Самостоятельная работа - Световые кванты - Квантовая физика

Цель: научить использовать теоретические знания на практике при решении задач.

Ход урока

Вариант I

1. Как изменяется со временем интенсивность испускания электронов цинковой пластинкой при облучении ее ультрафиолетовым светом? (Уменьшается.)

2. Как изменится кинетическая энергия электронов при фотоэффекте, если, не изменяя частоту, увеличить световой поток в 2 раза? (Не изменится.)

3. Как изменится фототок насыщения при увеличении частоты облучающего света и неизменном световом потоке? (Не изменится.)

4. Частота облучающего света увеличилась в 2 раза. Как изменилось запирающее напряжение фотоэлемента? (Увеличилось больше чем в 2 раза.)

5. Запишите уравнение Эйнштейна.

6. Можно ли законы фотоэффекта объяснить на основе волновой теории света? (Нельзя.)

7. Незаряженную металлическую пластину освещают рентгеновскими или ультрафиолетовыми лучами. Каков результат опыта? (Пластина заряжается положительно.)

8. Как изменится время разрядки цинковой пластины заряженной отрицательно, если поставить светофильтр, задерживающий инфракрасную часть спектра? (Не изменится.)

Вариант II

1. Какой заряд окажется на двух цинковых пластинах, одна из которых заряжена положительно, а другая отрицательно, если их облучить ультрафиолетовым светом? (Обе пластины будут иметь положительный заряд.)

2. Какие факторы определяют красную границу фотоэффекта? (Вещество катода.)

3. Как изменится скорость вылетающих из вещества электронов, если частота облучающего света увеличится? (Увеличится.)

4. Длина волны облучающего света уменьшилась в 2 раза. Как изменилась работа выхода электронов? (Не изменится.)

5. Как можно объяснить явление фотоэффекта? (Только квантовой теорией света.)

6. При освещении пластины зеленым светом фотоэффекта нет. Будет ли он наблюдаться при облучении той же пластины красным светом? (Нет.)

1. Как зависит запирающее напряжение фототока от длины волны облучающего света? (Обратно пропорционально длине волны.)

8. Как изменится со временем разряд отрицательно заряженной цинковой пластины, если ее облучить ультрафиолетовыми лучами? (Уменьшится.)

Вариант урока 106. Решение задач по теме: «Волновые и квантовые свойства света»

Цель: развитие навыков самостоятельной работы; отработка методов решения задач.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Решение задач

Задачи на «3» балла

1. Красная граница фотоэффекта для серебра равна 0,33 мкм. Чему равна в электрон-вольтах работа выхода электрона из серебра? (Ответ: 3, 75 эВ.)

2. Чему равна энергия, масса и импульс фотона для рентгеновских лучей (v = 10¹⁸ Гц)? (Ответ: 6,62 · 10^-16 Дж; 7,3 · 10^-33 кг; 2,2 · 10^-24 кг·м/с.)

3. Работа выхода электрона с поверхности цезия равна 1,9 эВ. Возникнет ли фотоэффект под действием излучения, имеющего длину волны 0,45 мкм? (Ответ: возникнет.)

4. Вычислить энергию, массу и импульс фотона, длина волны которого 400 нм. (Ответ: 4,97 · 10^-19 Дж; 5,5 · 10^-36 кг; 1,65 · 10^-27 кг·м/с.)

Задачи на «4» балла

1. Какую максимальную скорость могут получить вылетевшие из калия электроны при облучении его фиолетовым светом с длиной волны 0,42 мкм? Работа выхода электронов для калия равна 2 эВ. (Ответ: 580 км/с.)

2. Какой длины волны следует направить лучи на поверхность цинка, чтобы максимальная скорость фотоэлектронов была равна 2000 тн/с? Красная граница фотоэффекта для цинка равна 0,35 мкм. (Ответ: 83 нм.)

Задачи на «5» баллов

1. Пучок лазерного излучения с длиной волны 0,33 мкм используется для нагревания 1 кг воды с удельной теплоемкостью 4200 Дж/кг·К. За какое время вода нагреется на 10 °С, если лазер ежесекундно испускает 10²⁰ фотонов и все они поглощаются водой? (Ответ: 700 с.)

2. Незаряженный металлический шар емкостью 2 мкФ облучают монохромным светом с длиной волны 0,2 мкм. После прекращения облучения шар заземляют. Определить количество теплоты, выделившееся при заземлении. Работа выхода электронов из металла равна 1,8 эВ. (Ответ: 19,36 мкДж.)

3. Источник монохроматического света мощностью 64 Вт испускает ежесекундно 10²⁰ фотонов, вызывающих фотоэффект на пластины с работой выхода электронов, равной 1,6 эВ. До какого потенциала зарядится пластина при длительном освещении? (Ответ: 2,4 В.)

4. Рентгеновская трубка, работающая под напряжением 50 кВ и потребляющая ток 2 мА излучает 5 · 10¹³ фотонов в секунду. Считая среднюю длину волны излучения равной 0,1 нм, определить, сколько процентов мощность излучения составляет от мощности потребляемого тока. (Ответ: 0,1 %.)

Задачи повышенной трудности

1. Фотон с длиной волны 300 нм вырывает с поверхности металла электрон, который описывает в однородном магнитном поле с индукцией 1 мТ окружность радиусом 3 мм. Найти в электрон-вольтах работу выхода электрона из металла. (Ответ: 3, 33 эВ.)

2. Электрическая лампа мощностью 300 Вт излучает 1,2 % потребляемой энергии в виде света равномерно по всем направлениям. Сколько фотонов видимого света попадает за 1 с в зрачок человека, находящегося на расстоянии 1 м от лампы? Диаметр зрачка 4 мм, средняя длина волны 550 нм. (Ответ: 10¹³.)

Домашнее задание

Р - 1126, Р - 1127.