LIETUVOS FIZIKŲ DRAUGIJA ŠIAULIŲ …fotonas.su.lt/new/wp-content/uploads/2015/03/3-kurso-1...2 LIETUVOS FIZIKŲ DRAUGIJA ŠIAULIŲ UNIVERSITETO JAUNŲJŲ FIZIKŲ MOKYKLA „FOTONAS“

1

LIETUVOS FIZIKŲ DRAUGIJA

ŠIAULIŲ UNIVERSITETO

JAUNŲJŲ FIZIKŲ MOKYKLA „FOTONAS“

ŠVIESOS BANGINĖS SAVYBĖS. ATOMO SANDARA.

2

LIETUVOS FIZIKŲ DRAUGIJA

ŠIAULIŲ UNIVERSITETO

JAUNŲJŲ FIZIKŲ MOKYKLA „FOTONAS“

Genovaitė Meinorienė

ŠVIESOS BANGINĖS SAVYBĖS. ATOMO SANDARA.

III KURSO I TURO UŢDUOTYS IR METODINIAI NURODYMAI

Metodinė priemonė

2016–2017 mokslo metai

Šiauliai 2016

3

SU NAUJAISIAIS MOKSLO METAIS,

FOTONIEČIAI

Šie mokslo metai jaunųjų fizikų mokykloje Jums tretieji. Linkime ir toliau

domėtis patraukliu fizikos mokslu – kartais ţaviu, o kartais ir sunkiu. Sėkmingai

spręskite naujų turų uţdavinius.

Šiais mokslo metais per tris turus reikės išspręsti 60 uţdavinių.

Geriausi fotoniečiai bus kviečiami į „Fotono“ vasaros stovyklą.

Šifras, kurį Jūs gavote pirmame kurse, lieka tas pats.

Primename, kad mokinys, neatsiuntęs iš eilės dviejų turų sprendimų be

pateisinamos prieţasties, šalinamas iš „Fotono“ mokyklos be atskiro pranešimo.

Uţdavinių sprendimų išsiuntimo terminai:

I turas – 2016-11-11,

II turas – 2017-02-03,

III turas – 2017-04-07.

Fotono mokykloje III kurso mokiniai šiais mokslo metais mokysis virtualaus

mokymosi aplinkoje (Moodle). Jūs gausite prieigą prie Šiaulių universiteto

Nuotolinių studijų centro ir e. mokymosi aplinkos, kurioje gilinsite fizikos ţinias,

atliksite pateiktas uţduotis. Išmoksite dirbti Moodle virtualaus mokymosi aplinkoje,

galėsite dalyvauti forumuose, konsultuotis, bendrauti su kitais fotoniečiais.

Neturintiems galimybių naudotis internetu, Fotono uţdavinių sprendimus

galima bus pateikti įprastu korespondenciniu būdu (laiškais). Sąsiuvinius su

sprendimais siųskite adresu:

Fotonui

Šiaulių universitetas

Vilniaus 141

76353 Šiauliai

Prisijungimas prie virtualaus mokymosi aplinkos Moodle:

Interneto puslapis: www.fotonas.nsc.su.lt

Prisijungimo vardas: Jūsų šifras Fotono mokykloje.

Slaptaţodis: Jūsų vardas (vardas turi būti įvedamas be lietuviškų raidţių ir

maţosiomis raidėmis).

PASTABA: norintiems pasimokyti dirbti Moodle sistemoje, galite pasinaudoti

studentams skirtu darbo vadovu. Prieiga: www.su.lt → e.universitetas → nuotolinių

studijų centras → studentams → Moodle aplinkos vadovas studentams.

http://distance.su.lt/wpcontent/uploads/2014/06/L._Kaklauskas_Darbas_su_Moodle.

pdf

Tel. (8 ~ 41) 59 57 24

El. paštas [email protected] LINKIME SĖKMĖS Interneto puslapis: www.fotonas.su.lt

4

I TURAS

ŠVIESOS BANGINĖS SAVYBĖS. ATOMO SANDARA.

Metodiniai nurodymai

Šviesos dispersija

Elektromagnetinės bangos – tai erdvėje sklindantis elektromagnetinis laukas.

Elektromagnetinės bangos – tai skersinės bangos, nes elektrinis ir magnetinis laukai

svyruoja statmenai bangos sklidimo krypčiai. Tuštumoje elektromagnetinės bangos

sklinda greičiu c = 3 ·108 m/s. Terpėje jų greitis sumaţėja n kartų, n kartų sumaţėja ir

bangos ilgis.

,n

cv

v – greitis terpėje, n – terpės lūţio rodiklis.

n

v

ap

,

λv – bangos ilgis vakuume, λap – bangos ilgis aplinkoje .

Daţnis bangai pereinant iš vienos terpės į kitą išlieka tas pats.

Ţinome, kad šviesos spindulių pluoštelis, eidamas pro trikampę prizmę,

nukrypsta į prizmės pagrindo pusę. Bet jeigu tai bus baltas šviesos pluoštelis, tai

prizmė jį ne tik nukreips, bet ir suskaldys į spalvotus pluoštelius (1.1 pav.). Baltos

šviesos išskaidymas į spektrą vadiname dispersija. Dispersijos reiškinį pirmasis ištyrė

Izaokas Niutonas 1966 metais.

Dėl dispersijos balta šviesa, praeidama pro prizmę, išskaido į septynias spalvas.

Maţiausiai lūţta raudonieji spinduliai, o labiausiai – violetiniai. Tai reiškia, kad

violetinių spindulių lūţio rodiklis yra didţiausias, o raudonųjų – maţiausias. Tai taip

pat reiškia, kad raudonos šviesos greitis yra didţiausias, o violetinių – maţiausias.

Šviesos spalva priklauso nuo daţnio. Tam tikro daţnio šviesa vadinama

monochromatine.

r

v r

v

1.1 pav.

5

Šviesos interferencija

Kaip ir bet kokioms bangoms, šviesos bangoms būdingi interferencijos

reiškiniai. Vadinasi, jeigu šviesa turi bangų savybių, tai du šviesos pluoštai gali ne tik

sustiprinti, bet ir susilpninti vienas kitą. O tai reiškia, kad veikiant kartu dviem

šviesos pluoštams, gali atsirasti tamsa, arba vaizdţiai kalbant, sudėję šviesą su šviesa,

galime gauti tamsą. Bandymai šį spėjimą patvirtina. Tik šviesos interferencijos

stebėjimą apsunkina tai, kad natūralūs šviesos šaltiniai skleidţia ne koherentines

bangas. Norint stebėti bangų interferenciją (t. y. bangų sudėtį), reikia, kad šviesos

bangos būtų koherentinės (tai vienodo daţnio bangos ir fazių skirtumas laikui bėgant

yra pastovus). Koherentinę šviesą galima gauti išskaidţius šviesos spindulį (pvz.,

veidrodţiais, prizmėmis) į du spindulius. Koherentiniai šviesos šaltiniai yra vienodi

lazeriai.

Taigi, šviesos interferencijos rezultatas yra šviesos maksimumas (sustiprėjimas)

arba minimumas (susilpnėjimas) ekrane, kai bangos persikloja. Norint išsiaiškinti,

kur susidarys interferenciniai maksimumai ir minimumai, reikia nagrinėti abiejų

bangų nueitus kelius ℓ1 ir ℓ2 nuo šaltinio iki susitikimo taško. Bangų eigos skirtumą

galima išreikšti formule:

21

d

kur – ℓ1 pirmos bangos nueitas kelias, ℓ2 – antros bangos nueitas kelias.

Interferencijos maksimumai susidaro tose vietose, kur bangų eigos (kitaip

tariant, nueito kelio) skirtumas Δd lygus sveikam bangų skaičiui, arba lyginiam

pusbangių skaičiui:

kkd 2

2 čia k = 0; 1; 2; 3…

Interferencijos minimumai atsiranda ten, kur bangų eigos skirtumas Δd lygus

nelyginiam pusbangių skaičiui:

2

12

kd čia k = 0; 1; 2; 3...

Šviesos interferencija paaiškinamas balta šviesa apšviestų vabzdţių sparnų,

muilo burbulų, riebalų ar tepalų plėvelių vandens paviršiuje nuspalvinimas, nors šie

yra bespalviai. Mat dalis šviesos bangos atsispindi nuo plėvelės, dalis, perėjusi ją,

atsispindi nuo kito jos paviršiaus, o likusieji šviesos dalis visiškai pereina plėvelę.

Šviesos difrakcija. Difrakcinė gardelė.

6

Jeigu šviesa yra bangos, tai atitinkamomis sąlygomis turi įvykti ir šviesos

difrakcija. Bangų nukrypimas nuo tiesaus kelio, uţlinkimas uţ kliūties vadinamas

bangų difrakcija.

7

S

A

B

a

b

1.2 pav.

a b c

Jeigu šviesos spindulių pluoštą, einantį iš šaltinio S, praleisime pro skylę AB, tai

ekrane MN gausime šviesią dėmelę ab. Šios dėmelės skersmuo parodo, kokio pločio

šviesos pluoštas krinta į ekraną MN. Maţinant skylutę AB, maţėja ir dėmelė, t. y.

siaurėja šviesos spindulių pluoštas. Tačiau, pradedant nuo tam tikro skylutės dydţio

(maţdaug 0,1 mm ir maţiau) gaunamas atvirkščias reiškinys: toliau maţinant skylutę

ab ne maţėja, bet didėja. Be to „šviesi“ dėmė išplinta, pasidaro neryški ir netolygiai

apšviesta (1.2 pav.).

a – bandymo schema, b – taip apšviestas ekranas, kai skylutės skersmuo yra

didelis, c – taip apšviestas ekranas, kai skylutės skersmuo tūkstančius kartų maţesnis

uţ atstumą nuo ekrano.

Ypač ryškus difrakcinis vaizdas gaunamas, kai šviesa praeina pro daugybę

angelių, ir tas vaizdas tuo ryškesnis, kuo maţesnis atstumas tarp angelių. Tuo

remiantis sukurtas optinis spektrinis prietaisas – difrakcinė gardelė. Difrakcinę

gardelę sudaro daugybę siaurų plyšelių, atskirtų neskaidriais tarpeliais (1.3 pav.).

Atstumas tarp gretimų plyšelių vadinamas difrakcinės gardelės konstanta d.

Apšvietus gardelę, kiekvienas plyšelis tampa antrinių koherentinių bangų šaltiniu.

d

Nagrinėdami pro plyšius praėjusią kampu sklindančią šviesą matome, kad tarp

gretimų spindulių atsiranda eigų skirtumas .sindd Difrakcinio vaizdo

maksimumo sąlyga .kd Gauname difrakcinės gardelės maksimumų sąlygą:

1.3 pav.

8

,sin kd čia k = 0; 1; 2...

Įstatykime gardelę į rėmelį ir ţiūrėkime pro ją į skalės

apšviestą plyšį. Abipus šviesaus ruoţo matysime išsidėsčiusius

difrakcinius spektrus.

Jeigu išmatuosime atstumą ℓ nuo difrakcinės gardelės iki

skalės ir tiriamų spindulių nuokrypą h nuo centrinio balto ruoţo

(1.4 pav.), laikydami,kad

.sin tg

iš brėţinio matome

,

htg

galime uţrašyti

,kh

d

išreiškę gauname

,k

dh

Galime apskaičiuoti šviesos bangos ilgį.

Fotoefektas

Pagal kvantų teoriją medţiagos atomai ir molekulės spinduliuoja ir absorbuoja

šviesą ne nenutrūkstamu srautu, bet atskiromis visiškai apibrėţto dydţio porcijomis.

Šias atskiras šviesos porcijas mokslininkai pavadino šviesos kvantais arba fotonais.

Fotono energija E priklauso nuo šviesos daţnumo:

E = hν,

čia ν yra virpesių daţnumas šviesos bangoje, o h – Planko konstanta:

h = 6,626 · 10-34

J·s.

Ţinant, kad λ

cν (c – šviesos greitis, λ – bangos ilgis) fotono energiją galima

išreikšti:

.λ

chE

Ultravioletinių spindulių daţnis yra didesnis negu raudonųjų spindulių.

Vadinasi, ultravioletinių spindulių kvanto energija yra didţiausia.

Fotonas turi masę. Fotono masė apskaičiuojama pagal reliatyvumo teorijos

energijos formulę:

h

ℓ

1.4 pav.

9

,2c

Em

čia m – fotono masė, E – fotono energija, c – šviesos greitis.

Fotonas turi savybę – jis neegzistuoja rimties būsenoje, atsiradęs iš karto juda

šviesos greičiu.

Garsus mokslininkas Einšteinas, remdamasis fotonų sąvoka, sukūrė fotoefekto

teoriją. Pagal šią teoriją fotonas, susidūręs su metalu, išplėšia iš jo elektroną. Fotono

energija hν čia suskyla į dvi dalis: viena jų sunaudojama darbui A, kuris atliekamas,

išplėšiant elektroną iš metalo, o kita dalis elektronui suteikia kinetinę energiją 2

2mv

(m – elektrono masė, v – elektrono greitis). Tuo būdu:

2

2mvAhν

arba

2

2mvA

ch

Esant tam tikram minimaliam daţniui νmin, elektronai bus išmušami iš metalo,

tačiau jiems nebus suteikta kinetinė energija:

h νmin = A.

Šis daţnis vadinamas fotoefekto raudonąja riba.

Iš to kas pasakyta, aišku, kad elektronui iš medţiagos išplėšti reikalingas

kiekvienai medţiagai tam tikras daţnumas, jei daţnumas maţesnis, fotoefekto nėra.

Tikslūs fotoefekto tyrimai atliekami 1.5 pav. parodytu įrenginiu.

Apšviečiama monochormatine šviesa. Kaip fotosrovė priklauso nuo įtampos tarp

elektrodų, kai nevienodas šviesos srautas rodo 1.6 pav. Ir 1.7 pav. pateikti grafikai. Iš

1.5 pav.

10

jų paaiškėja, kad ir nesant įtampos tarp elektrodų, greičiausieji fotoelektronai pasiekia

teigiamąjį elektrodą. Didinant įtampą, didėja ir fotosrovės stiprumas, kol pasiekiamas

soties srovės stiprumas Is. Tuomet visi fotoelektronai pasiekia anodą. Soties srovės

stiprumas Is = en (n – per sekundę atsirandančių fotoelektronų skaičius).

Pakeitus įtampos poliaringumą, fotosrovė nutrūksta, kai tenkinama sąlyga:

.st

2

max

2eU

mv

Didėjant šviesos srautui, didėja soties srovės stiprumas, bet stabdymo Ust lieka ta

pati. Ją galima padidinti didinant virpesių daţnį.

Atomo branduolio sandara. Branduolinės jėgos.

Atomo branduolį sudaro elementariosios dalelės nukleonai, kurie skirstomi į

protonus ir neutronus. Protonų skaičius branduolyje ţymimas raide Z, neutronų

skaičius – N. Nustatyta, kad N ≥ Z. Protonų ir neutronų skaičių suma ţymima raide A

ir vadinama masės skaičiumi:

A = Z + N.

Energija, reikalinga branduoliui suskaldyti į nukleonus, vadinama branduolio

ryšio energija. Pagal energijos tvermės dėsnį tokio pat dydţio energija išsiskiria ir

protonams bei neutronams jungiantis į branduolį. Todėl branduolio rimties masė

maţesnė uţ jį sudarančių nukleonų rimties masių sumą. Šių masių skirtumas

vadinamas branduolio masės defektu:

Δm = Zmp + (A – Z)mn – mbr > 0

mp – protono masė, mn – neutrono masė.

1.6 pav.

1.7 pav.

11

Pritaikius Einšteino masės ir energijos sąryšio lygtį, galima parašyti, kad

branduolio ryšio energija proporcinga jo masės defektui:

E = c2Δm

c = 3 · 108 m/s.

Energijos pokytis vykstant branduolinei reakcijai:

,221 cMME

čia1

M ir 2

M dalelių masių suma prieš reakciją ir po jos.

Jeigu ,21

MM tai energija išsiskiria, o jei ,21

MM energija

absorbuojama.

1a.m.v masės defektą atitinka 931 MeV branduolio ryšio energijos

1a.m.v = 1,66 · 10-27

kg.

1 pavyzdys

Koks yra neono izotopo branduolio masės defektas?

ΔM

mp =1,6724·10-27

kg (protono masė)

mn =1,6748·10-27

kg (neutrono masė)

Mb =33,1888·10-27

kg (branduolio masė)

Branduolio masės defektas:

Simbolinis izotopo ţenklas rodo, kad: , .

Apskaičiuojame: .

2 pavyzdys

Baltas šviesos spindulys krinta į rutulio formos vandens lašelį taip, kaip parodyta

paveikslėlyje. Nubrėţkite raudono ir violetinio spindulio tolesnę eigą. Nekreipkite

dėmesio, kad dalis šviesos atsispindi nuo paviršiaus ribos. Ar tame lašelyje gali įvykti

visiškasis vidaus atspindys?

Braiţome spindulių eigą lašelyje:

O

12

Visiškasis vidaus atspindys įvykti negali. Jeigu taške A spindulys krito kampu α,

o lūţo βr, tai matome, kad taške B jis krinta tuo pačiu βr kampu, todėl taške B jis turi

lūţti kampu α.

3 pavyzdys

Stiklo ir deimanto plokštelių absoliutiniai lūţio rodikliai atitinkamai yra lygūs

n1 = 1,5 ir n2 = 2,42. Apskaičiuokite, koks turi būti šių plokštelių storių santykis, kad

šviesos spindulių sklidimo laikas jose būtų vienodas.

n1 = 1,5

n2 = 2,42

Ţinome, kad absoliutinis lūţio rodiklis:

(1)

(2)

Čia v1 ir v2 šviesos greitis stikle ir deimante.

Šviesos spindulys abiem atvejais vienalytėje aplinkoje sklinda pastoviu greičiu,

todėl:

(3)

čia ℓ1 ir ℓ2 yra stiklo ir deimanto plokštelių storis, t – šviesos sklidimo jose laikas.

Iš (3) ir (4) lygčių gauname

(5)

Iš (1) ir (2) lygčių gauname:

B

A

O

13

(6)

Iš (5), (6) lygčių gauname:

=

= 1,61.

4 pavyzdys

Monochromatinis lygiagrečių spindulių pluoštas statmenai krinta į difrakcinę

gardelę, kurios 1 mm įbrėţta 100 brūkšnelių. Paveiksle pavaizduotas vaizdas gautas

ekrane, esančiame uţ 4 m nuo difrakcinės gardelės. a) Apskaičiuokite difrakcinės

gardelės konstantą. b) Koks yra šviesos bangos ilgis 1, jei spektre pirmos eilės

maksimumo nuotolis nuo centrinio maksimumo lygus 22 cm? (Kampai maţi, todėl

). c) Nubrėţkite atitinkamus paveikslus gautus ekrane (apytiksliai

paţymėdami k = 1) kai 1< 2< 3< 4. Pakomentuokite kuo remiantis taip

pavaizdavote.

1

s = 1 mm =1·10-3

m

n = 100

ℓ = 4 m

h = 22 cm = 22·10-2

m

a) Apskaičiuojame difrakcinės gardelės konstantą:

b) Difrakcinės gardelės maksimumų sąlyga:

Kadangi:

, tai . (1)

k = 1 k = 1 k = 0

14

Iš brėţinio:

čia h – atstumas tarp nulinio ir pirmojo maksimumo.

(2) lygtį įrašę į (1), gauname:

Iš čia:

c) Iš (3) lygties:

d)

Matyti, kad kuo didesnis, tuo pirmasis maksimumas bus toliau nuo nulinio

maksimumo ( 4 bangos ilgis didţiausias, pirmasis maksimumas bus toliausiai nuo

nulinio).

5 pavyzdys

Difrakcinės gardelės 1 mm įrėţta 100 brūkšnių. Difrakcijos spektras stebimas

ekrane, nutolusiame 1 m nuo gardelės. Koks atstumas tarp ţalių ( = 550 nm) pirmos

eilės spektrų linijų? (Kampai maţi, todėl .)

k = 0 k = 1

k = 1 k = 1 k = 0

k = 1 k = 1 k = 0

k = 1 k = 1 k = 0

2

3

4

15

x

ℓ = 1 m

n = 100

s = 1 mm = 10-3

m

= 0,55·10-6

m

k = 1

Apskaičiuojame difrakcinės gardelės konstantą:

Braiţome brėţinį:

Difrakcinės gardelės maksimumų sąlyga:

Kadangi , tai

(1)

Iš brėţinio:

(2)

čia h – atstumas tarp nulinio ir pirmojo maksimumo.

(2) įrašę į (1), gauname:

Iš čia:

Atstumas tarp dviejų pirmos eilės maksimumų

Todėl:

k = 0

k = 1

k = 1

16

6 pavyzdys

Fotoefekto raudonoji riba 300 nm. Kokio bangos ilgio šviesa reikia apšviesti

metalą, kad išlėkusių elektronų kinetinė energija būtų lygi išlaisvinimo darbui?

Elektrono išlaisvinimo darbas: .

Kadangi

tai

(1)

Einšteino lygtis fotoefektui:

arba

Pagal sąlygą: .

Todėl:

Atsiţvelgę į (1) lygtį:

Iš čia:

λ

λmax = 300 nm = 300·10-9

m

h = 6,626 ·10-34

J·s

c = 3·108 m/s

Ek = Aiš

17

I TURO UŢDUOTYS

1. Į stiklinį pusritinį krinta baltos šviesos spindulys, kaip parodyta paveiksluose.

Nubrėţkite raudono ir violetinio spindulio kelią pusritinyje ir išėjus iš jo abiem

atvejais (kritimo taškuose išveskite statmenis).

2. Į lygiakraštę stiklinę prizmę krinta baltos šviesos spindulys. Raudonas

spindulys sklinda prizme lygiagrečiai jos pagrindui. Ţinome, kad raudonos šviesos

spinduliai stiklu sklinda 1,99·105 km/s greičiu, o violetiniai - 1,96·10

5 km/s.

1) Brėţinyje paţymėkite balto spindulio kritimo ir

raudono bei violetinio spindulio lūţio kampus.

2) Apskaičiuokite raudono spindulio lūţio kampą

praėjus sienelę AB.

3) Apskaičiuokite lūţio rodiklį raudoniems ir

violetiniams spinduliams.

4) Apskaičiuokite raudono spindulio kritimo kampą.

5) Kokiu kampu krito violetiniai spinduliai?

3. Ant stalo padėtas stiklinis indas. Indo dugno storis 3 cm. Kokiu atstumu

stebėtojui atrodo stalo paviršius, apšviestus stiklinį indą 1) raudona, 2) violetine

šviesa, jei stebėtojas ţiūri statmenai į stiklinio indo dugną. Stiklo lūţio rodiklis

raudonai šviesai nr = 1,507, violetinei nv = 1,530. (Sprendţiant uţdavinį galima

pasinaudoti apytikre formule nedideliems kampams ).

4. Natrio šviesos bangos ilgis vakuume 588 nm . Kiek bangų tilps 1 cm atstume:

1) vakuume, 2) vandenyje.

5. Viename taške susideda dviejų lazerių šviesos bangos, nuėjusios kelius, kurių

skirtumas 2 µm. 1) Sustiprės ar susilpnės tame taške šviesa, kurios bangos ilgis

760 nm? 2) Kokį interferencinį vaizdą stebėsime, jeigu lazerių šviesą pakeisime

dviejų elektros lempučių šviesa?

6. Difrakcinė gardelė viename milimetre turi 120 rėţių. Kampas tarp dviejų

pirmos eilės spektrų lygus 8°. 1) Kam lygi gardelės konstanta? 2) Apskaičiuokite į šią

gardelę krintančios bangos ilgį.

7. Į difrakcinę gardelę, kurios viename milimetre įrėţta 500 brūkšnelių, statmenai

krinta plokščioji monochromatinė banga, kurios ilgis = 5·10-5

cm. 1) Kurios

didţiausios eilės maksimumą galima matyti? 2) Kiek maksimumų iš viso matysime?

O O

A

B

C

18

8. Ţmogaus akies tinklainė reaguoja į geltoną šviesą ( = 5,8·10-7

m), kai šviesos

galia yra ne maţesnė kaip 1,7·10-18

W. Planko konstanta 6,62·10-34

J·s, šviesos greitis

vakuume 3·108 m/s. 1) Apskaičiuokite vieno geltonos šviesos fotono energiją. 2)

Kiek geltonos šviesos fotonų turi kristi į akies tinklainę per 1 s, kad sukeltų šviesos

pojūtį?

9. 100 W galios lempa per minutę išspinduliuoja 120 J šviesos energijos.

1) Koks yra tos lempos spinduliavimo naudingumo koeficientas? 2) Kokią šviesos

energiją per minutę turėtų išspinduliuoti lempa, kad jos spinduliavimo naudingumo

koeficientas būtų 100% ?

10. Tam tikrai chirurginei procedūrai atlikti 10 mW galios ir 660 nm bangos ilgio

helio-neono lazerio spindulys buvo sufokusuotas į 0,4 mm dėmelę. Lazerio blyksnio

trukmė 1,5 s. 1) Kokia blyksnio pilnutinė energija? 2) Koks galios tankis dėmelėje?

(galia į ploto vienetą). 3) Kiek fotonų buvo išspinduliuota blyksnio metu?

11. Tiriamas fotoefekto reiškinys. 1) Apšvietus katodą raudona šviesa, fotosrovė

neteka esant bet kokioms įtampos vertėms. Paaiškinkite kodėl. 2) Kiek elektronų

ţalia šviesa išlaisvina iš katodo per 2 sekundes, jei soties fotosrovės stipris 3,2 µA, o

elementarusis krūvis 1,6·10-19

C?

12. Fotoelektronus, kuriuos iš metalo paviršiaus išmuša 2·1015

Hz daţnio

spinduliai, visiškai sulaiko 7 V uţtvarinė (stabdymo) įtampa. Kai fotoefektą

sukeliančių spindulių daţnis padidėja iki 4·1015

Hz, fotoelektronus stabdyti jau reikia

15 V įtampos. 1) Apskaičiuokite Planko konstantą h. 2) Ţinodami, kad Planko

konstantos vertė 6,62·10-34

J·s, apskaičiuokite abiejų spindulių fotonų energijas E1 ir

E2.

13. Pirmoje medţiagoje fotoefektą sukelia 400 nm bangos ilgio šviesa. Elektrono

išlaisvinimo iš antros medţiagos darbas yra dvigubai didesnis negu iš pirmos

1) Kokio didţiausio bangos ilgio šviesa galėtų išplėšti elektroną iš antros medţiagos?

2) Kaip pasikeistų uţdavinio atsakymas, jeigu elektrono išlaisvinimo iš antros

medţiagos darbas būtų dvigubai maţesnis negu iš pirmos?

14. Metalo plokštelė apšviečiama šviesa, kurios dalis spektro parodyta paveiksle.

Storesnė linija reiškia, kad šviesa yra stipresnė, t.y. per tą patį laiką į apšviečiamą

paviršių krinta daugiau jos fotonų. Yra ţinoma,

kad tik dviejų iš pavaizduotų penkių linijų

šviesa sugeba išmušti iš metalo paviršiaus

elektronus. 1) Kurios tai linijos? Kodėl? 2)

Kurios iš šių dviejų linijų šviesa suteikia

išmuštiems iš metalo elektronams daugiau

kinetinės energijos? Kodėl? 3) Kuri iš šių dviejų linijų šviesa kas sekundę išmuša iš

metalo daugiau elektronų?

Bangos ilgis didėja

19

15. Fotoefekto raudonoji riba 300 nm. Kokio bangos ilgio šviesa reikia apšviesti

metalą, kad išlėkusių elektronų kinetinė energija būtų lygi išlaisvinimo darbui?

16. Neutronas sukelia branduolio dalijimąsi. Dalijantis urano branduoliui,

susidaro ir skeveldros. 1) Kiek laisvųjų neutronų atsiranda po reakcijos?

2) Ar gali vykti branduolių grandininė branduolinė reakcija?

17. 1) Kiek energijos išsiskiria skylant neutronui? 2) β skilimo metu iš brandulio

išlekia elektronas. Pakomentuokite.

18. 1) Kokį reiškinį galės stabėti kosmonautai iš Mėnulio, kai iš Ţemės matyti

Mėnulio uţtemimas? 2) Kuriuos iš šių reiškinių galima matyti Mėnulyje: meteorus,

kometas, uţtemimus, poliarines pašvaistes?

19. Mokinys fotografavo Mėnulio pilnatį fotoaparatu, kurio objekto ţidinio

nuotolis F. Pirmą kartą fotografuodamas jis aparato nesufokusavo, todėl

nufotografavo antrą kartą jau sufokusavęs. Išryškinus juostą pirmoje nuotraukoje

gautas skersmens d neryškus skritulys, antroje – skersmens d0 ryškus skritulys. Kokiu

atstumu pasislinko objektyvas fokusuojant?

20. Sraigtasparnis pradeda kilti vertikaliai aukštyn 2,5 m/s greičiu tuo metu, kai

Saulė slepiasi uţ horizonto. Ar matys pilotas Saulę po 3 minučių? Tarkime, kad

veiksmas vyksta ties pusiauju vasaros lygiadienį. Ţemės spindulys lygus 6370 km.

II ir III turų uţduotys bus išsiųstos su Jūsų I turo sprendimų įvertinimu.

20

Lietuvos fizikų draugija

Šiaulių universiteto

Jaunųjų fizikų mokykla „FOTONAS“

Genovaitė Meinorienė

III kurso I turo uţduotys ir metodiniai nurodymai

2016–2017 mokslo metai

Rinko ir maketavo Nijolė Kardelienė

______________

21