Физика

Фотоэффект: от опыта Столетова к задаче №21

№20–2122 мин4 заданий с автопроверкой

Фотоэффект

Свет, падая на металл, выбивает из него электроны — это внешний фотоэффект. Ключевое наблюдение Столетова и Эйнштейна: энергия вылетевшего электрона зависит от частоты света, а не от его яркости (интенсивности). Ярче свет — вылетает больше электронов в секунду, то есть растёт фототок. Но энергия каждого отдельного электрона от яркости не зависит вовсе.

Опыт Столетова

Загружаем трёхмерную модель…

Натрий — удобный фотокатод для школьной задачи: у него одна из самых низких работ выхода среди металлов, 2,28 эВ, поэтому красная граница фотоэффекта лежит в видимом свете, а не в ультрафиолете.

h\nu = A_{\text{вых}} + \dfrac{mv^{2}}{2}

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

Частота ν, 10¹⁴ Гц	Запирающее напряжение U₃, В
6,0	0,20
7,0	0,62
8,0	1,03
10,0	1,86

По оси x — частота света в единицах 10¹⁴ Гц, по оси y — запирающее напряжение U₃ в вольтах (те же точки, что и в таблице выше). Наклон прямой равен h/e: чтобы получить постоянную Планка, домножьте наклон на заряд электрона e = 1,6·10⁻¹⁹ Кл и на 10¹⁴. Точка ν₀, где прямая пересекает ось x, — красная граница фотоэффекта; отрезок, отсекаемый на оси y при экстраполяции влево, по модулю равен работе выхода в электрон-вольтах.

По графику найдите постоянную Планка и работу выхода

h, 10⁻³⁴ Дж·сA, эВ

Что произойдёт, если увеличить интенсивность (яркость) падающего света, не меняя его частоту?

Сила фототока увеличитсяМаксимальная кинетическая энергия фотоэлектронов увеличитсяЧисло вылетающих за секунду электронов увеличитсяКрасная граница фотоэффекта сместится

Частоту падающего на катод света увеличивают, интенсивность света не меняют. Установите характер изменения величин: 1 — увеличивается, 2 — уменьшается, 3 — не изменяется. А) длина волны падающего света. Б) работа выхода фотокатода. В) максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов.

0 / 3

Используя график, найдите максимальную кинетическую энергию фотоэлектрона при частоте падающего света ν = 9·10¹⁴ Гц. Ответ дайте в электрон-вольтах, округлив до сотых.

эВ

Частая ошибка: считать, что более яркий свет выбивает более энергичные электроны. На самом деле яркость (интенсивность) определяет только число фотоэлектронов в секунду, то есть силу фототока. Энергию каждого электрона задаёт исключительно частота света — именно поэтому в уравнении Эйнштейна интенсивность вообще не встречается.