13. Kwanty promieniowania elektromagnetycznego 13.1. Dualizm

Grzegorz Kornaś – Zadania z fizyki www.fizyka.mnet.pl
1
Pełne rozwiązania wszystkich zadań znajdują się w
książce: „Jak rozwiązywać zadania z fizyki”. Informacje
o książce możesz uzyskać przysyłając e-mail na adres:
[email protected]
13. Kwanty promieniowania elektromagnetycznego
13.1. Dualizm korpuskularno – falowy 15
01. Ile razy energia kwantu światła o barwie fioletowej (długość fali – 380nm) jest
większa od energii kwantu światła czerwonego (długość fali 780nm)?
02. Czy promieniowanie, którego kwanty mają energię 5eV należy do obszaru światła
widzialnego?
03. Progowa czułość oka ludzkiego dla światła o długości fali λ=560nm wynosi
P=1,7⋅10-18W. Jaka najmniejsza liczba kwantów światła powinna padać w czasie
jednej sekundy na siatkówkę oka, aby mogła ona na nie zareagować?
04. Jaka jest maksymalna prędkość elektronu wybijanego z powierzchni płytki sodowej
(praca wyjścia dla sodu wynosi 2,28 eV) przy naświetlaniu jej światłem o długości fali
410nm?
05.T Jaka jest długość fali światła, które trzeba skierować na katodę wykonaną z cezu aby
maksymalna prędkość elektronów w fotokomórce wynosiła 200 km/s? Granica fotoefektu
(maksymalna długość fali promieniowania wywołującego zjawisko fotoelektryczne) dla
cezu wynosi 690nm.
06.TT Lampa o mocy 50W wysyła na wszystkie strony światło o długości fali 0,5µm. Ile
fotonów pada w ciągu jednej sekundy na 1cm2 powierzchni ustawionej prostopadle w
odległości 50cm od lampy?
07.T Elektron o masie m i ładunku e wpada z prędkością v 0 do jednorodnego pola
elektrostatycznego o natężeniu E równolegle do linii pola, ulegając przyspieszeniu. Jaka
długość fali de Broglie`a odpowiada temu elektronowi po przebyciu drogi s? Efekty
relatywistyczne pomijamy.
Grzegorz Kornaś – Zadania z fizyki www.fizyka.mnet.pl
Grzegorz Kornaś – Zadania z fizyki www.fizyka.mnet.pl
2
08.T Długość fali de Broglie`a najszybszych elektronów emitowanych z powierzchni
metalu wynosi λ e =2,2nm. Oblicz długość fali światła padającego na metal. Praca wyjścia
wynosi W=1,75eV. Efektów relatywistycznych nie uwzględniamy.
09.T Umieszczona w próżni metalowa kula o promieniu r=10cm jest oświetlona
promieniowaniem o długości fali λ=3,3 ⋅10-7m. Do jakiego potencjału naładuje się kula
wskutek zachodzącego zjawiska fotoelektrycznego? Jaki ładunek elektryczny uzyska kula?
Praca wyjścia wynosi 2eV.
10. Ciało doskonale czarne w postaci kuli o promieniu 5 cm w stałej temperaturze T
promieniuje energię w ilości 8,37⋅ 104 J/ min. Oblicz temperaturę ciała T.
11.T
Na poniższym wykresie przedstawiono charakterystykę prądowo-napięciową
pewnej fotokomórki, która oświetlona została wiązką światła laserowego o długości fali
330nm. Korzystając z wykresu oblicz (w dżulach) pracę wyjścia elektronów z katody
fotokomórki.
12. Oblicz, przy jakiej temperaturze maksimum krzywej w rozkładzie widma energii ciała
doskonale czarnego wystąpi dla fali o długości λ= 556nm, na którą jest najbardziej czułe
oko ludzkie. Stała przesunięć Wiena C= 2,9⋅10 -3 m⋅K.
13.T Temperatura ciała doskonale czarnego wynosi T 0 = 1000K. Oblicz, ile razy wzrośnie
całkowita energia emitowana przez to ciało oraz o ile zmieni się długość fali, na którą
przypada maksimum natężenia fali, jeżeli temperatura wzrośnie o Δ T = 100K. Stała
przesunięć Wiena C = 2,9 ⋅ 10-3 m⋅ K.
14.T Ile razy zwiększyła się moc promieniowania ciała doskonale czarnego, jeżeli
maksimum energii w widmie przesunęło się z λ 1 = 700nm do λ 2 = 400 nm?
15.T Jaką długość fali ma foton, którego energia jest równa energii spoczynkowej
elektronu?
13.2 Budowa atomu
4
01. Wiedząc, że promień pierwszej orbity stacjonarnej w atomie wodoru wynosi
0,53⋅10-10m, oblicz szybkość elektronu krążącego na tej orbicie. Stała Plancka: h=6,625⋅1034
Js, masa elektronu: m=9,1⋅10-31kg).
Grzegorz Kornaś – Zadania z fizyki www.fizyka.mnet.pl
Grzegorz Kornaś – Zadania z fizyki www.fizyka.mnet.pl
02. Jaka jest długość fali emitowanej przez atom wodoru przy przeskoku elektronu z
orbity czwartej na drugą? Do jakiego zakresu widma fal elektromagnetycznych należy to
promieniowanie?
03.T Podczas wzbudzenia atomu wodoru elektron znalazł się na trzeciej orbicie. Oblicz
długości fal promieniowania emitowanego podczas przejścia atomu do stanu
podstawowego. Do której części widma należy to promieniowanie?
04.T Oblicz promień pierwszej orbity dozwolonej w atomie wodoru wynosi i szybkość
ładunek elementarny:
elektronu krążącego na tej orbicie. (Stała Plancka: h=6,625⋅10-34J⋅s,
2
C
e=1,6⋅10-19C, przenikalność elektryczna próżni: ε 0 =8,85⋅10-12 N ⋅ m 2 , masa elektronu:
m e =9,1⋅10-31kg).
Pełne rozwiązania wszystkich zadań znajdują się w
książce: „Jak rozwiązywać zadania z fizyki”. Informacje
o książce możesz uzyskać przysyłając e-mail na adres:
[email protected]
Grzegorz Kornaś – Zadania z fizyki www.fizyka.mnet.pl
3