Задачи к контрольной работе по оптике и квантовой физике

1. Определите показатель преломления скипидара, если известно, что при угле падения 45 угол преломления 30. Изобразите на рисунке соответствующий ход лучей.

2. Найти предельный угол полного внутреннего отражения кедрового масла на границе с воздухом, если свет в кедровом масле распространяется со скоростью 2.10⁸ м/с.

3. Под каким углом падает луч света на плоскую поверхность льда, если преломленный луч образует прямой угол с отраженным лучом?

4. Атом водорода излучает фотон энергии  = 3 эВ. Определить длину волны излучения.

5. При переходе электронов с четвертой на вторую орбиту, атом водорода излучает зеленый свет. Длина волны зеленых лучей  = 0,5 мкм. Вычислить энергию излучаемых фотонов. Выразить энергию в эВ.

6. Определить энергию фотонов красного ( = 0,76 мкм) и фиолетового ( = 0,38 мкм) света. Энергия каких фотонов больше?

7. На черную поверхность падают моноэнергетические фотоны. Какой импульс передает поверхности каждый поглощенный фотон, если энергия  = 410^-19 Дж.? Чему равна масса каждого фотона?

8. На зеркальную поверхность падают фотоны. Масса каждого фотона 5,810^-36 кг. Какой импульс передает поверхности каждый отраженный фотон и какой цвет падающего света?

9. Определите красную границу фотоэффекта для металла с работой выхода 2 эВ.

10. Найдите максимальную скорость электронов, освобождаемых при фотоэффекте светом с длиной волны 410^-7 м с поверхности материала с работой выхода 1,9 эВ.

11. При переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую энергия атома водорода уменьшается на Е = 10,2 эВ. Определить длину волны и частоту измеряемого кванта. Какой области спектра принадлежат эти волны?

12. Радиоактивное ядро, состоящее из 92 протонов и 146 нейтронов выбросило -частицу. Какое ядро образовалось в результате -распада этого ядра?

13. При бомбардировке ядра ₄₂Мо⁹⁸ молибдена ядрами дейтерия ₁H² получают ядра технеция ₄₃Те⁹⁹. Что еще является продуктом этой реакции?

14. Длина волны красного луча в вакууме равна 7,210^-6 м. Определить длину волны красного луча в среде, в которой его скорость равна 200 000 км/с.

15. Вычислите энергетический выход ядерной реакции

₃Li⁶ + ₁H¹ = ₂He³ + ₂He⁴

Вопросы к экзамену по оптике и квантовой физике

1. Геометрическая оптика. Законы отражения и преломления света. Полное отражение. Рассмотрение законов преломления и отражения с позиции принципа Гюйгенса. План ответа

1).Что такое геометрическая оптика и чем она отличается по своей сути от волновой оптики?

2).Экспериментальные законы отражения и преломления света.

3).Полное внутреннее отражение, предельный угол полного отражения.

4).Законы преломления и отражения с позиции принципа Гюйгенса.

2. Волновые свойства света. Интерференция света. Дифракция света. Поляризация света. Дисперсия света. План ответа

1).Электромагнитная природа света.

2).Интерференция света. Интерференционные максимумы и минимумы. Физическая природа окрашивания бесцветной прозрачной пленки при ее освещении белым светом.

3).Дифракция света. Дифракционная решетка. Природа интерференционной картины за дифракционной решеткой и природа возникновения дифракционного спектра при прохождении через дифракционную решетку белого света.

4).Поляризация света и схематическое ее представление.

5).Дисперсия света и природа возникновения дисперсионного сплошного спектра. Основные различия дисперсного и дифракционного спектров.

3. Оптические линзы. Ход лучей в линзах. Построение изображений в тонких линзах. Формула линзы. Оптическая сила и линейное увеличение линзы.

План ответа

1).Оптические линзы, тонкие линзы, собирающие и рассеивающие линзы.

2).Ход лучей в линзах (пример хода лучей).

3).Построение изображений в тонких линзах (пример).

4).Формула линзы (вывод).

5).Оптическая сила и линейное увеличение линзы (определения и соответствующие математические выражения).

4. Зарождение квантовой теории. Фотоны. Открытие фотоэффекта. Энергия и импульс фотона. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Эффект Комптона.

План ответа

1).Затруднения электромагнитной теории Максвелла при объяснении охлаждения нагретого тела.

2).Суть теории Планка, объясняющей характер теплового излучения нагретых тел.

3).Понятия: квант, фотон.

4).Фотоэффект и объяснение его с позиции , Эйнштейна.

5).Суть эффекта Комптона, раскрывающего квантовые свойства электромагнитного излучения.

5. Модели атома Томсона, Резерфорда и Бора.

План ответа

1).Модель атома Томсона и ее несостоятельность.

2).Модель атома Резерфорда и ее недостатки.

3).Линейчатый спектр водорода. Обобщенная формула Бальмера.

6. Модель атома Бора. Спектр атома водорода по Бору.

План ответа

1).Модель атома Бора. Первый и второй постулаты Бора.

2).Спектр атома водорода по Бору. Расчет радиуса для стационарных орбит (r_n) и значения энергии электрона на стационарной орбите (E_n).

3).Схематическое представление энергетических уровней электронов в атоме и спектральных серий (Лаймана,Бальмера, Пашена, Брэкета ).

4).Вывод обобщенной формулы Бальмера и расчет постоянной Ридберга.

5).Достоинства и недостатки модели атома Бора.