Физика Синяков, Тараканов ИИТ БГУИР

Нет ответов
admin
Аватар пользователя admin
Offline
Создано: 20/08/2012

готовых нет только под заказ

Синяков Г.Н.. Тараканов А Н. Задачи по физике

для самостоятельного решения Часть 2 Магнитное поле, волновая оптика, квантовая природа получения, основы физики атома. Элементы квантовой механики, физика атомного ядра

Для студентов всех специальностей ИИТ БГУИР заочной формы обучения

Минск 2014

 

Магнитное поле

  1. Определите магнитную индукцию на оси тонкого проволочного кольца радиусом
    R = 5 см, по которому течёт ток I = 10 А, в точке, расположенной на оси кольца на расстоянии
    d = 10 см от центра кольца.
  2. Прямой провод длины l = 40 см, по которому течёт ток силы I = 100 А, движется в
    однородном магнитном поле с индукцией B = 0,5 Тл . Какую работу A совершат силы, действую-
    щие на провод со стороны поля, переместив его на расстояние s = 40 см, если направление пере-
    мещения перпендикулярно линиям индукции и проводу?
  3. Тонкое заряженное кольцо равномерно вращается с частотой n = 15 с 1 относительно

оси, перпендикулярной плоскости кольца и проходящей через его центр. Масса кольца m = 10 г,
радиус R = 8 см, линейная плотность заряда т = 10 нКл / м . Определите магнитный момент

кругового тока p , создаваемый кольцом, и отношение магнитного момента к моменту импульса
кольца p / L .

  1. Два параллельных бесконечных длинных провода, по которым в одном направлении те-
    кут электрические токи силой I = 60 A, расположены на расстоянии d = 10 см друг от друга.

Определить магнитную индукцию В поля, создаваемого проводниками в точке, отстоящей от оси
одного проводника на расстояние г = 5 см, от оси другого - на r = 12 см .

5 Постоянный ток силой 12 А течёт по тонкому проводнику, который
имеет вид, показанный на рис. 1. Радиус изогнутой части проводника равен
0,30 м, прямолинейные участки проводника считать очень длинными. Опре-
делить модуль индукции магнитного поля этого тока в точке О.                                                                                                                                                                             ■

  1. Два бесконечно длинных параллельных проводника, по которым те-                                                            р^с ^ "

кут токи в одном направлении и одинаковой силы I = 1A, находятся на рас­стоянии R = 10 см друг от друга. Какую работу, отнесённую к единице длины проводников, надо совершить, чтобы раздвинуть проводники на расстояние AR = 4 см ? Определить, какими силами совершается работа: внешними или силами электромагнитного поля?

 

 

 

  1. Электрон, ускоренный разностью потенциалов U = 2 кВ, влетает в однородное магнит­ное поле, направление которого перпендикулярно направлению его движения. Индукция магнит­ного поля B = 1,2 мТл. Найти радиус окружности R, по которой движется электрон, период об­ращения Т и момент импульса L электрона.
  2. а -частица прошла ускоряющую разность потенциалов U = 104 B и влетела в скрещен­ные под прямым углом электрическое (E = 10 кВ/м) и магнитное (В = 0,1 Тл) поля. Найти отно­шение заряда альфа-частицы к её массе q / m (Кл/кг), если двигаясь перпендикулярно обоим по­лям, частица не испытывает отклонений от прямолинейной траектории.
  3. Рамка сопротивлением R = 1 Ом помещена в магнитное поле, индукция которого меня­ется по закону B = B sin ot, где о = 2л / T, BQ = 0,01 Тл , T = 0,02 с . Площадь рамки

S = 25 см2. Найти зависимость от времени t: а) магнитного потока Ф, пронизывающего рамку; б)

э.д.с. индукции s, возникающей в рамке; в)силы тока I, текущего по рамке. Определить значение этих величин в момент времени t = 0,02 с . Найти максимальные значения каждой величины.

  1. В соленоиде сечением S = 5 см2 создан магнитный поток Ф = 20 мкВб . Определить объёмную плотность w энергии магнитного поля соленоида. Сердечник отсутствует. Магнитное поле во всём объёме соленоида считать однородным.
  2. Тонкий провод в виде кольца массы m = 5 г свободно подвешен на неупругой нити в однородном магнитном поле. По кольцу течёт ток силы I = 6 А. Период малых крутильных коле­баний относительно вертикальной оси равен T = 2,2 с. Найти индукцию B магнитного поля.
  3. Электромагнитная волна с частотой с частотой v = 5 Мгц переходит из немагнитной среды с диэлектрической проницаемостью s = 2 в вакуум. Определите приращение длины волны АЛ .
  4. Какова должна быть напряжённость однородного электрического поля Е, чтобы оно обладало такой же плотностью энергии, что и однородное магнитное поле с индукцией B = 0,5 Тл ?

Волновая оптика

  1. Расстояние между двумя когерентными источниками, излучаемых свет длиной волны Л = 600 нм, равно d = 1 мм, а расстояние от источников до экрана - l = 3 м . Определить 1) по­ложение 1-ой светлой полосы, 2) положение 4-ой тёмной полосы, 3) расстояние между вторыми светлыми полосами, 4) ширину светлой полосы Ах.
  2. Точечный источник света (Л = 0,5 мкм) расположен на расстоянии a = 1 м перед диафрагмой с круглым отверстием диаметром d = 2 мм. Определить расстояние b от диафрагмы до точки наблюдения, если отверстие открывает три зоны Френеля.
  3. На клин с показателем преломления n = 1,45 нормально падает монохроматический свет длиной волны Л = 460 нм . Определить угол а (в радианах) между поверхностями клина, ес­ли расстояние между двумя соседними минимумами в отражённом свете равно l = 1,8 мм.
  4. Плосковыпуклая линза радиусом кривизны R = 0,5 м лежит выпуклой стороной на стеклянной пластинке. На линзу нормально падает монохроматический свет длины волны Л = 500 нм. Определить радиус г 10-го светлого кольца Ньютона и радиус г 2-го тёмного кольца.
  5. Монохроматический свет длины волны Л = 450 нм падает перпендикулярно на узкую щель шириной a = 0,1 мм . Дифракционная картина наблюдается на экране, расположенном на расстоянии l = 2 м от щели. Определить расстояние b между дифракционными максимумами 5-го порядка, расположенными симметрично по обе стороны центрального дифракционного максиму­ма. На сколько миллиметров изменится это расстояние (АЬ, мм), если ширина щели увеличится на 40%?
  6. Монохроматический свет с длиной волны Л = 620 нм нормально падает на дифракци­онную решётку. Угол дифракции для максимума 4-го порядка равен 30°. Минимальная разность длин волн, разрешаемая решёткой, составляет 5Л = 0,2 нм . Определить: 1)постоянную решётки
 

 

d, 2) общее число главных максимумов М, которые можно наблюдать в спектре, 3) разрешающую способность решётки R, 4) длину решётки l.

  1. На поляризатор падает естественный свет. Угол между главными плоскостями поляри­затора и анализатора составляет а = 20° . Анализатор поворачивают на угол Аа = 35° . Опреде­лить отношение интенсивностей света, прошедшего через систему до поворота и после поворота анализатора I / I .
  2. При отражении от алмазной пластинки естественный свет оказался максимально поля­ризованным при угле падения а = 67,4° .Определите отношение скорости света в алмазе к скоро­сти света в вакууме V / с .

Квантовая природа излучения

  1. При нагревании абсолютно чёрного тела длина волны, на которую приходится макси­мум спектральной плотности энергетической светимости, сместилась с Л = 3,4 мкм до

Л = 1,7 мкм . Во сколько раз при этом увеличилась максимальная спектральная плотность энерге­тической светимости?

  1. Длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетиче­ской светимости абсолютно чёрного тела, равна Л = 600 нм, а мощность излучения составляет

P = 10 кВт . Найдите площадь излучающей поверхности тела S (см2).

  1. Монохроматический свет с длиной волны Л = 500 нм падает вертикально на зачер­нённую поверхность площадью S = 0,5 см2. За время t = 1 с на поверхность падает N = 2 • 1017 фотонов. Определить давление светаp на эту поверхность. Ответ дать в микропаскалях.
  2. На медный шарик падает монохроматический свет с длиной волны Л = 0,165 мкм . Ка­кой заряд q (нКл) накопится на шарике при его длительном облучении, если работа выхода элек­трона из меди равна A = 4,5 эВ . Радиус шарика R = 3 см .
  3. Фотоэффект наблюдается при облучении металла светом с длиной волны Л = 245 нм . Какое задерживающее напряжение U (В) надо приложить к металлу, чтобы максимальная ско­рость вырванных электронов уменьшилась в 2 раза? Работа выхода электрона из этого металла равна A = 2,4 эВ .
  4. Фотон с длиной волны Л = 2 пм испытал комптоновское рассеяние под углом 90° на первоначально покоившемся свободном электроне. Определите: 1) изменение длины волны при рассеянии, 2) энергию электрона отдачи (кЭв), 3) импульс электрона отдачи.
  5. Определите длину волны фотона, импульс которого равен импульсу электрона, про­шедшего разность потенциалов 9,8 В.

Основы физики атома, элементы квантовой механики, физика атомного ядра

  1. Электрон в атоме водорода перешёл с уровня m = 4 на уровень n = 2 . Определите:
  1. радиус n-ой орбиты г (пм);
  2. скорость электрона, находящегося на n-ой орбите V (Мм/с);
  3. орбитальный магнитный момент электрона рт (A • м2), движущегося по n-ой орбите;
  4. длину волны А (нм), излучённую атомом при переходе с уровня m на уровень n;
  5. энергию излучения E ( в электрон-вольтах).
  1. Определить максимальную энергию s фотона серии Бальмера в спектре излучения атомарного водорода.
  2. 1) Определите длину волны де Бройля для электрона в атоме водорода, находящемся на 3-ей боровской орбите; 2) какую ускоряющую разность потенциалов U должен пройти свободный электрон, чтобы длина волны де-Бройля для него была такой же, как рассчитанная в пункте 1).
  3. Электрон находится в бесконечно глубокой одномерной потенциальной яме шириной l = 1,0 нм в возбуждённом состоянии. Определите:
  1. минимальное значение энергии электрона;
 

 

  1. вероятность нахождения электрона в интервале 0 < x < — второго энергетического уров­ня.
  1. Электронный пучок ускоряется в электронно-лучевой трубке разностью потенциалов U = 1,2 кВ . Определите неопределённость координаты электрона Ax (нм), если известно, что неопределённость скорости составляет 0,13% от её числового значения.
  2. Электрон движется в положительном направлении оси Х и встречает на своём пути прямоугольный потенциальный барьер шириной l = 1,0 нм. Определите в электрон-вольтах раз­ность энергий (U — E) , при которой вероятность прохождения электроном этого барьера состав­ляет Р = 0,50.
  3. Определить разность первого и второго энергетических уровней (в эВ) для электрона, находящегося в потенциальной яме длиной l = 0,1 м и длиной l = 0,5 • 10—10 м (радиус первой боровской орбиты).
  4. Определить наименьшую длину волны рентгеновского излучения, если рентгеновская трубка работает при напряжении 150 кВ.
  5. Определите порядковый номер элемента, если граничная частота К-серии характери­стического рентгеновского излучения составляет v = 5,55 • 1018 Гц.
  6. Пользуясь таблицей Менделеева и правилами смещения, определите в какой элемент

превращается 92 U после трёх а - и двух р - распадов.

  1. Определите, во сколько раз начальное количество ядер радиоактивного изотопа уменьшится за 3 года, если за один год оно уменьшилось в 4 раза.
  2. Активность некоторого радиоактивного изотопа в начальный момент времени состав­ляла 100 Бк. Определить активность этого изотопа по истечении промежутка времени, равного половине периода полураспада.