Геометрия
Практикум
Математика
Лекции
Графика
Сопромат
Алгебра
Физика

Контрольная

Задачи
Типовой
На главную
Черчение
Механика
Курсовая
Электротехника

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

ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ

Фотоны. Квантовые свойства света

Основные формулы

Энергия фотона Е

Е = hn,

где h – постоянная Планка (h  6,625×10-34 Дж×с); n – частота фотона.

Масса фотона mф

mф = E/c2 = hn/c2,

где с – скорость света в вакууме (c = 3×108 м/с).

Импульс фотона рф

рф = mфc = hn/c.

Давление света P при нормальном падении на поверхность

p = Eе(1+r)/c,
где Eе – энергетическая освещенность (облученность); r – коэффициент отражения.

Формула Эйнштейна для фотоэффекта:

а) в общем случае

hn = A + Wmax,

где hn – энергия фотона, падающего на поверхность металла; А – работа выхода электрона; Wmax – максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона

б) в случае, если энергия фотона E>>A - работы выхода,

hn = Wmax.

Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов в двух случаях (нерелятивистском и релятивистском) выражается различными формулами:

а) если фотоэффект вызван фотоном, имеющим незначительную энергию (hn ≤ 5 кэВ), то

Wmax = m0υ2max/2,

где ; m0 – масса покоя электрона (m0  9,1×10-31 кг); υmax – максимальная скорость фотоэлектрона;

Примеры решения задач

Пример 1. «Красная» граница фотоэффекта для цезия равна . Определите максимальную скорость фотоэлектронов при облучении цезия синими лучами видимого излучения с длиной волны .

Дано:

=6,53×10-7 м;

 =5×10-7 м

v = ?

Решение

Максимальную скорость фотоэлектронов можно определить из уравнения Эйнштейна для фотоэффекта:

Известно, что работа выхода определяется, в частности, «красной» границей фотоэффекта следующим образом:

Скорость фотоэлектрона зависит от энергии фотона, вызывающего фотоэффект. Если энергия фотона  много меньше энергии покоя электрона , то можно воспользоваться классической формулой:

В противном случае кинетическую энергию фотоэлектрона необходимо оценивать по формуле:

Произведём оценку энергии фотона:

(напомним 1эВ = )

Значение энергии фотона много меньше энергии покоя электрона (0,51 МэВ). Следовательно, кинетическая энергия фотоэлектрона в уравнении Эйнштейна может быть определена по классической формуле:

,

откуда:

Подставив числовые значения, найдём максимальную скорость фотоэлектронов:

Ответ:

Пример 2. Параллельный пучок монохроматического света () падает на зачернённую поверхность и производит на неё давление P = 0,3 мкПа. Определить концентрацию n фотонов в световом пучке.

Дано:

 662 нм;

m=0,3 мкПа;



n = ?

Решение

Концентрацию фотонов в пучке можно найти следующим образом:

Объёмная плотность энергии  может быть найдена из формулы, определяющей давление света:

Коэффициент отражения для зачернённой поверхности равен нулю, т.е.:

Энергия фотона: 

Таким образом концентрация фотонов:

Подставляя численные значения получим:

Ответ:

Дифракция света - это совокупность явлений, наблюдающихся при распространении света в среде с резкими неоднородностями и связанных с отклонениями от законов геометрической оптики. Явление дифракции может быть объяснено с помощью принципа Гюйгенса: каждая точка фронта волны является источником вторичных сферических волн, а огибающая этих вторичных волн дает новое положение фронта.

Ядерные реакторы

Сети