Физика ИжГТУ 9 разделов (раздел8)

Разделы:

Физика. Оптика. Квантово-оптические явления.

1. Гелий–неоновый лазер работает в непрерывном режиме, развивая мощность Р = 2,0 мВт. Излучение лазера имеет длину волны λ = 630 нм. Сколько фотонов излучает лазер за одну секунду?

2. Для калия красная граница фотоэффекта λmax = 0,62 мкм. Какую максимальную скорость и могут иметь фотоэлектроны, вылетающие при облучении – калия фиолетовым светом с длиной волны λ = 0,42 мкм?

3. Минимальная частота света, вырывающего электроны с поверхности металлического катода, ν0 = 6,0·1014 Гц. При какой частоте ν света вылетевшие электроны полностью задерживаются разностью потенциалов U = 3,0 В?

4. При освещении поверхности некоторого металла фиолетовым светом с длиной волны λ1 = 0,40 мкм выбитые светом электроны полностью задерживаются разностью потенциалов (запирающим напряжением) U1 = 2,0 В. Чему равно запирающее напряжение U2 при освещении того же металла красным светом с длиной волны λ2 = 0,77 мкм?

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

6. Свет падает на зеркальную поверхность. Определите давление р света на эту поверхность, если интенсивность излучения равна I, а угол падения α.

7. Определите длину волны λ электромагнитного излучения, если энергия одного кванта этого излучения равна энергии покоя электрона. С какой скоростью u должен двигаться электрон, чтобы его импульс сравнялся с импульсом такого фотона? Определите отношение энергии W движущегося электрона к энергии W, фотона.

8. Рентгеновское излучение с длиной волны λ, взаимодействуя с веществом отклоняется от первоначального направления распространения на угол θ. При этом длина волны рассеянного излучения увеличивается на Δλ (эффект Комптона). Выразите величину Δλ через угол θ, рассматривая рассеяние как результат столкновений рентгеновских фотонов с неподвижными свободными электронами. Учтите, что при этом взаимодействии электроны приобретают релятивистские скорости.

9. Биметаллическая пластина изготовлена из двух тщательно отполированных плоских пластин: серебряной и литиевой. Пластина размещена в вакууме, и на поверхность серебра падает нормально пучок монохроматического фиолетового света с длиной волны λ = 0,40 мкм. Пластину развернули на 180°. Во сколько раз изменится действующая на нее сила? Считайте, что фотоэффект вызывается одним из 100 падающих на поверхность лития фотонов и что фотоэлектроны вылетают нормально к поверхности с максимально возможной скоростью.

10. Фотон, которому соответствует длина волны λ = 10-10 м, претерпевает упругий центральный удар с первоначально покоившимся электроном и рассеивается назад. Какую скорость приобретает электрон?

11. Фотон с энергией Eф = 6 кэВ сталкивается с покоящимся электроном. Найти кинетическую энергию Ек, полученную электроном, если в результате столкновения длина волны фотона изменилась на η = 20%. Приобретенную электроном скорость считать .

12. В результате столкновения фотона и протона, летевших по взаимно перпендикулярным направлениям, протон остановился, а длина волны фотона изменилась на η = 1%. Чему был равен импульс фотона? Скорость протона считать .

13. Чувствительность сетчатки глаза к желтому свету с длиной волны λ = 600 нм составляет Р = 1,7·10-18 Вт. Сколько фотонов должно падать ежесекундно на сетчатку, чтобы свет был воспринят?

14. Монохроматический излучатель полезной мощностью Р = 1010 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 λ = 2·10-7 м.

15. Лазер излучает световые импульсы с энергией W. Частота повторения импульсов f. Коэффициент полезного действия, определяемый как отношение излучаемой энергии к потребляемой, составляет η. Какой объем воды нужно прогнать за время τ через охлаждающую систему лазера, чтобы вода нагрелась не более чем на ΔT градусов? Удельная теплоемкость воды с, плотность ρ.

16. Рубиновый лазер дает импульс монохроматического излучения с длиной волны λ = 6943 Ǻ. Определить концентрацию фотонов в пучке, если мощность излучения лазера Р = 2 МВт, а площадь сечения луча S = 4·10-4м2.

17. Сколько квантов излучения падает за время t = 15 с на поверхность площадью S2 = 10,4 см2, если ее облучают потоком гамма лучей с длиной волны λ = 10-12 см, мощность которого на площадь Sl = 1 см2 составляет Р = 0,002 Вт?

18. Точечный источник света мощностью Р испускает свет с длиной волны λ. Сколько фотонов N падает за время t на маленькую площадку площадью S, расположенную перпендикулярно к падающим лучам, на расстоянии r от источника?

19. Точечный источник света мощностью Р0 = 10 Вт испускает свет с длиной волны λ = 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.

20. Луч лазера с длиной волны λ = 630 нм имеет вид конуса с углом при вершине α = 10-4 рад. 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.

21. Перпендикулярно поверхности площадью S = 100 см2 ежеминутно падает W = 63 Дж световой энергии. Найти величину светового давления, если поверхность полностью все лучи: а) полностью отражает; б) полностью поглощает; в) отражается с коэффициентом отражения R.

22. Параллельный пучок света с длиной волны λ = 6600 Ǻ 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.

23. Луч лазера мощностью N = 50 Вт падает перпендикулярно поверхности пластинки, которая отражает k = 50% и пропускает α = 30% падающей энергии. Остальную часть энергии она поглощает. Определить силу светового давления на пластину.

24. Фотон с импульсом р = 1,02 МэВ/с, где с – скорость света, рассеялся на покоившемся свободном электроне, в результате чего импульс фотона стал р' = 0,255 МэВ/с. Под каким углом рассеялся фотон?

25. Какой скоростью обладают электроны, вырванные с поверхности натрия, при облучении его светом, частота которого ν = 4,5·1015 Гц? Определить наибольшую длину волны излучения, вызывающего фотоэффект.

26. Если поочередно освещать поверхность металла излучением с длинами волн λ1 = 350 нм и λ2 = 540 нм, то максимальные скорости фотоэлектронов будут отличаться в п = 2 раза. Определить работу выхода электрона из этого металла.

27. Красная граница фотоэффекта λ0 = 234 нм в k = 1,3 раза больше длины волны излучения, вызвавшего фотоэффект. Какова максимальная скорость фотоэлектронов?

28. Определить, во сколько раз частота излучения, вызывающего фотоэффект с поверхности некоторого металла, больше красной границы фотоэффекта, если работа выхода электрона из этого металла в k = 2,5 раза больше максимальной кинетической энергии фотоэлектронов.

29. При некотором минимальном значении задерживающей разности потенциалов фототек с поверхности лития, освещаемого светом с длиной волны λ0 прекращается. Изменив длину волны света в п = 1,5 раза, установили, что для прекращения фототока достаточно увеличить задерживающую разность потенциалов в k = 2 раза. Вычислить λ0.

30. При освещении вакуумного фотоэлемента желтым светом длиной волны λ1 = 600 нм он зарядится до потенциала φ1 = 1,2 В. До какого потенциала φ2 может зарядиться фотоэлемент при освещении его фиолетовым светом с длиной волны λ2 = 400 нм? Фотоэлемент отключен от цепи.

Автор страницы: admin