Тепловое излучение. Фотоэффект

№1 Свет, падающий на металл, вызывает эмиссию электронов из металла. Если интенсивность света уменьшается, а его частота при этом остается неизменной, то …

Решение: Согласно уравнению Эйнштейна для фотоэффекта, , где hυ – энергия фотона; работа выхода электронов из металла; - максимальная кинетическая энергия электронов, которая зависит от энергии фотона, следовательно, от частоты света. Поскольку частота не меняется, то и кинетическая энергия остается неизменной. Интенсивность света пропорциональна числу фотонов, а количество выбитых электронов пропорционально числу падающих фотонов; значит, с уменьшением интенсивности света количество выбитых электронов уменьшается.

Ответ: количество выбитых электронов уменьшается, а их кинетическая энергия остается неизменной

 

№2 Катод вакуумного фотоэлемента освещается светом с энергией квантов 10 эВ. Если фототок прекращается при подаче на фотоэлемент задерживающего напряжения 4 В, то работа выхода электронов из катода (в эВ) равна …

Решение: Согласно уравнению Эйнштейна для фотоэффекта, , где hυ – энергия фотона; работа выхода электронов из металла; максимальная кинетическая энергия электронов, которая равна , где задерживающее напряжение. Следовательно,

 

№3 Наблюдается явление внешнего фотоэффекта. При этом с увеличением длины волны падающего света …

Ответ: уменьшается величина задерживающей разности потенциалов

№4

На рисунке представлено распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела в зависимости от длины волны для температуры . При увеличении температуры в 2 раза длина волны (в ), соответствующая максимуму излучения, будет равна …

Ответ: 250

№5 Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела в зависимости от частоты излучения для температур Т₁ и Т₂ () верно представлено на рисунке …

 

 

№6 На рисунке приведены две вольтамперные характеристики вакуумного фотоэлемента. Если Е – освещенность фотоэлемента, ν - частота падающего на него света, то

Решение: Приведенные на рисунке вольтамперные характеристики отличаются друг от друга величиной тока насыщения. Величина тока насыщения определяется числом выбитых за 1 секунду электронов, которое пропорционально числу падающих на металл фотонов, то есть освещенности фотоэлемента. Следовательно, Задерживающее напряжение одинаково для обеих кривых. Величина задерживающего напряжения определяется максимальной скоростью фотоэлектронов: Тогда уравнение Эйнштейна можно представить в виде . Отсюда поскольку следовательно, одинакова кинетическая энергия электронов, а значит, и частота падающего на фотокатод света, то есть

Ответ:

№ 7 На рисунке показаны кривые зависимости спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела от длины волны при разных температурах. Если кривая 2 соответствует спектру излучения абсолютно черного тела при температуре

1450 , то кривая 1 соответствует температуре (в ) …

Решение. Воспользуемся законом смещения Вина для излучения абсолютно черного тела , где длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела его термодинамическая температура, постоянная Вина:

.

Так как, согласно графику, , то

№8 Установите соответствие между приведенными характеристиками теплового равновесного излучения и характером их зависимости от частоты температуры.

1.Спектральная плотность энергии в спектре излучения абсолютно черного тела,согласно формуле Рэлея-Джинса,с увеличением частоты 2. Спектральная плотность энергии в спектре излучения абсолютно черного тела, согласно формуле Планка,с увеличением частоты…

3.Энергетическая светимость абсолютно черного тела с увеличением температуры…

4.Длина волны,на которую приходится максимум спектральной плотности энергии в спектре излучения абсолютно черного тела,с увеличением температуры…

Варианты ответа:(укажите соответствие для каждого нумерованного элемента задания)

1.Стремится к 0

2. Возрастает пропорционально

3. Возрастает пропорционально

4. Неограниченно возрастает

5. Убывает пропорционально

Решение: 1.Последовательная классическая теория для спектральной плотности энергии излучения абсолютно черного тела приводит к формуле Рэлея-Джинса. При этом используется теорема класической физики о равнораспределении энергии системы по степеням свободы и электромагнитная теория света,которая позволяет подсчитать число степеней свободы,приходящихся на единицу объема области,занятой равновесным монохроматическим тепловым излучением. Поскольку, согласно классической теории, это число степеней свободы пропорционально третьей степени частоты и не зависит от температуры,с пектральная плотность энергии равновесного теплового излучения должна неограниченно возрастать при увеличении частоты. Этот результат П.Эренфест образно назвал ультрафиолетовой катастрофой.

2.Формула Планка дает распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела,согласующееся с экспериментом на всех частотах, т.е во всем спектре, и дает,таким образом, исчерпывающее описание равновесного теплового излучения. Согласно формуле Планка, с ростом частоты убывает число степеней свободы, приходящихся на единицу объема, и ультрафиолетовая катастрофа не возникает.

3.Согласно закону Стефана-Больцмана,энергетическя светимость абсолютно черного тела с увеличением температуры возрастает пропорционально . Из формулы Планка, интегрируя по всем длинам волн или частотам, можно получить энергетическую светимость абсолютно черного тела, т.е закон Стефана-Больцмана, и выражение постоянной Стефана-Больцмана через универсальные физические константы.

4.Согласно закону смещения Вина, длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергии в спектре излучения абсолютно черного тела, с увеличением температуры убывает пропорционально .

 

№9 На рисунке изображен спектр излучения абсолютно черного тела при температуре Т. Площадь под кривой увеличится в 81 раз, если температура будет равна …

Ответ: 3Т

 

№10 Абсолютно черное тело и серое тело имеют одинаковую температуру. При этом интенсивность излучения …

Ответ: больше у абсолютно черного тела