Квантовая физика. Часть С-8. Подготовка ЕГЭ.
1(7-Дем.версия). Фотокатод, покрытый кальцием (работа выхода 4,42·10-19 Дж), освещается светом с длиной волны 300 нм. Вылетевшие из катода электроны попадают в однородное магнитное поле с индукцией 8,3·10-4 Тл перпендикулярно линиям индукции этого поля. Каков максимальный радиус окружности, по которым движутся электроны?( 5 мм).
2.(10-2007) Электромагнитное излучение используется для нагревания воды массой 1 кг. За время 700с температура воды увеличивается на 100С. Какова длина волны излучения, если источник испускает 1020 фотонов за 1 с? Считать, что излучение полностью поглощается водой. (3,3·10-7м)
3(3-07). ) Электромагнитное излучение с длиной волны 3,3·10-7м используется для нагревания жидкости массой 1 кг. За время 700с температура жидкости увеличивается на 100С. Определите удельную теплоёмкость жидкости, если источник испускает 1020 фотонов за 1 с? Считать, что излучение полностью поглощается водой. (4200Дж/кг0С)
3(2-07). Электромагнитное излучение с длиной волны 3,3·10-7м используется для нагревания воды. Какую массу воды можно нагреть за время 700с на 100С, если источник испускает 1020 фотонов за 1 с? Считать, что излучение полностью поглощается водой. (1 кг)
4.(С1) Фотокатод облучают светом, у которого длина волны 300 нм. Красная граница фотоэффекта для вещества фотокатода 450 нм. Какое напряжение U нужно приложить между анодом и катодом, чтобы фототок прекратился? (1,4В)
5.(С2) В вакууме находятся два покрытых кальцием электрода, к которым подключен конденсатор ёмкостью С= 8000пФ. При длительном освещении катода светом фототок, возникший вначале, прекращается, а на конденсаторе появляется заряд 11·10-9 Кл. Работа выхода электронов из кальция А = 4,42·10-19 Дж. Определите длину волны света, освещающего катод. (300нм)
6.(С4).Фотокатод, покрытый кальцием (А= 4,42·10-19 Дж),освещается светом частотой 2·1015Гц. Вылетевшие из катода электроны попадают в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям индукции этого поля и движутся по окружностям, среди которых имеются окружность с максимальным радиусом 5 мм. Чему равна индукция магнитного поля? (1,6 мТл)
7.(С5) При облучении катода светом с частотой 1·1015Гц фототок прекращается при приложении между анодом и катодом напряжения 1,4 В. Чему равна частотная красная граница фотоэффекта для вещества? (6,6·1014 Гц)
8.(С6) В вакууме находятся два покрытых кальцием электрода, к которым подключен конденсатор ёмкостью С. При длительном освещении катода светом длиной 300 нм фототок, возникший вначале, прекращается, а на конденсаторе появляется заряд 11·10-9 Кл. Работа выхода электронов из кальция А = 4,42·10-19 Дж. Определите ёмкость конденсатора.. (8нФ)
9.(С7)Фотокатод, покрытый кальцием, освещается светом. Вылетевшие из катода электроны попадают в однородное магнитное поле индукцией 4·10-4 Тл перпендикулярно линиям индукции этого поля и движутся в нем по окружностям, максимальный радиус которых равен 10мм. Чему равна частота падающего света, если работа выхода электронов из кальция равна А = 4,42·10-19 Дж? (1015Гц)
10. (С8) ) Фотокатод, покрытый кальцием, освещается светом с длиной волны 300 нм.. Вылетевшие из катода электроны попадают в однородное магнитное поле индукцией 2·10-4 Тл перпендикулярно линиям индукции этого поля и движутся в нем по окружностям, максимальный радиус которых равен 2см. Чему равна работа выхода электронов для вещества фотокатода?
(4,42·10-19 Дж)
11. Какова максимальная скорость фотоэлектронов, выбиваемых из металлической пластины светом с длиной волны 3·10-7 м., если красная граница фотоэффекта 540 нм? (8·105 м/с)
12. Для разгона космических аппаратов и коррекции их орбит предложено использовать солнечный парус – скрепленный с аппаратом легкий экран большой площади из тонкой плёнки, которая зеркально отражает солнечный свет. Найдите ускорение, сообщаемое аппарату массой 500 кг (включая массу паруса), если парус имеет форму размером 100х100м. Мощность W солнечного излучения, падающего на поверхность площадью 1м2, перпендикулярную солнечному свету, составляет 1370 Вт/м2.
Решение: Давление света при зеркальном отражении: р = 
Сила давления света равна: F = p· S =
Второй закон Ньютона: F = ma;
a =
a = 1,8·10-4м/с2
13. Для разгона космических аппаратов и коррекции их орбит предложено использовать солнечный парус – скрепленный с аппаратом легкий экран большой площади из тонкой плёнки, которая зеркально отражает солнечный свет. Чему равно добавочное изменение скорости космического аппарата массой 500 кг (включая массу паруса), в течение 24 часов за счёт паруса размером 100х100м.? Мощность W солнечного излучения, падающего на поверхность площадью 1м2, перпендикулярную солнечному свету, составляет 1370 Вт/м2.
Решение: Давление света при зеркальном отражении: р =
Сила давления света равна: F = p· S =
Второй закон Ньютона: F = ma; a = 
a = 1,8·10-4м/с2. V = at; V = 1,8·10-4м/с2·24·3600c= 15,56 м/с
14. Для разгона космических аппаратов и коррекции их орбит предложено использовать солнечный парус – скрепленный с аппаратом легкий экран большой площади из тонкой плёнки, которая зеркально отражает солнечный свет. Мощность W солнечного излучения, падающего на поверхность площадью 1м2, перпендикулярную солнечному свету, вблизи земли составляет 1370 Вт/м2.Во сколько раз аппарат находится ближе к Солнцу, чем Земля, если за счёт светового давления аппарат получает дополнительное ускорение 10-4g ? Масса аппарата вместе с парусом равна 500 кг, размер паруса 100х100м.
Решение: Давление света при зеркальном отражении: р =
Сила давления света равна: F = p· S =
Второй закон Ньютона: F = ma;
Мощность излучения обратно пропорциональна квадрату расстояния до Солнца:
;
15.(4-5)Фотокатод, покрытый кальцием, освещается светом с длиной волны 225 нм. Вылетевшие из катода электроны попадают в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям индукции этого поля и движутся в нём по окружностям, максимальный радиус которых равен 5 мм. Чему равен модуль вектора индукции магнитного поля, если работа выхода электронов из кальция равна 4,42·10-19Дж? ( 1,1 мТл)
16.(4в-4-5) Для разгона космических аппаратов и коррекции их орбит предложено использовать солнечный парус – скрепленный с аппаратом легкий экран большой площади из тонкой плёнки, которая зеркально отражает солнечный свет. Какой должна быть площадь S паруса, чтобы аппарат массой (вместе с парусом) 500 кг, имел ускорение 10-4g ? Мощность W солнечного излучения, падающего на поверхность площадью 1м2, перпендикулярную солнечному свету, вблизи земли составляет 1370 Вт/м2.
Решение: Давление света при зеркальном отражении: р =
Сила давления света равна:
F = p· S =
Второй закон Ньютона: F = ma;
17. Для разгона космических аппаратов и коррекции их орбит предложено использовать солнечный парус – скрепленный с аппаратом легкий экран большой площади из тонкой плёнки, которая зеркально отражает солнечный свет. Найдите массу космического аппарата, снабженного парусом в форме квадрата размером 100х100м, который за счёт светового давления получает ускорение 10-4g .Мощность W солнечного излучения, падающего на поверхность площадью 1м2, перпендикулярную солнечному свету, составляет 1370 Вт/м2.
Решение: : Давление света при зеркальном отражении: р =
Сила давления света равна: F = p· S =
Второй закон Ньютона: F = ma; 
18.(2005)При облучении металла светом с длиной волны 245 нм наблюдается фотоэффект. Работа выхода фотоэлектронов из металла равна 2,4 эВ. Какое задерживающее напряжение нужно приложить к металлу, чтобы уменьшить максимальную скорость вылетающих фотоэлектронов в 2 раза? (2 В)(ЕГЭ тренир. Задания. 2005)
19(2005-2С5) При облучении цезия светом с длиной волны 0,4 мкм максимальная скорость электронов равна 660 км/с. Чему равен наименьший импульс фотона, который может вызвать фотоэффект в цезии?( 1,3·10-27 кг м/с)
20 (2005-2С6). Кусочек металлической фольги массой 1 мг освещается лазерным импульсом мощностью Р=15Вт и длительностью 0,05 с. Свет падает перпендикулярно плоскости фольги и полностью отражается от неё. Какую скорость приобретает фольга под действием света?(
мм/с)
Решение: II закон Ньютона через импульс: F t = Δp = 2
2
или
F =2
F = ma, F = m
отсюда V = 
21.(2005-3С5)Алюминиевый шарик радиусом 3 мм освещают ультрафиолетовым излучением с длиной волны 236 нм. Работа выхода электронов из алюминия 4,25 эВ. Какое максимальное число N электронов может испустить этот шарик?
Решение: : h
Полная механическая энергия системы электрон и шар: Wp=
где Wp –потенциальная энергия и равна: Wp = 
h
N=
21 (2005-4С5)Источник света мощностью 10-6 Вт помещен в прозрачную среду с показателем преломления 2. Рассчитайте число квантов, излучаемых за 1 мин, если длина волны в этой среде равна 2·10-7 м? (N =
)
Решение: Длина волны в вакууме равна λ
0 = n·λ, Общая энергия падающего света равна:
Е0 = P t, но с другой стороны Е0 = N· hν, где hν – энергия одного кванта. Отсюда N = 
22. (2005-5 С5) При облучении металлической пластины фотоэффект возникает только в том случае, если импульс падающих на неё фотонов превышает 9·10-28кг·м/с. С какой скоростью будут покидать пластинку электроны, если облучать её светом, частота которого вдвое больше?(770 км/с)
23 (2005-6-С5) Плоский алюминиевый электрод освещается ультрафиолетовым светом с длиной волны 83 нм. На какое максимальное расстояние от поверхности электрода может удалится электрон, если на него оказывает тормозящее действие электрическое поле напряженностью 7,5 В/см? Красная граница фотоэффекта для алюминия соответствует длине волны 450 нм.(32 мм)
Решение: hν = A +
hν = h νкр +
По закону сохранения энергии:
Fэл= Е q,
S = 
24.(2005-7 С6)Излучение от точечного источника монохроматического света падает на зеркальную поверхность радиусом r, расположенную под углом 300 к световому пучку и на расстоянии 2 м от источника света. Давление, оказываемое светом на поверхность, равно 5·10-7Па. Чему равна мощность источника света? (Считать r<
25. Уединенный проводящий шар радиуса R =10 см при облучении его светом с длиной волны 300 нм, испуская электроны за счёт фотоэффекта, может в вакууме приобрести максимальный электрический заряд Q = 1,6·10-11 Кл. Чему равна работа выходы электронов из вещества шара?
Решение: уравнение Эйнштейна: h
Условие вылета электронов – это неотрицательность их полной механической энергии: Wp+
Максимальному заряду соответствует знак равенства. Потенциальная энергия электрона вблизи заряженного шара с зарядом Q. Wp = -
A = h
26(63в-2006) Фотон с длиной волны 5·10-7м, соответствующей красной границе фотоэффекта, выбивает электрон из металлической пластинки в сосуде, из которого откачан воздух, но содержится небольшое количество водорода. Электрон разгоняется постоянным электрическим полем до энергии, равной энергии ионизации атома водорода W =13,6 эВ, и ионизирует атом. Возникший протон ускоряется имеющим электрическим полем и ударяется о катод. Во сколько раз минимальный импульс рп, передаваемый пластинке протоном, больше импульса фотона рф, выбившего электрон? Начальную скорость протона считать равной нулю, удар абсолютно упругим.
Решение: Энергия Ее, приобретаемая электроном в электрическом поле, равна энергии приобретаемой протоном Еп, и равна энергии ионизации: Ее = Еп = W.
V = 
Импульс фотона равна р
ф =

импульс фотона равна: Р
п = m V = m ·

=