Квантовая физика

Цель занятия: отработать навык решения задач по квантовой физике.

Подготовка к занятию: лекции № 27-29. Касьянов В.А. Физика-11 §43-62.

В-1

Задание на занятие:

1. Катод фотоэлемента облучается светом с длиной волны λ = 3,5 × 10−7 м. Какая энергия передана фотоэлектронам, если в цепи фотоэлемента протек заряд Q = 2 × Кл? Постоянная Планка h = 6,62 × Дж•с, величина заряда электрона |е| = 1,6 × Кл, скорость света с = 3 × м/с.

2. Возникнет ли фотоэффект в оксиде бария под действием облучения, имеющего длину волны 350 нм?

3. Давление солнечного света на поверхность Земли составляет 4,7*10^-4 Па. Определите энергию излучения, падающего ежесекундно на каждый квадратный метр поверхности Земли, расположенной перпендикулярно лучам.

4. а) Радиоактивный атом тория превратился в атом висмута . Сколько при этом произошло α- и β- распадов?

б) Допишите реакции:

5. Вычислите энергию связи и дефект масс ядра атома алюминия .

6. Каков КПД атомной электростанции мощностью 5*10⁸ Вт, если за 1 год было израсходовано 965 кг урана ? В каждом акте деления выделяется 200 МэВ энергии. Масса одного моля урана 0,235 кг/моль.

7. Почему нейтроны негативно влияют на организм человека?

8. Период полураспада радиоактивного йода-131 равен восьми суткам. За какое время количество атомов йода-131 уменьшится в 1000 раз?

В-2

Задание на занятие:

1. На металлическую пластинку сквозь сетку, параллельную пластинке, падает свет с длиной волны λ = 0,4 мкм. Фототок прекращается при задерживающей разности потенциалов между пластинкой и сеткой U = 0,95 В. Определить красную границу фотоэффекта (максимальную длину волны). Постоянная Планка h = 6,62 × Дж•с, величина заряда электрона |е| = 1,6 × Кл, скорость света с = 3 × м/с.

2. Каков импульс фотона инфракрасного излучения с длиной волны 50 мкм?

3. На каждый квадратный сантиметр черной поверхности ежесекундно падает 2,8*10¹⁷ квантов излучения с длиной волны 400 нм. Какое давление создает это излучение на поверхности?

4. а) Сколько α- и β- распадов происходит при превращении радия в свинец ?

б) Допишите реакции:

5. Вычислите энергию связи и дефект масс ядра атома урана .

6. Атомный ледокол имеет силовые установки, мощность которых 32 400 кВт. Работая на полную мощность, он затрачивает ежесуточно 240 г урана- 235. Найдите КПД атомного реактора, установленного на ледоколе, если вследствие деления ядра выделяется энергия 200 МэВ.

7. Поясните, почему для осуществления термоядерной реакции удобнее использовать ядра водорода, особенно его тяжелые изотопы: дейтерий и тритий.

8. Каков период полураспада изотопа, если за сутки распадается в среднем 900 атомов из 1000?

Содержание отчёта:

1. Записать наименование и цель занятия.

2. Ответить на контрольные вопросы и получить допуск к работе.

3. Выполнить задания.

Контрольные вопросы:

1. Запишите уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

2. Энергия, масса, импульс фотона.

3. Закон Стефана- Больцмана.

4. Давление света.

5. Дефект массы ядра. Энергия связи ядра.

6. Запишите закон радиоактивного распада.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Квантовая физика — раздел физики, в котором изучаются квантово-механические и квантово-полевые системы и законы их движения.

Фотон — элементарная частица, квант электромагнитного излучения (в узком смысле — света).

Энергия фотона:

Импульс фотона:

Фотоэффект- это явление вырывания светом электронов из вещества.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта:

Давлением света называется давление, которое производят электромагнитные световые волны, падающие на поверхность какого-либо тела.

, где - коэффициент отражения света. Для зеркальных поверхностей ρ =1, при полном поглощении (для абсолютно черного тела) ρ =0.

Под энергией связи атомного ядра понимают энергию, которую нужно затратить, чтобы расщепить ядро на отдельные нуклоны. Такая же энергия выделяется при образовании ядра из свободных нуклонов. Ее можно рассчитать, пользуясь формулой Л. Эйнштейна, связывающей массу частицы и энергию: .

Для всех элементов масса покоя ядра меньше, чем сумма масс покоя составляющих его нуклонов, если последние находятся в свободном состоянии. Это различие может быть охарактеризовано величиной, которая носит название дефекта масс:

Типы радиоактивного распада:

Альфа- распад- превращение атомных ядер, сопровождаемое испусканием α-частиц.

Если — материнское ядро, то превращение этого ядра при α-распаде происходит по следую­щей схеме (правило смещения):

, где —символ дочернего ядра;

—ядро атома гелия;

- квант энергии, испускаемой ядром.

При альфа-распаде происходит смещение химического элемента на две клетки влево в таблице Менделеева.