Примеры решенных задач по физике на тему «Фотоэффект»

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: 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?

easyhelp.su

419. Рентгеновская трубка, работающая под напряже­нием 50 кВ при силе тока 2 мА, излучает фотонов всекунду. Считая среднюю длину волны излучения равной 0,1 нм, найдите КПД трубки, т. е. определите, сколько процен­тов составляет мощность рентгеновского излучения от мощно­сти потребляемого тока.

420. Для определения минимальной длины волны в рентгеновском спектре пользуются формулой (где— минимальная длина волны, нм, U — напряжение на трубке, кВ). Выведите эту формулу. Какова минимальная длина волны рентгеновского излучения, если анодное напря­жение трубки 20 кВ?

421. Возникнет ли фотоэф­фект в цинке под действием из­лучения, имеющего длину волны 0,45 мкм?

422. Какова максимальная скорость электронов, вырванных с поверхности платины при об­лучении ее светом с длиной вол­ны 100 нм?

423. Какое запирающее на­пряжение U3 надо подать на за­жимы а и b (рис. 106), чтобы электроны, вырванные ультра­фиолетовыми лучами с длиной волны = 0,1 мкм из вольфрамовой пластинки Р, не могли создать ток в цепи?

424. Для определения постоянной Планка была составлена цепь, показанная на рис. 107. Когда скользящий контакт потенциометра находится в крайнем левом положении, чувствительный гальванометр при освещении фотоэлемента регистрирует слабый фототок. Передвигая скользящий контакт вправо, постепенно увеличивают запирающее напряжение до тех пор, пока в цепи не прекратится фототок. При освещении фотоэлемента фиолетовым светом с частотой = 750 ТГц запирающее напряжение = 2 В, а при освещении красным светом с частотой = 390 ТГц запирающее напряжение= 0,5 В. Какое значение постоянной Планка было полу­чено?

425. В вакууме находятся две покрытые кальцием пластинки, к которым подключен конденсатор емкостью С = 8000 пФ. При длительном освещении одной из пластинок светом фототок, возникший вначале, прекращается, а на конденса­торе появляется заряд Кл. Работа выхода элект­ронов из кальцияДж. Определите длину вол­ны света, освещающего пластинку.

426. Фотокатод, покрытый кальцием, освещает­ся светом с длиной волны 300 нм. Вылетевшие из катода электроны по­падают в однородное магнитное поле с индукцией Тл перпенди­кулярно линиям индукции этого поля. Каков максимальный радиус ок­ружности, по которой движутся электроны?

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

428. Отрицательно заряженная цинковая пластинка освещалась мо­нохроматическим светом длиной волны 300 нм. Красная грани­ца для цинка составляет 332 нм. Какой максимальный потен­циал приобретает цинковая пластинка?

429. До какого максимального заряда можно зарядить покрытый селеном шар радиусом см, облучая его светом длиной волны 110 нм, если работа выхода из селена равнаДж?

430. Работа выхода электронов из кадмия 4,08 эВ. Какими лучами нужно освещать кадмий, чтобы максимальная скорость выле­тающих электронов была м/с?

431. К вакуумному фотоэлементу, у которого катод выполнен из це­зия, приложено запирающее напряжение 2 В. При какой длине волны падающего на катод света появится фототок?

432. Какая часть энергии фотона, вызывающего фотоэффект, расхо­дуется на работу выхода, если наибольшая скорость электронов, вырванных с поверхности цинка, составляет 10 6 м/с? Красная граница фотоэффекта для цинка соответствует длине волны 290 нм.

433. На поверхность металла падает поток излучения с длиной волны 0,36 мкм, мощность которого 5 мкВт. Определите силу фототока насыщения, если 5% всех падающих фотонов выбивают из ме­талла электроны.

434. При освещении поверхности некоторого металла фиолетовым светом с длиной волны 0,40 мкм выбитые светом электроны полностью задерживаются запирающим напряжением 2,0 В. Чему равно запирающее напряжение при освещении того же ме­талла красным светом с длиной волны 0,77 мкм?

435. Уровни энергии электрона в атоме водорода задаются формулой эВ, где1, 2, 3, … При переходе атома из состоянияв состоянииатом испускает фотон. Попав на поверхность фотокатода, фотон выбивает фотоэлектрон. Длина волны света, соответствующая красной границе фотоэффекта для материала поверхности фотокатода,нм. Чему равна максимально возможная скорость фотоэлектрона?

436. В микроволновую печь кладут литровый пакет с молоком, чтобы разогреть его от 20°С до 40°С. Печь дает электромагнитное излучение с длиной волны м и за 1 с испускает примернофотонов. Сколь­ко времени будет длиться нагревание молока, если считать, что излуче­ние полностью поглощается молоком, его удельную теплоемкость принять равной удельной теплоемкости воды, теплоемкостью пакета можно пренебречь? Плотность молока равна 1030.

437. Электроны, вылетевшие с катода фотоэлемента (с работой выхода ) под действием света горизонтально в северном направлении, попадают и электрическое и магнитное поля. Электрическое поле направлено гори­зонтально на запад, а магнитное — вертикально вверх (рис. 108). Какой должна быть работа выхода, чтобы в момент попадания самых быстрых электронов в область полей действующая на них сила была направлена на восток? Частота падающего на фотоэлемент света Гц, напряжен­ность электрического поля 300 В/м, индукция магнитного поля 0,001 Тл.

438. Источник монохроматического света испускает ежесекундно фотонов, вызывающих фотоэффект на металлической пластине с работой выхода электронов 1 эВ. При длительном освещении пластина заряжается до потенциала 0,9 В. Найдите мощность источника света.

439. Определите абсолютный показатель преломления среды, в которой свет с энергией фотонов Дж имеет длину волым.

440. Для увеличения яркости изображения слабых источников света ис­пользуется вакуумный прибор — электронно-оптический преобразова­тель. В этом приборе фотоны, падающие на катод, выбивают из него фо­тоэлектроны, которые ускоряются разностью потенциалов и бомбар­дируют флуоресцирующий экран, рождающий вспышку света при попада­нии на него каждого электрона. Длина волны падающего на катод света = 820 нм, а для света, излучаемого экраном, = 410 нм. Каково зна­чение , если число фотонов на выходе прибора в N = 500 раз больше числа фотонов, падающих на катод? Считать, что один фотоэлектрон рож­дается при падении на катод в среднем 10 фотонов. Работу выхода элек­тронов А принять равной 1 эВ. Считать, что энергия электронов переходит в энергию света без потерь.

441. Фотон с длиной волны см выбивает электрон из ме­таллической пластинки (катода) в сосуде, из которого отка­чан воздух. Работа выхода составляет 3 эВ. Электрон разго­няется постоянным электрическим полем до энергии, рав­ной энергии ионизации атома водорода (13,6 эВ), и ионизует атом. Какую минимальную энергию будет иметь ион водо­рода (протон), возникший в результате ионизации, когда, двигаясь в том же электрическом поле, он достигнет като­да? Начальную скорость протона считать равной нулю.

studfiles.net

3. состоит в возникновении фото–ЭДС вследствие внутреннего фотоэффекта вблизи поверхности контакта металл – проводник или полупроводник с p-n переходом.

Вентильный фотоэффект – это …

1. возникновение ЭДС (фото–ЭДС) при освещении контакта двух разных полупроводников или полупроводника и металла (при отсутствии внешнего электрического поля).

1. заключается в вырывании электронов с поверхности твердых и жидких веществ под действием света.

2. заключается в вырывании электронов с поверхности твердых и жидких веществ под действием света.

Внутренний фотоэффект – это…

2. вызванные электро–магнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу.

В каком фотоэффекте под действием падающего света увеличивается концентрация свободных носителей тока?

Ответ: 2. Внутреннем.

В опыте Столетова заряженная отрицательная цинковая пластинка облучалась светом от вольтовой дуги. До какого максимального потенциала зарядится цинковая пластинка при облучении монохроматическим светом длиной волны ?=324 нм, если работа выхода электронов с поверхности цинка равна Авых=3.74 эВ?

Выбиваемые светом при фотоэффекте электроны при облучении фотокатода видимым светом полностью задерживаются обратным напряжением U=1.2 В. Длина волны падающего света ?=400 нм. Определить красную границу фотоэффекта.

Выберите верные утверждения:

1. Электроны вырываются из металла, если частота падающего на металл света меньше определенной частоты ?гр.

2. Электроны вырываются из металла, если частота падающего на металл света больше определенной частоты ?гр.

3. Электроны вырываются из металла, если длина волны падающего на металл света больше определенной длины волны ?гр.

4. ?гр – длина волны, которая постоянна для каждого металла.

5. ?гр – частота своя для каждого вещества:

6. Электроны вырываются из металла, если длина волны падающего на металл света меньше определенной длины волны ?гр.

Задерживающее напряжение для платиновой пластинки (работа выхода 6.3 эВ) составляет 3.7 В. При тех же условиях для другой пластинки задерживающее напряжение равно 5.3 В. Определите работу выхода электронов из этой пластинки.

Известно, что длину волны падающего на металл света можно определить по формуле. Определить физический смысл коэффициентов a, b, c.

4. a – постоянная Планка, b – работа выхода, c – скорость света в вакууме.

Как изменится вид зависимости фототока от напряжения между фотокатодом и сеткой, если число фотонов, попадающих в единицу времени на фотокатод, уменьшится вдвое, а длина волны возрастет в 2 раза. Соотнести с графиком.

Калий освещается монохроматическим светом с длиной волны 400 нм. Определите наименьшее задерживающее напряжение, при котором фототок прекратится. Работа выхода электронов из калия равна 2.2 эВ.

Какова максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов при освещении металла с работой выхода А=2 эВ светом с длиной волны ?=550 нм?

Какова максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов при освещении металла с работой выхода А=2 эВ светом с длиной волны ?=6.2?10 -7 м?

КПД 100–ваттной электролампы в области видимого света равен ?=1%. Оценить число фотонов, излучаемых за одну секунду. Положить, что излучаемая длина волны равна 500 нм.

Красная граница фотоэффекта для некоторого металла ?0. Чему равна кинетическая энергия фотоэлектронов при освещении этого металла светом с длиной волны ? (? 5 .

Найдите, до какого потенциала зарядится уединенный металлический шарик с работой выхода А=4 эВ при облучении светом с длиной волны ?=3?10 -7 м.

Найдите, до какого потенциала зарядится уединенный металлический шарик с работой выхода А=4 эВ при облучении светом с длиной волны ?=3?10 -7 .

Найти длину волны излучения, масса фотонов которого равна массе покоя электрона.

Найти напряжение, при котором рентгеновская трубка работала бы так, что минимальная волна излучения была равна 0.5нм.

Найти частоту ? света, вырывающего из металла электроны, которые полностью задерживаются разностью потенциалов ??=3 В. Граничная частота фотоэффекта ?0=6?10 14 Гц.

На металлическую пластину падает монохроматический свет (?=0.413 мкм). Поток фотоэлектронов, вырываемых с поверхности металла, полностью задерживается, когда разность потенциалов тормозящего электрического поля достигает U=1 В. Определить работу выхода.

На поверхность металла ежесекундно падает 10 19 фотонов монохроматического света мощностью 5 Вт. Чтобы прекратить эмиссию электронов нужно приложить задерживающую разность потенциалов 2 В. Определить работу выхода электронов (в эВ).

На поверхность металла ежесекундно падает 10 19 фотонов монохроматического света мощностью 6.7 Вт. Чтобы прекратить эмиссию электронов, нужно приложить сдерживающую разность потенциалов 1.7 В. Определить:

а) работу выхода электронов

б) максимальную скорость фотоэлектронов.

На поверхность лития падает монохроматический свет с длиной волны ?=310 нм. Чтобы прекратить фототок необходимо приложить задерживающую разность потенциалов Uз не менее 1.7 В. Определить работу выхода электронов из лития.

На рисунке представлены вольтамперные характеристики двух фотокатодов, освещенных одним и тем же источником света. У какого фотокатода больше работа выхода?

На рисунке изображена вольт-амперная характеристика фотоэлемента. Определить число N фотоэлектронов, покидающих поверхность катода в единицу времени.

На рисунке 1 представлены вольтамперные характеристики одного фотоэлемента при освещении его монохроматическим светом от двух источников с частотами V1 (кривая 1) и V2 (кривая 2). Сравните величины световых потоков, считая что вероятность выбивания электронов не зависит от частоты.

На рисунке представлены вольтамперные характеристики для фотоэлемента. Какие утверждения верны? ? – частота падающего света, Ф – интенсивность.

На рисунке показана зависимость задерживающей разности потенциалов Uз от частоты падающего света ? для некоторых материалов (1, 2). Как соотносятся работы выхода Авых для этих материалов?

На рисунке приведены вольтамперные характеристики одного фотоэлемента при освещении его монохроматическим светом от двух источников с частотами v? и? v2. Сравните частоты v? и? v2.

На рисунке изображена вольт амперная характеристика фотоэффекта. Определите, какая кривая соответствует большой освещенности (Ее) катода, при одинаковой частоте света.

Ответ: 1. Кривая 1.

На рисунке изображена вольт амперная характеристика фотоэффекта. Определите, какая кривая соответствует большей частоте света, при одинаковой освещенности катода.

Ответ: 3. Частоты равны.

На рисунке приведены вольтамперные характеристики одного фотоэлемента при освещении его монохроматическим светом от двух источников с частотами v? и? v2.

На рисунке 1 представлены вольтамперные характеристики одного фотоэлемента при освещении его монохроматическим светом от двух источников с частотами n1 (кривая 1) и n2 (кривая 2). Сравните частоты n1 и n2.

Определить работу выхода.

Определить работу выхода А электронов из натрия, если красная граница фотоэффекта lр=500 нм (h=6.62?10 -34 Дж?с, с=3?108м/с).

Определить максимальную скорость Vmax фотоэлектронов, вырываемых с поверхности серебра ультрофиолетовым излучением с длиной волны l=0.155 мкм. при работе выхода для серебра А=4.7 эВ.

Определить длину волны «красной границы» фотоэффекта для алюминия. Работа выхода Авых=3.74 Эв.

Определить красную границу Lam фотоэффекта для цезия, если пи облучении его поверхности фиолетовым светом длинной волны ?=400 нм максимальная скорость фотоэлектронов равна 0.65 им/с (h=6.626?10 -34 Дж?с).

Определить «красную границу» фотоэффекта для серебра, если работа выхода равна 4.74 эВ.

Определите максимальную скорость фотоэлектронов, если фототок превращается при задерживающей разности потенциалов 1 В (заряд электрона 1.6?10 -19 Кл, масса электрона 9.1?10 -31 кг).

Определить порядок зависимости

а) тока насыщения

б) числа фотоэлектронов, покидающих катод в единицу времени

при фотоэффекте от энергетической освещенности катода.

Ответ: 3. а) 1; б) 1.

Определить, сколько фотонов попадает за 1 минуту на 1 см 2 поверхности Земли, перпендикулярной солнечным лучам, если средняя длина волны солнечного света ?ср=550 нм, солнечная постоянная ?=2 кал/(см 2 мин).

Определить скорость фотоэлектронов, вырываемых с поверхности серебра ультра фиолетовыми лучами (?=0.15 мкм, mэ=9.1?10 -31 кг).

От каких величин зависит «красная граница» n0 фотоэффекта?

1. От химической природы вещества и состояния его поверхности.

Пластинку из цезия освещают светом с длиной волны ?=730 нм. Максимальная скорость вылета электронов v=2.5?10 5 м/с. На пути светового пучка установили поляризатор. Степень поляризации P=0.16. Чему станет равна максимальная скорость вылета электронов, если работа выхода для цезия Авых=1.89 эВ?

Постоянная Планка h имеет размерность.

Принято считать, что при фотосинтезе на превращение одной молекулы углекислого газа в углеводород и кислород требуется около 9 фотонов. Предположим, что длина волны, падающего на растение, равно на 670 нм. Каков КПД фотосинтеза? Учесть, что на обратную химическую реакцию требуется 29%.

При замене одного металла другим длина волны, соответствующая «красной границе», уменьшается. Что можно сказать о работе выхода этих двух металлов?

Ответ: 2. У второго металла больше.

Принято считать, что при фотосинтезе на превращение одной молекулы углекислого газа в углеводород и кислород требуется около 9 фотонов. Предположим, что длина волны света, падающего на растение, равна 670 нм. Каков КПД фотосинтеза? Учесть, что при обратной химической реакции выделяется 4,9 эВ.

Работа выхода электрона с поверхности одного металла A1=1 эВ, а с другого А2=2 эВ. Будет ли наблюдаться фотоэффект у этих металлов, если энергия фотонов падающего на них излучения равна 4.8?10 -19 Дж?

Ответ: 3. Будет для обоих металлов.

Работа выхода электрона с поверхности одного металла A1=1 эВ, а с другого А2=2 эВ. Будет ли наблюдаться фотоэффект у этих металлов, если энергия фотонов падающего на них излучения равна 2.8?10 -19 Дж?

1. Только для металла с работой выхода A1.

Работа выхода электрона с поверхности цезия равна Авых=1,89 эВ. С какой максимальной скоростью v вылетают электроны из цезия, если металл освещен желтым светом с длиной волны ?=589нм?

Работа выхода электрона с поверхности одного металла А1=1 эВ, а с другого А2=2 эВ. Будет ли наблюдать фотоэффект у этих металлов, если энергия фотонов падающего на них света равна 4.8?10 -19 Дж?

Ответ: 4. Нет, для обоих металлов.

Размерность в системе СИ выражения h?k, где h – постоянная Планка, k – волновое число, есть:

Рентгеновская трубка, работующая под напряжением U=50 кВ и потребляющая ток силой I, излучает за время t N фотонов со средней длиной волны ?. Определить коэффициент полезного действия ?.

Сколько фотонов попадает за 1 с в глаза человека, если око воспринимает свет с длиной волны 1 мкм при мощности светового потока 4?10 -17 Вт?

Сколько фотонов содержит Е=10 7 Дж излучений с длиной волны ?=1 мкм?

Фотокатод освещается различными монохроматическими источниками света. Зависимость фототока от напряжения между катодом и анодом при одном источнике света отображается кривой 1, а при другом кривой 2 (рис 1). Чем отличаются источники света друг от друга?

2. У первого источника света частота излучения больше, чем у второго.

Фотоны с энергией Е=5 эВ вырывают фотоэлектроны из металла с работой выхода А=4.7 эВ. Определите максимальный импульс, передаваемый поверхности этого металла при вылете электрона.

Фотоэлектроны, вырываемые с поверхности металла, полностью задерживаются при приложении обратного напряжения U=3 В. Фотоэффект для этого металла начинается при частоте падающего монохроматического света ?=6?10 14 с -1 . Определить работу выхода электронов из этого металла.

Фотоэлектроны, вырываемые с поверхности металла, полностью задерживаются при Uо=3 B. Фотоэффект для этого металла начинается при частоте n0=6?10 14 с -1 .Определите частоту падающего света.

г) нет верного ответа.

Ответ: г) нет верного ответа.

Частоту падающего фотона можно рассчитать по формуле ?=a+cV 2 . Выберите верные формулы для расчета коэффициентов c.

Чему равна длина волны красной границы фотоэффекта для цинка? Работа выхода для цинка A=3.74 эВ (постоянная Планка h=6.6?10 -34 Дж?с; заряд электрона e=1.6?10 -19 Кл).

Чему равна максимальная скорость электрона, выбитого с поверхности натрия (работа выхода – 2.28 эВ) светом с длиной волны 550 нм?

Ответ: 5. Нет правильного ответа.

Чему равна максимальная скорость электрона, выбитого с поверхности натрия (работа выхода – 2.28 эВ) светом с длиной волны 480 нм?

Электрон, ускоренный электрическим полем, приобрел скорость, при которой его масса стала равной удвоенной массе покоя. Найти разность потенциалов, пройденную электроном.

Энергия фотона монохроматического света с длиной волны ? равна:

1. Прочитать условие задачи. Выяснить, какие физические явления и процессы в ней заданы.

2. Вспомнить определения физических величин, характеризующих эти явления, так и свойства тел, в них участвующих.

3. Вспомнить, какие физические законы справедливы для явлений, заданных в условии задачи.

4. Выяснить физический смысл величин, конкретизирующих указанные в задаче явления или процессы.

5. Слева «уголком» записать все данные задачи (выразив их в единицах СИ) и искомые величины.

6. Сделав чертеж (схему, рисунок) к задаче по принятым правилам и использовать его при решении задачи.

7. Записать физические законы и определения физических величин, нужные для решения задачи.

8. Записать в математическом виде соотношения, выражающие физический смысл дополнительных условий, конкретизирующих указанные в задаче явления.

9. Решить полученную систему уравнений в общем виде относительно искомых величин.

10. Произвести проверку размерности полученной формулы.

11. Вычислить значения искомых величин с учетом правил приближенных вычислений.

12. Проанализировать значения полученных величин, убедиться в том, что они реальны и соответствует условию задачи.

2.«Световые кванты»

Данное пособие сыграет роль помощника при изучении темы «Световые кванты».

2.1 Основное содержание: Зарождение квантовой теории. Фотоэлектрический эффект. Теория фотоэффекта. Применение фотоэффекта. Фотоны. Корпускулярно-волновой дуализм. Давление света. Химическое действие света.

2.2. Основные знания и умения:

• знать содержание понятий: фотон, фотоэффект;

• знать о давлении и химическом действии света;

• знать буквенные обозначения и единицы измерения: работы выхода, энергии фотонов, постоянной Планка, импульса фотона, красной границы фотоэффекта;

• уметь различать вакуумные и полупроводниковые фотоэлементы.

• знать содержание понятий: корпускулярно-волновой дуализм, красная граница фотоэффекта;

• уметь приводить примеры использования фотоэлементов, химического действия света, давления света.

• знать строение и принцип действия полупроводниковых и вакуумных фотоэлементов;

• уметь находить красную границу фотоэффекта и энергию фотоэлектронов при помощи уравнения Эйнштейна;

• знать суть квантовых представлений о распространении и поглощении света.

• знать условия и явления, при которых проявляются корпускулярные и волновые свойства света, и их объяснение;

• знать о достижениях и перспективах развития техники в применении фотоэффекта.

2.3. Краткие основные теоретические сведения:

В начале XX века зародилась квантовая теория – теория движения и взаимодействия элементарных частиц и состоящих из них систем. При испускании и поглощении свет ведет себя подобно потоку частиц. Свойства света, обнаруживаемые при излучении и поглощении, называют корпускулярными.

Световая частица называется фотоном или квантом.

Энергия фотона определяется формулой Планка:

Где v — частота света; h — постоянная Планка,

h=6,63?10 -34 Дж?с

Энергия фотона выражают в джоулях и электрон-вольтах, причем

1 эВ=1,6?10 — 19 Дж

Длина волны связана со скоростью света и частотой соотношением:

Поэтому энергию фотона можно выразить формулой

где с=3? 10 8 м/с — скорость света в вакууме.

Циклическая частота w=2pn , h= h/2p , поэтому

где h=l,05?10 -34 Дж?с;

Фотоэлектрическим эффектом (фотоэффектом) называется явление вырывания электронов из вещества под действием света.

Для фотоэффекта справедливо уравнение Эйнштейна:

где — энергия поглощенной порции света, которая идет на совершение работы выхода Авых (то есть работы, которую нужно совершить для вырывания электрона с поверхности металла), и на сообщение ему кинетической энергии

Фотоэффект наблюдается лишь тогда, когда частота света больше минимального, зависящего от природы вещества, значение nmin предельной частоты, называемой красной границей фотоэффекта.

При этом для вырывания электрона из металла энергия кванта должна быть больше или равна работе выхода, то есть откуда

Длинноволновая граница фотоэффекта

Если частота света (или длина волны света , то фотоэффект не наблюдается.

2.4.Примерырешения задач:

Задача 1.

Определите энергию, массу и импульс фотона видимого света с длиной волны А.=500 нм.

Дано: СИ: Решение.

? = 500нм 5 — 10 -7 м Энергия фотона:

с =3?10 8 м/с E=hv=

Е — ? т — ?р — ? Проверяем размерность

.

;

Ответ: ;

Задача 2.

Наибольшая длина волны света, при которой наблюдается фотоэффект для калия, 6,2 — 10 -5 см. Найти работу выхода электронов из калия.

? = 6,2?10 -5 см 6,2?10 -7 м Наибольшая длина волны, при которой наблюдается

с =3?10 8 м/с фотоэффект для металла (то есть длинноволновая

h=6,63?10 -34 Дж?с граница фотоэффекта), связана с красной границей

фотоэффекта для металла соотношением:

где с — скорость света в вакууме.

По определению красной границы фотоэффекта:

, с учетом , ,

Ответ..

Задача 3.

Определите наибольшую длину волны света, при которой может происходить фотоэффект для платины.

Дано Решение.

Авых = 8,5?10 -19 Дж Найдем красную границу фотоэффекта для платины,

с =3?10 8 м/с учитывая, что:

-?

где Авьис работа выхода электронов из платины – определяется по таблице.

Этой частоте соответствует искомая максимальная длина волны

,

с учетом выражения для наименьшей частоты, то есть выражения красной границы фотоэффекта:

Ответ. 234 нм

Задача 4.

Какова наименьшая частота света, при которой еще наблюдается фотоэффект, если работа выхода электрона из металла 3,3?10 -19 Дж?

Дано: Решение.

Авых = 3,3?10 -19 Дж Наименьшая частота света, при которой еще

h=6,63?10 -34 Дж?с наблюдается фотоэффект, называется красной границей

фотоэффекта и определяется формулой:

Ответ.

Задача 5.

Определите длину волны фотона, импульс которого равен импульсу электрона, пролетевшего ускоряющую разность потенциалов 4,9 В.

Дано: Решение.

U = 4.9 В Импульс фотона

рФ=рс

h=6,63?10 -34 Дж?с импульс электрона ре = mev. Согласно условию задачи,

|е| = 1,6?10 -19 Кл рф=рс и, следовательно, , откуда

me=9,1?10 -31 кг , где me=m0 — масса покоя электрона, v его

-? скорость. Скорость электрона, пролетевшего ускоряющую

разность потенциалов U, определим, используя закон сохранения и превращения энергии, согласно которому работа электрического поля равна изменению кинетической энергии электрона, то есть

Принимая начальную скорость электрона v0 = 0 и учитывая, что А = eU, получим:

откуда

где е — модуль заряда электрона (модуль берется отрицательным зарядом).

Подставим значение скорости в уравнение длины волны, получим:

Ответ.

Задача 6.

Сколько фотонов попадает за 1 с в глаза человека, если глаз воспринимает свет с длиной волны 0,5 мкм при мощности светового потока 2?10 -17 Вт?

Дано: СИ: Решение.

t = 1с Полная энергия света, попавшего в глаз, равна

? = 0,5мкм 5?10 -7 м произведению мощности светового потока

h=6,63?10 -34 Дж?с и времени:

р = 2?10 -17 ВтW=pt

с = 3?10 8 м/с Энергия одного фотона

N-?

Тогда число фотонов, попавших в глаз за это время:

Ответ. N = 50.

Задача 7.

Цезий освещают желтым монохроматическим светом с длиной волны
0,589?10 -19 Дж. Определите кинетическую энергию вылетающих из цезия электронов.

Дано: СИ: Решение.

? = 0,589?10 -6 м 5,89?10 -7 м Воспользуемся уравнением Эйнштейна для

Ав ы х = 2,9?10 -19 ДЖ

с = 3?10 8 м/с Учитывая, что частота излучения связана

Ек — ? с длиной волны соотношением: ,

а также, что – кинетическая энергия

вылетающих из метала электронов, то уравнение Эйнштейна можно переписать в виде:

, откуда

Задача 8.

В одном из опытов по фотоэффекту металлическая пластина освещалась светом с длиной волны 420нм. Работа выхода электрона с поверхности пластины 2 эВ. При какой задерживающей разности потенциалов прекращается фототок?

? =420 нм 4,2?10 -7 м Согласно уравнению Эйнштейна для

h=6,63?10 -34 Дж?с фотоэффекта:

Ав ы х = 2эВ 2?1,6?10 -19 м

е = 1,6?10 -19 Кл Откуда кинетическая энергия вылетевших

Uз— ? фотоэлектронов : ,

Вылет электронов с поверхности пластины прекращается, когда потенциальная энергия электрона еUз в задерживающем поле станет равной его кинетической энергии, то есть

,

Где Uз – задерживающая разность потенциалов, или задерживающее напряжение. Частота излучения

,

Отсюда задерживающая разность потенциалов:

Задача 9.

Работа выхода электрона из калия равна 3,2·10 -19 Дж. Будет ли наблюдаться фотоэффект при освещении калия светом с длиной волны 0,7 мкм?

? =0,7мкм 0,7?10 -6 м Определим красную границу фотоэффекта —

h=6,63?10 -34 Дж?с наибольшую длину волну из условия, что:

А вых = 3,2·10 -19 Дж ,

с = 3?10 8 м/с так как

Uз— ? Следовательно, ,

Проверяем размерность: ,

Фотоэффект будет наблюдаться, если . Калий освещается светом с длиной волны ?= 0,7·10 -6 м, которая больше длинноволновой границы фотоэффекта для калия, то есть
0,7·10 -6 м > 0,622·10 -6 м. Следовательно, фотоэффект наблюдаться не будет.

Ответ.

2.5.3адания самопроверки:

1. Как называются отдельные порции энергии, которые излучает и поглощает тело в виде света?

2. Какие действия света на вещество вы знаете?

3. Как называется явление вырывания электронов из вещества под действием света?

4. Как называют приборы, действие которых основывается на явлении фотоэффекта?

5. Как по внешним признакам разделяют вакуумные и полупроводниковые фотоэлементы?

1. Что такое красная граница фотоэффекта?

2. Как формулируются законы фотоэффекта?

3. Как вы понимаете понятие двойственности (корпускулярно-волновой) природы света?

4. Где в технике и науке используют явление фотоэффекта?

5. Какие проявления химического действия и давления света вам известны?

6. Приведите примеры применения фотоэлементов в технике и быту.

1. Как объясняются законы фотоэффекта с точки зрения квантовой теории света?

2. Каково – строение и принцип действия вакуумных и полупроводниковых фотоэлементов?

3. Как найти, пользуясь уравнением Эйнштейна для фотоэффекта, красную границу фотоэффекта для конкретного вещества?

4. От чего зависит энергия и импульс фотона?

1. При каких условиях и в каких явлениях проявляются волновые свойства света?

2. При каких условиях и в каких явлениях проявляются корпускулярные свойства света?

3. Какова современная теория света? Какие явления можно объяснить волновыми и какие корпускулярными свойствами света?

1. Определить энергию фотонов, соответствующих наиболее длинным (0,75мкм) и наиболее коротким (0,4 мкм) волнам видимой части спектра.

[2,6 10 -19 Дж; 5 10 -19 Дж].

2. Найти массу и импульс фотонов для рентгеновских (v = 10 18 Гц) лучей.

[7,3 10 -23 кг; 2,2 10 -24 кг м/с].

3. Каков импульс фотона, энергия которого равна 6 10 -19 Дж?

4. Источник света мощностью 100 Вт испускает 5 1020 фотонов за 1 с. Найти среднюю длину волны излучения.

5. Под каким напряжением работает рентгеновская трубка, если самые «жесткие» лучи в рентгеновском спектре этой трубки имеют частоту 10 19 Гц?

6. Длинноволновая (красная) граница фотоэффекта для серебра равна 0,29мкм. Определить работу выхода.

[6,9 10 -19 Дж, или 4,3 эВ].

7. Возникнет ли фотоэффект в цинке под действием излучения, имеющего длину волны 0,45 мкм?

8. Какую максимальную кинетическую энергию имеют вырванные из лития электроны при облучении светом с частотой 10 15 Гц?

9. Какова максимальная скорость электронов,1 вырванных с поверхности платины при облучении ее светом с длиной волны 100 нм?

10. Какой длины волны следует направить лучи на поверхность цезия, чтобы максимальная скорость фотоэлектронов была 2000 км/с? Красная граница фотоэффекта для цезия равна 690 нм. [94 нм]

Вариант №l:

1. Красная граница фотоэффекта для платины равна 196 нм. Определить работу выхода электрона из этого металла в электрон-вольтах.

2. Металл освещается рентгеновскими лучами длиной волны 1,1 нм. Определить скорость электронов, вылетающих из металла. Работой выхода пренебречь.

3. Фотоэлемент освещается светом длиной волны 400 нм. Фотоэлектроны, вырываемые с поверхности металла, полностью задерживаются разностью потенциалов 1,5 в. Определить работу выхода металла фотокатода и красную границу фотоэффекта.

4. Определить энергию, массу и количество движения фотона, которому соответствует длина волны 620 нм.

Вариант№2:

1. Какова максимальная скорость фотоэлектронов, вылетающих из серебра при освещении его, лучами длиной волны 280 нм?

2. Энергия фотона равна кинетической энергии электрона, имевшего начальную скорость 106 м/с и ускоренного разностью потенциалов 4 В. Найти длину волны фотона.

3. Определить наибольшую скорость электрона, вылетевшего из цезия, при освещении его светом с частотой 750 ТГц.

4. Определить скорость фотоэффектов при освещении калия фиолетовым светом с длиной волны 4,2?10 -7 м, если работа выхода электронов с поверхности калия 2,2 эВ.

Вариант №З:

1. Определить частоту электромагнитного излучения, энергия кванта которого равна 3,31?10 -19 Дж. Вызовет ли это излучение световое ощущение у человека?

2. Во сколько раз энергия кванта излучения фиолетового света больше энергии кванта излучения красного света, если длина волны в вакууме фиолетового света ?ф = 400нм, а красного ?,к = 750нм?

3. Найти энергию и длину волны излучения, масса фотонов которого равна массе покоя электрона.

4. Найти напряжение, при котором должна работать рентгеновская трубка, чтобы минимальная волна излучения была равна 1 нм.

Задание №4:

1. Какая доля энергии фотона расходуется на работу вырывания электрона, если красная граница фотоэффекта 400 нм и кинетическая энергия электрона 2эв?

2. Во сколько раз энергия кванта излучения фиолетового света больше энергии кванта излучения красного света, если длина волны в вакууме фиолетового света ?ф = 400нм, а красного ?к = 750нм?

3. Наибольшая длина волны света, при которой происходит фотоэффект для вольфрама, 0,275 мкм. Найти работу выхода электронов из вольфрама; наибольшую скорость электронов, вырываемых из вольфрама светом с длиной волны 0,18 мкм; наибольшую энергию этих электронов.

4. Свет какой частоты следует направить на поверхность платины, чтобы максимальная скорость фотоэлектронов была равна 3000 км/с? Работу выхода электронов из платины принять раной 10 -18 Дж.

studopedia.su

Рубрики: Ремонт