5.2. Поляризация и дисперсия света

При выполнении тестовых заданий студент должен знать: явление поляризации света; закон Малюса; поляризация света при отражении света от диэлектриков (угол Брюстера).

уметь: применять закон Малюса в условиях конкретной задачи; определять углы падения, преломления и отражения по углу Брюстера.

Примеры выполнения тестовых заданий

Задание 1. Неполяризованный свет проходит через два поляризатора, угол между плоскостями пропускания которых равен 45⁰. Интенсивность падающего света уменьшилась в … раз(а).

1) 2

2) 4

3) 8

4)

Выполнение задания. Неполяризованный свет – это свет со случайными направлениями колебания электрического вектора . Первый поляризатор исключает половину света, поэтому после него интенсивность света уменьшается наполовину

.

Свет, падающий на второй поляризатор, линейно поляризован, и его интенсивность понижается в соответствии с законом Малюса

,

где φ – угол между плоскостями пропускания поляризаторов.

Следовательно,

,

т.е. интенсивность падающего неполяризованного света уменьшилась в 4 раза.

Ответ: 2) 4

Задание 2. Пучок естественного света падает на границу раздела двух диэлектриков под углом Брюстера, равным 57⁰. Угол преломления равен …

1) 900

2) 570

3) 330

4) 1470

Выполнение задания. При некотором строго определенном для данной пары диэлектриков значении угла падения свет, отраженный от границы раздела, оказывается полностью линейно поляризованным. Такой угол падения называется углом Брюстера i_Бр или углом полной поляризации и определяется следующим соотношением

,

где n₁ и n₂ – показатели преломления первой и второй среды.

Для определения угла преломления r подставим это соотношение в закон преломления

. В результате получим равенство , которое справедливо только для iБр = 900 – r, т.е. отраженный и преломленный лучи образуют угол 900 (см. рисунок). Следовательно, угол преломления равен r = 900 – iБр = 900 – 570 = 330.

Ответ: 3) 33⁰

5.3. Тепловое излучение. Фотоэффект

При выполнении тестовых заданий студент должен знать: тепловое излучение, его характеристики; законы теплового излучения: закон Стефана-Больцмана, закон смещения Вина; законы фотоэффекта.

уметь: анализировать информацию, представленную в виде графика; применять законы теплового излучения в условиях конкретной задачи; применять законы фотоэффекта в условиях конкретной задачи..

Примеры выполнения тестовых заданий

Задание 1. Энергетическая светимость абсолютно черного тела (АЧТ) при увеличении его температуры в 3 раза увеличивается в … раз(а).

1) 3

2) 9

3) 27

4) 81

Выполнение задания. Энергетическая светимость АЧТ согласно закону Стефана-Больцмана равна .

Следовательно, при увеличении температуры в 3 раза его энергетическая светимость увеличится в 81 раз.

Ответ: 4) 81

Задание 2. На рисунке показаны кривые зависимости спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела (АЧТ) от длины волны при разных температурах. Если кривая 1 соответствует спектру излучения АЧТ при температуре 1600 К, то кривая 2 соответствует температуре … К.
1) 1600	2) 1200		3) 800	4) 400

Выполнение задания. Согласно закону смещения Вина λ_m=b/T, длина волны, соответствующая максимуму излучения АЧТ, обратно пропорциональна температуре. По условию задания (см. рисунок) длина волны, соответствующая максимуму излучения АЧТ для кривой 2 ( нм) в четыре раза больше, чем для кривой 1 ( нм). Следовательно, температура АЧТ для кривой 2 должна быть в четыре раза меньше, чем для кривой 1, т.е. 400 К.

Ответ: 4) 400

Задание 3. На рисунке представлены две вольтамперные характеристики (ВАХ) при фотоэффекте. Верны утверждения:

1. интенсивность светового потока для первой ВАХ больше, чем для второй

2. интенсивность светового потока для первой ВАХ меньше, чем для второй

3. фототок насыщения прямо пропорционален интенсивности света и не зависит от частоты света

4. фототок насыщения прямо пропорционален частоте света и не зависит от интенсивности света

Выполнение задания. В соответствии с первым законом фотоэффекта фототок насыщения I_H (предельное значение тока) пропорционален энергетической освещенности катода, которая в свою очередь пропорциональна интенсивности светового потока. Так как ток насыщения для второй ВАХ больше, чем для первой, то интенсивность светового потока для первой ВАХ меньше, чем для второй.

При однофотонном фотоэффекте каждый фотон поглощается только одним электроном. Поэтому число фотоэлектронов n, вылетающих за единицу времени с единицы площади катода, а следовательно и сила фототока насыщения I_Н = en, прямо пpопоpционально числу фотонов N_Ф, падающих за то же время на ту же поверхность, и не зависит от частоты света.

Ответы: 2) интенсивность светового потока для первой ВАХ меньше, чем для второй;

3) фототок насыщения прямо пропорционален интенсивности света и не зависит от частоты света

Задание 4. На рисунке приведены варианты графика зависимости максимальной кинетической энергии фотоэлектронов Ек от энергии падающих на фотокатод фотонов ε. Законам фотоэффекта соответствует график … 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4

В ыполнение задания. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта можно представить в виде:

или .

Так как работа выхода электрона из металла (А) является величиной постоянной для данного металла, то функция, заданная уравнением, является линейной , а ее график – прямая линия, построенная по двум точкам: при и при (см. рисунок). Следовательно, верно отражает зависимость максимальной кинетической энергии фотоэлектронов от энергии падающих на фотокатод фотонов график под номером 3.

Ответ: 3) 3