Тема №5878 Ответы к задачам по физике Самойленко (Часть 2)
Поиск задачи:

Рассмотрим тему Ответы к задачам по физике Самойленко (Часть 2) из предмета Физика и все вопросы которые связанны с ней. Из представленного текста вы познакомитесь с Ответы к задачам по физике Самойленко (Часть 2), узнаете ключевые особенности и основные понятия.

Уважаемые посетители сайта, если вы не согласны с той информацией которая представлена на данной странице или считаете ее не правильной, не стоит попросту тратить свое время на написание негативных высказываний, вы можете помочь друг другу, для этого присылайте в комментарии свое "правильное" решение и мы его скорее всего опубликуем.

Ответы в самом низу встроенного документа

14.4. Определите длину свободного пробега электрона в электродной трубке, заполненной разреженным азотом, в момент возникновения ударной ионизации, если напряженность электрического поля между электродами трубки 2 • 104 В/м, а работа ионизации молекулы азота равна 15,8 эВ.
14.5. При какой наименьшей температуре водород будет полностью ионизирован? Работа ионизации атома водорода 13,5 эВ.
14.6. По анодной характеристике вакуумного диода, приведенной на рис. 79, определите силу тока насыщения и сопротивление лампы при анодном напряжении 30 В.

14.7. Постройте вольт-амперную характеристику диода в зависимости от изменения напряжения в анодной цепи при постоянном токе в цепи накала по следующим данным:

а 0 20 40 60 80
i,iA
а 0 5 15 20 20
Определите силу тока насыщения и сопротивления диода при напряжениях в анодной цепи 20 и 60 В.
14.8. Сколько электронов эмиттирует из катода за 1 ч работы диода при анодном токе насыщения, равном 20 мА?
207

15. Электрический ток в полупроводниках
15.1. Какой проводимостью обладает проводник, взаимное положение валентных электронов атома которого показано на рис. 80?
15.2. На рис. 81 даны графики зависимости сопротивления металла и полупроводника от температуры. Какой график характеризует свойства металла, а какой — свойства полупроводника? Почему?

Рис. 80 Рис. 81
15.3. На рис. 82, а, б изображены p-n-переходы двух диодов и направления движения основных носителей

Рис. 82
электрического тока. Через какой диод проходит ток, а через какой не проходит? Почему?
16. Магнитное поле. Закон Ампера

16.1. Определите направле-
ние тока, если известно на-
правление вектора индукции
магнитного поля в центре кру-
гового проводника с током
(рис. 83).
208
16.2. Определите направление
линий индукции магнитного поля
тока, текущего по рамке (рис. 84),
и изобразите их.
16.3. Под каким углом к ли-
ниям индукции расположен пря-
молинейный проводник в одно-
родном магнитном поле индукцией 15 Тл, если на каж-
дые 10 см длины проводника действует сила, равная 3 Н,
и по нему проходит ток 4 А?

16.4. Проводник, активная длина которого 0,4 м, рас-
положен перпендикулярно линиям индукции однород-
ного магнитного поля. Определите индукцию магнитно-
го поля, если на проводник действует сила 1,6 Н, когда
по нему проходит ток 0,8 А.
16.5. Определите индукцию однородного магнитного
поля, в котором на прямой провод длиной 0,5 м, распо-
ложенный под углом 30° к линиям индукции, действует
сила 9 Н, когда по проводнику проходит ток 3 А.
16.6. Определите направление тока
в прямолинейном проводнике, если
направление вектора индукции магнит-
ного поля этого тока в точке, взятой
вне проводника, показано на рис. 85.
16.7. Под каким углом к линиям
индукции однородного магнитного
поля должен быть расположен провод-
ник с активной длиной 0,4 м, чтобы поле индукцией
0,8 Тл действовало на проводник силой 1,6 Н, если по
нему проходит ток 5 А?
16.8. На проводник с активной длиной 0,5 м, поме-
щенный в однородное магнитное поле индукцией 3 Тл,
действует сила 6 Н. Определите силу тока в проводнике
при условии, что он расположен перпендикулярно линиям индукции.
16.9. Определите длину активной части прямолинейного проводника, помещенного в однородное магнитное поле индукцией 1,2 Тл под углом 30° к линиям индукции, если при силе тока 10 А на проводник действует сила 1,8 Н.
16.10. По данным рис. 86 определите силу взаимодействия между параллельными проводниками с токами. Токи одного или различных направлений проходят по проводникам?
16.11. На каком расстоянии от прямолинейного провода, по которому течет ток 12 А, индукция магнитного поля равна 6 • 10-6 Тл?
16.12. Определите силу тока в двухпроводной линии постоянного тока, если сила взаимодействия между проводами на каждый метр длины равна 10-4 Н, а расстояние между проводниками 20 см.
16.13. В однородном магнитном поле индукцией 2 Тл находится прямолинейный проводник длиной 0,1 м, на который действует сила 0,8 Н. Определите угол между направлением тока в проводнике и вектором индукции магнитного поля, если сила тока в проводнике 4 А.
16.14. Катушка длиной 12,56 см имеет 5000 витков. Какой ток необходимо пропустить через катушку, чтобы индукция магнитного поля на ее оси была равна 1 Тл?
16.15. На проводник с активной длиной 0,5 м, помещенный в однородное магнитное поле индукцией 0,4 Тл действует сила 2 Н. Определите силу тока в проводнике, если он расположен перпендикулярно линиям индукции магнитного поля.

17. Магнитный поток.
Работа при перемещении проводника с током в магнитном поле
17.1. Какой ток проходит по кольцевому проводнику радиусом 10 см, если его магнитный момент равен 25,12-10-2 А-м2?
17.2. Какую работу совершит электрический ток 5 А, проходящий по прямолинейному проводнику MN, помещенному в однородное маг-нитное поле индукцией B = 4 Тл и движущемуся со скоростью v (рис. 87).
М
N
v
Рис. 87
17.3. Определите радиус
плоской катушки, имеющей 200 витков, если при токе 4 А ее магнитный момент равен 25,12 -10-2 А м2.
17.4. Определите магнитный поток, пронизывающий плоский контур площадью 200 см2, расположенный перпендикулярно линиям магнитной индукции, если индукция однородного поля равна 25 Тл.
17.5. Определите вращающий момент плоского контура прямоугольной формы со сторонами 10 и 20 см, помещенного в однородное магнитное поле индукцией 5 Тл. По контуру проходит ток 2 А. Угол между вектором магнитного момента и вектором индукции магнит-ного поля 45°.
211

17.6. Прямолинейный проводник MN длиной 2 м, по которому проходит постоянный ток I = 4,5 А, находится в однородном магнитном поле индукцией B = 0,5 Тл перпендикулярно линиям индукции (рис. 88). Определите работу сил электрического тока, совершенную при перемещении проводника MN в положение M1N1, если MMj = r = 20 см.

Рис. 88
17.7. Из провода изготовлена катушка длиной 6,28 см. Определите магнитный поток внутри катушки, если ее радиус равен 1 см и она содержит 200 витков. По катушке проходит ток 1 А. Магнитное поле внутри катушки считать однородным.
18. Действие магнитного и электрического полей на движущийся заряд
18.1. Электрон влетает в однородное магнитное поле, индукция которого 0,5 Тл, со скоростью 20 000 км/с перпендикулярно линиям индукции. Определите силу, с которой магнитное поле действует на электрон.
18.2. Электрон влетает в однородное магнитное поле, индукция которого 0,05 Тл, перпендикулярно линиям индукции со скоростью 40 000 км/с. Определите радиус кривизны траектории электрона.
212

18.3. Ядро атома гелия (а-частица) влетает в однород-
ное магнитное поле индукцией 1 Тл со скоростью
5 • 106 м/с перпендикулярно линиям индукции. Опреде-
лите радиус окружности, по которой движется частица.
Заряд а-частицы 3,2 • 1019 Кл, масса 6,65 • 10-27 кг.
18.4. Определите направление
вектора индукции B однородного
магнитного поля, если известно,
что электрон, влетевший в магнит-
ное поле перпендикулярно лини-
ям индукции, двигался по траек-
тории, показанной на рис. 89.
18.5. Двухвалентный ион движется со скоростью 481 км/с в однородном магнитном поле индукцией 0,1 Тл. Определите массу иона, если он описывает окружность радиусом 10 см.
18.6. Протон, выброшенный Солнцем, входит во внешний радиационный пояс Земли со скоростью 400 км/с под углом 30° к линиям индукции. Определите первоначальный радиус винтовой траектории протона, если индукция геомагнитного поля 10-6 Тл. Сделайте рисунок, выведите формулу.
18.7. Электрон из состояния покоя ускоряется электрическим полем с напряженностью 455 Н/Кл. С каким ускорением движется электрон?
18.8. На высоте 50—60 тыс. км над поверхностью Земли находится радиационный пояс, состоящий из электронов, создающих кольцевой ток в несколько миллионов ампер. Определите магнитный момент этого коль-цевого тока, если радиус кольца (от центра Земли) 55 тыс. км и сила тока 4 • 106 А.

213

19. Закон электрической индукции. Правило Ленца
19.1. Определите полюсы постоян-
ного магнита, если при движении
проводника вверх в нем возникает ин-
дукционный ток, направленный от
нас (рис. 90).
Рис. 90

19.2. Сложенная вдвое проволока движется в магнитном поле перпендикулярно его линиям индукции, как показано на рис. 91. Возникает ли ЭДС индукции в проволоке? Объясните.
19.3. В проводнике, движущемся перпендикулярно линиям индукции магнитного поля, возникает индукционный ток, имеющий направление, показанное на рис. 92. В каком направлении движется проводник?
+ + + + +
+ + и + + В О
+ + + + + ■Рис. 91 Рис. 92
19.4. Под каким углом к линиям индукции однородного магнитного поля индукцией 0,5 Тл надо перемещать проводник длиной 0,4 м со скоростью 15 м/с, чтобы в нем возникла ЭДС 2,12 В?
19.5. С какой скоростью движется проводник в воздухе перпендикулярно линиям индукции магнитного поля, индуктивность которого 1 Тл, если на концах проводника длиной 0,6 м возникла разность потенциалов 3 В?
19.6. Какую длину активной части должен иметь проводник, чтобы при перемещении его со скоростью 30 м/с
214

перпендикулярно вектору магнитной индукции, равной 0,6 Тл, в нем возбуждалась ЭДС индукции 45 В?
19.7. Определите ЭДС индукции в проводящем контуре, который находится в переменном магнитном поле, изменяющемся со скоростью 4 Вб/с.
19.8. На рис. 93 изображены линии напряженности вихревого электрического поля. Определите направление линий индукции магнитного поля.
19.9. На рис. 94 изображены линии индукции магнитного поля. Определите направление линий напряженности вихревого электрического поля.
19.10. Определите магнитный поток, проходящий сквозь солнечное пятно площадью 1,2 • 1015 м2, если средняя индукция магнитного поля пятна равна 0,3 Тл. Линии индукции магнитного поля пятна перпендикуляр-ны его поверхности.
19.11. Определите направление индукционного тока в кольце, если к нему приближать или от него удалять постоянный магнит, как показано на рис. 95.

Рис. 93
Рис. 94

2
Рис. 95
215

19.12. Солнечное пятно, площадь поверхности которого 5'10п м2, пронизывается магнитным потоком 2* 1011 Вб. Определите индукцию магнитного поля пят-
20. Самоиндукция. Энергия магнитного поля
20.1. Электромагнит индуктивностью 5 Гн подключен к источнику тока, ЭДС которого 110 В. Определите общую ЭДС в момент размыкания цепи, если сила тока при этом убывает со скоростью 8 А/с.
20.2. Требуется изготовить катушку длиной 6,28 см и площадью поперечного сечения 40 см2 с индуктивностью 0,02 Гн. Сколько витков должна иметь эта катушка?
20.3. Определите модуль ЭДС самоиндукции, которая возбуждается в обмотке электромагнита индуктивностью 0,5 Гн при равномерном изменении в ней силы тока на 6 А за каждые 0,03 с.
20.4. Определите скорость изменения силы тока в обмотке электромагнита индуктивностью 4 Гн, если в ней возбуждается ЭДС самоиндукции, равная 100 В.
20.5. Определите индуктивность витка проволоки, если при силе тока 5 А создается магнитный поток, равный 0,2 Вб.
20.6. По катушке индуктивностью 5 Гн проходит ток 4 А. Определите магнитный поток внутри катушки, если ее обмотка состоит из 500 витков.
20.7. Индуктивность катушки с железным сердечником равна 25 Гн. Определите ЭДС самоиндукции в момент размыкания цепи, если скорость изменения силы тока в ней равна 100 А/с.
20.8. Определите энергию магнитного поля катушки индуктивностью 0,8 Гн, когда по ней проходит ток 4 А.
216

Колебанияиволны
1. Механические колебания
1.1. Дано уравнение колебательного движения: x = = 0,3 sin 15,7t. Определите амплитуду и период колебания.
1.2. Дано уравнение гармонического колебания точки: x = 0,05 sin 1,57t. Определите ее амплитуду и частоту колебания.
1.3. Как надо изменить длину математического маятника, чтобы его период колебания уменьшился в 3 раза?
1.4. Математический маятник длиной 81 см совершает 100 полных колебаний за 3 мин. Определите ускорение свободного падения.
1.5. Ускорение свободного падения на поверхности Марса £М = 3,7 м/с2. Какой длины должен быть математический маятник, чтобы период его колебания на Марсе был равен 1 с?
1.6. Период колебания одного маятника 0,4 с, другого 0,5 с. Оба маятника приведены в колебание при одинаковых начальных фазах. Через какой период времени оба маятника будут совершать колебания в одинаковых фазах?
1.7. Средняя потеря энергии при одном полном колебании материальной точки составляет 0,0002 Дж. Сколько полных колебаний она совершит, если при смещении от положения равновесия ее энергия увеличилась на 0,1 Дж?
1.8. По данным, указанным на рис. 96, определите среднюю потерю энергии колеблющегося тела при одном полном колебании, если тело совершило 392 пол
217


Рис. 96

ных колебания до остановки. (На рисунке показана амплитуда в начале колебания.)
1.9. По данным, указанным на рис. 97, определите среднюю потерю энергии колеблющегося тела при одном полном колебании, если тело совершило 490 колебаний (полных) до остановки. (На рисунке изображена амплитуда в начале колебания.)
2. Волновое движение
2.1. Ультразвуковая волна с частотой 2 МГц распространяется в плексигласе со скоростью 2,8 км/с. Определите длину волны.

2.2. Какой путь пройдет ультразву-
ковая волна длиной 5 см за 0,001 с,
если генератор, испускающий эти вол-
ны, работает на частоте 1 МГц?
2.3. В точках A и B (рис. 98)
находятся вибраторы, излучающие
когерентные волны длиной 0,6 м.
Будет усиление или ослабление ко-
лебания в точке C, если AC =
= 14,2 м и BC = 17,8 м?
218

2.4. В точках A и B (рис. 99) находятся вибраторы, излучающие когерентные волны длиной 1,2 м. Будет усиление или ослабление колебания в точке C, если AC = 20,02 м, BC = 17,98 м?
2.5. В точках A и B (рис. 100) находятся вибраторы, излучающие когерентные волны длиной 2,4 м. Будет усиление или ослабление колебаний в точке C, если AC = 36 м, BC = 82,8 м?
2.6. Частота собственных колебаний доски, положенной через ручей, равна 0,5 Гц. Наступит ли явление резонанса, если по доске будет проходить человек, делающий 6 шагов за 3 с?
2.7. Какова частота ультразвукового генератора, если посылаемый им импульс, содержащий 300 волн, продолжается 0,003 с?
2.8. Период собственных колебаний электродвигателя равен 0,04 с. Определите резонансную частоту электродвигателя.
2.9. Две волны, полученные на воде, распространяются навстречу друг другу. Что можно наблюдать в точках схождения волн, если разность волновых путей равна: а) 8,4 м; б) 10,85 м? Длина каждой волны 70 см.

о С
Рис. 99
Рис. 100
219

3. Электромагнитные колебания. Колебательный контур
3.1. Собственная частота электромагнитных колебаний в контуре 5,3 кГц. Определите индуктивность катушки, если электроемкость конденсатора 6 мкФ.
3.2. В колебательном контуре конденсатор электроемкостью 50 нФ заряжен до максимального напряжения 100 В. Определите собственную частоту колебаний в контуре, если максимальная сила тока в контуре равна 0,2 А. Сопротивление контура принять равным нулю.
3.3. Определите период и частоту собственных колебаний контура, если его индуктивность 0,4 Гн, а электроемкость 90 пФ.
3.4. В колебательном контуре индуктивностью 0,5 мГн максимальное напряжение на обкладках конденсатора равно 200 В. Определите период собственных колебаний контура, если максимальная сила тока в контуре 0,2 А.
3.5. Колебательный контур состоит из катушки индуктивностью 10 мГн и конденсатора электроемкостью 1 мкФ. Конденсатор заряжен при максимальном напряжении 200 В. Определите максимальный заряд конденсатора и максимальную силу тока в контуре.
3.6. Необходимо изготовить колебательный контур, собственная частота которого должна быть 15,0 кГн. Конденсатор какой емкости следует подобрать, если имеется катушка индуктивностью 1 мГн?
3.7. Изменение силы тока в колебательном контуре происходит по закону i = 0,6 sin 628t. Определите амплитудное значение силы тока, период собственных колебаний контура и силу тока при t = 0,01 с.
220

3.8. В колебательном контуре происходят незатухающие электромагнитные колебания. Определите максимальную силу тока в контуре, если электроемкость конденсатора C = 2 • 105 Ф, индуктивность катушки L = = 5 Гн и заряд конденсатора изменяется по гармоническому закону Q = 3 • 104 sin wt.
3.9. В колебательном контуре совершаются незатухающие электромагнитные колебания. Напишите уравнение изменения силы тока в контуре, если заряд конденсатора контура изменяется по гармоническому закону Q = 4 • 105 sin 1000nt.
3.10. В колебательном контуре совершаются незатухающие электромагнитные колебания. Определите силу
1
тока в контуре при t = ^ттс от начала отсчета, если
300
заряд конденсатора контура изменяется по гармоническому закону Q = 6 • 103 sin 100nt.
3.11. В колебательном контуре совершаются незатухающие электромагнитные колебания. Определите силу тока в контуре при t = 0,01 с от начала отсчета, если заряд конденсатора изменяется по гармоническому закону Q = 4 • 103 sin 100nt.
3.12. В колебательном контуре совершаются незатухающие электромагнитные колебания. Определите силу тока в контуре при t = 0,03 с от начала отсчета, если заряд конденсатора изменяется по гармоническому закону Q = 8 • 104 sin 500nt.
4. Вынужденные электрические колебания. Переменный ток
4.1. В рамке, равномерно вращающейся в однородном магнитном поле, индуцируется ток, мгновенное значение которого выражается уравнением i = 3 sin 157t.
221

Определите амплитудное и действующее значения силы тока, период и частоту тока, мгновенное значение силы тока при t = 0,01 с.
4.2. Напишите уравнение мгновенного изменения ЭДС индукции, возникающей в витке при равномерном его вращении в однородном магнитном поле, если через
1
■^00 с после прохождения витком момента, при котором
ЭДС равна нулю, мгновенное значение ЭДС становится равным 5 В. Период вращения витка равен 0,02 с.
4.3. Магнитный поток в рамке, состоящей из 1000 витков и равномерно вращающейся в однородном магнитном поле, изменяется по закону Ф = 10-4 cos 314t. Найдите зависимость мгновенной ЭДС индукции, возникающей в рамке, от времени. Определите амплитудное значение ЭДС, период и частоту тока.
4.4. Определите частоту переменного тока, если конденсатор электроемкостью 500 мкФ имеет емкостное сопротивление 0,3 Ом.
4.5. Резонансная частота колебательного контура равна 1 кГц. Определите индуктивность катушки, если электроемкость конденсатора контура 4 нФ.
4.6. Конденсатор электроемкостью 400 мкФ включен в сеть переменного тока с частотой 50 Гц. Определите емкостное сопротивление конденсатора.
4.7. Определите электроемкость конденсатора, если при прохождении через него промышленного переменного тока его емкостное сопротивление оказалось равным 318 Ом.
4.8. При какой частоте переменного тока наступит резонанс напряжений в цепи, состоящей из последовательно соединенных катушки индуктивностью 0,5 Гн и конденсатора электроемкостью 200 мкФ? Активное сопротивление принять равным нулю.
222

4.9. Катушка индуктивностью 0,8 Гн включена в сеть промышленного переменного тока. Определите индуктивное сопротивление катушки.
5. Трансформатор
5.1. Первичная обмотка трансформатора имеет 500 витков, вторичная — 50 витков. В первичной обмотке сила тока изменяется по закону i1 = 0,2 sin 100пС По какому закону изменяется сила тока во вторичной обмотке в рабочем режиме трансформатора? Считать, что токи в первичной и вторичной обмотках совершают колебания в одинаковых фазах.
5.2. Если коэффициент трансформации равен 15, то какая обмотка — первичная или вторичная — должна иметь большее сечение проводов? Почему?
5.3. Первичная обмотка трансформатора имеет 900 витков. Сколько витков имеет вторичная обмотка трансформатора, если коэффициент трансформации равен 4,5?
5.4. Первичная обмотка трансформатора содержит 1600 витков, вторичная — 50 витков. Какова сила тока во вторичной обмотке, если в первичной обмотке она равна 0,2 А?
5.5. Сила тока в первичной обмотке трансформатора I1 = 4,4 А, напряжение на ее зажимах U1 = 220 В. Сила тока во вторичной обмотке I2 = 1,2 А, напряжение на ее зажимах U2 = 770 В. Определите КПД трансформатора при cos ф = 1.
5.6. Для определения числа витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора без их вскрытия поверх вторичной обмотки намотали w3 = 60 витков и после включения первичной обмотки в цепь с напряжением U1 = 220 В определили напряжение на вторичной обмотке U2 = 55 В и на измерительной обмотке U3 =
223

= 44 В. Определите число витков в первичной и вторичной обмотках и коэффициент трансформации.
5.7. Входное напряжение на зажимах первичной обмотки трансформатора 35 кВ, выходное напряжение на зажимах вторичной обмотки 6 кВ. Определите коэффициент трансформации.
5.8. Сила тока в первичной обмотке 8 А, напряжение 220 В. Определите КПД трансформатора, если во вторичной обмотке сила тока 0,5 А и напряжение на ее зажимах 3200 В.
5.9. Что произойдет с трансформатором, рассчитанным на напряжение первичной цепи 110 В, если включить его в цепь постоянного тока того же напряжения?
6. Электромагнитные волны и их свойства
6.1. Определите частоту электромагнитных волн в воздухе, длина которых равна 2 см.
6.2. Радиопередатчик работает на частоте 6 МГц. Сколько волн укладывается на расстоянии 100 км по направлению распространения радиосигнала?
6.3. На какую длину волн будет резонировать колебательный контур, в котором индуктивность катушки 8 мкГн, а емкость конденсатора 20 нФ?
6.4. Направления каких векторов электромагнитной
волны — B, E или v на рис. 101, а в не показаны? Начертите эти векторы.

Рис. 101
224

6.5. Определите длину волны передающей радиостанции, работающей на частоте 3 МГц.
7. Электромагнитная природа света
7.1. Как распространяется свет в оптически однородной среде?
7.2. Длина волны фиолетового света в вакууме 400 нм. Определите длину волны этого излучения в топазе, если его абсолютный показатель преломления равен 1,63.
7.3. С какой скоростью распространяются электромагнитные волны в кедровом масле, абсолютный показатель преломления которого равен 1,516?
7.4. Определите абсолютный показатель преломления среды, в которой свет распространяется со скоростью 200 000 км/с.
8. Волновые свойства света
8.1. Могут ли две разноцветные световые волны, например красного и зеленого излучений, иметь одинаковые длины волн? Если могут, то при каких условиях? Выполните расчет для красного излучения с длиной вол-ны /.кр = 760 нм и зеленого излучения с длиной волны
= 570 нм.
8.2. Определите четыре наименьшие толщины прозрачной пленки, показатель преломления которой 1,5, чтобы при освещении их перпендикулярными красными лучами с длиной волны 750 нм они были видны в отраженном свете красными.
8.3. При освещении кварцевого клина с очень малым углом, равным 10", монохроматическими лучами с дли
225

ной волны 500 нм, перпендикулярными его поверхности, наблюдаются интерференционные полосы. Найдите расстояние между этими полосами (1 рад = 206 265").
8.5. На тонкую пленку (п = 1,5) перпендикулярно ее поверхности направлен параллельный пучок желтых лучей (X = 600 нм). При какой наименьшей толщине пленка в отраженном свете будет казаться желтой?
8.6. Световая волна длиной 500 нм падает перпендикулярно на прозрачную поверхность стеклянного клина (п = 1,5). В отраженном свете наблюдается система интерференционных полос. Определите угол между гранями клина, если расстояние между соседними темными полосами a = 2 мм (1 рад = 206 265").
8.7. Два когерентных луча с длинами волн 404 нм пересекаются на экране в одной точке. Что будет наблюдаться в этой точке — усиление или ослабление света,

8.4. На рис. 102 AC и
В
Рис. 102
C, удаленной от источников света на расстоянии
AC = 4 м и BC = 4,27 м?
М

А
если оптическая разность хода лучей равна 17,17 мкм?
\
/
\ ' '
\ \ I
/
/
8.8. На рис. 103 дана схема расположения дифракционной решетки O, экрана MC с щелью A и дифракционных максимумов монохроматического луча AO с длиной волны 590 нм. Определите постоянную дифракционной решетки,

/
JL
О
Рис. 103
226

если максимум второго порядка находится в точке C, AC = 5,9 см, AO = 1 м.
8.9. Определите длину световой волны ^1, если в дифракционном спектре ее линия второго порядка совпадает с положением линии спектра третьего порядка световой волны Х2 = 400 нм.
8.10. На дифракционную решетку, постоянная которой равна 0,01 мм, направлена монохроматическая волна. Первый дифракционный максимум получен на экране смещенным на 3 см от первоначального направления света. Определите длину волны монохроматического из-лучения, если расстояние между экраном и решеткой равно 70 см.
8.11. Световая волна длиной 530 нм падает перпендикулярно на прозрачную дифракционную решетку, постоянная которой равна 1,8 мкм. Определите угол дифракции, при котором образуется максимум наибольшего порядка.
8.12. Угол полной поляризации при падении луча на поверхность некоторой жидкости оказался равным 53°. Что это за жидкость?
8.13. Угол полной поляризации при падении луча на грань топаза равен 50°30'. Определите показатель преломления топаза.
8.14. При каком условии происходит полная поляризация луча, отраженного от поверхности прозрачного вещества? Определите углы падения и преломления при полной поляризации отраженного луча от поверхности глицерина (п = 1,47).
8.15. Одинаковы ли скорости распространения красного и фиолетового излучений в вакууме? в воде? Объясните.
227


Рис. 104
8.16. Белый световой пучок
проходит сквозь призму, пока-
затель преломления вещества
которой меньше показателя пре-
ломления окружающей среды
(рис. 104). Будет ли наблюдать-
ся дисперсия этого пучка и как
будут располагаться цветные
лучи в спектре?
8.17. В вакууме длина волны синего луча ^с = 460 нм, желтого ^ж = 380 нм. Показатель преломления какого луча больше при прохождении их сквозь стеклянную призму? Объясните.
8.18. Показатель преломления воды при 20 °С для различных монохроматических лучей видимого излучения находится в интервале от 1,3308 до 1,3428. Какое из этих значений является показателем преломления фиолетовых лучей? Почему?
Квантовая физика
1. Энергия кванта
1.1. Определите энергию кванта зеленого света, длина волны которого в вакууме 510 нм.
1.2. Определите частоту электромагнитного излучения, энергия кванта которого равна 3,31 • 1019 Дж. Вызовет ли это излучение световое ощущение у человека?
1.3. Сколько фотонов находится в 1 мм красного излучения, частота которого 4 • 1014 Гц?
1.4. Вызовет ли световое ощущение у человека электромагнитное излучение, частота колебаний которого 1014 Гц? 1015 Гц?
228

1.5. Во сколько раз энергия кванта излучения фиолетового света больше энергии кванта излучения красного света, если длина волны в вакууме фиолетового света Хф = 400 нм, а красного Хк = 750 нм?
2. Тепловое излучение
2.1. Определите энергию кванта гамма-излучения, длина волны которого X = 0,1 нм.
2.2. Какова должна быть температура источника света, чтобы максимум энергии излучения приходился на рентгеновское излучение с длиной волны 30 нм?
2.3. Определите энергетическую светимость белой звезды спектрального класса A, если температура ее атмосферы T = 10 000 K.
2.4. Во сколько раз увеличится энергетическая светимость черного тела при изменении его температуры от 700 до 2100 K?
2.5. Во сколько раз энергетическая светимость голубой звезды спектрального класса O, температура атмосферы которой 30 000 K, больше энергетической светимости желтой звезды спектрального класса G, температура атмосферы которой 6000 K?
2.6. Определите энергию, излучаемую желтой звездой спектрального класса G (например, Солнцем) с поверхности площадью 1 м2 за 1 с, если температура ее поверхности 6000 K.
2.7. Определите длину волны, на которую приходится максимум энергии в спектре оранжевой звезды спектрального класса K, если температура ее атмосферы T = 4000 K. В какой части спектра электромагнитных излучений находится эта волна?
2.8. Температура черного тела 300 K. Определите энергетическую светимость этого тела.
229

2.9. Определите длину волны, на которую приходится максимум энергии в спектре белой звезды спектрального класса A, если температура ее атмосферы 15 000 K. В какой части спектра электромагнитных излучений находится эта волна?
3. Фотоэлектрический эффект
3.1. Определите максимальную скорость вылета фотоэлектронов из калия, работа выхода электронов которого равна 2,26 эВ, при освещении его ультрафиолетовым излучением с длиной волны 200 нм. Масса элект-рона 9,1 • 10-31 кг.
3.2. Красная граница фотоэффекта у натрия, напыленного на вольфраме, равна 590 нм. Определите работу выхода электронов.
3.3. Работа выхода электронов из кадмия равна 4,08 эВ. Какой должна быть длина волны излучения, падающего на кадмий, чтобы при фотоэффекте максимальная скорость фотоэлектронов была равна 2 • 106 м/с? Масса электрона 9,1 • 10-31 кг.
3.4. Сколько квантов красного излучения с длиной волны 728,2 нм имеют массу 1 г?
3.5. Работа выхода электронов у золота равна 4,59 эВ. Определите поверхностный скачок потенциала у золота.
3.6. Определите максимальную кинетическую энергию фотоэлектрона калия при его освещении лучами с длиной волны 400 нм, если работа выхода электронов у калия равна 2,26 эВ.
4. Эффект Комптона. Давление света
4.1. Определите угол между первоначальным направлением светового пучка и направлением комптоновского рас
230

сеяния фотонов на покоящихся электронах, если длина волны фотонов первоначального пучка X = 4 • 1011 м, а длина волны рассеянных фотонов X' = 4,04 • 1011 м. Комптоновская длина волны электрона Х0 = 2,426 • 1012 м.
4.2. Определите длину волны ультрафиолетового излучения, импульс кванта которого при полном поглощении равен 3 • 10-27 Н • с.
4.3. На каждый квадратный сантиметр поверхности, полностью поглощающей световое излучение, каждую секунду падает 3 • 1018 фотонов оранжевого излучения с длиной волны 600 нм. Какое давление создает это излучение?
4.4. Определите частоту колебаний световой волны, масса фотона которой 3,31 • 10-36 кг.
4.5. Определите импульс фотона красного излучения, длина волны которого 720 нм, при его полном поглощении и при полном отражении телом.
4.6. Угол между первоначальным направлением светового пучка и направлением комптоновского рассеяния фотонов на неподвижных электронах равен 38°. На сколько больше длина волны рассеянного излучения длины волны первоначального излучения? Комптоновская длина волны электрона Х0 = 2,426 • 1012 м.
4.7. Определите длину волны видимого излучения, масса фотона которого равна 4 • 10-36 кг.
4.8. Плотность потока солнечного излучения, приходящего на Землю, равна 1,4 • 103 Вт/м2. Какое световое давление производит солнечное излучение на поверхность, коэффициент отражения которой равен единице (идеально зеркальная поверхность)?
4.9. Какой массе эквивалентна энергия 4,5 • 1018 Дж?
4.10. На каждый квадратный сантиметр поверхности, полностью отражающей зеленое световое излучение
231

с длиной волны 540 нм, каждую секунду падает 2,7 • 1017 фотонов. Какое давление создает это излучение?
4.11. Определите длину волны электромагнитного излучения, энергия кванта которого равна энергии покоя электрона. Масса покоя электрона равна 9,1 • 10-81 кг.
4.12. Плотность потока солнечного излучения, приходящего на Землю, равна 1,4 •Ю8 Вт/м2. Вычислите световое давление на поверхность, которая полностью поглощает солнечное излучение.
4.13. Определите импульс кванта рентгеновского излучения, длина волны которого 5 нм, при его полном поглощении.
4.14. Наступит ли фотохимическая реакция в веществе, которое поглощает инфракрасное излучение с длиной волны 2 мкм? Энергия активации молекул Еа = = 2 • 10-19 Дж/молекул.
5. Постулаты Бора.
Излучение и поглощение энергии атомом
5.1. Определите длину волны излучения, поглощенного атомом водорода при переходе его электрона со второй стационарной орбиты на четвертую, если энергия атома водорода в нормальном состоянии Е1 = -18,58 эВ.
5.2. Энергия атома водорода в нормальном состоянии Е1 = -18,58 эВ. Определите энергию кванта и длину волны излучения, поглощенного атомом водорода, если при этом электрон перешел с первого на третий энергетический уровень.
5.3. Какой длины волну электромагнитного излучения поглотил атом водорода, если он при этом перешел со второго на третий энергетический уровень? Энергия атома водорода в нормальном состоянии Ег = -18,58 эВ.
232

5.4. Определите радиус орбиты электрона в атоме водорода, соответствующий его четвертому энергетическому уровню. Радиус орбиты электрона в нормальном состоянии атома = 0,528 • 10-10 м.
5.5. Определите минимальную энергию возбуждения атома водорода, если его энергия в нормальном состоянии Е1 = -13,53 эВ.
5.6. При облучении люминофора ультрафиолетовым излучением с длиной волны 200 нм возникает видимое излучение с длиной волны 500 нм. Какая часть энергии поглощенного кванта е израсходована на неоптические процессы?
5.7. При катодолюминесценции электрон ускоряется электрическим полем при напряжении 100 В. Определите длину волны люминесцентного свечения, если в излучение перешло 2% кинетической энергии электрона.
5.8. При облучении люминофора ультрафиолетовым излучением с длиной волны ^п = 300 нм возникает видимое излучение со средней длиной волны ^и = 480 нм. Какая часть энергии поглощения превращается в энергию видимого излучения в данном люминофоре?
5.9. При катодолюминесценции электрон в момент удара об анод имеет скорость 2 • 106 м/с. Определите длину волны люминесцентного изучения, если в него переходит 20% кинетической энергии электрона. Масса электрона 9,1 • 10-31 кг.
6. Естественная радиоактивность
6.1. За какое время в препарате с постоянной активностью A = 15 МБк распадается N= 3 • 109 ядер атомов?
6.2. Имеется 4 г радиоактивного кобальта. Сколько граммов кобальта распадается за 216 сут, если его период полураспада 72 сут?
233

6.3. На рис. 105 изображены
• положение кусочка урана и на-
правление линий индукции одно-
родного магнитного поля. Опреде-
лите направление отклонения по-
токов аи Р-частиц и у-излучения.
6.4. Имеется 8 кг радиоактив-
ного цезия. Определите массу не-
распавшегося цезия после 135 лет
радиоактивного распада, если его период полураспада 27 лет.
Рис. 105
6.5. Какова активность радиоактивного распада, если за 100 с происходит 5 • 104 распадов ядер атомов?
6.6. Сколько ядер атомов радиоактивного кальция распадается за сутки из миллиона атомов, если период полураспада кальция равен 164 сут?
6.7. Имелось некоторое количество радиоактивного изотопа серебра. Масса радиоактивного серебра уменьшилась в 8 раз за 810 суток. Определите период полураспада радиоактивного серебра.
7. Атомное ядро
7.1. Какой изотоп образуется из радиоактивного изотопа лития 8 Li после одного а-распада и одного Р-распада?
7.2. Дополните ядерную реакцию, протекающую под действием протонов: 55 Mn +1H ^ ? + 0 n.
7.3. Дополните ядерную реакцию: X (р; а) 22 Na .
7.4. Дополните ядерную реакцию, протекающую под действием нейтронов: 150 B +0 n ^ ? + 4 He .
234

7.5. Дополните ядерную реакцию: 174 N (n; X) У C .
7.6. Какая энергия выделится при образовании ядра
атома изотопа гелия 2 He из свободных, т. е. не взаимодействующих между собой, нуклонов, если mp = = 1,00814 а. е. м., mn = 1,00899 а. е. м. и тя = = 3,01699 а. е. м. — соответственно массы протона, нейтрона и ядра?
7.7. Какую минимальную энергию требуется сообщить ядру атома изотопа кальция 40Ca , чтобы расщепить его на отдельные, не взаимодействующие между собой нуклоны, если mp = 1,00814 а. е. м., mn = 1,00899 а. е. м. и mR = 39,97542 а. е. м. — соответственно массы про-тона, нейтрона и ядра?
7.8. Определите энергетический выход ядерной реакции 14 N +4 He ^ У O + 1 H , если удельная энергия связи у ядра азота есв (74 N) = 7,48 МэВ/нуклон, у ядра гелия есв ( He) = 7,075 МэВ/нуклон, у ядра атома изото-па кислорода есв (87о) = 7,75 МэВ/нуклон.
7.9. Определите энергетический выход ядерной реакции 3 He +3 H ^4 He + 2 H , если энергия связи у ядер атомов изотопа4 He равна 28,3 МэВ, у ядер атомов изо-
топа2 He 7,7 МэВ, у ядер атомов трития 8,5 МэВ и ядер атомов дейтерия 2,2 МэВ.
7.10. Определите энергию связи ядра атома изотопа
алюминия 27 Al , если mp = 1,00814 а. е. м., mn =
= 1,00899 а. е. м. и mR = 26,9898 а. е. м. — соответственно массы протона, нейтрона и ядра.
7.11. Определите энергетический выход ядерной реакции 3 Li +1 H ^ 2 ( He), если удельная энергия связи у ядра атома изотопа лития есв ( Li) = 5,6 МэВ/нуклон, у гелия есв ( He) = 7,075 МэВ/нуклон.
7.12. Определите энергетический выход ядерной реакции 2H +2H ^ 3 He + 0 n , если энергия связи ядра изотопа гелия 7,7 МэВ, ядра атома дейтерия 2,2 МэВ.
7.13. Определите энергетический выход ядерной реакции Li +2H ^ 8 Be + 0 n , если энергия связи ядра
изотопа бериллия 56,4 МэВ, изотопа лития 39,2 МэВ, дейтерия 2,2 МэВ.
7.14. Определите удельную энергию связи есв в ядре
атома изотопа урана 29328 U , если mp = 1,00814 а. е. м.,
mn = 1,00899 а. е. м. и тя = 238,12376 а. е. м. — соответственно массы протона, нейтрона и ядра.
7.15. При реакции деления ядер урана-235 выделилось 1,204 • 1026 МэВ энергии. Определите массу распавшегося урана, если при делении одного ядра выделяется 200 МэВ энергии.
7.16. Выразите энергию протона в мегаэлектронвольтах. Масса протона 1,67 • 10-27 кг.
7.17. При делении одного ядра изотопа урана-235 освобождается 200 МэВ энергии. Определите энергию, которая выделится при делении всех ядер 10 кг урана. Ответ выразите в джоулях.
7.18. При реакции деления урана-235 распалась некоторая масса урана и выделилась энергия, равная E = 2,56 • 1028 МэВ. Определите массу распавшегося урана, если при делении одного ядра выделяется 200 МэВ энергии.
7.19. Выразите энергию электрона в мегаэлектронвольтах. Масса электрона 9,1 • 10-31 кг.
7.20. При захвате ядром 2Ци нейтрона происходит
деление его ядра на ядро стронция 98 Sr и ядро ксенона
1454X e, выбрасываются 2-3 нейтрона и выделяется энергия. Какая энергия выделится при распаде одного ядра урана, если удельная энергия связи ядра изотопа урана
e св (2!>4U) = 7,59 МэВ/нуклон, стронция и ксенона есв (98Sr) = есВ ((Хе) = 8,6 МэВ/нуклон?
8. Термоядерный синтез.
Элементарные частицы
8.1. Напишите ядерную реакцию синтеза легких ядер дейтерия в ядро гелия и определите энергетический выход этой реакции.
8.2. Напишите последовательность превращения изотопа водорода 1 H ядра гелия при протонно-протонном
цикле термоядерных реакций в звездах главной последовательности.
8.3. При температуре порядка 1,5 • 108 K в ядре звезды последовательности красных гигантов и сверхгигантов возможна следующая термоядерная реакция:
3 (8 He) = 12C + AE.
Определите энергетический выход этой реакции, если энергия связи ядра гелия-4 равна 28,3 МэВ, а ядра углерода-12 равна 92,2 МэВ.
8.4. Если температура в ядре звезды превышает 1,5 • 108 K (последовательность красных гигантов и сверхгигантов), то возможна следующая термоядерная реак-
ция:13С + 4 He = ^O + 0 n + AE. Определите энергетический выход этой реакции, если энергия связи углерода-13 равна 97,1 МэВ, гелия-4 — 28,3 МэВ и кислорода-16 — 127,6 МэВ.

 

Категория: Физика | Добавил: Админ (02.04.2016)
Просмотров: | Теги: Самойленко | Рейтинг: 0.0/0


Другие задачи:
Всего комментариев: 0
avatar