Контрольная работа по дисциплине физика. кр 1. Контрольная работа 1 по дисциплине Физика (часть 2)
 Скачать 206.32 Kb.
|
|
Министерство цифрового развития Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение профессионального образования Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики Межрегиональный центр переподготовки специалистов Контрольная работа 1 по дисциплине «Физика (часть 2)» Выполнил: Матвеев А.А. Группа: ИСТ-22 Вариант: 1 Проверил: Моргачев Ю.В. Новосибирск 2023 1 - ВАРИАНТ 1. В опыте Юнга вначале рассматривается излучение с длиной волны λ1 = 0,7 мкм, а затем с λ2. Определите значение длины волны λ2, если шестая светлая полоса в первом случае совпадает с девятой темной полосой во втором случае. Рисунком поясните схему опыта Юнга, укажите на рисунке распределение интенсивности света на экране. Опыт проводится в вакууме. Дано:  Найти:  Решение:  Где  d- Расстояние между ними Расстояние от источника до экрана  является волновым фронтом. Поэтому разность хода образуется на расстояние  т.к.  Светлая полоса возникает если «  » содержит целое число длины волн:  - целое число.Тёмная полоса возникает если «∆» содержит нечетное число полудлин волн;  По условию  .  Центральную светлую полосу не будем считать. Тогда m=6. Первый минимум соответствует  9-й минимум соответствует   Если интенсивность источников равны  то интенсивность света в точке наблюдения  Где,  - волновой центр,  оптическая разность хода. I(x) будет изменятся по закону косинуса вокруг 
 Ответ:   2. Монохроматический свет падает нормально на щель шириной 10 мкм. За щелью находится тонкая линза с оптической силой 4Дптр. В фокальной плоскости линзы расположен экран. Найти длину волны света 𝜆, если расстояние между симметрично расположенными минимумами второго порядка равно 6 см. Приведите рисунок для схемы установки. Изобразите дифракционную картину интенсивности света на экране. Пронумеруйте все дифракционные максимумы, которые могут быть видны на экране. Дано: b=10 мкм; k=2; D=4 Дптр; x=3 см. Найти: λ-? Решение:  Нам нужно найти длину волны λ. Ее мы можем выразить из условия наблюдения дифракционного минимума:   Где k, порядок дифракционного минимума, у нас по условию k=2. Фокусное расстояние линзы определим из ее оптической силы:  Из формул 2.1 и 2.2 мы можем вывести формулу для расстояния от центра дифракционной картины до минимума второго порядка:  Нам дано расстояние между симметрично расположенными минимумами второго порядка = 6 см, но для  нам нужно расстояние от центра дифракционной картины до минимума второго порядка, которое исходя из рисунка является нашим катетом.Отсюда:  Выразим из 2.3 длину волны λ:  Подставим числовые значения:  Ответ: длина волны λ = 600 нм. 3. Красная граница фотоэффекта рубидия λ0=0,81 мкм. Определить скорость фотоэлектронов при облучении рубидия монохроматическим светом с длиной волны λ=0,4 мкм. Какую задерживающую разность потенциалов Uз надо приложить к фотоэлементу, чтобы прекратить фототок? На сколько изменится задерживающая разность потенциалов ΔUз при увеличении длины волны падающего света на Δλ=200 нм? Изобразите на рисунке вольтамперную характеристику фотоэффекта (ВАХ); покажите на ВАХ ток насыщения и задерживающий потенциал. Дано:  Найти:  Решение: По закону Эйнштейна для фотоэффекта:  где h - постоянная планка, с – скорость света в вакууме,  – длина волны,m – масса электрона,  – работа выхода;Производим замену переменных и запишем формулу:    По теореме о кинетической энергии, изменение кинетической энергии равно работе электрических сил:    При увеличении длины волны на  формула Эйнштейна будет таким:  Зависимость силы фототока от анодного напряжения, (   Ответ:  . 4. Температура абсолютно черного тела увеличилась в 1,5 раза, в результате чего длина волны  , на которую приходится максимум энергии излучения, изменилась на  . Определить начальную  и конечную  температуру тела. Во сколько раз в результате нагревания изменилась тепловая мощность, излучаемая телом? Рисунком поясните график распределения энергии в спектре излучения абсолютно чёрного тела, укажите для данных температур положение  Дано:    Найти:  Решение:  Воспользуемся законом смещения Вина: длина волны, на которую приходится максимум излучательной способности а.ч.т.  обратно пропорционален абсолютной температуре этого тела. Для любого а.ч.т. постоянная   По условию задачи температура абсолютно черного тела увеличилась в 1.5 раза:  Следовательно:   определяется как разница между  : Выразим :  Подставим 4.5 и 4.6 в 4.4:  Выразим температуру первого тела , для этого для начала приведем Подставим наши данные:  Зная , мы можем найти , подставив значение в 4.3: Согласно закону Стефана – Больцмана, энергетическая светимость R абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры.  Где  – постоянная Стефана-Больцмана.Определим, во сколько раз в результате нагревания изменилась тепловая мощность, излучаемая телом. Для этого определим отношение   Ответ:  5. Свободный электрон, имея кинетическую энергию 15 эВ, неупруго столкнулся с атомом водорода, находящимся в основном состоянии, и отскочил от него, потеряв часть энергии. Энергия электрона после столкновения оказалась 2.91 эВ. Определить длины волн, которые может излучить атом водорода после столкновения с электроном. Изобразите на рисунке энергетическую диаграмму атома водорода, покажите на ней все переходы между уровнями, которые могут произойти после столкновения. Дано: T=15 эВ,  Найти:  Решение: Энергия электрона в атоме водорода определяется формулой  Где -13,6 эВ – энергия основного состояния, n – главное квантовое число. После получения дополнительной энергии 12,09 эВ электрон с основного состояния (h=1) перейдёт в состоянии с «n»:     n=3, то электрон перейдёт в состояние с n=3.  По формуле Бора соответствующее излучение имеет длину волны:   Постоянная Ридберга:  После столкновения может произойти переход:      6. При увеличении энергии электрона на 300 эВ его дебройлевская длина волны изменилась в 2 раза. Найти первоначальную длину волны электрона. В этой задаче нет векторных величин. Длина волны де Бройля определяется по формуле: λ=hm*v λ0= 2λ v=2v0 Ek=m*v22=4m*v022=m*v022+300 m*v022=300эВ3=100 эВ λ0= hm*v0=h2E kom= 6.62*10-842*300*1.6*10-16*9.1*10-3=6.62*10-8493.5*10-25=0.07*10-9 м Ответ: : λ0= 0.07*10-9 м. 7. Образец германия с собственной проводимостью при температуре 300 К имеет удельное сопротивление 𝜌 = 0,5 Ом ⋅ м. Подвижность электронов 𝜇𝑛 =0,38 м2 Вс, подвижность дырок 𝜇𝑝 =0,19 м2 Вс, 𝜀 =16. 1. Определить концентрацию собственных носителей заряда. Начертить энергетическую диаграмму, указав положение свободных и связанных электронов, положение дырок. 2. Определить ширину запрещённой зоны Δ𝑊, считая, что в условии задачи плотность состояний в зоне проводимости и в валентной зоне 𝑁𝑐 = 𝑁𝑣 = 2,5 ⋅ 1025м −3 . 3. Найти величину плотности дрейфового тока через образец, если напряжённость поля Е=200 В/м. Удельная проводимость полупроводника: σ=e(pi*μp+ni*μn) e-заряд электрона p-концентрация дырок n-концентрация электронов Удельная проводимость и удельное сопротивление связаны следующей формулой: σ=1ρ Так как полупроводник с собственной проводимостью, то pi=ni Тогда σ=eniμp+μn=1ρ pi=ni=1eρμp+μn=11,6*10-19*0,5*(0,19+0,38)=2,2*1019м-3 Энергетическая диаграмма Концентрация собственных носителей заряда и плотности состояний связаны следующей формулой: ni=Nc*Nv*e-ΔW2kT Прологарифмируем формулу: ln(ni)=ln(Nc*Nv*e-ΔW2kT) ln(ni)=ln(Nc*Nv+ln(e-ΔW2kT) ln(ni)=ln(Nc*Nv)-ΔW2kT ΔW2kT= ln(Nc*Nv-ln(ni) ΔW2kT=lnNc*Nvni ΔW=2kT*lnNc*Nvni k-постоянная Больцмана ΔW=2*1,38*10-23*300*ln2,5*1025*2,5*10252,2*1019=1,15*10-19 Дж Удельная проводимость и плотность дрейфового тока связаны следующей формулой: σ=JдрE Jдр= σ*E=1ρ*E=Eρ=2000,5=1000 Aм2 Ответ: pi=ni=2,2*1019м-3 ΔW=1,15*10-19 Дж Jдр=1000 Aм2 |
