Согласно гипотезе световых квантов Эйнштейна, свет испускается, поглощается и распространяется дискретными порциями (квантами), названными фотонами.

Масса движения фотона m? находится из закона взаимосвязи массы и энергии

. (1.19)

Фотон – элементарная частица, которая всегда движется со скоростью света с и имеет массу покоя, равную нулю. Следовательно, масса фотона отличается от массы таких элементарных частиц, как электрон, протон и нейтрон, которые обладают отличной от нуля массой покоя и могут находиться в состоянии покоя.

Импульс фотона р? определяется по формуле

. (1.20)

Итак, как мы видим, фотон, как и любая другая частица, характеризуется энергией, массой и импульсом.

Если фотоны обладают импульсом, то свет, падающий на тело, должен оказывать на него давление. С точки зрения квантовой теории, давление света на поверхность обусловлено тем, что каждый фотон при соударении с поверхностью передает ей свой импульс.

Световое давление определяется по формуле

, (1.21)

где – коэффициент отражения света;Е0 – энергия, падающая на единицу поверхности за единицу времени (мощность излучения Е0 = Nhv, где N – число фотонов, падающих на единицу поверхности за одну секунду).

§1.3 Двойственная природа электромагнитного излучения вещества

Эффектом Комптона называется упругое рассеяние коротковолнового электромагнитного излучения (рентгеновского и ? – излучений) на свободных (или слабосвязанных) электронах вещества, сопровождающееся увеличением длины волны.

Объяснение эффекта Комптона дано на основе квантовых представлений о природе света. Если считать, что излучение имеет корпускулярную природу, т.е. представляет собой поток фотонов, то эффект Комптона – результат упругого столкновения рентгеновских фотонов со свободными электронами вещества (для легких атомов электроны слабо связаны с ядрами атомов, поэтому их можно считать свободными). В процессе этого столкновения фотон передает электрону часть своих энергии и импульса в соответствии с законами их сохранения.

Экспериментально Комптон получил следующее выражение

, (1.22)

где ? 1 – длина волны рассеянного кванта; ? – длина волны падающего кванта; ?к =2,43•10 -12 мкомптоновская длина волны (при рассеянии фотона на электроне); m0 – масса покоя электрона; – угол рассеяния.

Если электрон сильно связан с атомом, то при рассеянии на нем фотона последний передает энергию и импульс не электрону, а атому в целом. Масса атома во много раз больше массы электрона. Поэтому атому передается лишь незначительная часть энергии фотона, так что длина волны ? 1 рассеянного излучения практически не отличается от длины волны ? падающего излучения. Доля электронов, сильно связанных в атомах, увеличивается с ростом массы атомов. Поэтому, чем тяжелее атомы рассеивающего вещества, тем больше относительная интенсивность несмещенной компоненты (? 1 =?) в рассеянном излучении.

В отличие от рассеяния фотонов, осуществляющегося как на свободных, так и на связанных электронах, поглощать фотоны могут только связанные электроны. Например, при внешнем фотоэффекте фотон поглощается связанным электроном, который расходует часть полученной энергии на совершение работы выхода, являющейся мерой связи электрона в веществе.

Поглощение фотона свободным электроном невозможно, так как этот процесс противоречил бы законам сохранения энергии и импульса.

studfiles.net

Поурочные разработки к учебнику Г. Я. Мякишева, Б. Б. Буховцева

Урок 104. Фотоны

Цель: сформировать у учащихся представление о фотоне.

II. Лабораторная работа (фронтальный эксперимент)

Задание: Исследуйте и объясните явления, возникающие в электрической цепи (рис. 95) при освещении неоновой лампочки лампой накаливания.

R = 3 · 10 8 м/с; C 1 = 1 мкФ; C 2 = 0,5 мкФ.

Неоновые лампы имеют цезиевый катод. За счет этого лампочка оказывается чувствительной к белому свету и ультрафиолетовому излучению. Перед опытом подают напряжение, несколько меньшее напряжения зажигания неоновой лампочки. При освещении катода кванты света выбивают с его поверхности электроны, что вызывает усиление тока и зажигание лампочки. При этом сопротивление резко падает, и батарея конденсаторов разряжается через лампочку и громкоговоритель, вызывая щелчок. Меняя расстояние от лампочки до осветителя, замечаем изменение частоты следования щелчков.

III. Изучение нового материала

Фотон — материальная, электрически нейтральная частица. Энергия фотона:

Согласно теории относительности:

Отсюда где m — масса фотона, эквивалентная энергии.

Импульс

Импульс фотона направлен по световому пучку.

Основные свойства фотона:

1. Является частицей электромагнитного поля.

2. Движется со скоростью света.

3. Существует только в движении.

4. Остановить фотон нельзя: он либо движется со скоростью v = с, либо не существует. Следовательно, масса покоя фотона равна нулю.

Таким образом, многие физики в начале XX в. пришли к выводу, что свет обладает двумя свойствами:

1) При распространении он проявляет волновые свойства.

2) При взаимодействии с веществом проявляет корпускулярные свойства. Его свойства не сводятся ни к волнам, ни к частицам. Подтверждает закон диалектики: количество переходит в качество. Чем больше ц тем ярче выражены квантовые свойства света и менее — волновые.

IV. Закрепление изученного материала

— Что представляет собой фотон?

— Перечислите основные свойства фотона?

— Напишите формулу энергии фотона, зная частоту колебаний света, либо используя длину волны.

— Как определить массу и импульс фотона?

— Как направлен импульс фотона?

V. Решение задач

Определите энергию, массу и импульс фотона видимого света с длиной волны ? = 500 нм.

Импульс фотона:

(Ответ: )

Определите длину волны фотона, импульс которого равен импульсу электрона, пролетевшего ускоряющую разность потенциалов 4,9 В.

Сколько фотонов попадает за 1 с в глаза человека, если глаз воспринимает свет с длиной волны 0,5 мкм при мощности светового потока 2 · 10 -17 Вт?

Полная энергия фотона, попавшего в глаз, равна W = P · t .

www.compendium.su

1. Диаметр вольфрамовой спирали в электрической лампочке равен 0,2 мм, длина спирали 5 см. При включении лампочки в цепь напряжением 220 В через лампочку течет ток 0,31 А. Найти температуру спирали, если все выделяющееся в нити тепло теряется в результате лучеиспускания. Отношение энергетических светимостей вольфрама и абсолютно черного тела считать равным 0,31.

2. Мощность теплового излучения поверхности Земли в космос принимается равной 91?10 –4 Вт/см 2 . Какова температура абсолютно черного тела, имеющего ту же мощность излучения? Каков коэффициент «серости» тела, если при температуре 15 °С (средняя температура поверхности Земли) оно имеет ту же мощность излучения?

3. Температура вольфрамовой спирали в 25-ваттной электрической лампочке равна 2450 К. Отношение ее энергетической светимости к энергетической светимости абсолютно черного тела при данной температуре равно 0,3. Найти величину излучающей поверхности спирали.

4. Вольфрамовая нить накаливается в вакууме током 1 А до температуры 1000 К. При каком значении тока нить накалится до 3000 К? При расчете пренебречь потерями энергии вследствие теплопроводности подвесов нити и обратным излучением окружающих тел.

5. Найти мощность теплового излучения Солнца через площадку 1 см 2 , перпендикулярную к солнечным лучам и находящуюся на поверхности Земли. Температуру поверхности Солнца принять равной 5800 К. Излучение Солнца считать близким к излучению абсолютно черного тела. Расстояние от Солнца до Земли равно 1,5?10 11 м, радиус Солнца — 6,95?10 8 м.

6. Вольфрамовая нить диаметром 0,1 мм соединена последовательно с другой вольфрамовой нитью такой же длины. Нити накаливаются в вакууме электрическим током, причем первая нить имеет температуру 2000 К, а вторая — 3000 К. Каков диаметр второй нити?

7. Найти мощность, получаемую от Солнца горизонтальным участком Земли площадью 500 м 2 . Высота Солнца над горизонтом равна 30°. температуру поверхности Солнца принять равной 5800 К. Излучение Солнца считать близким к излучению абсолютно черного тела. Расстояние от Солнца до Земли 1,5?10 11 м, радиус Солнца — 6,95?10 8 м. Сравнить со случаем, когда солнечные лучи падают перпендикулярно на поверхность Земли.

8. Мощность излучения абсолютно черного тела равна 10 кВт. Найти величину излучающей поверхности тела, если известно, что длина волны, на которую приходится максимум его излучательной способности, равна 700 нм.

9. При охлаждении абсолютно черного тела длина волны, на которую приходится максимум излучательной способности, изменилась с 400 до 600 нм. Во сколько уменьшилась при этом энергетическая светимость тела?

10. При нагревании абсолютно черного тела длина волны, на которую приходится максимум его излучающей способности, изменилась от 700 до 500 нм. Во сколько раз увеличилась при этом энергетическая светимость тела?

11. Температура абсолютно черного тела изменилась при нагревании от 1000 до 3000 К. Во сколько раз увеличилась при этом его энергетическая светимость? На сколько изменилась при этом длина волны, на которую приходится максимум его излучательной способности?

12. Как изменилось бы общее количество энергии, излучаемой Солнцем, если бы одна половина его поверхности немного охладилась, а другая на столько же нагрелась? Ответ обосновать.

13. Абсолютно черное тело находится при температуре 2900 К. В результате остывания этого тела длина волны, на которую приходится максимум его излучательной способности, изменилась на 9 мкм. До какой температуры охладилось тело?

14. Какую мощность надо подводить к зачерненному металлическому шарику радиусом 2 см, чтобы поддерживать его температуру на 30° выше температуры окружающей среды? Считать, что тепло выделяется только вследствие излучения.

15. Найти температуру печи, если из отверстия в ней размером 6,1 см 2 излучается в одну секунду 8,28 кал. Излучение считать близким к излучению абсолютно черного тела (1 кал = 4,19 Дж).

16. Какое количество энергии излучает Солнце в одну минуту? Излучение Солнца считать близким к излучению абсолютно черного тела. Температуру поверхности Солнца принять равной 5800 К, радиус Солнца — 6,95?10 8 м.

17. Какое количество энергии излучает один квадратный сантиметр поверхности затвердевающего свинца в одну секунду? Отношение энергетических светимостей поверхности свинца и абсолютно черного тела для данной температуры считать равным 0,6. Температура плавления свинца равна 327,5 °С.

18. Мощность излучения абсолютно черного тела равна 34 кВт. Найти температуру этого тела, если известно, что площадь его поверхности равна 0,6 м 2 .

19. Раскаленная металлическая поверхность площадью 10 см 2 излучает в одну минуту 4?10 4 Дж энергии. Температура поверхности равна 2500 К. Каково было бы излучение этой поверхности, если бы она была абсолютно черной? Каково отношение энергетических светимостей этой поверхности и абсолютно черного тела при данной температуре?

20. Найти мощность излучения с квадратного сантиметра поверхности абсолютно черного тела, если известно, что его максимальная излучательная способность приходится на длину волны 484 нм.

21. Чему равны длины волн, соответствующие максимуму излучательной способности, если источником служит: 1) спираль электрической лампочки (Т = 3000 К); 2) поверхность Солнца (Т = 6000 К); 3) атомная бомба, в которой в момент взрыва развивается температура Т = 10 9 К?

22. На какую длину волны приходится максимум излучательной способности абсолютно черного тела, имеющего температуру, равную температуре человеческого тела (36,6°)?

23. Поверхность тела нагрета до температуры 1000 К. Затем одна половина этой поверхности нагревается на 100 К, а другая охлаждается на 100 К. Во сколько раз изменится энергетическая светимость этого тела?

24. Зачерненный шарик остывает от 27 до 20 °С. На сколько изменилась длина волны, соответствующая максимуму его излучательной способности?

25. Интенсивность солнечного излучения вблизи Земли за пределами атмосферы равна 1,35?10 3 Дж/(м 2 с). Считая, что Солнце излучает как абсолютно черное тело, определить температуру его поверхности. Расстояние от Земли до Солнца равно 1,5?10 11 м.

26. С какой скоростью должен двигаться электрон, чтобы его кинетическая энергия была равна энергии фотона с длиной волны 520 нм?

27. С какой скоростью должен двигаться электрон, чтобы его импульс был равен импульсу фотона с длиной волны 500 нм?

28. Какую частоту и длину волны должен иметь фотон, чтобы его масса была равна массе покоя протона.

29. Какую энергию должен иметь фотон, чтобы его масса была равна массе покоя электрона?

30. При какой температуре кинетическая энергия молекулы двухатомного газа будет равна энергии фотона с длиной волны 600 нм?

31. Найти массу фотона, импульс которого равен импульсу молекулы водорода при температуре 20 °С. За скорость молекулы принять ее среднеквадратичную скорость. Молярная масса водорода равна 2 г/моль.

32. Найти массу фотона, импульс которого равен импульсу молекулы кислорода при температуре 50 °С. За скорость молекулы принять ее среднеквадратичную скорость. Молярная масса кислорода равна 32 г/моль.

33. Интенсивность солнечного света, достигающего поверхности Земли, составляет 1300 Вт/м 2 . Какому количеству фотонов, падающих на 1 см 2 за 1 с, соответствует эта величина? При вычислениях примите среднюю длину световой волны равной 550 нм.

34. Электрическая лампа мощностью 100 Вт испускает 3 % потребляемой энергии в виде света (средняя длина волны 550 нм) равномерно по всем направлениям. Сколько фотонов видимого света попадает за 1 с в зрачок наблюдателя (диаметр зрачка равен 4 мм), находящегося на расстоянии 10 км от лампы?

35. Чему равны импульс и эффективная масса рентгеновского фотона с длиной волны 0,1 нм?

36. Найти массу фотона для: 1) красных лучей света (l = 700 нм); 2) рентгеновских лучей (l = 25 пм); 3) гамма-лучей (l = 1,24 пм).

37. Определить энергию, массу и импульс фотона, если соответствующая ему длина волны равна 1,6 пм.

38. Импульс, переносимый монохроматическим пучком фотонов через площадку 2 см 2 за 0,5 мин., равен 3?10 –4 г?см/с. Найти для этого пучка фотонов энергию, падающую на единицу площади в единицу времени в СИ.

39. Чему равна энергия и масса фотона с длиной волны: 1) 400 нм; 2) 700 нм; 3) фотонов, генерируемых радиостанцией на частоте 100 МГц?

40. Чему равна самая короткая длина волны рентгеновского излучения, испускаемого при соударении электронов с экраном телевизора, работающего при ускоряющем напряжении 30 кВ?

41. Если релятивиская масса фотона равна 10 –15 г, то каков его импульс (в СИ)? Чему равна его длина волны?

42. Связь энергии с длиной волны фотона удобно записывать в виде: l = k/E. Найдите численное значение постоянной k, если длина волны измеряется в ангстремах, а Е — в электрон-вольтах.

43. Пороговая чувствительность сетчатки человеческого глаза к желтому свету составляет 1,7?10 –18 Вт. Какому числу ежесекундно падающих на сетчатку фотонов это соответствует? Длину волны принять равной 580 нм.

44. Какова длина волны (в ангстремах) фотона с энергией 1 МэВ?

45. Сколько квантов содержит 0,1 мкДж излучения с длиной волны 1 мкм?

46. Мощность источника света с длиной волны 750 нм равна 4,5 Вт. Сколько фотонов в секунду испускает этот источник?

47. Считая, что средняя длина волны излучения лампочки равна 1200 нм, найти число фотонов, испускаемых ею в единицу времени. Мощность лампочки 100 Вт.

48. Мощность точечного источника монохроматического света равна 10 Вт на длине волны 500 нм. На каком максимальном расстоянии этот источник будет замечен человеческим глазом, если глаз реагирует на световой поток 60 фотонов в секунду? Диаметр зрачка равен 0,5 см.

49. Какому числу фотонов излучений с длинами волн 1 мкм и 2 пм соответствует энергия 1 эрг? (1 эрг = 10 –7 Дж).

50. Мощность, рассеиваемая в виде излучения во всех направлениях лампочкой карманного фонарика равна 1 Вт, средняя длина волны излучения — 1 мкм. Сколько фотонов проходит за секунду через площадку 1 см 2 , расположенную на расстоянии 10 км от лампочки перпендикулярно лучам?

51. При падении света с длиной волны 230 нм на металл ток в цепи с фотоэлементом падает до нуля при обратном напряжении 1,64 В. Чему равна работа выхода электрона из этого металла?

52. Определить максимальную скорость электрона, вылетевшего из цезия при освещении светом с длиной волны 400 нм. Работа выхода электрона из цезия равна 1,9 эВ.

53. На медный шарик падает свет, длина волны которого равна 0,165 мкм (ультрафиолет). До какого потенциала зарядится шарик, если работа выхода электрона из меди равна 4,5 эВ?

54. Найти частоту света, вырывающего с поверхности металла электроны, полностью задерживающиеся потенциалом в 3 В. Фотоэффект для этого металла начинается при частоте падающего света 6?10 14 Гц.

55. Найти величину задерживающего потенциала для фотоэлектронов, испускаемых при освещении калия светом, длина волны которого равна 330 нм. Работа выхода электрона из калия равна 2 эВ.

56. При фотоэффекте на платиновой поверхности величина задерживающего напряжения равна 0,8 В. Найти: 1) длину волны применяемого излучения; 2) максимальную длину волны, при которой еще возможен фотоэффект. Работа выхода электрона из платины равна 5,3 эВ.

57. Кванты света с энергией 4,6 эВ вырывают фотоэлектроны из металла с работой выхода 4,5 эВ. Найти максимальный импульс, передаваемый поверхности металла при вылете каждого электрона.

58. Длина волны падающего на цезиевый катод излучения равна 0,25 мкм. Работа выхода для цезия — 1,9 эВ. Найти импульс вылетающего электрона и импульс, получаемый катодом при каждом вылете электрона. Электроны вылетают навстречу падающему свету нормально к поверхности катода.

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

60. Определить наибольшую длину световой волны, при которой может иметь место фотоэффект: 1) для платины (работа выхода — 5,3 эВ); 2) для цезия (работа выхода — 1,9 эВ).

61. Для цезия работа выхода электрона равна 1,9 эВ. Какова максимальная длина волны света, который способен выбивать из металла электрон с кинетической энергией 2 эВ?

62. Работа выхода для бария равна 2,48 эВ. Чему равна максимальная кинетическая энергия электронов, если на металл падает свет с длиной волны 480 нм? Чему равна скорость вылетевших электронов?

63. Пороговая длина волны для испускания электронов с данной поверхности равна 380 нм. Чему будет равна максимальная кинетическая энергия испущенных с поверхности электронов, если длина волны падающего света изменится и станет равной: 1) 480 нм; 2) 280 нм?

64. Найти красную границу фотоэффекта для лития (работа выхода равна 2,4 эВ), натрия (работа выхода 2,3 эВ).

65. Красная граница фотоэффекта для некоторого металла равна 275 нм. Чему равно минимальное значение энергии фотона, вызывающего фотоэффект?

66. Красная граница фотоэффекта для некоторого металла равна 275 нм. Найти: 1) работу выхода электрона из металла; 2) максимальную скорость электронов, вырванных из металла светом с длиной волны 180 нм; 3) максимальную кинетическую энергию электронов.

67. Какова предельная разность потенциалов между пластинкой вольфрама и стенами лаборатории (землей), если пластинку освещать светом с длиной волны 200 нм (ультрафиолет)? Работа выхода электрона из вольфрама равна 7,7?10 –19 Дж.

68. Под действием рентгеновских лучей пластинка цинка зарядилась так, что разность потенциалов между ней и «землей» достигла значения 1500 В. Каков знак заряда пластинки? Какова длина волны рентгеновского излучения? Работа выхода для цинка равна 3,74 эВ.

69. До какого максимального потенциала зарядится цинковая пластинка, если она будет облучаться монохроматическим светом с длиной волны 324 нм? Работа выхода электрона из цинка равна 3,74 эВ.

70. Найти постоянную Планка, если фотоэлектроны, вырываемые с поверхности некоторого металла светом с частотой 1,2?10 15 Гц, задерживаются потенциалом 3,1 В, а вырванные светом с длиной волны 125 нм — потенциалом 8,1 В.

71. Свет с какой длиной волны следует направить на поверхность цинка (красная граница равна 0,35 мкм), чтобы максимальная скорость фотоэлектронов была равной 2000 км/с?

72. Какую максимальную скорость имеют электроны, вырванные из натрия (красная граница фотоэффекта равна 0,68 мкм) светом с длиной волны 0,5 мкм?

73. Какую максимальную скорость могут получить вырванные из калия электроны (работа выхода равна 2 эВ) при облучении светом с длиной волны 0,42 мкм?

74. Свет какой частоты следует направить на поверхность платины (работа выхода равна 6,3 эВ), чтобы максимальная скорость фотоэлектронов была равна 1500 км/с?

75. Работа выхода для цинка 5,6?10 –19 Дж. Возникнет ли фотоэффект под действием излучения с длиной волны 0,45 мкм?

76. В эффекте Комптона фотон с длиной волны 0,1 нм претерпевает лобовое столкновение со свободным электроном и отбрасывает его в направлении своего движения. Рассеянный фотон движется в обратном (относительно фотона) направлении. Определите: 1) кинетическую энергию электрона; 2) длину волны рассеянного фотона.

77. Найдите энергию рентгеновского фотона, если при комптоновском рассеянии его на угол 45° длина волны рассеянного фотона равна 0,5 A.

78. Фотон с длиной волны l сталкивается с покоящимся свободным электроном. После соударения длина волны фотона равна l?, а направление его движения меняется на противоположное. Чему равна кинетическая энергия электрона после соударения? Ответ выразите через l и l?.

79. Какова была длина волны рентгеновского излучения, если при комптоновском рассеянии этого излучения графитом под углом 60° длина волны рассеянного излучения оказалась равной 0,25 A?

80. Рентгеновские фотоны с длиной волны 0,2 A испытывают комптоновское рассеяние под углом 90°. Найти: 1) изменение длины волны фотона при рассеянии; 2) кинетическую энергию электрона отдачи.

81. Энергия падающего фотона распределяется поровну между рассеянным фотоном и кинетической энергией электрона отдачи. Угол рассеяния равен 90°. Найти энергию и импульс рассеянного фотона.

82. Энергия рентгеновского фотона равна 0,6 Мэв. Найти кинетическую энергию электрона отдачи, если известно, что длина волны рентгеновского излучения после комптоновского рассеяния изменилась на 20 %.

83. Рентгеновские лучи с длиной волны 70,8 пм испытывают комптоновское рассеяние на парафине. Найти длину волны рентгеновских лучей, рассеянных в направлениях: 1) 90°; 2) 180°.

84. Длина волны первичного рентгеновского излучения 0,71A. Найдите длины волн излучения, рассеянного под углами 45°, 90° и 135° на свободных электронах.

85. Энергия фотонов падающего излучения 20 кэВ. Какая часть энергии фотона передается электрону при комптоновском рассеянии на угол 30°?

86. Энергия падающего фотона распределяется между рассеянным фотоном и электроном отдачи при комптоновском взаимодействии в пропорции 2:1. Угол рассеяния равен 180°. Найдите длины волн падающего и рассеянного фотонов.

87. Найдите частоту рентгеновского излучения, если при комптоновском рассеянии этого излучения под углом 90° длина волны рассеянного излучения оказалась равной 0,71 A.

88. Энергия рентгеновского фотона равна 20 кэВ. Найдите кинетическую энергию электрона отдачи и энергию рассеянного фотона, если длина волны при рассеянии изменилась на величину, равную комптоновской длине волны электрона.

89. Рентгеновские фотоны с энергией 20 кэВ рассеиваются под углом 60°. найдите изменение частоты фотона при рассеянии, энергию электрона отдачи.

90. Какова частота рентгеновского излучения, рассеянного на угол 45°, 90°, 135°? Энергия фотонов падающего излучения равна 20 кэВ.

91. Найдите импульс фотонов, рассеянных на угол 45°, 60°, 90°, если энергия фотонов падающего излучения была равной 50 кэВ.

92. Найти энергию рентгеновского фотона, если при комптоновском рассеянии его на угол 60° длина волны рассеянного фотона стала равна 1 A.

93. Чему была равна частота рентгеновского излучения, если при комптоновском рассеянии его под углом 45° длина волны рассеянного излучения стала равной 0,5 A?

94. Рентгеновские фотоны с длиной волны 0,4 A испытывают комптоновское рассеяние под углом 135°. Найти изменение частоты фотона при рассеянии.

95. Фотон с энергией 25 кэВ рассеивается под углом 30°. Найти изменение частоты фотонов при рассеянии.

96. Фотон с длиной волны 0,2 A испытывает комптоновское рассеяние под углом 180°. Найти частоту рассеянного фотона и кинетическую энергию электрона.

97. Найти изменение длины волны и импульс фотонов, рассеянных под углами 30°, 120°, если энергия падающих фотонов равна 40 кэВ.

98. Длина волны рентгеновского фотона равна 0,1 A. Какая часть энергии фотона передается электрону при комптоновском рассеянии на угол 45°?

99. На сколько процентов уменьшится частота рентгеновских фотонов с длиной волны 0,1 A при комптоновском рассеянии под углами 30°, 60°, 90°, 180°?

100. Найдите импульс и энергию фотонов, рассеянных на угол 45°, 90°, если энергия фотонов падающего излучения была равной 20 кэВ.

101. Чему равны энергии и длины волн двух фотонов, возникающих при аннигиляции электрон-позитронной пары? Электрон и позитрон первоначально покоятся.

102. Чему равна полная кинетическая энергия электрон-позитронной пары, образованной фотоном с энергией 3,6 МэВ?

103. Чему равна минимальная энергия фотона, необходимая для рождения пары m + — m – ? Масса каждого мюона в 207 раз больше массы электрона. Чему равна длина волны такого фотона?

104. Фотон образует электрон—позитронную пару. Кинетическая энергия каждой частицы равна 435 кэВ. Чему равны энергия и длина волны фотона?

105. Предположим, что при аннигиляции электрон—позитронной пары образовалось три фотона. Если они наблюдаются в системе отсчета, связанной с покоящейся электрон—позитронной парой, то чему равны возможные значения энергии фотонов?

106. Чему равна максимальная длина волны фотона, необходимого для рождения электрон—позитронной пары?

107. Монохроматический пучок света (l = 490 нм), падая нормально на поверхность, производит давление 5?10 –8 Па. Сколько квантов света падает ежесекундно на единицу площади этой поверхности? Коэффициент отражения света равен 0,25.

108. Часть стенки колбы электролампы накаливания, представляющей собой сферу радиусом 4 см, посеребрена. Лампа потребляет мощность 50 Вт, из которых 90 % затрачивается на излучение. Что больше: давление газа в колбе (10 –8 мм.рт.ст.) или световое давление на стенки? 1 мм.рт.ст. = = 133,3 Па.

109. Плотность потока световой энергии равна 300 Вт/м 2 . Определить давление света, падающего нормально на зеркальную поверхность. Сколько фотонов с длиной волны 700 нм падает ежесекундно на 1 см 2 поверхности?

110. Поток монохроматического излучения (l = 500 нм) нормально падает на плоскую зеркальную поверхность площадью 1 см 2 и давит на нее с силой 10 –8 Н. Определить число фотонов, ежесекундно падающих на эту поверхность.

111. Параллельный пучок монохроматических лучей (l = 6630 A) падает на зачерненную поверхность и производит на нее давление, равное 3?10 –7 Н/м 2 . Определить концентрацию фотонов в световом пучке.

112. Монохроматический параллельный пучок света (l = 0,6 мкм) падает нормально на зачерненную поверхность. Определить число фотонов, ежесекундно поглощаемых 1 см 2 поверхности, если давление света на поверхность равно 10 –6 Бар. 1 Бар = 10 5 Па.

113. На идеально отражающее зеркало площадью 3 см 2 падает свет. Определить силу давления света, если плотность потока световой энергии равна 10 4 Вт/см 2 .

114. Найти давление света на стенки электрической 150-ваттной лампы. Колба лампы имеет форму сферы радиусом 6 см. Стенки лампы отражают 12 % падающего на них света и поглощают 5 %. Считать, что вся потребляемая мощность идет на излучение.

115. На поверхность площадью 50 см 2 ежеминутно падает 60 Дж световой энергии. Найти величину светового давления, считая поверхность идеально отражающей.

116. На поверхность площадью 100 см 2 ежеминутно падает 80 Дж световой энергии. Найти давление света, считая, что поверхность полностью поглощает все падающие на нее лучи.

117. На поверхность площадью 0,01 м 2 ежеминутно падает 65 Дж световой энергии под углом падения 30°. Вычислить световое давление на поверхность, если она полностью поглощает свет.

118. У электролампы-рефлектора посеребренная часть стенки баллона представляет собой полусферу, полностью отражающую свет. Лампа потребляет мощность 75 Вт, 80 % которой идет на излучение. Радиус баллона 4 см. Чему равно световое давление на посеребренную часть баллона?

119. Плотность потока солнечного излучения на границе земной атмосферы составляет 1,4 кВт/м 2 . Определить давление солнечного света на непрозрачную пластинку, если коэффициент отражения пластинки 8 %.

120. Плотность потока солнечного излучения на границе земной атмосферы составляет 1,4 кВт/м 2 . Определить давление солнечного света на стеклянную пластинку, отражающую 4 % всех лучей и поглощающую 6 % их энергии. Угол падения света на пластинку равен нулю.

121. Решите задачу 120 при угле падения света на пластинку 45°.

122. Монохроматический пучок света (l = 500 нм), падая на непрозрачную поверхность под углом 30°, производит давление 3?10 –8 Па. Сколько квантов света падает ежесекундно на единицу площади этой пластинки, если коэффициент отражения света равен 0,1?

123. Плотность потока световой энергии равна 200 Вт/м 2 . Определить давление света, падающего под углом 45° на зачерненную поверхность. Сколько фотонов с длиной волны 600 нм падает ежесекундно на 0,5 см 2 поверхности. Излучение считать монохроматическим.

124. Решить предыдущую задачу, считая поверхность идеально зеркальной, а угол падения равным 60°.

125. На непрозрачную поверхность с коэффициентом отражения 0,2 падает нормально монохроматический пучок света с длиной волны 400 нм. Сколько фотонов ежесекундно поглощается 1 см 2 поверхности, если световое давление составляет 10 –10 Па.

Литература

Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики: Учеб. пособие для втузов. ? 3-е изд., испр. ? М.: Высш. шк., 2001. ? 718 с.

Трофимова Т. И. Курс физики: Учебное пособие для вузов. — 7-е изд., стер. — М.: Высш. шк., 2001. — 542 с.

ВАГАН Владимир Алексеевич

ДЖУЖУК Игорь Иванович

ШЕГАЙ Владимир Викторович

к типовому расчету работам по физике

для студентов 2-го курса технических специальностей

всех форм обучения

Редактор Т. С. Колоскова

Дата добавления: 2015-10-21 ; просмотров: 370 | Нарушение авторских прав

mybiblioteka.su

Рубрики: Эксплуатация