Житенев Практикум. Практикум для студентов направлений подготовки
 Скачать 1.21 Mb.
|
|
15.2. Задачи для практического занятия. В опыте Юнга отверстия освещались монохроматическим светом (λ = 600 нм. Расстояние между отверстиями d = 1 мм, расстояние от отверстий до экранам. Найти положение трех первых светлых полос. Мыльная пленка, расположенная вертикально, образует клин вследствие стекания жидкости. При наблюдении интерференции полос в отраженном свете ртутной дуги (λ = 546,1 нм) оказалось, что расстояние между пятью полосами l = 2 см. Найти угол γ клина. Свет падает перпендикулярно к поверхности пленки. Показатель преломления мыльной воды n = 1,33. 3. Установка для получения колец Ньютона освещается светом от ртутной дуги, падающим по нормали к поверхности пластинки. Наблюдение ведется в проходящем свете. Какое по порядку светлое кольцо, соответствующее линии λ 1 = 579,1 нм, совпадает со следующим светлым кольцом, соответствующим линии λ 2 = 577 нм. Установка для получения колец Ньютона освещается монохроматическим светом с длиной волны λ = 600 нм, падающим по нормали к поверхности пластинки. Найти толщину h воздушного слоя между линзой и стеклянной пластинкой в том месте, где наблюдается четвертое темное кольцо в отраженном свете. Установка для получения колец Ньютона освещается монохроматическим светом, падающим по нормали к поверхности пластинки. После того как пространство между линзой и стеклянной пластинкой заполнили жидкостью, радиусы темных колец в отраженном свете уменьшились в 1,25 раза. Найти показатель преломления n жидкости. Дифракционная картина наблюдается на расстоянии l от точечного источника монохроматического света λ = 600 нм. На расстоянии а = 0,5l от источника помещена круглая непрозрачная преграда диаметром D = 1 см. Найти расстояние l, если преграда закрывает только центральную зону Френеля. Дифракционная картина наблюдается на расстоянии l = 4 мот точечного источника монохроматического света с длиной волны нм. Посередине между экраном и источником света помещена диафрагма с круглым отверстием. При каком радиусе R отверстия центр дифракционных колец, наблюдаемых на экране, будет наиболее темным. На щель шириной a = 6λ падает нормально параллельный пучок монохроматического света с длиной волны λ. Под каким углом φ будет наблюдаться третий дифракционный минимум света Расстояние до экранам. Определить расстояние от центрального максимума до третьего минимума на экране. На дифракционную решетку нормально падает пучок света. Натриевая линия (λ 1 = 589 нм) дает в спектре первого порядка угол дифракции φ 1 = 17°8ʹ. Некоторая линия дает в спектре второго порядка угол дифракции φ 2 = 24°12ʹ. Найти длину волны этой линии и число штрихов N 0 на единицу длины решетки. На дифракционную решетку нормально падает пучок света от разрядной трубки. Какова должна быть постоянная d дифракционной решетки, чтобы в направлении φ = 41° совпадали максимумы линий λ 1 = 656,3 нм и λ 2 = 410,2 нм. Квантовая оптика. Атомная физика Занятие На данном занятии рассматривается решение задач, использующих следующие физические понятия и законы тепловое излучение и его законы, релятивистская физика, преобразования 70 Лоренца и следствия из них, связь массы и энергии, энергия фотона, внешний фотоэффект и его законы, эффект Комптона. атомная физика (постулаты Бора, формула де-Бройля, соотношение неопределенностей). 16.1. Примеры решения задач Пример Длина волны, на которую приходится максимум энергии в спектре излучения абсолютно черного тела, равна 0,58 мкм. Определить энергетическую светимость (излучательную способность поверхности тела. Решение. По закону Стефана-Больцмана энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени термодинамической температуры и выражается формулой = σ · T 4 , (1) где σ – постоянная Стефана-Больцмана; T – термодинамическая температура. Температуру T можно выразить, используя закон смещения Вина λ max = b/T, где l max – длина волны, при которой поток излучения энергии абсолютно черного тела достигает своего максимума b = 2,9 · 10 –3 – постоянная Вина. Используя формулы (1) и (2), получаем R T = Произведем вычисления 3 8 7 2 7 2,9 10 5,67 10 3,54 10 / . 5,8 Вт м Пример 2 Определить максимальную скорость λ max фотоэлектронов, вырываемых с поверхности серебра ультрафиолетовым излучением с длиной волны λ = 155 нм. Решение. Максимальную скорость фотоэлектронов можно определить из уравнения Эйнштейна для фотоэффекта A = +где hν – энергия падающего фотона А – работа выхода электронов. Энергию фотона найдем через длину волны падающего излучения с. После этого формулу (1) запишем в виде A = +Отсюда max 2( / ) , hc A v m l где h – постоянная Планка (h = 6,63 · 10 –34 Дж · с с – скорость света (c = 3 · 10 8 мс А – работа выхода (A = 0,75 · 10 –18 Дж m – масса электрона (m = 9,11 · 10 –31 кг). Подставим значения величин в конечную формулу (2): 34 8 9 18 max 31 6 2 (6,63 10 3 10 /155 10 0,75 10 ) 9,11 10 1,08 10 / мс. Задачи для практического занятия. Найти температуру Т печи, если известно, что излучение из отверстия в ней площадью S = см имеет мощность P = 34,6 Вт. Излучение считать близким к излучению абсолютно черного тела ответ Т = 1000 К. Какую мощность излучения P имеет Солнце Излучение Солнца считать близким к излучению абсолютно черного тела. Температура поверхности Солнца Т = 5800 К. Мощность излучения абсолютно черного тела P = 10 кВт. Найти площадь S излучающей поверхности тела, если максимум спектральной плотности его энергетической светимости приходится на длину волны макс = 700 нм (ответ S = 6 см. В каких областях спектра лежат длины волн, соответствующие максимуму спектральной плотности энергетической светимости, если источником света служит а) спираль электрической лампочки (Т = К б) поверхность Солнца (Т = Кв) атомная бомба, в которой в момент взрыва развивается температура Т = 10 7 К Излучение считать близким к излучению абсолютно черного тела а) λ m = мкм – инфракрасная область б) λ m = 500 нм – область видимого света в) λ m = 300 пм – область рентгеновских лучей. Какую ускоряющую разность потенциалов U должен пройти электрон, чтобы его скорость составила 95 % скорости света. Какую ускоряющую разности потенциалов U должен пройти протон, чтобы его продольные размеры стали меньше в 2 раза. Насколько увеличится масса частицы при ускорении от начальной скорости, равной нулю, до скорости, равной 0,9 скорости света. Фотон с длиной волны λ 1 = 15 пм рассеяния на свободном электроне. Длина волны рассеянного фотона λ 2 = 15 пм. Определить угол рассеяния. Фотон с энергией 0,51 МэВ был рассеян при эффекте Комптона на свободном электроне на угол θ = 180°. Определить кинетическую энергию электрона отдачи. Найти наибольшую длину волны в ультрафиолетовой серии спектра водорода. Какую наименьшую скорость должны иметь электроны, чтобы при возбуждении атомов водорода ударами электронов появилась эта линия |