в опыте катод освещается зеленым светом в результате чего
Физика дома
Задача для подготовки к ЕГЭ по физике по теме «Фотоэффект. Законы Столетова».
В опыте по изучению фотоэффекта катод освещается жёлтым светом, в результате чего в цепи возникает электрический ток (рис.1). зависимость показаний амперметра I от напряжения U между катодом и анодом приведена на рисунке 2. Используя законы фотоэффекта, и предполагая, что отношение числа фотоэлектронов к числу поглощённых фотонов не зависит от частоты света, объясните, как изменится представленная зависимость I(U), если освещать катод зелёным светом, оставив мощность поглощённого катодом света неизменной.
Чтобы ответить на вопрос задачи, необходимо вспомнить законы Столетова для фотоэффекта и основные формулы квантовой физики.
Для начала, вспомним, как изменяется энергия падающих фотонов при замене света с жёлтого на зелёный (знание значений длин волн видимого диапазона — необходимы для решения многих задач по физике в 11 классе). Длина волны зелёного света меньше, чем у жёлтого, следовательно (согласно формуле Планка)
энергия фотонов увеличивается.
Согласно уравнению Эйнштейна для фотоэффекта, энергия фотона идёт на совершение работы выхода и на сообщение электронам кинетической энергии. Причём работа выхода не зависит от частоты (длины волны) падающего света. То есть кинетическая энергия фотоэлектронов (запирающее напряжение) пропорциональна частоте падающего света. И если частота и энергия фотона увеличивается, то увеличивается запирающее напряжение. Следовательно, крайняя левая точка на графике сместится влево.
Мощность поглощённого света пропорциональна энергии фотонов и их количеству. Так как мощность излучения (по условию задачи) не изменяется, а энергия фотона увеличивается, то уменьшается количество фотонов, попадающих на анод. Следовательно, сила тока насыщения уменьшается. Горизонтальная часть графика сместится ниже.
В опыте катод освещается зеленым светом в результате чего
В опыте по изучению фотоэффекта катод освещается жёлтым светом, в результате чего в цепи возникает ток (рисунок 1). Зависимость показаний амперметра I от напряжения U между анодом и катодом приведена на рисунке 2. Используя законы фотоэффекта и предполагая, что отношение числа фотоэлектронов к числу поглощённых фотонов не зависит от частоты света, объясните, как изменится представленная зависимость I(U), если освещать катод зелёным светом, оставив мощность поглощённого катодом света неизменной.
1. При изменении света с жёлтого на зелёный его длина волны уменьшится, частота увеличится (νз > νж).
2. Работа выхода электронов из материала не зависит от частоты падающего света, поэтому в соответствии с уравнением Эйнштейна для фотоэффекта: hv = Aвых + Emax — увеличится максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов Emax. Так как 
то увеличится и модуль запирающего напряжения Uз.
3. Мощность поглощённого света связана с частотой волны ν соотношением P = NφEφ = Nφhν, где Nφ — число фотонов, падающих на катод за 1 с, Eφ= hν — энергия одного фотона (соотношение Планка). Так как мощность света не изменилась, а энергия фотонов Eφ увеличилась, то уменьшится число фотонов, падающих на катод за 1 с.
4. Сила тока насыщения Iнас определяется числом выбитых светом за 1 с электронов Ne, которое пропорционально числу падающих на катод за 1 с фотонов, поэтому сила тока насыщения уменьшится.
Ответ: точка отрыва графика от горизонтальной оси U сдвинется влево, горизонтальная асимптота графика Iнас сдвинется вниз.
В опыте катод освещается зеленым светом в результате чего
В установке по наблюдению фотоэффекта свет от точечного источника S, пройдя через собирающую линзу, падает на фотокатод параллельным пучком. В схему внесли изменение: на место первоначальной линзы поставили собирающую линзу того же диаметра, но с меньшим фокусным расстоянием. Источник света переместили вдоль главной оптической оси линзы так, что на фотокатод свет снова стал падать параллельным пучком. Как изменился при этом (уменьшился или увеличился) фототок насыщения? Объясните, почему изменяется фототок насыщения, и укажите, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.
По первому закону Столетова фототок насыщения зависит от интенсивности падающего света, то есть от количества фотонов, падающих на фотокатод в единицу времени. При использовании линзы такого же диаметра, но с меньшим фокусным расстоянием, телесный угол, под которым из источника видно линзу, увеличивается, поскольку источник теперь расположен ближе к ней (для получения параллельного пучка источник нужно разместить в фокусе линзы). Фотоны летят от источника во все стороны равномерно, поэтому результирующий поток фотонов, попадающих на фотокатод в результате замены линзы, увеличивается. А значит, увеличивается и ток насыщения.
В установке по наблюдению фотоэффекта свет от точечного источника S, пройдя через собирающую линзу, падает на фотокатод параллельным пучком. В схему внесли изменение: на место первоначальной линзы поставили другую того же диаметра, но с большим фокусным расстоянием. Источник света переместили вдоль главной оптической оси линзы так, что на фотокатод свет снова стал падать параллельным пучком. Как изменился при этом (уменьшился или увеличился) фототок насыщения? Объясните, почему изменяется фототок насыщения, и укажите, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.
По первому закону Столетова фототок насыщения зависит от интенсивности падающего света, то есть от количества фотонов, падающих на фотокатод в единицу времени. При использовании линзы такого же диаметра, но с большим фокусным расстоянием, телесный угол, под которым из источника видно линзу, уменьшается. Фотоны летят от источника во все стороны равномерно, поэтому результирующий поток фотонов, попадающих на фотокатод в результате замены линзы, уменьшается. А значит, уменьшается и ток насыщения.
В опыте по изучению фотоэффекта катод освещается жёлтым светом, в результате чего в цепи возникает ток (рисунок 1). Зависимость показаний амперметра I от напряжения U между анодом и катодом приведена на рисунке 2. Используя законы фотоэффекта и предполагая, что отношение числа фотоэлектронов к числу поглощённых фотонов не зависит от частоты света, объясните, как изменится представленная зависимость I(U), если освещать катод зелёным светом, оставив мощность поглощённого катодом света неизменной.
1. При изменении света с жёлтого на зелёный его длина волны уменьшится, частота увеличится (νз > νж).
2. Работа выхода электронов из материала не зависит от частоты падающего света, поэтому в соответствии с уравнением Эйнштейна для фотоэффекта: hv = Aвых + Emax — увеличится максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов Emax. Так как то увеличится и модуль запирающего напряжения Uз.
3. Мощность поглощённого света связана с частотой волны ν соотношением P = NφEφ = Nφhν, где Nφ — число фотонов, падающих на катод за 1 с, Eφ= hν — энергия одного фотона (соотношение Планка). Так как мощность света не изменилась, а энергия фотонов Eφ увеличилась, то уменьшится число фотонов, падающих на катод за 1 с.
4. Сила тока насыщения Iнас определяется числом выбитых светом за 1 с электронов Ne, которое пропорционально числу падающих на катод за 1 с фотонов, поэтому сила тока насыщения уменьшится.
Ответ: точка отрыва графика от горизонтальной оси U сдвинется влево, горизонтальная асимптота графика Iнас сдвинется вниз.
Учащимся в классе при электрическом освещении лампами накаливания показали опыт: цинковый шар электрометра зарядили эбонитовой палочкой, потёртой о сукно. При этом стрелка электрометра отклонилась, заняв положение, указанное на рисунке, и в дальнейшем не меняла его. Когда на шар направили свет аргоновой лампы, стрелка электрометра быстро опустилась вниз. Объясните разрядку электрометра, учитывая приведённые спектры (зависимость интенсивности света I от длины волны 
) лампы накаливания и аргоновой лампы. Красная граница фотоэффекта для цинка 
1) Эбонитовая палочка, потертая о шерсть, заряжается отрицательно. Следовательно, электрометр получит от нее отрицательный заряд (избыток электронов).
2) При освещении заряженного отрицательно цинкового шара светом от лампы накаливания не происходило вырывания электронов с поверхности цинка, так как, судя по диаграмме, максимальная освещенность приходилась на длины волн больше 500 нм, что больше, чем красная граница фотоэффекта для цинка. Потому электрометр не разряжался.
3) При освещении заряженного отрицательно цинкового шара светом от аргоновой лампы фотоэффект наблюдался, так как, судя по диаграмме, максимальная освещенности приходилась на длины волны больше 250 нм, что меньше, чем красная граница фотоэффекта для цинка. В результате вырывания электронов с поверхности цинкового шара, заряд уменьшался, из-за чего электрометр разряжался.
В опыте катод освещается зеленым светом в результате чего
В установке по наблюдению фотоэффекта свет от точечного источника S, пройдя через собирающую линзу, падает на фотокатод параллельным пучком. В схему внесли изменение: на место первоначальной линзы поставили собирающую линзу того же диаметра, но с меньшим фокусным расстоянием. Источник света переместили вдоль главной оптической оси линзы так, что на фотокатод свет снова стал падать параллельным пучком. Как изменился при этом (уменьшился или увеличился) фототок насыщения? Объясните, почему изменяется фототок насыщения, и укажите, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.
По первому закону Столетова фототок насыщения зависит от интенсивности падающего света, то есть от количества фотонов, падающих на фотокатод в единицу времени. При использовании линзы такого же диаметра, но с меньшим фокусным расстоянием, телесный угол, под которым из источника видно линзу, увеличивается, поскольку источник теперь расположен ближе к ней (для получения параллельного пучка источник нужно разместить в фокусе линзы). Фотоны летят от источника во все стороны равномерно, поэтому результирующий поток фотонов, попадающих на фотокатод в результате замены линзы, увеличивается. А значит, увеличивается и ток насыщения.
В установке по наблюдению фотоэффекта свет от точечного источника S, пройдя через собирающую линзу, падает на фотокатод параллельным пучком. В схему внесли изменение: на место первоначальной линзы поставили другую того же диаметра, но с большим фокусным расстоянием. Источник света переместили вдоль главной оптической оси линзы так, что на фотокатод свет снова стал падать параллельным пучком. Как изменился при этом (уменьшился или увеличился) фототок насыщения? Объясните, почему изменяется фототок насыщения, и укажите, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.
По первому закону Столетова фототок насыщения зависит от интенсивности падающего света, то есть от количества фотонов, падающих на фотокатод в единицу времени. При использовании линзы такого же диаметра, но с большим фокусным расстоянием, телесный угол, под которым из источника видно линзу, уменьшается. Фотоны летят от источника во все стороны равномерно, поэтому результирующий поток фотонов, попадающих на фотокатод в результате замены линзы, уменьшается. А значит, уменьшается и ток насыщения.
В опыте по изучению фотоэффекта катод освещается жёлтым светом, в результате чего в цепи возникает ток (рисунок 1). Зависимость показаний амперметра I от напряжения U между анодом и катодом приведена на рисунке 2. Используя законы фотоэффекта и предполагая, что отношение числа фотоэлектронов к числу поглощённых фотонов не зависит от частоты света, объясните, как изменится представленная зависимость I(U), если освещать катод зелёным светом, оставив мощность поглощённого катодом света неизменной.
1. При изменении света с жёлтого на зелёный его длина волны уменьшится, частота увеличится (νз > νж).
2. Работа выхода электронов из материала не зависит от частоты падающего света, поэтому в соответствии с уравнением Эйнштейна для фотоэффекта: hv = Aвых + Emax — увеличится максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов Emax. Так как то увеличится и модуль запирающего напряжения Uз.
3. Мощность поглощённого света связана с частотой волны ν соотношением P = NφEφ = Nφhν, где Nφ — число фотонов, падающих на катод за 1 с, Eφ= hν — энергия одного фотона (соотношение Планка). Так как мощность света не изменилась, а энергия фотонов Eφ увеличилась, то уменьшится число фотонов, падающих на катод за 1 с.
4. Сила тока насыщения Iнас определяется числом выбитых светом за 1 с электронов Ne, которое пропорционально числу падающих на катод за 1 с фотонов, поэтому сила тока насыщения уменьшится.
Ответ: точка отрыва графика от горизонтальной оси U сдвинется влево, горизонтальная асимптота графика Iнас сдвинется вниз.
Учащимся в классе при электрическом освещении лампами накаливания показали опыт: цинковый шар электрометра зарядили эбонитовой палочкой, потёртой о сукно. При этом стрелка электрометра отклонилась, заняв положение, указанное на рисунке, и в дальнейшем не меняла его. Когда на шар направили свет аргоновой лампы, стрелка электрометра быстро опустилась вниз. Объясните разрядку электрометра, учитывая приведённые спектры (зависимость интенсивности света I от длины волны ) лампы накаливания и аргоновой лампы. Красная граница фотоэффекта для цинка
1) Эбонитовая палочка, потертая о шерсть, заряжается отрицательно. Следовательно, электрометр получит от нее отрицательный заряд (избыток электронов).
2) При освещении заряженного отрицательно цинкового шара светом от лампы накаливания не происходило вырывания электронов с поверхности цинка, так как, судя по диаграмме, максимальная освещенность приходилась на длины волн больше 500 нм, что больше, чем красная граница фотоэффекта для цинка. Потому электрометр не разряжался.
3) При освещении заряженного отрицательно цинкового шара светом от аргоновой лампы фотоэффект наблюдался, так как, судя по диаграмме, максимальная освещенности приходилась на длины волны больше 250 нм, что меньше, чем красная граница фотоэффекта для цинка. В результате вырывания электронов с поверхности цинкового шара, заряд уменьшался, из-за чего электрометр разряжался.
В опыте катод освещается зеленым светом в результате чего
В установке по наблюдению фотоэффекта свет от точечного источника S, пройдя через собирающую линзу, падает на фотокатод параллельным пучком. В схему внесли изменение: на место первоначальной линзы поставили собирающую линзу того же диаметра, но с меньшим фокусным расстоянием. Источник света переместили вдоль главной оптической оси линзы так, что на фотокатод свет снова стал падать параллельным пучком. Как изменился при этом (уменьшился или увеличился) фототок насыщения? Объясните, почему изменяется фототок насыщения, и укажите, какие физические закономерности вы использовали для объяснения.
По первому закону Столетова фототок насыщения зависит от интенсивности падающего света, то есть от количества фотонов, падающих на фотокатод в единицу времени. При использовании линзы такого же диаметра, но с меньшим фокусным расстоянием, телесный угол, под которым из источника видно линзу, увеличивается, поскольку источник теперь расположен ближе к ней (для получения параллельного пучка источник нужно разместить в фокусе линзы). Фотоны летят от источника во все стороны равномерно, поэтому результирующий поток фотонов, попадающих на фотокатод в результате замены линзы, увеличивается. А значит, увеличивается и ток насыщения.
В установке по наблюдению фотоэффекта свет от точечного источника S, пройдя через собирающую линзу, падает на фотокатод параллельным пучком. В схему внесли изменение: на место первоначальной линзы поставили другую того же диаметра, но с большим фокусным расстоянием. Источник света переместили вдоль главной оптической оси линзы так, что на фотокатод свет снова стал падать параллельным пучком. Как изменился при этом (уменьшился или увеличился) фототок насыщения? Объясните, почему изменяется фототок насыщения, и укажите, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.
По первому закону Столетова фототок насыщения зависит от интенсивности падающего света, то есть от количества фотонов, падающих на фотокатод в единицу времени. При использовании линзы такого же диаметра, но с большим фокусным расстоянием, телесный угол, под которым из источника видно линзу, уменьшается. Фотоны летят от источника во все стороны равномерно, поэтому результирующий поток фотонов, попадающих на фотокатод в результате замены линзы, уменьшается. А значит, уменьшается и ток насыщения.
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. Какова работа выхода электрона с поверхности металла, из которого сделаны пластины конденсатора? (Ответ дать в электронвольтах.)
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:
При исследовании зависимости кинетической энергии фотоэлектронов от длины волны падающего света фотоэлемент освещался через различные светофильтры. В первой серии опытов использовался светофильтр, пропускающий только красный свет, а во второй — пропускающий только зелёный свет. В каждом опыте наблюдали явление фотоэффекта и измеряли запирающее напряжение. Как изменяются модуль запирающего напряжения и максимальная скорость фотоэлектронов при переходе от первой серии опытов ко второй? Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения:
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
напряжения
Квант света выбивает электрон из металла. Как изменятся при увеличении энергии фотона в этом опыте следующие три величины: работа выхода электрона из металла, максимальная возможная скорость фотоэлектрона, его максимальная кинетическая энергия?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Работа выхода электрона из металла зависит только от свойств металла и никак не изменяется при увеличении энергии фотона в этом опыте. Согласно уравнению фотоэффекта Эйнштейна, энергия поглощенного фотона идет на работу выхода электрона из металла и на сообщение этому электрону кинетической энергии: 
Следовательно, при увеличении энергии фотона максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов увеличивается. Раз увеличивается максимальная кинетическая энергия, увеличивается и максимальная скорость фотоэлектронов.
В первом опыте по изучению фотоэффекта металлическую пластинку освещают белым светом через синий светофильтр (пропускает только синий цвет), а во втором — через зеленый (пропускает только зеленый цвет). Как изменяются следующие величины при переходе от первого опыта ко второму?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
| Частота падающего на пластинку света | Работа выхода электронов из металла |
Из формулы 
можно сделать вывод, что частота падающего на пластинку света уменьшилась, а работа выхода электронов из металла не изменилась.
Чему равна длина волны красной границы фотоэффекта для цезия? Работа выхода для цезия Aвых = 0,29 · 10 –18 Дж. Ответ дайте в нанометрах и округлите до целого числа. (Постоянную Планка примите равной 
)
Из формулы для работы выхода 
найдём длину волны красной границы фотоэффекта:
Установите соответствие между физическими опытами и физическими явлениями, которые наблюдаются в этих опытах. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
При этом задерживающая разность потенциалов равна U. Частота света увеличилась на 
Каково изменение задерживающей разности потенциалов? (Ответ выразите в вольтах, округлив до сотых.) Заряд электрона принять равным 1,6·10 −19 Кл, а постоянную Планка — 6,6·10 −34 Дж·с.
и для измененной частоты 
Вычтя из второго равенства первое, получим соотношение:
При этом задерживающая разность потенциалов равна U. После изменения частоты света задерживающая разность потенциалов увеличилась на 
Каково изменение частоты падающего света? (Ответ дайте в 10 14 Гц, округлив до десятых.) Заряд электрона принять равным 1,6·10 −19 Кл, а постоянную Планка — 6,6·10 −34 Дж·с.
и для измененной частоты 
Вычтя из второго равенства первое, получим соотношение:
На какую величину изменилась частота падающего света? (Ответ дать в 10 14 Гц, округлив до десятых. Элементарный заряд — 1,6·10 −19 Кл, постоянная Планка — 6,6·10 −34 Дж·с.)
Каково изменение задерживающей разности потенциалов? (Ответ выразите в вольтах и округлите с точностью до сотых.) Заряд электрона принять равным 1,6·10 −19 Кл, а постоянную Планка — 6,6·10 −34 Дж·с.
Каково изменение задерживающей разности потенциалов? (Ответ выразите в вольтах и округлите с точностью до сотых.) Заряд электрона принять равным 1,6·10 −19 Кл, а постоянную Планка — 6,6·10 −34 Дж·с.
Каково изменение частоты падающего света? (Ответ дайте в 10 14 Гц, округлив до десятых.) Заряд электрона принять равным 1,6·10 −19 Кл, а постоянную Планка — 6,6·10 −34 Дж·с.
Условие связи красной границы фотоэффекта и работы выхода: 
Выражение для запирающего напряжения — условие равенства максимальной кинетической энергии электрона и изменения его потенциальной энергии при перемещении в электростатическом поле: 
Совмещая выражения, получим: 
кинетическая энергия фотоэлектронов зависит от работы выхода материала и от энергии фотона. При увеличении интенсивности энергия фотонов не изменяется, а значит максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов остается неизменной.