Физика

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Санкт-Петербургский государственный университет Аэрокосмического приборостроения В.К. Прилипко, Е.В. Хонинева
ФИЗИКА
Учебно-методическое пособие
Санкт-Петербург 2006

Стоимость решения одной задачи по физике *** руб.
Стоимость одной готовой задачи в электронном виде уточняйте при заказе
Готовы следующие варианты: 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9

Вариант 01

Задача 1
Плоский конденсатор с пластинами, имеющими форму дисков диаметром 20 см, заряжен током, как показано на рис. Плотность тока смещения одинакова во всех точках между пластинами конденсатора и равняется 20 А/м2. 1. Чему равняется индукция магнитного поля между обкладками конденсатора на расстоянии 5 см от его оси? 2. Чему равняется dE/dt в этом месте?
Задача 2
Точечный предмет расположен на расстоянии 10 см от плоского зеркала. Глаз наблюдателя (диаметр зрачка 5 мм) на расстоянии 20 см. Полагая, что глаз и предмет расположены на одной линии, перпендикулярной к поверхности зеркала, определить площадь зеркала, в пределах которой наблюдается отражение предмета 92,2 мм2.
Задача 3
Методом векторных диаграмм найти сумму трех однонаправленных колебаний.
Задача 4
Точечный источник света с длиной волны 0,55 мкм расположен на расстоянии 2 м от круглого отверстия в непрозрачном экране. Диаметр отверстия 2 мм. Найти расстояние от отверстия до точки наблюдения, для которой число зон Френеля в отверстии равняется пяти.
Задача 5
Какая мощность излучается нихромовой проволокой длиной 1 м, диаметром 1,5 мм при температуре 800 С, если коэффициент черноты нихрома равен 0,92?
Задача 6
Линиям рентгеновского спектра золота соответствуют фотоны с длиной волны 0,00185 нм. Если считать, что эта энергия возникает в результате перехода атома с уровня энергии 13,7 эВ на другой ниже расположенный уровень, то какова энергия этого уровня?
Задача 7
Атомы натрия ускоряются разностью потенциалов 300 В. 1. Какой импульс приобретают они? 2. Какова их длина волны де Бройля?
Задача 8
Найти относительное число электронов, энергия которых отличается от энергии Ферми не более, чем на одну сотую долю Ef, если температура металла равняется ОК.
Задача 9
Для объяснения ядерных сил японский физик Юкава предположил существование частицы с отличной от нуля массой покоя - мезона. Найти соотношение между радиусом действия ядерных сил и массой мезона, воспользовавшись принципом неопределенности, и оценить массу мезона.

Вариант 03

Задача 1
Конденсатор состоит из двух плоских круглых пластин площадью А = 0,1 м2, присоединенных к источнику напряжения Е = Е0sinwt, где Е0 = 200 В, а w = 100 рад/с. Максимальное значение тока смещения 8,9*10(-6) А. Пренебрегая краевыми эффектами, найти: а) максимальное значение тока; б) максимальное значение dOE/dt, где Фе - поток вектора Е через область между пластинами; в) расстояние между пластинами; г) максимальное значение индукции В магнитного поля между пластинами конденсатора на расстоянии 0,1 м от центра.
Задача 2
Тонкая плоская полупрозрачная пластина расположена на расстоянии б от рассеивающего сферического зеркала. Точечный источник света S расположен на расстоянии а от пластины так, что его изображение, полученное от пластины, совпадает с изображением в зеркале. Найти расстояние от источника до платины, полагая, что б = 7,5 см и фокусное расстояние зеркала -30 см.
Задача 4
Плоская волна (590 нм) падает на щель шириной 0,4 мм. Собирающая линза помещается за щелью и фокусирует прошедший свет на экран. Каким будет расстояние между центральным максимумом и вторым минимумом.
Задача 5
Вывести закон Стефана - Больцмана из формулы Планка, основывая свой вывод на том, что ...
Задача 6
Для основного состояния атома водорода по теории Бора рассчитать: а) квантовое число; б) радиус орбиты; в) момент количества движения; г) импульс; д) кинетическую; е) потенциальную и ж) полную энергию
Задача 7
Электрон и фотон имеют длину волны 0,2 нм. Чему равны их импульсы и энергии?
Задача 8
Найти число свободных электронов, приходящихся на один атом натрия при Т = ОК, если Е = 3,07 эВ. Плотность натрия считать известной.
Задача 9
Считая радиус атомного ядра ..., определить плотность ядерного вещества, выраженную в числе нуклонов в 1 м3 или в кг/м3. Рассчитать массу 1 см3 вещества, состоящего из одних ядер.
Задача 10
Определить собственную длину стержня, если в лабораторной системе отсчета его длина составляет 1,5 м; скорость в 2 раза меньше скорости света в вакууме, а угол между стержнем и направлением движения 30.

Вариант 04

Задача 1
Предположим, что установлена радиосвязь с гипотетическими инопланетянами, населяющими гипотетическую планету, обращающуюся вокруг ближайшей к Земле звезды а-Центавра, которая находится от нее на расстоянии 4,2 световых лет. Как долго ждать ответа на послание с Земли?
Задача 2
В кювету на слой четыреххлористого углерода (показатель преломления 1,46), толщиной 4 см налит слой воды (показатель преломления 1,33). На какой глубине наблюдатель увидит дно кюветы? Наблюдение ведется перпендикулярно поверхности жидкости.
Задача 3
На рис. S1 и S2 - два точечных когерентных источника излучения с длиной волны 1 м. Разность фаз колебаний источников равняется нулю. Расстояние d между источниками 4 м. Найти: а) положения 1-, 2- и 3-го максимумов сигнала детектора движущегося вдоль оси ох; б) равняется или нет нулю интенсивность сигнала в первом минимуме?
Задача 4
Плоская волна (590 нм) падает на щель шириной 0,4 мм. Собирающая линза помещается за щелью и фокусирует прошедший свет на экран. Каким будет расстояние между центральным максимумом и вторым минимумом?
Задача 5
Длина волны, на которой спектральная плотность излучательности тела, нагретого до температуры Т, максимальна в соответствии с законом смещения Вина, где постоянная b = 2,898*10(-3) мК. Доказать, что указанный закон является следствием формулы Планка.
Задача 6
Атом водорода возбужден из состояния с n = 1 в состояние с n = 4. 1. Рассчитать и изобразить на диаграмме уровней энергии возможные значение энергий фотонов, которые могут быть испущены атомом при переходе обратно в состояние с n = 1. 2. рассчитать скорость отдачи атома водорода, считая, что он исходно покоился при переходе из состояния с n = 4 в состояние с n = 1 в одном квантовом скачке.
Задача 7
Построить график зависимости длины волны де Бройля от кинетической энергии: а) электронов; б) протонов. Ограничьтесь областью значений энергии, в которой справедлива классическая механика. Удобным критерием может служить то обстоятельство, что максимальная кинетическая энергия частиц не должна превышать 5 % от их энергии покоя m0c2.
Задача 8
До какой температуры надо было бы нагреть классический электронный газ ,чтобы средняя энергия его электронов оказалась равной средней энергии свободных электронов в меди при Т = ОК? Считать, что на каждый атом меди приходится один свободный электрон.
Задача 9
Найти наименьшую энергию у-кванта, необходимую для осуществления следующей реакции:
Задача 10
Во сколько раз больше станет время жизни нестабильной частицы, регистрируемое по часам неподвижного наблюдателя, если она начнет движение со скоростью, всего на 10% меньшей скорости света?

Вариант 05

Задача 1
Электромагнитная волна с частотой 10 МГц переходит из среды с диэлектрической проницаемостью 3 в вакуум. На сколько изменится (увеличится или уменьшится) длина волны?
Задача 2
Узкий пучок света падает на стеклянную сферу перпендикулярно к ее поверхности. Определить положение изображения как функцию ее радиуса и показателя преломления.(n<2).
Задача 3
Тонкая пленка ацетона(показатель преломления 1,25) налита на поверхность толстой стеклянной пластины(показатель преломления 1,5). Плоские световые волны падают на ее поверхность. Наблюдение за отраженным светом обнаруживает интерференционное ослабление света с длиной волны 600 нм и усиление света с длиной волны 700 нм. Какова толщина пленки ацетона?
Задача 4
Определить относительные интенсивности побочных максимумов в опыте по дифракции света на щели.
Задача 5
В полости, стенки которой находятся при температуре 4000К сделано отверстие диаметром 5 мм. 1. С какой скоростью энергия видимого излучения (диапазон длин волн 0,4-0,7 мкм) выходит из отверстия? 2. Какую долю всего теплового излучения она составляет? Решить задачу аналитически и графически.
Задача 6
Пользуясь теорией Бора, рассчитать энергию, необходимую для удаления электрона из основного состояния однократно ионизированного атома гелия.
Задача 7
Максимальная разрешающая способность микроскопа определяется длиной волны излучения, т.е. наименьший размер различаемых деталей изображения равняется длине волны регистрируемого излучения. Предположим, что мы вознамерились посмотреть "вовнутрь" атома. Размеры атома порядка 0,1 нм. 1. Если использовать для наблюдения электронный микроскоп, то какую энергию(в электрон-вольтах) должны иметь электроны? 2. Если использовать оптический микроскоп, то какую. энергию должны иметь фотоны?
Задача 8
Ширина запрещенной зоны чистого полупроводника 1 эВ. Вычислить вероятность заполнения электроном уровня вблизи дна зоны проводимости при температурах 0 и 290К соответственно. Показать и обосновать, будет ли увеличиваться эта вероятность при указанных температурах, если на полупроводник действует электромагнитное излучение с длиной волны: а) 1,0 мкм; б) 2,0 мкм.
Задача 9
Какую долю полной энергии, освобождаемой при распаде радона, уносит а-частица?
Задача 10
Какую скорость имеет частица, совершающая релятивистское движение, если известно, что ее импульс в 3 раза превышает классический импульс?

Вариант 06

Задача 1
Плоская электромагнитная волна описывается уравнением E = Emycos(wt - kx), где амплитуда волны Emy = 100 В/м, волновой вектор k = 0,5 м(-1).
Задача 2
Линза изготовлена из стекла с показателем преломления 1,5. Одна сторона линзы - плоская, а другая - собирающая с радиусом кривизны 20 см. 1.Найти фокусное расстояние линзы. 2. Если объект расположен на расстоянии 40 см слева от линзы, где будет располагаться его изображение?
Задача 3
Свет с длиной волны 630 нм падает нормально на прозрачную тонкую пленку с показателем преломления 1,5, имеющую форму клина. На длине клина укладывается 10 светлых и 9 темных интерференционных полос. На сколько изменяется толщина клина в указанной области?
Задача 4
Какой будет угловая полуширина дифрагированного пучка, если ширина щели равна: а) одной; б) пяти; в) десяти длинам волн?
Задача 5
Допустим, что атомы газа, имеющие размер 10(-8) см, облучаются световым потоком мощностью 10(-5) Вт от точечного источника, расположенного на расстоянии 5 м. Энергия связи внешних электронов 2 эВ. Какова должна быть продолжительность облучения для вырывания электрона из атома(т.е. для фотоэффекта)?
Задача 6
Применить теорию Бора к позитронию - атому, состоящему из двух частиц с массой, равной массе электрона, и заряженных положительным и отрицательным зарядами электрона. Эти частицы обращаются вокруг их центра масс, который расположен посередине расстояния между ними. 1. Какое соотношения имеет место между их спектром и спектром атома водорода? 2. Чему равен радиус орбиты для основного состояния позитрония? (Подсказка: рассматривайте проблему исходя из основных принципов, потому что у "атома" нет ядра, обе частицы вращаются вокруг точки, лежащей посередине между ними.)
Задача 7
Кристаллический спектрометр нейтронов используется кристалл бериллия с межплоскостным расстоянием 0,7323*10(-10) м. Каким будет брэгговский угол дифракции первого порядка для нейтронов с кинетической энергией 4 эВ?
Задача 8
Пусть уровень Ферми полупроводника находится на 0,3 эВ ниже дна зоны проводимости. 1. Какова вероятность того, что при комнатной температуре энергетические уровни, расположенные на расстоянии 3 кТ выше зоны проводимости, заняты электронами? 2. Какова вероятность того, что энергетический уровень у потолка валентной зоны содержит "дырки", если ширина запрещенной зоны 1,1 эВ?
Задача 9
При аннигиляции медленно движущихся электрона и позитрона образуются два у-кванта. 1. Под каким углом друг к другу они разлетаются? 2. Какова частота возникающего излучения?
Задача 10
Найти относительную скорость движения физического тела, при которой релятивистское сокращение его линейных размеров составит 10%.

Вариант 07

Задача 1
Электромагнитная волна занимает пространство между двумя параллельными бесконечными плоскостями АВ и АВ. Изображенный участок электромагнитного поля движется со скоростью света с в направлении, перпендикулярном плоскости АВ. Напряженность электрического поля волны Е. Применяя закон электромагнитной индукции к прямоугольному контуру, определить индукцию магнитного поля волны.
Задача 2
объект расположен в центре кривизны симметричной собирающей линзы. 1. Какими будут знаки радиусов кривизны обеих преломляющих поверхностей? 2. Определить положение изображения как функцию радиуса кривизны и показателя преломления стекла. 3. Каким будет изображение: мнимым или действительным? 4. Построить ход лучей в линзе.
Задача 3
Протяженный источник света с длиной волны 680 нм освещает нормально две стеклянные пластины длиной 12 см, касающиеся друг друга на одном конце и разделенные на другом конце проволочкой диаметром 0,048 мм. Сколько светлых интерференционных полос будет наблюдаться на расстоянии 12 см?
Задача 4
Расстояние между фарами приближающегося автомобиля 140 см. На каком максимальном удалении глаз различит их? Предположить, что диаметр зрачка 5 мм, а длина волны излучения 550 нм. Также предположить, что разрешение определяется только дифракцией.
Задача 5
Солнечное излучение падает на Землю со скоростью 2 кал/см2*с. Сколько фотонов падает на единицу поверхности в единицу времени, если длина волны излучения 550 нм?
Задача 6
Допустим, что атом может быть создан из электрона и нейтрона, связанный силами гравитационного притяжения. Рассчитать радиус этого атома в основном состоянии, используя модель Бора, в которой кулоновская сила притяжения заменена на силу гравитационного притяжения.
Задача 7
Найти расстояние между самыми низкими уровнями энергии атомов аргона, помещенных в ящик со стороной 20 см. Сравнить полученный результат с тепловой энергией указанных атомов при температуре 300К? При какой температуре расстояние между уровнями энергии атомов аргона равняется их тепловой энергии?
Задача 8
Определить максимальную скорость электронов при Т = ОК, если энергия Ферми данного металла равна 4,5 эВ.
Задача 9
Определить массу изотопа, если изменение массы при образовании его ядра составляет 0,2058*10(-27) кг.
Задача 10
Определить, на сколько процентов полная энергия релятивистской частицы больше ее энергии покоя, если скорость частицы составляет 3/4 от скорости света в вакууме.

Вариант 08

Задача 1
Плоская электромагнитная волна имеет амплитуду электрического вектора Em = 10(-4) В/м. Найти амплитуду магнитного поля и интенсивность волны.
Задача 2
Светящийся объект и экран располагаются на расстоянии друг от друга. 1. Показать, что собирающая линза с фокусным расстоянием образует два действительных изображения в двух положениях линзы, отстоящих друг от друга на расстоянии.
Задача 3
Воздушный промежуток между линзой и плоской пластиной заполнили некоторой жидкостью. При этом диаметр десятого кольца в установке по наблюдению колец Ньютона изменяется от 1,4 до 1,27 см. найти показатель преломления жидкости.
Задача 4
Орбита спутника-шпиона пролетает на высоте 200 км над поверхностью Земли. Объектив телескопа имеет фокусное расстояние 2,4 м, что позволяет разрешать объекты на Земле, размеры которых превосходят 0,366 м (т. е. легко обнаруживать автомобиль.) Определить эффективный диаметр линзы объектива. Длина волны регистрируемого света 550 нм.
Задача 5
Каковы: а) частота; б) длина волны; в) импульс фотонов, энергия которых равняется энергии покоя электрона?
Задача 6
Двухатомная молекула газа состоит из двух одинаковых атомов массой m каждый, расстояние между которыми неизменно и равно d, как показано на рис. Считая, что момент импульса квантуется, как в теории атома Бора, определить: а) возможные угловые скорости; б) возможные значения вращательных энергий молекулы. Показать это на диаграмме уровней.
Задача 7
Найти приближенно возможную наименьшую энергию электрона, заключенного в атомное ядро размером 1,4*10(-14) м? Сравнить полученный результат с несколькими МэВ энергии связи протона с нейтроном в атомном ядре и сделать выводы о том, насколько возможным является нахождение электрона в ядре.
Задача 8
Пусть уровень Ферми полупроводника находится на 03 эВ ниже дна зоны проводимости. 1. Какова вероятность того, что при комнатной температуре энергетические уровни, расположенные на расстоянии 3 кТ выше зоны проводимости, заняты электронами? 2. Какова вероятность того, что энергетический уровень у потолка валентной зоны содержит "дырки", если ширина запрещенной зоны 1,1 эВ?
Задача 9
При исследовании деревянных остатков древнего корабля было установлено, что активность радиоактивного изотопа углерода со времени постройки судна уменьшилась на 29,3%. Оценить возраст древнего корабля. Период полураспада составляет 5700 лет.
Задача 10
Определить релятивистский импульс и кинетическую энергию частицы, если ее скорость составляет 3/4 от скорости света в вакууме.

Вариант 09

Задача 1
Две синусоидальные волны с одной поляризацией накладываются друг на друга. 1. Чему равна амплитуда напряженности электрического поля результирующей волны? 2. Чему равна фаза этой волны?
Задача 2
Уравнение тонкой линзы в форме называется уравнением Гаусса. Получить другую форму этого уравнения - форму Ньютона, где х - расстояние от объекта до первого фокуса линзы, а х - расстояние от второго фокуса до изображения.
Задача 3
В интерферометре Майкельсона одно из зеркал переместилось на 0,233 мм. При этом было насчитано прохождение 792 колец. Какова длина световой волны?
Задача 4
Дифракционная решетка состоит из щелей шириной по 300 нм с расстоянием между ними 900 нм. Решетка освещается плоской монохроматической волной с длиной волны 600 нм. Угол падения равен нулю. 1. Сколько будет наблюдаться дифракционных максимумов? 2. Какова угловая ширина линий спектра, если решетка имеет 1000 щелей? (Угловая ширина определяется как угол между двумя соседними дифракционными минимумами).
Задача 5
Фотоны падают на поверхность натрия, имеющего работу выхода 2,2 эВ. Фототок прекращается при задерживающем напряжении 5 В. Какова длина волны фотонов?
Задача 6
Для электрона, обращающегося по круговой орбите с частотой, классическая теория предсказывает, что он должен излучать энергию не только на этой частоте, но и на кратных частотах. Показать, что этот результат следует из теории Бора в предельном случае больших квантовых чисел.
Задача 7
Частица заключена между твердыми стенками, расстояние между которыми. Какова вероятность обнаружить частицу на расстоянии от одной из стенок: а) для n = 1; б) для n = 2; в) для n = 3; г) в классической физике?
Задача 8
В чистом германии ширина запрещенной зоны 0,72 эВ. На сколько надо повысить температуру по сравнению с 300К, чтобы число электронов проводимости увеличилось в 2 раза?
Задача 9
В 1907 году М. Складовская-Кюри подарила парижскому радиевому институту 1 г радия. Сколько радия останется к 2007 году от подаренного количества? Период полураспада радия 1600 лет.
Задача 10
Какое расстояние пролетел мезон в некоторой системе отсчета, если его время жизни в ней составило величину 4,4 мкс, в 2 раза большую его собственной времени жизни?