Механика Молекулярная физика и термодинамика Электростатика и постоянный ток Электромагнетизм Закон Ампера ФИЗИКА АТОМА И ОСНОВЫ  ФИЗИКИ ЯДРА Геометрическая оптика

Физика задачи. Примеры контрольной по разделам Механика, Молекулярная физика, Электростатика, Оптика

Пример 5. Определить постоянную Планка , если известно, что фотоэлектроны, вырываемые с поверхности металла светом с частотой , полностью задерживаются обратным потенциалом , а вырываемые светом с частотой   – потенциалом .

Дано: ; ;

 ; ;

 .

Найти: .

Решение. Фотоэлектроны задерживаются электрическим полем, если работа электрического поля по их торможению

будет равна (или больше) максимальной кинетической энергии этих фотоэлектронов при их вылете из металла

 . (5.1)

Тогда формула Эйнштейна для фотоэффекта

 .

С учетом формул  и (5.1) уравнение примет вид

 .

Применяя эту формулу для каждого из указанных в условиях случаев, получаем систему двух уравнений

 

 

Откуда

 .

Подставляя заданные численные значения величин, получим

 .

Пример 6. Определить энергию и импульс электрона отдачи при эффекте Комптона, если фотон () был рассеян на угол .

Дано: ; ; .

Найти: , .

Решение. Энергия электрона отдачи равна разности энергий падающего и рассеянного фотонов

 . (6.1)

По формуле Комптона

 . (6.2)

Подставив уравнение (6.2) в формулу (6.1) и учитывая, что , найдем

 .

Подставляя численные значения величин, получим

 .

 .

По закону сохранения импульса имеем

 , (6.3)

где  – импульс электрона отдачи,  – импульс рассеянного фотона,  – импульс падающего фотона.

Учитывая условие задачи , запишем уравнение (6.3) в скалярном виде

 

или . (6.4)

Импульсы падающего и рассеянного фотонов равны

 ; . (6.5)

Подставляя выражения (6.5) в уравнение (6.4) , получаем

 .

Подставим численные значения

 .

 .

Задачи

5.01. На тонкую глицериновую пленку толщиной , нормально к ее поверхности падает белый свет. Определить длины волн λ лучей видимого участка спектра (), которые будут ослаблены в результате интерференции.

5.02. На стеклянную пластинку нанесен тонкий слой прозрачного вещества с показателем преломления . Пластинка освещается пучком параллельных лучей длиной волны , падающих на пластинку нормально. Какую минимальную толщину  должен иметь слой, чтобы отраженные лучи имели наименьшую яркость?

5.03. Расстояние L от щелей до экрана в опыте Юнга равно 1,5 м. Определить расстояние d между щелями, если на отрезке длиной  укладывается  темных интерференционных полос. Длина волны .

5.04. На мыльную пленку в направлении нормали к ее поверхности падает монохроматический свет длиной волны . Отраженный от пленки свет максимально усилен вследствие интерференции. Определить минимальную толщину  пленки. Показатель преломления мыльной воды .

5.05. На стеклянную пластину положена выпуклой стороной плосковыпуклая линза. Сверху линза освещается монохроматическим светом длиной волны . Найти радиус R линзы, если радиус восьмого темного кольца Ньютона в отраженном свете .

5.06. Между стеклянной пластинкой и лежащей на ней плосковыпуклой линзой находится жидкость. Найти показатель преломления п жидкости, если радиус   восьмого темного кольца Ньютона при наблюдении в отраженном свете длиной волны  равен 2 мм. Радиус кривизны линзы .

5.07. Плосковыпуклая линза с фокусным расстоянием  лежит выпуклой стороной на стеклянной пластинке. Радиус пятого темного кольца Ньютона в отраженном свете . Определить длину световой волны λ.

5.08. На поверхность дифракционной решетки нормально к ее поверхности падает монохроматический свет. Постоянная дифракционной решетки в

 раза больше длины световой волны. Найти общее число М дифракционных максимумов, которые теоретически возможно наблюдать в данном случае.

5.09. На дифракционную решетку падает нормально параллельный пучок лучей белого света. Спектры второго и третьего порядка частично накладываются друг на друга. На какую длину волны в спектре второго порядка накладывается фиолетовая граница () спектра третьего порядка?

5.10. Постоянная дифракционной решетки в  раз больше длины световой волны монохроматического света, нормально падающего на ее поверхность. Определить угол α между двумя первыми симметричными дифракционными максимумами.

5.11. На дифракционную решетку, содержащую  штрихов на миллиметр, падает нормально белый свет. Спектр проектируется помещенной вблизи решетки линзой на экран. Определить длину l спектра первого порядка на экране, если расстояние от линзы до экрана . Границы видимого спектра: , .

5.12. Расстояние между штрихами дифракционной решетки . На решетку падает нормально свет с длиной волны . Максимум какого наибольшего порядка дает эта решетка?

5.13. На дифракционную решетку нормально падает пучок света. Угол дифракции для натриевой линии () в спектре первого порядка был найден равным . Некоторая линия дает в спектре второго порядка угол дифракции . Найти длину волны этой линии и число штрихов на 1 мм решетки.

5.14. Луч света, идущий в стеклянном сосуде с водой, отражается от дна сосуда. При каком угле i1 падения отраженный луч максимально поляризован?

5.15. Угол α между плоскостями поляризаторов (поляроидов) равен 600. Естественный свет, проходя через такую систему, ослабляется в  раз. Пренебрегая потерей света при отражении, определить коэффициент поглощения k света в поляроидах.

5.16. Между скрещенными николями поместили пластинку кварца толщиной , в результате чего поле зрения поляриметра стало максимально светлым. Определить постоянную вращения α кварца для монохроматического света, использованного в опыте.

5.17. Луч света переходит из воды в стекло так, что луч, отраженный от границы раздела этих сред, оказывается максимально поляризованным. Определить угол γ между падающим и преломленным лучами.

5.18. Луч света последовательно проходит через два николя, главные плоскости которых образуют между собой угол . Принимая, что коэффициент поглощения k каждого николя равен 0,1 найти, во сколько раз луч, выходящий из второго николя, ослаблен по сравнению с лучом, падающим на первый николь.

5.19. Угол падения луча на поверхность жидкости . Отраженный луч максимально поляризован. Определить угол  преломления луча.

5.20. Пластинку кварца толщиной  поместили между параллельными николями, в результате чего плоскость поляризации монохроматического света повернулась на угол . Какой наименьшей толщины   следует взять пластинку, чтобы поле зрения поляриметра стало совершенно темным?

5.21. Определить температуру Т и энергетическую светимость  абсолютно черного тела, если максимум энергии излучения приходится на длину волны .

5.22. Поток излучения абсолютно черного тела , максимум энергии излучения приходится на длину волны . Определить площадь  излучающей поверхности.

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

5.24. Как и во сколько раз изменится поток излучения абсолютно черного тела, если максимум энергии излучения переместится с красной границы видимого спектра () на фиолетовую ()?

5.25. Какое количество энергии излучает 1 см2 затвердевающего свинца в 1 с? Отношение энергетических светимостей поверхности свинца и абсолютно черного тела для этой температуры считать равным 0,6.

5.26. Абсолютно черное тело находится при температуре . В результате остывания тела длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости, изменилась на . До какой температуры  охладилось тело?

5.27. Из смотрового окошечка печи излучается поток . Определить температуру Т печи, если площадь отверстия .

5.28. Абсолютно черное тело имеет температуру . Какова будет температура Т2 тела, если в результате нагревания поток излучения увеличится в  раз?

5.29. Мощность излучения абсолютно черного тела равна 10 кВт. Найти площадь излучающей поверхности тела, если известно, что длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности его энергетической светимости, равна 700 нм.

5.30. Мощность излучения абсолютно черного тела равна 34 кВт. Найти температуру этого тела, если известно, что поверхность его равна 0,6 м2.

5.31. Красная граница фотоэффекта для цезия . Определить максимальную кинетическую энергию Т фотоэлектронов в электрон-вольтах, если на цезий падают лучи с длиной волны .

5.32. На фотоэлемент с катодом из рубидия падают лучи с длиной волны . Найти наименьшее значение задерживающей разности потенциалов , которую нужно приложить к фотоэлементу, чтобы прекратить фототок.

5.33. На поверхность металла падают монохроматические лучи с длиной волны . Красная граница фотоэффекта . Какая доля энергии фотона расходуется на сообщение электрону кинетической энергии?

5.34. Фотон с энергией  падает на цинковую пластину и вызывает фотоэффект. Определить импульс р, полученный пластиной, если принять, что направления движения фотона и фотоэлектрона лежат на одной прямой, перпендикулярной поверхности пластины.

5.35. На металлическую пластину направлен пучок ультрафиолетовых лучей (). Фототок прекращается при минимальной задерживающей разности потенциалов . Определить работу выхода А электронов из металла.

5.36. Рентгеновские лучи () рассеиваются электронами, которые можно считать практически свободными. Определить максимальную длину волны  рентгеновских лучей в рассеянном пучке.

5.37. Определить угол  , на который был рассеян  с энергией  при эффекте Комптона, если кинетическая энергия электрона отдачи .

5.38. В результате эффекта Комптона на свободных электронах фотон с энергией  был рассеян на угол . Определить энергию  рассеянного фотона.

5.39. Фотон с энергией  был рассеян при эффекте Комптона на свободном электроне на угол . Определить кинетическую энергию Т электрона отдачи.

5.40. Какая доля энергии фотона приходится при эффекте Комптона на электрон отдачи, если рассеяние фотона происходит на угол ? Энергия фотона до рассеяния .

. Матвеев А.Н. Механика и теория относительности. М.: Высшая школа, 1986. 208 с. 2. Епифанов Г.И., Мома Ю.А. Твердотельная электроника. М.: Высшая школа, 1986. 317 с. 3. Чертов А.Г. Единицы физических величин. М.: Высшая школа, 1977. 4. Диденко А.Я. , Филиппов В.П. Сборник задач по физике. Ч. 2. М.: ЦНИИатоминформ, 1992. 96 с.
Физика примеры решения задач