Тепловое излучение. Фотоэффект. Давление света. Эффект Комптона

1. Абсолютно черное тело изготовлено в виде полости с малым отверстием радиуса 5 мм. Полость нагревают изнутри током, проходящим по вольфрамовой спирали. Нагреватель потребляет мощность 100 Вт, 10 % которой рассеивается в окружающую среду через стенки полости. Найти температуру, установившуюся внутри полости.

2. Цинковую пластинку освещают ультрафиолетовым светом длиной волны 30 нм. Определить, на какое максимальное расстояние от пластинки может удалиться фотоэлектрон, если вне пластинки имеется задерживающее однородное электрическое поле напряженностью 10 В/см.

3. Давление света с длиной волны 40 нм, падающего нормально на черную поверхность, равно 2 нПа. Определить число фотонов, падающих за время 10 с на площадь 1 мм² этой поверхности.

4. При охлаждении абсолютно черного тела длина волны, соответствующая максимуму его излучения, увеличилась от 0,4 до 0,7 мкм. Во сколько раз уменьшилась при этом полная лучеиспускательная способность (энергетическая светимость) тела?

5. Красная граница фотоэффекта для некоторого металла 0,275 мкм. Найти: а) работу выхода электрона из этого металла; б) максимальную скорость электронов, вырываемых из металла светом длиной волны 180 нм; в) максимальную кинетическую энергию вырываемых электронов.

6. Определить коэффициент отражения поверхности, если при энергетической освещенности 120 Вт/м² давление света на нее оказалось равным 0,5 мкПа.

7. Количество лучистой энергии ежесекундно посылаемой Солнцем через площадку 1 м², расположенную перпендикулярно солнечным лучам на верхней границе земной атмосферы, называется солнечной постоянной. Определить величину солнечной постоянной, считая Солнце абсолютно черным телом с температурой поверхности 5800 К. Радиус Солнца 6,95×10⁸ м, расстояние от Солнца до Земли 1,5×10¹¹ м.

8. Красная граница фотоэффекта для цинка 310 нм. Определить максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов в электрон-вольтах, если на цинк падает свет с длиной волны 200 нм.

9. Давление света, производимое на зеркальную поверхность, 5 мПа. Определить концентрацию фотонов вблизи поверхности, если длина волны света, падающего на поверхность, 0,5 мкм.

10. Человеческий глаз наиболее чувствителен к зеленому свету (0,55 мкм), для которого порог чувствительности глаза соответствует 80 фотонам, падающим на сетчатку за 1 сек. Какой мощности света соответствует этот порог?

11. Фотон с энергией 10 эВ падает на серебряную пластину и вызывает фотоэффект. Определить импульс, полученный пластиной, если принять, что направления движения фотона и фотоэлектрона лежат на одной прямой перпендикулярной поверхности пластин.

12. На расстоянии 5 м от точечного монохроматического (5 мкм) изотропного источника расположена площадка (8 мм²) перпендикулярно падающим пучкам. Определить число фотонов, ежесекундно падающих на площадку. Мощность излучения 100 Вт.

13. Определить температуру и энергетическую светимость абсолютно черного тела, если максимум энергии излучения приходится на длину волны 600 нм.

14. На фотоэлемент с катодом из лития падает свет с длиной волны 200 нм. Найти наименьшее значение задерживающей разности потенциалов, которую нужно приложить к фотоэлементу, чтобы прекратить фототок.

15. На зеркальную поверхность под углом 60⁰ к нормали падает пучок монохроматического света (590 нм). Плотность потока энергии светового пучка 1 кВт/м². Определить давление, производимое светом на зеркальную поверхность.

16. Из смотрового окошечка печи излучается поток 4 кДж/мин. Определить температуру печи, если площадь окошечка 8 см².

17. На металлическую пластину направлен пучок ультрафиолетового излучения (0,25 мкм). Фототок прекращается при минимальной задерживающей разности потенциалов 0,96 В. Определить работу выхода электронов из металла.

18. Свет падает нормально на зеркальную поверхность, находящуюся на расстоянии 10 см от точечного изотропного излучателя. При какой мощности излучателя давление на зеркальную поверхность будет равным 1 мПа ?

19. Поток излучения абсолютно черного тела 10 кВт. Максимум энергии излучения приходится на длину волны 0,8 мкм. Определить площадь излучающей поверхности.

20. На металлическую пластину направлен монохроматический пучок света с частотой 7,3×10¹⁴ Гц. Красная граница фотоэффекта для данного материала 560 нм. Определить максимальную скорость фотоэлектронов.

21. Свет с длиной волны 600 нм нормально падает на зеркальную поверхность и производит на нее давление 4 мкПа. Определить число фотонов, падающих за 10 с на площадь 1 мм² этой поверхности.

22. Температура внутренней поверхности муфельной печи при открытом отверстии площадью 30 см² равна 1300 К. Принимая, что отверстие печи излучает как черное тело, определить, какая часть мощности рассеивается стенками, если потребляемая печью мощность составляет 1,5 кВт.

23. Определить энергетическую освещенность (облученность) зеркальной поверхности, если давление, производимое излучением, равно 40 мкПа. Излучение падает нормально к поверхности.

24. На зеркальную поверхность площадью 6 см² падает нормально поток излучения 0,8 Вт. Определить давление и силу давления света на эту поверхность.

25. Определить, как и во сколько раз изменится мощность излучения черного тела, если длина волны, соответствующая максимуму его спектральной плотности энергетической светимости, сместилась с 720 нм до 400 нм.

26. При фотоэффекте с поверхности платины величина задерживающего потенциала оказалась равной 0,8 В. Вычислить длину волны используемого света.

27. Точечный источник монохроматического (1 нм) излучения находится в центре сферической зачерненной колбы радиусом 10 см. Определить световое давление, производимое на внутреннюю поверхность колбы, если мощность источника 1 кВт.

28. Черное тело находится при температуре 3000 К. При остывании тела длина волны, соответствующая максимуму его спектральной плотности энергетической светимости, изменилась на 8 мкм. Определить температуру, до которой тело охладилось.

29. Квант света длиной волны 232 нм вырывает с поверхности пластины электрон. Определить суммарный импульс, сообщаемый при этом пластине, если электрон вылетает навстречу падающему фотону. Электрон обладает энергией 2 эВ.

30. На цинковую пластину направлен монохроматический пучок света. Фототок прекращается при задерживающей разности потенциалов 1,5 В. Определить длину волны света, падающего на пластину.

31. При упругом центральном столкновении нейтрона с неподвижным ядром замедляющего вещества кинетическая энергия нейтрона уменьшилась в 1,4 раза. Найти массу ядер замедляющего вещества (в а.е.м.).

32. Заряженная частица влетает в однородное магнитное поле, индукция которого В = 0,5 Тл, и движется по окружности радиусом R= 0,1 м. Скорость частицы υ = 2,4·10⁶ м/с. Найти для этой частицы отношение её заряда к массе.

33. Вычислить время ускорения протонов в линейном ускорителе до полной энергии 15 МэВ, если ускоряющее частицу поле напряжением 200 кВ при частоте 10⁸ Гц, а начальная энергия протона 5 МэВ.

34. Определить частоту генератора, питающего циклотрон, который ускоряет дейтроны до энергии W =2 МэВ при максимальном радиусе кривизны траектории частиц R=0, 49м

35. Найти странность S и гиперзаряд Y нейтральной элементарной частицы у которой проекция изотопического спина T_z = +1/2 и барионный заряд В= +1. Что это за частица?

36. Отрицательный π-мезон с кинетической эрегией W^K=50 МэВ распался на лету на мюон и нейтрино. Найти энергию нейтрино, вылетевшего под прямым углом к направлению движения π-мезона.