Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов выбитых с поверхности металла

Обновлено: 19.05.2024

Тип 26 № 10086

Поток фотонов выбивает из металла электроны. Энергия фотона равна 2 эВ. Если длину волны падающего излучения уменьшить в 2,5 раза, то максимальная скорость фотоэлектронов, вылетающих из этого металла, увеличится в 2 раза. Определите работу выхода электронов из металла. Ответ выразите в электрон-вольтах.

Запишем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта в двух случаях

Уменьшение длины волны падающего излучения в 2,5 раза, приведет к увеличению энергии падающего излучения в 2,5 раза:

Увеличение максимальной скорости фотоэлектронов соответствует увеличению их кинетической энергии в 4 раза

Домножив верхнее уравнение в системе на 4 и вычтем из него нижнее уравнение

Задания Д21 № 9542

Работа выхода электрона для некоторого металла равна 2,5 эВ. Пластинка из этого металла облучается светом с частотой 8·10 14 Гц. Установите соответствие между физическими величинами и их численными значениями, выраженными в СИ. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

А) красная граница фотоэффекта λ_кр

Б) максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

«Красная граница» фотоэффекта — это максимальная длина волны при которой ещё происходит фотоэффект и она зависит от работы выхода, не зависит от энергии налетающих фотонов.

Энергия налетающих фотонов передаётся электронам и расходуется на преодоление электронами работы выхода из металла и увеличение кинетической энергии электронов

Аналоги к заданию № 9510: 9542 Все

Задания Д32 C3 № 7203

В вакууме находятся два кальциевых электрода, к которым подключён конденсатор ёмкостью 4000 пФ. При длительном освещении катода светом фототок между электродами, возникший вначале, прекращается, а на конденсаторе появляется заряд 5,5 · 10 −9 Кл. «Красная граница» фотоэффекта для кальция λ₀ = 450 нм. Определите частоту световой волны, освещающей катод. Ёмкостью системы электродов пренебречь.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: hν = A_вых + E_к, где Е_к — максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов,

Фототок прекращается, когда E_к = eU, где U — напряжение между электродами, или напряжение на конденсаторе.

Заряд конденсатора q = CU.

В результате получаем:

Тип 26 № 29746

Длина волны ультрафиолетового излучения, падающего на катод равна 400 нм. Запирающее напряжение 0,9 В. Найдите длину волны, соответствующей красной границе фотоэффекта.

Применим уравнение Эйнштейна для фотоэффекта где энергия фотона работа выхода электронов с поверхности металла максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов Объединяя формулы, найдем длину волны, соответствующую красной границе фотоэффекта

Задания Д32 C3 № 5318

Электроны, вылетевшие в положительном направлении оси ОХ под действием света с катода фотоэлемента, попадают в электрическое и магнитное поля (см. рисунок). Какой должна быть напряжённость электрического поля E, чтобы самые быстрые электроны отклонялись в положительном направлении оси OY? Работа выхода для вещества катода 2,39 эВ, частота света Гц, индукция магнитного поля Тл.

На электрон со стороны магнитного поля действует сила Лоренца Направление её определяется правилом левой руки. В данном случае сила Лоренца оказывается направленной в положительном направлении оси OY.

Со стороны электрического поля на электрон действует сила Поскольку электрон заряжен отрицательно, сила направлена против направления напряженности электрического поля, то есть в отрицательном направлении оси ОY.

Таким образом, чтобы в момент попадания самых быстрых электронов в область полей действующая на них сила была направлена в положительном направлении оси OY, должно выполняться условие:

Из уравнения Эйнштейна, для максимальной кинетической энергии фотоэлектронов имеем:

Следовательно, напряжённость электрического поля должна подчиняться условию

А берется всегда модуль заряда электрона в силе Лоренца и электрической силе?

Знак заряда учтён при определении направления силы.

Задания Д32 C3 № 3055

Фотокатод облучают светом с длиной волны 300 нм. Красная граница фотоэффекта фотокатода 450 нм. Вычислите запирающее напряжение U между анодом и катодом.

По уравнению Эйнштейна для фотоэффекта

Зная "красную" границу фотоэффекта, можем найти работу выхода для данного металла

Учитывая, что максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов равна работе электрического поля, тормозящей эти электроны,

В результате получаем значение задерживающего напряжения

Задания Д32 C3 № 4968

Электроны, вылетевшие в положительном направлении оси ОХ под действием света с катода фотоэлемента, попадают в электрическое и магнитное поля (см. рисунок). Какой должна быть работа выхода A с поверхности фотокатода, чтобы в момент попадания самых быстрых электронов в область полей действующая на них сила была направлена вдоль оси OY в положительном направлении? Частота света Гц, напряжённость электрического поля В/м, индукция магнитного поля Тл.

На электрон со стороны магнитного поля действует сила Лоренца величиной Направление ее определяется правилом левой руки. В данном случае сила Лоренца оказывается направленной в положительном направлении оси Oy.

Таким образом, чтобы в момент попадания самых быстрых электронов в область полей действующая на них сила была направлена вдоль оси Oy в положительном направлении, должно выполняться условие:

Следовательно, работа выхода должна подчиняться условию

Источник: ЕГЭ по физике 06.06.2013. Основная волна. Урал. Вариант 1., ЕГЭ по физике 06.06.2013. Основная волна. Урал. Вариант 4.

Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов выбитых с поверхности металла

Задания Д21 № 9510

Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, вылетающих из металлической пластинки при её освещении монохроматическим светом, равна 0,8 эВ. Красная граница фотоэффекта для этого металла 495 нм. Установите соответствие между физическими величинами и их численными значениями, выраженными в СИ. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

А) работа выхода металла

Б) энергия фотона в световом потоке, падающем на пластинку

Тип 26 № 16867

Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, вылетающих из металлической пластинки под действием света, равна 2 эВ. Длина волны падающего монохроматического света составляет длины волны, соответствующей «красной границе» фотоэффекта для этого металла. Какова работа выхода электронов? Ответ приведите в электрон-вольтах.

Если длина волны падающего света равна длине «красной границы» фотоэффекта, то работа выхода равна энергии падающих фотонов, то есть для фотонов имеющих длину волны, соответствующую «красной границе» фотоэффекта верно соотношение Длина волны света, его частота и скорость света связаны соотношением: Следовательно, частота падающего света в раза больше То есть Для первого уравнения получаем:

Задания Д21 № 3158

Квант света выбивает электрон из металла. Как изменятся при увеличении энергии фотона в этом опыте следующие три величины: работа выхода электрона из металла, максимальная возможная скорость фотоэлектрона, его максимальная кинетическая энергия?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Тип 18 № 2304

Поток фотонов с энергией 15 эВ выбивает из металла фотоэлектроны, максимальная кинетическая энергия которых в 2 раза меньше работы выхода. Какова максимальная кинетическая энергия образовавшихся фотоэлектронов? (Ответ дать в электрон-вольтах.)

В условии сказано, что максимальная кинетическая энергия в 2 раза меньше работы выхода т.е. Авых=0,5Екин, тогда hv=1,5Екин, Екин=10эВ

Задания Д21 № 12870

На поверхность металлической пластинки падает свет. Работа выхода электрона с поверхности этого металла равна A. В первом опыте энергия фотона падающего света равна E, а максимальная кинетическая энергия вылетающего фотоэлектрона равна K. Во втором опыте частоту света увеличивают в 1,5 раза, при этом максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона увеличивается в 3 раза. Установите соответствие между отношением указанных в таблице физических величин и значениями этих отношений. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

В первом опыте во втором опыте Вычитая из второго уравнения первое, получим:

Подставляя это соотношение в первое уравнение, получим:

Тип 18 № 7075

Пластина, изготовленная из материала, для которого работа выхода равна 2 эВ, освещается монохроматическим светом. Какова энергия фотонов падающего света, если максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов равна 1,5 эВ? (Ответ дайте в электрон-вольтах.)

Уравнение фотоэффекта: где — энергия фотона.

Тип 26 № 6835

Металлическую пластинку облучают монохроматическим светом, длина волны которого составляет 2/3 длины волны, соответствующей красной границе фотоэффекта для этого металла. Работа выхода электронов для исследуемого металла равна 4 эВ. Определите максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов, вылетающих из металлической пластинки под действием этого света. Ответ приведите в электрон-вольтах.

При длине волны, равной красной границе фотоэффекта энергия волны равна работе выходе из металла. Следовательно, откуда

Тип 26 № 3294

Один из способов измерения постоянной Планка основан на определении максимальной кинетической энергии фотоэлектронов с помощью измерения задерживающего напряжения. В таблице представлены результаты одного из первых таких опытов.

Задерживающее напряжение U, В

По результатам данного эксперимента определите постоянную Планка с точностью до первого знака после запятой. В ответе приведите значение, умноженное на 10 - 34.

Запишем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта для обоих значений задерживающего напряжения: Вычтя из второго равенства первое, получим соотношение, из которого уже легко оценить постоянную Планка:

Таким образом, ответ: 5,7.

Задания Д32 C3 № 4758

Уровни энергии электрона в атоме водорода задаются формулой где . При переходе атома из состояния в состояние атом испускает фотон. Попав на поверхность фотокатода, фотон выбивает фотоэлектрон. Длина волны света, соответствующая красной границе фотоэффекта для материала поверхности фотокатода, Чему равна максимально возможная кинетическая энергия фотоэлектрона?

Согласно постулатам Бора, свет излучается при переходе атома на более низкие уровни энергии, при этом фотоны несут энергию, равную разности энергий начального и конечного состояний. Таким образом, испущенный фотон имел энергию

Согласно уравнению фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия вылетающих фотоэлектронов связана с энергией фотона и работой выхода соотношением

Работа выхода связана с длиной волны красной границы соотношением:

Таким образом, максимально возможная кинетическая энергия фотоэлектрон равна

Задания Д32 C3 № 4898

Уровни энергии электрона в атоме водорода задаются формулой
эВ, где . При переходе атома из состояния в состояние атом испускает фотон. Попав на поверхность фотокатода,этот фотон выбивает фотоэлектрон. Частота света, соответствующая красной границе фотоэффекта для материала поверхности фотокатода, Гц. Чему равна максимальная возможная кинетическая энергия фотоэлектрона?

Работа выхода связана с частотой красной границы соотношением:

Источник: ЕГЭ по физике 06.06.2013. Основная волна. Сибирь. Вариант 5., ЕГЭ по физике 06.06.2013. Основная волна. Сибирь. Вариант 6.

Тип 18 № 2302

Металлическую пластину освещают светом с энергией фотонов 6,2 эВ. Работа выхода для металла пластины равна 2,5 эВ. Какова максимальная кинетическая энергия образовавшихся фотоэлектронов? (Ответ дать в электрон-вольтах.)

Тип 26 № 4608

Поток фотонов выбивает из металла фотоэлектроны, максимальная кинетическая энергия которых 10 эВ. Энергия фотонов в 3 раза больше работы выхода фотоэлектронов. Какова энергия фотонов? Ответ приведите в электрон-вольтах.

Согласно уравнению фотоэффекта, энергия фотона, работа выхода и максимальная кинетическая энергия электрона связаны соотношением: По условию, Следовательно, энергия фотонов равна

Задания Д21 № 3760

Для наблюдения фотоэффекта поверхность некоторого металла облучают светом, частота которого равна Затем частоту света увеличивают вдвое. Как изменятся следующие физические величины: длина волны падающего света, работа выхода электрона, максимальная кинетическая энергия вылетающих электронов?

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться

кинетическая энергия
вылетающих электронов

Длина волны связана с частотой излучения и скоростью света соотношением Следовательно, излучение с вдвое большей частотой имеет вдвое меньшую длину волны.

Работа выхода является характеристикой металла и не зависит от частоты падающего излучения, поэтому работа выхода останется неизменной. Следовательно, увеличение частоты света приведет увеличению максимальной кинетической энергии вылетающих электронов.

Почему длина волны уменьшается? Длина воны=скорость света/частота света. Частота уменьшается, следовательно длина волны увеличивается.

В условии написано: «Затем частоту света увеличивают вдвое».

Задания Д21 № 10651

На рисунке изображена зависимость максимальной кинетической энергии E_э электрона, вылетающего с поверхности металлической пластинки, от энергии E_ф падающего на пластинку фотона.

Пусть на поверхность этой пластинки падает свет, энергия фотона которого равна 5 эВ.

Установите соответствие между физическими величинами, указанными в таблице, и их значениями. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

А) кинетическая энергия электрона, вылетающего с поверхности пластинки

Б) работа выхода электронов с поверхности металла пластинки

Работа выхода является характеристикой металла и не зависит от частоты падающего излучения. Из графика видно, что работа выхода равна 2 эВ. Тогда кинетическая энергия фотоэлектронов равна 5 − 2 = 3 эВ.

Тип 26 № 4573

Поток фотонов выбивает из металла фотоэлектроны, максимальная кинетическая энергия которых 10 эВ. Энергия фотонов в 3 раза больше работы выхода. Какова работа выхода? Ответ приведите в электрон-вольтах.

Задания Д23 № 2513

При изучении явления фотоэффекта исследовалась зависимость максимальной кинетической энергии вылетающих с поверхности освещенной пластины фото-электронов от частоты падающего света. Погрешности измерения частоты света и энергии фотоэлектронов составляли соответственно и Результаты измерений с учетом их погрешности представлены на рисунке. Согласно этим измерениям, чему приблизительно равна постоянная Планка? (Ответ дайте в с точностью до )

Из рисунка имеем,

Угловой же коэффициент полученной кривой даст приблизительное значение постоянной Планка:

Разве решение не сводится к тому что мы должны найти приблизительное значение h поделив значение E на значения v(ню) где на графике изображена почти линейная зависимость (с 6 и выше по значению частоты) где получаем постоянно число приблизительно равное второму варианту ответа

Во-первых, нельзя выкидывать из рассмотрения первую точку, поскольку они все равноправны, погрешности измерений у всех одинаковые.

Во-вторых, вы предлагаете искать значение постоянной Планка по формуле , тем самым Вы пренебрегаете работой выхода электрона. Перед тем как чем-либо пренебрегать, обязательно надо оценить величину, у меня получилось, что она дает ощутимый вклад.

Зависимость ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ тогда, когда величины этой зависимости иЗМЕРЕНЫ. Интересно, каким прибором Вы измеряли частоту света и максимальную скорость фотоэлектронов? Автор этой задачи не имеет ни малейшего понятия о физическом научном эксперименте.

Конечно, тут идет речь не о прямых измерениях. Мне кажется, сейчас в физике никто ничего линейкой уже давно не мерит. Максимальную частоту можно измерять, подбирая задерживающий потенциал. Да и с частотой, я полагаю, особых проблем нет, пучок света можно исследовать например при помощи дифракционной решетки.

Это тангенс угла наклона красной линии. Соответственно, числа взяты с графика.

Задания Д32 C3 № 4793

Уровни энергии электрона в атоме водорода задаются формулой
эВ, где . При переходе атома из состояния в состояние атом испускает фотон. Попав на поверхность фотокатода,этот фотон выбивает фотоэлектрон. Частота света, соответствующая красной границе фотоэффекта для материала поверхности фотокатода, Гц. Чему равен максимально возможный импульс фотоэлектрона?

Таким образом, максимально возможный импульс фотоэлектрон равен

Тип 26 № 3428

Красная граница фотоэффекта исследуемого металла соответствует длине волны нм. При освещении этого металла светом длиной волны максимальная кинетическая энергия выбитых из него фотоэлектронов в 3 раза меньше энергии падающего света. Какова длина волны падающего света? Ответ приведите в нанометрах.

Найдем работу выхода для данного металла: Выпишем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: Согласно условию, Скомбинировав все уравнения для длины волны света получаем

Задания Д32 C3 № 11646

Катод из ниобия облучают светом частотой соответствующей красной границе фотоэффекта для германия. При этом максимальная кинетическая энергия вылетевших фотоэлектронов в два раза меньше, чем работа выхода для ниобия. Найдите частоту красной границы фотоэффекта для ниобия.

Запишем уравнение фотоэффекта: Заметим, что работа выхода и частота красной границы фотоэффекта связанны уравнением: Получаем: откуда

Тип 26 № 2036

График на рисунке представляет зависимость максимальной энергии фотоэлектронов от частоты падающих на катод фотонов. Определите по графику энергию фотона с частотой Ответ приведите в электрон-вольтах.

То есть если фотоэффект не происходит,значит энергия падающего фотона равна нулю, а отсюда следовательно и частота равна нулю?

Под частотой с индексом ноль подразумевается красная граница?

Нет, не совсем так.

Если фотоэффект не наблюдается, это вовсе не значит, что энергия падающего фотона и, соответственно, его частота равны нулю. Эти величины, конечно же, по-прежнему отличны от нуля. Просто энергии фотона недостаточно для того, чтобы выбить электроны из металла, для этого, как минимум, нужно, чтобы фотон нес энергию, равную работе выхода.

Кроме того, по-видимому, следует сделать следующий комментарий. На самом деле, приведенный в данном задании график не вполне соответствует действительности, так как на нем отмечены отрицательные значения кинетической энергии, которая существенно положительна. Частота здесь — это действительно частота красной границы. При частоте ниже фотоэффект не наблюдается, поэтому говорить об энергии фотоэлектронов в этой области просто не имеет смысла, и рисовать на графике при таких частотах вообще ничего не нужно. Автор рисунка просто продолжил линию в нефизическую область, чтобы указать пересечение с вертикальной осью, конечно, лучше бы это сделать пунктиром, но, как есть.

Фотоэффект

Начало теории электромагнитной природы света заложил Максвелл, который заметил сходство в скоростях распространения электромагнитных и световых волн. Но согласно электродинамической теории Максвелла любое тело, излучающее электромагнитные волны, должно в итоге остынуть до абсолютного нуля. В действительности этого не происходит. Противоречия между теорией и опытными наблюдениями были разрешены в начале XX века, вскоре после того, как был открыт фотоэффект.

Что такое фотоэффект

Фотоэффект — испускание электронов из вещества под действием падающего на него света.

Явление фотоэффекта было открыто в 1887 году Генрихом Герцем. Фотоэффект также был подробно изучен русским физиком Александром Столетовым в период с 1888 до 1890 годы. Этому явлению он посвятил 6 научных работ.

Для наблюдения фотоэффекта нужно провести опыт. Для этого понадобится электрометр и подсоединенная к нему пластинка из цинка (см. рисунок ниже). Если дать пластинке положительный заряд, то при ее освещении электрической дугой скорость разрядки электрометра не изменится. Но если цинковую пластинку зарядить отрицательно, то свет от дуги заставить электрометр разрядиться очень быстро.

Наблюдаемое во время этого эксперимента явление имеет простое объяснение. Свет вырывает электроны с поверхности цинковой пластинки. Если она имеет отрицательный заряд, электроны отталкиваются от нее, что приводит к полному разряжению электрометра. Причем при повышении интенсивности освещения скорость разрядки увеличивается, ровно, как и наоборот: при уменьшении интенсивности освещения электрометр разряжается медленно. Если же зарядить пластинку положительно, то электроны, которые вырываются светом, притягиваются к ней. Поэтому они оседают на ней, не изменяя заряд электрометра.

Если между световым пучком и отрицательно заряженной пластиной поставить лист стекла, пластинка перестанет терять электроны независимо от интенсивности излучения. Это связано с тем, что стекло задерживает ультрафиолетовое излучение. Отсюда можно сделать следующий вывод:

Явление фотоэффекта может вызвать только ультрафиолетовый участок спектра.

Волновая теория света не может объяснить, почему электроны могут вырываться только под действием ультрафиолета. Ведь даже при большой амплитуде и силе волн электроны остаются на месте, когда, казалось бы, они должны непременно быть вырванными.

Законы фотоэффекта

Чтобы получить более полное представление о фотоэффекте, выясним, от чего зависит количество электронов, вырванных светом с поверхности вещества, а также, от чего зависит их скорость, или кинетическая энергия. Выяснить все это нам помогут эксперименты.

Первый закон фотоэффекта

Возьмем стеклянный баллон и выкачаем из него воздух (смотрите рисунок выше). Затем поместим в него два электрода. На электроды подадим напряжение и будем регулировать его с помощью потенциометра и измерять при помощи вольтметра.

В верхней части нашего баллона есть небольшое кварцевое окошко, которое пропускает весь свет, в том числе ультрафиолетовый. Через него падает свет на один из электродов (в нашем случае на левый электрод, к которому присоединен отрицательный полюс батареи). Мы увидим, что под действием света этот электрод начнет испускать электроны, которые при движении в электрическом поле будут создавать электрический ток. Вырванные электроны будут направляться ко второму электроду. Но если напряжение небольшое, второго электрода достигнут не все электроны. Если интенсивность излучения сохранить, но увеличить между электродами разность потенциалов, то сила тока будет увеличиваться. Но как только она достигнет некоторого максимального значения, рост силы тока при дальнейшем увеличении напряжения прекратится. Максимальное значение силы тока будем называть током насыщения.

Ток насыщения — максимальное значение силы тока, также называемое предельным значением силы фототока.

Ток насыщения обозначается как I н . Единица измерения — А (Кл/с). Численно величина равна отношению суммарному заряду вырванных электронов в единицу времени:

Если же мы начнем изменять интенсивность излучения, то сможем заметить, что фототок насыщения также начинается меняться. Если интенсивность излучения ослабить, максимальное значение силы тока уменьшится. Если интенсивность светового потока увеличить, ток насыщения примет большее значение. Отсюда можно сделать вывод, который называют первым законом фотоэффекта.

Первый закон фотоэффекта:

Число электронов, вырываемых светом с поверхности металла за 1 с, прямо пропорционально поглощаемой за это время энергии световой волны. Иными словами, фототок насыщения прямо пропорционален падающему световому потоку Ф.

Второй закон фотоэффекта

Теперь произведем измерения кинетической энергии, то есть, скорости вырывания электронов. Взгляните на график, представленный ниже. Видно, что сила фототока выше нуля даже при нулевом напряжении. Это говорит о том, что даже при нулевой разности потенциалов часть электронов достигает второго электрода.

Если мы поменяем полярность батареи, то будем наблюдать уменьшение силы тока. Если подать на электроды некоторое значение напряжения, равное U з , сила тока станет равно нулю. Это значит, что электрическое поле тормозит вырванные электроны, останавливает их, а затем возвращает на тот же электрод.

Напряжение, равное U з , называют задерживающим напряжением. Оно зависит зависит от максимальной кинетической энергии электронов, которые вырываются под действием света. Измеряя задерживающее напряжение и применяя теорему о кинетической, можно найти максимальное значение кинетической энергии электронов. Оно будет равно:

m v 2 2 . . = e U з

Опыт показывает, что при изменении интенсивности света (плотности потока излучения) задерживающее напряжение не меняется. Значит, не меняется кинетическая энергия электронов. С точки зрения волновой теории света этот факт непонятен. Ведь чем больше интенсивность света, тем большие силы действуют на электроны со стороны электромагнитного поля световой волны и тем большая энергия, казалось бы, должна передаваться электронам. Но экспериментальным путем мы обнаруживаем, что кинетическая энергия вырываемых светом электронов зависит только от частоты света. Отсюда мы можем сделать вывод, являющийся вторым законом фотоэффекта.

Второй закон фотоэффекта:

Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно растет с частотой света и не зависит от его интенсивности.

Причем, если частота света меньше определенной для данного вещества минимальной частоты ν_min, фотоэффект наблюдаться не будет.

Теория фотоэффекта

Все попытки объяснить явление фотоэффекта электродинамической теорией Максвелла, согласно которой свет — это электромагнитная волна, непрерывно распределенная в пространстве, оказались тщетными. Нельзя было понять, почему энергия фотоэлектронов определяется только частотой света и почему свет способен вырывать электроны лишь при достаточно малой длине волны.

В попытках объяснить это явление физик Макс Планк предложил, что атомы испускают электромагнитную энергию отдельными порциями — квантами, или фотонами. И энергия каждой порции прямо пропорциональна частоте излучения:

h — коэффициент пропорциональности, который получил название постоянной Планка. Она равна 6,63∙10 –34 Дж∙с.

Пример №1. Определите энергию фотона, соответствующую длине волны λ = 5∙10 –7 м.

Энергия фотона равна:

Выразим частоту фотона через скорость света:

Идею Планка продолжил развивать Эйнштейн, которому удалось дать объяснение фотоэффекту в 1905 году. В экспериментальных законах фотоэффекта Эйнштейн увидел убедительное доказательство того, что свет имеет прерывистую структуру и поглощается отдельными порциями. Причем энергия Е каждой порции излучения, по его расчетам, полностью соответствовала гипотезе Планка.

Из того, что свет излучается порциями, еще не вытекает вывода о прерывистости структуры самого света. Ведь и воду продают в бутылках, но отсюда не следует, что вода состоит из неделимых частиц. Лишь фотоэффект позволил доказать прерывистую структуру света: излученная порция световой энергии Е = hν сохраняет свою индивидуальность и в дальнейшем. Поглотиться может только вся порция целиком.

h ν = A + m v 2 2 . .

Работа выхода — минимальная энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы он покинул металл.

Полученное выражение объясняет основные факты, касающиеся фотоэффекта. Интенсивность света, по Эйнштейну, пропорциональна числу квантов (порций) энергии hν в пучке света и поэтому определяет количество вырванных электронов. Скорость же электронов согласно зависит только от частоты света и работы выхода, которая определяется типом металла и состоянием его поверхности. От интенсивности освещения кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит.

Предельную частоту ν_min называют красной границей фотоэффекта. При этой частоте фотоэффект уже наблюдается.

Красная граница фотоэффекта равна:

Минимальной частоте, при которой возможен фотоэффект для данного вещества, соответствует максимальная длина волны, которая также носит название красной границы фотоэффекта. Это такая длина волны, при которой фотоэффект еще наблюдается. Обозначается она как λ_mах или λ_кр.

Максимальная длина волны, при которой еще наблюдается фотоэффект, равна:

Работа выхода А определяется родом вещества. Поэтому и предельная частота v_min фотоэффекта (красная граница) для разных веществ различна. Отсюда вытекает еще один закон фотоэффекта.

Третий закон фотоэффекта:

Для каждого вещества существует максимальная длина волны, при которой фотоэффект еще наблюдается. При больших длинах волн фотоэффекта нет.

Вспомните опыт, который мы описали в самом начале. Когда между цинковой пластинкой и световым пучком мы поставили зеркало, фотоэффект был прекращен. Это связано с тем, что красная граница для цинка определяется величиной λ_mах = 3,7 ∙ 10 -7 м. Эта длина волны соответствует ультрафиолетовому излучению, которое не пропускало стекло.

Пример №2. Чему равна красная граница фотоэффекта ν_min, если работа выхода электрона из металла равна A = 3,3∙10 –19 Дж?

Применим формулу для вычисления красной границы фотоэффекта:

Задание EF15717 При увеличении в 2 раза частоты света, падающего на поверхность металла, задерживающее напряжение для фотоэлектронов увеличилось в 3 раза. Первоначальная частота падающего света была равна 0,75 ⋅10 15 Гц. Какова длина волны, соответствующая «красной границе» фотоэффекта для этого металла? Ответ записать в нм.

Тест по физике «Фотоэффект» 11 класс

А1. От чего зависит максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, выбиваемых из металла при фотоэффекте?

А - от частоты падающего света

Б - от интенсивности падающего света

В - от работы выхода электронов из металла

1) только Б 2) А и Б 3) А и В 4) А, Б и В

А2. Фототок насыщения при фотоэффекте с уменьшением падающего светового потока

1) увеличивается . 2) уменьшается

3) не изменяется 4) увеличивается или уменьшается в зависимости от работы выхода

А3. Внешний фотоэффект — это явление

1) почернения фотоэмульсии под действием света

2) вырывания электронов с поверхности вещества под действием света

3) свечения некоторых веществ в темноте

4) излучения нагретого твердого тела

А4. Поверхность металла освещают светом, длина волны которого меньше длины волны λ, соответствующей красной границе фотоэффекта для данного вещества. При увеличении интенсивности света

1) фотоэффект происходить не будет при любой интенсивности света

2) будет увеличиваться количество фотоэлектронов

3) будет увеличиваться энергия фотоэлектронов

4) будет увеличиваться как энергия, так и количество фотоэлектронов

А5. Энергия фотона, соответствующая красной границе фотоэффекта, для калия равна 7,2∙10 -19 Дж. Определите максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов, если на металл падает свет, энергия фотонов которого равна 10 -18 Дж.

1) 2,8∙10 -19 Дж. 2) 0 Дж.

3) 1,72 ∙10 -18 Дж. 4) 7,2∙10 -19 Дж.

А6. Энергия фотона, поглощенного при фотоэффекте, равна Е. Кинетическая энергия электрона, вылетевшего с поверхности металла под действием этого фотона,

1) больше Е 2) меньше Е

3) равна Е 4) может быть больше или меньше Е при разных условиях

А7. Чему равна длина волны красной границы фотоэффекта для цинка? Работа выхода для цинка А = 3,74 эв.

1)5,3∙10 -7 м 2)4,3∙10 -7 м 3) 3,3∙10 -7 м 4)2,3∙10 -7 м 5) 1,3∙10 -7

А8. На пластину из никеля попадает электромагнитное излучение, энергия фотонов которого равна 8 эВ. При этом в результате фотоэффекта из пластины вылетают электроны с максимальной энергией 3 эВ. Какова работа выхода электронов из никеля?

1 ) 11 эВ. 2) 5 эВ. 3) 3 эВ. 4) 8 эВ.

А9. На графике приведена зависимость фототока от приложенного обратного напряжения при освещении металлической пластины (фотокатода) излучением энергией 4 эВ. Чему равна работа выхода для этого металла?

3) 3,5 эВ. 4) 5,5 эВ.

А10. Если наибольшая длина волны излучения, способного вызвать фотоэффект у платины, равна 0,234 мкм, то при облучении платины излучением с частотой 1,5∙10 -15 Гц наибольшая кинетическая энергия вырываемых электронов будет равна

1) 8,16 ∙10 -19 Дж 2) 5,24 ∙10 -19 Дж 3) 3,64∙10 -19 Дж 4) 2,18∙10 -19 Дж

А11. Чему равна энергия фотона, соответствующая длине световой волны λ = 6 мкм?

1) 3,3 ∙ 10 -40 Дж 2) 4,0 ∙10 -39 Дж 3) 3,3 ∙ 10 -20 Дж 4) 4,0 ∙10 -19 Дж

А12. Если скорость фотоэлектронов, выбиваемых светом с поверхности катода, при увеличении частоты света увеличивается в 3 раза, то задерживающая разность потенциалов (запирающий потенциал) в установке по изучению фотоэффекта должна

1) увеличиться в 9 раз 2) уменьшиться в 9 раз

3) увеличиться в 3 раза 4) уменьшиться в 3 раза

А13. Работа выхода из материала 1 больше, чем работа выхода из материала 2. Максимальная длина волны, при которой может наблюдаться фотоэффект на материале 1, равна λ₁; максимальная длина волны, при которой может наблюдаться фотоэффект на материале 2, равна λ₂. На основании законов фотоэффекта можно утверждать, что

3) λ ₁ > λ ₂ 4) λ ₁ может быть как больше, так и меньше λ ₂

А14. При освещении катода вакуумного фотоэлемента потоком монохроматического света происходит освобождение фотоэлектронов. Как изменится максимальная энергия вылетевших фотоэлектронов при уменьшении частоты падающего света в 2 раза?

1) увеличится в 2 раза 2) уменьшится в 2 раза

3) уменьшится более чем в 2 раза 4) уменьшится менее чем в 2 раза

А15. При увеличении угла падения α на плоский фотокатод монохроматического излучения с неизменной длиной волны λ, максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов

1) возрастает 2) уменьшается

3 )не изменяется 4) возрастает при λ>500 нм и уменьшается при λ

А16. Импульс фотона имеет наименьшее значение в диапазоне частот

1) рентгеновского излучения 2) видимого излучения

3) ультрафиолетового излучения 4) инфракрасного излучения

А17. Импульс фотона имеет наибольшее значение в диапазоне частот

1) инфракрасного излучения 2) видимого излучения

3) ультрафиолетового излучения 4) рентгеновского излучения

А18. Два источника света излучают волны: длина λ ₁ =3,75 ∙ 10 -7 м, длина λ₂ = 7 ,5 ∙ 10 -7 м. Чему равно отношение импульсов p ₁/ p ₂ фотонов, излучаемых первым и вторым источниками?

1)1/4 2) 2 3) 1/2 4) 4

А19. Длина волны де Бройля для электрона больше, чем для α-частицы. Импульс какой частицы больше?

1) электрона 2) α-частицы

3) импульсы одинаковы 4) величина импульса не связана с длиной волны

А20. Импульс электрона больше импульса α-частицы. Сравните длины волн де Бройля этих частиц.

1) у α-частицы λ _α больше 2) у электрона λ _е больше

3) λ _α и λ _е равны 4) для ответа не хватает данных

А21. Какому виду электромагнитного излучения соответствует фотон, импульс которого равен 10 -27 кг∙м/с?

1) радиоволны 2) инфракрасное излучение 3) видимый глазом свет

4) ультрафиолетовое излучение 5) рентгеновское излучение

А22. Считая, что 25 - ваттная лампочка излучает электромагнитные волны с длиной волны 1100 нм, рассчитайте, сколько фотонов испускает лампочка за 10 с работы в номинальном режиме.

Читайте также: