Задачі з Фізики (Волькенштейн) / 19

1. Знайти масу фотона : 1) червоних променів світла (=7 10^-5 см ), рентгеновських променів (=0,25 А ) і 3) гама-променів (=1,24 10^-2 А).

2. Визначити енергію, масу і кількість руху фотона, якщо довжина хвилі, що йому відповідає, дорівнює 0,016 А.

3. Ртутна дуга має потужність 125 вт . Скільки квантів світла випускається посекундно у випромінюванні з довжинами хвиль :

1) 6123 А, 2) 5791 А, 3)5461 А, 4) 4047, 5) 3655, 6) 2537 А ? Інтенсивність цих ліній дорівнює відповідно : 1) 2%, 2) 4%, 3) 4 %, 4) 2,9%, 5) 2,5%, 6) 4% від інтенсивності ртутної дуги. Вважати, що 80% потужності йде на випромінювання.

4. З якою швидкістю повинен рухатися електрон, для того щоб його кінетична енергія дорівнювала енергії фотона з довжиною хвилі = 5200 А ?

5. З якою швидкістю повинен рухатися електрон, для того щоб кількість його руху дорівнювала кількості руху фотона з довжиною хвилі = 5200 А.

6. Яку енергію повинен мати фотон, щоб його маса дорівнювала масі спокою електрона ?

7. Кількість руху, що переноситься монохроматичним пучком фотонів крізь площадку S=2 см² за час t= 0,5 хвилин, дорівнює р_ф= 3  10^-4 г  см /сек. Знайти для цього пучка енергію, що падає на одиницю площі за одиницю часу.

8. При якій температурі кінетична енергія молекули двоатомного газу буде дорівнювати енергії фотона з довжиною хвилі = 5,89  10^-4 мм ?

9. Оскільки при високих температурах важко здійснити умови для вимірювання доз рентгенівського та гама-випромінювання в рентгенах, то ГОСТом 8848-63 допускається використовування рентгена як одиниці дози для випромінювання з енергією квантів до 3 Мев. Знайти, до якої граничної довжини хвилі рентгенівського ввипромінювання можна використовувати одиницю вимірювання рентген ?

10. Знайти масу фотона, кількість руху якого дорівнює кількості руху молекули кисню при температурі 20⁰ С. Швидкість молекули дорівнює середній квадратичній швидкості.

11. В работі А. Г. Столєтова “ Актино - електричні дослідження ” (1888 р.) вперше були встановлені основні закони фотоефекту. Один з результатів його дослідів був сформульований так : “Розгалуджоючою дією володіють промені найвищої прелом- ляємості, довжина яких менша ніж 295 10^-6 мм”. Визначити роботу виходу електрона з металу, з яким працював

А. Г. Столєтов.

12. Знайти червону границю фотоефекту для літію, натрію, калію та цезію.

13. Червона границя фотоефекту для деякого металу дорівнює 2750 А. Яке мінімальне значення енергії фотона, що викликає фотоефект ?

14. Червона границя фотоефекту для деякого металу дорівнює 2750 А. Знайти : 1) роботу виходів електронів з цього металу, 2) максимальну швидкість електронів, що вирвані з цього металу світлом з довжиною хвилі 1800 А, 3) максимальну кінетичну енергію цих електронів.

15. Знайти частоту світла, що вириває з поверхні металу електрони, які повністю затримуються зворотнім потенціалом в 3 в. Фотоефект у цього металу починається при частоті падаючого світла в 6 · 10¹⁴ сек^-1. Знайти роботу виходу електрону з цього металу.

16. Знайти величину затримуючого потенціалу для фотоелектронів, що випускаються при освітленні калію світлом, довжина хвилі якого дорівнює 3300 А.

17. При фотоефекті з платинової поверхні величина затримуючого потенціалу дорівнює 0,8 в. Знайти : 1) довжину хвилі застосовуємого опромінення, 2) максимальну довжину хвилі, при якій ще можливий фотоефект.

18. Кванти світла з енргією е= 4,9 ев виривають фотоелектрони з металу з роботою виходу А=4,5 ев. Знайти максимальний імпульс, що передається поверхні металу при виході електрона.

19. Визначити сталу Планка h, якщо відомо, що фотоелектрони, що вириваються з поверхні деякого металу світлом з частотою 2,2 ·10¹⁵сек^-1 - потенціадом в 16,5 в.

20. Вакуумний фотоелемент складається з центрального катоду - вольфрамової кульки і аноду - внутрішньої поверхні посріюненої з внутрішньої сторони колби. Контактна різниця потенціалів між електродами, яка численно дорівнює U=0,6 в, прискорює вилітаючі електрони. Фотоелемент освітлюється світлом, довжина хвилі якого =2,3  10^-7 м. 1) Яку затримуючу різницю потенціадів треба прикласти між електродами, щоб фототок спав до нуля ? 2) Яку щвидкість отримають фотоелектрони, коли вони долетять до аноду, якщо прикладувати між катодом і анодом зовнішньої різниці потенціалів ?

21. Між електродами фотоелементу попередньої задачі прикладена затримуюча різниця потенціалів в 1 в. При якому граничному значенні довжини хвилі  , яке падає на катод світла , почнеться фотоефект ?

На рис. 65 показана частина приладу, з яким П.Лебедєв виконував свої досліди по вимірюванню тиску світла. Скляна хрестовина, що підвішана на тонкій нітці, закрита у відкачану посудину та несе на кінцях два легких кільця з платинової фольги. Одне кільце закреслено, інше залишено блискучим. Напрвляючи світло на одно з кілець та вимірюючи кут повороту нитки (для дзеркального відрахунку служе дзеркало S), можна визначити величину світлового тиску. Знайти: 1) величину світлового тиску, 2) енергію, яка падає від від дугової лампи за 1 сек на 1см² поверхні кілець, якщо при освітленні блискучого кільця відхилиння зайчика дорівнювало 76мм за шкалою, віддаленною від дзеркала на 1200 мм. Діаметр кілець 5 мм. Відстань від центру кільця до осі обертання 9,2 мм. Коефіцієнт відбиття світла від блискучого кільця 0,5. Стала k моменту крутіння нитки (M=k) дорівнює 2,210^-4 днсм/рад.

22. В одному з дослідів П.Лебедєва при падінні світла на закреслене кільце (=0) кут повороту нитки дорівнював 10. Знайти: 1) величину світлового тиску, 2) потужність падаючого світла. Данні приладу взяти із умови попередньої задачи.

23. В доному з дослідів П.Лебедєва напруженість падаючого на кільца монохроматичного світла (=5,610^-5) дорівнювала 0,5 дж/хв. Знайти: 1) число фотонів, які падають на 1 см² поверхні крилишек за 1 сек; 2) імпульс сили, повідомленної 1 см² поверхні кілець за 1 сек. Величину імпульсу знайти для випадків: а) =0, б) =0,5 та в) =1. Данні приладу взяти із умови задачи 19.22.

24. Російський астроном Ф.Бредихин пояснив форму кометних хвостів тиском сонечних промінів. Знайти: 1) світловий тиск сонечних промінів на абсолютно чорне тіло, яке поміщене на такой ж відстані від Сонця, що і Земля; 2) яку масу повинна мати частинка в кометному хвості, поміщена на той відстані, щоб сила світлового тиску на неї зрівноважувалась силою притягання частинкою Сонцем. Площина частинки, відбиту всі падаючі на неї проміні вважати рівною 0,510^-8 см². Величину сонечної сталої вважати рівною 8,21 дж/хвсм².

25. Знайти тиск світла на стінки електричної 100-ватної лампи. Колба лампи являє собою сферичну посудину радіусом 5 см. Стінки лампи відбивають 10падаючого на них світла. Вважати, що потужність, яка споживаєтья, іде на випромінювання.

26. На поверхню площиною 100 см² щохвилини падає 63 дж світлової енергії. Знайти величину світлового тиску у випадках, коли поверхня: 1) повністю відбиває всі проміні та 2) повністю поглинає всі падаючи на неї проміні.

27. Монохроматичний пучок світла (=4900Å),падаючи нормально на поверхню, втконує тиск на неї, рівний 510^-7 кг/м². Скільки квантів світла адає щосеукндно на одиницю площи цієї поверхні? Коефіцієнт відбивання світла =0,25.

28. Рентгеновські проміні з довжиною хвилі ₀=70,8 пм випробують комптоновське розсіяння на парафіну. Знайти довжину хвилі  рентгеновських промінів, які розсіяні у напрямках: а) =/2; б) =.

29. Яка була довжина хвилі ₀ рентгеновського випромінювання, якщо при комптонівського розсіювання цього випромінювання графітом під кутом =60^ довжина хвилі розсіянного випромінювання стала рівною =25,4 пм?

30. Рентгеновські проміні з довжиною хвилі ₀=20 пм випробують комптонівське розсіювання під кутом =90^. Знайти зміну  довжини хвилі рентгенівських промінів при розсіюванні, також енергію W_e та імпульс електрону віддачи.

31. При комптонівському розсіюванні енергія падаючого фотону розподіляється порівну між розсіянним фотон та електроном віддачи. Кут розсіювання =/2. Знайти енергію W та імпульс р розсіянного фотону.

32. Енергія рентгенівських промінів =0,6 МеВ. Знайти енергію W_e електрону віддачи, якщо довжина хвилі рентгеновських промінів після комптонівського розсіяння змінилася на 20%.

33. Знайти довжину хвилі де Бройля  для електронів, які пройшли різницю потенціалів U₁=1В та U₂=100 B.

34. Вирішити попередню задачу для пучка протонів.

35. Знайти довжину хвилі де Бройля  для : а) електрона, який рухається зі швидкістю v=10⁶м/с; б) атому водню,який рухається із середньою квадратичною швидкістю при температурі Т=300К; в) кульки масою m=1г, яка рухається зі швидкістю v=1см/с.

36. Знайти довжину хвилі де Бройля  для електрону, який має кинетичну енергію: а) W₁=10кеВ; б) W₂=1МеВ.

37. Заряджена частинка, прискорена різницею потенціалів U=200В та довжиною хвилі де Бройля =2,02 пм. Знайти масу m частинки, якщо її заряд чисельно дорівнює заряду електрону.

38. Скласти таблицю значень довжин хвиль де Бройля для електрону, який рухається із швидкістю v, яка дорівнює: 210⁸; 2,210⁸; 2,4 10⁸; 2,610⁸; 2,810⁸ м/с.

39. -частинка рухається по колу радіусом r=8,3 мм в однорідному магнітному полі, напруженність якого Н=18,9кА/м. Знайти довжину хвилі де Бройля  для -частинки.

40. Знайти довжину хвилі де Бройля  для атому водню, який рухається при температурі Т=293К з найбільш ймовірною швидкістю.