1. Что такое фотоэффект?
Фотоэффект — это явление, которое проявляется в испускании электронов из вещества под действием падающего на него света. Ответ, который соответствует определению фотоэффекта, это:
В) испускание электронов из вещества под действием падающего на него света.
Объясните это следующим образом:
- Когда свет (фотоны) падает на поверхность металла или другого вещества, он может передать свою энергию электрону.
- Если энергия фотонов достаточна для преодоления притяжения электрона к ядру атома (это притяжение описывается так называемой "работой выхода" электрона), то электрон покидает поверхность вещества.
- Это явление стало основой для многих технологий, таких как фотоэлементы и солнечные батареи.
2. Сформулируйте законы внешнего фотоэффекта.
Законы внешнего фотоэффекта описывают зависимость характеристики фотоэффекта от различных факторов. Обычно выделяют следующие основные законы:
Закон фотоэлектрической эмиссии: Интенсивность (число вылетающих электронов) фотоэлектрического тока пропорциональна интенсивности падающего света при фиксированной частоте света.
Закон зависимости максимальной кинетической энергии электрона от частоты: Максимальная кинетическая энергия вылетающих электронов пропорциональна частоте падающего света и не зависит от его интенсивности. Это можно записать в виде:
[
E_k = hf - W,
]
где (E_k) — максимальная кинетическая энергия вылетающего электрона, (h) — постоянная Планка, (f) — частота падающего света, а (W) — работа выхода электрона.
Закон "красной границы": Минимальная частота света, при которой начинается фотоэффект, называется красной границей. Для частот, меньших красной границы, фотоэффект не наблюдается.
3. Фотоэффект наблюдается, если энергия фотонов больше либо равна работе выхода электронов.
а) Дайте определение термину «красная граница» фотоэффекта.
Красная граница фотоэффекта — это минимальная частота света, при которой происходит выбивание электронов из вещества. При частотах света ниже красной границы фотоэффект не наблюдается, независимо от интенсивности света. Эта граница обозначает, что энергия фотонов должна быть достаточной для преодоления работы выхода электрона.
b) Запишите формулу для определения красной границы фотоэффекта.
Формула для определения красной границы фотоэффекта (минимальной частоты) выглядит следующим образом:
[
f_0 = \frac{W}{h},
]
где:
- (f_0) — частота красной границы,
- (W) — работа выхода электрона из вещества,
- (h) — постоянная Планка (~ (6.626 \times 10^{-34}) Дж·с).
Это уравнение показывает, что частота красной границы прямо пропорциональна работе выхода. Если частота падающего света равна или превышает красную границу, фотоэффект будет наблюдаться.
