При фотоэффекте число электронов выбиваемых из металла за единицу времени не зависит от
Обновлено: 06.05.2024
1. Температура абсолютно черного тела возросла от 1000 до 2000 К. Как при этом меняется частота волны, на которую приходится максимум энергии излучения?
1) увеличивается в 16 раз; 2) уменьшается в 16 раз;
3) уменьшается в 2 раза; 4) увеличивается в 2 раза.
2. При исследовании фотоэффекта А.Г. Столетов установил, что:
1) атом состоит из ядра и окружающих его электронов;
2) атом может поглощать свет только определенных частот;
3) сила фототока прямо пропорциональна интенсивности падающего света;
4) фототок возникает при частотах падающего света, меньших некоторого значения
3. Определите красную границу фотоэффекта у хлористого натрия, работа выхода электронов которого равна 4,2 эВ.
4. На металлическую пластину падает монохроматический свет длиной волны 0,42мкм. Фототок прекращается при задерживающем напряжении 0,95 В. Определить работу выхода электронов с поверхности пластины.
6. Четырёх учеников попросили нарисовать общий вид графика зависимости максимальной кинетической энергии электронов, вылетевших из пластины в результате фотоэффекта, от частоты падающего света. Какой рисунок выполнен правильно?
7. В таблице представлены результаты измерений запирающего напряжения для фотоэлектронов при двух разных значениях длины волны падающего монохроматического света (λкр – длина волны, соответствующая красной границе фотоэффекта). Какое значение запирающего напряжения пропущено в таблице?
8. При изучении фотоэффекта на установке, изображённой на рис. а, измеряется сила тока в цепи I в зависимости от напряжения U между электродами. В опыте фотокатод освещается монохроматической волной заданной частоты ν постоянной интенсивности. Наблюдаемая зависимость силы тока в цепи от напряжения изображена на рис. б. Как изменится положение точек Uз и Iн на графике при увеличении интенсивности световой волны? Объясните эти изменения, опираясь на законы квантовой физики.
Вариант 2
1. Как изменится частота излучения, если энергию кванта увеличить в 2 раза?
1) увеличится в 16 раз; 2) уменьшится в 4 раза;
3) не изменится; 4) увеличится в 2 раза.
2. При фотоэффекте число электронов, выбиваемых из металла за единицу времени, не зависит от: А. частоты падающего света; Б. интенсивности падающего света; В. работы выхода электронов из металла. Какие из утверждений правильные?
1) А и В; 2) А, Б и В; 3) Б и В; 4) А и Б.
3. Красная граница фотоэффекта у натрия, напыленного на вольфраме, равна 590 нм. Определить работу выхода электронов.
4. Работа выхода электронов из кадмия равна 4,08 эВ. Какой должна быть длина волны излучения, падающего на кадмий, чтобы при фотоэффекте максимальная скорость фотоэлектронов была равна 2*10 6 м/с? Масса электрона 9,1*10 -31 кг .
6. Четырёх учеников попросили нарисовать общий вид графика зависимости фототока насыщения I0 от интенсивности J падающего света. Какой из приведённых рисунков выполнен правильно?
7. В таблице представлены результаты измерений максимальной энергии фотоэлектронов при двух разных значениях частоты падающего монохроматического света (νкр – частота, соответствующая красной границе фотоэффекта). Какое значение энергии пропущено в таблице?
8. В опыте по фотоэффекту катод облучали желтым светом, в результате чего в цепи возник ток. Зависимость показаний амперметра I от напряжения U между анодом и катодом приведена на рисунке б. Используя законы фотоэффекта и предполагая, что отношение числа фотоэлектронов к числу поглощенных фотонов не зависит от частоты света, объясните, как изменится представленная зависимость U ( I ), если освещать катод зеленым светом, оставив мощность поглощенного катодом света неизменной.
Вариант 3
1. Во сколько раз изменится температура абсолютно черного тела, если мощность излучения увеличить в 16 раз?
1) увеличится в 2 раза; 2) уменьшится в 2 раза;
3) увеличится в 4 раза; 4) уменьшится в 4 раза.
2. При фотоэффекте задерживающая разность потенциалов не зависит от: А. частоты падающего света; Б. интенсивности падающего света; В. угла падения света. Какие утверждения правильные?
1) А и Б; 2) Б и В; 3) А и В; 4) А, Б и В.
3. Работа выхода электронов у оксида меди 5,15 эВ. Вызовет ли фотоэффект ультрафиолетовое излучение с длиной волны 300 нм?
4. Красная граница фотоэффекта у цезия равна 653 нм. Определить скорость вылета фотоэлектронов при облучении цезия оптическим излучением с длиной волны 500 нм. Масса электрона 9,1*10 -31 кг .
6. Четырёх учеников попросили нарисовать общий вид графика зависимости максимальной энергии электронов, вылетевших из пластины в результате фотоэффекта, от интенсивности падающего света. Частота падающего света в процессе опыта не изменялась. Какой рисунок выполнен правильно?
8. При изучении фотоэффекта на установке, изображённой на рис. а, измеряется сила тока в цепи I в зависимости от напряжения U между электродами. В опыте фотокатод освещается монохроматической волной заданной частоты ν постоянной интенсивности. Наблюдаемая зависимость силы тока в цепи от напряжения изображена на рис. б. Как изменится положение точек Uз и Iн на графике при увеличении частоты световой волны? Объясните эти изменения, опираясь на законы квантовой физики.
Вариант 4
1. Как изменится температура абсолютно черного тела, если длина волны, на которую приходится максимум излучения, увеличится в 3 раза?
1) увеличится в 3 раза; 2) уменьшится в 9 раз;
3) уменьшится в 3 раза; 4) увеличится в 9 раз.
2. Кинетическая энергия фотоэлектронов, выбиваемых из металла при фотоэффекте, не зависит от: А. частоты падающего света; Б. интенсивности падающего света; В. площади освещаемой поверхности. Какие утверждения правильные?
1) Б и В; 2) А и Б; 3) А и В; 4) только А.
3. Наибольшая длина волны света, при которой происходит фотоэффект для вольфрама, 0,275 мкм. Найдите работу выхода электронов из вольфрама.
4. Определить максимальную скорость вылета фотоэлектронов из калия, работа выхода электронов которого равна 2,26 эВ, при освещении его ультрафиолетовыми лучами с длиной волны 200 нм. Масса электрона 9,1*10 -31 кг .
8. В опыте по фотоэффекту катод облучали зеленым светом, в результате чего в цепи возник ток. Зависимость показаний амперметра I от напряжения U между анодом и катодом приведена на рисунке б. Используя законы фотоэффекта и предполагая, что отношение числа фотоэлектронов к числу поглощенных фотонов не зависит от частоты света, объясните, как изменится представленная зависимость U ( I ), если освещать катод желтым светом, оставив мощность поглощенного катодом света неизменной.
Контрольная работа Квантовая физика 11 класс
Контрольная работа Квантовая физика 11 класс с ответами. Контрольная работа представлена в 5 вариантах, в каждом варианте по 8 заданий.
Вариант 1
A1. Внешний фотоэффект — это явление
1) почернения фотоэмульсии под действием света
2) вылета электронов с поверхности вещества под действием света
3) свечения некоторых веществ в темноте
4) излучения нагретого твердого тела
А2. Какой заряд имеет свет с частотой 4,5 · 10 15 Гц?
1) 0 Кл
2) 1,6 · 10 -19 Кл
3) 3,2 · 10 -19 Кл
4) 4,5 · 10 15 Кл
А3. Излучение лазера — это
1) тепловое излучение
2) вынужденное излучение
3) спонтанное (самопроизвольное) излучение
4) люминесценция
А4. Изотоп ксенона 112 54Хе после спонтанного α-распада превратился в изотоп
А5. Какая из строчек таблицы правильно отражает структуру ядра 48 20Ca?
| p — число протонов | n — число нейтронов | |
| 1) | 48 | 68 |
| 2) | 48 | 20 |
| 3) | 20 | 48 |
| 4) | 20 | 28 |
B1. Сколько квантов содержится в 1 Дж излучения с длиной волны 0,5 мкм?
В2. Ядро атома претерпевает спонтанный α-распад. Как изменяются перечисленные ниже характеристики атомного ядра при таком распаде? К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
ВЕЛИЧИНЫ
А) масса ядра
Б) заряд ядра
В) число протонов в ядре
ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ
1) не изменяется
2) увеличивается
3) уменьшается
C1. При какой температуре газа средняя энергия теплового движения атомов одноатомного газа будет равна энергии электронов, выбиваемых из металлической пластинки с работой выхода Авых = 2 эВ при облучении монохроматическим светом с длиной волны 300 нм? Учтите: 1 эВ = 1,6 · 10 -19 Дж.
Вариант 2
A1. В своих опытах Столетов измерял максимальную силу тока (ток насыщения) при освещении электрода ультрафиолетовым светом. Сила тока насыщения при увеличении интенсивности источника света и неизменной его частоте будет
1) увеличиваться
2) уменьшаться
3) неизменной
4) сначала увеличиваться, затем уменьшаться
А2. Де Бройль выдвинул гипотезу, что частицы вещества (например, электрон) обладают волновыми свойствами. Эта гипотеза впоследствии была
1) опровергнута путем теоретических рассуждений
2) опровергнута экспериментально
3) подтверждена в экспериментах по дифракции электронов
4) подтверждена в экспериментах по выбиванию электронов из металлов при освещении
А3. Выберите верное утверждение.
А. Излучение лазера является спонтанным
Б. Излучение лазера является индуцированным
1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б
А4. Ядро 214 83Bi испытывает β-распад, при этом образуется элемент Х. Этот элемент можно обозначить как
А5. На рисунке изображены схемы четырёх атомов. Черными точками обозначены электроны. Атому 16 8O соответствует схема
B1. Источник света мощностью 100 Вт испускает 5 · 10 20 фотонов за 1 с. Найдите среднюю длину волны излучения.
В2. Ядро атома претерпевает спонтанный β-распад. Как изменяются перечисленные ниже характеристики атомного ядра при таком распаде? К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
C1. В вакууме находятся два покрытых кальцием электрода, к которым подключен конденсатор емкостью С = 8 нФ. При длительном освещении катода светом с частотой ν = 10 15 Гц фототок, возникающий вначале, прекращается. Работа выхода электронов из кальция Авых = 4,4 · 10 -19 Дж. Какой заряд Q при этом оказывается на обкладках конденсатора? Заряд электрона 1,6 · 10 -19 Кл.
Вариант 3
A1. При фотоэффекте число электронов, выбиваемых монохроматическим светом из металла за единицу времени, не зависит от
А) частоты падающего света
Б) интенсивности падающего света
В) работы выхода электронов из металла
Какие утверждения правильные?
1) А и В
2) А, Б, В
3) Б и В
4) А и Б
А2. Какой энергией обладает свет с частотой 5 · 10 14 Гц?
1) 3,96 · 10 -40 Дж
2) 3,3 · 10 -19 Дж
3) 4,5 · 10 31 Дж
4) 0
А3. В настоящее время широко распространены лазерные указки, авторучки, брелоки. При неосторожном обращении с таким (полупроводниковым) лазером можно
1) вызвать пожар
2) прожечь костюм и повредить тело
3) получить опасное облучение организма
4) повредить сетчатку глаза при прямом попадании лазерного луча в глаз
А4. Как изменится число нуклонов в ядре атома радиоактивного элемента, если ядро испустит γ-квант?
1) увеличится на 2
2) не изменится
3) уменьшится на 2
4) уменьшится на 4
А5. По данным таблицы химических элементов Д.И. Менделеева определите число нуклонов в ядре технеция.
1) 43
2) 56
3) 99
4) 142
В1. Ртутная лампа имеет мощность 125 Вт. Сколько квантов света испускается ежесекундно при излучении с длиной волны 5,79 · 10 -1 м?
В2. Ядро атома претерпевает спонтанный γ-распад. Как изменяются перечисленные ниже характеристики атомного ядра при таком распаде? К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
C1. Плоский алюминиевый электрод освещается светом длиной волны 83 нм. На какое максимальное расстояние от поверхности электрода может удалиться фотоэлектрон, если вне электрода имеется задерживающее электрическое поле напряженностью 150 В/м? Красная граница фотоэффекта 332 нм. Заряд электрона 1,6 ⋅ 10 -19 Кл.
Вариант 4
A1. При исследовании фотоэффекта Столетов выяснил, что
1) энергия фотона прямо пропорциональна частоте света
2) вещество поглощает свет квантами
3) сила фототока прямо пропорциональна частоте падающего света
4) фототок возникает при частотах падающего света, превышающих некоторое значение
А2. Электрон и протон движутся с одинаковыми скоростями. У какой из этих частиц большая длина волны де Бройля?
1) у электрона
2) у протона
3) длины волн этих частиц одинаковы
4) частицы нельзя характеризовать длиной волны
А3. Интерференцию света с помощью лазерной указки показать легче, чем с обычным источником, так как пучок света, даваемый лазером, более
1) мощный
2) когерентный
3) расходящийся
4) яркий
А4. Какой заряд Z и какое массовое число А будет иметь ядро элемента, получившегося из ядра изотопа 238 92U после одного α-распада и двух β-распадов?
А5. На рисунке изображены схемы четырех атомов. Черными точками обозначены электроны. Атому 12 6C соответствует схема
B1. Детектор полностью поглощает падающий на него свет частотой ν = 6 · 10 14 Гц. За время t = 5 с на детектор падает N = 3 · 10 5 фотонов. Какова поглощаемая детектором мощность? (Полученный ответ умножьте на 10 14 и округлите до десятых.)
В2. Ядро атома захватило электрон и испустило протон. Как изменяются перечисленные ниже характеристики атомного ядра при такой ядерной реакции? К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
А) масса ядра
Б) заряд ядра
В) число нейтронов в ядре
C1. Фотокатод, покрытый кальцием (работа выхода Авых = 4,4 · 10 -19 Дж), освещается светом с длиной волны λ = 300 нм. Вылетевшие из катода электроны попадают в однородное магнитное поле индукцией В = 8,3 · 10 -4 Тл перпендикулярно линиям индукции этого поля. Каков максимальный радиус окружности R, по которой движутся электроны? Масса электрона 9,1 · 10 -31 кг, модуль его заряда 1,6 · 10 -19 Кл.
Вариант 5
A1. При фотоэффекте работа выхода электрона из металла, зависит от
1) частоты падающего света
2) интенсивности падающего света
3) химической природы металла
4) кинетической энергии вырываемых электронов
А2. Определите импульс фотона, обладающего энергией 4 · 10 -19 Дж.
1) 4,44 · 10 -36 кг · м/с
2) 3,6 · 10 -2 кг · м/с
3) 1,33 · 10 -21 кг · м/с
4) 1,2 · 10 -10 кг · м/с
А3. Средняя мощность лазерного излучения равна Р, длина волны λ. Число фотонов, ежесекундно излучаемых лазером, в среднем равно
А4. Радиоактивный изотоп урана 238 92U после двух α-распадов и двух β-распадов превращается в изотоп
А5. По данным таблицы химических элементов Д.И. Менделеева определите число нейтронов в ядре технеция.
B1. Детектор полностью поглощает падающий на него свет длиной волны λ = 500 нм. Поглощаемая мощность равна Р = 3,3 · 10 -14 Вт. Сколько фотонов падает на детектор за время t = 3 с? Полученный ответ разделите на 10 5 .
В2. Ядро атома захватило нейтрон и испустило электрон. Как изменяются перечисленные ниже характеристики атомного ядра при такой реакции? К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
C1. Фотокатод, покрытый кальцием (работа выхода 4,4 · 10 -19 Дж), освещается светом с частотой 2 · 10 15 Гц. Вылетевшие из катода электроны попадают в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям индукции этого поля и движутся по окружностям максимального радиуса 5 мм. Чему равен модуль индукции магнитного поля? Заряд электрона 1,6 · 10 -19 Кл, его масса 9,1 · 10 -31 кг.
Ответы на контрольную работу Квантовая физика 11 класс
Вариант 1
A1-2
A2-1
A3-2
A4-1
A5-4
B1. 2,5 ⋅ 10 18
B2. 333
C1. 16 425 К
Вариант 2
A1-1
A2-3
A3-2
A4-2
A5-1
B1. 9,9 ⋅ 10 -7 м
B2. 122
C1. 11 ⋅ 10 -9 Кл
Вариант 3
A1-1
A2-2
A3-4
A4-2
A5-3
B1. 3,7 ⋅ 10 20
B2. 111
C1. 7,45 см
Вариант 4
A1-4
A2-1
A3-2
A4-2
A5-3
B1. 2,4
B2. 332
C1. 4,76 мм
Вариант 5
A1-3
A2-3
A3-4
A4-2
A5-2
B1. 2,5
B2. 221
C1. 1,58 мТл
Урок физики в 11 классе "Законы фотоэффекта"
презентация к уроку по физике (11 класс) по теме
За лето ребенок растерял знания и нахватал плохих оценок? Не беда! Опытные педагоги помогут вспомнить забытое и лучше понять школьную программу. Переходите на сайт и записывайтесь на бесплатный вводный урок с репетитором.
Вводный урок бесплатно, онлайн, 30 минут
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Предварительный просмотр:
Тест «Квантовая Физика»
- При фотоэффекте число электронов, выбиваемых монохроматическим светом из металла за единицу времени, не зависит от
А – частоты падающего света
Б – интенсивности падающего света
В – работы выхода электронов из металла
- А и В 2) А, Б, В 3) Б и В 4) А и Б
- 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.
- При исследовании фотоэффекта А.Г. Столетов выяснил, что
1)энергия фотона прямо пропорциональна частоте света
2) вещество поглощает свет квантами
3) сила фототока прямо пропорциональна частоте падающего света
4) фототок возникает при частотах падающего света, превышающих некоторое значение.
- Металлическую пластину освещали монохроматическим светом одинаковой интенсивности: сначала красным, потом зеленым, затем синим. В каком случае максимальная кинетическая энергия вылетающих фотоэлектронов была наибольшей?
- при освещении красным светом
- при освещении зеленым светом
- при освещении синим цветом
- во всех случаях одинаковой.
- От чего зависит максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, выбиваемых из металла при фотоэффекте?
1)только Б 2) А и Б 3) А и В 4) А, Б и В
- При фотоэффекте работа выхода электрона из металла зависит от
- частоты падающего света
- интенсивности падающего света
- химической природы металла
- кинетической энергии вырываемых электронов.
- На неподвижную пластинку из никеля падает электромагнитное излучение, энергия фотонов которого равна 8 эВ. При этом в результате фотоэффекта из пластины вылетают электроны с максимальной кинетической энергией 3 эВ. Чему равна работа выхода электронов из никеля?
1) 11 эВ 2) 5 эВ 3) 3 эВ 4) 8эВ
- На металлическую пластинку с работой выхода А=2 эВ падает излучение, имеющее три частоты различной интенсивности. Определите кинетическую энергию фотоэлектронов в каждом случае.
- Фотокатод облучают светом с длиной волны λ=300 нм. Красная граница фотоэффекта для вещества катода λ max =450 нм. Какое напряжение U нужно создать между анодом и катодом, чтобы фототок прекратился?
- Красная граница фотоэффекта для вещества фотокатода λ max =450 нм. При облучении катода светом с длиной волны λ фототок прекращается, когда напряжение между анодом и катодом U=1,4 В. Определите длину волны падающего света λ.
- При облучении катода светом с длиной волны λ max =300 нм фототок прекращается, когда напряжение между анодом и катодом U=1,4 В. Определите красную границу фотоэффекта λ max для вещества фотокатода.()
- Фотокатод, покрытый кальцием (работа выхода А=4,42*10 -19 Дж), освещается светом с длиной волны λ=300 нм. Вылетевшие из катода электроны попадают в однородное магнитное поле с индукцией В=8,3*10 -4 Тл перпендикулярно линиям индукции этого поля. Рассчитайте максимальный радиус окружности R, по которой движутся электроны.( R =4,7*10 -3 м)
- В вакууме находятся два покрытых кальцием электрода, к которым подключен конденсатор емкостью С=8000 пФ. При длительном освещении катода светом фототок, возникший вначале, прекращается, а на конденсаторе появляется заряд q=11*10 -9 Кл. Работа выхода электронов из кальция А=4,42*10 -19 Дж. Определите длину волны λ света, освещающего катод.( λ=300 нм)
Тема: «Внешний фотоэффект»
- Сформировать понятие о фотоэффекте.
- Объяснить законы фотоэффекта на основе квантовой теории.
- Научить определять красную границу фотоэффекта.
- Познакомить учащихся с практическим применением фотоэффекта.
В конце XIX - начале XX вв. учеными открыты атомы, ядра атомов, электроны и некоторые другие микрочастицы. Эти физические объекты имеют размеры 10 -10 -10 -15 и меньше. Мир малых частиц называют микромиром. Проникнув в микромир, люди узнали много нового. Известные тогда законы механики и электродинамики не объясняли некоторые открытые явления микромира. Так, опираясь на эти законы, нельзя объяснить, почему атом, состоящий из ядра и электронов, устойчив, почему атомы излучают свет определенной частоты, почему нагретое тело, непрерывно теряя энергию вследствие излучения электромагнитных, волн не охлаждается до абсолютного нуля. Накопился ряд опытных фактов, которые не смогла объяснить физическая теория того времени – электромагнитная теория Максвелла. Как объяснить новые экспериментальные факты, каким новым законам подчинено движение микрочастиц? В спорах ученых и борьбе научных мнений возникли и получили развитие новые физические идеи: о дискретных уровнях энергии атомов, о волновом характере движения частиц, о квантовой природе света. Они легли в основу новой области физики. Квантовая физика – это раздел современной физики, в котором изучаются свойства строения атомов и молекул, движение и взаимодействие микрочастиц. В возникновении квантовой физики важнейшую роль сыграло изучение взаимодействия электромагнитных волн с веществом.
В 1886 г. немецкий физик Г. Герц, конструируя приемник электромагнитных волн (диполь Герца), всячески воздействовал на шарики и промежуток между ними, чтобы облегчить прием сигнала. Среди многих воздействий он пробовал освещать шарики излучением. Он установил, что при освещении ультрафиолетовыми лучами отрицательно заряженного проводник, прием устойчивее. Таким образом, было открыто явление электролизации металлических поверхностей при их освещении. Позднее ученые выяснили, что под действием света часть электронов, входящих в состав тела, покидают его. Явление вырывания электронов из металла под действием света называется фотоэффектом.
2.Поиск закономерностей нового явления. Исследования А.Г.Столетова.
Для начала рассмотрим серию опытов.
2.1. Сообщим отрицательный заряд электрометру Э, соединенному с цинковой пластиной П. Этот заряд сохраняется остаточно долго. Если осветить дуговым фонарем Д, то электрометр начинает разряжаться (демонстрация №1).
2.2. Перекроем поток лучей стеклом разряд электрометра сразу прекращается (демонстрация №2).
2.3. Теперь сообщим положительный заряд, то при таком же освещении разряд электрометра не наблюдается (демонстрация №3).
2.4. Если увеличить интенсивность потока падающего света (придвинуть ближе фонарь), то скорость стекания заряда увеличится, т.е. электрометр разряжается быстрее (демонстрация №4).
2.5. Если же заменить цинковую пластинку на медную, то, повторив опыты при тех же условиях, результаты будут другими.
По результатам опыта можно сделать выводы:
1. Под действием света разряжается только отрицательно заряженные металлы. Разряд металлов означает, что из него вырываются электроны. Следовательно, при некоторых условиях свет способен вырывать электроны из металла.
2. Разряд начинается одновременно с началом освещения, следовательно, фотоэффект безынерционен.
3.Наличие фотоэффекта зависит от рода освещаемого металла и от спектрального состава излучения. Скорость разряда зависит также и от падающей за единицу времени световой энергии.
После открытия Герцем явления фотоэффекта, его исследованиями занялся русский физик А.Г.Столетов (1839 – 1896).
Изучим закономерности фотоэффекта на установке подобной установке Столетова.
В стеклянный баллон, из которого выкачан воздух, помещают два электрода. Внутрь баллона на один из электродов поступает свет через окошко. На электроды подается напряжение, которое можно менять с помощью потенциометра и измерять вольтметром. К освещаемому электроду присоединяют отрицательный полюс батареи. Под действием света этот электрод испускает электроны, которые при движении в электрическом поле образуют электрический ток (демонстрация №5)
Если с помощью потенциометра увеличить напряжение на электродах (интенсивность света не меняется), то по показаниям гальванометра видно что, сила тока увеличивается (демонстрация №6)
При некотором значении напряжения сила тока достигает максимального значения и при дальнейшем увеличении напряжения сила тока не меняется. Максимальное значение силы тока I нас называется током насыщения. Ток насыщения определяется числом электронов испущенных за 1с освещаемым электродом. Если уменьшится интенсивность падающего света, то сила тока насыщения уменьшится (рисунок 1) (демонстрация №7).
Сила фототока насыщения прямо пропорциональна интенсивности излучения, падающего на металл. Это можно объяснить тем, что число фотоэлектронов, вырываемых с катода за единицу времени прямо пропорционально интенсивности света.
2. Если перед падающим белым светом поставить фиолетовый светофильтр, то фотоэффект для данного металла наблюдается. Если же поставить красный светофильтр, то фотоэффект не наблюдается.
Независимо от интенсивности излучения фотоэффект начинается только при некоторой частоте падающего света. Эта частота будет различной для различных металлов. При меньших частотах фотоэффект для металла наблюдаться не будет. Поэтому наименьшую частоту, при которой начинается фотоэффект или соответствующую ей длину волны называют красной границей фотоэффекта (демонстрация №8).
3. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности света. Она линейно возрастает с увеличением частоты падающего света (демонстрация №9).
3. Объяснение законов фотоэффекта на основе волновой теории света. Недостатки волновой теории света.
Согласно волновой теории света, свет несет электромагнитную энергию, которую при освещении металла передает электронам. Скорости электронов в металле различны. Среди них электроны с такими скоростями, для которых полученной от света энергии достаточно для того, чтобы покинуть металл. Таким образом, волновая электромагнитная природа света позволяет объяснить само явление фотоэффекта.
Металлы представляют собой потенциальную яму для электрона, т.е. удерживают электрон. Различные металлы притягивают вылетевший из них электрон с разной силой. Поэтому скорость вылетевших фотоэлектронов зависит от рода металла.
Чем большее интенсивность светового потока, тем большее число электронов в металле могут увеличить свою энергию и вырваться за пределы металла. Это демонстрирует зависимость фототока насыщения в вакуумном фотоэлементе от интенсивности падающего света.
Согласно электромагнитной природе света, интенсивность светового потока должна определять кинетическую энергию электронов. Однако оказалось, что кинетическая энергия электронов, вылетевших из металла под действием света, не зависит от интенсивности падающего света, а зависит от его частоты. А само явление фотоэффекта наблюдается не при любых частотах, а начиная с некоторой минимальной частоты, характерной для каждого металла. Объяснение того, почему существует порог фотоэффекта (красная граница), почему максимальная начальная скорость (или максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов) не зависит от интенсивности света, а определяется только его частотой (линейно возрастает с частотой ), а также объяснение безынерционности фотоэффекта не может быть дано на основе волновой электромагнитной теории света. Ведь по этой теории вырывание электронов является результатом их “раскачивания “ в переменном электрическом поле световой волны. Но тогда и скорость и кинетическая энергия фотоэлектронов должна зависеть от амплитуды вектора напряженности электрического поля волны и, следовательно, от интенсивности, “раскачку’’ электрона требуется время, эффект не может быть безынерционным.
Несоответствие экспериментальных фактов сложившейся волновой теории света доказывало ее несостоятельность при объяснении взаимодействия света с веществом и требовало создания новой физической теории, позволяющей по-другому посмотреть на природу света.
Фотоэффект был не первым явлением, в котором невозможно применить электромагнитные представления о свете. Впервые недостатки этих представлений были обнаружены при изучении закономерностей теплового излучения.
Для объяснения теплового излучения в 1900 г. М.Планк вынужден был высказать, на первый взгляд нелепую идею, что тело излучает энергию не непрерывно, а отдельными порциями (квантами). Эта идея противоречила сложившимся преставлениям классической физики, где процессы и величины, характеризующие свет изменяются непрерывно.
В 1905г. А. Эйнштейн эту идею развил для объяснения фотоэффекта. Он к гипотезе Планка добавил постулат о том, что свет не только испускается, но и поглощается квантами с энергией: E=hv ,
где h - постоянная Планка, v-частота падающего на металл света.
Энергия фотона пропорциональна частоте света. Чем больше частота излучения, тем большую энергию несет каждый его фотон. Энергия фотонов длинноволнового излучения меньше.
hv = A в + Е к - уравнение фотоэффекта - уравнение Эйнштейна.
где hv – энергия фотона; A в – работа выхода из металла; Е к -максимальная кинетическая энергия электрона.
В этой формуле идет речь о максимальной кинетической энергии электрона, так как Эйнштейн предположил, что каждый фотон взаимодействует не со всем веществом, на которое падает свет и даже не с атомом в целом, а с отдельным электроном атома. Фотон отдает свою энергию электрону, а электрон, получив энергию, вырывается из металла с определенной кинетической энергией (демонстрация №10).
Сила фототока насыщения определяется числом электронов, вылетающих за единицу времени с освещаемой поверхности, а интенсивность света – числом ежесекундно падающих фотонов. Так как каждый фотон может выбить с поверхности металла лишь один электрон, то, естественно, что сила фототока насыщения (число вырванных электронов) будет пропорционально интенсивности света (числу падающих фотонов).
Важно заметить, что наблюдают прямую пропорциональность, а не равенство, так как часть падающих на металл фотонов отражается, а из поглощенных фотонов не все вырывают из металла свободные электроны. Энергия части поглощенных фотонов превращается во внутреннюю энергию металла.
Далее объясняют, почему наибольшая кинетическая энергия фотоэлектронов зависит от частоты падающего света, а не от его интенсивности (второй закон фотоэффекта). Из уравнения Эйнштейна Е к = hv – A в следует: так как для вещества работа выхода постоянна (A в = const) ,то наибольшая кинетическая энергия фотоэлектронов пропорциональна частоте падающего света. Анализируя случай когда энергия светового кванта численно равна работе выхода A в :
hv min = A в , или v min = A в /h
Следовательно, вся энергия фотона идет на совершение работы выхода и скорость электронов равна нулю. Минимальная (граничная) частота фотоэффекта v min = A в / h . При условии v min фотоэффекта нет. Это длинноволновая граница фотоэффекта. Она зависит только от работы выхода, т.е. от химической природы металла, и может лежать на любом участке оптического диапазона. Для каждого вещества есть своя красная граница фотоэффект (третий закон фотоэффекта).
Таким образом, уравнение фотоэффекта объясняет все законы внешнего фотоэффекта.
Фотоэффект широко используется в науке и технике для регистрации и измерения световых потоков, для непосредственного преобразования и измерения света в энергию электрического тока, для преобразования световых сигналов в электрические сигналы. Приборы, действие которых основано на явлении фотоэлектрического эффекта, называются фотоэлементами. Простейший, вакуумный, фотоэлемент представляет собой эвакуированный стеклянный баллон, часть внутренней поверхности которого покрыта слоем металла, играющим роль фотокатода. При освещении катода из него, вследствие внутреннего фотоэффекта (под действием света, падающего на полупроводник и диэлектрик, из их атомов освобождаются и становятся свободными электроны-электроны проводимости), выбиваются электроны, и в цепи возникает фотоэлектрический ток. Величина напряжения батареи выбирается такой, чтобы фототок был равнее току насыщения. В зависимости от спектрального состава света используются фотоэлементы, катоды которых изготовлены из различных материалов.
Полупроводниковые фотоэлементы с внутренним фотоэффектом, или фотосопротивления, обладают значительно большей чувствительностью, чем описанные выше фотоэлементы, в которых используется внешний фотоэффект.
Фотосопротивления широко применяются для обнаружения и измерения инфракрасного и других излучений.
Фотоэлементы применяются в автоматике (автоматическое открывание дверей при подходе человека или ворот гаража въезжающему в него автомобиля, при автоматическом включении и выключении городской осветительной сети), для подачи сигналов точного времени, в химическом производстве для проверки прозрачности жидкости, в телевидении и звуковом кино.
При фотоэффекте число электронов выбиваемых из металла за единицу времени не зависит от
DB6D99 Как изменится минимальная частота света, при которой возникает внешний фотоэффект, если пластинке сообщить отрицательный заряд?
Отзыв
Вопрос 4
Текст вопроса
Фототок насыщения при фотоэффекте с уменьшением падающего светового потока
Вопрос 5
Внешний фотоэффект — это явление
вырывания электронов с поверхности вещества под действием света
Вопрос 6
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
увеличиться в 9 раз
Вопрос 7
Интенсивность света, падающего на фотокатод, уменьшилась в 10 раз. При этом уменьшилась(-ось)
Вопрос 8
От чего зависит максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, выбиваемых из металла при фотоэффекте?
A. От частоты падающего света.
Б. От интенсивности падающего света.
B. От работы выхода электронов из металла. Правильными являются ответы:
Вопрос 9
При фотоэффекте работа выхода электрона из металла зависит от
химической природы металла
Вопрос 10
Четырёх учеников попросили нарисовать общий вид графика зависимости фототока насыщения I 0 от интенсивности J падающего света. Какой из приведённых рисунков выполнен правильно?
Вопрос 11
AC396A Четырёх учеников попросили нарисовать общий вид графика зависимости фототока насыщения I0 от интенсивности J падающего света. Какой из приведённых рисунков выполнен правильно?
Вопрос 12
A53EA7 Если А – работа выхода, h – постоянная Планка, то длина волны света λкр, соответствующая красной границе фотоэффекта, определяется соотношением
Вопрос 13
Вопрос 14
2E6B6A Четырех учеников попросили нарисовать общий вид графика зависимости максимальной кинетической энергии электронов, вылетевших из пластины в результате фотоэффекта, от интенсивности I падающего света. Какой рисунок выполнен правильно?
Вопрос 15
DE54AB Фотоэлемент освещают светом с определенной частотой и интенсивностью. На рисунке справа представлен график зависимости силы фототока в этом фотоэлементе от приложенного к нему напряжения. В случае увеличения частоты без изменения интенсивности падающего света график изменится. На каком из приведенных рисунков правильно отмечено изменение графика?
2. Законы фотоэффекта
Незаряженный, изолированный от других тел металлический шар освещается ультрафиолетовым светом. Заряд, какого знака будет иметь этот шар в результате фотоэффекта?
1) Положительный
3) Шар останется нейтральным
4) Знак заряда может быть любым
При исследовании фотоэффекта Столетов выяснил, что
1) атом состоит из ядра и окружающих его электронов
2) атом может поглощать только определенные частоты
3) сила фототока прямо пропорциональна интенсивности падающего света
В своих опытах Столетов измерял максимальную силу тока (ток насыщения) при освещении электрода ультрафиолетовым светом. Сила тока насыщения при увеличении интенсивности источника света и неизменной его частоте будет
1) увеличиваться
4) сначала увеличивается, затем уменьшается
Фототок насыщения при уменьшении интенсивности падающего света
2) не изменяется
3) уменьшается
4) увеличивается или уменьшается в зависимости от работы выходов
Интенсивность света, падающего на фотокатод, уменьшилась в 10 раз. При этом уменьшилась (ось)
1) скорость фотоэлектронов
2) энергия фотоэлектронов
3) число фотоэлектронов
4) масса фотоэлектронов
Интенсивность света, падающего на металлическую пластинку, увеличивается, а частота – уменьшается. Число фотоэлектронов, покидающих пластинку в единицу времени, будет
3) оставаться прежним
4) сначала увеличиваться, затем уменьшаться
При фотоэффекте число электронов, выбиваемых монохроматическим светом из металла за единицу времени, не зависит от
А: частоты падающего света
Б: интенсивности падающего света
В: работы выхода электронов из металла
1) энергия фотона прямо пропорциональна частоте света
4) фототок возникает при частотах падающего света, превышающих некоторое значение
При фотоэффекте работа выхода электрона из металла, зависит от
1) частоты падающего света
2) интенсивности падающего света
3) химической природы металла
4) кинетической энергии вырываемых электронов
При фотоэффекте работа выхода электрона из металла (красная граница), не зависит от
В: химического состава металла
Какое (-ие) из утверждений правильно (-ы)?
Поверхность металла освещают светом, длина волны которого меньше длины волны , соответствующей красной границе фотоэффекта для данного вещества. При увеличении интенсивности света
1) фотоэффект не будет происходить при любой интенсивности света
2) будет увеличиваться количество фотоэлектронов
3) будет увеличиваться энергия фотоэлектронов
4) будет увеличиваться как энергия фотоэлектронов, так и количество фотоэлектронов
Как изменится минимальная частота, при которой возникает фотоэффект, если пластинке сообщить отрицательный заряд?
3) Уменьшится
4) Увеличится или уменьшится в зависимости от рода вещества
Как изменится минимальная частота, при которой возникает фотоэффект, если пластинке сообщить положительный заряд?
2) Увеличится
В опытах Столетова было обнаружено, что кинетическая энергия электронов, вылетевших с поверхности металлической пластины при её освещении светом, зависит от
1) не зависит от частоты падающего света
2) линейно зависит от частоты падающего света
3) линейно зависит от интенсивности света
4) линейно зависит от длины волны падающего света
При фотоэффекте кинетическая энергия электронов, выбиваемых из металла, зависит от
Из перечисленных ниже факторов выберите те, от которых зависит кинетическая энергия электронов, вылетевших с поверхности металлической пластины при ее освещении светом лампы.
А: Интенсивность падающего света.
Б: Частота падающего света.
В: Работа выхода электрона из металла.
Б и В
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
Металлическую пластину освещали монохроматическим светом одинаковой интенсивности: сначала красным, потом зеленым и затем синим. В каком случае максимальная кинетическая энергия вылетающих фотоэлектронов была наибольшей?
1) При освещении красным светом
2) При освещении зеленым светом
3) При освещении синим светом
4) Во всех случаях одинаковая
Металлическую пластину освещали монохроматическим светом одинаковой интенсивности: сначала красным, потом зеленым и затем синим. В каком случае максимальная кинетическая энергия вылетающих фотоэлектронов была наименьшей?
4) Во всех случаях одинаковой
Кинетическая энергия электронов, выбиваемых из металла при фотоэффекте, не зависит от
В: площади освещаемой поверхности.
При фотоэффекте задерживающая разность потенциалов не зависит от
В: угла падения света
Какие утверждения правильны?
При увеличении угла падения на плоский фотокатод монохроматического излучения с неизменной длиной волны максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов
3) не изменяется
4) возрастает при >500 нм и уменьшается при < 500 нм
При уменьшении угла падения на плоский фотокатод монохроматического излучения с неизменной длиной волны максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов
Четырёх учеников попросили нарисовать общий вид графика зависимости максимальной энергии Е электронов, вылетевших из пластины в результате фотоэффекта, от интенсивности падающего света. Какой из приведенных графиков выполнен правильно?
Читайте также: