Министерство образования Российской Федерации

Новосибирский Государственный Технический Университет

________________________________________________________

КВАНТОВАЯ ОПТИКА

КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА

Варианты задач индивидуальных заданий

для студентов I-II курсов ФЛА, АВТФ, ФАЭМС, ФАМ,

ФБ, ФПМ дневной формы обучения

Новосибирск

2003

Составители: Э.Б. Селиванова, канд. пед. наук, доц., (тема 15-18)

Л.М. Родникова, ассист. (тема 15)

Н.В. Клягина, ассист. (тема 17)

М.А. Шорохова, ассист. (тема 16)

Рецензент В.Я. Чечуев, канд. техн. наук, доц.

Работа подготовлена на кафедре общей физики

© Новосибирский государственный

т ехнический университет, 2003

Предисловие

В методическом пособии «Квантовая оптика. Квантовая механика» представлены 4 темы раздела курса общей физики: тема 15 – Тепловое излучение; тема 16 - Фотоэффект. Световое давление. Эффект Комптона; тема 17 – Волны де Бройля. Соотношение неопределенностей; тема 18 – Уравнение Шредингера. Одномерный бесконечный потенциальный ящик. Потенциальный барьер (низкий и высокий). Атом водорода. Молекулы (нумерация тем сквозная в первой, второй и третьей частях сборников задач).

По каждой теме подобраны 18 одинаковых по сложности вариантов специально подобранных задач. При их составлении учитывались результаты психолого-педагогического анализа процесса решения физических задач, выполненных как составителями, так и другими авторами.

В каждом варианте представлены задачи всех выделенных в данной теме типов; кроме того, присутствуют задачи на развитие образных компонентов мышления (графические задачи, при решении которых используется перевод с «языка» формул на «язык» образов и наоборот).

Более подробно о типах задач можно прочитать в методических указаниях к решению задач в курсе общей физики «Квантовая оптика» (составители: Селиванова Э.Б., Чечуев В.Я., 1999 г.). В них в краткой наглядной форме (в виде таблиц) изложена теория, даны определения основных физических понятий, приведены соотношения между ними, указаны методы и разобраны примеры решения всех типов, выделенных в теме.

На основе приведенной теории и примеров могут быть решены и задачи других вариантов.

Настоящая работа может быть использована на практических занятиях, при выполнении индивидуальных и контрольных заданий, а также на экзаменах.

Канд. пед. наук, доц.

чл.-корр. МААН Селиванова Э.Б.

Оглавление

1. Предисловие

2. Тема 15. Тепловое излучение (варианты 15.1–15.18)

3. Тема 16. Фотоэффект. Световое давление. Эффект

Комптона (варианты 16.1–16.18)

4.Тема 17. Волны де Бройля. Соотношение неопределен-

ностей (варианты 17.1–17.18)

5. Тема 18. Уравнение Шредингера. Одномерный бесконеч-

ный потенциальный ящик. Потенциальный барьер

(низкий и высокий). Атом водорода. Молекулы.

(варианты 18.1-1818)

6. Приложение

15. Тема. Тепловое излучение

15.1. Вариант 1



15.1.1. На рисунке показаны графики зависимости испускательной способности серого тела от частоты излучения при двух разных температурах T₁ и Т₂. Изобразите аналогичные графики для абсолютно черного тела при тех же температурах. Сравните энергетические светимости этих тел при указанных температурах.

 15.1.2. Вольфрамовая нить нагревается в вакууме током силой I₁ = 1,0 А до температуры T₁ = 1000 К. При какой силе тока нить накалится до температуры T₂ = 3000 К? Коэффициенты излучения вольфрама и его удельные сопротивления, соответствующие температурам T₁ и T₂, равны:  = 0,115;  = 0,33; ₁ = 25,7·10^-8 Ом·м; ₂ = 96,6·10^–8 Ом·м.

 15.1.3. Поток излучения абсолютно черного тела Ф = 10 кВт. Максимум энергии излучения приходится на длину волны _m = 0,8 мкм. Определите площадь S излучающей поверхности.

 15.1.4. Расстояния между Солнцем и планетами Земля и Венера соответственно равны: r₁ = 1,5·10⁸ км, r₂ = 1,1·10⁸ км. Средняя температура поверхности Земли t = 20 ⁰С. Принимая Солнце и указанные планеты за абсолютно черные тела, оцените среднюю температуру поверхности Венеры.

 15.1.5. Длина волны, на которую приходится максимум энергии в спектре излучения абсолютно черного тела, _m = 0,55 мкм. Определите энергетическую светимость R_Э поверхности тела, а также спектральную излучательную способность r_,T, соответствующую длине волны _m.