Физика для бакалавра Часть 2

27.В чем состоят трудности классической теории при объяснении внешнего фотоэффекта?

28.В чем суть идей Эйнштейна, дополнявших и развивающих квантовую теорию Планка?

29.Запишите математически и сформулируйте словесно уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

30.Как теория Эйнштейна объясняет: а) силу фототока насыщения; б) зависимость скорости фотоэлектронов от частоты падающегосвета; в) существование«краснойграницы» фотоэффекта?

31.Чем определяется «красная граница» фотоэффекта?

32.Как выглядит график зависимости задерживающего потенциала для фотоэлектронов от частоты падающего света для разных металлов? Чтоикакможноопределитьизэтогографика?

33.Какие виды фотоэффекта вы знаете? В чем они заклю-

чаются?

34.Каково применение фотоэффекта в науке и технике?

35.Что такое фотон?

36.Чему равны: а) энергия; б) масса; в) импульс фотона?

37.Чем фотон отличается от обычной частицы?

38.В чем состоит корпускулярно-волновая природа света?

39.В каких оптических явлениях свет обнаруживает: а) волновые свойства; б) квантовые свойства?

Проверочные тесты

Вариант 1

1.Какое из приведенных выражений дает энергию фотона? 1) hcν ; 2) hcλ ; 3) hcν2 ; 4) chλ ; 5) hcλ .

2.Какое из приведенных выражений является законом смещения Вина?

4) λmax = b/T.

241

3. Какая из приведенных энергий соответствует заштрихованной на графике площади?

1)энергия, излучаемая телом в единицу временивинтерваледлинволнdλ;

2)энергия, излучаемая телом в единицу времени c единицы площади и приходящаяся на единичный интервал длин волн, взятыйоколоλ;

3)энергия, излучаемая единицей

поверхности тела в единицу времени в интервале длин волн dλ, взятом около λ;

4) энергия, излучаемая телом в единицу времени и приходящаяся на единичный интервал длин волн, взятый около λ.

4. Какое из названных явлений имеет место, если при освещении полупроводниковой пластинки П (см. рисунок) показания миллиамперметрасильноувеличиваются?

1)внешний фотоэффект;

2)люминесценция;

3)возникновение фотоЭДС;

4)внутренний фотоэффект.

5. Как изменяется число выбитых в единицу времени электронов при внешнем фотоэффекте с увеличением освещенности поверхности металла?

1)увеличивается прямо пропорционально освещенности;

2)уменьшается прямо пропорционально освещенности;

3)не изменяется;

4)увеличивается прямо пропорционально квадрату освещенности.

6. Найти мощность, излучаемую абсолютно черным ша-

ром радиусом 10 см, который находится в комнате, где температура 27 °С.

1) 57,5 Вт; 2) 30 Вт; 3) 17 Вт; 4) 8,5 Вт; 5) 0,50 Вт.

242

7. «Красная граница» фотоэффекта рубидия 810 нм. Какую обратную разность потенциалов нужно приложить к фотоэлементу с рубидиевым катодом, чтобы задержать электроны, испускаемые катодом под действием ультрафиолетовых лучей

сдлиной волны 100 нм?

1)4,73 В; 2) 5,81 В; 3) 10,9 В; 4) 16,0 В; 5) 21,8 В.

Вариант 2

1.Какое из приведенных выражений дает импульс фотона? 1) hcν ; 2) hcλ ; 3) hcν2 ; 4) chλ ; 5) hcλ .

2.Выберите из указанных величин ту, которой соответст-

вует площадь, ограниченная кривой rν,T = f(ν) и осью абсцисс. 1) поглощательная способность АЧТ; 2) излучательная способность АЧТ; 3) энергетическая светимость АЧТ; 4) энергия, излученная АЧТ в 1 с.

(АЧТ – абсолютно черное тело).

3.Какая из приведенных формулиро-

вок определяет поглощательную способность тела?

1)отношение энергии, отраженной телом, к энергии, падающей на него;

2)отношение энергии, падавшей на тело, к энергии, поглощенной им;

3)отношение энергии, поглощенной телом, к энергии, падающей на него;

4)отношение энергии, поглощенной телом, к энергии, излученной им.

4.На рисунке изображено семейство вольт-амперных кривых, снятых при изучении внешнего фотоэффекта дня некоторого фотоэлемента. Что было различным при снятии этих кривых?

243

1)длина волны света;

2)освещенность катода;

3)длина волны света и освещенность катода;

4)задерживающее напряжение.

5. Какая из формул является уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта?

5)λкр = hc/A.

6.Длина волны, соответствующая максимуму излучатель-

ной способности в спектре абсолютно черного тела, равна 720 нм, площадь излучающей поверхности 5,0 см2. Определить мощность излучения.

1) 71 кВт; 2) 38 кВт; 3) 7,5 кВт; 4) 1,0 кВт; 5) 0,35 кВт.

7. Красная граница фотоэффекта для платины равна 198 нм. Если платину прокалить при высокой температуре, то «красная граница» фотоэффекта станет равной 220 нм. Насколько прокаливание уменьшает работу выхода электронов? Ответ выразить

вэлектронвольтах.

1)на 0,42 эВ; 2) на 0,64 эВ; 3) на 1,0 эВ; 4) на 1,2 эВ; 5) на

1,8 эВ.

Вариант 3

1.Какое из приведенных выражений дает массу фотона? 1) hcν ; 2) hν; 3) hcν2 ; 4) chλ ; 5) hcλ .

2.Укажите единицу измерения энергетической светимости

вСИ.

1) Дж/м2; 2) Дж/с; 3) Вт/мм2; 4) Вт/м2; 5) Дж/м.

3. На каком из рисунков правильно изображено распределение излучательной способности абсолютно черного тела по длинам волн?

244

4.Какое из приведенных выражений является правильным определением «красной границы» (КГ) фотоэффекта?

1) КГ – минимальная длина волны, начиная с которой фотоэффект наблюдается;

2) КГ – минимальная частота, начиная с которой фотоэффект не наблюдается;

3) КГ – минимальная частота, начиная с которой фотоэффект наблюдается;

4) КГ – наибольшая длина волны в спектре падающего на фотокатод света;

5) КГ – наименьшая длина волны в спектре падающего на фотокатод света.

5.От чего и как зависит скорость электронов, вылетевших при внешнем фотоэффекте?

1) от освещенности поверхности, пропорциональна освещенности;

2) от освещенности поверхности, обратно пропорциональна освещенности;

3) от длины волны падающего света, пропорциональна ей;

245

6.Работа выхода электрона из молибдена равна 4,2 эВ. Какова максимальная скорость электронов, вылетающих с поверхности молибдена при освещении его лучами длиной волны 200 нм?

1)1,3 м/с; 2) 17 м/с; 3) 4,1 км/с; 4) 840 км/с; 5) 6,8·104 км/с.

7.Из отверстия в печи площадью 10 см2 излучается 250 кДж энергии за 1 мин. Чему равна длина волны, на которую приходится максимум излучательной способности? Отверстие считать абсолютно черным телом.

1)1,0 мкм; 2) 0,010 мкм; 3) 1,0 нм; 4) 10 мкм; 5) 0,010 нм.

Вариант 4

1. В чем заключается квантовая гипотеза Планка?

1)энергия нагретыми телами излучается непрерывно;

2)энергия нагретыми телами излучается отдельными порциями (квантами);

3)чем больше тело поглощает энергии, тем оно больше ее излучает;

4)поглощательная способность абсолютно черного тела равна единице;

5)правильного ответа среди указанных нет.

2. Какое из приведенных выражений правильно отвечает на вопрос, что такое энергетическая светимость тела?

1)мощность теплового излучения в интервале частот от ν до ν + dν;

2)количество энергии, излучаемой телом в единицу вре-

мени;

3)количество энергии, излучаемое единицей поверхности тела в единицу времени;

4)количество энергии, излучаемой единицей поверхности тела в единицу времени и приходящейся на единичный интервал длин волн.

246

3. Какая из совокупностей графиков является верной?

4. На рисунке изображено семейство вольт-амперных кривых, снятых при изучении внешнего фотоэффекта. Что изменялось в опыте при снятии различных кривых? Опыты проводились с одним

итем же фотоэлементом.

1)красная граница фотоэффекта;

2)освещенность катода;

3)освещенность катода и длина волны света, падающего на

катод;

4)длина волны света, падающего на катод.

5.Какая из единиц является единицей измерения излучательной способности тела (спектральной плотности энергетической светимости) в СИ?

1) Дж/м2; 2) Вт; 3) Вт/м2; 4) Дж·с; 5) Дж/(с·м3).

6.Температура абсолютно черного тела равна 127 °С. После повышения температуры суммарная мощность излучения увеличилась в 3 раза. На сколько градусов при этом повысилась температура тела?

1) на5,0 °С; 2) на27 °С; 3) на58 °С; 4) на120 °С; 5) на640 °С.

247

7. На поверхность некоторого металла падает монохроматический свет с длиной волны 200 нм. Красная граница фотоэффекта для этого металла равна 248 нм. Определить работу выхода электрона из металла и его максимальную скорость.

1)3,7 эВ, 6500 км/с; 2) 4,0 эВ, 335 км/с; 3) 4,2 эВ, 1700 км/с;

4)5,0 эВ, 650 км/с; 5) 9,3 эВ, 180 км/с.

Вариант 5

1.В каких единицах в СИ измеряется энергетическая све-

тимость тела?

1) Дж/с; 2) Дж·с; 3) Вт/м2; 4) Дж/К; 5) Вт/м3.

2.Какая из приведенных формул является математической записью закона Кирхгофа для теплового излучения?

5)arλ,T = rλ,T .

λ,T

3.Какая из приведенных физических величин представляет собой испускательную (излучательную) способность тела?

1) энергия, излучаемая телом в единицу времени;

2) мощность теплового излучения в интервале частот от ν до ν + dν;

3) энергия, излучаемая телом в единицу времени c единицы поверхности;

4) энергия, излучаемая единицей поверхности в единицу времени и приходящаяся на единичный интервал длин волн.

4.Какое из приведенных явлений называется внешним фотоэффектом?

1) испускание электронов телом при его нагревании;

2) испускание электронов веществом под действием падающего света;

3) явление поглощения света веществом;

4) явление отражения света веществом;

5) переход электронов под действием света из связанного состояния в свободное.

248

5.На рисунке показана зависимость энергии вылетевших электронов от частоты падающего света для различных металлов. Укажите номер графика, соответствующего металлу с наибольшей работой выхода электрона из него.

6.Сколько энергии излучает за 1,0 с абсолютно черное тело с 1,0 см2 светящейся поверхности, если максимум излучательной способности в его спектре приходится на длину волны 725 нм?

1) 1,0 Дж; 2) 1,7 Дж; 3) 0,50 кДж; 4) 0,75 кДж; 5) 1,45 кДж.

7.Какой длины электромагнитную волну следует направить на поверхность цинка, чтобы максимальная скорость электрона, вылетевшего из металла, была 0,80 мм/с? Работа выхода электрона из цинка равна 4,0 эВ.

1) 102 нм; 2) 120 нм; 3) 214 нм; 4) 384 нм; 5) 880 нм.

Вариант 6

1.Какая физическая величина определяется выражением

hc/λ?

1) энергия фотона; 2) масса фотона; 3) импульс фотона;

4)скорость света в веществе.

2.Какое из приведенных выражений является законом Стефана–Больцмана для теплового излучения?

3. От чего зависит излучательная способность (спектральная плотность энергетической светимости) абсолютно черного тела?

1)только от температуры тела;

2)только от частоты излучения;

3)только от материала излучающего тела;

4)от формы и размеров излучающего тела;

5)от температуры тела и длины волны излучения.

249

4.На каком из приведенных графиков правильно изображена зависимость силы фототока от напряжения для вакуумного фотоэлемента?

5.Что называется задерживающим напряжением при внешнем фотоэффекте?

1) наименьшая разность потенциалов между анодом и катодом, при которой фототок достигает насыщения;

2) наименьшая отрицательная разность потенциалов между анодом и катодом, при которой фототок равен нулю;

3) напряжение между анодом и катодом, при котором скорость фотоэлектронов наибольшая;

4) напряжение между анодом и катодом, при котором скорость фотоэлектронов наименьшая.

6.Энергетическая светимость абсолютно черного тела равна 3,0 Вт/см2. Определить длину волны, соответствующую максимуму излучательной способности этого тела.

1) 340 нм; 2) 680 нм; 3) 3,4 мкм; 4) 6,8 мкм; 5) 10 мкм.

7.На поверхность никеля падает монохроматический свет (λ = 200 нм). «Красная граница» фотоэффекта для никеля 248 нм. Определить энергию (в электронвольтах) падающих фото-

нов и максимальную кинетическую энергию электронов.

1) 6,2 эВ; 1,9·10–19 Дж; 2) 5,0 эВ; 0,9·10–17 Дж; 3) 4,2 эВ; 1,7·10–15 Дж; 4) 3,4 эВ; 8,0·10–13 Дж; 5) 1,0 эВ; 3,2·10–11 Дж.

Вариант 7

1. Каковфизическийсмыслэнергетическойсветимоститела?

1)энергия, испускаемая с единицы поверхности нагретого

тела;

2)энергия, испускаемая с единицы поверхности нагретого тела в единицу времени;

250