Примеры решения задач
Задача 1.
На мыльную плёнку с показателем
преломления
падает под углом
свет с длиной волны 0,6
мкм. Отражённый
от плёнки свет имеет наибольшую яркость.
Какова наименьшая возможная толщина
плёнки?
Решение:
На плёнке лучи
отражённые от верхней и нижней границы
плёнки, собираются с помощью линзы.
Найдём оптическую разность хода лучей
1 и 2.
, так как
.
Условие max при интерференции света наблюдаем на плёнке
При минимальной
толщине
m=1,
тогда
отсюда найдём
Ответ: =12 мкм.
Задача 2. Установка для получения колец Ньютона освещается монохроматическим светом, падающим по нормали к поверхности пластинки. Наблюдение ведется в отраженном свете. Расстояние между вторым и двадцатым темными кольцами Δ r2,20 = 4,8 мм.
Найти расстояние между девятым и шестнадцатым темными кольцами Ньютона.
Решение:
Радиус темных колец в отраженном свете определяется формулой:
,
где:
=0,1,2...- порядковый номер кольца;
-
длина волны;
- радиус кривизны
линзы.
Отсюда
=
- 
= 
(
– 
)
(1)
=
- 
=
(
– 
)
=
(2)
Из (1) имеем
=
, подставим в (2)
=
= 
= 1,57 
10
– 3
м
Ответ: = 1,57 10 – 3 м = 1,57 мм
Задача 3. На дифракционную решетку нормально падает монохроматический свет. Определить угол дифракции для линии λ1 = 550 нм в четвертом порядке, если этот угол для линии λ2 = 600 нм в третьем порядке составляет 30˚.
Решение:
Формула дифракционной решетки для двух линий
=
4
λ1
(1)
=
3
λ2
(2)
Поделим уравнение (1) на уравнение (2) и получим
=
или 
=
откуда
sinφ1
= 
= 
= 0,61
φ1 = arcsin 0,61 = 37˚42΄
Ответ: φ1 = 37˚42΄
Задача 4. Найдите угол полной поляризации (iБр) при отражении света от стекла (nc = 1,57), помещенного в воду (nв = 1,33). Определить скорость света в воде.
Решение:
Согласно закону
Брюстера tg
iБр
= 
при этом n1
= nв;
n2
= nс
Тогда tg
iБр
= 
= 1,18, следовательно, iБр
= arctg
1,18 ≈ 50˚
Абсолютный
показатель преломления среды n
= 
, тогда, зная nв,
найдем скорость распространения света
в воде: V
= 
= 
= 2,26
108
Ответ: iБр ≈ 50˚; V = 2,26 108
Задача 5. Температура внутренней поверхности электрической печи
T = 700˚C. Определите мощность излучения печи через небольшое отверстие диаметром d = 5 см, рассматривая его как излучение абсолютно черного тела.
Решение:
Из закона Стефана – Больцмана излучательность черного тела R = σ T 4. Другой стороны, N = R S, где S – площадь отверстия.
S
= П
τ
2 = П (
) 2
= 
, подставим
N
= R
S
= σ
T
4 *
= 
=
9,97
101
= 99,7 Вт
Ответ: N = 99,7 Вт
Задача 6. Красная граница фотоэффекта для металла λк = 6,2 10 – 5 см. Найти величину запирающего напряжения для фотоэлектронов при освещении металла светом длиной волны λ = 330 нм.
Решение:
Запирающее
напряжение – это напряжение на электродах,
способное остановить электроны,
вылетевшие из металла. Следовательно,
работа сил электрического поля Аэ
равна кинетической энергии фотоэлектронов.
Аэ
= Ек
или е
U
= Ек.
Кинетическую энергию определяем из
уравнения Эйнштейна.
hν = Aвых + Ек => Eк = hν - Aвых
Если известна
красная граница фотоэффекта, то работа
выхода определяется из выражения Aвых
= h
νк
= h
Подставим е
U
= h
- h
= h
C
)
откуда U
= 
- 
U
= 
= 1,76 
= 1,76 В
Ответ: U = 1,76 В
Задача 7. Фотон
с длиной волны, соответствующей красной
границе фотоэффекта, выбирает электрон
из металлической пластины (катода) в
сосуде, из которого откачан воздух.
Электрон разгоняется однородным
электрическим полем с напряжённостью
.
Какой должна быть длина пути электрона
в электрическом поле, чтобы он разогнался
до скорости, составляющей 10%
от скорости света в вакууме?
Решение:
Начальная скорость
вылетевшего электрона
.
Изменение кинетической энергии частицы
и работа сил электростатического поля
связаны соотношением:
.
Учитывая, что
и
,
(где
- заряд электрона), получим:
.
Отсюда найдём пройденный путь:
.
Ответ:
.
Задача. 8 На
поверхность площадью
за 5минут
падает свет, энергия которого составляет
20 Дж. Определить
световое давление на поверхность, если
она: а) полностью поглощает лучи,
б) полностью отражает лучи.
Решение:
Световое давление
определяется по формуле:
,
где:
- энергия излучения,
падающего на единицу площади в единицу
времени;
с - скорость света в вакууме;
- коэффициент
отражения.
Очевидно, что
,
где
-
полная энергия,
- площадь поверхности,
- время.
а) Если поверхность
полностью поглощает лучи, то
и
.
б) Если поверхность
полностью отражает лучи, то
и
.
Ответ:
,
