Элементарные частицы
19.12.2019.
Тест. Физика, 11 класс
Будьте внимательны! У Вас есть 10 минут на прохождение теста. Система оценивания – 5 балльная. Разбалловка теста – 3,4,5 баллов, в зависимости от сложности вопроса. Порядок заданий и вариантов ответов в тесте случайный. С допущенными ошибками и верными ответами можно будет ознакомиться после прохождения теста. Удачи!
Список вопросов теста
- Лептоны
- Электроны
- Барионы
- Фотоны
- Мезоны
Вопрос 2
Сколько на сегодняшний день открыто видов нейтрино?
Вопрос 3
Какие частицы считаются истинно элементарными?
Варианты ответов
- Лептоны
- Мезоны
- Кварки
- Барионы
- Бозон Хиггса
- Z- и W-бозоны
- Глюоны
- Фотон
Вопрос 4
Выберете верные утверждения
- У всех частиц должны быть античастицы
- При столкновении пары частицы-античастица происходит явление аннигиляции
- Античастицы обладают более высокой энергией,чем обычные частицы
- Фундаментальные взаимодействия в антивеществе не отличаются от фундаментальных взаимодействий в веществе
Вопрос 6
Какие законы сохранения действуют в микромире?
- Закон сохранения энергии.
- Закон сохранения импульса.
- Закон сохранения электрического заряда.
- Закон сохранения барионного заряда.
- Закон сохранения лептонного заряда.
- Закон сохранения мезонного заряда.
- Закон сохранения спинового числа.
Вопрос 7
Составьте верные утверждения.
- Реакция превращения частицы и античастицы при их столкновении в какие-либо иные частицы, отличные от исходных.
- Квантовое число, определяющее сильное взаимодействие кварков и глюонов в квантовой хромодинамике.
- Фундаментальная частица, обладающая электрическим зарядом, кратным e/3, и не наблюдающаяся в свободном состоянии, но входящая в состав адронов.
- Собственный момент импульса элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого.
- Элементарные частицы, распадающиеся за счёт сильного взаимодействия.
- Частицы, которые на современном уровне развития физики нельзя считать соединением более «простых» частиц, существующих
в свободном состоянии.
Вопрос 8
Укажите частицы – переносчики взаимодействий
- Лептоны
- Бозоны
- Фермионы
- Барионы
- Мезоны
Вопрос 9
Элементарный бозон (элементарная частица), который обладает нулевым спином
и в рамках стандартной модели «отвечает» за наличие инертной массы у элементарных частиц.
Вопрос 10
Теоретическая конструкция в физике элементарных частиц, описывающая электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц.
Задача (М, Б. Демидова, В. А. Грибов, А. И. Гиголо ; 1000 задач с ответами и решениями. Физика., М., «Экзамен», 2020) № 17, стр. 222 Металлическую пластину освещают монохроматическим светом с длиной волны Каков максимальный импульс фотоэлектронов, если работа выхода электронов из данного металла Дж?
Дано: м Дж Дж · с кг Решение 1) Максимальный импульс фотоэлектронов определяется их максимальной скоростью : 2) Запишем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов 3) Выразим скорость: 4 ) Максимальный импульс будет равен: справочные данные
Подставим значения величин: Ответ:
Задача (М, Б. Демидова, В. А. Грибов, А. И. Гиголо ; 1000 задач с ответами и решениями. Физика., М., «Экзамен», 2020) № 20, стр. 222 При увеличении в 2 раза частоты света, падающего на поверхность металла, запирающее напряжение для фотоэлектронов увеличилось в 3 раза. Первоначальная частота падающего света была равна Гц. Какова длина волны, соответствующая «красной границе» фотоэффекта для этого металла?
Дано: м/с Решение Запишем уравнение для фотоэффекта: Кинетическая энергия фотоэлектронов определяет запирающее напряжение: При изменение частоты падающего света «красная граница» фотоэффекта ( ) не изменяется. Поэтому для ситуации в задаче можно записать: e
Решим систему полученных уравнений: разделим первое уравнение на второе Подставим значения величин: м Ответ : м
Задача (М, Б. Демидова, В. А. Грибов, А. И. Гиголо ; 1000 задач с ответами и решениями. Физика., М., «Экзамен», 2020) № 24, стр. 223 Фотокатод облучают светом с длиной волны . Красная граница фотоэффекта для вещества фотокатода . Какое напряжение нужно создать между анодом и катодом, чтобы фототок прекратился?
Дано: Кл Решение U : , Подставим значения величин: Ответ:
Задача (М, Б. Демидова, В. А. Грибов, А. И. Гиголо ; 1000 задач с ответами и решениями. Физика., М., «Экзамен», 2020) № 32 , стр. 225 При облучении металлической пластинки квантами света с энергией 3 эВ из нее выбиваются электроны, которые проходят ускоряющую разность потенциалов Какова работа выхода , если максимальная энергия ускоренных электронов равна удвоенной энергии фотонов, выбивающих их из металла?
Дано: Дж Кл Решение: Энергия падающих квантов, полученная электроном: Пройдя ускоряющую разность потенциалов в электрическом поле между катодом и анодом, электрон приобретает энергию Эта энергия равна сумме кинетической энергии электрона, полученной от фотона и потенциальной энергии , приобретенной после прохождения ускоряющей разности потенциалов: = по условию =
Составим систему уравнений и решим ее: = 4) Вычисления : Дж Ответ: Дж
Задача (М, Б. Демидова, В. А. Грибов, А. И. Гиголо ; 1000 задач с ответами и решениями. Физика., М., «Экзамен», 2020) № 3 5 , стр. 226 Фотокатод с работой выхода Дж освещается светом. Вылетевшие из катода электроны попадают в однородное магнитное поле с индукцией Тл перпендикулярно линиям индукции этого поля и движутся по окружностям. Максимальный радиус такой окружности 2 см. какова частота падающего света?
Дано: Тл м Дж ·с кг Кл Решение По уравнению фотоэффекта: Скорость электронов, вылетевших из катода: В магнитном поле на движущийся электрон действует сила Лоренца: По второму закону Ньютона: , Объединим выражения для силы Лоренца:
Выразим скорость электрона : Приравняем выражения для скорости: Возведем в квадрат левую и правую части полученного уравнения: Решим уравнение относительно : + Гц Ответ: Гц
Задача (М, Б. Демидова, В. А. Грибов, А. И. Гиголо ; 1000 задач с ответами и решениями. Физика., М., «Экзамен», 2020) № 42 , стр. 227 Для разгона космических аппаратов и коррекции их орбит предложено использовать солнечный парус – скрепленный с аппаратом легкий экран большой площади из тонкой пленки, которая зеркально отражает солнечный свет. Какой должна быть площадь паруса S , чтобы аппарат массой 500 кг (включая массу паруса) имел ускорение ? Мощность W солнечного излучения, падающего на 1 м² поверхности, перпендикулярной солнечным лучам, составляет 1370 Вт/м².
Дано: Решение По второму закону Ньютона сила, действующая на солнечный парус: При зеркальном отражении фотонов солнечного света происходит изменение их импульса: и – изменение импульса фотона и энергия фотона соответственно 3) ,
Объединяем полученные уравнения: , отсюда Подставим значения величин: Ответ:
Рабочая тетрадь к уроку:
«Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц»
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
1. В ядро какого элемента превращается ядро изотопа тория 234 90Th, если оно претерпевает три последовательных α-распада?
2. В ядро какого элемента превращается ядро изотопа урана 238 92U после одного α-распада и двух β-распадов?
3. В результате какого радиоактивного распада плутоний 239 94Ри превращается в уран 235 92U?
4. Написать реакцию β-распада свинца 209 82Pb.
5. Какой изотоп образуется из изотопа сурьмы 133 51Sb после четырех β-распадов?
6. Какой изотоп образуется из лития 8 3Li после одного β-распада и одного α-распада?
7. Выделяется или поглощается энергия при ядерной реакции
Масса атома азота 14,003074 а. е. м., атома кислорода 16,999133 а. е. м., атома гелия 4,002603 а. е. м., атома водорода 1,007825 а. е. м.
8. Выделяется или поглощается энергия при ядерной реакции
Масса атома алюминия 26,981539 а. е. м., атома кремния 29,973763 а. е. м.
9. Какая частица выделится при реакции
10. Определите неизвестные продукты реакций:
11. Определите, с какими атомными ядрами были осуществлены следующие реакции:
12. Под действием каких частиц осуществлены следующие реакции:
Оценки: 10-12 заданий – «5»
7-9 заданий – «4»
5-6 заданий – «3»
Рассказ о приборе
Составьте тексты из фраз.
А. Действие камеры Вильсона (пузырьковой камеры, счетчика Гейгера) основано на:
1) возникновении пара на ионах, образующихся при движении быстрой заряженной частицы в перегретой жидкости;
2) ударной ионизации атомов газа заряженной частицей при ее движении в промежутке между катодом и анодом;
3) конденсации пересыщенного пара на ионах, образующихся вдоль траектории заряженной частицы.
Б. Она используется для регистрации:
1) преимущественно электронов и γ-квантов при сравнительно небольшом потоке частиц, причем фиксируется лишь сам факт прохождения частиц;
2)превращений частиц и вызываемых ими реакций, фиксируются даже очень быстрые длиннопробежные частицы, застревающие в устройстве благодаря большой плотности рабочего вещества;
3) факта прохождения частицы, и определения ее энергии (по длине трека), скорости (по толщине трека) и заряда (в магнитном поле).
1) 2,1. 2) 1,2. 3) 3,3. 4) 1,3.
1) 1,2. 2) 1,3. 3) 2,3. 4) 3,1,
1) 1,3. 2) 2,2. 3) 2,1. 4) 3,1.
Физика – Поурочные планы к учебникам Мякишева Г. и Касьянова В. 11 класс
Цель: отработка практических навыков при решении задач.
I. Организационный момент
II. Повторение материала
– Что устанавливает закон Ампера?
– Чему равен модуль силы Ампера?
– Сформулируйте правило, позволяющее определить направление силы Ампера.
– Приведите примеры использования силы Ампера.
III. Решение задач
1. В однородное магнитное поле внесены проводники с силами тока, направления которых указаны на рис. 2. Определите направления силы, действующей на каждый проводник со стороны магнитного поля.
2. Определить направление тока в проводнике, находящемся в магнитном поле, если действующая на проводник сила имеет направление:
3. Прямой проводник ab длиной l = 0,5 м, массой m = 0,5 г подвешен горизонтально на двух невесомых нитях оа и оb в однородном магнитном поле (см. рис. 4). В = 24,5 мТл и перпендикулярно к проводнику. Какой ток надо пропустить через проводник, чтобы одна из нитей разорвалась, если нить разрывается при нагрузке, равной силе, превышающей Mg – 39,2 мН.
4. Проводник с током I = 1 А, массой m = 20 г и длиной l = 20 м подвешен на двух тонких проволоках и помещен в однородное магнитное иоле с вектором
5. Рамка площадью S = 25 см2, содержащая N = 100 витков провода, помещена в однородное магнитное поле так, что индукция
параллельна плоскости рамки. При величине тока в каждом витке I = 1 А на рамку со стороны магнитного поля действует момент силы М = 5 · 10-3 Н·м. Определить величину В вектора индукции магнитного поля (2 · 10-2 Тл).
6. Прямолинейный проводник с током помещен в однородное магнитное поле с индукцией В = 0,2 Тл. Найдите величину силы, действующую на проводник, если его длина l = 10 см, величина тока I = 3 А, а направление тока составляет с направлением вектора индукции магнитного поля угол α = 45° (4,2 · 10-2 Н).
7. Жесткая проводящая квадратная рамка лежит на горизонтальной непроводящей поверхности и находится в магнитном поле, линии индукции которого параллельны двум сторонам рамки. Масса рамки m = 20 г, длина ее стороны а = 4 см, величина магнитной индукции В = 0,5 Тл. Какой величины ток следует пропустить по рамке, чтобы одна из ее сторон начала подниматься (I = 5 А)?
IV. Подведение итогов урока
Р – 829; Р – 830.
1. Вспоминай формулы по каждой теме
2. Решай новые задачи каждый день
3. Вдумчиво разбирай решения
Электродинамика
Параллельно катушке индуктивности подключена лампочка (см. рис. а.) Яркость свечения на ней прямо пропорциональна напряжению на ней. На рис. б представлен график зависимости силы тока в катушке от времени . Сопротивлением катушки пренебречь. Опираясь на законы физики, изобразите график яркости свечения лампочки от времени.
Три одинаковых резистора и три одинаковых идеальных диода включены в электрическую цепь, показанную на рисунке, и подключены к аккумулятору в точках В и С. Показания амперметра равны 2 А. Определите силу тока через амперметр после смены полярности подключения аккумулятора. Нарисуйте эквивалентные электрические схемы для двух случаев подключения аккумулятора. Опираясь на законы электродинамики, поясните свой ответ. Сопротивлением амперметра и внутренним сопротивлением аккумулятора пренебречь.
Многовитковая катушка медного провода подключена к источнику тока через реостат. Вблизи торца катушки на шёлковых нитях подвешено замкнутое медное кольцо с малым сопротивлением. Ось кольца совпадает с осью катушки (см. рисунок). Опишите, как начнёт двигаться кольцо (притянется, оттолкнётся или останется неподвижным относительно катушки), если движок реостата резко сдвинуть вверх в крайнее положение. Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения.
Прямолинейный проводник с током и проводящая рамка лежат в плоскости, перпендикулярной линиям индукции однородного магнитного поля. Опираясь на законы физики, укажите направление силы, действующей на рамку, когда величина магнитной индукции B уменьшается.
1.При изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную проводящим контуром, в контуре возникает индукционный ток , направление которого определяется правилом Ленца (см. рис.)
2. На каждую из сторон рамки будет действовать сила Ампера, направление которой определяется по правилу левой руки, а величина равна (F_a=I_iBl sin alpha), где – длина стороны рамки, – угол между вектором магнитной индукции и направлением проводника. Так как у нас угол для каждой стороны одинаков, то силы, приложенные к противолежащим сторонам рамки, равны по модулю и направлены взаимно противоположно. Результирующая сил, действующих на рамку со стороны однородного магнитного поля, равна нулю.
3. Направление линий индукции поля, создаваемого проводником с током, в каждой точке рамки одинаково, оно определяется по правилу буравчика. В проводнике протекает постоянный ток, поэтому поле проводника постоянно и не влияет на индукционный ток в рамке.
4. В магнитном поле проводника на каждую сторону рамки действует сила Ампера. Стороны рамки, перпендикулярные проводнику, расположены на одинаковом расстоянии от проводника. На них действуют силы, равные по модулю и направленные противоположно друг другу. Их сумма равна нулю. Силы, действующие на параллельные проводнику стороны рамки, направлены тоже противоположно друг другу. Из-за неоднородности поля проводник с током отталкивает ближнюю сторону рамки сильнее, чем притягивает более удалённую от него сторону. Результирующая этих сил отталкивает рамку от проводника.
5. Согласно принципу суперпозиции, однородное магнитное поле и поле проводника с током действуют на рамку независимо друг от друга. Поэтому результирующая сил, приложенных к рамке, направлена вправо от проводника с током.
На железном стержне намотаны две катушки изолированного медного провода А и Б. Катушка А подключена к источнику с ЭДС и внутренним сопротивлением , как показано на рисунке. Катушка Б замкнута на амперметр малого сопротивления. Ползунок реостата передвигают вправо. В каком направлении протекает при этом ток через амперметр, подключённый к катушке Б? Ответ обоснуйте, указав, какие явления и закономерности Вы использовали для объяснения.
Две плоские пластины конденсатора, закреплённые на изолирующих штативах, расположили на небольшом расстоянии друг от друга и соединили одну пластину с заземлённым корпусом, а другую — со стержнем электрометра (см. рисунок). Затем пластину, соединённую со стержнем электрометра, зарядили. Объясните, опираясь на известные Вам законы, как изменяются показания электрометра при сближении пластин. Отклонение стрелки электрометра пропорционально разности потенциалов между пластинами. Ёмкость электрометра пренебрежимо мала.
1) Пусть пластине и стержню сообщили заряд , тогда на заземленном корпусе электрометра и второй пластине возникают индуцированные заряды, по модулю равному , но противоположному по знаку.
5) Суммарный заряд стержня электрометра и соединённой с ним пластины не изменяется, так как эта система тел электроизолированная. Разность потенциалов между пластинами после сближения уменьшится, что приведёт к уменьшению угла отклонения стрелки электрометра.
В первом опыте в сосуд с водой при комнатной температуре помещают нагревательный элемент, состоящий из двух спиралей с сопротивлениями и , подключенный к источнику постоянного напряжения . В начальный момент времени ключ К замкнут. Воду доводят до кипения, затем выливают и охлаждают до комнатной температуры. Во втором опыте эту же воду при комнатной температуре снова доводят до кипения, при этом ключ К размыкают. В каком случае вода закипит быстрее? Ответ поясните на основании законов термодинамики и электродинамики.
ЕГЭ по физике 01.04.2019. Досрочный экзамен по физике. Санкт-Петербург.
Ниже размещены условия задач и отсканированные решения. Если вам нужно решить задачу на эту тему, вы можете найти здесь похожее условие и решить свою по аналогии. Загрузка страницы может занять некоторое время в связи с большим количеством рисунков. Если Вам понадобится решение задач или онлайн помощь по физике- обращайтесь, будем рады помочь.
Явление фотоэффекта заключается в испускании веществом электронов под действием падающего света. Теория фотоэффекта разработана Эйнштейном и заключается в том, что поток света представляет собой поток отдельных квантов(фотонов) с энергией каждого фотона h. При попадании фотонов на поверхность вещества часть из них передает свою энергию электронов. Если этой энергия больше работы выхода из вещества, электрон покидает металл. Уравнение эйнштейна для фотоэффекта:
— максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона.
Длина волны красной границы фотоэффекта для некоторого металла составляет 307 нм. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов – 1 эВ. Найти отношение работы выхода электрона к энергии падающего фотона.
Частота света красной границы фотоэффекта для некоторого металла составляет 6*1014 Гц, задерживающая разность потенциалов для фотоэлектронов – 2В. Определить частоту падающего света и работу выхода электронов.
Работа выхода электрона из металла составляет 4,28эВ. Найти граничную длину волны фотоэффекта.
На медный шарик радает монохроматический свет с длиной волны 0,165 мкм. До какого потенциала зарядится шарик, если работа выхода электрона для меди 4,5 эВ?
Работа выхода электрона из калия составляет 2,2эВ, для серебра 4,7эВ. Найти граничные длину волны фотоэффекта.
Длина волны радающего света 0,165 мкм, задерживающая разность потенциалов для фотоэлектронов 3В. Какова работа выхода электронов?
Красная граница фотоэффекта для цинка 310 нм. Определить максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов, если на цинк падает свет с длиной волны 200нм.
На металл с работой выхода 2,4эВ падает свет с длиной волны 200нм. Определить задерживающую разность потенциалов.
На металл падает свет с длиной волны 0,25 мкм, задерживающая разность потенциалов при этом 0,96В. Определить работу выхода электронов из металла.
При изменении длины волны падающего света максимальные скорости фотоэлектронов изменились в 3/4 раза. Первоначальная длина волны 600нм, красная граница фотоэффекта 700нм. Определить длину волны после изменения.
Работы выхода электронов для двух металлов отличаются в 2 раза, задерживающие разности потенциалов – на 3В. Определить работы выхода.
Максимальная скорость фотоэлектронов равно 2,8*108 м/с. Определить энергию фотона.
Энергии падающих на металл фотонов равны 1,27 МэВ. Найти максимальную скорость фотоэлектронов.
Максимальная скорость фотоэлектронов равно 0,98с, где с – скорость света в вакууме. Найти длину волны падающего света.
Энергия фотона в пучке света, падающего на поверхность металла, равно 1,53 МэВ. Определить максимальную скорость фотоэлектронов.
На шарик из металла падает свет с длиной волны 0,4 мкм, при этом шапик заряжается до потенциала 2В. До какого потенциала зарядится шарик, если длина волны станет равной 0,3 мкм?
После изменения длины волны падающего света в 1,5 раза задерживающая разность потенциалов изменилась с 1,6В до 3В. Какова работа выхода?
Красная граница фотоэффекта 560нм, частота падающего света 7,3*1014 Гц. Найти максимальную скорость фотоэлектронов.
Красная граница фотоэффекта 2800 ангстрем, длина волны падающего света 1600 ангстрем. Найти работу выхода и максимальную кинетическую энергию фотоэлектрона.
Задерживащая разность потенциалов 1,5В, работа выхода электронов 6,4*10-19 Дж. Найти длину волны падающего света и красную границу фотоэффекта.
Работа выхода электронов из металла равна 3,3 эВ. Во сколько раз изменилась кинетическая энергия фотоэлектронов. если длина волны падающего света изменилась с 2,5*10-7м до 1,25*10-7м?
Найти максимальную скорость фотоэлектронов для видимого света с энергией фотона 8 эВ и гамма излучения с энергией 0,51 МэВ. Работа выхода электронов из металла 4,7 эВ.
Фототок прекращается при задерживающей разности потенциалов 3,7 В. Работа выхода электронов равна 6,3 эВ. Какая работа выхода электронов у другого металла, если там фототок прекращается при разности потенциалов, большей на 2,3В.
Работа выхода электронов из металла 4,5 эВ, энергия падающих фотонов 4,9 эВ. Чему равен максимальный импульс фотоэлектронов?
Красная граница фотоэффекта 2900 ангстрем, максимальная скорость фотоэлектронов 108 м/с. Найти отношение работы выхода электронов к энергии палающих фотонов.
Длина волны падающего света 400нм, красная граница фотоэффекта равна 400нм. Чему равна максимальная скорость фотоэлектронов?
Длина волны падающего света 300нм, работа выхода электронов 3,74 эВ. Напряженность задерживающего электростатического поля 10 В/см.Какой максимальный путь фотоэлектронов при движении в направлении задерживающего поля?
Длина волны падающего света 100 нм, работа выхода электронов 5,30эВ. Найти максимальную скорость фотоэлектронов.
При длине волны радающего света 491нм задерживающая разность потенциалов 0,71В. Какова работа выхода электронов? Какой стала длина волны света, если задерживающая разность потенциалов стала равной 1,43В?
Кинетическая энергия фотоэлектронов 2,0 эВ, красная граница фотоэффекта 3,0*1014 Гц. Определить энергию фотонов.
Красная граница фотоэффекта 0,257 мкм, задерживающая разность потенциалов 1,5В. Найти длину волны падающего света.
Красная граница фотоэффекта 2850 ангстрем. Минимальное значение энергии фотона, при котором возможен фотоэффект?
Ниже вы можете посмотреть обучаюший видеоролик на тему фотоэффекта и его законов.
Задачи по теме Фотоэффектиз учебника Степанова (глава Световые кванты. Действия света)
№1692. Почему существование красной границы в явлении фотоэффекта говорит в пользу корпускулярной теории света и против волновой?
№1693. Имеются электрически нейтральные пластинки из металла и полупроводника. При освещении металла возникает внешний фотоэффект, а при освещении полупроводника — внутренний. Останутся ли пластинки электрически нейтральными? Как это можно объяснить?
№1694. В опыте по обнаружению фотоэффекта цинковая пластина крепится на стержне электрометра, предварительно заряжается отрицательно и освещается светом электрической дуги так, чтобы лучи падали перпендикулярно плоскости пластины. Как изменится время разрядки электрометра, если: а) пластину повернуть так, чтобы лучи падали на нее под некоторым углом; б) электрометр приблизить к источнику света; в) закрыть непрозрачным экраном часть пластины; г) увеличить освещенность; д) поставить светофильтр, задерживающий инфакрасную часть спектра; е) поставить светофильтр, задерживающий ультрафиолетовую часть спектра?
№1695. Фотон выбивает с поверхности металла с работой выхода 2 эВ электрон с энергией 2 эВ. Какова минимальная энергия такого фотона?
№1696. Длина волны, соответствующая красной границе фотоэффекта, для натрия составляет 530 нм. Определите работу выхода электронов из натрия.
№1697. Работа выхода электронов из золота равна 4,76 эВ. Найдите красную границу фотоэффекта для золота.
№1698. Найдите длину волны света, соответствующего красной границе фотоэффекта, для: а) лития; б) натрия; в) калия; г) цезия.
№1699. Работа выхода электронов из ртути равна 4,53 эВ. Возникнет ли фотоэффект, если на поверхность ртути направить видимый свет?
№1700. Работа выхода электронов из кадмия равна 4,08 эВ. Какова частота света, если максимальная скорость фотоэлектронов равна 7,2 • 105 м/с?
№1701. Определите максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов, вылетающих из калия при его освещении лучами с длиной волны 345 им. Работа выхода электронов из калия равна 2,26 эВ.
№1702. Максимальная энергия фотоэлектронов, вылетающих из рубидия при его освещении ультрафиолетовыми лучами с длиной волны 317 нм, равна 2,84 • 10-19 Дж. Определите работу выхода и красную границу фотоэффекта для рубидия.
№1703. Наибольшая длина волны света, при которой еще может наблюдаться фотоэффект для калия, равна 450 нм. Найдите скорость электронов, выбитых из калия светом с длиной волны 300 им.
№1704. Длина волны света, соответствующая красной границе фотоэффекта, для некоторого металла равна 275 нм. Найдите работу выхода электронов из этого металла, максимальную скорость фотоэлектронов, вырываемых из него светом с длиной волны 180 нм, и максимальную кинетическую энергию электронов.
№1705. Фотоны с энергией 4,9 эВ вырывают электроны из металла с работой выхода 4,5 эВ. Найдите максимальный импульс, передаваемый поверхности металла при вылете каждого электрона.
№1706. Находящаяся в вакууме вольфрамовая пластина освещается ультрафиолетовыми лучами с длиной волны 200 нм. Какую разность потенциалов надо приложить к зажимам 1 и 2, чтобы фототока в цепи пластины не было? Работа выхода электронов из вольфрама равна 4,5 эВ (рис. 242).
№1707. Красная граница фотоэффекта для вольфрама равна 275 нм. Найдите значение запирающего напряжения, если вольфрам освещается светом с длиной волны 175 нм.
№1708. Для полной задержки фотоэлектронов, выбитых из некоторого металла излучением с длиной волны 210 нм, требуется напряжение 2,7 В. Чему равна работа выхода для этого вещества?
№1709. Найдите частоту света, вырывающего из металла электроны, которые полностью задерживаются разностью потенциалов 3 В. Фотоэффект начинается при частоте света 6 ⋅ 1014 Гц. Найдите работу выхода электронов из этого металла.
№1710. При фотоэффекте с платиновой поверхности электроны полностью задерживаются разностью потенциалов 0,8 В. Найдите длину волны применяемого излучения и предельную длину волны, при которой еще возможен фотоэффект.
№1711. В опыте Столетова цинковая пластинка, заряженная отрицательно, облучалась светом вольтовой дуги. До какого минимального потенциала зарядится цинковая пластинка, если она будет облучаться монохроматическим светом с длиной волны 324 нм? Работа выхода из цинка равна 3,74 эВ.
№1712. Для изучения фотоэффекта на литии в качестве источника ультрафиолетового излучения используется ртутная лампа. С помощью светофильтров из ее спектра можно выделять излучения с определенными длинами волн. Использованные длины волн и соответствующие им напряжения запирания приведены в таблице. Постройте по данным этой таблицы график зависимости напряжения запирания от частоты падающего света, U3(v). Вычислите полученное из этого эксперимента значение постоянной Планка и сравните его с табличным.
№1713. Найдите постоянную Планка, если фотоэлектроны, вырываемые с поверхности металла светом с частотой 1,2 • 1015 Гц, задерживаются напряжением 3,1 В, а вырываемые светом с длиной волны 125 нм — напряжением 8,1 В.
№1714. Легкая крестовина с четырьмя лепестками легко вращается вокруг вертикальной оси внутри стеклянного баллона, из которого откачан воздух (рис. 243). Поверхность каждого лепестка с одной стороны зеркальная, а с другой — черная. Если на баллон направить световое излучение, то крестовина начинает вращаться. При этом зеркальная поверхность движется навстречу лучам, а черная — по направлению лучей. Можно ли этот опыт объяснить световым давлением?
№1715. На поверхность тела площадью 1 м падает за 1 с 105 фотонов с длиной волны 500 нм. Определите световое давление, если все фотоны поглощаются телом.
№1716. На поверхность тела площадью 1 м2 падает за 1 с 105 фотонов с длиной волны 500 нм. Определите световое давление, если все фотоны отражаются телом.
№1717. Как средство перемещения космического корабля в пределах Солнечной системы было предложено использовать световое давление, для чего потребовался бы большой парус из алюминиевой фольги. Каковы должны быть размеры паруса, чтобы сила давления света скомпенсировала силу притяжения к Солнцу? Примите массу корабля и паруса равными 1460 кг и предположите, что поверхность паруса идеально отражает свет и ориентирована под прямым углом к солнечным лучам.
Рады приветствовать учеников всех учебных заведений всех возрастов на нашем сайте!
Здесь вы найдете решебники и решения задач бесплатно, без регистрации.
«если
верно, что все на свете состоит
из
элементарных частиц, то, следовательно,
всё
на свете состоит из света».
Напомним,
что до самого конца девятнадцатого века считалось, что атом – это неделимая
частица. Только в 1897 году Джозефом Томсоном был открыт электрон, причем
стало ясно, что электрон – это часть атома. Позднее, в 1919 году Эрнест
Резерфорд открыл протон, а в 1932 году, Джеймс Чедвик открыл нейтрон.
Была предложена протонно-нейтронная модель атомного ядра. В этом состоит
первый этап развития физики элементарных частиц: осознание того, что существуют
множество неделимых частиц, из которых состоит вся материя. После этого,
возникли теории, объясняющие строение атомного ядра. Исходя из этих теорий,
ученые пришли к выводу, что в состав ядер должны входить частицы,
осуществляющие обменное взаимодействие между элементарными частицами. Такие
частицы назвали пи-мезонами (они были предсказаны Хидэки Юкавой в 1935
году, но открыты только к концу сороковых годов).
Получалась
любопытнейшая картина: с одной стороны, частицы, называемые элементарными
– неделимы, и являются простейшими. С другой стороны, эти частицы
каким-то образом могут превращаться друг в друга, подобно тому, как
превращаются друг в друга ядра атомов. Превращение ядер атомов друг в друга
можно объяснить только сложной структурой ядра. Значит, элементарные частицы
тоже имеют сложную структуру. Отсюда следует, пожалуй, самый главный вывод:
элементарные частицы не являются неизменными. Это доказывается простым
фактом: ни одна из частиц не бессмертна. Продолжительность существования
большинства элементарных частиц измеряется в мкс. Нейтрон, находящийся вне
атомного ядра «живет» значительно дольше – в среднем 15 минут, но это не меняет
сути. Теоретически, если бы каждая из таких частиц, как фотон, электрон, протон
и нейтрино была бы единственная во всем мире, они смогли бы существовать не
ограниченно долго. Но тут выяснилось следующее: у каждой частицы должна быть
античастица. Впервые это было предсказано Дираком еще в начале тридцатых
годов двадцатого века. Сначала Дирак говорил только о позитроне (то
есть, частице, противоположной электрону), но потом распространил свою гипотезу
на все элементарные частицы.
Превращение
элементарных частиц происходит при столкновении частиц высоких энергий. При
этом рождаются совершенно иные частицы, которые нельзя называть составными
частями элементарных частиц. Выясняется, что эти превращения взаимны, и
происходят между всеми элементарными частицами. Единственное, что остается
неизменным – это суммарная энергия до и после превращения (то есть, выполняется
закон сохранения энергии).
Итак,
элементарные частицы могут превращаться друг в друга, и при этом, у каждой
частицы есть античастица. Из этого следует, что частицы могут рождаться
только парами: частица и античастица. Это было обнаружено в космических
лучах: то есть при наблюдении за некоторыми космическими лучами было
зарегистрировано рождение электрона и позитрона. Исходя из этого, можно
заключить, что при встрече частицы и античастицы, они уничтожаются,
превращаясь в фотоны.
Открытие
все новых и новых элементарных частиц всегда позиционировалось, да и сейчас
позиционируется, как триумф науки. Но эти триумфы уже давно начали вызывать
определенное беспокойство. В настоящее время насчитывается порядка четырёхсот
элементарных частиц.
Возникает
вопрос: а действительно ли эти частицы элементарны? Может, и они состоят из
более простых, фундаментальных частиц? Этим заканчивается второй этап
развития физики элементарных частиц: возникновение гипотезы о внутренней
структуре элементарных частиц. Были открыты самые разные частицы: пи-мезоны,
ка-мезоны, мю-мезоны, мюоны и так далее и так далее. Изначально, элементарные
частицы попытались классифицировать следующим образом. Их разбили на три
группы: фотоны, лептоны и адроны. Известно, что группа
фотонов состоит из 1 частицы – фотона. Лептонами назвали частицы,
имеющую массу, близкую к массе электрона (не более, чем в 200 раз превосходящую
массу электрона). К группе лептонов относятся электроны, мюоны, тау-мезоны
(которые были открыты относительно недавно), и три, соответствующие им нейтрино
(как оказалось, существует три вида нейтрино: электронное, мюонное и тау-лептонное).
В эту же группу входят античастицы выше упомянутых частиц. И, наконец, адроны:
к этой группе относятся мезоны и барионы. Как можно заметить, это
самый распространенный вид частиц: их насчитывается более четырехсот, а в
группу лептонов входит только 12, плюс фотон. Остальные частицы – это адроны.
Адроны делятся на мезоны и барионы, в соответствии со вторым квантовым числом
(которое называется барионным зарядом). Например, к барионам относятся
протон и нейтрон. Первое квантовое число – это лептонный заряд.
Необходимо
отметить следующее: время жизни некоторых элементарных частиц составляет
порядка 10–20 – 10–22 с. Поэтому, в 1964 году Марри Гелл Манн
и Джордж Цвейг независимо друг от друга выдвинули гипотезу о существовании
более фундаментальных частиц – кварков. Согласно этой гипотезе, из
кварков построены все адроны. На данный момент известно всего 6 кварков
и, соответственно, 6 антикварков. Кварки обозначаются буквой q
с нижним индексом от 1 до 6 (номер кварка) и с верхним индексом a
(который обозначает цвет кварка). Да, ко всему прочему, выяснилось, что каждый кварк
может обладать одним из трех основных цветов: зеленым, синим или красным.
Получается
вот какая картина: существует четыре вида фундаментальных типов
взаимодействий – электромагнитное, сильное, слабое и гравитационное.
Согласно теории близкодействия, у каждого взаимодействия существуют
частицы-переносчики. У электромагнитного взаимодействия – это фотоны,
у сильного взаимодействия – это глюоны, у слабого
взаимодействия – это бозоны, у гравитационного взаимодействия –
это гипотетические частицы – гравитоны. А теперь давайте подсчитаем
количество элементарных частиц: это фотоны, лептоны, кварки и глюоны. Лептонов
насчитывается 12, кварков – 36 (с учетом цвета), глюонов
– 8. Получается 57 элементарных частиц – и это только то, что открыто на
сегодняшний день. Пока что нет известных частиц, являющихся более
фундаментальными, чем лептоны и кварки, поэтому лептоны и кварки принято
считать истинно элементарными частицами. Но
количество этих частиц снова наталкивает на мысль о том, что, возможно, и эти
частицы – не самые простые, и они тоже имеют сложную структуру. Альберт
Эйнштейн как-то раз сказал, что если теория развивается в сторону усложнения,
громоздкости, то стоит проверить, а верна ли эта теория? Основная задача
современной физики элементарных частиц – это понять, действительно ли кварки и
лептоны являются элементарными и существуют ли вообще какие-то неизменные
частицы? Возможно, ими как раз окажутся гравитоны.
Что
же сулит человечеству развитие физики элементарных частиц?
Рассмотрим столкновение пары электрон-позитрон. Каждая из этих частиц обладает
электрическим зарядом и массой покоя. При столкновении этих частиц происходит аннигиляция
(то есть исчезновение одних частиц и появление других). При аннигиляции
электрона и позитрона образуются два фотона, которые не имеют ни заряда, ни
массы покоя (поскольку фотоны попросту не могут существовать в состоянии
покоя). Это говорит о том, что с помощью аннигиляции можно получать энергию
в чистом виде. Не так давно были открыты антипротон и антинейтрон. Возник
вопрос: а что если построить атом, ядро которого будет состоять из
антинуклонов, а оболочка – из позитронов? Такие атомы смогут образовать
антивещество. В 1969 году в СССР были получены ядра антигелия, хотя
антивещество получить так и не удалось.
В
1995 году в ЦЕРНе удалось синтезировать атом антиводорода, а в последние годы
удалось даже получить антиводород в достаточных количествах, чтобы начать
изучать его свойства.
Из-за
явления аннигиляции, антивещество является совершенным источником энергии. Например,
расчеты говорят о том, что при аннигиляции одного килограмма вещества и одного
килограмма антивещества выделится количество энергии, сравнимое с энергией
ядерного взрыва. Поэтому, если человечеству удастся найти способ получения и
удержания антивещества – это будет огромным прорывом в энергетике, подобным
прорыву в начале двадцатого века – развитию ядерной энергетики.
Как
известно, в наблюдаемой людьми части Вселенной практически нет антивещества. По
современным представлениям, фундаментальные взаимодействия в веществе и
антивеществе совершенно одинаковы, поэтому, столь сильная асимметрия
вещества и антивещества во Вселенной – это одна из самых больших нерешенных
задач в физике. Есть два предположения о том, почему в наблюдаемой части
Вселенной нет антивещества. Первое предположение состоит в том, что такая
асимметрия возникла при большом взрыве. Второе предположение, пожалуй, более
логично: возможно во Вселенной существуют другие области, которые, наоборот,
заполнены антивеществом, просто эти области находятся за гранью наблюдаемой
людьми части Вселенной.
–
Первый этап называется «от электрона до позитрона», то есть с момента
осознания сложного строения атома до открытия античастиц.
–
Второй этап называется «от позитрона до кварков», то есть до прихода
осознания того, что и те частицы, которые сегодня называются элементарными,
тоже имеют сложную структуру.
–
Третий этап: от гипотезы о кварках до наших дней.
–
Сегодня считается, что лептоны и кварки – это истинно элементарные
частицы.
–
Аннигиляция возникает при столкновении пар частица-античастица: и
частица и античастица превращаются в фотоны очень высоких
энергий.
