William Moebs; Samuel J. Ling; Jeff Sanny

Pytania

6.1 Promieniowanie ciała doskonale czarnego

1.

Która gwiazda ma gorętszą powierzchnię – ta świecąca na żółto czy na czerwono?

2.

Opisz, co zaobserwujesz, gdy będziesz podgrzewał ciało od temperatury $\SI{1000}{\kelvin}$ do $\SI{1000000}{\kelvin}$ .

3.

Wyjaśnij zmiany koloru światła emitowanego przez ciało podczas jego podgrzewania.

4.

Jak myślisz, czemu promieniowanie UV powoduje oparzenia słoneczne, a światło widzialne nie?

5.

Ściany dwóch wnęk (takich jak na Ilustracji 6.2) zbudowane są z różnych metali. Jak będzie różniło się ich promieniowanie w tej samej temperaturze?

6.

Wytłumacz, czemu niektóre ciała wydają się czarne, inne czerwone, a jeszcze inne białe.

7.

Jeśli wszystkie ciała emitują promieniowanie elektromagnetyczne, czemu w pokojowej temperaturze nie widzimy przedmiotów w ciemnym pokoju?

8.

Jak zmieni się moc emitowana przez ciało doskonale czarne, jeśli jego temperatura (w kelwinach) wzrośnie trzykrotnie?

6.2 Efekt fotoelektryczny

9.

Czy przy tym samym źródle promieniowania monochromatycznego efekt fotoelektryczny zachodził będzie we wszystkich rodzajach metali?

10.

Jakie cechy efektu fotoelektrycznego wskazują na to, że elektron absorbuje tylko jeden foton?

11.

Wyjaśnij, w jaki sposób można wyznaczyć pracę wyjścia na podstawie wykresu wartości napięcia hamowania w funkcji częstotliwości padającego promieniowania w efekcie fotoelektrycznym. Czy z tego wykresu można także wyznaczyć wartość stałej Plancka?

12.

Jaka informację można uzyskać na podstawie wykresu natężenia fotoprądu w funkcji przyłożonej różnicy potencjałów? Czy możemy z niego wyznaczyć stałą Plancka? Czy możemy wyznaczyć pracę wyjścia z metalu?

13.

Których własności efektu fotoelektrycznego nie da się wyjaśnić w ramach fizyki klasycznej?

14.

Czy własności efektu fotoelektrycznego są konsekwencją falowej, czy raczej korpuskularnej (cząstkowej) natury promieniowania?

15.

Praca wyjścia sodu, żelaza i molibdenu wynosi odpowiednio: $\SI{2,5}{\electronvolt}$ , $\SI{3,9}{\electronvolt}$ i $\SI{4,2}{\electronvolt}$ . Który z tych metali po oświetleniu światłem będzie emitował fotoelektrony o długości fali $\SI{400}{\nano\metre}$ ?

6.3 Efekt Comptona

16.

Przedyskutuj podobieństwa i różnice między efektem fotoelektrycznym a efektem Comptona.

17.

Czy większa jest energia fotonu z zakresu ultrafioletowego czy podczerwonego?

18.

Czy zmiana natężenia monochromatycznej wiązki światła ma wpływ na pęd pojedynczych fotonów? Czy zmiana ta wpływa na wartość pędu niesionego przez wiązkę?

19.

Czy da się zaobserwować efekt Comptona dla światła widzialnego?

20.

Czy możliwe jest zaobserwowanie w efekcie Comptona rozproszonych fal o długości mniejszej niż długość fali padającej?

21.

Wykaż, że comptonowska długość fali ma odpowiedni wymiar.

22.

Pod jakim kątem przesunięcie Comptona równe jest comptonowskiej długości fali?

6.4 Model atomu wodoru Bohra

23.

Wyjaśnij, dlaczego jasne linie w widmie emisyjnym mają takie samo położenie jak ciemne linie w widmie absorpcyjnym danego pierwiastka.

24.

Jak myślisz, dlaczego serię Balmera odkryto przed seriami Lymana i Paschena?

25.

Podczas badania spektrum absorpcyjnego wodoru w temperaturze pokojowej obserwuje się linie z serii Lymana, ale nie obserwuje się linii z serii Balmera. Co możemy na tej podstawie powiedzieć o stanie energetycznym atomów wodoru w temperaturze pokojowej?

26.

Przedyskutuj podobieństwa i różnice między modelami atomu wodoru Thomsona i Bohra.

27.

Jaki eksperyment świadczy o tym, że model Thomsona nie opisuje poprawnie atomu wodoru?

28.

Czy jeśli w atomie wodoru elektron przejdzie na orbitę o większym promieniu, to jego energia się zwiększy czy zmniejszy?

29.

W jaki sposób energia jest zachowana, gdy atom przechodzi ze stanu o wyższej energii do stanu o niższej energii?

30.

Załóżmy, że elektron w atomie wodoru przechodzi z orbity ( $n+1$ ) na orbitę $n$ . Czy długość fali fotonu będzie większa dla większych, czy mniejszych wartości $n$ ?

31.

Czy atom wodoru może zaabsorbować foton o energii większej niż $\SI{13,6}{\electronvolt}$ ?

32.

Dlaczego szkło jest przezroczyste, a na przykład drewno nie?

33.

Czy oddziaływanie grawitacyjne ma istotny wpływ na poziomy energetyczne w atomie?

34.

Wykaż, że stała Plancka ma wymiar momentu pędu.

6.5 Fale de Broglie’a

35.

Jaki rodzaj promieniowania nadaje się najlepiej do obserwacji dyfrakcji na kryształach: fale radiowe, światło widzialne czy promieniowanie rentgenowskie? Uzasadnij odpowiedź.

36.

Czy do obserwowania dyfrakcji na krysztale zamiast promieniowania rentgenowskiego można byłoby użyć światła widzialnego?

37.

Elektron i proton poruszają się z tą samą prędkością. Fala de Broglie’a stowarzyszona z którą z tych cząstek ma mniejszą długość?

38.

Jak zmienia się długość fali de Broglie’a wraz ze wzrostem prędkości cząstki?

39.

Dlaczego nie obserwuje się na co dzień zjawisk związanych z falową naturą materii?

40.

Dlaczego układ doświadczalny w eksperymencie Davissona-Germera musi być umieszczony wewnątrz komory próżniowej?

6.6 Dualizm korpuskularno-falowy

41.

Podaj przykłady zjawisk, w których światło wykazuje własności falowe, i takich, w których zachowuje się jak strumień fotonów.

42.

Przedyskutuj, w jaki sposób interferencja fal na wodzie różni się od interferencji elektronów, a w czym są one podobne.

43.

Jakie argumenty świadczą o falowej naturze materii?

44.

Jakie argumenty świadczą o korpuskularnej naturze promieniowania?

45.

Wyjaśnij znaczenie eksperymentu Younga z dwiema szczelinami.

46.

Czy zasada Heisenberga dopuszcza sytuację, w której cząstka spoczywałaby w określonym miejscu w przestrzeni?

47.

Czy można zmierzyć dokładnie długość fali de Broglie’a?

48.

Wyjaśnij główne różnice w działaniu mikroskopów elektronowych SEM i TEM.