Тема : Давление света. Эффект Комптона.

На выполнение письменного зачетного задания отводится 2 часа (академических).

Задачи для практических занятий и домашних заданий.

Тема: Тепловое излучение.

1.1. Имеются 2 абсолютно черных источника теплового излучения. Температура одного из них T₁=2500K. Найти температуру второго источника, если длина волны, отвечающая максимуму испускательной способности, на =0,5мкм больше длины волны, соответствующей максимуму испускательной способности первого источника.

1.2. Раскаленная металлическая поверхность, площадью 10см² излучает в одну минуту 4*10⁴Дж энергии. Температура поверхности равна 2500K. Найти: 1) Каково было бы излучение этой поверхности, если бы она была абсолютно черной? 2)Каково отношение энергетических светимостей этой поверхности и абсолютно черного тела при данной температуре?

1.3. Мощность излучения АТЧ равна 10кВт. Найти площадь излучающей поверхности тела, если известно, что длина волн, на которую приходится максимум испускательной способности равна 750нм.

1.4. АЧТ находится при температуре Т₁=2900К. В результате остывания тела длина волны, на которую приходится максимум испускательной способности сместилась на . До какой температуры охладилось тело?

1.5. В результате нагревания АЧТ длина волны, соответствующая максимуму испускательной способности сместилась с λ₁ = 2,7 мкм до λ₂= 0,9 мкм. Определить во сколько раз увеличилась: 1) энергетическая светимость тела; 2) максимальная испускательная способность тела. Максимальная испускательная способность АЧТ возрастает по закону R(λ_m,T=CT⁵, где С=1,3*10^-5Вт/м³к⁵

1.6. Определить, какая длинна волны соответствует максимальной испускательной способности способности R(λ_m,T), равна 1,3*10¹¹Вт/м³

1.7. Принимая солнце за черное тело и учитывая, что его максимальной испускательной способности соответствует длина волны 50нм, определить: 1) температуру поверхности солнца; 2)Энергию, излучаемую Солнцем в виде электромагнитных волн за 10 мин; 3) Массу, теряемую Солнцем за это время за счет излучения.

1.8. Использовав формулу Планка, определить спектральную плотность потока излучение с единицы поверхности АЧТ, приходящейся на узкий интервал длин волн Δλ = 5 нм. Вблизи максимум испускательной способности, если температура тела Т = 2500К

1.9. Какую мощность надо подводить к зачерненному металлическому шарику радиусом r = 2см., чтобы поддерживать его температуру на 27К выше окружающей среды, температура которой равна 20°С. Считать, что тепло теряется только вследствие излучения.

1.10. Показать, что при высокой температуре (кТ >>hυ) выражение для средней энергии <Е> переходит в классическое, т.е. <Е> = кТ; указание: использовать формулу Планка.

1.11. Определить, во сколько раз необходимо уменьшить термодинамическую температуру АЧТ, чтобы его энергетическая светимость R(T) уменьшилась в 16 раз.

1.12. Определить, во сколько раз изменится мощность излучения АЧТ, если длина волны, соответствующая максимуму его испускательной способности, сместилась с λ₁ = 720 нм до λ₂ = 400 нм

1.13. Температура T верхних слоев звезды Сириус равна 10 кК. Определить поток энергии Ф, излучаемый с поверхности площади S = 1 км²

1.14. С поверхности сажи площадью S = 2 см² при температуре Т = 400 К за время t = 5 мин излучается энергия W = 83 Дж. Определить коэффициент черноты a_т сажи.

№2. Тема: Фотоэлектрический эффект.

2.1. Определить красную границу фотоэффекта для цинка и максимальную скорость фотоэлектронов, вырываемых с его поверхности электромагнитным излучением с длиной волны 250 нм. Работа выхода А=3,74 эВ.

2.2. При поочередном освещении поверхности некоторого метала светом с λ₁ = 0,35 мкм и λ₂ = 0,54 мкм обнаружили, что соответствующие максимальные скорости фотоэлектронов отличаются друг от друга в ŋ = 2 раза. Найти работу выхода с поверхности этого метала.

2.3. При увеличении напряжения на рентгеновской трубке в ŋ = 1,5 раза длина волны коротковолновой границы сплошного рентгеновского спектра изменилось на Δλ = 26 пм. Найти первоначальное напряжение на трубке.

2.4. Освещая поочередно фотокатод двумя разными монохроматическими источниками, находящихся на одинаковых расстояниях от катода, получим две зависимости фототока. Объяснить, в чем отличие этих источников.

2.5. Определить максимальную скорость электронов, вылетающих из металла под действием излучения с длинной волны с λ = 3*10^{-12 м.}

Указание: электрон считать релятивистской частицей, т.е. учитывать зависимость его массы от скорости: .

2.6. Определить, до какого потенциала зарядится уединенный серебряный шарик при его облучении ультра фиолетовым светом длинной волны λ = 208 нм. Работа выхода А=4,7эВ.

2.7. Найти длину волны коротковолновой границы сплошного рентгеновского спектра, если скорость электронов, подлетающих к антикатоду трубки, v = 0,85 с.

2.8. На рисунке представлены вольтамперные характеристики (1-3) фотоэффекта для одного и того же метала объяснить причину отличия этих кривых.

2.9. Определить максимальную скорость V_max фотоэлектронов, вырываемых с поверхности цинка (А = 4 эВ), при облучении γ – излучением с длиной волны λ = 2,47 пм.

2.10. Определить для фотона с длиной волны λ = 0,5 мкм.: 1) его энергию; 2) импульс; 3) массу.

Тема : Давление света. Эффект Комптона.

3.1. Давление света, производимое на зеркальную поверхность, составляет 1мПа. Какова концентрация фотонов, падающих на поверхность, если длина волны света λ = 0,6 мкм.

3.2. Давление монохроматического света с длиной волны λ = 500 нм. На зачерненную поверхность, расположенную перпендикулярно падающим лучам, равно 0,12 мкПа. Определить число фотонов, падаюших ежесекундно на 1м² поверхности

3.3. Фотон с длиной волны λ₁ = 12,6 пм. Рассеян на свободном электроне. Длина волны рассеянного фотона λ₂ = 15 пм. Определить угол рассеяния фотонов.

3.4. Фотон в эффекте Комптона был рассеян на угол θ = π. Определить энергию, приобретенную электроном, если энергия фотона до рассеяния была 0,51 МэВ.

3.5. Определить кинетическую энергию электрона отдачи, если длина волны рассеянного фотона изменилась на 20%.

3.6. Пучок параллельных лучей монохроматического света с λ = 663 нм падает нармально на зеркальную поверхность. Поток излучения Ф = 0,6 Вт. Определить силу давления на эту поверхность F и число n фотонов, ежесекундно падающих на нее.

3.7. Каково максимальное изменение длинны волны при комптоновском рассеянии света на свободных электронах и свободных протонов?

3.8. В результате эффекта Комптона фотон с энергией ε = 0.51 МэВ рассеян на угол θ = 120°. Определить энергию рассеянного фотона.

3.9. Какая доля энергии фотона приходится в эффекте Комптона на электрон отдачи, если рассеяние фотона происходит на угол = 180 . Энергия фотона до рассеяния составила 0,255 МэВ.

3.10. Длина волны λ фотона равна комптоновской длине волны λ_с электрона. Определить энергию и импульс фотона.

12
• Далее ⇒