Bài tập chương 1

1.1 Hỏi nhiệt độ của lò nung bằng bao nhiêu nếu biết mỗi giây lò phát ra một năng lượng bằng 8,28 calo qua một lỗ nhỏ có kích thước bằng 6,1cm2. Xem lò nung là một vật đen tuyệt đối.

1.2 Tìm công suất bức xạ của một lò nung, cho biết nhiệt độ của lò bằng t = 7270C, diện tích của cửa lò bằng 250cm2. Xem lò là vật đen tuyệt đối.

1.3 Vật đen tuyệt đối có dạng một quả cầu đường kính d = 10cm ở nhiệt độ T không đổi. Tìm nhiệt độ T, cho biết công suất bức xạ nhiệt đã cho bằng 12kcalo/phút.

1.4 Nhiệt độ của sợi dây tóc vonfram của bóng đèn điện luôn biến đổi vì được đốt nóng bằng dòng điện xoay chiều. Hiệu số giữa nhiệt độ cao nhất và thấp nhất bằng 800C, nhiệt độ trung bình bằng 2300K. Hỏi công suất bức xạ nhiệt biến đổi bao nhiêu lần, xem dây tóc bóng đèn là vật đen tuyệt đối.

1.5 Nhiệt độ của vật đen tuyệt đối tăng từ 1000 K đến 3000 K. Hỏi: (a) Năng suất phát xạ nhiệt toàn phần của nó tăng bao nhiêu lần? (b) Bước sóng ứng với năng suất phát xạ cực đại thay đổi bao nhiêu lần?

1.6 Một vật đen tuyệt đối ở nhiệt độ T1= 2900 K. Do vật bị nguội đi nên bước sóng ứng với năng suất phát xạ cực đại thay đổi ∆λ= 9μm. Hỏi vật lạnh đến nhiệt độ bằng bao nhiêu?

1.7 Nhiệt độ trên bề mặt lớp da của bạn gần bằng 350C. Tính bước sóng ứng với năng suất bức xạ cực đại phát ra từ lớp da của bạn?

1.8 Tính năng lượng photon theo đơn vị eV ứng với các tần số: (a) 5.1014Hz, (b) 10GHz, (c) 30MHz.

1.9 Một đài radio FM có công suất 100kW và hoạt động với tần số 94MHz. Hỏi có bao nhiêu photon phát ra mỗi giây từ đài này?

1.10 Công suất bức xạ nhiệt của Mặt Trời là 3,74.1026W. Giả sử bức xạ phát ra từ Mặt Trời có bước sóng 500nm. Hãy tìm số photon phát ra từ Mặt Trời trong mỗi giây?

1.11 Tìm giới hạn quang điện đối với các kim loại có công thoát 2,4eV, 2,3eV, 2eV.1.12Giới hạn quang điện của kim loại dùng làm catốt của tế bào quang điện λ0= 0,5μm. Tìm:

(a) Công thoát của electron khỏi tấm kim loại đó. (b) Vận tốc ban đầu cực đại của các quang electron khi catôt được chiếu bằng ánh sáng

đơn sắc bước sóng λ= 0,25μm.1.13 Chiếu một bức xạ điện từ đơn sắc bước sóng λ= 0,41μm lên một kim loại dùng làm

catôt của tế bào quang điện thì có hiện tượng quang điện xảy ra. Nếu dùng một hiệu điện thế hãm 0,76V thì các quang electron bắn ra đều bị giữ lại.Tìm: (a) Công thoát của electron đối với kim loại đó. (b) Vận tốc ban đầu cực đại của các quang electron khi bắn ra khỏi catôt.

1.14 Công thoát của kim loại dùng làm catod của tế bào quang điện W0 = 2,48eV. Tìm: (a) Giới hạn quan điện của tấm kim loại đó. (b) Vận tốc ban đầu cực đại của các quang electron khi catod được chiếu bằng ánh sáng đơn

sắc bước sóng λ= 0,36μm. (c) Hiệu điện thế hãm để không có một electron nào đến được anod.

1.15 Khi chiếu một chùm ánh sáng có bước sóng λ= 0,234μm vào một kim loại dùng làm catod của tế bào quang điện thì có hiện tượng quang điện xảy ra. Biết tần số giới hạn của catod ν0= 6.1014Hz. Tìm:

(a) Công thoát của electron đối với kim loại đó.

(b) Hiệu điện thế hãm để không có một electron nào đến được anod.

1.16 Tìm năng lượng và động lượng của photon ứng với bước sóng λ= 0,6μm.

1.17 Tìm năng lượng và động lượng của photon ứng với bước sóng λ= 10-12m.

1.18 Photon có năng lượng 250keV bay đến va chạm với một electron đứng yên và tán xạ Compton theo góc 1200. Xác định năng lượng của photon sau tán xạ?

1.19 Photon ban đầu có năng lượng 0,8MeV tán xạ trên một electron tự do và thành photon ứng với bức xạ có bước sóng bằng bước sóng Compton. Tính:

(a) Góc tán xạ. (b) Năng lượng của photon tán xạ.

1.20 Tính năng lượng và động lượng của photon tán xạ khi photon tới có bước sóng λ= 5.10 -12m đến va chạm vào electron tự do và tán xạ theo góc 600 và 900.

1.21 Trong hiện tượng tán xạ Compton, bức xạ tia X có bước sóng λ đến tán xạ trên electron tự do. Tìm bước sóng đó, cho biết động năng cực đại của electron bắn ra bằng 0,19MeV.

1.22 Tìm động lượng của electron khi có photon bước sóng λ= 0,05A0 đến va chạm và tán xạ theo góc θ = 900. Giả sử lúc đầu electron đứng yên.

1.23 Một vật bức xạ nhiệt được xem là vật đen tuyệt đối, phát ra các bức xạ điện từ có bước sóng λ. Nếu nhiệt độ của vật là 300oC thì vật phát xạ mạnh bước sóng nào? Cho hằng số Wien b = 2,9.10–

3mK.

1.24 Khi nhiệt độ của vật đen tuyệt đối tăng lên hai lần thì bước sóng ứng với cực đại của năng suất phát xạ của vật đó sẽ tăng hay giảm bao nhiêu lần?

1.25 Công suất bức xạ của vật đen tuyệt đối thay đổi như thế nào, nếu bước sóng ứng với năng suất phát xạ cực đại của nó giảm hai lần?

1.26 Ánh sáng có bước sóng 600nm trong chân không thì tần số của nó là bao nhiêu?

1.27 Một photon có tần số 4.108 MHz thì có bước sóng trong chân không bằng bao nhiêu?

1.28 Photon có bước sóng λ= 0,4µm thì có khối lượng bao nhiêu?

1.29 Bề mặt của một vật đen tuyệt đối bức xạ một công suất P = 105kW. Bước sóng ứng với cực đại của năng suất phát là λmax = 0,6 µm. Cho biết: σ = 5,67.10–8W/m2K4; b = 2,9.10–3mK. Tính diện tích bề mặt của vật đó.

1.30 Chiếu một chùm sáng đơn sắc λ= 0,3µm vuông góc vào một diện tích 4cm2. Tính cường độ của chùm sáng tới, biết số photon đập vào diện tích đó trong mỗi giây là 9,04.1013hạt.

1.31 Một vật bức xạ nhiệt coi là vật đen tuyệt đối, phát ra các bức xạ điện từ có bước sóng λ. Nếu nhiệt độ của vật là 300oC thì vật phát xạ mạnh bước sóng nào? Cho hằng số Wien b = 2,9.10–3mK.

1.32 Năng lượng nhỏ nhất của phôton kích thích để hiện tượng quang điện xảy ra đối với một kim loại là 1,9eV. Tính giới hạn quang điện của kim lọai đó?

1.33 Ánh sáng có bước sóng λ= 0,55.10–6 m chiếu vào bề mặt một kim loại gây nên hiệu ứng quang điện. Electron bắn ra có động năng cực đại bằng 0,26 eV. Hãy xác định công thoát của vật liệu đó. Cho biết: h = 6,625.10–34 J.s ; c = 3.108m/s; 1 eV = 1,6.10–19 J.

1.34 Công suất bức xạ của một vật đen tuyệt đối bằng 105 kW. Tìm diện tích bề mặt bức xạ của vật đó nếu bước sóng ứng với năng suất phát xạ cực đại của nó bằng 0,7µm. Cho hằng số Wien: b = 2,9.10–3

mK.

1.35 Bề mặt kim loại nóng chảy có diện tích 10cm2, mỗi phút bức xạ một năng lượng 6.104J. Tính nhiệt độ của kim loại nóng chảy đó, xem nó là vật đen tuyệt đối. Cho hằng số Stefan – Boltzmann là σ = 5,7.10–8 W/m2K4.

1.36 Một lò luyện kim có cửa sổ quan sát rộng 4cm x 6cm, phát xạ với công suất 10kW. Xác định nhiệt độ của lò, biết rằng năng suất phát xạ toàn phần của lò chỉ bằng 60% năng suất phát xạ tòan phần của vật đen tuyệt đối ở cùng nhiệt độ đó. Cho hằng số Stefan – Boltzmann: σ = 5,7.10–8W/m2K4.

1.37 Một lò luyện kim hoạt động ở chế độ ổn định khi nhiệt độ của lò là 2500K. Ở nhiệt độ này lò phát ra mạnh nhất bước sóng nào? Cho hằng số Wien: b = 2,9.10–3mK.

1.38 Một lò nung có nhiệt độ nung 10000K cửa sổ quan sát có diện tích 250cm2. Xác định công suất bức xạ của cửa sổ đó nếu coi lò là vật đen tuyệt đối. Cho hằng số: σ = 5,7.10–8 (W/m2K4).

1.39 Giới hạn đỏ trong hiện tượng quang điện đối với xêri là 0,653µm. Xác định năng lượng nhỏ nhất của photon kích thích để hiện tượng quang điện xảy ra.

1.40 Một tế bào quang điện làm bằng kim loại có giới hạn quang điện là λ0= 0,578 µm. Chiếu vào tế bào quang điện ánh sáng có bước sóng bằng λ0 . Tính công thoát electron của kim loại đó.

1.41 Nhiệt độ của sợi dây tóc trong bóng đèn đang phát sáng là 25000K. Tỉ số giữa năng suất phát xạ toàn phần của dây tóc trong bóng đèn so với vật đen tuyệt đối ở cùng nhiệt độ đó bằng 0,3. Tìm diện tích bề mặt bức xạ của sợi tóc bóng đèn. Biết công suất tiêu thụ điện của bóng đèn là 25W và xem điện năng chuyển hóa hoàn toàn thành năng lượng của bức xạ điện từ. Cho σ = 5,67.10 –

8W/m2K4.

1.42 Một tế bào quang điện làm bằng kim loại có giới hạn quang điện là λ 0=0,578µm. Chiếu vào tế bào quang điện ánh sáng có bước sóng bằng λ0 . Tính công thoát của electron trên bề mặt kim loại trên và vận tốc của electron quang điện khi đến anod biết hiệu điện thế giữa anod và catod là 4,5V.

1.43 Trong hiện tượng tán xạ Compton, độ biến đổi bước sóng của photon trước và sau khi tán xạ sẽ lớn nhất khi góc tán xạ của photon bằng bao nhiêu?