Семинар 3 Квантовая оптика Вариант 1

1. Какой универсальный закон природы использовал Эйнштейн, записывая уравнение для фотоэффекта?

2. Зависит ли действие фотонов на вещество: а) от расстояния до источников излучения; б) от мощности источника? Почему?

3. Постройте вольт-амперные характеристики фототока для двух значений светового потока при равных начальных условиях.

4. Длина волны, соответствующая красной границе фотоэффекта, для бромистого серебра равна 300 нм. Определите работу выхода электронов.

5. Работа выхода электронов из золота равна 4,59 эВ. Найдите красную границу фотоэффекта для золота. Наблюдается ли фотоэффект при облучении золота видимым излучением?

6. Во сколько раз частота излучения света, падающего на металл, больше «красной границы» фотоэффекта ν_min, если кинетическая энергия вылетающих электронов равна работе выхода?

7. Металлическая пластинка под действием рентгеновских лучей зарядилась. Каков знак заряда?

8. На рис. 1 изображена вольт-амперная характеристика фотоэлемента. Вычислите число электронов, покидающих фотокатод при U=1,5 В в течение одой секунды.

рис. 1

9. На поверхность пластинки направлено излучение, частота которого 1,2·10¹⁵ Гц. Максимальная скорость фотоэлектронов равна 1000 км/с. Найдите длину волны красной границы фотоэффекта для данного вещества.

10. Каков физический смысл тангенса угла наклона графика к оси ох, изображенного на рис. 2.

рис. 2

11. Определите длину волны излучения, импульс фотона которого равен 1,1·10^–27Н·с.

12. Источник света мощностью 100 Вт испускает 5·10²⁰ фо­тонов за 1 с. Определите: а) энергию одного фотона; б) среднюю длину волны излучения.

13. Наряду с вакуумными фотоэлементами используются газонаполненные фотоэлементы. Например, используется газ аргон при давлении 2,6…5,3 Па. Как повлияет на силу фототока увеличение давления аргона?

14. Какую задерживающую разность потенциалов надо приложить к фотоэлементу, чтобы остановить электроны, испускаемые вольфрамом под действием ультрафиолетовых лучей длиной волны 130 нм? (А_вых=4,5 эВ).

15. Для явления фотоэффекта существенное значение имеет красная граница фотоэффекта. Имеется ли такая граница для фотохимических реакций?

16. Определите массу фотона, если соответствующая ему длина волны равна 550 нм.

Вариант 2

1. Что такое «задерживающее напряжение»?

2. Для какой цели в иконоскопе применяются микроскопические фотоэлементы с внешним фотоэффектом? Как их разряжают?

3. На рис. 3 изображена вольт-амперная характеристика вакуумного фотоэлемента. Ф_1, Ф₂ – световой поток, падающий на фотокатод. V₂=V₁ – начальная скорость электронов, вылетающих из фотокатода. Определите, какой световой поток больше.

рис. 3

4. При облучении световой пластины фотоэффект начинается при наименьшей частоте 1,0·10¹⁶ Гц. Найдите работу выхода электронов из цинка.

5. На рис. 4 изображен график зависимости кинетической энергии фотоэлектронов от частоты падающего света. Определите работу выхода фотоэлектронов.

рис. 4

6. Красная граница фотоэффекта для меди равна 282 нм. Пластинка из меди освещается ультрафиолетовым излучением с длиной волны 200 нм. Найдите максимальную скорость фотоэлектронов.

7. Наряду с вакуумными фотоэлементами используются газонаполненные фотоэлементы. Например, используется газ аргон при давлении 2,6…5,3 Па. Почему в таких фотоэлементах сила фототока значительно больше, чем в вакуумных?

8. Изобразите вольт-амперную характеристику фотоэлемента, если число фотоэлектронов, покидающих фотокатод при U=2 В в течение одной секунды равно 2·10¹³ штук (при U=0, I=2·10^–6 А).

9. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, вылетающих из пластинки при ее освещении светом с длиной волны 345 нм, равна 2,13·10^–14 Дж. Какова энергия фотона данного излучения?

10. Постройте график зависимости кинетической энергии от частоты падающего на медную пластинку света, если тангенс угла наклона прямой к оси частот равен h, а частота изменяется в пределах от 2·10¹⁴ Гц до 10·10¹⁴ Гц.

11. Определите импульс фотонов, соответствующих более длинным (760 нм) волнам видимой части спектра.

12. Лампа мощностью 90 Вт излучает монохроматический свет с длиной волны 660 нм. Определите число фотонов, излучаемых лампой за 10 с?

13. Оригинальный метод усиления фототока предложил в 1934 г. советский инженер А. А. Кубецкий. В вакуумной трубке, изображенной на рис. 5, расположен фотокатод К, катоды К₁, К₂, К₃ …, и анод А. Фотокатод К соединяется с отрицательным полюсом высоковольтного источника, а подаваемые на катоды напряжения К₁, К₂, К₃ … последовательно возрастают. Объясните, каким образом прибор «умножает» число фотоэлектронов?

рис. 5

14. Почему фототок достигает нулевого значения только в случае приложения значительной обратной разности потенциалов?

15. Какое запирающее напряжение надо подать на фотоэлемент, чтобы электроны, вырванные светом из катода, не могли создать ток в цепи? Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов при облучении светом равна 1,44·10^–14 Дж.

16. Определите длину волны излучения, масса фотона которого равна 5,5·10^–36 кг.