Главная
Каталог
Библиотека
Избранное
Порталы
Библиотеки вузов
Отзывы
Новости
 
12+
 
Предварительный просмотр документа

Физика. Оптика: Методические указания и контрольные задания

Автор/создатель: Стрелков А.А., Исаева Л.В., Свистунов Б.Л.
Год: 1993 
В учебно-методическом пособии даются рекомендации к самостоятельной работе с пособием, приводится рабочая программа дисциплины, излагается теоретический материал, необходимый для изучения курса оптики, даются примеры решения задач и варианты контрольных работ.
Показать полное описание документа
Популярные ресурсы рубрик:
РЕЙТИНГ

Оценка пользователей: 2.0
Количество голосов: 3
Оцените ресурс:
5 4 3 2 1

ОТЗЫВЫ


Популярные ресурсы по теме

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра. Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
Φt F= (ρ + 1) . c Величины входящие в формулу (4) , выпишем в единицах СИ : 8 Фе = 0,6 Вт , c = 3 ⋅ 10 м / c , ρ = 1 (поверхность зеркальная) После подстановки этих величин в формулу (4) получим 0,6 F= 8 (1 + 1)Н = 4 ⋅10 −9 Н 3 ⋅10 произведение энергии одного фотона на число фотонов n , падающих на поверхность в единицу времени ,равно мощности излучения Фе = Е n , hс или , так как энергия фотона E = nc / λ , то Фе = n λ Отсюда фе λ n= hc Выпишем величины , входящие в формулу (5) , в единицах СИ : Φ e = 0,6 Вт , λ = 6,63 ⋅ 10 − 7 м , h = 6,63 ⋅ 10 − 34 дж ⋅ с , с = 3 ⋅ 108 м / c Подставив полученные значения в расчетную формулу и произведем вычисления : 0,6 ⋅ 6,63 ⋅ 10− 7 n= c −1 = 2 ⋅ 1018 c −1 6,63 ⋅ 10−34 ⋅ 3 ⋅ 108 Пример 13. Фотон с энергией Е = 0,75 МэВ рассеялся на свободном электроне под углом θ = 600 . Принимая , что кинетическая энергия и импульс электрона до столкновения с фотоном были пренебрежительно малы , определить : энергию Е/ рассеянного фотона ; кинетическую энергию Т электрона отдачи . РЕШЕН ИЕ Энергию рассеянного фотона найдем , преобразовав формулу Комптона h λ/ − λ = (1 − cos θ ) m0 c где λ/ - длинна волны рассеянного фотона ; λ - длинна волны падающего фотона ; θ - угол рассеяния ; m0 - масса покоя электрона . Выразив длины волн через энергию фотонов , получим : hc hc h − = (1 − cos θ ). E/ E m0 c Разделив обе части равенства на hc : 1 / E − 1 / E = 1 − cos θ / m0 c 2 / . 2 Отсюда, обозначив для краткости энергию покоя электрона m0c через Е0 , найдем : E E= (1) E (1 − cosθ ) + 1 Ε Подставив числовые значения величин , получим 0,75 E/ = МэВ ≈ 0,43МэВ . ( ) 0,75 / 0,51 1 − 600 + 1 Кинетическая энергия электрона отдачи , как это следует из закона сохранения энергии , равна разности между энергией падающего фотона и энергией рассеянного фотона T = E − E / = (0,75 − 0,43)МэВ = 0,32 МэВ . 4.Задачи для самостоятельного решения 1. На пути пучка света поставлена стеклянная пластинка толщиной d = 1 мм 0 так , что угол падения луча i1 = 30 . Как изменится оптическая длина пути светового пучка [550 мкм ] . 2. На мыльную пленку с показателем преломления n = 1,33 падает по нормали монохроматический свет с длиной волны λ = 0,6 мкм .Отраженный свет в результате интерференции имеет наибольшую интенсивность какова наименьшая возможная толщина d min пленки ? [0,113 мкм] 3. Радиус второго темного кольца Ньютона в отраженном свете r2 = 0,4 мм . Определить радиус R кривизны плосковыпуклой линзы ,взятой для опыта , если она освещается монохроматическим светом с длинной волны λ = 0,64 мкм[125 мм] . 4. На пластинку с щелью , ширина которой α=0,05 мм , падает нормально монохроматический свет с длинной волны λ = 0,7 мкм . Определить угол φ отклонение лучей , соответствующих первому дифракционному [ максимуму 1 12 0 / ] 5. Дифракционная решетка , освещенная нормально падающим монохроматическим светом , отклоняет спектр третьего порядка на угол φ1=300. На какой угол ϕ 2 отклоняет она спектр четвертого порядка [41050] ? 6. Угол преломления луча в жидкости i2 = 350 . Определить показатель преломления n жидкости , если известно что отраженный пучек света максимально поляризован . 7. На сколько процентов уменьшается интенсивность света после прохождения через поляризатор , если потеря света составляет 10 0 0 [на 55 0 0 ] ? 8. При какой скорости υ релятивистская масса частицы в k = 3 раза больше массы покоя этой частицы ? [2,83 ⋅ 108 м / c ] . 9. Определить скорость υ электрона , имеющего кинетическую энергию T = 1,53МэВ [2,91 ⋅ 108 м / c ] . 10. Электрон движется со скоростью υ = 0,6c , где с – скорость света в вакууме . Определить релятивистский импульс электрона [20 ⋅ 10−22 кг ⋅ м / c ] . 11. Вычислить энергию , излучаемую за время t = 1 мин с площади S = 1см 2 абсолютно черного тела , температура которого T = 1000 K [340 дж ] . 12. Длина волны , на которую приходится энергии максимум энергии излучения абсолютно черного тела λmax = 0,6 мкм .Определить температуру Т тела [4,82кК ] . 13. Определить максимальную спектральную плотность rλ ,T энергетической светимости , рассчитанную на 1нм в спектре излучения абсолютно [ черного тела температура тела T = 1K 13Вт / (м ⋅ нм ) . 2 ] 14. Определить энергию Е , массу m импульс p фотона с длинной волны 5,35 ⋅ 10− 25 кг ⋅ м / c ⎤ . λ = 1,24нм ⎡1,60 ⋅ 10−16 дж , 1,78 ⋅ 10− 33 кг , ⎢ ⎣ ⎥ ⎦ 15. На пластинку падает монохроматический свет (λ = 0,42 мкм ) .Фототок прекращается при задерживающей разности потенциалов и равно U = 0,95 В . Определить работу А выхода электронов с поверхности пластинки [2 эВ ] . 16. На цинковую пластинку попадает пучок ультрафиолетового излучения (λ = 0,2 мкм ) . Определить максимальную кинетическую энергию Tmax и [ максимальную скорость и υ max фотоэлектронов 2,2эВ ,8,8 ⋅ 105 м / c . ] 17. Определить максимальную скорость υ max фотоэлектрона , вырванного с [ поверхности металла γ -квантом с энергией E = 1,53 Мэв 2,91 ⋅ 10 мк . 8 ] 18. Определить угол θ рассеяния фотона испытывающего соударение со свободным электроном , если изменение длинны волны при рассеянии Δλ = 3,62нм[1200 ] . ( ) 2 19. Фотон с энергией E1 , равной энергии покоя электрона mc , рассеялся на 0 свободном электроне на угол θ = 120 . Определить энергию E2 0 рассеянного фотона и кинетическую энергию T электрона отдачи (в 2 [ единицах mc ) 0,4m0c 2 , 0,6m0c 2 . 0 ] 20. Поток энергии , излучаемый электрической лампой Φ e = 600 Вт . На расстоянии r = 1м от лампы перпендикулярно падающим лучам расположено круглое плоское зеркальце диаметром d = 2 см .Определить силу F светового давления на зеркальце . Лампу рассматривать как точечный изотропный излучатель [0,1нН ] . 21. Параллельный пучок монохроматического света с длиной волны λ = 0,663 мкм падает на зачерненную поверхность и производить на нее давление p = 0,3 мк Па . Определить концентрацию фотонов в световом луче 1012 4. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА Студент-заочник должен решить восемь задач, последняя цифра номера которых совпадает с последней цифрой его шифра. Зада ч и № I. Расстояние L от щелей до экрана в опыте Юнга равно 1,5 м. Определить расстояние d между щелями , если на отрезке длиной l - I см укладывается N = 8 темных интерференционных полос, длина волны λ = 0,6 мкм . № 2. Во сколько раз увеличится расстояние между соседними интерференционными полосами на экране в опыте Юнга, если зеленный −5 светофильтр λ = 5 ⋅ 10 см заменить красным λ = 5 ⋅ 10 см −5 № 3. В опыте Юнга тонкая стеклянная пластинка помещалась на пути одного из интерференционных . лучей, вследствие чего центральная светлая полоса смещалась в положение , первоначально занятое пятой светлой полосой (не считая центральной). Луч падает на пластинку перпендикулярно. 5 Показатель преломления стекла n = 1,5. Длина волны λ = 6 ⋅ 10 cм . Какова толщина пластинки ? № 4. В опыте с зеркалами Френеля расстояние между мнимыми изображениями источника света было равно 0,5 мм , расстояние до экрана 5 м . В зеленом свете на отрезке длинной 2 см укладываются четыре темные интерференционные полосы . Определить длину волны зеленого света . № 5. Плоская монохроматическая световая волна падает нормально на диафрагму с двумя , я узкими щелями , отстающими друг от друга на расстоянии d = 2,5 мм. На экране, расположенном за диафрагмой на расстоянии l = 100 см, образуется система интерференционных полос. На какое расстояние и в какую сторону сместятся эти полосы, если одну из щелей перекрыть стеклянной пластинкой толщиной h=10 мкм? № 6. На стеклянную пластинку нанести тонкий слой прозрачного вещества с показателем преломления n = 1,4. Пластинка освещается пучком параллельных лучей длиной волны λ = 540 нм падающие на пластинку нормально. Какую минимальную толщину должен иметь слой , чтобы отраженные лучи имели наименьшую яркость ? № 7. На тонкую глицериновую пленку (n=1,47) толщиной d =1мкм нормально к ее поверхности падает белый свет . Определить длины волн λ - лучей видимого участка спектра (0,4 мкм ≤ 2 ≤ 0,8 мкм ) , которые будут ослаблены в результат интерференции . № 8. Какова толщина мыльной пленки , если при наблюдении ее в отраженном свете она представляется зеленой λ = 0,5 мкм , .когда угол между нормалью и лучом зрения равен 35° ? Показатель преломления мыльной воды n = 1,33. № 9. Пучок параллельных лучей ( λ =0,6 мкм) падает под углом i= 30° на мыльную пленку (п =1,3). При какой наименьшей толщине пленки отраженные лучи , будут максимально ослаблены интерференцией? № 10. На мыльную пленку (n = 1,33) падает белый свет под углом i = 45°. При какой наименьшей, толщине , пленки отраженные лучи будут окрашены в желтый цвет ( λ = 0,6 мкм). № 11. На тонкий стеклянный клин нормально падает монохромати- ческий свет. Двугранный угол между поверхностями клина α = 2. Показатель преломления стекла n = 1,55. Определить длину световой волны, если расстояния между смежными интерференционными максимумами в отраженном свете b =0,3 мм. № 12. Между двумя плоскопараллельными стеклянными пластинками положили тонкую проволочку, которая находится на расстоянии l = 75 мм от линии сопротивления пластинок и ей параллельна. В отраженном свете ( λ =0,5 мкм) на верхней пластинке видны интерференционные полосы. Определить толщину проволочки , если на протяжении d = 30 мм насчитывается m = 16 светлых полос. №13. Две плоскопараллельные стеклянные пластинки приложены одна к другой так, что между ними образовался воздушный клин . Двугранный угол между пластинками α = 30 . На верхнюю пластинку падает нормально // монохроматический свет ( λ = 0,6 мкм). На каком расстоянии от линии соприкосновения пластинок будут наблюдаться в отраженном свете первая и вторая светлые полосы (интерференционные максимумы) ? № 14. На тонкий стеклянный клин падает нормально пучок лучей с длиной волны λ = 600 нм. Расстояние между соседними темными интерференционными полосами в отраженном свете b =0,4 мм. Определить угол α между поверхностями клина. Показатель преломления стекла клина n = 1,5 . № 15. Найти минимальную толщину пленки с показателем преломления n =1,33,при котором свет с длиной волны 0,64 мкм испытывает максимальное отражение, а свет с длиной волны 0,40 мкм не отражается совсем. Угол падения света равен 300 . №16. Расстояние между четвертым и двадцать пятым темными кольцами Ньютона b=0,9 см. Радиус кривизны линзы R=16 м. Найти длину волны света, падающего нормально на установку. Наблюдение ведется в отраженном свете. №17. Диаметры двух светлых колец Ньютона di =4,0 и dk =4,8 мм. Порядковые номера не определялись, но известно, что между этими двумя измеренными кольцами расположены три светлых кольца. Кольца наблюдались в отраженном свете (λ=500 нм). Найти радиус кривизны плоско-выпуклой линзы, взятой для опыта. №18. Между стеклянной пластинкой и лежащей на ней плоско-выпуклой линзой, налита жидкость, показатель преломления которой меньше показателя преломления стекла (n=1,5). Радиус восьмого темного кольца Ньютона при наблюдении в отраженном свете (λ= 700 нм) r8=2 мм. Радиус кривизны выпуклой поверхности линзы R=1 мм. Найти показатель преломления жидкости. №19. Кольца Ньютона образуются между плоско-выпуклой линзой(R=8,6 м) и плоским стеклом. Кольца наблюдаются в отраженном свете (λ=0,59 мкм). Определить во сколько раз изменится радиус четвертого темного кольца, если пространство между линзой и пластинкой заполнить водой (n=1,33). №20. Расстояние Δr2,20 между вторым и двадцатым темными кольцами Ньютона в отраженном свете b=4,8 мм. Определить расстояние Δr3,16 между третьим и шестнадцатым кольцами. №21. На круглое отверстие диаметром d=4 мм падает нормально параллельный пучок лучей (λ=0,5 мкм). Точка наблюдения находится на оси отверстия на расстоянии L=1 м от него. Сколько зон Френеля укладывается в отверстии? Темное или светлое пятно получится в центре дифракционной картины, если в месте наблюдения поместить экран? №22. Экран А находится на расстоянии L=4 м от точечного монохроматического источника света (λ=0,5 мкм). Посредине между экраном и источником помещен непрозрачный экран В с круглым отверстием. При каком радиусе отверстия в экране В центр дифракционной картины на экране А будет наиболее темным? №23. На диафрагму с диаметром отверстия D=1,96 мм падает нормально параллельный пучок монохроматического света (λ=0,6 мкм). При каком наибольшем расстоянии L между диафрагмой и экраном в центре дифракционной картины еще будет наблюдаться темное пятно? №24. На щель шириной а=20 мкм падает нормально параллельный пучок монохроматического света(λ=500 нм). Найти ширину А изображения щели на экране, удаленном от щели на расстояние между первыми дифракционными минимумами, расположенными по обе стороны от главного максимума освещенности. №25. На щель шириной а=0,1 мм падает нормально монохроматический свет (λ=0,5 мкм). Что видит глаз наблюдателя, расположенного за щелью, если он смотрит в направлении, образующем с нормалью к плоскости щели угол: 1)ϕ1=17’, 2)ϕ2=43’? №26. На дифракционную решетку,содержащую 200 штрихов на 1 мм, падает нормально белый свет. Спектр проектируется линзой на экран, помещенный вблизи решетки. Определить длину спектра первого порядка на экране, если он отстоит на расстоянии 4 м от линзы. Границами видимого спектра принять λкр=780 нм, λф=400 нм. №27. На дифракционную решетку имеющую150 штрихов на 1 мм, нормально падает монохроматический свет. Угол между спектрами первого и второго порядков равен 4036’. Определить длину волны падающего света. №28. На дифракционную решетку, содержащую n= 600 штрихов на миллиметр, падает нормально белый свет. Спектр проектируется помещенной вблизи решетки линзой на экран. Определить длину спектра первого порядка на экране, если расстояние от линзы до экрана L=1,2 м. Границы видимого спектра: λкр=780 нм, λф=400 нм. №29. На дифракционную решетку падает нормально параллельный пучок белого света. Спектры третьего и четвертого порядков частично накладываются друг на друга. На какую длину волны в спектре четвертого порядка накладывается граница λ=780 нм спектра третьего порядка? №30. На дифракционную решетку нормально падает монохроматический свет с длиной волны λ=0,5 мкм. На экране, параллельном решетке и отстоящем от нее на расстоянии 1 м, получается дифракционная картина. Расстояние между максимумами первого порядка, наблюдаемыми на экране, оказалось равным 20,2 см. Определить: а) постоянную дифракционную решетку; б) число штрихов на 1 см; в) сколько максимумов дает дифракционная решетка. №31. Пучок света, идущий в стеклянном сосуде с глицерином, отражается от дна сосуда. При каком угле i падения отраженный пучок света максимально поляризован? №32. Параллельный пучок света переходит из глицерина в стекло так, что пучок, отраженный от границы раздела этих сред, оказывается максимально поляризованным. Определить угол γ между падающим и преломленным пучками. №33. Угол падения i1 луча на поверхность стекла равен 600. При этом отраженный пучок света оказался максимально поляризованным. Определить угол i2 преломления луча. №34. Предельный угол полного внутреннего отражения для некоторого вещества i=450. Найти для этого вещества угол iВ полной поляризации. №35. Угол преломления луча в жидкости i2=350. Определить показатель преломления n жидкости, если известно, что отраженный луч максимально поляризован. №36. Угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора равен 450. Во сколько раз уменьшится интенсивность света, выходящего из анализатора, если угол увеличить до 600? №37. Во сколько раз ослабляется свет, проходя через поляризатор и анализатор, плоскости поляризации которых составляют угол 300, если в каждом из них в отдельности теряется 10% падающего на них светового потока? №38. Анализатор в два раза уменьшает интенсивность света, приходящего к нему от поляризатора, определить угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора. №39. Естественный свет проходит через поляризатор и анализатор, поставленные так, что угол между главными плоскостями равен α. Как поляризатор, так и анализатор поглощают и отражают 8% интенсивности падающего на них света. Оказалось, что лучи, вышедшие из анализатора, имеют 9% интенсивности естественного света, падающего на поляризатор. Определить угол α. №40. Пучок естественного света падает на систему из N=6 поляризаторов, плоскость пропускания каждого из которых повернута на угол ϕ=300 относительно плоскости пропускания предыдущего поляризатора. Какая часть светового потока проходит через эту систему? №41. Протон с кинетической энергией Т=3 ГэВ при торможении потерял треть этой энергии. Определить, во сколько раз изменился релятивистский импульс протона. №42. При какой скорости кинетическая энергия любой частицы вещества равна ее энергии покоя? №43. При какой скорости релятивистская масса любой частицы вещества в n=3 раза больше массы покоя? №44. Во сколько раз масса протона больше массы электрона, если обе частицы имеют одинаковую кинетическую энергию Т=1ГэВ? №45. Во сколько раз релятивистская масса m электрона, обладающего кинетической энергией Т=1,53 МэВ больше массы покоя m0? №46. Какую скорость β нужно сообщить частице, чтобы ее кинетическая энергия была равна удвоенной энергии покоя? №47. С какой скоростью движется частица, импульс которой равен ее комптоновскому импульсу m0c? №48. Масса движущегося электрона вдвое больше его массы покоя. Найти кинетическую энергию Т электрона. №49. Альфа-частица с кинетической энергией Т=10 ГэВ при торможении потеряла половину своей энергии. Определить, во сколько раз изменился импульс альфа-частицы? №50. Протон имеет импульс p=938 МэВ/с (1 МэВ/с=5,33*10-22кг*м/с). Какую кинетическую энергию необходимо сообщить протону, чтобы его релятивистский импульс возрос вдвое? №51. Абсолютно черное тело имеет температуру Т1=400 К. Какова будет температура Т2 тела, если в результате нагревания поток излучения увеличился в n=10 раз? №52. Из смотрового окошечка плавильной печи излучается поток Ф3=2040Дж/мин. Определить температуру Т печи, площадь отверстия S=6 см. №53. На сколько процентов увеличится энергетическая светимость абсолютно черного тела, если его температура увеличится на 1%? №54. С какой скоростью надо подводить энергию к зачерненному медному шару, радиус которого 2 см, чтобы поддерживать его температуру на 270 выше температуры окружающей среды? Считать, что тепло теряется только излучением. №55. Температура вольфрамовой спирали в 25-ватной электрической лампочке Т=2450 К. Отношение ее энергетической светимости к энергетической светимости абсолютно черного тела при данной температуре к=0,3. Найти площадь S излучающей поверхности спирали. №56. Вследствие изменения температуры абсолютно черного тела максимум спектральной плотности энергетической светимости сместился с 2,4 на 0,8 мкм. Как и во сколько раз изменились энергетическая светимость и максимальное значение спектральной плотности энергетической светимости? №57. При остывании абсолютно черного тела посредством лучеиспускания длина волны, соответствующая максимуму спектральной плотности энергетической светимости r2,r его тем, сместилась на 500 А. Определить, на сколько градусов остыло тело, если первоначальная температура была 2000 К. №58. Мощность излучения абсолютно черного тела равна 10кВт. Найти величину изучающей поверхности тела, если длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности его энергетической светимости, равна 7*10-5 см. №59. Зачерненный шарик остывает от температуры Т1=300 К до температуры Т2=293 К. На сколько изменилась длина волны, соответствующая спектральной плотности его энергетической светимости? №60. Какое количество энергии с I см2 в I с излучает абсолютно черное тело, если максимальная спектральная плотность ее энергетической светимости приходится на длину волны λm=4840 А? №61. Какая доля энергии фотона израсходована на работу вырывания фотоэлектрона, если красная граница фотоэффекта равна 3070 А и максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона равна I эВ? №62. На платиновую пластину падают ультрафиолетовые лучи. Для прекращения фотоэффекта нужно приложить задерживающую разность потенциалов 3,7 В. Если платиновую пластину заменить пластиной из другого металла, то задерживающую разность потенциалов нужно увеличить до 6 В. Определить работу выхода электронов с поверхности этой пластинки. №63. На поверхность лития падает монохроматический свет(λ=3100 А). Чтобы прекратить эмиссию электронов, нужно приложить задерживающую разность потенциалов не менее 1,7 В. Определить работу выхода. №64. При освещении платиновой поверхности монохроматическим светом (λ=2040 А) величина задерживающего потенциала оказалась равной 0,8 В. Найти: а) работу выхода электрона из платины; б) максимальную длину волны, при которой еще возможен фотоэффект. №65. Найти частоту ν света, вырывающего из металла электроны, которые полностью задерживаются разностью потенциалов U=3 В. Фотоэффект начинается при частоте света ν0=6*1014 Гц. №66. Фотон с энергией 0,4 МэВ рассеялся под углом 900 на свободном электроне. Определить энергию рассеянного фотона и кинетическую энергию электрона отдачи. №67. Фотон с энергией 0,25 МэВ рассеялся на свободном электроне. Энергия рассеянного фотона 0,2 МэВ. Определить угол рассеяния. №68. Угол рассеяния фотона Q=900, угол отдачи электрона ϕ=300. Определить энергию ε падающего фотона. №69. При комптоновском рассеянии энергия падающего фотона распределяется поровну между рассеянным фотоном и электроном отдача. Угол рассеяния Q=П/2 . Найти энергию ε и импульс р рассеянного фотона. №70. Энергия рентгеновских лучей ε=0,6 МэВ. Найти энергию We электрона отдачи, если длина волны рентгеновских лучей после комптоновского рассеивания изменилась на 20%. №71. Давление света(λ=0,6 мкм ) на черную поверхность равно 2,2*10-6 Н/см2. Сколько фотонов падает на 1см2 за 1с?
Яндекс цитирования