении между катодом и анодом Ux = 1,6 В ток в цепи прекращается. При изменении длины света в k = 1,5 раза потребовалось подать задерживающую разность потенциалов U2 = 3 В. Определить работу выхода электрона из материала катода.
19.89. При длине волны X = 600 нм ток фотоэлектронов в вакуумном фотоэлементе прекращается, если между катодом и анодом подать за-держивающее напряжение U3 не меньше определенного значения. При увеличении длины волны на ц = 25% задерживающее напряжение ока-зывается на AU = 0,4 В меньше. Определить по этим данным постоянную Планка.
19.90. В ходе фотоэффекта электроны, вырываемые с поверхности квантами с частотой = 4 * 1015 Гц, полностью задерживает напряжение Ux = 14 В, а при частоте квантов v2 = 8 * 1015 Гц — напряжение U% = 30 В. Определить по этим данным постоянную Планка.
19.91. Плоская поверхность освещается светом с длиной волны
X = 1800 А. Красная граница фотоэффекта для данного вещества Х0 =
= 3600 А. Непосредственно у поверхности создано однородное магнитное поле с индукцией В — 1,0 мТл. Линии индукции магнитного поля параллельны поверхности. На какое максимальное расстояние от поверхности смогут удалиться фотоэлектроны, если они вылетают перпендикулярно поверхности?
19.92. Цинковую пластинку освещают ультрафиолетовым светом с длиной волны X = 300 нм. На какое максимальное расстояние от пластинки может удалиться фотоэлектрон, если вне пластинки создано задерживающее однородное поле с напряженностью Е = 10 В/см?
19.93. На плоский электрод падает излучение с длиной волны X = 83 нм. На какое максимальное расстояние от поверхности электрода может удалиться фотоэлектрон, если вне электрода создано задерживающее электрическое поле напряженностью Е = 7,5 В/см? Красная граница фотоэффекта соответствует длине волны Х0 = 332 нм.
19.94. Между фотокатодом и анодом приложена такая разность по-тенциалов, что наиболее быстрые фотоэлектроны могут пролететь только половину расстояния между электродами. Смогут ли они долететь до анода, если расстояние между электродами уменьшить вдвое при той же разности потенциалов?
19.95. При освещении вакуумного фотоэлемента монохроматическим светом в его цепи регистрируют ток насыщения силой /н =
= 3 • 10“10А. Оценить число электронов, вырываемых светом из катода ежесекундно и полный заряд, проходящий через фотоэлемент за это время.
19.96. Катод фотоэлемента освещают светом с длиной волны X =
= 5000 А. Мощность излучения, падающего на катод Р = 30 мВт. При этом в цепи фотоэлемента сила тока I = 1 мА. Найти отношение числа падающих фотонов к числу выбитых фотоэлектронов.

xn—-ftbdmba1cp9d.xn--p1ai

Рубрики: Ремонт