Решение задач геометрической оптики, определение параметров световых
(электромагнитных) волн и волновых процессов будет полезна как учащимся, так и абитуриентам
Свет обладает дуализмом (двойственностью) свойств. В процессе распространения свет обнаруживает волновые свойства (явления интерференции и дифракции), а при взаимодействии с веществом (излучении и поглощении) свет ведет себя как элементарная частица вещества, которая получила название — квант (нем. quant, лат. quantum — сколько) — минимальное количество (порция), на которое может изменяться дискретная по своей природе физическая величина (действие, энергия, импульс и т.д.).
Задачи данной темы в основном сводятся к определению энергии, импульса и массы фотона, а также к применению законов фотоэффекта и скорости фотоэлектронов. Прочитайте материал на странице "Квантовая физика".
Кванты света или фотоны существуют только в движении (со скоростью света), они не имеют массы покоя как другие частицы.
В условиях задач иногда применяется единица измерения энергии (работы) электрон-вольт (эВ).
1 эВ = 1,6·10-19 Дж.
Энергия фотона:
где ν — частота, λ — длина волны света, h = б,626·10-34 Дж·с = 4,136·10-15 эВ ·с,
— постоянная Планка,
ω — циклическая частота.
Масса фотона в соответствии с формулой Эйнштейна о связи массы и энергии Е = m·с2
Импульс фотона:
Фотоны могут передавать импульс телам, т.е. свет оказывает давление на тела, на преграды.
Фотоэффект — это явление вырывания электронов из вещества (в основном из металлов) под действием света (под действием падающих на поверхность вещества фотонов).
Законы фотоэффекта (законы Столетова)
1. Сила фототока насыщения, т.е. количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за секунду, прямо пропорционально световому потоку или освещенности фотокатода.
2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от падающего светового потока.
3. Если частота света меньше некоторой определенной для данного вещества минимальной частоты νкp, то фотоэффект не происходит ("красная граница фотоэффекта").
где А — работа выхода электронов из металла, различная для разных металлов.
Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта
где hν — энергия фотона, А — работа выхода электрона из металла, , кинетическая энергия электрона, вышедшего из металла.
Световое давление
где Е — количество энергии, падающей на единицу поверхности за единицу времени,
ρ — коэффициент отражения света, с -скорость света в вакууме.
Разобьём путь ракеты на три участка:
1) подъём с ускорением 1,7g (точки 1-2),
2)полёт до верхней точки по инерции (точки 2-3)
3) падение с верхней точки (точки 3-4).
Находим путь и время на этих участках.
1) S1-2 = (at²/2) = (1,7*9,8*22²/2) =4031,72 м.
Скорость в конце ускоренного движения (в точке 2).
V = at = 1.7*9.8*22 = 366,52 м/с.
Время задано: t1-2 = 22 c.
2) S2-3 = (V² - V0²)*2g = (0² - 366,52²)/(2*(-9.8)) = 6853,924 м.
t2-3 = √(2S2-3/g) = √(2*6853,924/9,8) = 37,4 с.
3) Общая высота подъёма S1-3 = 4031,72 + 6853,924 = 10885,64 м.
t3-4 = √(2h/g) = √(2*10885,64/9,8) = 47,13 c.
ответ: время равно 22 + 37,4 + 47,13 = 106,53 с.
