Эффект Комптона. Световое давление

Тема: Эффект Комптона. Световое давление
На черную пластинку падает поток света. Если число фотонов, падающих на единицу площади поверхности в единицу времени, увеличить в 4 раза, а черную пластинку заменить зеркальной, то световое давление увеличится в _______ раз(-а).

Тема: Эффект Комптона. Световое давление
При наблюдении эффекта Комптона угол рассеяния фотона на покоившемся свободном электроне равен 90°, направление движения электрона отдачи составляет 30° с направлением падающего фотона (см. рис.).
Если импульс рассеянного фотона 2 (МэВ·с)/м, то импульс электрона отдачи (в тех же единицах) равен …

Решение: При рассеянии фотона на свободном электроне выполняются законы сохранения импульса и энергии. По закону сохранения импульса, = , где – импульс падающего фотона, – импульс рассеянного фотона, – импульс электрона отдачи.

Из векторной диаграммы импульсов следует, что (МэВ·с)/м.

Тема: Эффект Комптона. Световое давление
Фотон с энергией 100 кэВ в результате комптоновского рассеяния на электроне отклонился на угол 90°. Энергия рассеянного фотона равна _____ .
Ответ выразите в кэВ и округлите до целого числа. Учтите, что энергия покоя электрона 511 кэВ.

Решение: Изменение длины волны рентгеновского излучения при комптоновском рассеянии определяется по формуле , где – комптоновская длина волны, – угол рассеяния. Энергия фотона . Тогда формулу для изменения длины волны можно записать следующим образом: или . Здесь учтено, что , а – энергия покоя электрона. Отсюда

Тема: Эффект Комптона. Световое давление
При рассеянии фотона на свободном электроне кинетическая энергия отдачи электрона будет максимальной, если угол рассеяния в градусах равен …

Решение: При рассеянии фотона его энергия уменьшается, передается электрону, на котором произошло рассеяние (электрону отдачи). Энергия фотона связана с длиной волны: . Максимальному уменьшению энергии фотона, следовательно, максимальной энергии отдачи соответствует максимальное увеличение длины волны рассеянного фотона: , где комптоновская длина волны для электрона. Длина волны рассеянного фотона будет максимальной, если угол рассеяния .

Тема: Эффект Комптона. Световое давление
На черную пластинку падает поток света. Если число фотонов, падающих на единицу площади поверхности в единицу времени, увеличить в 4 раза, а черную пластинку заменить зеркальной, то световое давление увеличится в _______ раз(-а).

Тема: Эффект Комптона. Световое давление
Давление света на поверхность, имеющую коэффициент отражения , составило Энергетическая освещенность этой поверхности (в ) равна …

Тема: Эффект Комптона. Световое давление
Параллельный пучок света с длиной волны падает на зачерненную поверхность по нормали к ней. Если концентрация фотонов в пучке составляет то давление света на поверхность равно _____ . (Ответ выразите в мкПа и округлите до целого числа).

Тема: Эффект Комптона. Световое давление
Солнечный свет падает на зеркальную поверхность по нормали к ней. Если интенсивность солнечного излучения равна 1,37 кВт/м², то давление света на поверхность равно _____ . (Ответ выразите в мкПа и округлите до целого числа).

Решение: Давление света определяется по формуле , где энергетическая освещенность поверхности, равная энергии, падающей на единицу площади поверхности в единицу времени; скорость света; коэффициент отражения. Для зеркальной поверхности Тогда давление света

Фотон с энергией 100 кэВ в результате комптоновского рассеяния на электроне отклонился на угол 90°. Энергия рассеянного фотона равна _____ .
Ответ выразите в кэВ и округлите до целого числа. Учтите, что энергия покоя электрона 511 кэВ.

Решение: Изменение длины волны рентгеновского излучения при комптоновском рассеянии определяется по формуле , где – комптоновская длина волны, – угол рассеяния. Энергия фотона . Тогда формулу для изменения длины волны можно записать следующим образом: или . Здесь учтено, что , а – энергия покоя электрона. Отсюда

Тема: Эффект Комптона. Световое давление
При наблюдении эффекта Комптона угол рассеяния фотона на покоящемся свободном электроне равен 90°, направление движения электрона отдачи составляет 30° с направлением падающего фотона (см. рис.):

При этом фотон теряет _____% своей первоначальной энергии.
(Ответ округлите до целого числа.)

Решение: Доля теряемой фотоном энергии при рассеянии на покоящемся свободном электроне равна , где – энергия падающего и рассеянного фотона соответственно. Здесь учтено, что энергия фотона равна , где – длина волны фотона. Согласно закону сохранения импульса, = , где – импульс падающего фотона, – импульс рассеянного фотона, – импульс электрона отдачи:

Из векторной диаграммы импульсов следует, что . Импульс фотона определяется соотношением . Тогда , и искомое отношение равно

Тема: Эффект Комптона. Световое давление
Монохроматическое рентгеновское излучение с длиной волны , где комптоновская длина волны для электрона, падает на рассеивающее вещество. При этом отношение длин волн излучения, рассеянного под углами и соответственно, равно …

Решение: Изменение длины волны рентгеновского излучения при комптоновском рассеянии определяется по формуле , где – комптоновская длина волны, – угол рассеяния. Тогда

Следовательно, искомое отношение

Тема: Эффект Комптона. Световое давление
На зеркальную поверхность площадью по нормали к ней ежесекундно падает фотонов. Если при этом световое давление равно , то длина волны (в нм) падающего света равна …

Решение: Давление, производимое светом при нормальном падении, определяется по формуле: , где энергетическая освещенность поверхности, равная энергии, падающей на единицу площади поверхности в единицу времени; скорость света; коэффициент отражения. Энергетическая освещенность поверхности , где – число фотонов, падающих на поверхность площадью в единицу времени. Тогда Отсюда Здесь учтено, что для зеркальной поверхности .

Тема: Эффект Комптона. Световое давление
Лазер на рубине излучает в импульсе длительностью энергию в виде почти параллельного пучка с площадью сечения . Если коэффициент отражения поверхности 0,8, давление света на площадку, расположенную перпендикулярно пучку, равно ____ мПа.

Решение: Давление, производимое светом при нормальном падении, определяется по формуле: , где энергетическая освещенность поверхности, равная энергии, падающей на единицу площади поверхности в единицу времени; скорость света; коэффициент отражения. Энергетическая освещенность поверхности равна , где – энергия излучения в импульсе, – длительность импульса, – площадь сечения пучка. Тогда

Тема: Эффект Комптона. Световое давление
Монохроматическое рентгеновское излучение с длиной волны , где комптоновская длина волны для электрона, падает на рассеивающее вещество. При этом отношение длин волн излучения, рассеянного под углами и соответственно, равно …

Решение: Изменение длины волны рентгеновского излучения при комптоновском рассеянии определяется по формуле , где – комптоновская длина волны, – угол рассеяния. Тогда

Следовательно, искомое отношение

Тема: Эффект Комптона. Световое давление
Давление света на поверхность, имеющую коэффициент отражения , составило Энергетическая освещенность этой поверхности (в ) равна …

Решение: Применяем формулу для давления света , где энергетическая освещенность поверхности, то есть энергия, падающая на единицу площади поверхности за единицу времени; скорость света; коэффициент отражения. Отсюда энергетическая освещенность поверхности
.