Материал: Квантовая оптика. Физика атомов и ядер. Физика полупроводников. контрольные задания для зачета по лабораторным работам. Москаленко А.Г., Гаршина М.Н

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»

Кафедра физики

Квантовая оптика. физика атомов и ядер. физика полупроводников

Контрольные задания

для зачета по лабораторным работам

по дисциплине «Физика» для студентов всех направлений и специальностей

очной формы обучения

Воронеж 2015

Составители: канд. физ.-мат. наук А.Г. Москаленко, канд. техн. наук М.Н. Гаршина, канд. физ.-мат. наук Е.П. Татьянина, канд. физ.-мат. наук Т.Л. Тураева, ассиситент О.И. Ремизова

УДК 531 (07)

Квантовая оптика. Физика атомов и ядер. Физика полупроводников: контрольные задания для зачета по лабораторным работам по дисциплине «Физика» для студентов всех направлений и специальностей очной формы обучения / ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. А.Г. Москаленко, М.Н. Гаршина, Е.П. Татьянина, Т.Л. Тураева, О.И. Ремизова. Воронеж, 2015. 28 с.

Методические указания содержат теоретический минимум и варианты контрольных заданий по разделам курса физики «Квантовая оптика. Квантовая механика. Физика атома» для сдачи зачета по лабораторным работам.

Предназначены для студентов второго курса очной формы обучения.

Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе MS Word 2003 и содержатся в файле Контрольные задания_физика3.doc.

Табл. 4. Ил. 27. Библиогр.: 7 назв.

Рецензент д-р физ.-мат. наук, проф. Е.В. Шведов

Ответственный за выпуск зав. кафедрой канд. физ.-мат. наук, проф. Т.Л. Тураева

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

© ФГБОУ ВПО «Воронежский

государственный технический университет», 2015

1. Тепловое излучение Теоретический минимум

• Тепловое излучение. Испускательная и поглощательная способность. Энергетическая светимость.

• Закон Кирхгофа. Физический смысл универсальной функции Кирхгофа.

• Абсолютно черное тело. Спектр и законы излучения абсолютно черного тела.

• Формула Релея-Джинса. Ультрафиолетовая катастрофа.

• Квантовая гипотеза. Формула Планка.

• Оптическая пирометрия.

Контрольные задания к лабораторной работе №3.01. «Определение температуры оптическим пирометром» Вариант 1

1. Дать определение и указать единицы измерения в СИ испускательной, поглощательной способности и энергетической светимости тела.

2. Если при изменении температуры абсолютно черного тела площадь под кривой r _λ,T = f () увеличилась в 4 раза, то, как при этом изменилась длина волны, на которую приходится максимум испускательной способности тела?

3

4. На графике, представляющем универсальную функцию Кирхгофа, выделены два узких участка, площади которых равны. Одинакова ли для абсолютно черного тела на указанных частотах:

а) испускательная способность ;

б) энергетическая светимость ?

5. Черное тело имеет температуру Т₁=500К. Какова будет температура Т₂ тела, если в результате нагревания поток излучения увеличится в 5 раз?

Вариант 2

1. Представить зависимости испускательной способности абсолютно черного тела от длины волны при двух различных значениях температуры. В чем различие этих зависимостей?

2. При переходе от температуры Т₁ к температуре Т₂ площадь под кривой зависимости r _λ,T = f () увеличилась в 16 раз. Как при этом изменилась длина волны, на которую приходится максимум испускательной способности тела?

3. Мощность излучения абсолютно черного тела N=10кВт, его излучающая поверхность S=5см². На какую длину волны приходится максимум испускательной способности тела?

4. Температура вольфрамовой спирали в 25-ваттной электрической лампочке Т=2450К, площадь ее излучающей поверхности S=0,4см². Найти отношение энергетической светимости спирали к энергетической светимости абсолютно черного тела при данной температуре.

5. Определить температуру и энергетическую светимость абсолютно черного тела, если максимум энергии излучения приходится на длину волны 600нм.

Вариант 3

1. Сформулировать закон Кирхгофа. В чем состоит физический смысл универсальной функции Кирхгофа?

2. Максимум r^*_T приходится на длину волны 750 нм. Какова температура этого тела?

3. Если температура абсолютно черного тела увеличится от 300К до 600К, то во сколько раз увеличится его мощность суммарного излучения?

4

5. Муфельная печь, потребляющая мощность 1кВт, имеет отверстие площадью 100см². Определить долю мощности, рассеиваемой стенками печи, если температура ее внутренней поверхности равна 1кК.

Вариант 4

1. В чём заключалось расхождение между экспериментом и классической теорией излучения абсолютно чёрного тела? Как была решена эта проблема?

2 . Температура абсолютно черного тела 1000К. На какую длину волны приходится максимум испускательной способности этого тела?

3. Площадь заштрихованных участков на кривой r^*_λ = f (λ) одинакова (S₁=S₂). Число излучаемых квантов N в указанных интервалах:

1) N₁ = N ₂ 2) N₁ > N₂ 3) N₁ < N₂

4. Шар радиуса , поверхность которого можно принять за абсолютно черную, поддерживается при температуре . Определить:

а) энергетическую светимость шара;

б) излучаемый им полный тепловой поток Ф.

5. Из смотрового окошка печи излучается поток Ф=4кДж/мин. Определить температуру печи, если площадь излучающей поверхности S=8см².

Вариант 5

1. Дать определение абсолютно чёрного тела и сформулировать законы его излучения.

2. Температура абсолютно черного тела понизилась с 1000К до 850К. На сколько при этом изменилась длина волны, отвечающая максимуму распределения энергии?

3 . По кривым остывания тел от времени сравнить поглощательные способности тел

1) а₁ = а₂ 2) а₁ > а₂ 3) а₁ < а₂

4. На участок поверхности тела с поглощательной способностью , находящегося в равновесии с излучением, падает поток Ф_пад. Определить:

а) поток энергии, поглощаемый участком Ф_пог;

б) отраженный им поток Ф_отр;

5. Определить поглощательную способность серого тела, для которого температура, измеренная радиационным пирометром, Т =1,4кК, тогда как истинная температура тела равна 3,2кК.

2. ФОТОЭФФЕКТ

Теоретический минимум

• Фотоэффект. Законы внешнего фотоэффекта. Вольтамперная характеристика внешнего фотоэффекта и ее объяснение.

• Несостоятельность волновой теории в объяснении законов внешнего фотоэффекта. Квантовая теория фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна.

• Красная граница фотоэффекта.

• Фотоэлементы, их характеристики. Применение фотоэлементов.

Контрольные задания к лабораторным работам

№3.02. «Исследование внешнего фотоэффекта»;

№3.03. «Исследование фотоэлемента»

Вариант 1

1 . Дать объяснение вольт-амперных характеристик фотоэлемента. По виду вольт - амперных характеристик сравните работы выхода электронов из металлов, освещаемых одним и тем же источником света.

2. Как изменится кинетическая энергия фотоэлектронов при увеличении светового потока в 2 раза?

3. Изобразить зависимость максимальной кинетической энергии фотоэлектронов от частоты света. Работа выхода электрона из металла равна А.

4. Если работа по полному торможению фотоэлектронов электрическим полем равна работе выхода А, то какова частота квантов, вызывающих фотоэффект?

5. Фототок прекращается при задерживающей разности потенциалов U =1В. Чему равна скорость фотоэлектронов?

Вариант 2

1. Сформулировать законы внешнего фотоэффекта. По виду вольтамперных характеристик сравнить освещённости катода при постоянной частоте падающего света.

2. Как изменится запирающее напряжение, если частоту света увеличить в 2 раза?

3. Определить длину волны красной границы фотоэффекта для цезия (работа выхода А=1,9 эВ).

4. При освещении катода фотоэлемента монохроматической световой волной в его цепи течет ток насыщения . Изобразить зависимость этого тока от концентрации фотонов.

5. Определить максимальную скорость фотоэлектронов, вылетающих из меди (А_вых=4,5эВ) под действием -излучения с длиной волны =0,3нм.

Вариант 3