фізика 1/20

 14.10.2022

Уроки 13, 14. 

Тема. Розв'язування задач на фотоефект. Тематичне оцінювання (контрольна робота)

Завдання:

1. Переглянути відеоуроки, нище за посиланням
2. Записати задачі з відео в зошит
3. Записати конспект в зошит(задачі)
4. Виконати контрольну роботу

https://www.youtube.com/watch?v=gCwgDzbwLoA

https://naurok.com.ua/prezentaciya-rozv-yazannya-zadach-po-temi-svitlovi-kvanti-fotoefekt-172363.html

Опрацювавши цей практикум, ви навчитесь розв'язувати задачі на розрахунок енергії та імпульсу фотона, застосовувати формулу Планка та рівняння Ейнштейна для фотоефекту.

Надаємо орієнтовний алгоритм розв'язування задач на фотоефект:

1) записати рівняння Ейнштейна у загальному вигляді hv = A + Wmax;

2) за потреби використовувати додаткові формули:

3) якщо за умовою задачі відомо матеріал опромінюваної речовини, то за таблицею визначити роботу виходу електрона з неї;

4) обчислити невідому величину.

Зазвичай у таблицях робота виходу виражається в еВ, тому потрібно застосовувати зв'язок між еВ і Дж (1 еВ = 1,6 · 10-19 Дж).

У процесі розв'язування задач розділу «Квантова фізика» використовують наступну інтерпретацію експериментальних закономірностей фотоефекту:

1) сила струму насичення прямо пропорційна інтенсивності падаючого світла і не залежить від його частоти;

2) величина гальмівної напруги прямо пропорційна частоті світла і не залежить від його інтенсивності;

3) для кожної речовини характерна власна найменша частота vmin (відповідно, найбільша довжина λmax) хвилі, що називається червоною межею фотоефекту, за якої він вже (ще) можливий:

4) фотоефект безінерційний;

5) маса спокою фотона дорівнює нулю, оскільки він існує лише в русі зі швидкістю світла в будь-яких системах відліку.

Приклади розв'язування задач:

Задача 1. Найбільша довжина хвилі, за якої можливий фотоефект для вольфраму, становить 0,275 мкм. Знайдіть роботу виходу з металу; максимальну швидкість електронів, що вилітають з нього під дією світла з довжиною хвилі 0,18 мкм; їх енергію.

Задача 2. Енергія фотона дорівнює кінетичній енергії електрона, що має початкову швидкість 106 м/с і прискорена різницею потенціалів 4 В. Знайдіть довжину його хвилі.

Задача 3. У процесі фотоефекту електрони, що вириваються із поверхні металу під дією випромінювання частотою 2 · 1015 Гц, повністю затримуються гальмівним електричним полем із різницею потенціалів 7 В та частотою 4 · 1015 Гц із різницею потенціалів 15 В. Обчислити постійну Планка.

Задача 4. Внаслідок переходу атома Гідрогену з одного стаціонарного стану в інший випромінюється фотон з довжиною хвилі 0,486 мкм. Визначити, на скільки зменшиться енергія атома.

Контрольна робота

• 1(1б). Визначте найбільшу довжину хвилі, за якої можливий фотоефект для платини.

• 2(1б). Визначте найбільшу швидкість електрона, що вилетів із Цезію під дією світла з довжиною хвилі 400 нм. Авих = 1,94 еВ.

• 3(1б). Найбільша довжина хвилі, за якої можливий фотоефект для Калію, становить 6,2 · 10-5 см. Знайдіть роботу виходу електронів.

• 4(1б). Знайдіть червону межу фотоефекту для Літію. Авих = 2,4 еВ
• 5(2б). Знайдіть гальмівну різницю потенціалів електронів, що вириваються під час освітлення Калію світлом з довжиною хвилі 330 нм. Авих = 2,2 еВ
• 6(2б). Червона межа фотоефекту для Калію відповідає довжині хвилі 0,577 мкм. За якої різниці потенціалів між електродами припиняється емісія електронів, якщо калієвий катод освітлювати випромінюванням з довжиною хвилі 0,4 мкм?

• 7(2б). Знайдіть енергію, масу й імпульс фотона, якщо довжина хвилі, що йому відповідає, дорівнює 1,6 пм.
• 8(2б). З якою швидкістю повинен рухатися електрон, щоб його кінетична енергія дорівнювала енергії фотона з довжиною хвилі 520 нм?