Ниже размещены условия задач и отсканированные решения. Если вам нужно решить задачу на эту тему, вы можете найти здесь похожее условие и решить свою по аналогии. Загрузка страницы может занять некоторое время в связи с большим количеством рисунков. Если Вам понадобится решение задач или онлайн помощь по физике- обращайтесь, будем рады помочь.
Физическое явление — давление света на поверхность — можно рассматривать с двух позиций — корпускулярной и волновой теорий света. Согласно корпускулярной(квантовой) теории света, фотон является частицей и имеет импульс, который при попадании фотона на поверхность полностью или частично передается поверхности. Согласно волновой теории, свет является электромагнитной волной, которая при прохождении через материал оказывает действие на заряженные частицы(сила Лоренца), чем и объясняется давление света в этой теории.
Свет длиной волны 620 нм падает нормально на зачерненную поверхность и оказывает давление 0,1 мкПа. Какое количество фотонов падает на поверхность площадью 5 см2 за время 10с?
Свет падает нормально на зеркальную поверхность и оказывает на нее давление 40 мкПа. Какова энергетическая освещенность поверхности?
Свет длиной волны 600 нм падает нормально на зеркальную поверхность и оказывает давление 4 мкПа. Какое количество фотонов попадает на поверхность площадью 1 мм2 за время 10с?
Свет с длиной волны 590 нм падает на зеркальную поверхность под углом 60 градусов. Плотность светового потока 1 кВт/м2. Определить давление света на поверхность.
Источник находится на расстоянии 10 см от поверхности. Давление света на поверхности равно 1 мПа. Найти мощность источника.
Световой поток мощностью 0,8 Вт падает нормально на зеркальную поверхность площадью 6 см2. Найти давление и силу давления света.
Световой поток мощностью 0,9 Вт падает нормально на зеркальную поверхность. Найти силу давления света на эту поверхность.
Свет падает нормально на поверхность с коэффициентом отражения 0,8. Давление света, оказываемое на эту поверхность, равно 5,4 мкПа. Какую энергию принесут падающие на поверхность площадью 1 м2 фотоны за время 1с?
Найти давление света, оказываемое на зачерненную поверхность колбы лампы накаливания изнутри. Колбу считать сферой радиуса 10см, спираль лампы принять точечным источником света мощностью 1 кВт.
Световой поток мощностью 120 Вт/м2 падает нормально на поверхность и оказывает давление 0,5 мкПа. Найти коэффициент отражения поверхности.
Световой падает нормально на идеально отражающую поверхность площади 5 см2.За время 3 мин энергия упавшего света 9 Дж. Найти давление света.
На зеркальную поверхность площадью 4,5 см2 падает свет. Энергетическая освещенность поверхности 20 Вт/см2. Какой импульс передадут фотоны поверхности за время 5с?
Свет падает нормально на зачерненную поверхность и за время 10 мин приносит энергию 20 Дж. Площадь поверхности 3 см2. Найти энергетическую освещенность поверхности и давление света.
Свет с мощностью потока 0,1 Вт/см2 падает на зеркальную поверхность под углом падения 30 градусов. Определить давление света на поверхность.
Также предлагаем вам посмотреть видеоурок по данной теме:
Давлением света
называется
давление, которое производят световые
волны, падающие на поверхность какого-либо
тела. С точки зрения квантовой оптики
давление является следствием того, что
у фотона имеется импульс рф.
При столкновении фотона с поверхностью
тела этот импульс передается частицам
вещества.
Можно
показать, что давление света на зеркальную
поверхность должно быть в два раза
больше давления на черную поверхность,
поглощающую свет.
Явление
светового давления было обнаружено
опытным путем русским физиком Петром
Лебедевым. Он установил, что давление,
оказываемое светом на единицу площади
поверхности в единицу времени, равно:
,
где
Ее
– интенсивность падающего светового
потока (облученность поверхности); с
– скорость света; ρ – коэффициент
отражения поверхности.
Концентрацию
фотонов в световом пучке определим как
;
а
полную энергию W
падающего излучения – через энергию
фотона εф
= hν:
,
или
через поток энергии Фе
и облученность поверхности Ее:
,
где
N
– число фотонов, падающих на поверхность
за время t;
ν и λ – частота и длина волны падающего
света; S
– площадь поверхности.
Задачи
1. На зачерненную
пластинку падает нормально параллельный
пучок света с длиной волны λ = 500 нм,
производя давление p
= 10 мкПа. Определить концентрацию n
фотонов в
пучке.
2.
Монохроматическое излучение с длиной
волны λ = 500 нм падает нормально на плоскую
зеркальную поверхность и давит на нее
с силой F
=
10 нН. Определить число N
фотонов, ежесекундно падающих на эту
поверхность.
3. Определить
облученность Ее
зеркальной
поверхности,
если световое давление p
при перпендикулярном падении лучей
равно 10 мкПа.
4. Определить силу
давления F,
испытываемого
зеркальной плоской поверхностью,
расположенной перпендикулярно пучку
монохроматического света
с длиной волны λ = 663 нм. Поток энергии
излучения Фе
= 0,6 Вт.
5. Давление
p
монохроматического света
с длиной волны λ = 600 нм на зачерненную
поверхность,
расположенную перпендикулярно падающим
лучам, равно 0,1 мкПа. Определить число
N
фотонов, ежесекундно падающих за время
t
=
1 c
на поверхность
площадью S
= 1 см2.
6. На
зеркальную поверхность
площадью S
= 5 см2
за время t
=
3 мин падает
нормально
монохроматический свет
с энергией W
= 9 Дж. Определить световое давление,
оказываемое на поверхность.
7. Монохроматический
свет с длиной волны λ = 500 нм
падает нормально на зачерненную
поверхность. Число N
фотонов, ежесекундно падающих на
поверхность площадью S
= 1 см2,
равно 9,05·1019.
Определить
давление, оказываемое светом на
поверхность.
8. На
зеркальную поверхность
падает нормально
монохроматический свет
с длиной волны λ = 0,55 мкм. Поток энергии
излучения Фе
= 0,45 Вт.
Определить световое давление, оказываемое
на поверхность.
9. Параллельный
пучок монохроматического света с длиной
волны λ
= 662 нм падает на зачерненную поверхность.
Концентрация n
фотонов
в пучке равна 1012
м–3.
Определить давление, оказываемое светом
на поверхность.
10. Давление p
монохроматического света на зачерненную
поверхность площадью S
= 40 см2,
расположенную перпендикулярно падающему
излучению, равно 0,15 мкПа. Число N
фотонов, ежесекундно падающих на
поверхность, равно 4,52·1017.
Определить длину волны падающего света.
Участок стены площадью
1,0 м2 освещается светом с длиной волны 3,31•10-7 м.
Ежесекундно падает и полностью поглощается 1,0•1024 квантов света.
Свет падает перпендикулярно поверхности стены. Найти давление, оказываемое
светом на стену.
Решение.
Давление света можно
рассчитать по следующей формуле.
I –
интенсивность света; ρ = 0 – коэффициент отражения.
Распишем интенсивность
света I.
N –
число падающих на стену фотонов; S
– площадь стены. Отсюда находим давление p.
Ответ: давление,
оказываемое светом на стену равно 2,0 мПа.
Источник: Пособие-репетитор для подготовки к централизованному тестированию. С.Н.Капельян, Л.А.Аксенович.
Опыт Лебедева — давление света
- Подробности
- Категория: Оптика
Максвелл на основе электромагнитной теории света предсказал, что свет должен оказывать давление на препятствия. Замерил давление света П. Н. Лебедев.
Под действием электрического поля волны электроны в телах совершают колебания. Образуется электрический ток. Этот ток направлен вдоль напряженности электрического поля (рис. 162). На упорядоченно движущиеся электроны действует сила Лоренца F со стороны магнитного ноля, направленная в сторону распространения волны. Это и есть сила светового давления.
Для доказательства справедливости теории Максвелла было важно измерить давление света. Многие ученые пытались это сделать, но безуспешно, так как световое давление очень мало. В яркий солнечный день на поверхность площадью 1 м2 действует сила, равная всего лишь 4×10-8 Н. Впервые давление света измерил русский физик Петр Николаевич Лебедев в 1900 г.
Прибор Лебедева состоял из очень легкого стерженька на тонкой стеклянной нити, по краям которого были приклеены легкие крылышки (рис. 163). Весь прибор помещался в сосуд, из которого был выкачан воздух. Свет падал на крылышки, расположенные по одну сторону от стерженька. О значении давления можно было судить но углу закручивания нити. Трудности точного измерения давления света были связаны с невозможностью выкачать из сосуда весь воздух (движение молекул воздуха, вызванное неодинаковым нагревом крылышек и стенок сосуда, приводит к возникновению дополнительных вращающих моментов). Кроме того, на закручивание нити влияет неодинаковый нагрев сторон крылышек (сторона, обращенная к источнику света, нагревается больше, чем противоположная сторона). Молекулы, отражающиеся от более нагретой стороны, передают крылышку больший импульс, чем молекулы, отражающиеся от менее нагретой стороны.
Лебедев сумел преодолеть все эти трудности, несмотря на низкий уровень тогдашней экспериментальной техники, взяв очень большой сосуд и очень тонкие крылышки. В конце концов существование светового давления на твердые тела было доказано и оно было измерено. Полученное значение совпало с предсказанным Максвеллом. Впоследствии после трех лет работы Лебедеву удалось осуществить еще более тонкий эксперимент: измерить давление света на газы.
Появление квантовой теории света позволило более просто объяснить, причину светового давлении. Фотоны подобно частицам вещества, имеющим массу покоя, обладают импульсом. При поглощении их телом они передают ему свой импульс. Согласно закону сохранения импульса импульс тела равен импульсу поглощенных фотонов. Поэтому покоящееся тело приходит в движение. Изменение импульса тела означает согласно второму закону Ньютона, что на тело действует сила.
Опыты Лебедева можно рассматривать как экспериментальное доказательство того, что фотоны обладают импульсом.
Хотя световое давление очень мало в обычных условиях, его действие тем не менее может оказаться существенным. Внутри звезд при температуре в несколько десятков миллионов кельвин давление электромагнитного излучения должно достигать громадного значения. Силы светового давления наряду с гравитационными силами играют существенную роль во внутризвездных процессах.
Давление света согласно электродинамике Максвелла возникает из-за действия силы Лоренца на электроны среды, колеблющиеся под действием электрического поля электромагнитной волны. С точки зрения квантовой теории давление появляется благодаря передаче телу импульсов фотонов при их поглощении.
Давление света можно объяснить с помощью электромагнитной теории Максвелла. Свет — это электромагнитная волна. Электрическое поле разгоняет электроны вещества. Из-за присутствия магнитного поля на движущиеся электроны действует сила Лоренца, которая направлена внутрь вещества.
В (1873) году с помощью своей теории Максвелл доказал, что давление света вычисляется по формуле:
(P=frac{2W}{c}). ((1))
Давление света можно объяснить и с точки зрения квантовой теории, то есть рассматривая свет как поток частиц с энергией (E=hnu) и импульсом (p=hnu/c). Если энергетическая освещённость поверхности (W), то можно определить число фотонов, падающих на поверхность площадью (S) за время (Delta t):
(boxed{n=frac{W}{SDelta t hnu}}). ((2))
Коэффициент отражения (R) показывает отношение количества отражённых фотонов к количеству падающих, поэтому в среднем фотон передаёт импульс:
(Delta p=p-R(-p)=(1+R)p=(1+R)frac{h}{c}.) ((3))
Используя закон изменения импульса, можно записать, что:
(F=n frac{Delta p}{Delta t}). ((4))
Если поверхность чёрная ((R=0)), то давление света выразится как:
(boxed{P_{черн}=frac{W}{SDelta t hnu} cdot frac{h}{c Delta t}=frac{W}{c}}). ((5))
Зеркало можно представить как поверхность с коэффициентом отражения (R=1). В этом случае давление света определяется как:
(boxed{P_{зерк}=frac{W}{SDelta t hnu} cdot frac{2 h}{c Delta t}=frac{W}{c} =frac{2W}{c}}). ((6))
Формула для подсчёта давления света в теории Максвелла ((1)) является частным случаем формулы ((6)) корпускулярной (квантовой) теории. Результаты, предсказанные формулами ((5)) и ((6)), с высокой точностью (погрешность (2) (%)) подтверждаются экспериментальными данными.