Условие задачи:
Источник мощностью в 100 Вт испускает 5·1020 фотонов за 1 с. Найти среднюю длину волны излучения.
Задача №11.1.18 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»
Дано:
(P=100) Вт, (N=5 cdot 10^{20}), (t=1) с, (lambda-?)
Решение задачи:
Мощность источника (P) – это отношение энергии всех фотонов (E) ко времени (t), поэтому справедливо записать:
[P = frac{E}{t};;;;(1)]
Очевидно, что общая энергия всех фотонов (E) равна произведению энергии одного фотона ({E_0}) на количество этих фотонов (N):
[E = N{E_0};;;;(2)]
Согласно формуле Планка, энергия фотона (E_0) пропорциональна частоте колебаний (nu) и определяется следующим образом:
[{E_0} = hnu ;;;;(3)]
В этой формуле (h) – это постоянная Планка, равная 6,62·10-34 Дж·с.
Известно, что частоту колебаний (nu) можно выразить через скорость света (c), которая равна 3·108 м/с, и длину волны (lambda) по следующей формуле:
[nu = frac{c}{lambda };;;;(4)]
Подставим сначала (4) в (3), полученное – в (2), и полученное после этого – в формулу (1), тогда получим:
[P = frac{{Nhc}}{{lambda t}}]
Из этой формулы выразим искомую среднюю длину волны излучения (lambda):
[lambda = frac{{Nhc}}{{Pt}}]
Посчитаем численный ответ задачи:
[lambda = frac{{5 cdot {{10}^{20}} cdot 6,62 cdot {{10}^{ – 34}} cdot 3 cdot {{10}^8}}}{{100 cdot 1}} = 9,93 cdot {10^{ – 7}} = 993;нм]
Ответ: 993 нм.
Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.
Смотрите также задачи:
11.1.17 При какой длине волны излучения масса фотона равна массе покоя электрона?
11.1.19 Мощность светового потока (lambda=500 нм), падающего на поверхность 1 дм2, 100 Вт
11.1.20 Рубиновый лазер излучает в импульсе 2*10^19 световых квантов с длиной волны 694 нм
как определить среднюю длину волны?
qwerty qw
Ученик
(167),
закрыт
5 лет назад
Здравствуйте. Подскажите, пожалуйста. Есть опыт Юнга с белым светом. Мне нужно посчитать радиус когерентности, а он зависит от длины волны… но белый свет – суперпозиция синего, красного, зеленого… Как определить длину волны белого света???
Galina Kothe
Профи
(521)
5 лет назад
Здравствуйте.
Я бы предложила среднеарифметическое из длин волн. Возмите синий и красный цвет и посчитайте среднюю длину волны: Лямбда синий + ((Лямбда красный – лямбда синий) : 2)
поделиться знаниями или
запомнить страничку
- Все категории
-
экономические
43,655 -
гуманитарные
33,653 -
юридические
17,917 -
школьный раздел
611,939 -
разное
16,901
Популярное на сайте:
Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.
Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.
Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.
ulorengrep
Вопрос по физике:
Источник света мощностью 100 Вт испускает 5*10^20 фотонов за 1 с. Определите среднюю длину волны излучения
Трудности с пониманием предмета? Готовишься к экзаменам, ОГЭ или ЕГЭ?
Воспользуйся формой подбора репетитора и занимайся онлайн. Пробный урок – бесплатно!
Ответы и объяснения 1
zegacki949
Энергия одного фотона = P / n
средняя длина = hc / E = hcn / P
средняя длина =
6,63*10^-34*3*10^8*5*10^20 / 100 = 0.99 мкм
Знаете ответ? Поделитесь им!
Гость ?
Как написать хороший ответ?
Как написать хороший ответ?
Чтобы добавить хороший ответ необходимо:
- Отвечать достоверно на те вопросы, на которые знаете
правильный ответ; - Писать подробно, чтобы ответ был исчерпывающий и не
побуждал на дополнительные вопросы к нему; - Писать без грамматических, орфографических и
пунктуационных ошибок.
Этого делать не стоит:
- Копировать ответы со сторонних ресурсов. Хорошо ценятся
уникальные и личные объяснения; - Отвечать не по сути: «Подумай сам(а)», «Легкотня», «Не
знаю» и так далее; - Использовать мат – это неуважительно по отношению к
пользователям; - Писать в ВЕРХНЕМ РЕГИСТРЕ.
Есть сомнения?
Не нашли подходящего ответа на вопрос или ответ отсутствует?
Воспользуйтесь поиском по сайту, чтобы найти все ответы на похожие
вопросы в разделе Физика.
Трудности с домашними заданиями? Не стесняйтесь попросить о помощи –
смело задавайте вопросы!
Физика — область естествознания: естественная наука о простейших и вместе с тем наиболее общих законах природы, о материи, её структуре и движении.
Тема: Определение длины волны светового излучения с помощью дифракционной решётки
Цель: Познакомиться на опыте с явлением многолучевой интерференции световых волн. Используя решётку с известным расстоянием между штрихами измерить длину волны светового излучения.
Оборудование:
- Штатив.
- Дифракционная решётка 100 штрихов на мм.
- Измерительная лента.
Теория
Дифракция волн – огибание волнами различных препятствий (неоднородностей).
Препятствия нарушают прямолинейность распространения фронта волны.
Дифракция волн свойственна всякому волновому движению; проявляется особенно отчетливо в случаях, когда размеры препятствий меньше длины волны или сравнимы с ней, однако проявляется всегда. Для увеличения яркости дифракционной картины нужно пропускать свет через несколько параллельных щелей. В этом случае кроме явления дифракции будет происходить ещё и явление интерференции, т.к. лучи, идущие от всех лучей, оказываются когерентными.
Когерентными называются волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную разность фаз.
Дифракционная решетка – оптический прибор, представляющий собой большое число параллельных и очень близко расположенных узких щелей, которые пропускают или отражают свет.
Дифракционные решетки с различным числом щелей на 1 мм:
Параллельный пучок света с длиной волны λ, проходя через дифракционную решётку, вследствие дифракции за решёткой, распространяется по всевозможным направлениям и интерферирует. На экране, установленном на пути интерферирующего света, можно наблюдать интерференционную картину:
Максимумы света наблюдаются в точках экрана, для которых выполняется условие максимума:
Условие максимума: на разности хода волн укладывается четное число полуволн (целое число длин волн): Δ=k·λ, (1)
где Δ=АС – разность хода волн; λ – длина световой волны; k – номер максимума.
Центральный максимум (в точке О) называют нулевым; для него Δ=0. Слева и справа от него располагаются максимумы высших порядков.
Условие возникновения максимума можно записать иначе:
d·sinφ=k·λ
где k=0; ± 1; ± 2; ± 3…
Здесь d – период дифракционной решётки в мм, φ – угол, под которым виден световой максимум k-го порядка в точке N на расстоянии а от нулевого максимума, а λ – длина волны.
Так как углы дифракции малы, то для них можно принять: sinφ ≈ tgφ, а tgφ=a/b.
Поэтому: , и искомая длина световой волны равна (2)
В данной работе формулу (2) используют для вычисления длины световой волны.
Из условия максимума следует sinφ=(k·λ)/d .
Пусть k=1, тогда sinφкр=λкр/d и sinφф=λф/d.
Известно, что λкр>λф , следовательно sinφкр>sinφф. Т.к. y= sinφф – функция возрастающая, то φкр>φф
Поэтому фиолетовый цвет в дифракционном спектре располагается ближе к центру.
Между максимумами расположены минимумы освещенности. Чем больше общее число щелей и чем ближе друг к другу они расположены, тем более широкими промежутками разделены максимумы.
Картина дифракции лазерного излучения красно цвета на решётках с различным числом щелей на 1 мм:
Ход работы
- Перенести рисунок в тетрадь.
- Подготовить таблицу для записи результатов измерений:
Порядок спектра, цвет k |
Постоянная d мм |
Расстояние от решётки до экрана, b мм |
Расстояние от нулевого максимума до максимума k-порядка а мм |
Длина волны, нм |
Средняя длина волны нм |
Относительная погрешность δ % |
1-ый, красный |
1:100=0,001 |
|||||
2-ой, красный |
1:100=0,001 |
|||||
1-ый, фиолетовый |
1:100=0,001 |
|||||
2-ой, фиолетовый |
1:100=0,001 |
- Укрепить в штативе линейку с экраном и закрепить на направляющей линейки дифракционную решётку.
- Установить расстояние от решётки до экрана 40 см (b).Результат записать в таблицу.
- Смотря через дифракционную решётку, направить прибор на источник света. Пронаблюдать спектр:
Измерить на экране расстояние а между нулевым максимумом и максимумом 1-го порядка для красного света. Результат записать в таблицу.
- Измерить на экране расстояние а между нулевым максимумом и максимумом 2-го порядка для красного света. Результат записать в таблицу.
- Повторить опыт, измерив на экране расстояние а между нулевым максимумом и максимумом 1-го и 2-го порядка для фиолетового света. Результат записать в таблицу.
- По формуле рассчитать длину волны излучения.
- Найти среднее значение длины волны светового излучения для красного λкр ср=( λкр1+λкр2)/2
и фиолетового света .λф ср=( λф1+λф2)/2
- Зная истинное значение длины волны лазерного излучения , рассчитать относительную погрешность измерений:
δ=( λкр ср – λкр табл)/λкр табл *100% и δ=( λф ср – λф табл)/λф табл *100%
Диапазон длин волн, нм
Красный 625—740 нм (λкр табл= 680 нм)
Фиолетовый 380—440 нм (λф табл = 410 нм)
- Записать вывод по результатам выполненной работы.
- Ответить письменно на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
- Какие волны называются когерентными?
- В чём заключается явление дифракции?
- Какие свойства света подтверждает дифракция света?
- При каких условиях наблюдается дифракция света?
- Как образуется дифракционный спектр?
- Почему максимумы располагаются как слева, так и справа от нулевого максимума?
- В чём разница в дифракционных картинах решёток с 50 и 300 штрихами на одном миллиметре?