2.4. Дополнительные задачи

1. Красная граница фотоэффекта для рубидия равна 540 нм. Определить работу выхода и максимальную скорость электронов при освещении поверхности металла светом с длиной волны 400 нм.

2. Красная граница фотоэффекта для калия лежит при длине волны 577 нм. При какой разности потенциалов между анодом и катодом прекратится эмиссия электронов с поверхности калия, если освещать катод излучением с длиной волны 400 нм? Контактная разность потенциалов между анодом и катодом равна 2 В и контактное поле направлено от анода к катоду.

3. При поочередном освещении поверхности некоторого металла светом с длинами волн ₁= 0,35 мкм и₂= 0,54 мкм обнаружено, что соответствующие максимальные скорости фотоэлектронов отличаются в два раза. Найти работу выхода электрона с поверхности металла.

4. Определить плотность тока насыщения, получаемого с фотокатода, если катод освещается излучением с длиной волны 360 нм, причем энергетическая освещенность равна 6 10^–5Втсм^–2. Считать, что 3% падающих фотонов выбивают электроны.

5. На поверхность металла падает лучистый поток 5 10^–6Джсм^–1. Длина волны падающего света 360 нм. Определить ток насыщения, если считать, что 5% падающих фотонов выбивают электроны из металла.

3. Давление света. Эффект Комптона

3.1. Теоретическое введение

Электромагнитное излучение в корпускулярном представлении – это поток фотонов, обладающих массой (m_ф), импульсом (p_ф), энергией (E_ф):

. (3.1)

Интенсивность излучения (I), характеризующая плотность потока энергии, определяется в этом представлении соотношением:

. (3.2)

При столкновении фотона с массивным телом последнее испытывает силовое воздействие. В соответствии с законом Ньютона в течение интервала времени столкновения (t) на тело действует постоянная силаF_ср:

(3.3)

Непрерывный поток моноэнергетических фотонов, падающих на поверхность, создает эффект постоянного давления:

, (3.4)

где Р– световое давление;– концентрация фотонов в падающем излучении, часть которых упруго отражается от поверхности (индекс 1), а другая часть (индекс 2) – поглощается.

Неупругое столкновение первичного фотона с элементарной частицей (электроном), входящей в состав вещества, составляет основу эффекта Комптона. В результате столкновения энергия фотона уменьшается , т.е. облучаемое вещество создает вторичное электромагнитное излучение с большей длиной волны:

(3.5)

где – комптоновская длина волны электрона;- угол между векторамии.

3.2. Теоретическое задание

1. Раскройте качественное содержание всех физических величин, входящих в соотношения (3.1) – (3.5).

2. Используя соотношения (3.1) – (3.3) осуществите подробный вывод выражения (3.4) для светового давления (Р) и преобразуйте это соотношение так, чтобы оно содержало интенсивность (I) падающего излучения и коэффициент отражения () излучения от поверхности.

3. Осуществите подробный вывод соотношения (3.5), используя законы сохранения энергии и импульса.

4. Сформулируйте ответ на вопрос о главном, условии, при выполнении которого будет отчетливо наблюдаться эффект Комптона.