3. Потенциал ионизации водородного атома 13.6в. Исходя из этого, вычислить значение постоянной Ридберга.

 

Билет 9

а). Каков физический смысл спектральной поглощательной способ­ности тела? В каких единицах она измеряется?

Поглощающая способность тела есть функция частоты и температуры. По

определению не может быть больше единицы. Для тела, полностью

поглощающего упавшее на него излучение всех частот, Такое

тело называется абсолютно черным. Тело, для которого называют серым.

б). В чем состоит суть явления фотоэффекта? Какие виды фотоэф­фекта вы знаете?

Суть фотоэффекта состоит в способности атомов к ионизации под действием света. Если атомы (напpимеp, газа) подвергнуть облучению светом, то свет будет поглощаться атомами. Естественно допустить, что при определенных условиях поглощение будет столь велико, что внешние (валентные) электроны будут отрываться от атомов. Фотоэффект – это испускание электронов под действием света.

Внешний фотоэффект- это выбивание электронов из металла падающим светом или другим электромагнитным излучением. Это явление обладает рядом свойств:

1.Фототок насыщения прямо пропорционален интенсивности света.

2. Максимальная кинетическая энергия электронов, покинувших металл в результате фотоэффекта, определяется частотой света и не зависит от его интенсивности.

3.Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта – наименьшая частота падающего света, при которой возможен фотоэффект.

4.Фототок устанавливается очень быстро за время .

Внутренний фотоэффект - вызванные электромагнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу. Внутренний фотоэффект может происходить в полупроводниках и в диэлектриках. Под действием света часть электронов из валентной энергетической зоны переходит в область проводимости. Концентрация носителей тока внутри вещества увеличивается, - возникает фотопроводимость, т.е. повышение электропроводности тела под действием света.

Вентильный: возникновение ЭДС при освещении контакта двух разных полупроводников или полупроводника и металла ( при отсутствии внешнего эл-го поля).

При освещении границы двух полупроводников с разным типом проводимости (р-п перехода) в области р-п перехода возможно возникновение фото-эдс.

в). Объясните на основе закона сохранения импульса, почему фото­ны, испускаемые атомом водорода, имеют чуть меньшую энергию, чем предсказывает второй постулат Бора.

г). Почему массы атомов многих элементов в таблице Менделеева отличаются от целых чисел?

Указанные в таблице Менделеева относительные атомные массы некоторых элементов сильно отличаются от целого числа. Оказывается, ядра одного и того же химического элемента могут отличаться числом нейтронов при одинаковом числе протонов в ядре и электронов в электронной оболочке,

Такие ядра имеют одинаковые химические свойства и располагаются в одной клетке таблицы Менделеева. Это изотопы.

2. Фотон с частотой испущен с поверхности звезды, масса которой м и радиус r-Найти гравитационное смещение частоты фотона на очень большом расстоянии от звезды.

3.Ядро свободного покоящегося атома радия претерпевает альфа-распад. Энергия связи ядра радия равна 1732.6 МэВ, ядра ра­дона -1708.2 МэВ, альфа-частицы - 28.3 МэВ. Полагая, что дочернее ядро радона образуется в невозбужденном состоянии, определить скорость V дочернего атома.

 

 

Билет 10

а). Каков физический смысл спектральной плотности энергетической светимости (излучательности) тела? В каких единицах она измеряет­ся?

Количественной характеристикой теплового излучения служит спектральная плотность энергетической светимости (излучательности) тела - мощность излучения с единицы площади поверхности тела в интервале частот единичной ширины:

где - энергия электромагнитного излучения, испускаемого за единицу времени (мощность излучения) с единицы площади поверхности тела в интервале частот от . Единица спектральной плотности энергетической светимости Джоуль на метр в квадрате в секунду (Дж/м×с).

б). Если попытаться явление фотоэффекта объяснить исходя из вол­новых свойств света, то какими тогда должны были бы быть законы фотоэффекта?

Фотоэффект можно объяснить исходя из вол­новых свойств света: Амплитуду вынужденных колебаний свободного электрона (масса m и заряд e) в переменном электрическом поле с амплитудой

частотой можно записать в виде . Если амплитуда колебаний электрона будет достаточно большой, он может преодолеть задерживающее поле вблизи поверхности металла и уйти за его пределы. Тогда у фотоэффекта должны быть следующие свойства: 1.электроны не должны покидать металл до тех пор, пока амплитуда их колебаний не превысит некоторого порогового значения; 2.энергия выбитых электронов должна возрастать пропорционально (энергия колебаний пропорциональна квадрату их амплитуды)

3.если, а увеличивается частота электромагнитной волны, то число испускаемых электронов должно уменьшаться.

в). Укажите различия между моделью атома Резерфорда и теорией Бора.

Бор сделал попытку сформулировать законы движения электронов в атоме на основе представлений о том, что атом является устойчивой системой и что энергия, которую может излучать или поглощать атом, квантуется. Также он предположил, что из всего многообразия возможных орбит, которые вытекают из реализуются только удовл. условию квантования: Т.е. при переходе с орбиты на орбиту энергия меняется порциями, кратными Это Боровское правило квантования или правило отбора. Для устранения противоречия модели Резерфорда, Бор предположил, что излучение или поглощение энергии атомом происходит при переходе атома из одного стационарного состояния в другое. При каждом таком переходе излучается квант энергии, равный разности энергий стационарных состояний, между которыми происходит переход:

г). Как изменится положение химического элемента в таблице Мен­делеева после двух альфа-распадов ядер его атома?

Номер элемента в результате двух распадов изменится на . -распад – испускание ядра Не. Заряд ядра Неэлемент сместится влево на ; по таблице Менделеева.

2.Найти длину волны коротковолновой границы сплошного рентге­новского спектра, если скорость электронов, подлетающих к антика­тоду трубки, V=O,85C, где С- скорость света.

3.С поверхности сажи площадью при температуре Т=400К за время t=5мин излучается энергия . Определить коэффи­циент теплового излучения сажи.

 

Билет 11-19

а). Что такое характеристическое рентгеновское излучение? В каких случаях оно возникает? Каковы его особенности?

При поглощении атомом порции энергии, достаточной для вырывания или возбуждения одного из внутренних электронов, испускается характеристическое рентгеновское излучение. Соответствующая порция энергии может быть сообщена атому за счет удара достаточно быстрым электроном или поглощения рентгеновского фотона. Характеристическое излучение определяется природой вещества, из которого изготовлен антикатод. До тех пор пока энергия электрона недостаточна для возбуждения характеристического излучения, возникает только тормозное излучение. Характеристическое излучение возникает при переходе электрона с одного внутреннего слоя на другой. Однако все внутренние слои сложных атомов полностью заполнены. Следовательно, для возникновения характеристического излучения необходимо, чтобы на каком-нибудь внутреннем слое отсутствовал электрон. Это происходит за счет выбивания электрона с какого-нибудь внутреннего слоя электроном, ускоренным в рентгеновской трубке. Характеристическое излучение имеет линейчатый спектр. Рентгеновские спектры отличаются заметной простотой. Они состоят из нескольких серий, обозначаемых буквами:. Каждая серия насчитывает небольшое число линий, обозначаемых в порядке убывания длины волны индексами:. Спектры разных элементов имеют сходных характер. При увеличении атомного номера Z весь рентгеновский спектр лишь смещается в коротковолновую часть, не меняя своей структуры. Это объясняется тем, что рентгеновские спектры возникают при переходах электронов во внутренних частях атомов, которые (части) имеют сходное строение.

6). Что такое абсолютно черное тело? Что может служить моделью абсолютно черного тела? Какие объекты, существующие в природе, вы можете привести как пример тел, наиболее близких по своим свойствам к абсолютно черному телу? Почему эти тела обладают такими свойствами?

Тела, для которых поглощательная способность равна единице для всех частот и температур, называют абсолютно черными. В природе абсолютно черных тел (АЧТ) нет. Есть тела, достаточно близкие к ним в определенном диапазоне частот. Для видимого света это сажа и черный бархат. Высокие поглощающие свойства у этих материалов объясняются их пористостью, благодаря чему свет, попавший на них, испытывает несколько отражений, прежде чем выходит из толщи материала.

На принципе многократного отражения основано устройство тела, наиболее приближающегося по своим свойствам к АЧТ. Оно изготовляется в виде почти замкнутой полости, снабженной небольшим отверстием. Излучение, проникающее через отверстие, падает на стенки полости, частично поглощается ими, частично рассеивается или отражается и вновь попадает на стенки. Благодаря малым размерам отверстия, луч должен претерпеть много отражений, прежде чем он сможет выйти наружу. Повторные поглощения на стенках приводят к тому, что практически все излучение любой частоты поглощается такой полостью

в). Почему теннисный мяч имеет точно определенные координаты и скорость, а положение и скорость электрона в атоме невозможно од­новременно точно измерить?

Принцип неопределённости Гейзенберга:

. Оно отражает тот факт, что в природе в принципе не существует состояний частиц с точно определенными значениями обеих переменных ( координата и импульс). Согласно принципа неопределённости Гейзенберга , нельзя вводить понятие траектории электрона в атоме, так как невозможно одновременно точно определить координаты и скорость электрона в атоме. Если мы устанавливаем точное положение электрона, то лишаем себя возможности определить скорость, и наоборот. За неопределенностью координаты частицы скрывается не то, что мы не знаем ее точного значения, а то, что само понятие «координаты» при столь малых значениях начинает терять свой физический смысл, становится бессмысленным.

г). Почему деление тяжелых ядер и синтез легких ядер сопровождает­ся выделением большого количества энергии? Когда на один нуклон выделяется большая энергия? Почему?

2. При поочередном освещении поверхности некоторого металла светом с длинами волн 0,35 мкм и 0,54 мкм обнаружили, что соот­ветствующие максимальные скорости фотоэлектронов отличаются друг от друга в =2,0 раза. Найти работу выхода с поверхности это­го металла.

3. Фотон с энергией Е=15.0 эВ выбивает электрон из покоящегося атома водорода, находящегося в основном

состоянии. С какой ско­ростью v движется электрон вдали от ядра?

 

Билет 12

а). Напряжение между катодом и анодом рентгеновской трубки увеличили в два раза. Как изменится при этом положение коротковолновой границы спектра рентгеновского излучения?

Коротковолновая граница λ_min сплошного рентгеновского спектра определяется формулой

где e – заряд электрона, U – напряжение в рентгеновской трубке.

Чем большее напряжение приложено между катодом и анодом рентгеновской трубки, тем больше мощность рентгеновских лучей. При этом минимальная длина волны рентгеновского фотона уменьшается, а его энергия увеличивается с ростом напряжения между электродами.

б). Приведите примерный график зависимости анодного тока от ускоряю­щего потенциала в опытах Франка и Герца. На каких участках этой кри­вой наблюдаются упругие и на каких - неупругие столкновения электронов с атомами?

в). Что из себя представляет оптический резонатор? Почему он необходим для получения генерации света в лазерах?

Одно из зеркал имеет коэффициент отражения близкий к единице, второе является частично прозрачным. Наличие частично прозрачного зеркала позволяет определенной доли излучения (лазерное излучение) выходить из резонатора. Другая часть излучения вновь отражается и проходит через активную среду.

Для получения генерации света в лазерах необходим оптический резонатор, он обеспечивает обратную связь между источниками света или, другими словами, обеспечивает вынужденное испускание излучения.

г). Как в квантовой механике представляется свободно движущаяся части­ца? Какова функциональная зависимость от координаты X плотности вероятности обнаружения такой частицы в пространстве (частица движется вдоль оси X)?

Состояние частицы в квантовой механике описывается заданием волновой функции , являющейся функцией пространственных координат и времени. Определяя состояние частицы, следует указать способ определения вероятности обнаружения частицы в различных точках пространства в данный момент времени.

Квадрат модуля волновой функции определяет плотность вероятности того, что в момент времени частица может быть обнаружена в точке пространства с координатами , и .  Следовательно.