Практическое занятие по физике

Практическое занятие № 3

Тема: Законы фотоэффекта. Эффект Комптона.

Цель занятия: Изучить законы квантовой теории излучения.

Время, отведённое на проведение занятия 2 часа.

Порядок проведения занятия:

повторить теоретический материал;

решить типовые задачи;

решить самостоятельно предложенные задачи;

опрос по теории.

Основные теоретические положения.

1) Законы Столетова.

2) Гипотеза Эйнштейна: электромагнитная энергия распространяется в виде отдельных порций (квантов) – фотонов с энергией.

3) Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

Работа выхода , - кинематическая энергия электрона при вылете.

, где U3 – задерживающая разность потенциалов, j - потенциал металлической поверхности при длительном освещении.

4) Эффект Комптона (изменение длины волны при рассеянии рентгеновского излучения на свободных электронах).


 


Рис. 3.1

l’ - длина волны рассеянного излучения,

l - длина волны падающего излучения,

me – масса электрона,

- угол рассеяния.

5) Давление света

r - коэфф. отражения, n – концентрация фотонов, I – интенсивность волны.

Типовые задачи

19.14В. Найти работу выхода, максимальную скорость и задерживающий потенциал, если lкр = 2750 А, а свет имеет l = 1800 А.


19.32B. Найти энергию рассеянного кванта при наблюдении эффекта Комптона, если при  энергия электрона равна половине начальной энергии кванта.

Рис. 3.2

19.26B. Найти давление света на стенки электрической 100 – ваттной лампы. Колба лампы представляет собой сферический сосуд радиусом 5 см. Стенки лампы отражают 4% (и 6 % пропускают) падающего на них света. Вся мощность идет на излучение.

Дано:

N = 100 Вт.

r = 0.05 м.

p - ?

F - ?

 

p = pотр + pпогл

rотр = 1 rпогл = 0

F = p× 4pr2.

Задачи для самостоятельного решения.

  1) Вывести формулу для эффекта Комптона.

  Рис. 3.3

 Закон сохранения энергия - импульса в рамках СТО, для электрона первоначально покоившегося.

Возведем в квадрат.

m02c4 + h2n2 + h2n’2 + 2m0c2hn - 2m0c2hn’ – 2h2×nn’ = p2c2 + m02c4

h2n2 + h2n’2 – 2h2nn’cos = p2c2

Приравняем левые части

h2n2 + h2n’2 + 2m0c2hn - 2m0c2hn - 2m0c2hn’ - 2h2nn’ = h2n2 + h2n’2 – 2h2nn’cos

m0c2(n - n’) = hnn’(1 – cos)

m0c(l’ - l) = h(1-cosÞ  

 - комптоновская длина волны. Очевидно, что эффект максимален для частиц наименьшей массы (при наличии у них заряда).

2) Оценить D по порядку величины.

То есть эффект заметен лишь для рентгеновского излучения.

3)Вывести формулу для давления света

 - сила, возникающая под действием одного фотона.

F = fl× DN

DN = n×S×c×Dt;

, если поглощен фотон.

, если отражен. Рис. 3.4

,

где w- плотность энергии. I – интенсивность волны.

Работа выхода для лития А = 2,4 эВ. Каким будет потенциал шарика радиусом 2 см, если его осветить светом с длиной волны

 l = 5×10-7 м.?;

Теоретические вопросы

Что такое фотоэффект?

Сформулируйте законы Столетова.

В чем отличие гипотез Планка и Эйнштейна.

Запишите уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

Что такое дуализм?

В чем смысл эффекта Комптона?

На какую поверхность давление света больше на белую или черную?

Атомное ядро. Закон радиоактивного распада