Элементы квантовой физики атомов, молекул и твердых тел

Основные формулы раздела «элементы квантовой физикb атомов, молекул и твердых тел»

Закон Стефана-Больцмана

R _е = σ Т⁴,

где R _е– энергетическая светимость (излучаемость) абсолютно черного тела; σ – постоянная Стефана – Больцмана; Т– термодинамическая температура Кельвина.

Закон смещения Вина

где - длина волны, на которую приходится максимум энергии излучения; b– постоянная Вина.

Энергия фотона

ε = hν, или ε = ħ ω,

где h – постоянная Планка; ħ – постоянная Планка, деленная на 2π; ν – частота фотона; ω – циклическая частота.

Масса фотона

m = = ,

где с– скорость света в вакууме; λ – длина волны фотона.

Импульс фотона

p = mc = .

Формула Эйнштейна для фотоэффекта

hν = A + T_max = ,

где hν – энергия фотона, падающего на поверхность металла; А – работа выхода электрона; T_max – максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона.

Красная граница фотоэффекта

ν ₀ = , или ,

где ν ₀ - минимальная частота света, при которой ещё возможен фотоэффект; λ ₀ – максимальная длина волны света, при которой ещё возможен фотоэффект; h– постоянная Планка; c – скорость света в вакууме.

Формула Комптона

или ,

где – длина волны фотона, встретившегося со свободным или слабосвязанным электроном; - длина волны фотона, рассеянного на угол после столкновения с электроном; m₀– масса покоящегося электрона.

Комптоновская длина волны

5.2. Понятия и определения раздела «элементы квантовой физика атомов, молекул и твердых тел»

? Постулаты Бора. Атом водорода по Бору.

Постулаты:

1.Электроны вращаются по определенным стационарным орбитам вокруг ядра, энергии при этом не излучают.

2.Каждому стационарному состоянию соответствует строго определенная энергия.

3. При переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую излучается или поглощается квант энергии.

Модель: Бор предположил, что стационарные орбиты входят в число возможных атомных орбит, допускаемых классической механикой и электродинамикой. Поэтому можно найти «классическое» решение, затем использовать метод квантования. Атом водорода состоит из ядра (в состав входит один протон) и одного электрона, вращающегося вокруг ядра по круговой орбите

?. Волны де Бройля.

Волны, ассоциированные со свободно движущимися частицами, называют волнами де Бройля. Длина волны l для таких волн равна ( -импульс движущейся микрочастицы)

? Соотношение неопределенностей.

Или соотношение неопределенностей Гейзенберга: . Здесь Dх – неопределенность в координате, - неопределенность в составляющей импульса, h- постоянная Планка.

? Волновая функция и ее статистический смысл. Свойства волновой функции.

Функция, описывающая поведение микрочастицы, называется волновой. Статистический смысл – описание микрообъекта с помощью волновой функции имеет статистический, вероятностный характер – квадрат модуля волновой функции определяет вероятность нахождения частицы в данный момент времени в данной области пространства. Волновая функция должна быть конечной, однозначной, непрерывной.

? Прохождение частицы над и под потенциальным барьером. Туннельный эффект.

Квантовая механика допускает просачивание микрочастиц сквозь потенциальный барьер. Это явление называется «туннельным эффектом». Используется в полупроводниковых приборах.

? Рентгеновское излучение. Закон Мозли

Рентгеновское излучение - это электромагнитной излучение с длиной волны 10^-12 –10^{-8 м. Закон Мозли . Здесь}n - частота, соответствующая данной линии характеристического рентгеновского излучения, R-постоянная Ридберга, s- постоянная экранирования, m =1, 2, 3 …- определяет рентгеновскую серию, n- принимает целочисленные значения, начиная с m+1

? Квантовые числа. Принцип Паули о заполнении электронами квантовых состояний в атоме.

В квантовой механике доказывается, что уравнению Шредингера удовлетворяют собственные функции, определяемые тремя квантовыми числами:

главным n- оно определяет энергетическое состояние электрона в атоме и размеры электронного облака;

l– определяет конфигурацию электронного облака;

m - ориентацию в пространстве.

Принцип Паули – в атоме не может быть более одного электрона с одним и тем же набором квантовых чисел.

? Энергетический спектр атомов и молекул.

Спектр атома (например, водорода) состоит из отдельных тонких спектральных линий (линейчатый), положение которых на шкале частот связано с положением соответствующих энергетических уровней в энергетическом спектре атома.

Ввиду сложности энергетических уровней молекулярные спектры оказываются сложными и состоят из системы полос, в которых удается различать отдельные линии лишь при помощи спектральных приборов, обладающих большой разрешающей способностью.

? Спонтанное и вынужденное излучение

Процесс испускания фотона возбужденным атомом без каких-либо внешних воздействий называют спонтанным.

Если на атом, находящийся в возбужденном состоянии действует такое же внешнее излучение, какое способен испустить и сам этот атом называют вынужденным. Первичный фотон при этом не поглощается.

? Образование энергетических зон в кристалле. Деление твердых тел на металлы, полупроводники и диэлектрики с точки зрения зонной теории.

В кристаллах взаимодействие между атомами приводит к тому, что энергетические уровни атомов смещаются, расщепляются и расширяются в зоны, образуя зонный энергетический спектр. Расщепляются лишь уровни внешних, валентных электронов. Поэтому валентные электроны коллективизированы и принадлежат всему телу, а внутренние электроныизолированы. Энергия внешних электронов может принимать только определенные значения в пределах разрешенных энергетических зон. Эти зоны разделены запрещенными зонами, в них электронов нет.

Зонная теория с единой точки зрения объясняет существование металлов, диэлектриков и полупроводников неодинаковым заполнением электронами разрешенных зон и шириной запрещенных зон.

Получив, например, за счет теплового движения энергетическую добавку, электрон может перейти на более высокий уровень частично заполненной зоны, т.е. стать свободным и участвовать в проводимости. Имеем металл.

Возможна одна полностью заполненная –валентная зона и одна свободная –зона проводимости. Если ширина зоны несколько электрон-вольт, тепловое движение не может перебросить электроны из валентной зоны в зону проводимости. Это диэлектрик.

Если запрещенная зона узка, можно путем теплового возбуждения или внешней добавки энергии перебросить электроны из валентной зоны в зону проводимости. Имеем полупроводник.

? Поясните классификацию полупроводников на собственные и примесные (электронные (n-тип) и дырочные (р-тип)).

Собственные – химически чистые. При повышении температуры электроны с верхних уровней валентной зоны могут быть переброшены на нижние уровни зоны проводимости. Проводимость, обусловленная электронами, называется электронной или n-типа. В валентной зоне возникают вакатные состояния – дырки. В дырку может переместиться электрон с соседнего уровня, а дырка появится на новом месте. Проводимость, обусловленную квазичастицами – дырками называют дырочной или р-типа.

Примесные – присутствуют примеси, посторонние атомы. Посторонние атомы обладают большей валентностью, чем основные и при повышении температуры отдают электрон, который становится свободным. Поэтому примеси называют донорными, или n-типа. Если валентность примесных атомов меньше, появляются дырки, которые двигаются как положительно заряженные частицы. Примеси называют в этом случае акцепторными или р- типа.

? Поясните проводимости полупроводников (собственную, примесную) и ее зависимость от температуры.

Собственная проводимость – при повышении температуры увеличивается число разорванных связей, что приводит к увеличению удельной электропроводности (т.е. уменьшению сопротивления)

Примесная зависимость проводимости полупроводника от температуры определяется в основном температурной зависимостью концентрации носителей тока в нем.

? Что такое фотопроводимость? Как зависит фотопроводимость от времени после включения и выключения света?

Фотопроводимость полупроводников – увеличение электропроводности полупроводников под действием электромагнитного излучения.

? Что такое электронно-дырочный (р-n) переход? Почему р-n переход обладает резистивными, емкостными и выпрямительными свойствами?

Это контакт между полупроводниками «р» и «n» типа. В результате встречной диффузии электронов и дырок у р-n перехода образуется запирающий электрический слой, поле которого препятствует дальнейшему переходу электронов и дырок через границу. Запирающий слой обеднен свободными электронами, поэтому имеет повышенное сопротивление.

? р-n переход и его свойства при равновесии, прямом и обратном включении. Полупроводниковый диод и его вольтамперная характеристика.

Запирающий слой обеднен свободными электронами, поэтому имеет повышенное сопротивление по сравнению с остальными объемами полупроводников, на величину которого влияет внешнее электрическое поле.

Если n-полупроводник подключить к (-) полюсу источника, а р-полупроводник к (+) полюсу, имеем прямое включение, ток проходит. Наоборот – не проходит.

Полупроводниковый диод- электрический прибор, изготовленный на основе кристалла полупроводника с одним р-n переходом, обладает односторонней электрической проводимостью. Применяют для выпрямления переменного тока. Анод соединен с областью р-проводимости, катод – n –проводимостью

? Биполярный транзистор. Обьясните усилительный эффект биполярном транзисторе.

Биполярный транзистор – транзистор с тремя чередующимися областями электронного или дырочного типа проводимости (n-p-n и р-n-р типа). Предназначен для усиления, преобразования и генерирования электрических колебаний в широком диапазоне частот.

? Строение кристаллов. Анизотропия кристаллов. Дефекты кристаллических твердых тел.

Твердые тела состоят из молекул (атомов, ионов), которые образуют упорядоченную структуру –кристаллическую решетку, связаны между собой силами межмолекулярного взаимодействия, расположены в узлах кристаллической решетки, колеблются вокруг положения равновесия. Анизотропия – зависимость физических свойств от направления внутри кристалла. Дефекты образуются за счет примесных атомов и пр.

? Жидкие кристаллы, классификация, область применения.

Жидкие кристаллы - жидкости, в которых молекулы ориентированы в одном направлении. Применение – микроэлектроника.

? Квантовые генераторы (лазеры). Какими свойствами обладает излучение лазера?

Лазер - устройство, генерирующее монохроматическое когерентное излучение. Основные компоненты лазера – активная среда, система накачки, оптический резонатор. Свойства излучения – временная и пространственная когерентность, монохроматичность, большая плотность потока энергии, малое расхождение в пучке

? Характеристики атомного ядра, его модели. Ядерные силы и их свойства.

Общепризнана модель атомного ядра Гейзенберга и Иваненко. Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов, все ядро называется нуклоном. Протон стабильная частица, нейтрон в свободном состоянии нестабилен. Атом электрически нейтрален, число протонов в ядре равно числу электронов. Ядра с одинаковым числом протонов и различным числом нуклонов называют изотопами. Модели атомного ядра:

модель жидкой капли (предложена Френкелем, развита Бором). Ядро – капля заряженной несжимаемой жидкости, эта модель объясняет некоторые свойства ядра – зависимость удельной энергии связи от массового числа, механизм ядерных реакций, процесс деления ядер;

оболочечная модель (Гепперт-Майер, Иенсон). В этой модели протоны и нейтроны заполняют свои оболочечные уровни парами - два протона (два нейтрона). Модель объясняет спины и магнитные моменты ядер, периодичность изменения их свойств, различную устойчивость ядер;

обобщенная модель – у ядра есть остов, состоящий из заполненных оболочек. Внешние нуклоны, не вошедшие в остов, движутся в его поле.

Ядерные силы – короткодействующие. Обладают свойствами:

1.зарядовой независимости, имеют неэлектрическую природу;

2.зависят от взаимной ориентации спинов взаимодействующих нуклонов;

3.не являются центральными;

4.обладают свойством насыщения;

5.ядерное взаимодействие самое сильное в микромире.

? Дефект массы, энергия связи, удельная энергия связи нуклонов в ядре.

Дефект массы - величина, равная разности суммы масс входящих в ядро нуклонов и массы ядра. Энергия связи ядра– которую необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на протоны и нейтроны. Удельная энергия связи нуклонов в ядре – энергия, приходящаяся на один нуклон..

? Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Период полураспада. Виды радиоактивных распадов – альфа, бета, гамма, их закономерности.

Радиоактивность – способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений.

Закон радиоактивного распада-

здесь - начальное число ядер, N(t) – число нераспавшихся ядер к моменту времени t. Период полураспада- время, за которое распадается половина первоначального количества ядер.

Виды радиоактивных распадов:

1.альфа – испускаются a-частицы, образуется ядро элемента, находящегося в таблице Менделеева на две клетки раньше исходного плюс ядро атома гелия.

2. b- испускаются b-частицы, b^--распад – превращение одного нейтрона, находящегося в ядре, в протон., b⁺ -протекает так, как если бы один из протонов исходного ядра превратился в нейтрон с испусканием позитрона и нейтрино.

3. g -излучение, коротковолновое, не превышающее 10^-10м, порождается процессами в дочерних ядрах, образовавшихся при a и b распаде, их закономерности.

? Ядерные реакции. Сущность реакции деления. Цепная реакция деления. Какие законы сохранения выполняются при ядерных реакциях.

Ядерные реакции- взаимодействие ядер с частицами или друг с другом, в результате которых происходит искусственное превращение одного химического элемента в другой. Сущность реакции деления- описывается капельной моделью, тяжелое ядро поглощает нейтрон. Энергия захваченного нейтрона распределяется между нуклонами ядра, что приводит к образованию возбужденного составного деформированного ядра. Наступает распад составного ядра. Цепная реакция деления – ядерная реакция деления тяжелых ядер нейтронами, в результате которой число нейтронов возрастает и поэтому может возникнуть самоподдерживающий процесс деления. При ядерных реакциях выполняются законы сохранения - закон сохранения электрического заряда, закон сохранения массового числа, закон сохранения энергии.

? Устройство ядерных реакторов. Принцип работы АЭС.

Ядерные реакторы – устройства, в которых осуществляются управляемые цепные ядерные реакции. Основные элементы – ядерное горючее, замедлитель и отражатель нейтронов – способствует увеличению числа медленных нейтронов, регулирующие стержни –поддерживают стационарный режим реактора, теплоноситель – для отвода тепла, защитные устройства –для защиты персонала.

? Термоядерная реакция синтеза. Физическая сущность термоядерной реакции синтеза. Примеры применения управляемых и неуправляемых термоядерных реакций.

Термоядерная реакция – синтеза легких атомных ядер в более тяжелые, происходящие при сверхвысоких температурах. При реакции синтеза атомных ядер энергия, выделяемая на один нуклон, значительно больше, чем в реакциях деления тяжелых ядер. Для слияния ядер необходимо, чтобы они сблизились на расстояние около 10^{-12 см, чтобы они попали в сферу действия ядерных сил. Этому сближению препятствует кулоновское отталкивание ядер, которое может быть преодолено лишь за счет большой кинетической энергии теплового движения ядер. Пример - реакции синтеза гелия из тяжелых изотопов водорода при температуре .}

? Какие виды фундаментальных взаимодействий вы знаете, их особенности?

Сильное (ядерное), электромагнитное, слабое(радиоактивный распад), гравитационное(взаимодействие больших масс).

? Что такое элементарные частицы? Как производится систематизация элементарных частиц?

Элементарные частицы – частицы, которые на данном уровне развития науки рассматриваются как первичные, далее неразложимые. Три группы:

-фотоны;

-лептоны;

-адроны.

К фотонам относится одна частица - фотон.

Лептоны – электрон, мюон, таон, соответствующие им нейтрино и античастицы. Лептонам приписывают лептонное число, при всех без исключения процессах взаимопревращаемости оно сохраняется.

Адронам приписывают барионное число, в замкнутой системе при всех процессах взаимопревращаемости оно сохраняется

? Что такое кварки? Типы кварков.

В 70-е годы число открытых элементарных частиц насчитывало несколько десятков. Была открыта группа «странных» частиц (К-мезоны и гипероны) с массами, превышающими массу нуклонов. К ним прибавилась большая группа с еще большими массами, их назвали «очарованными». Были открыты короткоживущие частицы. В связи с этим была высказана гипотеза, согласно которой все сильно взаимодействующие элементарные частицы построены из более фундаментальных частиц – кварков. Кварки объясняют существование всех известных адронов. Введены 6 видов кварков. Для различия этих видов использовано название ароматов – верхний, нижний, странный, очарованный, прелестный, истинный. Каждому аромату соответствуют три возможных цвета. Для кварков – красный, желтый, синий, для антикварков – зеленый, фиолетовый, оранжевый. Кварки могут объединяться либо тройками, либо парами.

? Эволюция Вселенной и существующие модели Вселенной.

Общепринятой моделью происхождения Вселенной является «модель большого взрыва». До взрыва пространство – время были свернуты (точка космической сингулярности). После взрыва началось расширение Вселенной. Модели эволюции Вселенной следуют из решения уравнений ОТО Фридмана. При этом возможны такие модели:

1. Если средняя плотность материи больше критического значения, расширение сменится сжатием и схлопыванием.

2. Если – меньше или равно расширение будет вечным. Теоретические расчеты говорят в пользу второй модели.,

Примеры тестов

Тест № 1 (для специальности «Организация и безопасность движения»)

Примечание: Правильные ответы подчеркнуты.

1. Камень бросили под углом к горизонту со скоростью v₀. Его траектория в однородном поле тяжести изображена на рисунке 1. Сопротивления воздуха нет

Рис.1.

Модуль тангенциального ускорения a_τ на участке A-B-C

Варианты ответа:

1) Увеличивается

2) Не изменяется

3) Уменьшается

Решение:

При свободном падении a = g и тогда a_τ=gcosα (рис.2), т.е. α возрастает, а cosα убывающая функция, то α _τ. – уменьшается

Рис.2.

2. Диск вращается вокруг своей оси, изменяя проекцию своей угловой скорости ω _z (t) так, как показано на рисунке 3.

Рис.3.

Вектор угловой скорости ω направлен по оси z в интервалы времени:

1) От 0 до t₁ и от t₁ до t₂

2) От t₁ до t₂ и от t₂ до t₃

3) От t₂ до t₃ и от t₃ до t₄

4) От t₁ до t₂ и от t₃ до t₄

Решение:

ω совпадает с z если ω _z> 0

3. На рисунке 4 к диску, который может свободно вращаться вокруг оси, проходящей через точку О, прикладывают одинаковые по величине силы

Рис. 4.

Момент сил будет максимальным в положении…

1) 4

2) 2

3) 1

4) 5

5) 3

Решение:

Момент силы относительно точки O определяется как , где l – плечо («+» – вращение против часовой стрелки, «-» – по часовой стрелке). Полный момент – максимален, так как у него максимально плечо. M₂=0, т.к. l₂=0. |M₃|< M₁, т.к. l₃< l₁. M₄=0 – происходит компенсация моментов. M₅< M₁ (компенсация не полная).

4. Тело массой 2 кг поднято над Землей. Его потенциальная энергия 400 Дж. Если на поверхности Земли потенциальная энергия тела равна нулю и силами сопротивления воздуха можно пренебречь, скорость с которой он упадет на Землю составит…

1) 14 м/с

2) 40 м/с

3) 10 м/с

4) 20 м/с

Решение:

По закону сохранения энергии:

E_p₁=E_k2, где

5. Средний импульс молекулы идеального газа при уменьшении абсолютной температуры газа в 4 раза…

1) увеличится в 2 раза

2) уменьшится в 2 раза

3) уменьшится в 4 раза

4) увеличится в 4 раза

Решение:

, где

Следовательно, при уменьшении температуры в 4 раза, импульс уменьшится в 2 раза.

6. Тепловая машина работает по циклу: две изобары 1-2 и 2-4 и две изохоры 2-3 и 4-1 (рис.5).

Рис.5.

За один цикл работы тепловой машины энергия рабочего тела…

1) Не изменится

2) Возрастет

3) Уменьшится

Решение:

Так как энтропия является функцией состояния, т.е. S=S(p, V), то при обратимом замкнутом процессе Δ S=0.

7. На каждую степень свободы движения молекулы приходится одинаковая энергия, равная 1/2kT (k – постоянная Больцмана, T – температура по школе Кельвина). При условии, что имею место все виды движения, средняя кинетическая энергия молекулы водорода (H₂) равна…

1) 5/2 kT

2) 3/2 kT

3) 1/2 kT

Решение:

Число степеней свободы двухатомной молекулы i=5, т.к. на поступательное движение приходится 3 степени свободы и на вращательное 2.

8. Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно (две изотермы 1-2 и 3-4 и две адиабаты 2-3 и 4-1 – рис.6).

Рис.6.

За один цикл работы тепловой машины энергия рабочего тела…

1) Не изменится

2) Уменьшится

3) Возрастет

Решение:

Δ S=0 по той же причине, что и в № 6.

9. Поток вектора напряженности электростатического поля через замкнутую поверхность S (рис.7) равен…

Рис.7.

2) 0

Решение:

Согласно теореме Остроградского – Гаусса .

10. В электрическом поле плоского конденсатора перемещается заряд + q в направлении, указанном стрелкой (рис.8).

Рис.8.

Тогда работа сил поля на участке AB…

1) Равна нулю

2) Отрицательна

3) Положительна

Решение:

A=qU, т.к. заряд движется вдоль силовой линии, то U> 0 и по условию q> 0 A> 0

11. Сила тока за 10 с равномерно возрастает от 1 A до 3 А. За это время через поперечное сечение проводника переносится заряд, равный…

1) 10 Кл

2) 20 Кл

3) 40 Кл

4) 30 Кл

Решение:

Т.к. , или как следует из рисунка 9:

Рис.9.

12. В однородном магнитном поле на горизонтальный проводник с током, направленным вправо, действует сила Ампера, направленная перпендикулярно плоскости рисунка 10 от наблюдателя. При этом линии магнитной индукции поля направлены…

Рис.10.

1) Вниз

2) Вверх

3) Влево

4) Вправо

Решение:

В соответствии с правилом «левой руки», линии магнитной индукции направлены вниз.

13. Траектория движения протона в однородном магнитном поле представляет собой окружность, расположенную в плоскости рисунка 11. Если протон вращается по часовой стрелке, то линии магнитной индукции поля направлены (рис.12) …

Рис.11.

Рис.12.1.

Рис.12.2.

Рис.12.3.

Рис.12.4.

Решение:

Сила Лоренца удерживает протон на круговой орбите и сообщает ему центростремительное ускорение. Т.к. q> 0, то согласно правилу «левой руки» линии вектора магнитной индукции направлены на нас.

14. Индуктивность рамки L=40 мГн. Если за время Δ t=0, 01 c сила тока увеличилась на Δ I =0, 2 A, то ЭДС самоиндукции, наведенная в рамке, равна…

1) 8 В

2) 0, 8 В

3) 80 мВ

4) 8 мВ

Решение:

По закону электромагнитной индукции для явления самоиндукции
ε _si =L

15. Материальная точка совершает гармонические колебания по закону . Максимальное значение скорости точки равно…

1) π м/с

2) 0, 1π м/с

3) 2 π м/с

4) 0, 2 π м/с

Решение:

В общем случае x=Acos(ω t+φ )

16. Для продольной волны справедливо утверждение…

1) Частицы среды колеблются в направлениях, перпендикулярных направлению распространения волны

2) Частицы среды колеблются в направлении распространения волны

3) Возникновение волны связано с деформацией сдвига

Решение:

Ответ соответствует определению продольной волны.

17. При свободных колебаниях маятника максимальное значение потенциальной энергии равно 10 Дж, максимальное значение кинетической энергии равно 10 Дж. Полная механическая энергия…

1) изменится в пределах от 0 до 10 Дж

2) изменится в пределах от 0 до 20 Дж

3) не изменится и равна 10 Дж

4) не изменится и равна 20 Дж

Решение:

Полная энергия при свободных колебаниях не меняется, т.е. E=E_k+E_p=const, следовательно E=E_kmax=E_pmax=10 Дж.

18. Если уравнение плоской синусоидальной волны, распространяющейся вдоль оси ОХ имеет вид ξ =0, 2 cos(628t-3, 14x), то период колебаний равен…

1) 1 с

2) 1 мс

3) 10 с

4) 10 мс

Решение:

Уравнение плоской волны имеет вид: ξ =Acos(ω t-kx+φ ) c^-1

мс.

19. При прохождении белого света через трехгранную призму наблюдается его разложение в спектр. Это явление объясняется…

1) интерференцией света

2) дифракцией света

3) поляризацией света

4) дисперсией света

Решение:

Разложение света происходит из-за зависимости показателя преломления света n от частоты света ν. А это явление называется дисперсией.

20. Волновой фронт точечного источника, разбитый на зоны одинаковой площади представляют собой…

1) дифракцию Фраунгофера

2) зоны Френеля

3) дифракцию от двух щелей

4) кольца Ньютона

Решение:

Зоны Френеля – способ разбиения волнового фронта на вторичные источники, если фронт – сфера.

21. Явление испускания электронов веществом под действием электромагнитного излучения называется…

1) фотоэффектом

2) ударной ионизацией

3) электризацией

4) фотосинтезом

Решение:

Ответ соответствует определению явления фотоэффекта.

22. На рисунке 13 представлены графики зависимости спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела от частоты при различных температурах. Наибольшей температуре соответствует график….

Рис.13.

1) 1

2) 2

3) 3

Решение:

ν _max – частота, на которую приходится максимум излучения. Согласно закону Вина ν _max~T. Следовательно, чем больше T, тем больше ν _max, что соответствует графику 3.

23. Де Бройль обобщил соотношение p=h/λ для фотона на любые волновые процессы, связанные с частицами, импульс которых равен p. Тогда, если скорость частиц одинакова, то наименьшей длиной волны обладают …

1) нейтроны

2) протоны

3) электроны

4) α -частицы

Решение:

, где p=mv – импульс частицы. Следовательно, λ минимальна для частицы с наибольшей массой, т.е. в нашем случае для α -частицы.

24. Какая доля радиоактивных атомов распадается через интервал времени, равный двум периодам полураспада?

1) 50 %

2) 90 %

3) 75 %

4) Все атомы распадутся

Решение

Период полураспада – время, за которое исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое: Т _1/2 = . В соответствии с законом радиоактивного распада (N₀-начальное число нераспавшихся ядер в момент времени t=0, N –число нераспавшихся ядер в момент времени t) в нашем случае при , имеем: . Следовательно, нераспавшихся ядер 25% , а распавшихся 75% .