Читать онлайн «Сборник задач по квантовой физике для профильных образовательных учреждений: учеб. пособие»

Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана Л. В. Жорина, Б. С. Н. Э. Баумана в качестве учебного пособия Рецензенты: д-р пед. наук, профессор В. А. Макаров, канд. физ. -мат. наук, доцент Г Н. Змиевской Жорина Л. В. Ж81 Сборник задач по квантовой физике для профильных об- разовательных учреждений : учеб. пособие / Л. В. Жорина, Б. С. Старшинов. — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014. — 44, [4] с. : ил. ISBN 978-5-7038-3981-2 В конспективной форме изложены основные законы и понятия разделов физики «Квантовые свойства излучения» и «Квантовая опти- ка». Приведены задачи и решения к ним по указанным разделам. Это поможет учащимся при подготовке к ЕГЭ, олимпиадам, практическим занятиям и лабораторным работам. Для учащихся физико-математического лицея № 1580 при МГТУ им. Н. Э. Баумана, изучающих курс физики по углубленной программе в соответствии с тематическим планом кафедры «Основы физики» (СУНЦ-2) при МГТУ им. Н. Э. Баумана. УДК 373. 53(075. 8) ББК 22. 3 © МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014 © Оформление. Издательство ISBN 978-5-7038-3981-2 МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014 2  1. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ И ПОНЯТИЯ Согласно гипотезе Планка, атомы тела излучают энергию не непрерывно, а в виде отдельных порций — квантов излучения, позднее названных фотонами. Энергия кванта Е0 пропорциональна частоте излучения волн ν: Е0 = hν. Коэффициент пропорциональ- ности между энергией и частотой называется постоянной Планка h = 6,62·10−34 Дж·с. Учитывая, что циклическая частота и частота волны связаны соотношением ω = 2πν, длина волны и период λ = сT , а частота обратна периоду ν = 1 / T , т. е. ν = c / λ = = ω / (2π ), получим Е0 = hν = hc / λ = hω / (2π ) = ω , где ν — часто- та излучения, с — скорость света,  = h / (2π ) = 1,05·10−34 Дж·с — постоянная Планка перечеркнутая. Энергия связана с массой соотношением Е = mc2. Фотон лишен массы покоя и при рождении сразу имеет скорость света, поэтому масса движущегося фотона m = hν / c 2 . Импульс фотона определяется по формуле p = mc = hν / c = h / λ . Направление импульса фотона совпадает с направлением светово- го луча. Поскольку излучение испускается порциями, энергия Е, излу- ченная телом, может принимать лишь определенные дискретные значения, кратные целому числу элементарных порций энергии Е0: Е0 = nЕ0 = nhν, где n = 0, 1, 2, … Законы внешнего фотоэффекта.