Глава 23. Квантовая природа света Контрольные вопросы

1. Что такое внешний фотоэффект? Начертите и поясните график вольт – амперной характеристики фотоэффекта.

2. Сформулируйте законы фотоэффекта. Какие проблемы возникли при попытках объяснить их на основе классических представлений?

3. В чем состоит суть фотонной теории света? Назовите важнейшие характеристики фотона.

4. Запишите уравнение Эйнштейна для фотоэффекта и объясните на его основе 2 и 3 законы фотоэффекта.

5. Чему равно давление света? Выведите формулу для давления света на основе фотонных представлений.

6. В чем заключается эффект Комптона? Чему равна комптоновская длина волны для электрона?

7. Что означает корпускулярно-волновой дуализм света и вещества?

Основные формулы

Энергия фотона

 = h,

где - частота света,h =6,62610^-34 Джс - постоянная Планка.

Масса и импульс фотона

,,

где c =2,999710⁸м/с - скорость света в вакууме.

Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта

,

где A- работа выхода электрона из металла,E_kmax=- максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона.

При v= 0,h_o=A _o = с/_o = А/h- красная граница фотоэффекта.

Длина волны де Бройля для частиц, в классическом приближении (при v<<c).

,

где m- масса частицы,p- импульс частицы, E_k- ее кинетическая энергия.

ЗАДАЧИ

310. Найти массу фотона лучей света, имеющих длину волны 700 нм, 25 пм и 1,24 пм.

[3,210^-36кг; 8,810^-32кг; 1,810^-30кг]

310. Найти энергию, массу и импульс фотона, если ему соответствует длина волны 1,6 пм.

[1,1510^-13Дж; 1,3810^-30кг; 4,110^-22кгм/с]

310. С какой скоростью должен двигаться электрон, чтобы его кинетическая энергия бала равна энергии фотона с длиной волны 520 нм?

[9,210⁵м/с]

310. С какой скоростью должен двигаться электрон, чтобы его импульс был равен импульсу фотона с длиной волны 520 нм?

[1,4 км/с]

310. Найти длину волны света, соответствующую красной границе фотоэффекта, для лития, натрия, калия и цезия.

[517 нм; 540 нм; 620 нм; 660 нм]

310. Длина волны света, соответствующая красной границе фотоэффекта, для некоторого металла 275 нм. Найти минимальную энергию фотона, вызывающего фотоэффект.

[4,5 эВ]

310. Найти частоту света, вырывающего из металла электроны, которые полностью задерживаются разностью потенциалов 3 В. Фотоэффект начинается при частоте света 610¹⁴Гц. Найти работу выхода электрона из металла.

[13,210¹⁴Гц; 2,48 эВ]

310. Найти задерживающую разность потенциалов для электронов, вырываемых при освещении калия светом с длиной волны 330 нм.

[1,75 В]

310. При фотоэффекте с платиновой поверхности электроны полностью задерживаются разностью потенциалов 0,8 В. Найти длину волны применяемого облучения и предельную длину волны, при которой еще возможен фотоэффект.

[204 нм; 234 нм]

310. Фотоны с энергией 4,9 эВ вырывают электроны из металла с работой выхода 4,5 эВ. Найти максимальный импульс, передаваемый поверхности металла при вылете каждого электрона.

[3,4510^-25кгм/с]

310. Найти световое давление на стенки электрической 100-ваттной лампы. Колба лампы представляет собой сферический сосуд радиусом 5 см. Стенки лампы отражают 4% и пропускают 6% падающего на них света. Считать, что вся потребляемая мощность идет на излучение.

[10,4 мкПа]

310. Монохроматический пучок света (490 нм), падая по нормали к поверхности, производит световое давление 4,9 мкПа. Какое число фотонов падает в единицу времени на единицу площади этой поверхности? Коэффициент отражения света 0,25.

[2,910²¹с^-1м^-2]

310. Найти длину волны де Бройля: а) для электрона, движущегося со скоростью 10⁶м/с; б) атома водорода, движущегося со средней квадратичной скоростью при 300 К; в) шарика массой 1 г, движущегося со скоростью 1 м/с.

[730 пм; 144 пм; 6,610^-29м]

310. Найти длину волны де Бройля для электрона, имеющего кинетическую энергию 10 кэВ и 1 МэВ.

[12,2 пм; 0,87 пм]

310. Заряженная частица, ускоренная разностью потенциалов 200 В, имеет длину волны де Бройля 2,02 пм. Найти массу частицы, если ее заряд численно равен заряду электрона.

[1,6710^-27кг]