Световые кванты

«Физика – Первое сентября» № 3/2013. Проверочная работа, 11 класс
Е.В. АЛЕКСЕЕВА [email protected],
ЧУ СОШ Первая Школа, г. Москва
Световые кванты*
Для классов с углублённым изучением физики. Каждый вариант содержит задачи по темам: «Фотоэффект»; «Свойства фотонов»; «Энергия фотонов (мощность или КПД излучения)", фототок»; «Световое давление»; «Эффект Комптона».
Вариант 1
1. Излучение какой длины волны надо направить на поверхность цезия, чтобы скорость
фотоэлектронов была равна 2 Мм/с?
2. Во сколько раз энергия фотона, имеющего длину волны 800 нм, меньше энергии
фотона с частотой 1,5 ·1015 Гц?
3. Источник света мощностью 100 Вт испускает 5·1020 фотонов за секунду. Определите длину волны излучения.
4. Луч лазера мощностью 100 Вт падает на тело, которое поглощает 60% энергии.
Найдите силу светового давления.
5. Угол рассеяния фотона равен 90°. Угол отдачи электрона равен 30°. Определите
энергию падающего фотона (в эВ).
Вариант 2
1. Красная граница фотоэффекта для некоторого металла равна λ0. С какой скоростью вылетают электроны, если облучать металл светом. длины волны которого
λ < λ0?
2. Определите частоту и длину волны фотона, масса которого равна энергии покоя
электрона.
3. Определите число световых квантов, излучаемых источником в единицу времени,
если он потребляет мощность 100 Вт, а его КПД равен 0,5%. Длина волны излучения
равна 5,3 ·10-5 см.
4. Найдите силу давления излучения на идеально отражающую поверхность площадью
100 км2, если его интенсивность равна 1,4 кВт/м2.
5. Фотон с энергией 250 кэВ рассеивается под углом 120°. Определите энергию рассеянного фотона.
Вариант 3
1. Возникнет ли фотоэффект в цинке под действием излучения, имеющего длину волны 450 нм?
2. Энергия фотона равна 6,4·10 -19 Дж. Определите частоту и импульс фотона.
3. Источник излучения мощностью 100 Вт и КПД 1% испускает фотоны длиной волны
600 нм. Сколько фотонов испускается ежесекундно?
1
«Физика – Первое сентября» № 3/2013. Проверочная работа, 11 класс
4. Свет с длиной волны 662 нм падает на чёрную поверхность и оказывает на неё
давление 0,3 мкПа. Определите концентрацию фотонов в пучке.
5. Фотон с длиной волны 1 пм рассеялся на электроне под углом 90°. Какую долю своей энергии фотон передал электрону?
Вариант 4
1. Фотон выбивает с поверхности металла с работой выхода 2 эВ электрон с кинетической энергией 2 эВ. Какова энергия фотона (в Дж)?
2. Какой энергией обладает фотон с длиной волны 6 ·10 -5 см? сколько нужно таких фотонов, чтобы их энергия была равна энергии покоя электрона?
3. Лазер дает излучение с длиной волны 630 нм, развивая мощность 40 мВт. Сколько
фотонов излучает лазер за 1 с?
4. Луч лазера мощностью 50 мВт падает на чёрную поверхность. Определите силу
светового давления.
5. Лучи с длиной волны 0,2 Å рассеиваются под углом 90°. Найдите энергию электронов отдачи.
Вариант 5
1. Задерживающее напряжение при облучении светом, имеющим длину волны 400 нм,
равно 1,2 В. Определите красную границу фотоэффекта.
2. Энергия фотона равна 2,76 · 10 -19 Дж. Определите частоту и импульс фотона.
3. Найдите число фотонов, падающих за 1 с на катод, если при этом возникает фототок 5 ·10-10 А.
4. Свет интенсивностью 2 кВт/м2 падает на поверхность с коэффициентом отражения
0,8. Определите световое давление.
5. Энергия луча равна 0,6 мэВ. Найдите энергию электрона отдачи, если длина волны
излучения изменилась на 20%.
Вариант 6
1. Какую максимальную скорость могут получить вырванные из калия электроны при
облучении его светом с длиной волны 0,4 мкм?
2. Определите длину волны излучения, кванты которого имеют такую же энергию, что и
электрон, прошедший разность потенциалов 4,1 В.
3. Пучок лучей с длиной волны 10-7 м сообщает металлу мощность 1 мкВт. Определите
силу возникшего фототока, если фотоэффект вызывает 1% фотонов.
4. На поверхность площадью 100 см2 ежеминутно падает 63 Дж энергии. Найдите давление, если поверхность поглощает 40% энергии.
5. Излучение с длиной волны 20 пм рассеивается под углом 90°. Найдите импульс
электронов отдачи.
2
«Физика – Первое сентября» № 3/2013. Проверочная работа, 11 класс
Вариант 7
1. Квант с длиной волны λ вырывает с поверхности металла электрон, который описы-
2.
3.
4.
6.
вает в магнитном поле с индукцией B окружность радиусом R. Определите работу
выхода.
Каков импульс фотона, энергия которого равна 3 эВ?
Источник света за 1 с испускает 1020 фотонов с частотой 1015 Гц. Какова мощность
источника?
Определите скорость зеркала массой 1 мг, приобретённую им под действием света
мощностью 15 Вт, если длительность облучения 0,5 с.
Длина волны излучения после рассеяния увеличилась с 2 до 2,4 пм. Найдите энергию электронов отдачи.
Вариант 8
1. Какая доля энергии фотона израсходована на работу выхода электрона, если красная граница фотоэффекта 307 нм и максимальная энергия электрона 1 эВ?
2. Чему равна энергия фотона с длиной волны 0,5·10 -3 нм (ответ выразить в мэВ)?
3. Определите КПД лазера мощностью 100 Вт, если он излучает 1020 фотонов с частотой 1015 Гц за 1 с.
4. Сравните давление света, оказываемого на идеально белую и идеально чёрную поверхности.
5. Фотон с частотой 1,5·10 19 Гц после рассеяния на электроне изменил частоту до
1,2 · 10 15 Гц. Какую кинетическую энергию приобрёл электрон отдачи?
Вариант 9
1. Найдите частоту света, вырывающего из металла электроны, которые задерживаются разностью потенциалов 3 В. Фотоэффект начинается при частоте 6·1014 Гц.
Определите работу выхода из металла.
2. Найдите массу фотона, импульс которого равен импульсу молекулы водорода при
температуре 20 °С.
3. Определите число фотонов, испускаемых в секунду источником мощностью 100 Вт и
КПД 0,5%. Длина волны излучения 530 нм.
4. Через какое время изменится скорость тела на 50 м/с, если площадь его зеркальной
поверхности 1000 м2, давление света 10 мкПа, а масса тела 1 т?
5. Какая доля энергии фотона при эффекте Комптона приходится на электрон отдачи,
если фотон претерпел рассеяние на угол 180°? Энергия фотона до рассеяния равна
0,255 МэВ.
Вариант 10
1. Какую максимальную скорость имеют фотоэлектроны при облучении железа светом
с длиной волны 150 нм? Красная граница фотоэффекта для железа 300 нм.
2. Определите длину волны фотона, энергия которого равна массе покоя протона.
3
«Физика – Первое сентября» № 3/2013. Проверочная работа, 11 класс
3. Тренированный глаз, длительно находящийся в темноте, воспринимает свет с длиной волны 0,5 мкм при мощности 2,1 · 10 17 Вт. Верхний предел мощности, воспринимаемый безболезненно глазом, 2 · 10-5 Вт. Сколько фотонов попадает в каждом
случае на сетчатку глаза за 1 с?
4. На зеркальце с идеально отражающей поверхностью площадью 1,5 см 2 падает нормально свет от электрической дуги. Определить импульс p, полученный зеркальцем,
если поверхностная плотность потока излучения, падающего на зеркальце, равна
0,1 МВт/м2. Продолжительность облучения t=1 с.
5. Фотон с энергией 0,25 МэВ рассеялся на свободном электроне. Энергия рассеянного фотона равна 0,2 МэВ. Определить угол рассеяния.
№ 1–5: 4 балла
№ 8–11 баллов: оценка «3»
№ 12–14 баллов: оценка «4»
№ 15–17 баллов: оценка «5»
№ 18– 20 баллов: оценка «5/5»
Ответы к работе
Вариант
1
1
2
2
94 нм.
В 4 раза.
1,23·1020 Гц;
2,43 нм.
Задачи средней сложности
3
4
1 мкм .
0,47 мкН.
1,3·1018.
930 Н.
5
0,37 мэВ.
0,14 МэВ.
.
3
Нет.
4
6,4 ·10 -19 Дж.
5
660 нм.
6
7
0,62 Мм/с.
9,7 ·10 14 Гц:
2,1 ·10-27Н·с.
3,3 ·10-19 Дж:
0,25·106.
4,2 ·1014 Гц;
9 ·10-28 Н·с.
3·10 22.
1012 м-3.
0,7.
1,27·1017.
0,17 нН.
6,6 кэВ.
3,1 · 109.
12 мкПа.
0,1 мэВ.
300 нм.
1,6·10-27 Н·с.
8·10-10 А.
66,3 Вт.
34 мкПа.
5 см/с.
4,44 · 10 -23 кг·м/с.
0,1 МэВ.
2·10-15 Дж.
61°.
.
8
0,8
2,8 мэВ.
66%.
9
1,32·10 15 Гц;
2,5 эВ.
1,7 Мм/с.
1,0·10-10 м.
1,3·1018.
На белую в 2 раза
больше.
58 суток.
1,3·10-15 м.
53; 5 · 1013.
0,1 мкН · с.
10
0,5.
4