Как найти среднюю длину волны излучения

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)

Обучайтесь и развивайтесь всесторонне вместе с нами, делитесь знаниями и накопленным опытом, расширяйте границы знаний и ваших умений.

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

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

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

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:

  1. Штатив.
  2. Дифракционная решётка 100 штрихов на мм.
  3. 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 решеткаоптический 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:

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:

Дифракционный спектр

Максимумы света наблюдаются в точках экрана, для которых выполняется условие максимума:

Дифракция на дифракционной решетке   

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.

Дифракция на дифракционной решетке

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: Дифракция на дифракционной решетке , и искомая длина световой волны равна Дифракция на дифракционной решетке (2)

В данной работе формулу (2) используют для вычисления длины световой волны.

Из условия максимума следует sinφ=(k·λ)/d .

   Пусть k=1, тогда sinφкркр/d и sinφфф/d.

   Известно, что λкрф следовательно sinφкр>sinφфТ.к. y= sinφф – функция возрастающая, то φкрф

   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:

Картина дифракции лазерного излучения красно цвета на решётках с различным числом щелей на 1 мм

Ход работы

  1. Перенести рисунок в тетрадь.

Дифракция на дифракционной решетке 

  1. Подготовить таблицу для записи результатов измерений:

Порядок спектра,

цвет

k

Постоянная 
решётки,

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
измерения

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

     
  1. Укрепить в штативе линейку с экраном и закрепить на направляющей линейки дифракционную решётку.
  2. Установить расстояние от решётки до экрана 40 см (b).Результат записать в таблицу.
  3. Смотря через дифракционную решётку, направить прибор на источник света. Пронаблюдать спектр:

Дифракционный спектр

Измерить на экране расстояние а между нулевым максимумом и максимумом 1-го  порядка для красного света.  Результат записать в таблицу.

  1. Измерить на экране расстояние а между нулевым максимумом и максимумом 2-го порядка для красного света. Результат записать в таблицу.
  2. 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.
  3. По формуле  Дифракция на дифракционной решетке рассчитать длину волны излучения.
  4. Найти среднее значение длины волны светового излучения для красного λкр ср=( λкр1+λкр2)/2
     и фиолетового света   .λф ср=( λф1+λф2)/2 
  1. 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)

  1. Записать вывод по результатам выполненной работы.
  2. Ответить письменно на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

  1. Какие волны называются когерентными?
  2. В чём заключается явление дифракции?
  3. Какие свойства света подтверждает дифракция света?
  4. При каких условиях наблюдается дифракция света?
  5. Как образуется дифракционный спектр?
  6. Почему максимумы располагаются как слева, так и справа от нулевого максимума?
  7. В чём разница в дифракционных картинах решёток с 50 и 300 штрихами на одном миллиметре?

Добавить комментарий