Квантово-оптические явления. атомная физика

Задача 7.01

При освещении поверхности металла излучением с длиной волны l задерживающее напряжение для фотоэлектронов равно U. Работа выхода электронов из металла равняется A, красная граница фотоэффекта l₀. Определить неизвестную величину в табл.117.

Таблица 117

Шифр	l, мкм	U, В	А, эВ	l₀, мкм
	0,25	?	2,8	–
	0,48	1,3	?	–
	0,45	2,1	–	?
	0,35	?	–	0,46
	?	1,4	–	0,29

Задача 7.02

Красная граница фотоэффекта для металла с работой выхода A соответствует длине волны l₀. При освещении поверхности металла излучением с длиной волны l максимальная скорость фотоэлектронов равна v. Определить неизвестную величину в табл.118.

Таблица 118

Шифр	А, эВ	l₀,мкм	l, мкм	v, км/с
	–	0,41	?
	2,5	–	0,27	?
	–	?	0,29
	–	0,36	?
	?	–	0,14

Задача 7.03

При падении излучения с длиной волны l на пластинку из металла с красной границей фотоэффекта l₁ задерживающее напряжение для фотоэлектронов равнялось U₁, а при падении на пластинку с красной границей l₂ оно равнялось U₂. Определить неизвестную величину в табл.119.

Таблица 119

Шифр	l, мкм	l₁, мкм	U₁, В	l₂, мкм	U₂, В
	?	0,54	1,8	–	–
	0,23	–	–	?	3,8
	–	?	4,3	0,41	5,1
	–	0,35	1,8	0,45	?
	0,24	0,47	?	–	–

Задача 7.04

При освещении фотокатода площади S излучение с длиной волны l и плотностью потока энергии Ф ток насыщения в фотоэлементе равен I. Доля фотонов, выбивающих из фотокатода электроны, равна h. Определить неизвестную величину в табл.120.

Таблица 120

Шифр	l, мкм	Ф, эрг/(с×см²)	S, см²	I, мкА	h
	0,43		?	0,075	0,05
	?		5,8	0,16	0,03
	0,27	?	2,2	0,23	0,038
	0,43			0,15	?
	0,15		4,3	?	0,015

Задача 7.05

На поверхность фотокатода падает поток энергии электромагнитного излучения Ф. Длина волны падающего излучения l. Определенная доля h фотонов выбивает электроны из фотокатода. Ток насыщения равен I. Определить неизвестную величину в табл.121.

Таблица 121

Шифр	Ф, эрг/с	l, мкм	h	I, мкА
		0,48	0,04	?
		?	0,015	0,064
		0,13	?	0,17
		0,41	0,05	?
	?	0,43	0,03	0,48

Задача 7.06

Источник монохроматического излучения с длиной волны l излучает одинаково по всем направлениям. Мощность излучения равна P. На площадку величиной S, поставленную на расстоянии l от источника перпендикулярно к лучам, падает в единицу времени n фотонов. Определить неизвестную величину в табл.122.

Таблица 122

Шифр	l, мкм	Р, Вт	S, см²	l, км	n×10^–6,с^–1
	?		3,1	1,2
	0,63		1,2	?
	0,36	?	0,25	1,8
	0,69	0,14		2,3	?
	0,55		?

Задача 7.07

Модель абсолютно черного тела – полость с малым круглым отверстием диаметром d. Нагрев производится электрической спиралью, потребляющей ток I при напряжении U, причем некоторая доля энергии p рассеивается стенками полости. Равновесная температура излучения, исходящего из отверстия, равна T. Определить неизвестную величину в табл.123.

Таблица 123

Шифр	d, cм	I, мА	U, В	р	Т, К
	0,45		?	0,03
	?			0,25
	1,8			0,2	?
	1,5			?
	2,3	?		0,07

Задача 7.08

Энергия, излучаемая через смотровое окошко печи за время t, равна W. Площадь окошка равна S, максимум в спектре излучения приходится на длину волны l. Определить неизвестную величину в табл.124.

Таблица 124

Шифр	t, с	W, Дж	S, см²	l, мкм
		?	4,2	1,9
	5,7		6,5	?
	?		1,2	1,7
		?	5,5	1,6
			?	2,2

Задача 7.09

Небольшая болванка с поверхностью S находится в печи с температурой стенок t₁. При температуре болванки t₂ результирующая энергия, получаемая ей в результате теплообмена излучением со стенками за единицу времени, равна W. Болванку можно считать серым телом с поглощательной способностью a. Определить неизвестную величину в табл.125.

Таблица 125

Шифр	S, см²	t₁,⁰С	t₂, ⁰C	W, Вт	a
	?				0,6
			?		0,7
		?			0,8
				?	0,4
					?

Задача 7.10

Температура поверхности котла равна t₁, температура окружающей среды t₂. Результирующая энергия, теряемая поверхностью котла в единицу времени за счет теплообмена излучением с окружающей средой, равна W. Величина поверхности котла S, коэффициент поглощения поверхности котла a. Определить неизвестную величину в табл.126.

Таблица 126

Шифр	t₁, ⁰С	t₂, ⁰C	а	S, м²	W, кВт
		–33	0,28	?	5,8
		?	0,33	1,5	0,52
	?	–20	0,15	8,9	2,4
		–13	?	2,5	1,8
			0,45		?

Задача 7.11

Звезда с температурой поверхности T имеет радиус R_з=k×R_с, где R_с– радиус Солнца. На расстоянии R=n×R₀ от звезды, где R₀– радиус земной орбиты, через перпендикулярную лучам площадку S проходит поток энергии Ф. Можно считать, что звезда излучает как абсолютно черное тело. Определить неизвестную величину в табл.127.

Таблица 127

Шифр	n=R/R₀	k=R_з/R_c	T, K	S, см²	Ф, Вт
	?			7,5	2,3
		?		1,5	0,035
	0,5	0,15			?
			?	3,9
				?

Задача 7.12

Метеорит сферической формы вращается по круговой орбите радиуса R=n×R₀, где R₀– радиус земной орбиты, вокруг звезды с температурой поверхности t и радиусом R_з=k×R_с, где R_с– радиус Солнца. Температура метеорита, принимаемого за серое тело, равно t₁. Определить неизвестную величину в табл.128.

Таблица 128

Шифр	n=R/R₀	k=R₃/R_c	t, ⁰C	t₁, ⁰C
	2,4			?
		?
	?	0,18		–140
			?
				?

Задача 7.13

В рентгеновской трубке с антикатодом из материала с атомным номером Z₁ К-серия возбуждается при минимальном напряжении U₁. Чтобы возбудить К-серию в трубке с антикатодом из материала с атомным номером Z₂, потребовалось увеличить напряжение на величину DU. Определить неизвестную величину в табл.129.

Таблица 129

Шифр	Z₁	U₁, кВ	Z₂	DU, кВ
	–	?		2,8
	–	4,6		?
		–		?
	–	?		9,6
		–		?

Задача 7.14

При увеличении напряжения на рентгеновской трубке от U₁ до U₂ интервал длин волн между К_a-линией и коротковолновой границей рентгеновского спектра увеличился в n раз. Антикатод трубки изготовлен из материала с атомным номером Z. Определить неизвестную величину в табл.130.

Таблица 130

Шифр	U₁, кВ	U₂, кВ	n	Z
	?		1,6
		?	2,1
			?
		?	1,3
			?

Задача 7.15

Рентгеновское излучение с длиной волны l падает под малым углом скольжения q₁ на отражательную дифракционную решетку с периодом d. Под углом q₂к плоскости решетки наблюдается максимум m-го порядка для отраженного излучения. Положительные m соответствуют случаю q₂ меньше q₁. Определить неизвестную величину в табл.131.

Таблица 131

Шифр	l, нм	q₁, град	d, нм	q₂, град	m
	0,47			?
	0,072	?	2,8		–3
	0,21		?
	?		6,3
	1,3		5,8	?	–1

Задача 7.16

Узкий пучок рентгеновского излучения длиной волны l падает на рассеивающее вещество. При этом отношения длин волн излучения, рассеянного под углами q₁ и q₂, равно l₁/l₂=n. Считать, что рассеяние происходит на свободных электронах. Определить неизвестную величину в табл.132.

Таблица 132

Шифр	l, нм	q₁, град	q₂, град	l₁/l₂=n
	3,7	?		1,18
	?			0,52
	1,9		?	2,6
	?			1,7
				?

Задача 7.17

При рассеянии рентгеновского излучения с длиной волны l на угол q кинетическая энергия электрона отдачи равна W_e, угол между падающим фотоном и направлением движения электрона отдачи равен a. Определить неизвестную величину в табл.133.

Таблица 133

Шифр	l, нм	q, град	W_e, МэВ	a, град
		0,33	–	?
		–	?	0,14
		?	–	0,17
		0,15	?	–
	?	1,26	–	0,65

Задача 7.18

Рентгеновский фотон испытал комптоновское рассеяние на угол q. Первоначальная энергия фотона W₁ ,энергия после рассеяния W₂ ,энергия электрона отдачи W_e. Определить неизвестную величину в табл.134.

Таблица 134

Шифр	q, град	W₁, МэВ	W₂, МэВ	W_e, МэВ
	–		?
	1,4		–	?
	0,65	?		–
	3,6	–	?
	?			–

Задача 7.19

Пучок электронов с кинетической энергией W попадает в ускоряющее электрическое поле напряженностью Е. После того, как электроны прошли вдоль силовых линий поля расстояние l, их дебройлевская длина волны стала l. Определить неизвестную величину в табл.135.

Таблица 135

Шифр	W, МэВ	Е, кВ/см	l, см	l, нм
	1,25		?	0,63
	0,17			?
	?	0,8		3,7
	0,65			?
	0,35	?		1,2

Задача 7.20

Частица с зарядом q=Z×e (е – элементарный заряд) и массой покоя m=A×m_p (m_p – масса покоя протона), имевшая первоначально кинетическую энергию W, дополнительно ускоряется, проходя разность потенциалов U. После ускорения длина волны де Бройля этой частицы равна l. Определить неизвестную величину в табл.136.

Таблица 136

Шифр	Z	A	W, МэВ	U, МВ	l×10¹⁵, м
			?		0,68
					?
				?	0,91
				?	0,34
					?

Задача 7.21

Частица с зарядом q=Z×e (e – элементарный заряд) и массой m=A×m_p (m_p –масса покоя протона), движущаяся со скоростью v, попадает в однородное тормозящее электрическое поле с напряженностью Е и проходит вдоль его силовых линий расстояние l. После этого дебройлевская длина волны частицы оказывается равной l. Определить неизвестную величину в табл.137.

Таблица 137

Шифр	Z	A	v, км/с	E, кВ/см	l, см	l, нм
			?	0,25	1,5	1,9
					5,1	?
				0,5	2,8	?
				1,2	?	0,28
				?	3,1	0,96

Задача 7.22

Параллельный пучок электронов с энергией W падает нормально на диафрагму в виде узкой прямоугольной щели шириной b. На экране, отстоящем от щели на расстоянии l, ширина центрального дифракционного максимума равна DХ. Определить неизвестную величину в табл.138.

Таблица 138

Шифр	W, эВ	b, мкм	l, см	DХ, мкм
		?
		2,5		?
	?	5,5
		9,2		?
			?

Задача 7.23

Пучок частиц с зарядом q=Z×e (e – элементарный заряд) и массой m=A×m_p (m_p – масса покоя протона), ускоренных напряжением U ,падает на поверхность монокристалла с кубической решеткой, период которой равен а. Минимальное значение угла между направлением пучка и поверхностью кристалла, при котором наблюдается отражение пучка, равно q. Определить неизвестную величину в табл.139.

Таблица 139

Шифр	Z	A	U, В	а, нм	q, мин
			?	0,19	3,7
				?	8,1
				0,38	?
			?	0,25
				0,32	?

Задача 7.24

Пучок электронов с энергией W падает нормально на поверхность монокристалла. В направлении, составляющем угол a с нормалью к поверхности, наблюдается максимум отражения пучка порядка К. Межплоскостное расстояние, соответствующее этому отражению, равно d. Определить неизвестную величину в табл.140.

Таблица 140