8/18/2019 Fizyka falowa - zadania

1/4

Optyka falowa

15.

16.

1.   Na czym polega zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne? 2.  W jaki sposób można spolaryzować światło? Co to jest kąt Brewstera? 3.  Wyjaśnij budowę i zasadę działania lasera.  4.  Podaj postulaty Bohra dotyczące budowy atomu wodoru. 5.  Podaj teorię de Broglie’a. 6.  Jak można wzbudzić atomy? 7.  Podaj i opisz dowody na to, że światło wykazuje naturę falową.  8.  Co stanie się z wiązką światła monochromatycznego przechodzącego przez

siatkę dyfrakcyjną? Jakie można wysnuć wnioski z tego doświadczenia? 

9. 

Długości fal świetlnych zawierają się w granicach od 3,8 10-7 m do 7,8 10-7 m. W jakim zakresie zawierają się energie fotonów świetlnych? c = 3 108 m/s,h = 6,63 10-34 Js

10.  Wiedząc, że energia atomu wodoru w stanie podstawowym równa się – 13,6 eVoblicz długość kwantu światła emitowanego przez ten atom, gdy elektronzmienia orbitę z trzeciej (n = 3) na pierwszą (n = 1). 1 eV = 1,6  10-19 J; (stałaRydberga R = 1,1  107 1/m)

11.  Jak jest zbudowana i jak działa fotokomórka? 12.   Na czym polega analiza widmowa? Jakie znasz rodzaje widm, jak one

wyglądają i powstają? 

13.  Jaka powinna być maksymalnie praca wyjścia z metalu, aby zbudowana z niegofotokomórka mogła być czuła w całym obszarze widzialnym (λ w zakresie od0,4 μm do 0,7 μm)? 

14.  Jaką długość fali należy przypisać cząstce o masie 1 mg, poruszającej się z

 prędkością 1 cm/s? c = 3

10

8

 m/s, h = 6,63

10

-34

 J

s 

44.   Na siatkę dyfrakcyjną o stałej a=2.5.10-6 m pada prostopadle wiązka fal odługości λ=560nm. Ile wynosi maksymalny rząd widma, które jeszczemożemy zaobserwować?

45.  Pod jakim kątem nad horyzontem znajduje się Słońce, jeżeli promienieodbite od powierzchni stawu są całkowicie spolaryzowane? Współczynnikzałamania wody n=1.33. 

46.  Wiązka światła pada na  powierzchnię cieczy, dla której współczynnikzałamania n=1.4. Promień odbity jest całkowicie spolaryzowany. Jaki jestkąt załamania promieni? 

47.  Promień świetlny pada prostopadle na płytkę szklaną o grubości x=4cm iwspółczynniku załamania n=1.5. Ile wyniesie czas przejścia promieniaświetlnego przez tę płytkę? Prędkość światła c=3.108 m/s.

48.  Kąt padania światła przechodzącego z diamentu do szkła wynosi 30O.Współczynniki załamania światła dla diamentu i szkła wynosząodpowiednio 2.4 i 1.5. Ile wynosi sinus kąta załamania światła w szkle? 

49.  Przejściu światła z próżni do pewnej cieczy towarzyszy zmiana fali o 1/4 jejdługości w próżni. Ile wynosi współczynnik załamania tej cieczy? 

50.  Częstotliwość fali świetlnej wynosi f=5.1014 Hz. Jaka jest długość te j fali wszkle o współczynniku załamania n=1.51 względem próżni? Prędkośćświatła w próżni c=299792 km/s. 

51.  Z jaką szybkością porusza się światło w szkole o bezwzględnymwspółczynniku załamania 

52.  n = 1,5? Jaka jest długość fali tego światła w szkole, jeśli w próżni długość jego fali wynosi λ = 600 nm? (λ = 400 nm) 

8/18/2019 Fizyka falowa - zadania

2/4

17.  W atomie wodoru nieoznaczoność położenia elektronu jest równa promieniowi jego orbity w stanie podstawowym, czyliokoło 5,3*10-11 m. Oblicz niepewność pomiaru wartości pędu w tym stanie.

18.  Katoda fotokomórki oświetlana jest wiązką światła laserowego o długości fali 330 nm. Charakterystykę prądowo-napięciową tej fotokomórki przedstawiono poniżej na wykresie: 

a. Korzystając z wykresu oblicz pracę wyjścia elektronów z tej fotokomór ki. b. Tę samą fotokomórkę oświetlamy światłem o innej długości fali. Zapisz, jaki warunek musi być spełniony, aby po przyłożeniu odpowiedniego napięcia przez fotokomórkę po płyną prąd?c.

19. Wzbudzony atom wodoru emituje promieniowanie związane z przejściem elektronu z powłoki trzeciej na drugą. Oblicz

energię wyemitowanego kwantu i długość fali uzyskanej linii widmowej. Zapisz, czy linia ta wypada w zakresie światławidzialnego, jeśli światło widzialne zawiera fale w przedziale od 380 nm do 760 nm. Energia stanu podstawowego atomuwodoru E = -13,6 eV.

20. Louis de Broglie przewidział, że cząstki elementarne wykazują własności falowe –  cząstka o pędzie  p  jest falą o długościh/p. Oblicz długość fali powolnego neutronu o energii kinetycznej E = 1,6*10-21 J. (Pomiń efekty relatywistyczne). 

21. Na powierzchnię metalu, dla którego praca wyjścia wynosi W = 1,8 eV, pada: a.  500 fotonów o energii 2 eV każdy; 

 b.  1000 identycznych fotonów o energii 1,7 eV każdy. Oblicz, ile elektronów zostanie wybitych w każdym z podanych przypadków oraz jaka będzie energia kinetyczna każdegoz nich. Odpowiedź krótko uzasadnij. 

22. Powstanie obrazów badanych próbek w mikroskopach elektronowych jest  a.  wynikiem przekazywania energii kinetycznej elektronów atomom próbki; 

 b.  dowodem na istnienie zjawisk optycznych jeszcze nie do końca wyjaśnionych; 

c. 

 potwierdzeniem istnienia fal materii (dualizm korpuskularno-falowy);d.  wynikiem przekształcenia się części elektronów na falę świetlną. 

23. Zasada nieoznaczoności Heisenberga stwierdza, że  a.  im dokładniej ustalimy wartość pędu cząstki, tym dokładniej znamy jej położenie; 

 b.  im dokładniej ustalimy wartość pędu cząstki, tym mniej dokładnie znamy jej położenie;  c.  im mniej dokładnie znamy wartość pędu cząstki, tym mniej dokładnie możemy ustalić jej położenie; d.  nie ma związku pomiędzy dokładnościami ustalenia pędu i położenia cząstki. 

8/18/2019 Fizyka falowa - zadania

3/4

24. Światło emitowane przez laser pada na ciało doskonale czarne (pochłaniające 100% padającego na nie promieniowania).Oblicz liczbę fotonów w impulsie światła laserowego, jeżeli pochłonięta energia jest równa 0,5 J. W obliczeniach przyjmij,że długość fali świetlnej emitowanej przez laser w próżni jest równa 700 nm.  

25.

26. Podczas odczytu za pomocą wiązki światła laserowego informacji zapisanych na płycie CD wykorzystywane jest zjawiskoa.   polaryzacji,

 b. 

odbicia,c.  załamania, d.  interferencji.

27. Dlaczego polaroid polaryzuje światło? 28. Na siatkę dyfrakcyjną, która ma 200 rys na 1 mm, pada prostopadle światło długości fali 600 nm. Jaki największy rząd

widma może być obserwowany w tych warunkach?29. Elektron ma energię kinetyczną równa 1 eV. Porównaj długości fali materii tego elektronu z długościami fal drugiego

elektronu o energii kinetycznej 1 keV oraz neutronu o energii 1 keV.

30. Czy istnieje możliwość równoczesnego, bardzo dokładnego pomiaru prędkości i położenia cząstki obserwowanej podmikroskopem? Odpowiedź uzasadnij. 

31. Oblicz wartość prędkości elektronu będącego na pierwszej orbicie atomu wodoru. Jak zmianie się ta wartość w zależnościod numeru orbity? Promień pierwszej orbity 0,53*10-10 m, masa spoczynkowa elektronu 9,1*10-31 kg.

32. Na płytkę metalową pada fala o długości 200 nm. Wybite z metalu elektrony mają wartości prędkości dochodzące do 1000

km/s. Oblicz pracę wyjścia elektronu z metalu. 33. Laser o mocy 0,1 W emituje w próżni monochromatyczną wiązkę światła o długości fali 633 nm i kołowym przekroju.

Oszacuj liczbę fotonów zawartych w elemencie wiązki światła o długości jednego metra. Oblicz wartość siły, jakąwywierałaby ta wiązka laserowego padająca w próżni prostopadle na  wypolerowana metalowa płytkę. Do obliczeń

 przyjmij, że w ciągu jednej sekundy na powierzchnię płytki 1017 fotonów. Załóż, że płytka odbija w całości padające na nią promieniowanie.

Oblicz też rząd widma, jaki można zaobserwować po skierowaniu tej wiązki prostopadle na siatkę dyfrakcyjną posiadającą400 rys/mm.

34. Elektrony w mikroskopie elektronowym przyśpieszane napięciem 100 kV uzyskują prędkość równą 0,6c. Oblicz długośćfali de Broglie’a tych elektronów. Potrzebne dane weź z tablic. 

35. W pracowni f izycznej wykonano doświadczenie mające na celu badanie zjawiska fotoelektrycznego i doświadczalnewyznaczenie wartości stałej Plancka. W oparciu w wyniki pomiarów sporządzono poniższy wykres. Przedstawiono na nim

zależność maksymalnej energii kinetycznejuwalnianych elektronów od częstotliwości światła

 padającego na fotokomórkę. 

a.  Odczytaj z wykresu i zapisz wartośćczęstotliwości granicznej promieniowaniadla tej fotokatody.

 b.  Oblicz, korzystając z wykresu, pracęwyjścia elektronów z fotokatody. Wynik

 podaj w elektronowoltach.

c.  Oblicz wartość stałej Plancka,wykorzystując tylko dane odczytane tylko z

wykresu oraz zależność

8/18/2019 Fizyka falowa - zadania

4/4

36. Millikan zmierzył zależność napięciahamowania od częstotliwości

 padającego światła dla dwóchfotokomórek, z których jedna miałafotokatodę z cezu, a druga z wolframu. Wyniki jego pomiarów przedstawiawykres obok.

Jaką wartość stałej Plancka otrzymałMillikan, posługując się wartościamiodczytanymi

z wykresu?

37. Światło przy odbiciu od powierzchniszkła ulega także polaryzacji liniowej. Całkowita polaryzacja liniowa zachodzi dla określonego kąta padania αB. Przedstawna rysunku warunek wystąpienia całkowitej polaryzacji (zaznacz kąt αB) i wykaż, że bezwzględny współczynnik załamaniaszkła można obliczyć z zależności n = tg αB.

38. Rysunek przedstawia schemat układu pomiarowego z fotokomórką, przy użyciu którego mierzono wartości napięciahamowania. Napięciem hamowania nazywamy napięcie, przy którym nie płynie prąd w obwodzie fotokomórki, pomimooświetlenia jej katody swiatłem powodującym przy wyższym napięciu przepływ prądu w obwodzie. Wartość działkielementarnej woltomierza ΔU wynosi 0,01 V. 

a. Narysuj przykładową charakterystykę prądowo-napięciową fotokomórki i zaznaczna niej napięcie hamowania Uh.

 b. Oświetlając katodę fotokomórki światłem o różnych długościach fali, uzyskanowyniki przedstawione w pierwszym i czwartym wierszu poniższej tabeli. Oblicz izapisz w pustych miejscach brakujące wartości. 

λ(nm) 405 436 536 584f*1014 (Hz)

Uh (V) 1,15 0,93 0,42 0,24

eUh (eV)

c. Wartość iloczynu ładunku elektronu i napięcia hamowania jest równa maksymalnej energii kinetycznej fotoelektronów Ekmax.Sporządź wykres zależności wartości Ekmax od częstotliwości padającego światła na podstawie danych w tabeli. Zaznaczodcinki niepewności pomiarowej ΔEkmax.

d. Katoda fotokomórki użytej w doświadczeniu jest wykonana z cezu, dla której wartość pracy wyjścia wynosi W = 1,97 eV.

Oblicz, jaka co najmniej musi być częstotliwość światła padającego na katodę tej fotokomórki, aby zachodziło uwalnianieelektronów z powierzchni metalu. 

39. Oblicz długość fali materii elektronu poruszającego się z prędkością o wartości u = 0,6c. Uwzględnij efektyrelatywistyczne.

40. Aby wyrwać elektron z powierzchni cezu należy wykonać pracę wyjścia W = 1,6*10-19  J. Oblicz energię kinetyczną imaksymalną prędkość wylatujących elektronów, jeżeli cez jest oświetlany światłem żółtym o długości fali λ = 589 nm. 

41. Na siatkę dyfrakcyjną pada żółte światło o długości fali 550 nm. Na ekranie umieszczonym w pobliżu siatki widać prążekdrugiego rzędu pod kątem 600 w stosunku do obrazu centralnego. Oblicz stałą siatki. W opisanym przypadku nie możnazobaczyć prążka trzeciego rzędu. Dlaczego? 

42. Poniższa tabela przedstawia długości fal światła, które powstają przy pr zeskoku elektronu z orbity n na poziom podstawowy n = 1 (seria Lymana). Oblicz w eV (elektronowoltach) różnicę energii pomiędzy poziomem podstawowym a poziomem 4.

 Numer początkowej orbity  Długość fali (nm) 2 121,63 102,6

4 97,0

5 94,9

43. Po lekcji o budowie i zasadzie działania fotokomórki nauczyciel fizyki polecił uczniom zaprojektować układ, którywłączałby oświetlenie, kiedy zapada zmrok i wyłączał, kiedy zaczyna się dzień. Adam zaprojektował I układ, a Alek II

układ. Poniższy rysunek przedstawia oba układy.Opis przy układzie I dotyczy także układu II. 

a. Napisz, który z układów działa zgodnie zzałożeniami. Opisz działanie obu układów, gdy światło

świeci na fotokomórkę i gdy przestaje świecić.  b. Katoda fotokomórki pokryta jest cezem,

dla którego praca wyjścia elektronu wynosi 2 eV.Wykaż, że światło o długości fali λ < 600 nm ( a więcświatło widzialne) spowoduje działanie tejfotokomórki. 

 ν, 10  Hz

olframcez

0

0,5

1

1,5

2

4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16 

Uh, V