Задачи по физике 11 класс: фотоны

9 задач по физике для 11 класса по теме «Фотоны» — от простых к сложным, с ответами и подробными решениями. Решите задачу, введите ответ числом — сайт сразу проверит его. Если не получается, откройте решение: дано, формула, вычисление.

Задачи на фотоны

  1. Определите энергию одного фотона красного света с частотой 4,5·10¹⁴ Гц. Постоянную Планка примите равной 6,6·10⁻³⁴ Дж·с. Ответ выразите в джоулях.

    Дано: ν = 4,5·10¹⁴ Гц; h = 6,6·10⁻³⁴ Дж·с.

    Решение: Энергия фотона определяется формулой: E = hν.

    Подставим значения: E = 6,6·10⁻³⁴ · 4,5·10¹⁴ = 29,7·10⁻²⁰ = 2,97·10⁻¹⁹ Дж.

    Ответ: 2,97·10⁻¹⁹ Дж.

  2. Фотон ультрафиолетового излучения имеет частоту 1,5·10¹⁵ Гц. Определите его энергию. Постоянную Планка примите равной 6,6·10⁻³⁴ Дж·с. Ответ выразите в джоулях.

    Дано: ν = 1,5·10¹⁵ Гц; h = 6,6·10⁻³⁴ Дж·с.

    Решение: Используем формулу энергии фотона: E = hν.

    E = 6,6·10⁻³⁴ · 1,5·10¹⁵ = 9,9·10⁻¹⁹ Дж.

    Ответ: 9,9·10⁻¹⁹ Дж.

  3. Определите частоту электромагнитного излучения, если энергия одного его фотона равна 3,3·10⁻¹⁹ Дж. Постоянная Планка равна 6,6·10⁻³⁴ Дж·с. Ответ выразите в герцах.

    Дано: E = 3,3·10⁻¹⁹ Дж; h = 6,6·10⁻³⁴ Дж·с.

    Решение: Из формулы энергии фотона E = hν выразим частоту: ν = E/h.

    ν = 3,3·10⁻¹⁹ / 6,6·10⁻³⁴ = 0,5·10¹⁵ = 5·10¹⁴ Гц.

    Ответ: 5·10¹⁴ Гц.

  4. Длина волны света, излучаемого лазером, равна 600 нм. Определите энергию одного фотона этого света. Скорость света в вакууме примите равной 3·10⁸ м/с, постоянную Планка — 6,6·10⁻³⁴ Дж·с. Ответ выразите в джоулях.

    Дано: λ = 600 нм = 6·10⁻⁷ м; c = 3·10⁸ м/с; h = 6,6·10⁻³⁴ Дж·с.

    Решение: Энергия фотона определяется формулой E = hν. Частота связана с длиной волны соотношением ν = c/λ.

    Следовательно, E = hc/λ.

    E = (6,6·10⁻³⁴ · 3·10⁸) / (6·10⁻⁷) = 3,3·10⁻¹⁹ Дж.

    Ответ: 3,3·10⁻¹⁹ Дж.

  5. Лазер испускает свет с длиной волны 500 нм. За одну секунду он излучает 3·10¹⁸ фотонов. Определите мощность лазера. Скорость света в вакууме примите равной 3·10⁸ м/с, постоянную Планка — 6,6·10⁻³⁴ Дж·с. Ответ выразите в ваттах.

    Дано: λ = 500 нм = 5·10⁻⁷ м; N = 3·10¹⁸; t = 1 с; c = 3·10⁸ м/с; h = 6,6·10⁻³⁴ Дж·с.

    Решение: Энергия одного фотона: E = hc/λ.

    E = (6,6·10⁻³⁴ · 3·10⁸)/(5·10⁻⁷) = 3,96·10⁻¹⁹ Дж.

    Полная энергия излучения: A = NE = 3·10¹⁸ · 3,96·10⁻¹⁹ = 1,188 Дж.

    Мощность лазера: P = A/t = 1,188/1 = 1,188 Вт.

    Ответ: 1,188 Вт.

  6. На поверхность фотоэлемента за 2 секунды падает световой поток, содержащий 8·10¹⁸ фотонов. Энергия каждого фотона равна 4·10⁻¹⁹ Дж. Определите мощность падающего излучения. Ответ выразите в ваттах.

    Дано: N = 8·10¹⁸; t = 2 с; E = 4·10⁻¹⁹ Дж.

    Решение: Полная энергия падающего излучения равна суммарной энергии фотонов: A = NE.

    A = 8·10¹⁸ · 4·10⁻¹⁹ = 3,2 Дж.

    Мощность излучения: P = A/t.

    P = 3,2/2 = 1,6 Вт.

    Ответ: 1,6 Вт.

  7. Источник монохроматического света имеет мощность 6,6 мВт и излучает свет с длиной волны 500 нм. Сколько фотонов испускает источник за 1 секунду? Скорость света в вакууме примите равной 3·10⁸ м/с, постоянную Планка — 6,6·10⁻³⁴ Дж·с. Ответ выразите в фотонах.

    Дано: P = 6,6 мВт = 6,6·10⁻³ Вт; λ = 500 нм = 5·10⁻⁷ м; t = 1 с; h = 6,6·10⁻³⁴ Дж·с; c = 3·10⁸ м/с.

    Решение: Энергия одного фотона: E = hc/λ.

    E = (6,6·10⁻³⁴ · 3·10⁸)/(5·10⁻⁷) = 3,96·10⁻¹⁹ Дж.

    Энергия, излучённая источником за одну секунду: A = Pt = 6,6·10⁻³ · 1 = 6,6·10⁻³ Дж.

    Число фотонов: N = A/E.

    N = 6,6·10⁻³ / 3,96·10⁻¹⁹ = 1,67·10¹⁶ фотонов.

    Ответ: 1,67·10¹⁶ фотонов.

  8. Фотон имеет энергию 6,6·10⁻¹⁹ Дж. Определите импульс этого фотона. Скорость света в вакууме примите равной 3·10⁸ м/с. Ответ выразите в кг·м/с.

    Дано: E = 6,6·10⁻¹⁹ Дж; c = 3·10⁸ м/с.

    Решение: Импульс фотона связан с его энергией формулой p = E/c.

    Подставим значения: p = (6,6·10⁻¹⁹)/(3·10⁸) = 2,2·10⁻²⁷ кг·м/с.

    Ответ: 2,2·10⁻²⁷ кг·м/с.

  9. На идеально отражающую поверхность площадью 1 см² перпендикулярно падает световой поток мощностью 12 мВт. Определите давление света на поверхность. Считайте, что свет полностью отражается, а скорость света в вакууме равна 3·10⁸ м/с. Ответ выразите в паскалях.

    Дано: P = 12 мВт = 1,2·10⁻² Вт; S = 1 см² = 1·10⁻⁴ м²; c = 3·10⁸ м/с.

    Решение: При полном отражении света давление определяется формулой p = 2I/c, где I — интенсивность излучения.

    Интенсивность: I = P/S = 1,2·10⁻²/(1·10⁻⁴) = 120 Вт/м².

    Тогда давление света: p = 2·120/(3·10⁸) = 240/(3·10⁸) = 8·10⁻⁷ Па.

    Ответ: 8·10⁻⁷ Па.