|
|
Методические указания к выполнению контрольной работы № 5
В контрольную работу № 5 включены задачи на следующие темы: тепловое излучение; фотоэффект; строение атома; спектры атомов; элементы квантовой механики; физика твердого тела; физика атомного ядра; радиоактивность. Для решенния задач 501...510 по теме “Тепловое излучение” необходимо изучить его основные характеристики: энергетическая светимость, спектральная поглощательная и излучательная способность тел. Особенно важно усвоить законы излучения абсолютно черного тела как оптимального излучателя для тепловых источников. Приступая к решению задач 501...510 проработайте соответствующий материал по учебному пособию [1], с. 367...373. Исследованию квантовой природы внешнего фотоэффекта и его закономерностей посвящено решение задач 511...520. Предварительно необходимо ознакомиться с данным явлением, рассмотреть вольт-амперную и световую характеристики, изучить этот материал по пособию [1], с. 376...381. Решение задач 521...530 требует понимания квантовой природы спектров излучения атомов, на примере атома водорода. Следует уяснить, что излучение атомом света происходит при переходе электрона с высшего энергетического уровня на низкий. При этом излучается один квант (фотон), частота которого определяется разностью энергий соответствующих уровней. Если в задаче не указаны номера каких-либо энергетических уровней, то их можно определить по принадлежности излучения к той или иной части спектра. Проработайте этот материал по учебному пособию [1], с. 387...389, 412...426. Задачи 531...550 на тему “Элементы квантовой механики” требуют понимания корпускулярно-волнового дуализма микрочастиц (знание волн де Бройля и их свойств), а также знание соотношения неопределенностей как границы применимости классических представлений к микрочастицам квантовой природы. Приступая к решению этих задач проработайте материал данной темы по пособию [1], с. 393...398. Задачи 551...560 относятся к теме “Физика твёрдого тела”. Здесь нужно обратить внимание на зонную структуру энергетических зон твердых тел, изучить зависимость проводимости полупроводников от температуры, ознакомиться с эффектом Холла по учебному пособию [1], с. 442...450. Исследованию элементов физики атомного ядра посвящено решение задач 561...580. Задачи 561...570 посвящены радиоактивному излучению и закону радиоактивного распада. Проработайте этот материал по учебному пособию [1], с. 471...474. Решение задач 571...580 требует знания состава ядра, понятий дефекта массы и энергии связи ядра, характеристик ядерных сил. Решение задач 571...580 требует понимания закономерностей ядерных реакций, в частности законов сохранения. Обратить внимание на способ определения энергии реакции деления ядер. Приступая к решению этих задач ознакомьтесь с этим материалом по учебному пособию [1], ч. 484...493.
Табл. 5
6.2.Основные законы и формулы. Примеры решения задач Тепловое излучение 1. Энергетическая светимость тела Re – это энергия, излучаемая единицей поверхности тела за единицу времени в диапазоне длин волн от 0 до
2. Поток Ф, излучаемый(поглощаемый) телом, равен
где W – энергия, излучаемая (поглощаемая) телом; t – время. 3. Закон Стефана-Больцмана Re = sT4, где Re – энергетическая светимость (излучательность) абсолютно черного тела; s = 5,67 4. Первый закон Вина (закон смещения Вина) lm = b/T, где lm – длина волны, на которую приходится максимум излучения абсолютно черного тела; b = 2,90 5. Второй закон Вина (rl,T)max = где (rl,T)max – максимальная спектральная плотность энергетической светимости абсолютно черного тела; b' = 1,3
Примеры решения задач Задача 1 Длина волны, на которую приходится максимум энергии в спектре излучения черного тела, 0,58 мкм. Определить энергетическую светимость поверхности тела.
Re = sT4, (1) где s – постоянная Стефана-Больцмана; Т – термодинамическая температура. Температуру Т можно вычислить с помощью закона Вина: lm = b / T, (2) где b – постоянная закона смещения Вина. Используя формулы (2) и (1), получаем Re = s(b/lm)4. Произведем вычисления
Фотоэффект
Энергия фотона e = hnилиe = ħ где h – постоянная Планка; ħ = h/2p – приведенная постоянная Планка; Импульс фотона p = h/l. Формула Эйнштейна для фотоэффекта hn = A + где hn - энергия фотона, падающего на поверхность металла; А – работа выхода электрона; Красная граница фотоэффекта no= A/h или lo= hc/A, где no и lo – минимальная частота света и соответствующая длина волны, при которых еще возможен фотоэффект. Примеры решения задач Задача 1 Работа выхода материала фотокатода равна 3,4 эВ. Какова должна быть максимальная длина волны излучения, падающего на фотокатод, если фототок прекращается при разности потенциалов 1,2 В?
Авых – работа выхода электрона; Максимальная кинетическая энергия фотонов равна работе сил задерживающего электрического поля, т.е.
где е – заряд электрона; Подставим полученные соотношения в уравнение Эйнштейна, получим:
Подставим числовые значения
  Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...  ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...  ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...  Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
.
,
Вт/( 
К4) – постоянная Стефана-Больцмана; Т – термодинамическая температура.
К – постоянная первого закона Вина.
, 
Вт / (К5 
) – постоянная второго закона Вина.
10-7 м
.
,
– частота фотона; 
– циклическая частота.
,
В
,
где e – энергия фотонов, падающих на поверхность фотокатода;
– максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов.
,
– задерживающая разность потенциалов. Минимальная энергия фотонов, при которой возможен фотоэффект, равна 
, где lmax – максимальная длина волны фотонов.
, откуда находим lmax:
.