коллоквиум

Атом, находясь в возбужденном состоянии (2) может спонтанно, без внешних воздействий перейти в основное состояние, испуская при этом фотон с

энергией . Процесс испускания фотона возбужденным атомом без внешних воздействий называется спонтанным излучением. Чем больше вероятность спонтанных переходов, тем меньше среднее время жизни атома в возбужденном состоянии. Так как спонтанные переходы взаимно не связанны, то спонтанное излучение некогерентно. Спонтанное излучение атома обусловлено только неустойчивостью его верхнего (возбужденного) состояния, вследствие которого атом освобождается от энергии возбуждения путем излучения фотона. Различные атомы излучают независимо друг от друга, и генерируют фотоны, которые распространяются в различных направлениях, имеют различные фазы и направления поляризации. Следовательно спонтанное излучение некогерентно.

Если на возбужденный атом действует электромагнитная волна с частотой v,

удовлетворяющей соотношению энергии квантовых состояний атома, возникает вынужденное излучение. В каждом акте

вынужденного излучения участвуют два фотона. Один из них, распространяясь от внешнего источника (соседнего атома), воздействует на атом, в результате которого испускается фотон. Оба фотона имеют одинаковое направление распространения и поляризации, а также одинаковые частоты и фазы. То есть вынужденное излучение всегда когерентно с вынуждающим.

г). Почему массы атомов многих элементов в таблице Менделеева отличаются от целых чисел?

Указанные в таблице Менделеева относительные атомные массы некоторых элементов сильно отличаются от целого числа. Оказывается, ядра одного и того же химического элемента могут отличаться числом нейтронов при одинаковом числе протонов в ядре и электронов в электронной оболочке, Такие ядра имеют одинаковые химические свойства и располагаются в одной клетке таблицы Менделеева. Это изотопы

2. Покоящийся ион Не+ испустил фотон, соответствующий головной линии серии Лаймана. Этот фотон вырвал фотоэлектрон из покоящегося атома водорода, который находился в основном состоянии.Найти скорость фотоэлектрона.

3. Параллельный пучок монохроматических лучей с длиной волны 0.5мкм падает нормально на зачерненную поверхность и производит давление 10-8 Па. Определите концентрацию фотонов в потоке и его интенсивность (число частиц, падающих на единичную поверхность в единицу времени)

Билет 22

а). На фарфоровой тарелке имеется темный рисунок. Почему, если ее быстро вынуть из печи, где она нагревалась до высокой температуры, и рассматривать в темноте, наблюдается светлый рисунок натемном фоне?

Темный рисунок нанесен краской, которая имеет большую ( по-сравнению с тарелкой) поглощательную способность в оптическом диапазоне. По закону Кирхгофа Отношение испускательной способности к

поглощательной

.Следовательно испускательная способность у краски также выше, чем у тарелки в оптическом диапазоне. Части тарелки, которые больше поглощают, больше и излучают.

б). Может ли золотая пластинка служить фотосопротивлением? Почему?

Золотая пластинка не может служить фотосопротивлением. Фотосопротивлением являются полупроводники и диэлектрики, так как их сопротивление изменяется под действием электромагнитного излучения. При этом меняется концентрация носителей зарядов, либо их подвижность. Металл может нагреваться при поглощении

электромагнитного излучения. С ростом температуры сопротивление металлов растет, поэтому косвенным образом сопротивление при таких условиях может меняться под действием электромагнитного излучения и у золотой пластинки, но все же в этом случае она работает как термосопротивление.

в). Сформулируйте постулаты Бора. Как с их помощью объясняется линейчатый спектр атома водорода.

Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний) гласит: атомная система может находится только в особых стационарных или квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия En.В стационарных состояниях атом не излучает.

= nh/2 π, (n = 1,2,3,...),

- радиус n-ой стационарной орбиты, n - главное квантовое число.

Второй постулат Бора (правило частот) формулируется следующим образом: при переходе атома из одного стационарного состояния с энергией En в другое стационарное состояние с энергией Em излучается или поглощается квант, энергия которого равна разности энергий стационарных состояний: hνnm = En – Em, где h – постоянная Планка.Отсюда можно выразить частоту излучения: v =

(En - Em)/ h Спектр поглощения атома водорода является линейчатым. Он объясняется теорией Бора. Так как свободные атомы водорода обычно находятся в основном состоянии (стационарное состояние с наименьшей энергией при n=1), то при сообщении им извне определенной энергии могут наблюдаться лишь переходы атомов из основного состояния ввозбужденные. Набор возможных дискретных частот квантовых переходов и определяет линейчатый спектр атома

г). Как и во сколько раз изменится число ядер радиоактивного вещества за время, равное трем периодам его полураспада?

2. Найти дебройлевскую длину волны релятивистских электронов, подлетающих к аноду рентгеновской трубки, если длина волны коротковолновой границы сплошного рентгеновского спектра равна 10 пм.

3. При некотором минимальном значении задерживающей разности потенциалов

фототок с поверхности лития, освещаемого светом с частотой , прекращается. Изменив частоту света в 1.5 раза , установили, что для прекращения фототока достаточно увеличить задерживающую разность потенциалов в 2 раза. Чему равна частота падающего света?

Билет 23

а). Запишите формулу Рэлея-Джинса для теплового излучения. Что известный физик Эренфест имел ввиду, когда говорил об "ультрафиолетовой катастрофе"?

Формула Рэлея-Джинса для теплового излучения :

(1)

Формула Рэлея-Джинса для испускательной способности абсолютно черного тела:

(2)

Интегрирование выражения (2) по всему частотному диапазону дает бесконечно большое значение, т.е. энергетическая светимость абсолютно черного тела должна равняться бесконечности при любой температуре.Практически вся энергия нагретого тела должна быть немедленно испущена в виде излучения с очень большой частотой и малой длиной волны. Этот результат назвали «ультрафиолетовой катастрофой РэлеяДжинса»

б). При замене одного металла другим пороговая длина волны фотоэффекта возрастает. Что можно сказать о работе выхода этих двух металлов?

в). Объясните на основе закона сохранения импульса, почему фотоны, испускаемые атомом водорода, имеют чуть меньшую энергию, чем предсказывает второй постулат Бора.

г). Как изменится положение химического элемента в таблице Менделеева после двух альфа распадов ядер его атома?

Номер элемента в результате двух распадов уменьшается на

Определить скорость этих электронов, если на экране, отстоящем от щели на расстояние L=50CM, ширина центрального дифракционного максимума х=0,36мм.

3. Найти длину волны рентгеновского излучения, если максимальная кинетическая энергия комптоновских электронов Tmax=0.1 МэВ.

Билет 24

Билет 24

а). Сформулируйте закон Кирхгофа для теплового излучения. Какой физический смысл имеет универсальная функция Кирхгофа?

Отношение испускательной и поглощательной способностей не зависит от природы тела, оно является для всех тел одной и той же (универсальной) функцией длины волны и температуры.

при переходе от одного тела к другому. Отношение их одинаково для всех тел. Это значит, что тело, сильнее поглощающее какие-либо лучи, будет сильнее эти лучи и испускать.

Физический смысл имеет универсальная функция Кирхгофа: - универсальная функция Кирхгофа есть не что иное, как испускательная способность абсолютно черного тела.

б). Нарисуйте график зависимости фототока Iф от напряжения U между электродами. Как изменится этот график, если: а) частота света, освещающего фотокатод, увеличится в два раза? б) интенсивность света увеличится в два раза?