Ветрова В.Т. Сборник задач по физике. С индивидуальными заданиями
Подождите немного. Документ загружается.
ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ И ФИЗИКИ TBEFO ТЕЛА.
ОСНОВЫ ФИЗИКИ АТОМНОГО ЯДРА
ТЕМА
21.
КВАНТОВАЯ ПРИРОДА ИЗЛУЧЕНИЯ
Контрольные вопросы
21.1.
Что такое тепловое излучение? Какое излученазывают равно-
весным? Что называется энергетической светимостью ? Что называют:
а) испускательной способностью тела; б) его поглощатей способностью?
Какая связь существует между испускательной и поглопьной способнос-
тями одного и того же тела? Каким законом эта связь вкается? Какие те-
ла называют: а) абсолютно черным; б) абсолютно бельв) серым? Какое
устройство может служить моделью абсолютно черного i Сформулируйте
закон Стефана—Болыгмана и поясните его.
21.2.
Как, зная температуру абсолютно черного телгределить энер-
гию,
излучаемую этим телом по всем направлениям в тее определенного
времени? Какая часть этой энергии будет передана заданплощади другого
тела'.'
21.3.
Какой вид примет закон Стефана—Больцмана энергетической
светимости тел, которые не являются абсолютно черн? Какой смысл
имеет при этом коэффициент в выражении для энергет<ой светимости?
21.4.
Сформулируйте закон смещения Вина и пояснит*.
21.5.
Запишите формулу Планка. Поясните ее. Какозический смысл
имеет универсальная функция Кирхгофа?
21.6.
Что такое фотон? Чему равны энергия и импультона? Как опре-
делить массу фотона?
21.7.
В чем заключается явление внешнего фотоэффенТри каких усло-
виях это явление наблюдается? Что называется "красношицей" фотоэф-
фекта? Что такое работа выхода электрона из металла?эмулируйте за-
коны внешнего фотоэффекта. Запишите уравнение Эйнша для фотоэф-
фекта и поясните его.
21.8.
Что называют задерживающей разностью потттв? От чего она
зависит? В чем состоит метод определения постоянной 1ка, основанный
на внешнем фотоэффекте? Объясните зависимость фотоют разности по-
тенциалов между электродами при внешнем фотоэффекте.
21.9.
Чем обусловлено давление света на поверхностьгорой он погло-
щается или от которой отражается? Как рассчитать это давг?
21.10.
В чем состоит эффект Комптона? Чем объясья это явление?
Что называется комптоновской длиной волны частицы 1л определяется
длина волны смещенной линии? По какой формуле еесно рассчитать?
ЛИТЕРАТУРА
1.
И.В. Савельев. Курс общей физики. М., 1987. Т. 3 (§ 1-11).
2.
АЛ. Детлаф, Б.М. Яворский. Курс физики. М., 1989 (§
-35.3,
36J-36j6).
3.
Т.Н. Трофимова. Курс физики. М.
(
1985 ( § 197-207).
231
Задача 21.1. Поток энергии, излучаемой из смотрового окошка плавиль-
ной печи, равен Ф. Температура внутри печи
—
Т, площадь смотрового окош-
ка
—
5. Найти неизвестную величину согласно номеру задания в таблице,
Номер Ф,Вт Т,К S, см
2
задания
1 18,70
7
2
41,73
?
5
3
49,85
?
4
81,40
7
5 18,57
7
6 32,50 950
7
7
41,78
7
8
46,43
7
9
9
700
10
7
800
6
11
7
900
12
?
1000
13
7
3
14
40
?
5
15
7
7
16
?
9
17
МО ,5
800
?
18
. 17,1
1000
7
19
61,46 1200
7
20
76,64
1400
7
21
7
850
4
22
7
6
23
?
8
24
7
10
25 14,43
?
26 21,64
п
О
О
27
37,14
7
28
94,56
?
232
Задача 21.2. Определить энергию, получаемую за время г площадью S
освещенной Солнцем поверхности планет Солнечной системы или звезд нашей
галактики (при нормальном падении лучей). Температура поверхности
Солнца равна 6000 К, диаметр Солнца
—
1,39.10
6
км, расстояние от Солнца
до планеты (или звезды) - г . Поглощением энергии в атмосфере пренебречь.
Номер
Планета Солнечной
г ,км
г 5,м
2
задания системы (звезда,)
5,м
2
1
Меркурий
5,8-10
7
1 с 1
2
1 мин
100
3
Венера
1,08-10*
1 с
1
4
1 мин
100
5
Земля
1,5.10
е
1 с
1
6 1 мин
100
7
Марс
2,28-Ю
8
1 с 1
8 1 мин
100
9
Юпитер 7,78-Ю
8
1 с 1
10
1 мин
100
11
Сатурн
1.426.10
9
1 с 1
12 1 мин
100
13 Уран
2,87-Ю
9
1 с
1
14
1 мин
100
15 Нептун 4,5-Ю
9
1 с
1
16 1 мин 100
17
Плутон
5.9.10
9
1 с 1
18
1 мин
100
19
а-Центавра
4-Ю
13
1 мин 100
20
1 ч 2500
21
а-Большого
Пса
8,Ы0
13
1 мин
100
22
1 ч 2500
23
а-Орла
1,5-Ю
14
1 мин 100
24
1 ч
2500
25
а-Ориона
6-10
ls
1 мин
100
26
1 ч
2500
27
|3-Близнецов
3.2.10
14
1 мин
100
28 1 ч
2500
Id Зак.53S8
233
Задача 213. Электрическая лампа мощностью Р имеет площадь излучаю-
хей поверхности, равную S. Температура нити накала - Г, излучение нити со-
гавляет к излучения абсолютно черного тела при данной температуре. Найти
еизвестную величину согласно номеру задания в таблице; потерями тепла,
вязанными с теплопроводностью, пренебречь.
Ьмер
Р.Вт S,CM
2
Т,К к,%
адания
1
9
2,16
2430 70
2 25
?
2365 30
3
150
1,73
?
45
4
60
0,58 2390
?
5
?
1,56
2410 50
6 100
?
2400 55
7
50
0,42
?
65
' 8 200 1,65
2440
9
9
?
0,85
2360 40
10 500
?
2415 75
11
200
2,87
?
35
12 250
ЗД8 2405
?
13
9
0,57
2355 25
14
250
9
24 25
60
15 100
1,44
9
40
16
150
230 2435
?
17
?
1,18
2397
45
со
60
?
2385
65
19
200
2,11
?
50
20
50 0,4
2370
?
21 ? 3,75 2450 65
22 100 ? 2380 60
23 6 0 0,98 ? 30
24 300 333 2435 ?
25 ? 0,9 2300 35
26 25 ? 2375 40
27 150 1,65 ? 55
28 500 3,41 2420 ?
234
Задача 21.4. Чему равна длина волны, соответствующая м.муму излу-
чательной способности абсолютно черного тела, имеющего тшатуру, рав-
ную температуре Г излучающего тела? В какой области спа находится
максимум излучательной способности?
Номер Излучающее тело Т, К
задания
1 Поверхность Солнца 5800
2 Железо при температуре плавления 1803
3 Спираль электрической лампочки 2300
4 Поверхность Земли 300
5 Корпус ракеты при взлете 1100
6 Поверхность звезд "белых карликов" 10
4
7 Алюминий при температуре плавления 93 2
8 Вода при температуре кипения 373
9 Атомная бомба в момент взрыва ш
10 Пламя спиртовой горелки 1400
11 Расплавленное олово при пайке 505
12 Поверхность "красных"звезд 3000
13 Дуговой разряд при электросварке 4250
14 Латунь при температуре плавления 1173
15 Человеческое тело 310
16 Поверхность "желтых"звезд 6000
17 Внутренняя поверхность ствола пушки при стрельб* 500
18 Платина при температуре плавления 2043
19 Поверхность металла при ковке 900
20 Вода при температуре замерзания 273
21 Плавильная печь (через смотровое окно) 1600
22 Медь при температуре плавления 1373
23 Поверхность "голубых"звезд 3-Ю
4
24 Горячий утюг 4 50
25 Пламя газовой горелки 2000
26 Камера сгорания ракетного двигателя 3300
27 Свинец при температуре плавления 600
28 Поверхность редких "горячих" звезд 10
5
236
Задача 21.5. Определить, во сколько раз испускательная способность аб-
солютно черного тела вблизи длины волны Х
у
при температуре Т больше его
испускательной способности вблизи длины волны \
2
при температуре Т .
Номер Х,,мкм Т
Х
,К Х
2
,мкм 7
2
,К
задания
1 1000
2 1,2 2000 06 1000
3 3000
4 4000
5 0,75
6 1,25 2000 0,5 2000
7 1,5
8 1,75
9 0,5
10 2,0 1500 1,0 1500
11 1,5
12 2,5
13 1300
14 2,2 1300 0,7 1400
15 1500
16 1600
17 1,0
18 1,5 1700 0,45 1700
19 1,7
20 2,0
21 0,40
22 0,45 6000 0,55 6000
23 0,60
24 0,70
25 1000
26 2,4 1200 0,65 1200
27 1400
28 1600
236
Задача 21.6. Энергия фотона, соответствующего длине волны X и частоте
излучения v, равна е, масса фотона т, импульс
—
р. Найти неизвестные вели-
чины согласно номеру задания в таблице.
Номер
Х,м у, Гц
е, Дж
т,кг
р,
кг. м/с
задания
1
1*6-10~
12
7
?
7 7
2
?
5-Ю
18
9
7 7
3
? ?
4-10"
14
7 7
4
?
7 7
6-10"
3
1
7
5
9 7
7 7
2-Ю
-21
6
5-10"
10
7
9
7 7
7
7
3-10
15
7 7
9
8
? ?
2-Ю
-12
7
7
9
? ?
7
4.10"
32
?
10
9
9 ?
9
S-10"
20
11
2,5-10-"
7
7
7 7
12
?
8-10
14
7 7 7
13
7
?
7-10"
13
7 7
14
7
?
7
2-Ю
-
30
9
15
9
7 7 7
9-Ю"
19
16
8-Ю"
9
?
?
7 7
17
7
2-Ю
16
7
7
7
18
7
?
3-Ю
-15
7 7
19
7 7
?
8-10"
•33
9
20
7 7 7 7
6'НГ"
21
4'Ю
-13
?
?
7 7
22
?
7-Ю
17
?
7
?
23
7
?
9-10"
16
7 7
24
?
?
7
3-10"
3
1
7
25
?
7
7 7
4-Ю"
23
26 9-Ю
-8
9
7
? ?
27
7
440
19
9
7 7
28
7 7
5-Ю"
17
7 7
237
ma 21.7. Красная граница фотоэффекта равна X
Q
, максимальная ки-
неткая энергия фотоэлектрона ^
тах
> при этом доля энергии фотона, из-
расванная на работу вырывания фотоэлектрона, составляет к. Найти неиз-
вес:
величину согласно номеру задания в таблице.
Ног Х
0
,мкм ^тах'
эВ к
зад;
0,66
7
0,473
0,5
7
; 0,276
7
<• 0,545
•?
:
?
0,9
( 0,621
7
0,8
7
0,7
1
7
0,6
< ?
0,767
7
0,465
0,75
?
1,48
?
0,637
0,074
7
0,5176
0,209
0327
7
0,457
7
0,887
7
0,776
7
0,8
0,276
7
0,234
7
•о
0,95
•о
0,65
0,85
?
0,75
7
0,70
0,472
0,054
7
0.621
0,105
7
0,262
0,772
7
0,776
0,478
7
238
Задача 21.8. При фотоэффекте с поверхности металла, освещаемого излу-
чением с длиной волны X, вырываются электроны, работа выхода которых из
металла равна ^
вых
- Фотоэффект наблюдается для излучения с длиной волны
v
. < Х
0
, где X
Q
- красная грагнца фотоэффекта. Задерживающая разность по-
тенциалов равна и Определить неизвестные величины согласно номеру зада-
кия в таСлице.
3
Номер
X,
мкм
А ,эВ
вых'
Х
0
, мкм
задания
А ,эВ
вых'
1
?
7
0,565
0,9
2
?
1,9
7
0,36
3
0,2
4,74 7
?
4
03
7 7
034
5
0,25
7
0,289
7
6
0,46
23
7
?
7
•)
0.522
0,1
ОО
?
1,4
?
037
9
7
?
0621
0,07
10
0,42
7
?
0,16
11
0,23
7
0,282
7
12
0,21
53
7
?
13
7
7
0,284 0,41
14
?
2,4
?
0,135
15
0,72
7
0,776
,7
16
0,26
4,5
? ?
17
031
?
0327
7
18
0,22
7 7
озз
19
?
7
0,259
038
20
7
2,63
?
0,13
21
0,28
4,25
7
7
22 032
7
0341
7
23
0,48
7 7
0,24
24
?
2,49
7
0,61
25
7
?
0376
0,25
26
0,54
7
?
0,14
27
0,29
3,92
?
7
28
?
4,7
7
0,95
239
Задача 21.9. Пучок монохроматического света длиной волны X падает
нормально на плоскую поверхность с отражательной способностью р.При этом
за время Аг на поверхность падает
Nфотонов-
Поток энергии равен Ф, а сила
давления, испытываемая этой поверхностью, — F . Найти неизвестные величи-
ны согласно номеру задания в таблице.
Номер Х.мкм р At,с N, 10
20
Ф, Вт /U0
-7
Н
задания
1
?
7
1,0
0,823
36 36 2
2 0,46
7
8,5
93,2
7
30
3
0,60
0,7
7
5,33
88,24
7
4 0,53
7
5,0
?
154,8 8
5
7
0,95
6,5
1,685
?
0,5
6
0,55
03
3,0
?
923
7
7
0,48
7 7
6,79 56,25
3
8
?
0,75
4,5 17,5
1543
7
9 0,58 0,45
7
0,796
7
0,6
10 0,44
06
2,0
4,98
7
?
11
0,65
7 7
3,817
116,7 7
12 0,52
0,9 1,5
7
31,58
?
13
0,43
0,35
9,0
9
7
03
14
7 7
5,5
14,05 92,3 6
15
0,50
0,5
?
0,176
2,0
?
16
7
0,25
8,0
5,41
7
0,8
17
0,62
?
10,0
7
180
9
18
7
0,65 2,5
6,4
1273
?
19
0,45
0,8
7
0,795
7
0.7
20
0,59
7
7,0
16,85
7
5
21
0,54
0,2 6,0
7 7
0,4
22
? ?
93
106,52 342,85
20
23 0,42 0,85
33
3,6
?
7
24
0,64
0,15
7
2,1
26,1
7
25
0,68
?
1,0
7
70,6
4
26
7
0,55 4,0
2Д
7 0,9
27
0,56
1,0
?
0338
7
0.2
28
0,40 0,4
73
?
171,4
?
240