Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физика. Электромагнетизм. Колебания и волны. Волновая оптика. Квантовая оптика. Учебное пособие
.pdf
ложенную перпендикулярно направлению распространения волны,
за 1 мин? Период волны
.Tt
9. В вакууме распространяется плоская электромагнитная волна.
Амплитуда напряженности магнитного поля волны 0,1 А/м. Определить энергию, переносимую этой волной через поверхность площадью 1 м
странения волны, за время 1 с. Период волны
2
, расположенную перпендикулярно направлению распро-
.Tt
ЗАНЯТИЕ 6
Подготовить доклад на тему «Голография и ее применение».
Содержание задания:
– написание доклада;
– подготовка устного сообщения по теме;
– подготовка презентации.
Объем работы: 5–8 страниц печатного текста.
Основные требования к результатам работы
В докладе должны быть освещены следующие моменты:
– физические принципы голографии;
– применение голографии;
– голографические оптические элементы;
– голографические ВЗУ;
– голографические запоминающие устройства;
– носители информации для голографических запоминающих
устройств;
– голографические запоминающие устройства двоичной информа-
ции.
Волновые свойства света.
ную пленку (n = 1,3) толщиной 0,1 мкм, находящуюся в воздухе. Найти
наименьший угол падения, при котором пленка в проходящем свете
кажется темной.
2. Найти угловое расстояние между соседними светлыми полосами
в опыте Юнга, если известно, что экран отстоит от когерентных источ-
71
ников света на 1 м, а пятая светлая полоса на экране расположена на
расстоянии 1,5 мм от центра интерференционной картины.
3. Для устранения отражения света от поверхности линзы на нее
наносится тонкая пленка вещества с показателем преломления 1,25,
меньшим, чем у стекла (просветление оптики). При какой наименьшей
толщине пленки отражение света с длиной волны 0,72
мкм не будет
наблюдаться, если угол падения лучей 60?
4. Постоянная дифракционной решетки 2,5 мкм. Определить наибольший порядок спектра, общее число главных максимумов в дифракционной картине и угол дифракции в спектре второго порядка
при нормальном падении монохроматического света с длиной волны
0,62 мкм.
5. Дифракционная решетка шириной 12 мм содержит 4800 штри-
Определить число главных максимумов, наблюдаемых в спектре
хов.
дифракционной решетки, для длины волны 0,55 мкм.
6. На узкую щель шириной 0,1 мм падает нормально плоская монохроматическая волна с длиной волны 0,585 мкм. Найти расстояние
между первыми дифракционными минимумами на экране, удаленном
от щели на 0,6 м.
7. Под каким углом к горизонту должно находиться солнце, чтобы
свет, отраженный от поверхности воды, был максимально поляризован
(показатель преломления равен 1,33)?
8. Интенсивность естественного света, прошедшего через поляри-
затор, уменьшилась в 2,3 раза. Во сколько раз она уменьшится, если за
первым поляризатором поставить второй такой же так, чтобы угол
между их главными плоскостями был равен 60?
9. Определить, во сколько раз уменьшится
интенсивность есте-
ственного света, прошедшего через два николя, плоскости поляризации которых повернуты по отношению друг к другу на угол 45.
Каждый николь поглощает 8 % света, падающего на него.
ЗАНЯТИЕ 7
Тепловое излучение.
1. Мощность потока энергии, излучаемой из смотрового окошка
мартеновской печи, Р = 2,17 кВт. Площадь смотрового окошка
S = 6 см
2
. Определить температуру печи.
72
2. Найти площадь излучающей поверхности нити 25-ваттной лам-
пы, если температура нити 2450 К. Излучение нити составляет 30 %
излучения абсолютно черного тела при данной температуре. Потерями
тепла, связанными с теплопроводностью, пренебречь.
3. Вследствие изменения температуры тела максимум его спектральной энергетической светимости переместился с
= 0,125 мкм. Тело абсолютно черное. Во сколько раз изменилась
2
= 2,5 мкм до
1
а) температура тела; б) интегральная энергетическая светимость?
4. Максимальная спектральная светимость абсолютно черного тела
lT
,max
4,16 10 Вт/м .
r На какую длину волны она приходится?
11 2
5. Диаметр вольфрамовой проволоки в электрической лампочке ра-
вен 0,33 мм, длина проволоки 5 см. При включении лампочки в цепь
напряжением 127 В через лампочку идет ток силой 0,31 А. Найти температуру лампочки. Считать, что по установлении равновесия всё выделяющееся в нити тепло теряется в результате
лучеиспускания.
Отношение энергетических светимостей вольфрама и абсолютно черного тела считать для этой температуры равным 0,31.
6. Железный шар радиусом 10 см, нагретый до температуры
1227 С, остывает на открытом воздухе. Через какое время его темпе-
ратура понизится до 1000 К? При расчете принять, что отношение
энергетических светимостей железа и абсолютно черного тела равно
0,5.
Считать, что потеря энергии происходит только за счет излучения.
Воздух находится при нормальных условиях.
7. Абсолютно черное тело было нагрето от температуры 100 °С
до 300 С. Найти, во сколько раз изменилась мощность суммарного
излучения при этом.
8. Температура абсолютно черного тела понизилась с 1000 до 850 К.
Определить, как при этом изменилась длина волны
, отвечающая мак-
симуму распределения энергии.
9. Во сколько раз увеличится мощность излучения черного тела,
если максимум энергии излучения сместится от красной границы видимого спектра к его фиолетовой границе?
73
ЗАНЯТИЕ 8
Фотоны.
Давление света.
Фотоэффект.
Эффект Комптона.
1. На зачерненную поверхность нормально падает монохроматиче-
ский свет с длиной волны 0,65 мкм, произведя давление 5
Определить концентрацию фотонов, падающих на площадь 1 м
2. Определить давление, оказываемое светом с длиной волны
0,4 мкм на черную поверхность, если ежесекундно на 1 см
сти нормально падает 6
· 10
16
фотонов.
–6
· 10
Па.
2
в 1 с.
2
поверхно-
3. Давление света с длиной волны 0,55 мкм, нормально падающего
на зеркальную поверхность, равно 9 мкПа. Определить концентрацию
фотонов вблизи поверхности.
4. Красная граница фотоэффекта для никеля равна 0,257 мкм.
Найти длину волны света, падающего на никелевый электрод, если
фототок прекращается при задерживающей разности потенциалов,
равной 1,5 В.
5. Какую часть энергии фотона составляет энергия,
которая пошла
на совершение работы выхода электронов из фотокатода, если красная
граница для материала фотокатода равна 0,54 мкм, кинетическая энергия фотоэлектронов 0,5 эВ?
6. Облучение литиевого фотокатода производится фиолетовыми
лучами, длина волны которых равна 0,4 мкм. Определить скорость фотоэлектронов, если длина волны красной границы фотоэффекта для
лития равна 0,52 мкм.
7. Гамма-фотон с
длиной волны 1,2 пм в результате комптоновско-
го рассеяния на свободном электроне отклонился от первоначального
направления на угол 60. Определить кинетическую энергию и импульс электрона отдачи. До столкновения электрон покоился.
8. Фотон с импульсом 5,44
–22
· 10
кг · м/с был рассеян на свободном
электроне на угол 30 в результате эффекта Комптона. Определить импульс рассеянного фотона.
9. Первоначально покоившийся электрон приобрел кинетическую
энергию 0,6 МэВ в результате комптоновского рассеяния на нем
-фотона с энергией 0,51 МэВ. Чему равен угол рассеяния фотона?
74
ЗАНЯТИЕ 9
Электронные оболочки атома.
Теория Бора.
Элементы квантовой механики.
1. Определить первый боровский радиус орбиты в атоме водорода
и скорость движения электрона по этой орбите.
2. Определить наибольшие и наименьшие длины волн фотонов, из-
лучаемых при переходе электронов в сериях Лаймана, Бальмера
и Пашена.
3. Определить кинетическую энергию протона и электрона, для которых длина волны де Бройля
равна 0,06 нм.
4. Электрон прошел ускоряющую разность потенциалов U. Найти
длину волны де Бройля для случаев: U = 51 В; U = 51 кВ.
5. Среднее время жизни атома в возбужденном состоянии равно 12 нс.
Вычислить минимальную неопределенность длины волны 12 мкм
излучения при переходе атома в основное состояние.
6. Атом испустил фотон с длиной волны 0,55 мкм.
Продолжительность излучения 10 нс. Определить наименьшую погрешность, с которой может быть измерена длина волны излучения.
7. Электрон находится в одномерной потенциальной яме с бесконечно высокими стенками. Ширина ямы l = 1 нм. Определить наименьшую разность энергетических уровней электрона.
8. Определить, при какой ширине одномерной потенциальной ямы
наименьшая дискретность энергии
электрона становится сравнимой
с энергией теплового движения молекул гелия при температуре 300 К.
9. Частица в потенциальной яме шириной
l находится в возбуж-
денном состоянии. Определить вероятность нахождения частицы в ин-
тервале
0
l
x
на втором энергетическом уровне.
4
75
40
Экзамен
число баллов
Минимальное
1-й вопрос –
10 баллов
2-й вопрос –
Задача –
10 баллов
20 баллов
= 28,37
419 0,0677 =
10 = 40 4 2 = 08
200 = 200 1 100 = 100
4
число баллов
Максимальное
Сроки
контроля
1
Семестр
200 = 200 1 100 = 100
1
Семестр
10 = 30 3 2 = 06
3
200 = 400 2 100 = 200
2
Семестр
0,0677 =
= 59,91
885
ФБТХ (2-я часть)
РЕЙТИНГ-ЛИСТ
Тест 9–10-я неделя 15 05
«100–200»
РГЗ «2–10» 5–6-я неделя
Лабораторные работы
Название модуля Вид контроля
Электромагнетизм
«100–200»
РГЗ «2–10» 12–13-я неделя
Лабораторные работы
и
волны
Колебания
«100–200»
Лабораторные работы
Расчетно-графическое задание: 10 баллов – с защитой, 2 балла – без защиты.
Посещение всех лекций с наличием конспекта + 5 баллов, всех практических занятий с решением всех
Опоздание на занятие (лекция, практика, лабораторная работа) – 5 баллов одно занятие (баллы без ко-
Волновая оптика.
Квантовая оптика
Итого баллов
задач + 5 баллов (баллы без коэффициента).
эффициента).
76
ЗАДАЧИ ДЛЯ РГЗ К РАЗДЕЛАМ
«МАГНИТНОЕ ПОЛЕ», «ВОЛНОВАЯ ОПТИКА»
Электромагнетизм
Вариант 1
1. По контуру в виде равностороннего треугольника идет ток силой 10 А. Длина стороны треугольника 30 см. Определить магнитную
индукцию в точке пересечения высот. Для сравнения определить индукцию магнитного поля в центре кругового провода, вписанного в
этот треугольник.
2. В однородном магнитном поле с индукцией 0,1 Тл расположен
прямолинейный участок проводника с силой
дится под углом 30
o
к вектору магнитной индукции. Определить силу,
с которой поле действует на каждый сантиметр этого участка проводника.
3. В магнитном поле с индукцией 1,2 Тл по круговой орбите радиусом 50 см движется -частица. Определить скорость и разность потенциалов, которую должна пройти -частица, чтобы приобрести такую
скорость. Заряд -частицы
3,210
–19
Кл, ее масса 6,6410
4. По соленоиду идет ток силой 1,5 А. Магнитный поток, пронизы-
вающий поперечное сечение соленоида, равен 210
индуктивность соленоида, если он имеет 800 витков.
тока 5 А. Участок нахо-
–27
кг.
–6
Вб. Определить
Вариант 2
1. По двум параллельным и бесконечно длинным проводам, расположенным на расстоянии 8 см друг от друга, идут в одном направле-
нии токи силой
I = 2I = 40 А. Определить индукцию магнитного по-
1
ля в точке, отстоящей от одного проводника на 6 см, а от другого –
на 10 см.
2. В однородное магнитное поле с напряженностью 810
мещен медный проводник. Плотность тока в проводнике 3 А/мм
3
А/м по-
2
.
С каким ускорением будет двигаться проводник, если направление тока перпендикулярно направлению магнитного поля?
3. Определить относительную магнитную проницаемость железного сердечника катушки при токе силой 4 А. Индуктивность катушки
77
2
В
равна 0,4 Гн, площадь поперечного сечения 10 см
, число витков 1000
(воспользоваться графиком В(Н)).
4. Соленоид длиной 50 см и площадью сечения 2 см
7
тивность 2 10
поля внутри соленоида равна 10
Гн. При какой силе тока плотность энергии магнитного
–3
Дж/м3?
2
имеет индук-
Вариант 3
1. Виток, по которому идет ток силой 20 А, свободно установился
в однородном магнитном поле с индукцией 0,016 Тл. Диаметр витка
равен 10 см. Определить работу, которую нужно совершить, чтобы
повернуть виток на угол /2 относительно оси, совпадающей с диаметром.
2. Электрон, ускоренный разностью потенциалов 300 В, движется
параллельно прямолинейному проводнику на расстоянии 4 мм от
него.
Какая сила будет действовать на электрон, если по проводнику пустить
ток силой 5 А?
2
3. Проволочная рамка площадью 50 см
расположена перпендику-
лярно магнитному полю, индукция которого изменяется по закону
2
АВt где А = 1 Тл;
,()
2
1 Тл/с .В Определить ЭДС, индуцируе-
мую в контуре в момент t = 0,5 с.
4. Вычислить циркуляцию вектора индукции вдоль контура, охва-
тывающего токи силой 2 А, 4 А, 6 А, идущие в одном направлении.
Вариант 4
1. По двум параллельным и бесконечно длинным проводам, распо-
ложенным на расстоянии 4 см друг от друга, идут в противоположных
направлениях токи силой
I = 2I = 40 А. Определить индукцию маг-
1
нитного поля в точке, отстоящей от одного проводника на 3 см, а от
другого – на 5 см.
2. Плоский контур с силой тока 10 А свободно установился в одно-
2
родном магнитном поле с индукцией 0,1 Тл. Площадь контура 100 см
.
Поддерживая ток в контуре неизменным, его повернули относительно
оси, лежащей в плоскости контура, на угол 60°. Определить совершенную при этом работу.
3. Пройдя ускоряющую разность потенциалов 310
3
В, электрон
влетает в однородное магнитное поле нормально линиям индукции.
78
Индукция магнитного поля 0,01 Тл, радиус траектории 2 см. Определить удельный заряд электрона.
4. Электродвижущая сила самоиндукции, возникшая в цепи с ин-
дуктивностью 0,4 Гн, изменяется с течением времени по закону
= (А + Вt), где А = 20 В; В = 8 В/с. Определить, по какому закону
i
изменяется сила тока в цепи.
Вариант 5
1. Напряженность магнитного поля в центре витка радиусом 2 см
равна 40 А/м. Определить напряженность и индукцию поля на оси
витка в точке, расположенной на расстоянии 6 см от его центра. Какова напряженность в центре витка, если ему придать форму квадрата, не
изменяя силу тока?
2. Между полюсами электромагнита создается однородное магнитное
поле с индукцией 0,1 Тл. По проводу длиной 70 см, помещенному
перпендикулярно направлению магнитного поля, идет ток силой 70 А.
Найти величину силы, действующей на проводник.
3. Определить, при какой скорости пучок заряженных частиц, проходя перпендикулярно область, в которой созданы однородные поперечные электрическое и магнитное поля с Е = 10 кВ/м и В
= 0,2 Тл, не
отклоняется.
4. Вычислить энергию магнитного поля соленоида, по обмотке которого идет ток силой 2 А. Обмотка выполнена в один слой из проволоки диаметром 0,4 мм, витки плотно прилегают друг к другу, объем
соленоида 1500 см
3
, сердечник немагнитный.
Вариант 6
1. Рамка площадью 6 см2, содержащая 400 витков проволоки, находится в магнитном поле напряженностью 1,610
ток силой 10
–7
А. Определить магнитный момент рамки и вращающий
5
А/м. По рамке идет
момент, действующий на нее со стороны поля, если плоскость рамки
составляет с направлением магнитного поля угол 60°.
2. Определить энергию и ее плотность в железном сердечнике объемом 400 см
3
, если индукция равна 1,2 Тл (воспользоваться графиком
В = f (H).
79
3. Катушка радиусом 5 см, имеющая 100 витков, находится в маг-
нитном поле. Определить среднее значение ЭДС индукции в ней, если
индукция магнитного поля увеличится в течение 0,5 с от нуля до 1,5 Тл.
4. Найти циркуляцию вектора ин-
дукции вдоль контура, если
I = 60 А, 3I = 10 А, 4I = 100 А.
2
I = 50 А,
1
Вариант 7
1. По двум длинным параллельным проводникам, расстояние между которыми 6 см, идут токи силой 12 А. Определить индукцию и
напряженность магнитного поля в точке, удаленной от каждого провода на 6 см, если токи идут в одном направлении.
2. Прямой провод длиной 40 см, по которому идет ток силой 100 А,
движется в однородном магнитном поле
работу совершат силы, действующие на проводник со стороны поля,
при его перемещении на 40 см, если направление перемещения перпендикулярно линиям индукции и проводу?
3. Магнитная индукция однородного магнитного поля равна 0,5 Тл.
Найти магнитный поток через площадку в 25 см
углом 30° к линиям магнитного поля. Определить напряженность поля.
4. Соленоид сечением 10 см
2
содержит 103 витков. При силе тока 5 А
магнитная индукция поля внутри соленоида равна 0,05 Тл. Определить
индуктивность соленоида.
с индукцией 0,5 Тл. Какую
2
, расположенную под
Вариант 8
1. Проволочный виток радиусом 20 см расположен в плоскости
магнитного меридиана. В центре витка установлена небольшая магнитная стрелка, которая может вращаться вокруг вертикальной оси.
На какой угол отклонится стрелка, если по витку пустить ток силой 12 А?
Горизонтальную составляющую индукции земного магнитного поля
принять равной 210
–5
Тл.
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]