Физика. Теория. Методика. Задачи - Демков В.П.
Скачать (прямая ссылка):
длиной волны X = 200 нм. Вылетающие фотоэлектроны попадают на другую
обкладку. Оценить, через какое время от начала освещения фототок между
пластинами прекратится, если за t = 1 с вылетает л=105 электронов. Работа
выхода материала, из которого изготовлена обкладка, А = 3 эВ. Масса
электрона т = 9,1-10'31 кг, его заряд \е\ = 1,6-10'19 Кл.
17.23. Короткий импульс света с энергией ?=10 Дж в виде узкого
параллельного монохроматического пучка фотонов падает на пластинку под
углом падения а = 60°. При этом А = 30% фотонов поглощаются пластинкой, а
остальные зеркально отражаются. С какой силой действует этот импульс на
пластинку, если его длительность Д/ = 5-10"12с ?
• Решение. Сила давления пучка будет складываться из силы давления
фотонов, поглощаемых пластинкой, и силы давления отражаемых фотонов:
^погл + ^отр • (1)
Если энергия одного фотона равна s, то полное число фотонов в импульсе с
энергией Е
N-E/ъ,
нз которых
&Р(Щ>
X ¦'отр <x>v -> -Ру/ <а О
1 погл * JT
Рис. 17.7
фотонов поглощаются, а остальные
^погл - к Е/е
тоиов за время At, равио импульсу силы
N"
(2)
(3)
фо-
Лготр = (1 ~к) Е/е
зеркально отражаются пластинкой.
Рассмотрим часть фотонов, поглощаемых пластинкой. Изменение импульса Nni
погл' действующей на них со стороны пластинки:
'погл АРпогл = ^ПОГЛ (4)
Так как импульс каждого падающего фотона равен
Pi = е/с, (5)
612
Г-" ПОГЛг 1 К ?, ,,,
Fnorn =-------~-----= -• (6)
а поглощенного равен нулю, то нз выражения (4) получим
тЪ _ ^пото АРпото _ ^ПОГП (в Pi)_______^nornPl
погл At At At '
или в проекции на направление движения фотона (рис. 17.7) с учетом
соотношений (2) и (5)
~^ погл Р1 _ к Е
At с At
Аналогично, для отраженных фотонов:
^отр ^Ротр = ^отр
тЗа _ ^отр АРотр _ ^отр (Pi ~Рр ...
W ~ At At ' 1'
где р{ - нмпульс зеркально отраженного фотона, по величине равный
импульсу р, падающего. Проецируя (7) иа направление оси ОХ, получаем
2 АртрР, cos а 2 (1 - ?) ? cos а ...
OTP At с At ( )
Следовательно, результирующая сила действующая на луч лазера со стороны
пластинки,
F = ^ (^погл) + (^отр) _ 2 F погл FOTp cos р,
где угол Р = я - а.
С учетом выражений (6) и (8) получим
F'=~^~ ^ к1 + 4 (1 - к)2 cos2 а + 4 к (1 - к) cos2 а =-^- V Л2 + 4 (1 -
A) cos2 а. с Дг с Дг
По третьему закону Ньютона, искомая сила давления будет равна по величине
силе и направлена в противоположную сторону:
" Е к* + 4 (1 - к) cos2 а , "
/?=---------1-------------и 6 кН.
__________________с At
. ответ: кН.
с Д/
17.24. Существует проект запуска космических аппаратов с помощью
наземного лазера. Запускаемый аппарат при этом снабжается зеркалом,
полностью отражающим лазерное излучение. Какова должна быть минимальная
мощность лазера, обеспечивающего запуск по этой схеме аппарата массой т =
100 кг?
17.25. Параллельный пучок света с интенсивностью J= 0,2 Вт/см2 падает
под углом падения а = 60° на плоское зеркало с коэффициентом отражения р
= 0,9. Определить давление света на поверхность зеркала.
17.26. Луч лазера мощностью N=50 Вт падает нормально на пластинку,
которая отражает к = 50% и пропускает и = 30% энергии излучения.
Остальная энергия поглощается пластинкой. Определить силу светового
давления луча лазера на эту пластинку.
§18. Физика атома
После открытия электрона в 90-х гг. XIX в. физики стали представлять себе
атом не как нечто неделимое, а как объект, обладающий внутренней
структурой, и рассматривать электроны в качестве составного элемента этой
структуры. В это время широкое распространение получила модель
613
Рис. 18.1 Рис. 18.2
атома в виде однородной, положительно заряженной сферы, в которую, как
изюм в булочку, вкраплены отрицательно заряженные электроны (рис. 18.1).
Вскоре Дж.Дж. Томсон высказал идею, по которой эта модель должна
содержать не покоящиеся, а движущиеся электроны.
В начале XX в. Эрнест Резерфорд выполнил эксперименты, результаты которых
противоречили модели атома Томсона. В этих экспериментах пучок
положительных зарядов (а-частиц) направлялся на тонкую золотую фольгу
(рис. 18.2). Исходя из модели Томсона, следовало ожидать, что а-частицы
не будут отклоняться на большие углы, так как было известно, что
электроны гораздо легче а-частиц (более чем в 7000 раз) и последние не
должны встретить массивного скопления положительного заряда, которое
могло бы сильно отталкивать их. Однако опыт дал существенно иные
результаты. Действительно, большинство а-частиц свободно проходили через
фольгу, как если бы та представляла собой пустое пространство. Но наряду
с ними были зафиксированы а-частицы, отклонявшиеся от первоначального
направления на очень большие углы - иногда почти на 180°. По мнению
Резерфорда, такое могло происходить только в том случае, если
положительно заряженные а-частицы испытали отталкивание массивного
положительного заряда. Резерфорд предположил,
что положительный заряд не "размазан" по всему объему атома, а
сосредоточен в очень малой области пространства, т.е. атом состоит из
