Давайте разберемся с задачей пошагово и подробно.
Дано:
- Красная граница (минимальная длина волны, при которой происходит фотоэффект) для алюминия: λ_к = 332 нм
- Величина задерживающего потенциала: V = 1 В
Требуется найти: Длину световой волны, при которой задерживающий потенциал равен 1 В.
Шаг 1. Определение фотоэффекта и его условий
Фотоэффект происходит, когда энергия фотона превышает работу выхода алюминия:
\[ E_{фотона} \geq A \]
где \(A\) — работа выхода.
При красной границе (λ_к = 332 нм) электроны только начинают выбиваться из металла без задерживающего потенциала. То есть:
\[ E_{фотона} = A \]
или в виде уравнения:
\[ E_{фотона} = \frac{hc}{λ_к} \]
где:
- \(h\) — постоянная Планка: \(6.626 \times 10^{-34} \ Дж \cdоск \)
- \(c\) — скорость света: \(3.00 \times 10^{8}\ м/с\)
Шаг 2. Вычисление работы выхода
Перепишем уравнение для работы выхода \(A\):
\[ A = \frac{hc}{λ_к} \]
Подставляем значения:
\[ A = \frac{(6.626 \times 10^{-34})(3.00 \times 10^{8})}{332 \times 10^{-9}} \]
Обратите внимание: переводим 332 нм в метры: \(332 \times 10^{-9}\) м.
Рассчитаем:
\[ A = \frac{(6.626 \times 10^{-34} \times 3.00 \times 10^{8})}{332 \times 10^{-9}} \]
Высчитываем числитель:
\[ 6.626 \times 10^{-34} \times 3.00 \times 10^{8} = 1.9878 \times 10^{-25} \]
Теперь делим на \(332 \times 10^{-9} = 3.32 \times 10^{-7}\):
\[ A = \frac{1.9878 \times 10^{-25}}{3.32 \times 10^{-7}} \approx 5.99 \times 10^{-19} \ Дж \]
Шаг 3. Находим энергию по новому условию
Теперь, когда задерживающий потенциал равен 1 В, энергия фотона должна преодолевать работу выхода и перенести электроны, чтобы они достигли поверхности с разностью потенциалов.
Энергия фотона по условию:
\[ E_{фотона} = A + eV \]
где:
- \(e = 1.602 \times 10^{-19}\ \ Кл\) — заряд электрона
- \(V = 1 В\)
Итак:
\[ E_{фотона} = A + eV = 5.99 \times 10^{-19} + (1.602 \times 10^{-19}) \times 1 = (5.99 + 1.602) \times 10^{-19} = 7.592 \times 10^{-19}\ \ Дж \]
Шаг 4. Находим длину волны при данном условии
Вернемся к формуле:
\[ E_{фотона} = \frac{hc}{λ} \]
Следовательно:
\[ λ = \frac{hc}{E_{фотона}} \]
Подставляем значения:
\[ λ = \frac{(6.626 \times 10^{-34})(3.00 \times 10^{8})}{7.592 \times 10^{-19}} \]
Рассчитаем числитель:
\[ 6.626 \times 10^{-34} \times 3.00 \times 10^{8} = 1.9878 \times 10^{-25} \]
Теперь делим:
\[ λ = \frac{1.9878 \times 10^{-25}}{7.592 \times 10^{-19}} \approx 2.62 \times 10^{-7}\ \ м \]
или в нанометрах:
\[ λ ≈ 262\ \ нм \]
Итог:
Длина световой волны, при которой задерживающий потенциал равен 1 В, составляет примерно 262 нм.
Если нужны дополнительные пояснения — обращайтесь!