Тема №14. Квантовая физика

Тема№14. Квантовая физика.

Фотон - световая частица, квант электромагнитного излучения Е = hν= гдеЕ –энергия фотона,h -постоянная Планка,h = 6,62∙10-34 Дж∙с Свойства фотонов:

Обучающие задания.

1(А) Понятие “квант энергии” было введено впервые в физику для объяснения…

1) законов излучения разогретых твердых тел

2) законов фотоэффекта

3) закономерностей черно-белой фотографии

4) давления света

2(А) Какой из графиков соответствует зависимости максимальной кинетической энергии фотоэлектронов от энергии падающих на вещество фотонов?

Указание: вспомнить понятие красной границы, проанализировать как именно зависит кинетическая энергия фотоэлектронов от энергии фотона.

3(А) Энергия фотона, поглощенного при фотоэффекте, равна Е. Кинетическая энергия электрона, вылетевшего с поверхности металла под действием этого фотона,

1) больше Е

2) меньше Е

3) равна Е

4) может быть больше или меньше Е при разных условиях

Указание: записать уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

4(А) Пластина из никеля освещается светом, энергия фотонов которого равна 7 эВ. При этом, в результате фотоэффекта, из пластины вылетают электроны с энергией 2,5 эВ. Какова работа выхода электронов из никеля?

1) 9,5 эВ 2) 7 эВ 3) 4,5 эВ 4) 2,5 эВ

Указание: записать уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

5(А) Сколько фотонов с различной частотой могут испускать атомы водорода, находящиеся во втором возбужденном состоянии?

1) 1 3) 3

2) 2 4) 4

Указание: вспомните постулат Бора об излучении атома. Сколько возможных переходов со второго уровня может совершить атом?

6(В) На фотографии представлен спектр излучения водорода в видимой части

спектра. Цифры на числовой оси — длины волн в нанометрах. Оцените в джоулях (Дж) энергию фотона с максимальной энергией в видимой части спектра водорода. Полученный результат умножьте на 10²⁰ и округлите его до двух значащих цифр.

Указание: запишите формулу Планка и формулу связи длины волны с частотой. Наибольшая энергия соответствует фотону с наименьшей длиной волны.

7(В) Масса фотона равна 1,655·10^{-35 кг. Какова соответствующая ему длина волны? Ответ выразите в нанометрах.}

Указание: используйте формулу Планка и формулу Эйнштейна связи массы с энергией.

8(В) Найти массу фотона (кг), импульс которого равен импульсу молекулы водорода при температуре 20 °С. Скорость молекулы равна среднеквадратичной скорости. Результат округлите до двух значащих цифр и умножьте на 10³³.

Указание: средняя квадратичная скорость молекулы v_cp=√(3RT/M), импульс фотона p =mv. Температуру нужно перевести в Кельвины.

9(С)При исследовании вакуумного фотоэлемента оказалось, что при освещении катода с частотой 10¹⁵ Гц фототок с поверхности катода прекращается при задерживающем напряжении между катодом и анодом равным 2 В. Определите работу выхода электрона из материала катода.

Указание: по закону сохранения энергии кинетическая энергия фотона равна работе сил электрического поля по торможению фотона.

eU_з = Е_к; А_вых = hn - Е_к

Ответы к обучающим заданиям.

1А	2А	3А	4А	5А	6В	7В	8В	9С
								3,42∙10-19 Дж

Тренировочные задания.

1(А) Красную границу фотоэффекта определяет

1) частота падающего света

2) свойства вещества фотокатода

3) интенсивность падающего света

4) длина волны падающего света

2(А) Сила тока насыщения при фотоэффекте при уменьшении светового потока падающего света постоянной длины волны:

1) увеличивается;

2) уменьшается;

3) не изменяется;

4) увеличивается или уменьшается в зависимости от условий опыта.

3(А) Как изменится скорость фотоэлектронов при уменьшении длины волны облучающего света?

1) увеличится

2) уменьшится

3) не изменится

4) зависит от энергии света

4(А) Красная граница фотоэффекта для лития определяется длиной волны 540 нм. Максимальная скорость вылета электронов 10⁶ м/с. Частота света, которым освещается катод, равна

1) 1,32·10¹⁵ Гц 3) 1,08·10¹⁵ Гц

2) 1,24·10¹⁵ Гц 4) 1,67·10¹⁵ Гц

5(А) На рисунке изображена схема возможных значений энергии атомов газа. Атомы находятся в состоянии с энергией Е₃. Какие фотоны может поглощать данный газ?

1) Фотоны с любой энергией, большей 0,2·10^-18 Дж

2) Фотоны с любой энергией в пределах от 0 до 0,2·10^-18 Дж

3) Фотоны с энергией 0,1·10^-18 и 0,2·10^-18 Дж

4) Фотоны с энергией 0,1·10^-18 Дж, 0,2·10^-18 Дж и любой, большей 0,2·10^-18 Дж

6(В) Сколько фотонов с длиной волны 520 нм в вакууме будут иметь энергию 0,001 Дж? Ответ разделите на 10¹⁵.

7(В) Определите импульс фотона с энергией 1,2·10^-18 Дж. Ответ умножьте на 10²⁷.

8(В) Какова длина волны фотона (в м), энергия которого равна средней кинетической энергии молекулы одноатомного идеального газа при температуре 3000 К? Ответ округлите до двух значащих цифр и умножьте на 10⁷.

9(С) В ходе фотоэффекта электроны, вырываемые с поверхности квантами с частотой 4·10¹⁵ Гц, полностью задерживает напряжение 14 В, а при частоте 8·10¹⁵ Гц - напряжение 30 В. Определить по этим данным постоянную Планка.

Ответы к тренировочным заданиям.

1А	2А	3А	4А	5А	6В	7В	8В	9С
					2,6			6,4∙10-34 Дж∙с

 

 

Контрольные задания.

 

1(А) Какого цвета мы видим абсолютно черное тело?

1) черного

2) бордово-черного

3) фиолетово-черного

4) любого цвета в зависимости от температуры

2(А) Из перечисленных ниже факторов выберите те, от которых зависит кинетическая энергия электронов, вылетевших с поверхности металлической пластины при ее освещении светом лампы.

А. Интенсивность падающего света

Б. Частота падающего света

В. Работа выхода электрона из металла

1)только А 3) Б и В

2)только Б 4) А, Б, В

3(А) Металлическую пластину освещали монохроматическим светом одинаковой интенсивности: сначала красным, потом зеленым, затем синим. В каком случае максимальная кинетическая энергия вылетающих фотоэлектронов была наибольшей?

1) при освещении красным светом

2) при освещении зеленым светом

3) при освещении синим светом

4) во всех случаях одинакова

4(А) В опытах по фотоэффекту взяли пластину из металла с работой выхода 3,4·10^-19 Дж и стали освещать ее светом частоты 6·10¹⁴ Гц. Затем частоту уменьшили в 2 раза, одновременно увеличив в 1,5 раза число фотонов, падающих на пластину за 1 с. В

результате этого число фотоэлектронов, покидающих пластину за 1 с,

1) увеличилось в 1,5 раза

2) стало равным нулю

3) уменьшилось в 2 раза

4) уменьшилось более чем в 2 раза

5(А) На рисунках А, Б, В приведены спектры излучения паров стронция, неизвестного образца и кальция. Можно утверждать, что в образце…

1) не содержится ни стронция, ни кальция

2) содержится кальций, но нет стронция

3) содержатся и стронций, и кальций

4) содержится стронций, но нет кальция

6(В) Найти импульс фотона, энергия которого равна энергии покоя электрона. Ответ округлите до трех значащих цифр и умножьте на 10²⁴.

7(В) Какова температура в Кельвинах теплового движения электрона, если его импульс равен импульсу фотона с длиной волны 6 нм? Ответ округлите до целых.

8(В) Детектор полностью поглощает падающий на него свет длиной волны 500 нм. За время 3 с детектор поглощает 500 000 фотонов. Какова поглощаемая детектором мощность? Полученный ответ умножьте на 10¹⁴.

9(С) Определите задерживающее напряжение для электронов, испускаемых с поверхности натрия под действием монохроматического излучения с длиной волны 2·10^{-7 м.}

 

Ответы к контрольным заданиям.

1А	2А	3А	4А	5А	6В	7В	8В	9С