Laskuharjoitus 3
Transcription
Laskuharjoitus 3
with the photoelectric effect for each of these metals. c. Sketch a general plot of KEmax vs. frequency of light for the photoelectric effect. The plot should indicate fc. 3.17 The Sun generates an average 3.74 × 1026 W of power. Assume the wavelength of the Sun’s radiation is 500 nm. a. Estimate how many photons the Sun emits every second. FYS-1350 Nanofysiikka TTY b. Estimate the temperature of the Sun. / Syksy 2014 −8 c. If 4.45 × 10 % of the Sun’s photons reach Earth, estimate the average intenLaskuharjoitus 3 sity of this radiation on the Earth’s surface in W/m2 (radius of the Earth: 6.37 × 106 m). 3.18 Electrons Tehtävä 1 (Exercise 3.17).can behave like which two dissimilar things? 3.19 Inanthe double-slit experiment is the the detector measuring? The Sun generates average 3.74 × 1026 Wwith of bullets, power.what Assume wavelength of the Sun’s What does the detector measure in the water wave experiment? radiation is 500 nm. 3.20 In the electron double-slit experiment, what is the detector measuring? Is this a) Estimate how many photons the Sun emits every second. similar to the bullet or water wave experiment? Does the probability curve b) Estimate the temperature of the Sun. resemble the curve in the bullet or the wave experiment? -8 c) If 4.453.21 × 10What % wave of the Sun’s photons reach Earth, estimate the average intensity of this phenomenon explains the shape 2of the probability curve for elecradiation ontrons theinEarth’s surfaceexperiment? in units of W/m (radius of the Earth: 6.37 × 106 m). the double-slit 3.22 According to the Heisenberg Uncertainty Principle, the more precisely you Tehtävä 2 (Exercise 3.16). know the position of an electron, the less precisely the _________________is The metals listed in Table 3.1 are illuminated with light having a wavelength of 180 nm. known. 3.23 Ifthe an maximum experimenterkinetic is able to measure of anemitted atom’s electron to a metals due a) Determine energy ofthe thelocation electrons by these precision ofeffect. 0.06 nm, what is the uncertainty in the velocity of the electron? to the photoelectric (Mass of an electron: 9.11 × 10−31 kg.) b) Determine the maximum wavelength of light to achieve electron emission with the 3.24 Consider football Standing along the sideline are 100 people, one photoelectric effectafor each field. of these metals. person at each 1-yard hash mark. The first person weighs 30 kg, the next 31 kg, c) Sketch a general plot of KEmax vs. frequency of light for the photoelectric effect. The and so on up to 130 kg. The people can only move in straight lines toward plot should indicate fc. TABLE 3.1 Photoelectric Effect Data for Various Metals Metal Cesium Sodium Copper Zinc Silver Lead Iron Work Function (eV) 1.90 2.46 4.70 4.31 4.73 4.14 4.50 Tehtävä 3. a) Kalium-kiteen pintaa säteilytetään valolla, jonka aallonpituus on 350 nm. Pinnasta vapautuvien (valosähköisten) elektronien maksimienergia on 1.6 eV. Mikä on kaliumin työfunktio? b) Alumiinisen pinnan valosähköisten elektronien maksimienergia on 2.3 eV, kun säteilyttävän valon aallonpituus on 200 nm, ja 0.90 eV kun aallonpituus on 313 nm. Näitä tietoja käyttäen mikä on Planckin vakio ja alumiinin työfunktio? Tehtävä 4. Luennoilla tuotiin itsestään selvänä asiana esille, että potentiaalikaivossa olevan seisovan aallon (aaltofunktion) ratkaisu on muotoa y(x) = A sin(n π x/L), kun yksiulotteinen seisova aalto on kaivossa, jossa siihen kohdistuva potentiaali on nolla, kun 0 < x < L, ja ääretön muulloin (täällä x on aallon koordinaatti ko. yksiulotteisessa suunnassa, n on kvantisointi (n = 1, 2, 3, …) ja L on kaivon leveys). Johda (pelkkä osoitus ei riitä), että kirjassa ja luennoilla esitetty ratkaisu funktiolle y(x) on todella oikea. Vihje: huomioi reunaehdot (kun x = 0, x = L), käytä hyväksi aikariippumatonta Schrödingerin yhtälöä, joka on toisen asteen differentiaaliyhtälö muotoa d2/dx2 y(x) + k2 y(x) = 0, ja huomaa yritteen olevan muotoa sin- ja cos-funktioiden summa.