Практическое занятие по физике

Практическое занятие № 1.

Тема: Тепловое излучение. Закон Стефана-Больцмана. Закон Вина.

Цель занятия: Ознакомиться с основными законами теплового излучения.

Время, отведённое на проведение занятия 2 часа.

Порядок проведения занятия:

повторить теоретический материал;

решить типовые задачи;

решить самостоятельно предложенные задачи.

Основные теоретические положения.

Определения:

1) Энергетическая (интегральная) светимость , где - мощность, излучаемая с поверхности площадью S.

2) Излучательная способность (спектральная плотность энергетической светимости) или .

l - длина волны,

w - частота (круговая частота)

Законы: 1) Стефана – Больцмана

, где s = 5,7×10-8

2) I закон Вина , где b = 2,9×10-3 м×К.

3) II закон Вина  где с¢=1,3×10-5

lmax – длина волны, на которую приходится максимум излучения,

rmax – максимальное значение r.

4) Гипотеза Планка: энергия излучается и поглощается порциями.

e = hn

5) Формула Планка

где ; e = 2,7;   Дж/К.

Типовые задачи

1) Вычислить lmax для человека (t = 37°С), электрической лампочки (t » 2500°C), Солнца (t = 5600°C) ядерного взрыва (t » 2×107°C).

;

2) Вычислить мощность теплового излучения Солнца (считая, что   м, T » 6000 К, коэффициент черноты = 1).

Þ

3) Оценить  для человека

Задачи для самостоятельного решения.

1) Вычислить суточные потери энергии для человека, считая, что площадь его тела S = 2м2, а температура окружающей среды

1) -20°С.

2) +20°С.

Сравнить с энергией, получаемой с продуктами питания.

2) Оценить энергию кванта, соответствующего lmax для человека.

3) Установить связь между и

;

4) Вывести из формулы Планка формулы Релея – Джинса и Вина.

Если l велико (формула Р-Д), то

Если l мало (формула В), то

5) Вывести из формулы Планка законы Вина

Используем условие экстремальности

Þ

обозначая , получаем

Полагая , имеем x » 5, т.е

Þ lmax и rmax

6) Вывести из формулы Планка законы Релея – Джинса.

R = . Используем справочный интеграл

Дополнительные задачи

В.С Волькенштейн “Сборник задач по общему курсу физики” (18.5; 18.6; 18.9; 18.12; 18.15; 18.20).

Теоретические вопросы (для проверки усвоения)

1. Какова природа теплового излучения?

2. Чем интересно тепловое излучение?

3. Как формулируются законы Стефана – Больцмана и Вина?

4. Сформулируйте гипотезу Планка.

5. В чем сущность инфракрасной и ультрафиолетовой катастроф?

6. Выглядит график r(l)?

7. Какое тело при равной температуре светит ярче черное или белое?

8. Как формулируется закон Кирхгофа?

9. Что является примером черного тела?

Литература:

Трофимова Т.И., Курс физики. М.: Высшая школа, 2002 – 367-374 с.

Тема: Специальная теория относительности. Цель занятия: Вывести преобразования Лоренца, рассмотреть законы релятивистской динамики и их следствия.

Тема: Законы фотоэффекта. Эффект Комптона. Цель занятия: Изучить законы квантовой теории излучения.

Тема: Теория атома водорода по Бору. Цель занятия: Рассчитать характеристики траектории электрона в водородном атоме.

Тема: Волновые свойства микрочастиц. Гипотеза де Бройля. Цель занятия: Ознакомиться с волновыми свойствами микрочастиц и правилами расчёта длины волны де Брой.

Лабораторная работа по физике