Контрольна робота №1

• Розв’язати чотири комбіновані задачі за варіантом.

• Скласти таблицю аналогій між величинами, що характеризують механічні і електромагнітні коливання і хвилі.

• Навести приклади використання матеріалу цього модуля в будівельній індустрії.

Модуль 5 Хвильова і квантова оптика

Завдання:

• Написати реферат на тему “Хвильові і квантові властивості світла”.

• Розв’язати комбіновані задачі (відповідно з завданням викладача).

• Виконати розрахунково-графічну роботу “Теплове випромінювання”.

• Відповіді на теоретичні питання і результати, отримані при виконанні розрахунково-графічної роботи, занести до тест-карт 3, 4 додатка Б.

• Виконати контрольну роботу № 2.

План реферату “Хвильові і квантові властивості світла”:

• Дати визначення таких оптичних ефектів: інтерференції, дифракції, поляризації, фотоефекту, ефекту Комптона.

• Сформулювати умови спостереження цих ефектів.

• Накреслити пояснювальні схеми.

• Навести приклади використання цих ефектів у науці та техніці.

• Виконати конкретні розрахунки (розв’язати задачі), що ілюструють використання хвильових і квантових властивостей світла в наукових дослідженнях і техніці.

Комбіновані задачі

1. У досліді Юнга отвори освітлювали монохроматичним світлом ( 600нм). Відстань між отворами 1мм, відстань від отворів до екрана 3м. Знайти положення трьох перших світлих смуг.

2. Відстань між двома когерентними джерелами і становить 2мм. Вони випромінюють хвилі довжиною 500нм. Знайти різницю ходу променів для точки спостереження, яка знаходиться на екрані, віддаленому від площини, де розташовані джерела світла, на відстань м Мінімум чи максимум інтенсивності світла спостерігатиметься в цій точці?

3. Відстань між двома когерентними джерелами світла довжиною хвилі 640нм дорівнює 0,9мм, відстань до екрана 3,5м. Скільки світлих смуг припадає на 1см ширини екрана? Яка відстань між центрами світлих і темних смуг?

4. Установка для отримання кілець Ньютона освітлюється монохроматичним світлом, який падає перпендикулярно до поверхні пластинки. Спостереження ведеться у відбитому світлі. Радіуси двох сусідніх темних кілець дорівнюють мм і мм. Радіус кривизни лінзи м. Знайти порядкові номери кілець і довжину хвилі падаючого світла.

5. В інтерферометрі Жамена дві однакові трубки довжиною 15см заповнено повітрям. При заміні заповнювача на кисень однієї з трубок інтерференційна картина змістилася на шість смуг при довжині хвилі падаючого світла нм. Знайти показник заломлення кисню, знаючи показник заломлення повітря 1,000292≈1.

6. Пучок білого світла падає перпендикулярно до поверхні скляної пластинки товщиною мкм. Показник заломлення скла 1,5. Визначити довжини хвиль в межах видимого спектра (від 400 до 700нм), які підсилюються у відбитому світлі?

7. На поверхню скляного об'єктива ( 1,5) нанесено тонку плівку, показник заломлення якої 1,2 («просвітлювальна плівка»). При якій найменшій товщині цієї плівки буде спостерігатися максимальне послаблення відбитого світла в середній частині видимого спектра?

8. На дифракційну гратку перпендикулярно до її площини падає пучок світла. Щоб побачити червону лінію ( нм) в спектрі другого порядку, зорову трубу довелося встановити під кутом =30⁰ до осі коліматора. Знайти сталу дифракційної гратки. Яке число штрихів нанесено на одиницю довжини цієї гратки?

9. Дифракційна гратка шириною 1см має 2000 штрихів. Яку кількість спектрів від цієї гратки можна спостерігати на екрані необмежених розмірів при освітленні її світлом довжиною хвилі 694нм?

10. На дифракційну гратку перпендикулярно до її площини падає пучок світла. Натрієвая лінія ( 580нм) дає в спектрі першого порядку кут дифракції 17 8 . Деяка лінія дає в спектрі другого порядку кут дифракції 24 12 . Знайти довжину хвилі цієї лінії і число штрихів на одиницю довжини гратки.

11. Під яким кутом до горизонту повинно знаходитися Сонце, щоб його промені, відбиті від поверхні озера, були найповніше поляризовані?

12. Знайти показник заломлення скла, знаючи, що при відбитті від нього світла промінь буде повністю поляризований при куті заломлення .

13. Пучок плоскополяризованого світла ( нм) падає на пластинку ісландського шпату перпендикулярно до його оптичної осі. Знайти довжини хвиль і звичайного і незвичайного променів в кристалі, якщо показники заломлення ісландського шпату для звичайного і незвичайного променів дорівнюють =1,66, 1,49.

14. Знайти кут між головними площинами поляризатора і аналізатора, якщо інтенсивність природного світла, яке проходить через поляризатор і аналізатор, зменшується в 4 рази.

15. Визначити напруження в навантаженій моделі колони перерізом см², виконаної з оргскла, якщо вона мала рівномірне зелене забарвлення, відповідне оптичній різниці ходу звичайного і незвичайного променів 200нм. Коефіцієнт фотопружності дорівнює 5,71 м²/Н.

16. Знайти температуру печі, якщо відомо, що випромінювання з отвору в ній площею 6,1см² має потужність 34,6Вт. Випромінювання вважати близьким до випромінювання чорного тіла.

17. Яку потужність випромінювання має Сонце? Випромінювання Сонця вважати близьким до випромінювання чорного тіла. Вважати що температура поверхні Сонця 5800К.

18. Чорне тіло має температуру =2900К. В результаті охолодження тіла довжина хвилі, на яку припадає максимум спектральної густини енергетичної світності, змінилася на мкм. До якої температури охолонуло тіло?

19. Колектор сонячного термогенератора для нагріву води має вигляд спіралі, змонтованої на платформі чорного кольору та захищеної скляною кришкою. За три години вода в тридцятиметровій трубі діаметром 25см нагрівається від 20⁰ до 55⁰С. Знайти зміну довжини хвилі ,на яку припадає максимум випромінюваної енергії. Яка кількість теплоти передається воді?

20. Поверхня тіла нагріта до температури К. Потім одну половину цієї поверхні ще нагріли на K, а другу - охолодили на К. У скільки разів зміниться енергетична світність поверхні цього тіла?

21. Довжина хвилі світла, яка відповідає червоній межі фотоефекту, дорівнює для деякого металу 275нм. Знайти роботу виходу електрона з металу, максимальну швидкість електронів, що вириваються з металу світлом довжиною хвилі 180нм, і максимальну кінетичну енергію електронів.

22. Обчислити сталу Планка , якщо відомо, що електрони, які вириваються з металу світлом частотою Гц, повністю затримуються напругою 6,6В, а вирвані світлом частотою 4,6 10 Гц –напругою В.

23. Визначити максимальну швидкість фотоелектронів, що вириваються з поверхні цинку (робота виходу =4еВ), при опромінюванні його випромінюванням довжиною хвилі 2,47пм.

24. Якою була довжина хвилі падаючого рентгенівського випромінювання, якщо при комптонівському розсіюванні його графітом під кутом довжина хвилі розсіяного випромінювання дорівнює 25,4пм?

25. Рентгенівські промені довжиною хвилі 20пм зазнають комптонівського розсіяння під кутом . Знайти зміну довжини хвилі рентгенівських променів при розсіянні, енергію та імпульс електрона віддачі.