Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Сборник задач по физике

..pdf
Скачиваний:
9
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
15.07 Mб
Скачать

СВ =

Я*

2 У — аа'

отсюда:

= 0,14.

38—6. Для ответа необходимо вспомнить, что пучок лучей света, попадаю^ щих в глаз, ограничен зрачком.

38—7. а) л; =

2 Р) = 24 СЛ-

38—9. 61°18'.

38—П . а) Для доказательства возьмём три луча, лежащие в вертикальной плоскости Х У у причем ось У направлена вдоль поверхности воды (рис. 38).

Уравнения лучей внутри воды имеют вид:

^ = ЛГ

«1 + ^ ;

Ух 12 «2 “I-

У =

«з + ^я-

Рис. 38.

Так как они исходят из одной точки 5, то имеет место соотношение

 

 

 

1

ак Ь!

 

 

 

 

 

 

1 1§ а2

Ь2 =

0

 

 

 

 

 

1 1§ ал

#3

 

 

 

Уравнения преломлённых лучей имеют вид:

 

 

 

 

 

У = *12 IV

ь

 

 

 

 

 

 

 

 

а-

 

 

Так как 1е о,:

ва:

а3 ф

Р.: 18Ра: 1§ Р», то

 

 

 

 

 

1 1§ ?,

Ь,

 

 

 

 

 

 

1 (8 ра Ьг

 

 

 

 

 

 

1

1§ Р»

Ьл

 

 

 

Это означает, что преломлённые лучи

не имеют общей

точки,

б) Нет.

глаза

наблюдателя находятся на одной

высоте, то кажущееся

88—12. Так как

положение предмета находится на той же

вертикали,

как

и его истинное

положение. Принимая это во

внимание, находим:1

 

 

 

 

Л„=Л

 

(л2 — I)/3

1= 2 м.

 

 

 

 

 

Ш+ ну

 

 

 

 

 

 

 

 

 

38—14. а) Да; б) нет. 33—15. 2,51 см. 38—19. 81°4'.

38—20. 16°.

38—21. Угол между соседними гранями призм должен быть равен 0 + е„. 38—22. 10°53\ 33—23. а) Лучи выходят из призмы параллельно прежнему направлению. Рас­

стояние между ними не меняется. Длины лучей в призме одинаковы. 3&—24. а) Луч не пройдет ни при каком угле падения.

б) Луч пройдёт при условии: 0 < у < у , где у — угол, показанный на

рисунке 39.

в) Луч пройдёт при условии:

0 < у

<

~ + агс 31П п

зт ф0 — 0).

 

38—25. В шестигранных призмах

грани

образуют

между

собой углы 120°,

 

 

60° и 90°. Гало 22° соответствует углу 60°; гало 46° —

 

 

углу

90°.

Угол

 

120° не

даёт

наименьшего

откло­

 

 

нения.

 

 

 

 

 

 

отклонения

равен

 

 

 

38—26. Угол наименьшего

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

•щ№ =38°56'.

 

 

 

 

 

 

Наибольшее отклонение имеет место в том случае,

 

 

когда луч выходит из призмы под углом, близким к

 

 

В таком

случае у первой грани угол падения ра-

 

 

вен етах +

$ —

 

, а угол

преломления 0 — р0, где

предельный угол (50

при

п =

1,52,

равен

41°8\

Применяя

закон преломле­

ния, имеем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛЯП

(» — Р ,)= 8 ! П

( . » „ + *

у )

,

 

 

 

 

откуда:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

етах =

б9°26'.

 

 

 

 

 

 

 

38—27.

1,333.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

38—28.

12,5 см.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

38—29. О:— 8 ^ ~

(п — .1); А

=

5,2 диоптрии; Д» =

— 3,9 диоптрии.

38—30.

а3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,48 диоптрии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

33—31.

1,7.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/?

38,5 см,

где

п1 и я3 — показатели

преломления

стекла

33—32. / = —-— г =

и воды.

П\ — 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

38—33. /= т ^ - = 22,5 см.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

33—37. а) Для доказательства

соединим

 

точку

А

с 3 2.

Легко

видеть, что

 

 

 

 

= □ ВОЗи

 

 

 

 

 

 

 

но по построению:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

$2Л 5 1 =

2-(лг +

>г)Д;

П ВО Зх = ^ х у 9

 

 

отсюда:

± . ± _ ±

у — Р '

38—38. 6,5 диоптрии.

 

 

 

 

 

 

 

 

38—39.

132 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

38—40. 20 см.

 

 

 

 

 

 

_1_

2

 

 

 

38—41. Меньшее

изображение

 

 

 

 

 

ярче в ( ^

1 = 2 ,2 5 раза.

 

 

38—42. а) 80 см; б) 19 см; в) 69 см; г) 22 см.

 

 

 

 

38—43. а) 2500 лк и

12 500 лк;

б) 5000 лк

и 15 000 лк.

 

 

38—44. В 660

раз.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

33—45. 36 лк.

если

о < 0 ,

т. е.

если

задний

фокус Р"

первой

линзы

38—46. а) / ) > 0 ,

дальше переднего

фокуса Рк второй линзы; О

с 0, если Р'[ ближе Р1\

О —0,

если Р\ и П

 

совпадают.

т. е. Р\ лежит

ближе Р* (в отрицательной

линзе

б)

/ ) > 0 ,

если о > 0 ,

передний фокус лежит сзади линзы); О с 0, если

Р\ лежит дальше Рк9 ^ =

= 0, если

Р'[

и Р1

совпадают.

 

 

 

 

 

 

 

в) То же, что в случае б).

 

 

 

 

 

 

 

г) о всегда пололштельно, и система может иметь только отрицательную

оптическую

силу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

38—47. На расстоянии 8 см.

 

 

 

 

 

 

 

38—48. 7 диоптрий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

33—52. а) Ю см; 6) 2,5.

 

 

 

 

 

 

 

 

33—53. а) 14,5 см; 17,5 см; б) 64; 670.

 

 

 

 

 

 

38—54.

564.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

38—55. 60 диоптрий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

33—56. Увеличить в 3,7 раза.

 

 

 

 

 

 

 

38—57. а)

Увеличение бинокля будет равно 0,4.

 

 

 

 

б) Д

=

12 диоптрий;

Д . =

30 диоптрий.

 

 

 

 

в) Оправа окуляра.

 

 

 

 

 

 

 

 

38—60. 9 см.

 

мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

38—

61. 5,8

 

обозначением на рисунке 40

и обозначив

и

показа­

39—

1. Пользуясь

тели преломления

в

первой и второй

средах,

V— число волн,

уложившихся

на пути АОВ, имеем:

1Г— [ Н~П~

’ А С05 а ' X С05 р 9

Й112 а + Л. р = Их#,;

отсюда легко получить, что минимум V .имеет место при условии;

п2 __51П а

пх 51П р'

Это значит, что точка О при условии минимума совпадает с С.

39—4.

а) х = -

(^

/

С°5 а) =

2,9

мм;

 

 

б)

сместится

2

Г 8111

а

 

*

 

 

на расстояние

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

=

5 — =

5,4 см;

 

 

 

 

 

 

 

г

1

'

в) интерференционная

картина

не сместится, но расстояние между по­

лосами

уменьшится

вдвое.

на вопрос б), получим, что смещение полос интер­

г) Пользуясь

ответом

ференционной картины, даваемой левым краем щели, йо отношению к кар­ тине, даваемой правым краем, равно:

где Ь— ширина щели. Но по условию вопроса г) 5' меньше половины рас­ стояния между полосами. Отсюда:

 

 

 

г ^

Х (1+ Г^05д)

 

 

 

4 • Г * $ та

или, так как

и угол а очень

мал, то

 

 

ь < — -— = — _—

 

 

 

,4$1П

а 4-8111и*

потому что для зеркал Френеля и= а.

д) 0,052 мм.

 

 

 

е) 5.

 

 

 

 

39—5. о = я —

+ ^

■=

179°.5.

 

 

хЛ (п

1)

 

 

39-6. 6) Х' = \

/(° + ^

~

Д/ = М

мм;

в) интерференция не наблюдается; г) меньше 0,025 мм.

39—7. а) Задача неопределённая; плёнка может иметь толщину к • 104шр, где к = 1; 3; 5 и т. д.

б) Жёлто-зелёная окраска:

X= 553 Ш(а.

39—8. а) Пусть х (рис. 41) равен:

В таком случае увеличение толщины плёнки при переходе от одной полосы к другой равно:

-

1

Л?

0 =

Х?=

77>

с другой стороны,

X

 

 

 

0

2я ’

отсюда:

 

 

Ш

пг—__ —о"

92пН

6)Глаз фокусирован на плёнку. Поэтому угол раскрытия 2и опреде­ ляется по рисунку 42 (а^>Д):

51Па- й\<г3 - с о з а

Отсюда, пользуясь соотношением 2) введения к параграфу, находим:

 

 

.

дХ Л Г п г

5Ш - а

3,3 • Ю”3 мм.

 

 

йт=

— Е

7

 

о------ =

 

 

т

2& 8Ш 2а

*

о п п

АТ

2 й с о з а о е

в

 

 

 

 

39—9.

N =

— ^----=8,5

см~К

 

 

 

 

39—И. а) 8 см; 6,6 • Ю-6 см. б) 0,62 мм; 0,73 мм.

89—12. г =

/ ^ ^ = ^ = 1 , 1

мм. 39—13. 175 мм.

39—15. 998-е кольцо, соответствующее Х2.

 

й-

 

I

2,94 *=3,

п~ А \

а(1

а)

 

то освещённость при наличии ширмы больше, чем при её отсутствии.

39—19. Нет. Угол ср' внутри стекла соответствует длине волны X' в стекле

с зш <?'= 1г\'.

Затем при выходе луча из стекла происходит преломление:

. ,

:51П ?

$1П ©' =

- П *

где ? — измеряемый угол отклонения в воздухе:

С 81П ® = к \*п = к \ ,

где X — длина волны в воздухе.

39—20. Если формы сечения канавок ЬЬЬ строго повторяют друг друга, то при небольших порядках спектра как свет, прошедший сквозь неповреждён-

Рис. 41.

ные части решётки, так й свет, прошедший сквозь канавки ЪЬЬ%служит для образования дифракционных спектров.

39—21. 546 шр. 39—22. а) Т; 6) — 56'.

39—23. Х = -

С 51П<Х

= 478ш р .

.

соз а

у

5 — 4

г

39—24. а) 3; б) 5.

39—27. а) Если толщина пластинки велика по сравнению с постоянной ре­ шётки, то можно считать, что на вторую решётку падают пучки лучей, ши­ рина которых равна длине решётки. В этом случае свет проходит сквозь две решётки, образуя такой же дифракционный спектр, как свет, прошедший сквозь пластинку с одной решеткой.

б) Если толщина пластинки равна постоянной решетки, то, кроме света, прошедшего в направлении нормали, свет пройдёт только в тех направле­ ниях, которые удовлетворяют соотношению:

где кх и &а — целые числа, л — показатель преломления.

39—28. а) Постоянную решётки хлористого натрия можно определить из соотношения:

где {х — молекулярный вес хлористого натрия; N — число Авогадро; Е>— плотность кристалла. Отсюда:

б) Для грани (110)

а

*1 у~2*

отсюда:

0' = 8°,4.

39—29. 9,8 мм.

39—30. При увеличении угла падения лучей на решётку (а) разрешающая

сила решётки изменяется пропорционально - 3 пока проекции длины ре­

шетки на поверхность роговицы глаза не сделается меньше диаметра зрачка.

39—31. При большом диаметре зрачка

острота

зрения

уменьшается

из-за

большой сферической

аберрации глаза.

При

малом диаметре

зрачка

сказы­

вается искажение изображения дифракционными явлениями.

 

 

 

 

39—32. Соответствует для острого зрения.

 

 

 

 

 

 

 

39—33. 4 см.

10~3 мм; б) 1,4 • 10” 3 мм; 4,2 • 10“* мм;

в)

52

раза; 170 раз.

39—34. а)

7,3 •

39—35. а) 1,6; б) 1,272.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

39—36. 41° 15'.

46°40\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

39—37. 66°40';

 

поляризован. Его интенсивность 0,1.

 

 

 

39—33. Луч 1. Полностью

 

 

 

Луч 2. После первогопреломления получился луч, содержащий 0,8 есте­

ственного света и 0,1 поляризованного.

 

 

 

 

 

 

 

 

Луч 3.

Полностью

поляризован. Интенсивность 0,8 -0,1 = 0,08.

 

Луч 4.

Частично

поляризован; 0,18

поляризованного

света и 0,64 есте­

ственного.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

39—40. а) 12 раз; б) 65 раз.

что

число п не зависит

от

погло­

39—41. а) Прежде всего

надо отметить,

щения света внутри пластинок, так как

оно

одинаково

и для

поляризован­

ного и для естественного

света. Поэтому в дальнейшем коэффициент

погло­

щения принят равным нулю. Если сквозь стопу

прошло р

поляризованного

света и 1 р естественного, то общая

интенсивность до стопы

была

2р -\-

+ 1 — р =

1 --г р. Таким образом, интенсивность поляризованного света равна

— от начальной, а естественного -г—~

от

начальной.

Отсюда

можно

1 + Р

 

 

 

1+ Р

 

 

 

 

 

 

 

подсчитать, что интенсивность света, прошедшего сквозь две параллельные

стопы, равна

от начальной, а при скрещенных стонах ~

■ ^ .

и -г р г

(1

+ р )

В таком случае:

 

 

 

1+/>а

 

п — — - 1

Отсюда:)б

1— Р

 

 

Р — 2~^~ | / " "Ь п ~

б) р> =

0,994.

39—42. 6,06 мм.

39—43. Наблюдатель видит тёмные полосы на светлом фоне. Расстояние

между полосами равно 2,7 см. 39—44. б) 40 см.

39-45. 2,25 • 10“ М •

2,21 • 10“

сек

сек

 

39— 46. а) и б) невозможны; в) возможны; г) возможны (например, таковы волны, бегущие но свободной поверхности жидкости и обусловленные'полем тяготения); д) возможны (например, таковы волны, бегущие по поверхности жидкости и обусловленные поверхностным натяжением жидкости).

40—

1. а) 3,31 • 10-«

э; 6) 1,99 . 10"8 э\ в)

16 000° К и

96 000 000°К.

40—2. 4 . 105 си/“3 • сек~К

(красная часть спектра).

40—3. а) 197 шр. (ультрафиолет.); б) 653 тр

40—4. 6,5 • 10’ сек.

 

 

 

40—5. 3,6.

А.

 

 

 

40—6.

12,41 кУ

 

 

 

40—7. 45 кУ.

 

 

 

 

« - 8 . ,) ад • 10-

0) 2,08 Ц ; .) 9 . 10- ^

» * .« % .

40—9. Давление света больше в 11 раз.

 

 

40—10. а) По направлению света;

 

 

б) по нормали.

обращена к свету

блестящей

стороной, то на нес

40—11. Если пластинка

действует сила

2/5

 

 

Гг = — , где 5 — её поверхность.

 

Если пластинка обращена к свету зачернённой стороной, то сила свето-

вого давления равна г' = —.

В то же время сама пластинка излучает в пространство перед собой полученную энергию. Если она излучает согласно закону Ламберта, то сум­ марная мощность, излучаемая во всех направлениях, равна;

/5 = к/'5,

где Г — интенсивность света, излучаемого по нормали.

Суммируя силы отдачи, действующие. на пластинку вследствие излуче­ ния в разных направлениях, получим общую силу отдачи:

рп_2/8 Зс *

Результирующая сила равна:

Ъ - Р + Р> = !§ (1 + 2 ) .

Отсюда:

40—13. а) 2 • 10-“ см; б) 2,8 • 10"» см.

40—14.

9- 10° — .

 

 

сек

 

40—15. 14’.

 

40—16. 0,0243 А.

 

40—17.

\У =

2Й* 51П 8 -|-

= 573 еУ.

т1°(*°+ 'й51аат )

40—18. б) Центростремительной силой является взаимодействие электрона

пю*

еа

 

окружности, по которой

движется

с протоном -----=

— , где г — радиус

г

г\

между электроном и

протоном. Так

как масса

электрон; г г — расстояние

электрона ничтожно мала по сравнению с массой

протона, то

 

 

7*1 =

г = Д А

5 3 . Ю"° см.

 

 

 

4к-е*т

 

 

 

в) Если принять, что потенциальная энергия протона и электрона, уда­ лённого из атома в бесконечность, равна нулю, то потенциальная энергия При расстоянии г между ними равна:

г *

еа

Кинетическая энергия равна: №к = 2р

Следовательно, искомая работа равна:

А = ^ = 13,58 еУ.

2г

Это число почти совпадает с результатом непосредственного измерения <13,54 еУ).

г)

Х„ = -----------

^ -------

р г -

= 487 шр.,

Да = 81 —

,

 

"

« . „ ( 1 - 1 )

 

 

 

что близко

совпадает

с результатом опыта.

 

атом гелия имеет вдвое

д)

 

Приняв

во внимание, что ионизированный

больший заряд ядра,

чем

атом

водорода,

и так же, как и атом водорода,

имеет

один

электрон, получим:

 

 

 

Хн

^“Не=== 4 == 122 тр.,

что тоже близко совпадает с результатом опыта.

.41—1. Около 200° К. 41—2. В 1,15 раза. 41—3. Около 80%. 41—4. 36 гпА.

4 1 -5 . 0,3%.

41—6. 240 000 ккал. 41—7. 5750° К.

41—8. Обозначим: Яс — радиус Солнца, Я — расстояние от Земли до Солн­ ца, / — фокусное расстояние линзы, й — диаметр оправы линзы. На линзу падает энергетический поток:

*Т%*Я*

г -

 

~ я 5

 

Площадь изображения Солнца равна:

 

 

3 полость сквозь отверствие с площадью 5

попадает поток, меньше потока,

падающего на линзу, а именно:

 

 

аТс Щ «а-

=

5Гс - 8 - ^ -

4

5 • а7Ч

На основании условий задачи:

й*

8аР = а ^ . 3 . — ,

откуда:

т=тс . у ^= Ш 0РК .

41—9. а) Мощность излучения Солнца, поглощаемая частицей, равна:

где й — диаметр частицы; Рс— радиус поверхности Солнца; А — коэффициент поглощения.

Мощность излучения частицы по всем направлениям равна:

Р*=

А

• оГ4.

При равновесии:

Л =

 

 

 

Т = ^

"|/Г

= 290° К,

т. е. мало отличается от средней температуры поверхности Земли, б) Мощность излучения Солнца, поглощаемая частицей, равна:

 

 

 

2*Нс*А\

 

 

-

т

 

Нс

Л3‘

 

\Че*кТс — 1)

 

 

 

 

Мощность, излучаемая частицей, равна:

 

 

 

Р«= %й*

2*Лс2ДХ

 

 

 

Нс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

■р(е'кТе— \)

 

При равновесии

 

 

Л =

Р2,

 

имея в виду, что

 

 

 

 

 

Нс

 

 

 

 

 

 

 

и что Т < Г С, получаем:

е Хктс— е** ъ> 1

 

 

 

 

 

Г = ----------

^•= 1720° К (выше, чем серое тело):

I

к 1п

 

 

 

 

Рс

 

 

 

Тс 1

 

Нс

 

 

 

в) Т = 228° К (ниже,

чем серое тело).

 

41—10. Основываясь на решении задачи 41—9, имеем:

 

ЛГ = - у

^

= -4°,76 к.

41—11. На частицу действуют следующие силы: I) сила притяжения к Солн­

цу, равная:

Т- *&те Р

Г1 6#9

где

/яс— масса Солнца; # — расстояние от

частицы

до его

центра; В —

плотность железа;

Солнца,

равная,

если считать,

 

2) сила светового давления со стороны

что

частица чёрная:

 

 

 

 

 

 

 

 

Р*

 

\_

 

 

 

 

 

с

 

 

 

 

 

 

где

Яс — радиус Солнца.

 

 

 

 

При равновесии

Ъ + г я= о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

2утсВ с

■ _ , , , 10-5

см.

 

 

 

 

 

9

 

41

12.

т-

12

Веб.

 

 

 

^ г { п ~ т \ ) =3,3 сек'

вольфрама.

где В

и с — плотность и удельная теплоёмкость

41—14. 6100° К.

 

токе.

 

 

41—15. При переменном

 

 

41—16. Увеличилось.

 

 

 

41-17.

а)

Х0 =

С | / Г7^

г = 'М3 К

 

 

б)

), =

7,2(1.

 

 

 

41—19. Чтобы найти максимум ЕК, следует приравнять нулю йЕ\ ; получив­

шееся соотношение содержит только произведение АГ и, следовательно, может быть решено относительно КГ. Это означает, что АГ = соп$1. Полная

мощность

излучения равна

1

ЯАйА. Полагая

А = АГ„

х = С х

по-

лучим:

 

 

Чо

 

 

 

 

 

 

 

со

 

 

 

 

 

 

Е = ^ Т * /(х )4 х — аГ>.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нс

 

41—20. Обратив внимание, что при

указанных условиях е

хит.

можно

> 1 ,

выразить искомое отношение так:

 

 

 

 

 

 

х

/АЛ 5

лг(х. О

 

 

 

 

 

-

»

 

 

 

 

 

 

 

41—21. а)

/ =

2тгЛс3Р

■0,02 =

1,2

 

 

 

Нс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С* (еЬС— I)

где с — скорость света; С — постоянная закона Вина;

б) Ь3%.

42— 1. 8 а-превращений и 6 ^-превращений.