Фотоэффект. Законы фотоэффекта. Теория фотоэффекта/ задачи/

/задачи/

Законы фотоэффекта

Первый закон фотоэффекта : фототок насыщения - максимальное число фотоэлектронов, вырываемых из вещества за единицу времени, - прямо пропорционален интенсивности падающего излучения.

Второй закон фотоэффекта : максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего излучения и линейно возрастает с увеличением частоты падающего излучения .

Третий закон фотоэффекта : для каждого вещества существует граничная частота такая, что излучение меньшей частоты не вызывает фотоэффекта, какой бы ни была интенсивность падающего излучения. Эта минимальная частота излучения называется красной границей фотоэффекта.

Формулы раздела

Задача № 1

.

Отношение импульсов двух фотонов   p1/p2  = 2.  Отношение  длин волн этих фотонов   λ1/λ2   равно

Решение:

По условию задачи

p1/p2  = 2 ;

= : = ;

λ1/λ2   = ½ .

Правильный ответ: 2

1) 1/4

2) 1/2

4) 4

3) 2

Задача № 2

Чему равна масса покоя фотона?

hv

3. Нулю

1. Массе нейтрона

4 . Массе протона

2. Массе электрона

Задача № 3

Одним из фактов, подтверждающих квантовую природу света, является внешний фотоэффект.

Фотоэффектом называется...

3. Взаимное проникновение соприкасающихся веществ

вследствие беспорядочного

движения составляющих их частиц

1. Увеличение сопротивление проводника при повышении его температуры

2 . Возникновение тока в замкнутом контуре или разности потенциалов

на концах разомкнутого контура при изменении магнитного потока,

пронизывающего контур

4.Выбивание электронов с поверхности металлов

под действием света

5

Задача № 4

Максимальное число фотоэлектронов, вырываемых из катода за единицу времени (фототок насыщения), прямо пропорционально...

3. Напряжению между катодом

и анодом

1. Интенсивности падающего

излучения

2. Частоте падающего

4. Длине волны падающего

излучения

излучения

Первый закон фотоэффекта : фототок насыщения - максимальное число фотоэлектронов, вырываемых из вещества за единицу времени, - прямо пропорционален интенсивности падающего излучения.

6

Задача № 5

Четырёх 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?

1

2

3

4

Второй закон фотоэффекта : максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего излучения и линейно возрастает с увеличением частоты падающего излучения .

6

6

Задача № 6

На металлическую пластинку направили пучок света от лазера, вызвав фотоэффект. Интенсивность лазерного излучения плавно увеличивают, не меняя его частоты. Как меняются в результате этого число вылетающих в единицу времени фотоэлектронов и их максимальная кинетическая энергия? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1)

2)

увеличивается

3)

уменьшается

не меняется

Число фотоэлектронов, вылетающих в единицу времени

Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов

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

1

3

6

Задача № 7

Красная граница фотоэффекта - это...

Третий закон фотоэффекта : для каждого вещества существует граничная частота такая, что излучение меньшей частоты не вызывает фотоэффекта, какой бы ни была интенсивность падающего излучения. Эта минимальная частота излучения называется красной границей фотоэффекта.

1) минимальная интенсивность света, вызывающая фотоэффект;

2) минимальная частота излучения,

при которой наблюдается

фотоэффект;

3) максимальная частота излучения,

при которой еще наблюдается

фотоэффект;

4) минимальная длина волны, при которой наблюдается фотоэффект.

Задача № 8

При фотоэффекте работа выхода электрона из металла (красная граница фотоэффекта) не зависит от

А.

частоты падающего света.

1. А и Б

Б.

В.

интенсивности падающего света.

химического состава металла.

2. А, Б, В

3. Б и В

Какие утверждения правильны?

4. А и В

Работа выхода зависит только

от свойств материала пластины

Задача № 9

Как изменится минимальная частота света, при которой возникает внешний фотоэффект, если пластинке сообщить отрицательный заряд?

1) не изменится

3) уменьшится

2) увеличится

4) увеличится или уменьшится в зависимости от рода вещества

Если сообщить пластинке отрицательный электрический заряд, в ней появятся дополнительные электроны, которые будут слабее связаны с металлом. Следовательно, при сообщении пластинке отрицательного заряда минимальная частота света уменьшится.

Правильный ответ: 3.

Задача № 10

.

На рисунке приведены графики зависимости максимальной энергии фотоэлектронов от энергии падающих на фотокатод фотонов.

В каком случае график соответствует законам фотоэффекта?

1. 1

4. 4

3. 3

2. 2

Энергия фотона идет на работу выхода A, то есть работу, которую нужно совершить для извлечения электрона, и на сообщение электрону кинетической энергии:

Таким образом, зависимости максимальной кинетической энергии фотоэлектронов от частоты падающих на вещество фотонов соответствует график 3.

Задача № 11

На рисунке приведены графики зависимости максимальной энергии фотоэлектронов от энергии падающих на фотокатод фотонов.

В каком случае - 1 или 2 - материал фотокатода имеет меньшую работу выхода?

А2

1. 1

А1

2. 2

3. Во всех случаях работа

выхода одинакова

А2

4. Ответ неоднозначен

А1

Задача № 12

В опыте по изучению фотоэффекта одну из пластин плоского

конденсатора облучают светом с энергией фотона 6 эВ.

Напряжение между пластинами изменяют с помощью реостата,

силу фототока в цепи измеряют амперметром. На графике приведена зависимость фототока от напряжения между пластинами. Работа выхода электрона с поверхности металла, из которого сделаны пластины конденсатора, равна …

1)1 эВ

2) 2 эВ

3) 3 эВ

4) 4 эВ

14

Задача № 13

В опыте по изучению фотоэффекта одну из пластин плоского конденсатора облучают светом с энергией фотона 5 эВ. Напряжение между пластинами изменяют

с помощью реостата, силу фототока в цепи измеряют амперметром. Работа выхода электрона с поверхности металла, из которого сделаны пластины конденсатора, равна 4 эВ. На каком рисунке правильно изображен график зависимости фототока от напряжения между пластинами?

1) 1

4) 4

2) 2

3) 3

14

Задача № 14

Работа выхода для некоторого металла равна

2 эВ. На пластинку из этого металла падает свет с энергией фотона 3 эВ. На каком из следующих рисунков правильно показана зависимость силы I фототока от приложенного обратного напряжения U ?

16

Задача № 15

Во сколько раз частота излучения, падающего на металл, больше "красной границы" фотоэффекта,

если кинетическая энергия вылетающих электронов равна работе выхода из материала катода?

Согласно уравнению фотоэффекта Эйнштейна, энергия фотонов связана с работой выхода и

запирающим напряжением соотношением :

• частота излучения

всегда постоянна

2) в 16 раз

hv = 2A; A=hv min ; hv = 2hv min ; v= 2 v min .

Правильный ответ: 4

3) в 4 раза

4) в 2 раза

16

Задача № 16

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

3

4

1

16

Задача № 17

Было проведено три эксперимента по измерению зависимости фототока от приложенного напряжения между фотокатодом и анодом. В этих экспериментах металлическая пластинка фотокатода освещалась монохроматическим светом одной и той же частоты, но разной интенсивности. На каком из рисунков правильно отражены результаты этих экспериментов?

1

3

4

2

16

Задача № 18

График на рисунке представляет зависимость максимальной энергии фотоэлектронов от частоты падающих на катод фотонов.

Определите по графику энергию фотона с частотой .

Ответ приведите в эВ.

Решение.

Согласно уравнению фотоэффекта:

По графику нахожу работу выхода:

По графику нахожу

Следовательно, энергия падающих фотонов равна 3,5 эВ.

Ответ: 3,5 эВ.

16

Задача № 19

При изучении явления фотоэффекта исследовалась зависимость максимальной кинетической энергии вылетающих с поверхности освещенной пластины фотоэлектронов от частоты падающего света. Погрешности измерения частоты света и энергии фотоэлектронов составляли соответственно

Результаты измерений с учетом их погрешности представлены на рисунке.

Согласно этим измерениям, постоянная Планка приблизительно равна…

1)

2)

3)

4)

16

Задача № 20

Оцените максимальную скорость электронов, выбиваемых из металла светом длиной волны 300 нм, если работа выхода А вых = 3∙10 –19 Дж.

2) 8 км/с

1) 889 м/с

4) 889 км/с

3) 3∙10 8 м/с

22

Решение задачи № 12

Из графика видно, что фототок пропадает, если подать на пластины конденсатора обратное напряжение в 4 В. Это так называемое запирающее напряжение, когда все вылетающие фотоэлектроны, не успев долететь до противоположной пластины, возвращаются назад под действием электрического поля пластин. Согласно уравнению фотоэффекта Эйнштейна, энергия фотонов связана с работой выхода и запирающим напряжением соотношением:

Следовательно, работа выхода для пластины конденсатора равна:

Ответ:

2 эВ

22

Решение задачи №13

Согласно уравнению фотоэффекта Эйнштейна,

энергия фотонов связана с работой выхода и

запирающим напряжением соотношением:

Следовательно, работа запирающего напряжения

конденсатора имеем:

При значении напряжения на конденсаторе U =1 В

фототок должен обращаться в ноль, все вылетающие

фотоэлектроны, не успев долететь до противоположной

пластины, возвращаются назад под действием

электрического поля пластин.

Данному критерию удовлетворяет только график 3.

Правильный ответ: 3.

22

Решение задачи №19

Пересечение получившейся прямой с горизонтальной осью даст приблизительное значение красной границы фотоэффекта.

Из рисунка имеем, что

.

  Угловой коэффициент полученной кривой даст приблизительное значение постоянной Планка:

hv 1 = A вых + qU 1;

hv 2 = A вых + qU 2;

h(v 2 - v 1 ) =q (U 2 - U 1 );

h =

Правильный ответ: 4.

22