11.Оптика.Строение атома

11.121. При освещении фотокатода светом вначале с длиной волны 200 нм, а затем с длиной волны 400 нм обнаружили, что запирающее напряжение изменилось в 4 раза. Определить работу выхода электрона из материала катода. Ответ выразить в электрон-вольтах. Ответ: 2,1 эВ. (3 балла)

11.122. Медный шарик, удаленный от других тел, облучают монохроматическим светом с длиной волны 200 нм. До какого максимального потенциала зарядится шарик, излучая фотоэлектроны, если работа выхода электрона из меди равна 4,5 эВ? Ответ выразить в единицах СИ с точностью до десятых. Ответ: 1,7 В. (3 балла)

11.123. Фотоэффект у некоторого металла начинается при частоте падающего света 600 ТГц. Определить длину волны света, при которой освобождаемые с поверхности катода электроны полностью задерживаются разностью потенциалов в 3 В. Ответ выразить в нанометрах с точностью до целых. Ответ: 226 нм. (3 балла)

11.124. Определить значение задерживающего потенциала для фотоэлектронов, выбитых из вольфрама излучением с длиной волны 200 нм, если красная граница для вольфрама 260 нм. Ответ выразить в единицах СИ с точностью до десятых. Ответ: -1,4 В. (3 балла)

11.125. Фотоэлемент облучается монохроматическим светом с длиной волны 600 нм. За некоторое время фотоэлемент поглотил энергию 10 мкДж, получая ежесекундно 10¹³ фотонов. Сколько времени облучался фотоэлемент? Ответ выразить в единицах СИ с точностью до целых. Ответ: 3 с. (3 балла)

11.126. Какая доля энергии фотона израсходована на работу вырывания электрона из металла, для которого красная граница фотоэффекта равна 307 нм, а максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов равна 1 эВ? Ответ выразить с точностью до десятых. Ответ: 0,8. (3 балла)

11.127. Какое количество энергии выделяется при делении ядер 1 г урана-235, если при делении одного ядра выделяется энергия 200 МэВ? Ответ выразить в гигаджоулях с точностью до целых. Ответ: 82 ГДж. (3 балла)

11.123. Мощность третьего блока Белоярской АЭС 600 МВт, КПД 40 %. Определить массу урана-235, расходуемого в течение суток, если при делении одного ядра выделяется энергия 200 МэВ. Ответ выразить в единицах СИ с точностью до десятых. Ответ: 1,6 кг. (3 балла)

11.129. При единичном акте деления ядра урана-235 выделяется энергия 200 МэВ. За какой промежуток времени первоначальная загрузка урана-235 в реакторе 10 кг уменьшится на 2 %, если мощность реактора постоянна и равна 1 МВт? Ответ выразить в сутках с точностью до целых. Ответ: 190 сут. (3 балла)

11.130. Какое количество нефти эквивалентно 1 г урана-235, если удельная теплота сгорания нефти 46 МДж/кг, а при делении 1 ядра урана-235 выделяется энергия 200 МэВ? Ответ выразить в тоннах с точностью до десятых. Ответ: 1,8 т. (3 балла)

11.131. Определить электрическую мощность атомной электростанции, расходующей в сутки 220 г урана-235 и имеющей КПД 25 %, если при делении одного ядра урана-235 в среднем выделяется энергия 200 МэВ. Ответ выразить в мегаваттах с точностью до целых. Ответ: 52 МВт. (3 балла)

11.132. Каким количеством урана-235 можно заменить сгорание 20 т бензина, если при делении одного ядра урана-235 выделяется энергия 200 МэВ, а удельная теплота сгорания бензина равна 42 МДж/кг? Ответ выразить в граммах с точностью до целых. Ответ: 10 г. (3 балла)

11.133. Определить радиус электронной орбиты в атоме неона ₁₀Ne²⁰, циклическая частота вращения электрона на которой равна 1,6*10¹⁵ с^-1. Ответ выразить в нанометрах с точностью до целых. Ответ: 1 нм. (3 балла)

11.134. Радиус первой электронной орбиты в атоме водорода равен 0,053 нм. Определить кинетическую энергию электрона на этой орбите. Ответ выразить в электрон-вольтах с точностью до десятых. Ответ: 13,6 эВ. (3 балла)

11.135. Определить импульс электрона, движущегося со скоростью, равной 0,6 скорости света в вакууме. Ответ: 2*10^-22 кг-м/с. (3 балла)

11.136. Сколько процентов от скорости света в вакууме должна составлять скорость протона, движущегося в ускорителе, чтобы увеличение массы составило 25 %?. Ответ: 60 %. (3 балла)

11.137. Ядро атома фосфора ₁₅Р³² распадается на два осколка, отношение масс которых равно 1:3. Определить скорость меньшего осколка, если до распада ядро покоилось, а суммарная кинетическая энергия осколков равна 60 пДж. Ответ выразить в мегаметрах в секунду с точностью до целых. Ответ: 82 Мм/с. (3 балла)

11.138. Определить энергию, выделяющуюся в акте синтеза дейтона p + n → ₁Н², если масса нейтрона 1,00867 а.е.м., масса протона 1,00728 а.е.м., а масса дейтона 2,01410 а.е.м. Ответ выразить в мегаэлектрон-вольтах. Ответ: 1,74 МэВ. (3 балла)

11.139. Две линзы с одинаковыми фокусными расстояниями находятся на одной оси на расстоянии 1 м от одной из линз. Изображение предмета, помешенного на расстоянии 1 м от одной из линз, получилось на таком же расстоянии от другой линзы. Определить фокусное расстояние линз. Ответ выразить в сантиметрах с точностью до целых. Ответ: 33 см. (4 балла)

11.140. На пути сходящегося пучка поставили тонкую собирающую линзу с фокусным расстоянием 10 см, в результате чего лучи сошлись на расстоянии 5 см от линзы. На каком расстоянии от места расположения линзы пересекутся лучи, если линзу убрать? Ответ выразить в см с точностью до целых. Ответ. 10 см. (4 балла)

11.143. Определить минимально возможное расстояние между предметом и его действительным изображением в тонкой линзе с фокусным расстоянием 1м. Ответ: 4 м. (4 балла)

11.144. В плоской ванне с жидкостью, показатель преломления которой 1,4, на глубине 3 см находится точечный источник света, который начинает смещаться вдоль вертикали со скоростью 1 мм/с. На дне ванны находится плоское зеркало, а на поверхности жидкости на высоте 4 см от дна плавает черный диск радиусом 6 см, центр которого находится над источником света. Через сколько секунд, источник света станет видимым для внешнего наблюдателя? Ответ: 10 с. (4 балла)

11.145. Луч света из воздуха попадает на однородный прозрачный шар, проникает в него и достигает поверхности шара изнутри. Какой угол составляет вышедший из шара луч с падающим лучом, если угол падения луча 26°, а угол преломления 17°? Ответ выразить в градусах. Ответ. 18°. (4 балла)

11.146. На какое расстояние сместится фокус длиннофокусной тонкой линзы с положительной оптической силой, если на пути прошедших через линзу лучей перпендикулярно главной оптической оси вплотную к линзе поместить плоскопараллельную пластинку толщиной 6 см с показателем преломления 1,5? Ответ: 2 см. (4 балла)

11.147. В трубе длиной 1 м, закрытой с обеих сторон, находится поршень с собирающей линзой, фокусное расстояние которой 20 см. Когда труба горизонтальна и неподвижна, поршень стоит в середине ее и давление с обеих сторон одинаково и равно 200 Па. Определить разницу давлении газа на поршень в том случае, когда он находится в положении, позволяющим получить на одном конце трубы изображение ее другого торца. Ответ выразить в единицах СИ с точностью до целых. Ответ: 218 Па. (4 балла)

11.148. Экран расположен в фокальной плоскости линзы с оптической силой 10 дптр. По другую сторону линзы в ее фокусе находится источник света, который а некоторый момент времени начинает удаляться от линзы с постоянным ускорением 4 м/с². Через сколько секунд от начала движения радиус светлого пятна на экране уменьшится в 6 раз? Ответ дать с точностью до десятых. Ответ: 0.5 с. (4 балла)

11.149. Спутник, летящий по круговой орбите на высоте 100 км над Землей, сфотографировали неподвижным фотоаппаратом с объективом, оптическая сила которого 2 дптр, с выдержкой 1 с. Определить длину изображения спутника на пластинке, приняв радиус Земли 6300 км. Изменением силы тяжести с высотой пренебречь. Ответ выразить в сантиметрах с точностью до целых. Ответ: 4 см. (4 балла)

11.150. Шарик массой 50 г движется вдоль оптической оси собирающей линзы, установленной на подставке на гладкой поверхности. Масса линзы с подставкой 200 г, фокусное расстояние линзы 10 см. После упругого удара шарик отскакивает от линзы. Определить, в течение какого промежутка времени будет существовать мнимое изображение шарика, если скорость, которую он имел до удара, равна 5 м/с. Ответ выразить в миллисекундах. Ответ: 40 мс. (4 балла)

11.151. Точечный источник света помещен на главной оптической оси собирающей линзы с фокусным расстоянием 8 см на расстоянии 12 см от линзы. Линза начинает смещаться в направлении, перпендикулярном своей главной оптической оси, со скоростью 1 см/с. С какой скоростью начнет смещаться при этом изображение источника, если сам источник остается неподвижным? Ответ: .3 см/с. (4 балла)

11.153. В вогнутое сферическое зеркало радиусом 10 см налито немного воды с растворенной в ней солью. При этом оказалось, что оптическая система при некотором положении источника света дает два его действительных изображения, одно из которых совпадает с самим источником, а другое отстоит от него на расстоянии 2,5 см. Определить показатель преломления раствора, налитого в зеркало. Ответ выразить с точностью до десятых. Ответ: 1,3 (4 балла)

11.154. Заряженное тело массой 20 г с зарядом 5 мкКл движется из бесконечности со скоростью 3 м/с по главной оптической оси тонкой линзы с оптической силой +1 дптр к ее центру, в котором расположен другой заряд. Определить, при каком значении этого заряда заряженное тело остановится в тот момент, когда его изображение совпадет по размерам с ним самим. Ответ выразить в микрокулонах с точностью до целых. Ответ: 4 мкКл. (4 балла)

11.155. Заряженное тело массой 20 г с зарядом 6 мкКл движется из бесконечно удаленной точки с начальной скоростью 5 м/с по главной оптической оси вогнутого зеркала, радиус кривизны которого 1 м, к его полюсу, в котором находится другой заряд 2 мкКл. Найти разность потенциалов двух точек, ограничивающих участок, движение по которому сопровождается появлением в зеркале мнимого изображения тела. Ответ: 5,7 кВ. (4 балла)

11.156. В центре тонкой линзы с оптической силой +2 дптр находится положительный заряд 4 мкКл. Заряженное тело массой 10 г с зарядом 5 мкКл находится на главной оптической оси линзы на расстоянии, равном удвоенному фокусному расстоянию линзы от ее оптического центра. Предоставленное самому себе, это тело начало удаляться от линзы. Определить скорость тела в бесконечно удаленной точке. Ответ выразить в единицах СИ. Ответ: 6 м/с. (4 балла)

11.157. Лазер излучает световые импульсы с энергией 0,1 Дж с частотой 10 Гц. КПД лазера, определяемый отношением излучаемой энергии к потребляемой, равен 1%. Какой объем воды нужно прокачать за 1 час через охлаждающую систему лазера, чтобы вода нагрелась не более, чем на 10°С. Ответ выразить в литрах с точностью до десятых. Ответ: 8,5 л. (4 балла)

11.158. Пучок лазерного излучения мощностью 100 Вт надает на непрозрачную пластинку под углом 30°. Пластинка поглощает 60 % падающей энергии, а остальную энергию зеркально отражает. Определить силу, действующую на пластинку со стороны света. Ответ выразить в наноньютонах с точностью до целых. Ответ: 416 нН. (4 балла)

11.159. Первоначально не возбужденный водород начинает излучать фотоны, если через него пропустить пучок электронов, прошедших ускоряющую разность потенциалов не менее 10,2 В. Чему равна энергия ионизации атома водорода? Считать, что атом водорода неподвижен, удар неупругий. Ответ: 13,6 эВ (4 балла)

11.160. Протон, летящий со скоростью 75 км/с, сталкивается с покоящимся невозбужденным атомом водорода и продолжает движение в том же направлении со скоростью 15 км/с, а атом водорода переходит в состояние с более высокой энергией. Какова длина волны фотона, который может излучать атом водорода при переходе в невозбужденное состояние? Ответ выразить в нанометрах с точностью до целых. Ответ: 132 нм. (4 балла)

11.161. Протон, летящий горизонтально со скоростью 46 км/с, сталкивается с неподвижным свободным атомом гелия и после удара отскакивает назад со скоростью 23 км/с, а атом переходит в возбужденное состояние. Определить длину волны, излучаемую атомом гелия при переходе в первоначальное состояние. Ответ выразить в микрометрах с точностью до десятых. Ответ: 0,6 мкм. (4 балла)

11.162. В результате реакции синтеза ядер дейтерия и трития выделяется нейтрон. Какую часть энергии он уносит? Кинетической энергией дейтона и тритона пренебречь Ответ выразить с точностью до десятых. Ответ: 0,8. (4 балла)

11.163. На неподвижный вначале протон налетает с большого расстояния другой протон со скоростью 10 км/с, направленной по линии центров протонов. На какое минимальное расстояние сблизятся протоны? Ответ выразить в нанометрах с точностью до десятых. Ответ: 5,5 нм. (4 балла)

11.164. При какой скорости частицы кинетическая энергия ее равна энергии покоя? Ответ выразить в мегаметрах в секунду. Ответ: 268 Мм/с (4 балла)

11.165. На единицу площади верхней граничной поверхности земной атмосферы, расположенной перпендикулярно к солнечным лучам, солнечное излучение приносит ежесекундно 1,37 кДж энергии. Расстояние от Солнца до этой поверхности равно 1,5*10¹¹м. Определить массу, ежесекундно теряемую Солнцем. Ответ выразить в мегатоннах с точностью до десятых. Ответ: 4,3 Мт. (4 балла)

11.166. На плоскую поверхность тонкой плосковыпуклой положительной линзы нанесено абсолютно отражающее покрытие. На выпуклую поверхность этой линзы падает узкий пучок лазерного излучения с энергией 4 Дж и длительностью импульса 10 нс. Падающий пучок распространяется параллельно главной оптической оси линзы на расстоянии 0,49F от оси, где F - фокусное расстояние линзы. Определить среднюю силу, действующую со стороны света на линзу, если половина лазерного пучка поглощается в линзе. Отражением света от сферической поверхности линзы можно пренебречь. Ответ выразить в единицах СИ с точностью до сотых. Ответ: 2,17 Н. (4 балла)