Закономерности фотоэлектрического эффекта

Министерство образования и науки Российской федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Ростовский государственный строительный университет»

Утверждено

на заседании кафедры физики

15 февраля 2008 г.

ИНФОРМАЦИОННО-методическИЕ УКАЗАНИЯ К КОМПЬЮТЕРНОМУ ТЕСТИРОВАНИЮ ПО ФИЗИКЕ. ЧАСТЬ VIII. квантовая ОПТИКА

Ростов-на-Дону

УДК 531.383

Информационно-методические указания к компьютерному тестированию по физике. Часть VIII. Квантовая оптика.

– Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2008. – 8 с.

Содержатся тестовые задания для проверки уровня подготовки студентов по курсу физики, а также необходимый теоретический материал для самостоятельной работы студентов при подготовке к защите лабораторных работ физического практикума, к промежуточной и итоговой аттестациям студентов, к сдаче зачетов и экзаменов.

Предназначены для студентов всех специальностей РГСУ, предусматривающих изучение курса физики.

Составители: проф. Н.Н.Харабаев,

ст. преп. Е.В.Чебанова

Рецензент: доц. И.Н.Мощенко

Редактор Н.Е. Гладких

Темплан 2007 г., поз.

Подписано в печать

Формат 60х84 1/16. Бумага писчая. Ризограф. Уч.-изд.л.

Тираж 100 экз. Заказ

___________________________________________________________

Редакционно-издательский центр

Ростовского государственного строительного университета

334022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162.

© Ростовский государственный

строительный университет, 2008

Тепловое излучение

ЗАДАНИЕ № 1

Температура абсолютно черного тела увеличена в 2 раза, а его интегральная излучательность увеличилась при этом в …

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) 2 раза ; 2) 4 раза ; 3) 8 раз ;

4) 16 раз ; 5) 32 раза .

ЗАДАНИЕ № 2

На рисунке представлены графики зависимости спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела от частоты при различных температурах. Наибольшей температуре соответствует график…

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) 1 ;

2) 2 ;

3) 3 .

ЗАДАНИЕ № 3

На рисунке показаны кривые зависимости спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела от длины волны при различных температурах. Наибольшей температуре соответствует график…

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) 1;

2) 2;

3) 3;

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) 1 ;

2) 2 ;

3) 3 .

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) 1;

2) 2;

3) 3;

ЗАДАНИЕ № 4

На рисунке показана кривая зависимости спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела от длины волны при Т = 6000 К . Если температуру тела уменьшить в 4 раза, то длина волны, соответствующая максимуму излучения абсолютно черного тела, равна (нм)…

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1)150 ;

2) ;

2) 250 ;;

3) 3)500 ;

4) 1000 ;

5) 2000 .

ЗАДАНИЕ № 5

На рисунке показаны кривые зависимости спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела от длины волны при различных температурах. Если кривая 1 соответствует спектру излучения абсолютно черного тела при температуре 6000 К, то кривая 2 соответствует температуре (К)…

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) 500 К ;

2) 1500 К ;

3) 2000 К ;

4) 4000 К .

---------------------------

Указания к заданиям 1 – 5

Закон Стефана-Больцмана:, где

–интегральная излучательность абсолютно черного тела, т.е. мощность излучения с единицы площади поверхности абсолютно черного тела;

Т – температура;

–постоянная Стефана-Больцмана.

Закон смещения Вина: , где – длина волны, соответствующая максимальному значению спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела, T – термодинамическая температура тела, b – постоянная Вина.

Частота ν и длина волны λ связаны соотношением: (c – скорость света).

Внешний фотоэффект

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ: 1) 1;

2) 2;

3) 3;

ЗАДАНИЕ № 6

В опытах по внешнему фотоэффекту изучалась зависимость энергии фотоэлектрона от частоты падающего на фотокатод света. Для некоторого материала фотокатода исследуемая зависимость представлена на рисунке линией b. При замене материала фотокатода на материал с меньшей работой выхода электрона зависимость W_k (n )будет соответствовать линии …

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) a ;

2) b ;

3) c ;

4) d .

ЗАДАНИЕ № 7

На рисунке представлены две зависимости задерживающего напряжения U₃ от частоты ν падающего света для внешнего фотоэффекта. Укажите верные утверждения.

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1. А₂ < А₁, где А₁ и А₂ – значения работы

выхода электронов из соответствующего

металла.

2. Зависимости получены для двух

различных металлов.

3. С помощью этих зависимостей можно

определить значение постоянной Планка.

ЗАДАНИЕ № 8

На рисунке представлены две вольтамперные характеристики вакуумного фотоэлемента. Если Е – освещенность фотокатода, а n – частота падающего на него света, то справедливо следующее утверждение…

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) n₁ > n₂ , E₁ > E₂ ;

2) n₁ > n₂ , E₁ = E₂ ;

3) n₁ = n₂ , E₁ > E₂ ;

4) n₁ = n₂ , E₁ < E₂ ;

5) n₁ < n₂ , E₁ > E₂ ;

6) n₁ < n₂ , E₁ = E₂ .

ЗАДАНИЕ № 9

На рисунке представлены две вольтамперные характеристики вакуумного фотоэлемента. Если Е – освещенность фотокатода, а n – частота падающего на него света, то справедливо следующее утверждение…

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) n₁ > n₂ , E₁ > E₂ ;

2) n₁ > n₂ , E₁ = E₂ ;

3) n₁ = n₂ , E₁ > E₂ ;

4) n₁ = n₂ , E₁ < E₂ ;

5) n₁ < n₂ , E₁ > E₂ ;

6) n₁ < n₂ , E₁ = E₂ .

---------------------------

Указания к заданиям 6 – 9

Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэлектронного эффекта:

, где

– энергия фотона частотой ν , падающего на поверхность металла

(h – постоянная Планка),

– работа выхода электрона из металла,

– максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона (m – масса электрона, – скорость электрона).

Если , то фотоэффект возможен, если , то фотоэффект невозможен, а если , то соответствует так называемой красной границе фотоэффекта, т.е. наименьшей частоте света, при которой фотоэффект еще возможен.

Связь между длиной волны λ и частотой ν фотона: (c – скорость света).

Закономерности фотоэлектрического эффекта.

Фототок, при котором все выбитые из катода электроны достигают анода, соответствует фототоку насыщения на вольт-амперной характеристике I(U) фотоэлемента.

Сила фототока насыщения при облучении катода светом фиксированной частоты пропорциональна интенсивности этого облучения или освещенности фотокатода.

Величина задерживающего напряжения U_з , при котором фототок прекращается (I = 0), определяется из соотношения: , где

– работа электрического поля по погашению кинетической энергии

фотоэлектрона от до 0.

Эффект Комптона

ЗАДАНИЕ № 10

На рисунке показаны направления движений падающего фотона (g ), рассеянного фотона (g¢ ) и электрона отдачи (е). Угол рассеяния 90^o , направление движения электрона отдачи составляет с направлением движения падающего фотона угол j = 30^o . Если импульс падающего фотона 3 (МэВ×с)/м, то импульс рассеянного фотона (в тех же единицах) равен…

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) 1,5 ;

2) ;

3) ;

4) .

ЗАДАНИЕ № 11

На рисунке показаны направления движений падающего фотона ( g ), рассеянного фотона ( g¢ ) и электрона отдачи (е). Угол рассеяния 90^o , направление движения электрона отдачи составляет с направлением движения падающего фотона угол j = 30^o . Если импульс падающего фотона р_ф , то импульс электрона отдачи равен…

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) ; 2) ;

3) ; 4) .

---------------------------

Указания к заданиям 10, 11

Закон сохранения импульса для взаимодействующих частиц – фотона и электрона – при комптоновском рассеянии:

, где , – импульс фотона до и после взаимодействия, соответственно;

– импульс электрона после взаимодействия.

Световое давление

ЗАДАНИЕ № 12

Параллельный пучок света падает по нормали на зачерненную плоскую поверхность, производя давление Р . При замене поверхности на зеркальную давление света…

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) увеличится в 2 раза ; 2) уменьшится в 2 раза ; 3) не изменится .

---------------------------

Указание к заданию 12

Давление света Р на освещаемую поверхность обусловлено изменением импульса падающего фотона при его соударении с поверхностью, причем Р ~ .

При падении по нормали на зачерненную плоскую поверхность импульс фотона изменяется от до 0 , т.е. изменение импульса фотона , а при аналогичном падении фотона на зеркальную плоскую поверхность импульс фотона при отражении изменяется от до – , т.е. изменение импульса в этом случае .

ЗАДАНИЕ № 13

Если в 2 раза увеличить объемную плотность энергии световой волны, то давление света …

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) увеличится в 2 раза ; 2) уменьшится в 2 раза ; 3) не изменится .

---------------------------

Указание к заданию 13

Давление P , производимое светом, падающим по нормали на поверхность:

,

где – коэффициент отражения, показывающий какую часть от падающей

на поверхность световой энергии составляет отраженная от этой

поверхности энергия;

– объемная плотность энергии излучения: ,

E_e = Nhν (E_e – энергетическая освещенность, т.е. энергия всех N фотонов,

падающих на единицу поверхности в единицу времени);

– энергия фотона частотой ν (h – постоянная Планка);

c – скорость света.