Возникает ли фотоэффект в серебре

Опубликовано: 23.04.2024

Возникнет ли фотоэффект на натрии, если его облучать светом, который испускают атомы водорода, при переходе из третьего стационарного состояния во второе?

Ответ:  = 4,6∙10 14 Гц кр. , не возникнет.

33 [2]. Возникнет ли фотоэффект на серебре, если его облучить фотонами, которые испускают атомы водорода при переходе из стационарного состояния с энергией –3,4 эВ в состояние с энергией –13, 6 эВ? Красная граница серебра равна 263 нм.

Ответ :  = 2,5 ∙ 10 15 Гц >  кр. , возникнет.

34 [5]. Для увеличения яркости изображения слабых источников света используется вакуумный прибор электронно-оптический преобразователь (ЭОП). В этом приборе фотоны, падающие на катод, выбивают из него фотоэлектроны, которые ускоряются разностью потенциалов 12 кВ и бомбардируют флуоресцирующий экран, рождающий вспышку света при попадании каждого электрона. Длина волны падающего на катод света 622 нм, а света, излучаемого экраном, 430 нм. Какое количество фотонов, падающих на катод, приходится на один выбитый фотоэлектрон, если прибор увеличивает энергию светового излучения, падающего на катод, в 1000 раз? Работу выхода электронов принять равной 1 эВ. Считать, что энергия электронов переходит в энергию света без потерь. Ответ округлите до целого числа.

35 [19]. Для увеличения яркости изображения слабых источников света используется вакуумный прибор – электронно-оптический преобразователь (ЭОП). В этом приборе фотоны, падающие на катод, выбивают из него фотоэлектроны, которые ускоряются разностью потенциалов  U =15000 В и бомбардируют флуоресцирующий экран, рождающий вспышку света при попадании каждого электрона. Длина волны для падающего на катод света  1 = 820 нм, а для света, излучаемого экраном,  2 = 410 нм. Во сколько раз N прибор увеличивает число фотонов, если один фотоэлектрон рождается при падении на катод в среднем k = 10 фотонов? Работу выхода электронов А в принять равной 1 эВ. Считать, что энергия падающих на экран электронов переходит в переходит в энергию света без потерь.

Дано : Анализ и решение.

 1 = 820 нм = 8,2 ∙ 10 – 7 м, Один электрон, попадая на флуоресцирующий экран, может

 2 = 410 нм = 4,1 ∙ 10 – 7 м, излучить несколько фотонов. Число фотонов будет равно

k =10, отношению энергии падающего фотоэлектрона к энергии

А в =1 эВ = 1,6 ∙ 10 – 19 Дж, фотона, излучаемого экраном:

с = 3 ∙ 10 8 м/с, N 1 = (1), где Е ф2 = (2) (при падении 1 электрона)

h = 6,6 ∙ 10 – 34 Дж ∙ с, Первоначальную кинетическую энергию фотоэлектронов.

е =1,6 ∙ 10 – 19 Кл. определим из уравнения Эйнштейна для внешнего

Вылетевшие фотоэлектроны попадают в ускоряющее электрическое поле, работа сил которого e  U , идёт на увеличение кинетической энергии фотоэлектронов:

Е к2 = Е к1 + e  U = + e  U = . (4)

Подставим формулы (2) и (4) в (1) и для определения N учтём, что число вырванных электронов в k раз меньше числа падающих фотонов. Тогда

Ответ : ЭОП в 500 раз увеличивает число фотонов.

36 [14]. Излучение аргонового лазера с длиной волны 500 нм сфокусировано на плоском фотокатоде в пятно диаметром 0,1 мм. Работа выхода электрона с поверхности фотокатода 2 эВ. На анод, расположенный на расстоянии 30 мм от катода, подано ускоряющее напряжение 4 кВ. Найдите диаметр пятна фотоэлектронов на аноде. Анод считать плоским и расположенным параллельно поверхности катода.

= 500 нм = 5 ∙ 10 – 7 м, Анализ и решение.

d = 0,1 мм = 1 ∙ 10 – 4 м,

А в = 2 эВ = 3,2 ∙ 10 – 19 Дж, Электроны, вылетевшие из фотокатода по касательной к его

L = 30 мм = 0,3 м, поверхности, после изменения траектории электрическим полем,

U =4 кВ = 4 ∙ 10 3 В, попадут на анод. Траектория этих электронов – ветвь h = 6,63 ∙ 10 – 34 Джс, параболы. Электроны, вылетевшие с края пятна на катоде,

c = 3 ∙ 10 8 м/с, дадут край пятна на аноде.

е = 1,6 ∙ 10 – 19 Кл. Обозначим отклонение электронов вдоль катода через х .

____________________ Тогда диаметр пятна фотоэлектронов на аноде будет равен

Из уравнения Эйнштейна для внешнего фотоэффекта определим скорость вылета электронов из катода

Электрон вдоль катода движется по инерции, поэтому смещение фотоэлектронов x = vt (3).

Перпендикулярно катоду движение электрона равноускоренное под действием силы электрического поля F = eU , без начальной скорости. Расстояние от катода до анода равно

L = . Определим из этой формулы время движения электрона

t = (4). Подставим значение скорости (2) и времени (4) в формулу (3).

х = 2 L , тогда диаметр пятна на аноде по формуле (1) будет равен

D = 1 ∙ 10 – 4 + 4 ∙ 0,3 .

Ответ: диаметр пятна фотоэлектронов на аноде 1,3 мм.

Третий уровень сложности.

1 [12]. Фотокатод, покрытый кальцием (работа выхода А в = 4,42 ∙ 10 – 19 Дж), освещается светом с длиной волны  = 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?

2 [20]. В вакууме находятся два покрытых кальцием электрода, к которым подключен конденсатор ёмкостью С = 8000 пФ. При длительном облучении катода светом фототок, возникающий вначале, прекращается, а на конденсаторе появляется заряд q = 11 ∙ 10 – 9 Кл. Работа выхода электронов из кальция А в = 4,42 ∙ 10 – 19 Дж. Определите длину волны  света, освещающего катод.

1 [20]. Фотокатод, покрытый кальцием, освещается светом с длиной волны  =225 нм. Работа выхода электронов из кальция А в = 4,42 ∙ 10 – 19 Дж. Вылетевшие из катода электроны попадают в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям индукции и движутся по окружности максимального радиуса R = 5 мм. Вычислите модуль индукции магнитного поля В.

2. В вакууме находятся два покрытых кальцием электрода, к которым подключен конденсатор ёмкостью С = 8000 пФ. При длительном облучении катода светом с частотой волны  = 1 ∙ 10 15 Гц фототок, возникающий вначале, прекращается. Работа выхода электронов из кальция А в = 4,42 ∙ 10 – 19 Дж. Определите заряд q , появляющийся на конденсаторе.

1. Фотокатод, покрытый кальцием (работа выхода А в = 4,42 ∙ 10 – 19 Дж), освещается светом с частотой  = 2 ∙ 10 15 Гц. Вылетевшие из катода электроны попадают в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям индукции и движутся по окружности максимального радиуса R = 5 мм. Вычислите модуль индукции магнитного поля В .

2 [12]. В вакууме находятся два покрытых кальцием электрода, к которым подключен конденсатор ёмкостью С. При длительном облучении катода светом с длиной волны  = 300 нм фототок, возникающий вначале, прекращается, а на конденсаторе появляется заряд q = 11 ∙ 10 – 9 Кл. Работа выхода электронов из кальция А в = 4,42 ∙ 10 – 19 Дж. Определите ёмкость конденсатора С .

Рассмотрим решение задач варианта 1.

1) Дано : Анализ и решение.

А в = 4,42 ∙ 10 – 19 Дж,

 = 300 нм = 3 ∙ 10 – 7 м, Вылетевшие с фотокатода электроны попадают в однородное

В = 8,3 ∙ 10 – 4 Тл, магнитное поле, перпендикулярно линиям индукции. Поэтому

е = 1,6 ∙ 10 – 19 Кл, на электрон будет действовать сила Лоренца, равная F Л = еВ v m (1)

m = 9,1 ∙ 10 – 31 кг, Поскольку F Л  v , сила Лоренца создаёт центростремительное

h = 6,63 ∙ 10 – 34 Дж ∙ с, ускорение и по 2 закону Ньютона F Л = m а ц (2), а ц = (3) –

c = 3 ∙ 10 8 м/с. центростремительное ускорение.

_________________ Подставив (2) и (3) в (1) определим (4).

В этой формуле не известна скорость фотоэлектрона.

R max – ? Запишем уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта

Ответ : максимальный радиус окружности, по которому движутся электроны, 4,7 мм.

2) Дано : Анализ и решение.

С = 8000 пФ = 8 ∙ 10 – 9 Ф,

q = 11 ∙ 10 – 9 Кл, При облучении фотокатода он будет заряжаться

А в = 4,42 ∙ 10 – 19 Дж, положительным зарядом до тех пор, пока напряжение

с = 3 ∙ 10 8 м/с, между катодом и анодом не станет запирающим U з .

h = 6,63 ∙ 10 – 34 Дж ∙ с, Поскольку конденсатор подключен к электродам

е = 1,6 ∙10 – 19 Кл. параллельно, то напряжение на конденсаторе

____________________ U C = = U з (1).

– ? Запишем уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта

в виде (2), подставим формулу (1), определим  .

Ответ : длина волны, освещающей катод, равна 300 нм.

Т ест по теме «Фотоэффект»

1 [9]. Постоянная Планка – это коэффициент пропорциональности между порцией энергии, уносимой светом при излучении его атомом, и

1) длиной волны света;

2) частотой изменения напряжённости электрического поля в световой волне;

3) скоростью световой волны; 4) амплитудой световой волны.

2 [9]. Фотоэффект – это…

1) свечение металлов при пропускании по ним тока;

2) нагрев вещества при его освещении;

3) синтез глюкозы в растениях под действием солнечного света;

4) выбивание электронов с поверхности металла при освещении его светом. ]

3 [9]. Из перечисленных ниже фактов выберите те, от которых зависит кинетическая энергия электронов, вылетевших с поверхности металлической пластины при её освещении светом лампы.

А. Интенсивность падающего света. В. Работа выхода электрона из металла.

Б. Частота падающего света.

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

4 [20]. Фототок насыщения при фотоэффекте при уменьшении падающего светового потока

1) увеличивается; 2) уменьшается; 3) не изменится;

4) увеличивается или уменьшается в зависимости от условий опыта.

5 [21]. Красная граница фотоэффекта исследуемого металла соответствует длине волны

 кр = 600 нм. Чему равна длина волны света, выбивающего из него фотоэлектроны, максимальная кинетическая энергия которых в 3 раза меньше энергии падающих фотонов?

1) 133 нм; 2) 300 нм; 3) 400 нм; 4) 1200 нм.

6 [21]. В некоторых опытах по изучению фотоэффекта фотоэлектроны тормозятся электрическим полем. В таблице приведены результаты одного из первых таких опытов при освещении одной и той же пластины.

Задерживающее напряжение U з , В

Частота , 10 14 Гц

Постоянная Планка по результатам этого эксперимента равна:

1) 4,6 ∙ 10 – 34 Дж ∙ с; 2) 5,3 ∙ 10 – 34 Дж ∙ с; 3) 7,0 ∙ 10 – 34 Дж ∙ с; 4) 6,3 ∙ 10 – 34 Дж ∙ с.

7 [21]. При изучении явления фотоэффекта исследовалась зависимость максимальной кинетической энергии вылетающих с поверхности освещённой пластины фотоэлектронов Е m от частоты падающего света . Погрешности измерения частоты света и энергии фотоэлектронов составляли соответственно 1 ∙ 10 13 Гц и 4 ∙ 10 – 20 Дж. Результаты измерений с учётом их погрешности представлены на рисунке. Согласно этим измерениям, постоянная Планка приблизительно равна

1) 2 ∙ 10 – 34 Дж ∙ с; 2) 5 ∙ 10 – 34 Дж ∙ с; 3) 7 ∙ 10 – 34 Дж ∙ с; 4) 9 ∙ 10 – 34 Дж ∙ с.

8 [20]. Работа выхода для материала пластины равна 4 эВ. Пластина освещается монохроматическим светом. Чему равна энергия фотонов падающего света, если максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов равна 1,5 эВ?

1) 0,5 эВ; 2) 1,5 эВ; 3) 2 эВ; 4) 3,5 эВ.

9 [22]. При исследовании фотоэффекта Столетов выяснил, что

1) атом состоит из ядра и окружающих его электронов;

2) атом может поглощать свет только определённых частот;

3) сила фототока прямо пропорциональна частоте падающего света;

4) фототок возникает при частотах падающего света, меньше некоторой величины.

10 [23]. На рисунке приведены варианты графика зависимости максимальной кинетической энергии фотоэлектронов от энергии падающих на фотокатод фотонов. В каком случае график соответствует законам фотоэффекта?

1) 1; 2) 2; 3) 3; 4) 4.

11 [21]. В опытах по фотоэффекту пластину из металла с работой выхода 3,4 ∙ 10 – 19 Дж освещали светом с частотой 3 ∙ 10 14 Гц. Затем частоту увеличили в 2 раза, оставив неизменным число фотоэлектронов, падающих на пластину за 1 с. В результате этого число фотоэлектронов, покидающих пластину за 1 с,

1) не изменилось; 3) увеличилось в 2 раза;

2) стало не равным нулю; 4) увеличилось менее чем в 2 раза.

12 [5]. Металлическую пластинку освещают сначала светом с частотой  1 >  m , а затем с частотой  2 m , где  m – красная граница фотоэффекта. В каком случае (1 или 2) будет наблюдаться фотоэффект?

1) в случае 1; 2) в случае 2; 3) в обоих случаях; 4) ни в одном случае.

13 [5]. Металлическую пластинку освещают сначала светом с длиной волны  1 , а затем светом с длиной волны  2 >  1 . В каком случае (1 или 2) скорость фотоэлектронов имеет большее значение?

1) в случае 1; 2) в случае 2; 3) скорость не изменится; 4) фотоэффекта не будет.

14. Кинетическая энергия фотоэлектронов при внешнем фотоэффекте увеличивается, если

1) увеличивается работа выхода электронов из металла;

2) уменьшается работа выхода электронов из металла;

3) увеличивается интенсивность падающего света;

4) уменьшается энергия кванта падающего света.

15 [24]. В каких из перечисленных ниже технических устройствах используется явление фотоэффекта? 1) телекамера; 2) ксерокс.

1) только 1; 2) только 2; 3) 1 и 2; 4) ни 1, ни 2.

16. При облучении металлической пластинки светом с её поверхности вылетают электроны. Число выбиваемых светом электронов зависит от…

1) температуры пластины; 3) от материала пластинки;

2) частоты света; 4) интенсивности света.

17 [24]. Как изменится энергия фотонов при увеличении дины световой волны в 2 раза?

1) увеличится в 2 раза; 3) уменьшится в 2 раза;

2) увеличится в 4 раза; 4) зависит от вида излучения.

Т ест по теме «Фотоэффект»

1 [25]. Фотоэффект – это явление…

1) почернения фотоэмульсии под действием света;

2) испускания электронов с поверхности вещества под действием света;

3) свечение некоторых веществ в темноте;

4)излучения нагретого твёрдого тела.

2 [9]. При освещении катода вакуумного фотоэлемента потоком монохроматического света происходит выбивание фотоэлектронов. Как изменится максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов при увеличении частоты падающего на катод света в 2 раза?

1) не изменится; 3) увеличится более чем в 2 раза;

2) увеличится в 2 раза; 4) увеличится менее чем в 2 раза.

3 [9]. В опытах Столетова было обнаружено, что кинетическая энергия электронов, вылетевших с поверхности металлической пластины при её освещении светом, …

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.

4 [25]. Фототок насыщения при уменьшении интенсивности падающего света

1) увеличивается; 2) не изменяется; 3) уменьшается;

4) увеличивается или уменьшается в зависимости от работы выхода.

5 [9]. Какие из перечисленных ниже явлений можно количественно описать с помощью фотонной теории света?

А. Фотоэффект. Б. Световое давление.

1) только А; 2) только Б; 3) А и Б; 4) ни А, ни Б.

6 [9]. На рис. приведены графики зависимости максимальной энергии фотоэлектронов от энергии падающих на фотокатод фотонов. В каком случае материал катода

фотоэлемента имеет меньшую работу выхода?

1) 1; 2) 2; 3) одинаковую; 4) ответ неоднозначен.

7 [21]. Работа выхода электронов для исследуемого металла равна 3 эВ. Чему равна максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, вылетающих с поверхности металлической пластинки под действием света, длина волны которого составляет 2/3 длины волны, соответствующей красной границе фотоэффекта для этого металла?

1) 2/3 эВ; 2) 1 эВ; 3) 3/2 эВ; 4) 2 эВ.

8 [21]. В некоторых опытах по изучению фотоэффекта фотоэлектроны тормозятся электрическим полем. Напряжение, при котором поле останавливает и возвращает назад все фотоэлектроны, назвали задерживающим напряжением.

В таблице представлены результаты одного из первых таких опытов при освещении одной и той же пластины, в ходе которого было получено значение h = 5,3 ∙ 10 –34 Дж ∙ с.

Задерживающее напряжение U з , В

Чему равно опущенное в таблице первое значение задерживающего потенциала?

1) 0,4 В; 2) 0,5 В; 3) 0,7 В; 4) 0,8 В.

9 [21]. В опытах по фотоэффекту пластину из металла с работой выхода 3,4 ∙ 10 – 19 Дж освещали светом с частотой 6 ∙ 10 14 Гц. Затем частоту уменьшили в 2 раза, число, одновременно увеличив в 1,5 раза число фотонов, падающих на пластину за 1 с. В результате этого максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов

1) уменьшилась в 2 раза; 3) увеличилось в 1,5 раза;

2) стала равной нулю; 4) уменьшилась менее чем в 2 раза.

10. Укажите неверное утверждение:

1) максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой падающего света;

2) максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света;

3) фототок насыщения прямо пропорционален интенсивности света, падающего на катод;

4) красная граница фотоэффекта зависит от интенсивности света, падающего на катод.

11 [26]. На рисунке приведён график зависимости кинетической энергии фотоэлектронов Е к от частоты падающего света.

Работа выхода электронов равна

1) 0,44 эВ; 2) 0,92 эВ; 3) 2,9 эВ; 4) 4,4 эВ.

12 [5]. Металлическую пластинку освещают сначала светом с частотой  1 , а затем с частотой  2 1 . В каком случае (1 или 2) скорость фотоэлектронов имеет большее значение?

1) в 1 случае; 2) во 2 случае; 3) скорость фотоэлектронов не изменилась;

4) во 2 случае фотоэффекта не будут.

13 [5]. Металлическую пластинку освещают сначала светом с длиной волны  1 >  m , а затем светом с длиной волны  2 m , где  m – красная граница фотоэффекта. В каком случае

(1 или 2) будет наблюдаться фотоэффект?

1) в 1 случае; 2) во 2 случае; 3) в обоих случаях;

4) в обоих случаях фотоэффекта не будет.

14. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта представляет собой применение к данному явлению…

1) закона сохранения импульса;

2) закона сохранения энергии;

3) закона отражения и преломления света;

4) закона сохранения заряда.

15 [20]. Вылетающие при фотоэффекте фотоэлектроны задерживаются напряжением U з . Максимальная скорость электронов равна

16. При фотоэффекте значение задерживающей разности потенциалов зависит от

А) частоты падающего света;

Б) интенсивности падающего света;

В) работы выхода электронов из металла.

Какие утверждения правильные?

1) А и Б; 2) А и В; 3) Б и В; 4) А, Б и В.

17. Увеличение частоты падающего света на фотоэлемент приводит…

1) к увеличению скорости фотоэлектрона;

2) к увеличению тока насыщения;

3) к уменьшению задерживающей разности потенциалов;

Ниже размещены условия задач и отсканированные решения. Если вам нужно решить задачу на эту тему, вы можете найти здесь похожее условие и решить свою по аналогии. Загрузка страницы может занять некоторое время в связи с большим количеством рисунков. Если Вам понадобится решение задач или онлайн помощь по физике- обращайтесь, будем рады помочь.

Явление фотоэффекта заключается в испускании веществом электронов под действием падающего света. Теория фотоэффекта разработана Эйнштейном и заключается в том, что поток света представляет собой поток отдельных квантов(фотонов) с энергией каждого фотона h n . При попадании фотонов на поверхность вещества часть из них передает свою энергию электронов. Если этой энергия больше работы выхода из вещества, электрон покидает металл. Уравнение эйнштейна для фотоэффекта: $h \nu = A + W_<k>,$
где
— максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона.

Длина волны красной границы фотоэффекта для некоторого металла составляет 307 нм. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов – 1 эВ. Найти отношение работы выхода электрона к энергии падающего фотона.

Частота света красной границы фотоэффекта для некоторого металла составляет 6*10 14 Гц, задерживающая разность потенциалов для фотоэлектронов – 2В. Определить частоту падающего света и работу выхода электронов.

Работа выхода электрона из металла составляет 4,28эВ. Найти граничную длину волны фотоэффекта.

На медный шарик радает монохроматический свет с длиной волны 0,165 мкм. До какого потенциала зарядится шарик, если работа выхода электрона для меди 4,5 эВ?

Работа выхода электрона из калия составляет 2,2эВ, для серебра 4,7эВ. Найти граничные длину волны фотоэффекта.

Длина волны радающего света 0,165 мкм, задерживающая разность потенциалов для фотоэлектронов 3В. Какова работа выхода электронов?

Красная граница фотоэффекта для цинка 310 нм. Определить максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов, если на цинк падает свет с длиной волны 200нм.

На металл с работой выхода 2,4эВ падает свет с длиной волны 200нм. Определить задерживающую разность потенциалов.

На металл падает свет с длиной волны 0,25 мкм, задерживающая разность потенциалов при этом 0,96В. Определить работу выхода электронов из металла.

При изменении длины волны падающего света максимальные скорости фотоэлектронов изменились в 3/4 раза. Первоначальная длина волны 600нм, красная граница фотоэффекта 700нм. Определить длину волны после изменения.

Работы выхода электронов для двух металлов отличаются в 2 раза, задерживающие разности потенциалов - на 3В. Определить работы выхода.

Максимальная скорость фотоэлектронов равно 2,8*10 8 м/с. Определить энергию фотона.

Энергии падающих на металл фотонов равны 1,27 МэВ. Найти максимальную скорость фотоэлектронов.

Максимальная скорость фотоэлектронов равно 0,98с, где с - скорость света в вакууме. Найти длину волны падающего света.

Энергия фотона в пучке света, падающего на поверхность металла, равно 1,53 МэВ. Определить максимальную скорость фотоэлектронов.

На шарик из металла падает свет с длиной волны 0,4 мкм, при этом шапик заряжается до потенциала 2В. До какого потенциала зарядится шарик, если длина волны станет равной 0,3 мкм?

После изменения длины волны падающего света в 1,5 раза задерживающая разность потенциалов изменилась с 1,6В до 3В. Какова работа выхода?

Красная граница фотоэффекта 560нм, частота падающего света 7,3*10 14 Гц. Найти максимальную скорость фотоэлектронов.

Красная граница фотоэффекта 2800 ангстрем, длина волны падающего света 1600 ангстрем. Найти работу выхода и максимальную кинетическую энергию фотоэлектрона.

Задерживащая разность потенциалов 1,5В, работа выхода электронов 6,4*10 -19 Дж. Найти длину волны падающего света и красную границу фотоэффекта.

Работа выхода электронов из металла равна 3,3 эВ. Во сколько раз изменилась кинетическая энергия фотоэлектронов. если длина волны падающего света изменилась с 2,5*10 -7 м до 1,25*10 -7 м?

Найти максимальную скорость фотоэлектронов для видимого света с энергией фотона 8 эВ и гамма излучения с энергией 0,51 МэВ. Работа выхода электронов из металла 4,7 эВ.

Фототок прекращается при задерживающей разности потенциалов 3,7 В. Работа выхода электронов равна 6,3 эВ. Какая работа выхода электронов у другого металла, если там фототок прекращается при разности потенциалов, большей на 2,3В.

Работа выхода электронов из металла 4,5 эВ, энергия падающих фотонов 4,9 эВ. Чему равен максимальный импульс фотоэлектронов?

Красная граница фотоэффекта 2900 ангстрем, максимальная скорость фотоэлектронов 10 8 м/с. Найти отношение работы выхода электронов к энергии палающих фотонов.

Длина волны падающего света 400нм, красная граница фотоэффекта равна 400нм. Чему равна максимальная скорость фотоэлектронов?

Длина волны падающего света 300нм, работа выхода электронов 3,74 эВ. Напряженность задерживающего электростатического поля 10 В/см.Какой максимальный путь фотоэлектронов при движении в направлении задерживающего поля?

Длина волны падающего света 100 нм, работа выхода электронов 5,30эВ. Найти максимальную скорость фотоэлектронов.

При длине волны радающего света 491нм задерживающая разность потенциалов 0,71В. Какова работа выхода электронов? Какой стала длина волны света, если задерживающая разность потенциалов стала равной 1,43В?

Кинетическая энергия фотоэлектронов 2,0 эВ, красная граница фотоэффекта 3,0*10 14 Гц. Определить энергию фотонов.

Красная граница фотоэффекта 0,257 мкм, задерживающая разность потенциалов 1,5В. Найти длину волны падающего света.

Красная граница фотоэффекта 2850 ангстрем. Минимальное значение энергии фотона, при котором возможен фотоэффект?

1. Найдите красную границу фотоэффекта для платины.

2. Красная граница фотоэффекта для некоторого металла соответствует длине волны 577 нм. Вычислите минимальную энергию кванта, необходимую для освобождения фотоэлектрона из данного металла. Какой это металл?

3. На поверхность серебра падает излучение с длиной волны 500 нм. Зарядится при этом серебро или останется нейтральным?

4. Возникнет ли фотоэффект в литии под действием излучения с длиной волны 450 нм?

5. Работа выхода электронов из золота 7,6 * 10 -19 Дж. Произойдёт ли фотоэффект при освещении золота видимым излучением?

6. Какой энергией обладают электроны, вырванные из оксида бария светом с длиной волны 600 нм?

7. Найдите частоту света, вызывающего фотоэффект в серебре, если максимальная скорость фотоэлектронов 600 км/с.

8. Определите максимальную скорость фотоэлектронов, вырываемых с поверхности цинка светом с длиной волны 0,25 мкм.

9. Красная граница фотоэффекта для некоторого металла 660 нм. Определите максимальную скорость фотоэлектронов, вырываемых с поверхности металла светом с длиной волны 220 нм.

10. Фотоэффект у данного металла начинается при частоте 6*10 14 Гц. Рассчитайте частоту излучения, падающего на металл, если вырванные светом электроны задерживаются разностью потенциалов 3 В.

11. Плоскую цинковую пластинку освещают излучением со сплошным спектром, коротковолновая граница которого соответствует длине волны 30 нм. Вычислите, на какое максимальное расстояние от поверхности пластинки может удалиться фотоэлектрон, если вне пластинки имеется задерживающее поле с напряжённостью 10 В/м.

12. К акую длину волны должны иметь световые лучи, направленные на поверхность металла, чтобы фотоэлектроны вылетали со скоростью 2000 км/с? Красная граница фотоэффекта для данного металла 0,35 нм.

13. При облучении цезия светом с длиной волны 0,4 мкм максимальная скорость вылетевших фотоэлектронов равна 660 км/с. Каков наименьший импульс фотона, который может вызвать фотоэффект?

14. Фотоны, имеющие энергию 5 эВ, выбивают электроны с поверхности металла. Работа выхода электронов из металла равна 4,7 эВ. Какой импульс приобретает электрон при вылете с поверхности металла?

15. Красная граница фотоэффекта для рубидия 0,81 мкм. Какую задерживающую разность потенциалов нужно приложить к фотоэлементу, чтобы прекратился фототок, если длина волны падающего света 0,4 мкм? На сколько нужно изменить задерживающую разность потенциалов при уменьшении длины волны падающего света на 2 нм?

16. При освещении катода светом с длинами волн сначала 440нм, затем 680 нм, обнаружили, что запирающий потенциал изменился в 3,3 раза. Определите работу выхода электрона из металла.

17. Поверхность металла освещается светом с длиной волны 350 нм. При некотором задерживающем потенциале фототок становится равным нулю. При изменении длины волны на 50 нм задерживающую разность потенциалов пришлось увеличить на 0,59 В. Считая постоянную Планка и скорость света известными, определите заряд электрона.

18. На платиновую пластинку падают ультрафиолетовые лучи. Для прекращения фотоэффекта нужно приложить задерживающее напряжение 3,7 В. Если платиновую пластинку заменить пластинкой из другого металла, то задерживающую разность потенциалов нужно увеличить до 6 В. Определите работу выхода электрона с поверхности пластинки.

19. При некотором минимальном значении задерживающей разности потенциалов фототок с поверхности лития, освещаемого светом с частотой ν₁= ν, прекращается. Изменив частоту света в 1,5 раза, установили, что для прекращения фототока достаточно увеличить задерживающую разность потенциалов в 2 раза. Чему равна частота падающего света?

20. Фотокатод освещается светом с длиной волны λ= 300 нм. Вылетевшие из катода электроны попадают в однородное магнитное поле с индукцией В = 0,20 мТл перпендикулярно линиям индукции этого поля и движутся по окружностям. Максимальный радиус такой окружности R = 2 см. Какова работа выхода для вещества фотокатода?

21. На уединённый никелевый шарик радиусом 0,5 см падает излучение с длиной волны 250 нм. Сколько электронов покинет шарик, если на него дополнительно направить излучение с длиной волны 200 нм?

22. При облучении металлической пластинки фотоэффект имеет место только в том случае, если импульс р падающих на нее фотонов превышает 9·10 –28 кг м/с. С какой скоростью будут покидать пластинку электроны, если облучать ее светом, частота которого вдвое выше?

23. В вакууме находятся два покрытых кальцием электрода, к которым подключен конденсатор емкостью С₁ = 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 света, освещающего катод.

24. В опытах по фотоэффекту было найдено, что для света с длиной волны λ₁ = 300 нм запирающий потенциал (U_з)₁ = 3,0 В, для λ₂ = 400 нм (U_з)₂ = 2,0 В и для λ₃ = 600 нм (U_з)₃ = 1 В. Определите из этих данных работу выхода A материала фотокатода и значение постоянной Планка h.

25. Определите длину волны де Бройля для электронов, выбитых при фотоэффекте из металла светом с длиной волны 450 нм. Красная граница фотоэффекта для этого металла составляет 825 нм.

26. При какой температуре газа средняя энергия теплового движения атомов одноатомного газа будет равна энергии электронов, выбиваемых из металлической пластинки с работой выхода А = 2 эВ при облучении монохроматическим светом с длиной волны l = 300 нм?

теория по физике 🧲 квантовая физика

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.

Кинетическую энергию фотоэлектрона можно найти, используя закон сохранения энергии. Энергия порции света hν идет на совершение работы выхода А и на сообщение электрону кинетической энергии. Отсюда:

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.

Для каждого вещества фотоэффект наблюдается лишь при освещении его светом с минимальной частотой волны ν_min. Это объясняется тем, что для вырывания электрона без сообщения ему скорости нужно выполнять как минимум работу выхода. Поэтому энергия кванта должна быть больше этой работы:

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:

1. Найдите красную границу фотоэффекта для платины.

4. Возникнет ли фотоэффект в литии под действием излучения с длиной волны 450 нм?

6. Какой энергией обладают электроны, вырванные из оксида бария светом с длиной волны 600 нм?

Читайте также: