Тепловое излучение. Фотоэффект
№1 Свет, падающий на металл, вызывает эмиссию электронов из металла. Если интенсивность света уменьшается, а его частота при этом остается неизменной, то …
Решение:
Согласно
уравнению Эйнштейна для фотоэффекта,
,
где hυ
– энергия фотона;
работа
выхода электронов из металла;
- максимальная
кинетическая энергия электронов, которая
зависит от энергии фотона, следовательно,
от частоты света. Поскольку частота не
меняется, то и кинетическая энергия
остается неизменной. Интенсивность
света пропорциональна числу фотонов,
а количество выбитых электронов
пропорционально числу падающих фотонов;
значит, с уменьшением интенсивности
света количество выбитых электронов
уменьшается.
Ответ: количество выбитых электронов уменьшается, а их кинетическая энергия остается неизменной
№2 Катод вакуумного фотоэлемента освещается светом с энергией квантов 10 эВ. Если фототок прекращается при подаче на фотоэлемент задерживающего напряжения 4 В, то работа выхода электронов из катода (в эВ) равна …
Решение:
Согласно
уравнению Эйнштейна для фотоэффекта,
, где hυ
– энергия фотона;
работа выхода электронов из металла;
максимальная
кинетическая энергия электронов, которая
равна
,
где
задерживающее
напряжение. Следовательно,
№3 Наблюдается явление внешнего фотоэффекта. При этом с увеличением длины волны падающего света …
Ответ: уменьшается величина задерживающей разности потенциалов
№4
Н
а
рисунке представлено распределение
энергии в спектре излучения абсолютно
черного тела в зависимости от длины
волны для температуры
.
При увеличении температуры в 2 раза
длина волны (в
),
соответствующая максимуму излучения,
будет равна …
Ответ: 250
№5
Распределение
энергии в спектре излучения абсолютно
черного тела в зависимости от частоты
излучения для температур Т1
и Т2
(
)
верно представлено на рисунке …
№
6
На рисунке приведены две вольтамперные
характеристики вакуумного фотоэлемента.
Если Е – освещенность фотоэлемента, ν
- частота падающего на него света, то
Решение:
Приведенные
на рисунке вольтамперные характеристики
отличаются друг от друга величиной тока
насыщения. Величина тока насыщения
определяется числом выбитых за 1 секунду
электронов, которое пропорционально
числу падающих на металл фотонов, то
есть освещенности фотоэлемента.
Следовательно,
Задерживающее напряжение одинаково
для обеих кривых. Величина задерживающего
напряжения определяется максимальной
скоростью фотоэлектронов:
Тогда уравнение Эйнштейна можно
представить в виде
.
Отсюда поскольку
следовательно,
одинакова кинетическая энергия
электронов, а значит, и частота падающего
на фотокатод света, то есть
Ответ:
№7
На
рисунке показаны кривые зависимости
спектральной плотности энергетической
светимости абсолютно черного тела от
длины волны при разных температурах.
Если кривая 2 соответствует спектру
излучения абсолютно черного тела при
температуре
1450
,
то кривая 1 соответствует температуре
( в
)
…
Решение.
Воспользуемся
законом смещения Вина для излучения
абсолютно черного тела
,
где
длина волны, на которую приходится
максимум спектральной плотности
энергетической светимости абсолютно
черного тела
его
термодинамическая температура,
постоянная
Вина:
.
Так
как, согласно графику,
,
то
№8 Установите соответствие между приведенными характеристиками теплового равновесного излучения и характером их зависимости от частоты температуры.
1.Спектральная плотность энергии в спектре излучения абсолютно черного тела,согласно формуле Рэлея-Джинса,с увеличением частоты 2. Спектральная плотность энергии в спектре излучения абсолютно черного тела, согласно формуле Планка,с увеличением частоты…
3.Энергетическая светимость абсолютно черного тела с увеличением температуры…
4.Длина волны,на которую приходится максимум спектральной плотности энергии в спектре излучения абсолютно черного тела,с увеличением температуры…
Варианты ответа:( укажите соответствие для каждого нумерованного элемента задания)
1.Стремится к 0
2.
Возрастает пропорционально
3.
Возрастает пропорционально
4. Неограниченно возрастает
5.
Убывает пропорционально
Решение: 1.Последовательная классическая теория для спектральной плотности энергии излучения абсолютно черного тела приводит к формуле Рэлея-Джинса. При этом используется теорема класической физики о равнораспределении энергии системы по степеням свободы и электромагнитная теория света,которая позволяет подсчитать число степеней свободы,приходящихся на единицу объема области,занятой равновесным монохроматическим тепловым излучением. Поскольку, согласно классической теории, это число степеней свободы пропорционально третьей степени частоты и не зависит от температуры,с пектральная плотность энергии равновесного теплового излучения должна неограниченно возрастать при увеличении частоты. Этот результат П.Эренфест образно назвал ультрафиолетовой катастрофой.
2.Формула Планка дает распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела,согласующееся с экспериментом на всех частотах, т.е во всем спектре, и дает,таким образом, исчерпывающее описание равновесного теплового излучения. Согласно формуле Планка, с ростом частоты убывает число степеней свободы, приходящихся на единицу объема, и ультрафиолетовая катастрофа не возникает.
3.Согласно закону Стефана-Больцмана,энергетическя светимость абсолютно черного тела с увеличением температуры возрастает пропорционально . Из формулы Планка, интегрируя по всем длинам волн или частотам , можно получить энергетическую светимость абсолютно черного тела, т.е закон Стефана-Больцмана, и выражение постоянной Стефана-Больцмана через универсальные физические константы.
4.Согласно закону смещения Вина, длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергии в спектре излучения абсолютно черного тела, с увеличением температуры убывает пропорционально .
№
9
На
рисунке изображен спектр излучения
абсолютно черного тела при температуре
Т.
Площадь под кривой увеличится в 81 раз,
если температура
будет равна …
Ответ: 3Т
№10 Абсолютно черное тело и серое тело имеют одинаковую температуру. При этом интенсивность излучения …
Ответ: больше у абсолютно черного тела