Методические указания к выполнению компьютерной программы «Физика» по дисциплине «Концепции современного естествознания» санкт-петербург (стр. 4 из 5)
Масса фотона
.Фотоэффект – процесс взаимодействия света с веществом, в результате которого энергия фотонов передается электронам вещества. При внешнем фотоэффекте поглощение фотонов сопровождается вылетом электронов из поверхностного слоя тела, при внутреннем фотоэффекте – перемещением электронов внутри тела.
Законы внешнего фотоэффекта гласят следующее:
1. Величина фототока насыщения прямо пропорциональна падающему на поверхность вещества световому потоку (закон Столетова).
2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой падающего света и зависит от падающего светового потока:
(уравнение Энштейна),где
- кинетическая энергия фотоэлектронов; 
- энергия фотона; А – работа выхода электронов из поверхностного слоя вещества.Длинноволновая граница фотоэффекта – это наибольшая длина волны, при которой еще наблюдается явление фотоэффекта для данного вещества:
.Теория относительности
Теория относительности, созданная в первой половине ХХ в. А. Энштейном, представляет собой общую теорию пространства, времени и тяготения. До ее создания в науке господствовали представления о пространстве и времени классической ньютоновской механики. С появлением квантовой механики выяснилось, что представления классической физики имеют ограниченную область применения. В частности, они не применимы при больших скоростях движения тел, сравнимых со скоростью света. Опыт, осуществленный Майкельсоном, нельзя было объяснить в рамках классической физики. С точки зрения классической механики, при измерении скорости света, распространяющегося вдоль направления движения Земли (скорость Земли
), должны получаться значения, отличные от значений, получаемых при измерении в поперечном направлении. Майкельсоном пытался точными измерениями обнаружить это различие. В его опыте луч света падал под углом 45º на стеклянную пластинку и частично проходил насквозь (это направление совпадало с направлением движения Земли), частично же отражался и направлялся перпендикулярно к скорости Земли. Затем оба луча отражались и возвращались на пластинку. Частично пройдя ее, частично отразившись от нее, лучи попадали в трубу, где возникала интерференциальная картинка. Поворот прибора в его плоскости на 90º должен был вызвать изменение интерференционной картины. Результат опыта оказался отрицательным. Классическая физика не могла объяснить с единой точки зрения результаты этого опыта.А. Энштейн попытался преодолеть это затруднение, введя принцип постоянства скорости света. По Энштейну, скорость света есть наибольшая из известных скоростей. Она не может быть превышена, так как закон сложения скоростей, применяемый в классической механике, заменяется иным. Поэтому следствия из принципа постоянства скорости света отличаются (при больших скоростях, сравнимых со скоростью света) от следствий классической механики. Энштейн пришел к следующим заключениям.
Пространственные и временные соотношения не являются абсолютными, но зависят от относительного движения наблюдателя и объекта. Масштаб, лежащий в направлении движения, сокращается в отношении
, где 
-длина стержня в системе, 
-длина стержня относительно которого стержень движется со скоростью 
.Измерение промежутка времени, произведенное движущимся наблюдателем, дает иной результат, чем измерение, произведенное покоящимся наблюдателем. При земных скоростях эти различия очень малы и могут не приниматься во внимание. Так, сокращение диаметра земного шара, расположенного в направлении движения Земли, составляет всего 6,3 см.
Линейный размер тела, движущегося относительно инерциальной системе отсчета, уменьшается.
Поэтому законы классической механики и базирующейся на ней техники сохраняют свое значение, пока скорости малы по сравнению со скоростью света. Большие скорости встречаются только в астрономических наблюдениях и атомных исследованиях.
Следует различать теорию относительности, описывающую физические явления в инерциальных системах отсчета и общую теорию относительности о законах гравитационных полей.
Специальная теория относительности основывается на двух постулатах.
Первый постулат- принцип относительности: все физические явления протекают одинаково в любых инерциальных системах отсчета. Опыты, проведенные в данной системе отсчета, не дают возможность обнаружить, покоится эта система или движется.
Второй постулат- принцип постоянства скорости света: скорость света в вакууме не зависит от направления его распространения и от движения источника.
В специальной теории относительности одновременность двух событий, происходящих в различных точках пространства, относительна: события, одновременные в одной инерциальной системе отсчета, не одновременны в других инерциальных системах, движущихся относительно первой.
Принцип относительности промежутков времени гласит: время в движущихся системах замедляется.
, где 
-интервал времени в подвижной системе; 
- интервал времени относительно системы. Примеры решения задач
1. Паровоз на горизонтальном пути развивает постоянную силу тяги 25·104н. Определить силу сопротивления движению поезда массой 103m, если на участке пути в 300 м скорость возросла с 36 до 54 км/ч.
У с л о в и е: Fт = 25·104н;
m = 103m =106кг;
s = 300 м;
υ1 = 36 км/ч = 10 м/сек;
υ2 = 54 км/ч = 15 м/сек.
Fс = ?
Р е ш е н и е. Силу сопротивления движению определим по условию Fт - Fс = ma, где Fт – сила тяги. Отсюда Fс = Fт – ma. Ускорение найдем из формулы
,отсюда
.Подставим значение а в выражение для силы сопротивления, получим
(Н).2. Определить массу атома гелия.
У с л о в и е:
mНе - ?
АНе = 4 кг/моль;
No = 6,025·1026моль-1.
Р е ш е н и е. Массу одного атома можно найти по формуле
,где А – атомная масса. Для атома гелия
(кг).3. Найти массу молекулы окиси углерода (СО), если ее молярная масса равна 28 кг/моль, а плотность 1,25 кг/м3.
У с л о в и е: М = 28 кг/моль;
ρ = 1,25 кг/м3.
m - ?
No = 6,025·1026моль-1;
n = 2,7·1025м-3.
Р е ш е н и е.
I способ. Зная молярную массу М и число Авогадро No, можно определить массу молекулы по формуле
; 
(кг).II способ. Массу молекулы можно также найти по плотности и числу Лошмидта, т.е.
(кг)4. Средняя скорость и среднее число столкновений в одну секунду молекул углекислого газа при нормальных условиях соответственно равны 360 м/сек и 9,1·109сек-1. Какова средняя длина свободного пробега молекул углекислого газа?
У с л о в и е: υ = 360 м/сек;
z = 9,1·109сек-1.
λ - ?
Р е ш е н и е. Средняя длина свободного пробега молекул углекислого газа
; 
(м).