Ответьте на вопросы, страница 131 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Как получить свет различной интенсивности, но равной частоты излучения?

2. Как получить свет равной интенсивности, но разной частоты излучения?

1. Как получить свет различной интенсивности, но равной частоты излучения?

Интенсивность света, или световая мощность, приходящаяся на единицу площади, в квантовой теории определяется двумя факторами: количеством фотонов и энергией каждого фотона. Энергия одного фотона ($E_{ф}$) зависит исключительно от частоты излучения ($\nu$) и вычисляется по формуле Планка: $E_{ф} = h\nu$, где $\text{h}$ — постоянная Планка. Общая интенсивность ($\text{I}$) пропорциональна произведению числа фотонов ($\text{N}$), проходящих через единицу площади в единицу времени, на энергию одного фотона: $I \propto N \cdot h\nu$.

Чтобы частота излучения оставалась равной ($\nu = \text{const}$), энергия каждого отдельного фотона должна быть неизменной. В этом случае для изменения интенсивности света необходимо изменять только один параметр — число фотонов ($\text{N}$), излучаемых источником за единицу времени. Увеличение числа фотонов приведет к увеличению интенсивности (свет станет ярче), а уменьшение — к снижению интенсивности (свет станет тусклее), при этом цвет света (определяемый частотой) не изменится. На практике это достигается, например, регулировкой мощности монохроматического источника света (лазера) или использованием нейтральных светофильтров, которые поглощают часть фотонов, не меняя их частоту.

Ответ: Для получения света различной интенсивности при равной частоте необходимо изменять количество фотонов, испускаемых источником в единицу времени, сохраняя энергию каждого фотона постоянной.

2. Как получить свет равной интенсивности, но разной частоты излучения?

Интенсивность света ($\text{I}$) пропорциональна общему потоку энергии, который, в свою очередь, является произведением числа фотонов ($\text{N}$), проходящих через единицу площади в единицу времени, на энергию каждого фотона ($E_{ф} = h\nu$). Чтобы два световых пучка с разными частотами, например, $\nu_1$ и $\nu_2$, имели одинаковую интенсивность ($I_1 = I_2$), необходимо, чтобы их потоки энергии были равны: $N_1 \cdot h\nu_1 = N_2 \cdot h\nu_2$.

Из этого равенства следует соотношение: $N_1 \nu_1 = N_2 \nu_2$. Это означает, что число фотонов в пучке должно быть обратно пропорционально частоте излучения. То есть, для света с большей частотой (например, фиолетового) требуется меньшее количество фотонов для достижения той же интенсивности, чем для света с меньшей частотой (например, красного), поскольку каждый "фиолетовый" фотон несет больше энергии. Практически, для этого нужно взять два разных источника монохроматического света и отрегулировать их мощность так, чтобы выполнялось указанное условие.

Ответ: Для получения света равной интенсивности при разной частоте необходимо подобрать источники света таким образом, чтобы произведение числа излучаемых в единицу времени фотонов на их частоту было одинаковым для всех источников. Свет с большей частотой должен состоять из меньшего числа фотонов, и наоборот.