Как найти величину запирающего напряжения для фотоэлектронов

Ответы

Игорь Летучий 4.9 814 отзывов Рейтинг: 702 910 1-й в Психологии Здравствуйте. Вы задали вопрос психологам, психологи не рассматривают подобные вопросы, задайте пожалуйста вопрос на сайте, в категорию Учеба и наука https://www.liveexpert.ru/topic/study Успехов Вам во всем!!! 20.05.20

Мария Владимировна 0 отзывов Рейтинг: 1 044 Добрый день! Пожалуйста, продублируйте этот вопрос в разделе «Учеба и наука». 20.05.20

Сергей Ельченко 4.8 272 отзыва Рейтинг: 357 856 Здравствуйте! Вы задали вопрос в категорию «Психология», но для получения ответа на этот вопрос вам нужно его задать в раздел «Учеба и наука» — http://www.liveexpert.ru/topic/study 20.05.20

Михаил Александров 4.9 596 отзывов Рейтинг: 3681 901 Эксперт месяца 20.05.20

Михаил Александров 4.9 596 отзывов Рейтинг: 3681 901 Эксперт месяца Читать ответы

Андрей Андреевич 4.9 834 отзыва Рейтинг: 482 107 2-й в Учебе и науке Читать ответы

Eleonora Gabrielyan 4.9 280 отзывов Рейтинг: 244 836 3-й в Учебе и науке Читать ответы

Похожие вопросы

Физика, 11 класс

Урок 22. Фотоэффект

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

• предмет и задачи квантовой физики;
• гипотеза М. Планка о квантах;
• опыты А.Г. Столетова;
• определение фотоэффекта, кванта, тока насыщения, задерживающего напряжения, работы выхода, красной границы фотоэффекта;
• уравнение Эйнштейна для фотоэффекта;
• законы фотоэффекта.

Глоссарий по теме:

Квантовая физика — раздел теоретической физики, в котором изучаются квантово-механические и квантово-полевые системы и законы их движения.

Фотоэффект – это вырывание электронов из вещества под действием света.

Квант — (от лат. quantum — «сколько») — неделимая порция какой-либо величины в физике.

Ток насыщения — некоторое предельное значение силы фототока.

Задерживающее напряжение — минимальное обратное напряжение между анодом и катодом, при котором фототок равен нулю.

Работа выхода – это минимальная энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы он покинул металл. которую нужно сообщить электрону, для того чтобы он мог преодолеть силы, удерживающие его внутри металла.

Красная граница фотоэффекта – это минимальная частота или максимальная длина волны света излучения, при которой еще возможен внешний фотоэффект.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Чаругин В. М. Физика. 11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 259 – 267.

2. Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. 10-11 класс.- М.:Дрофа,2009. – С. 153 – 158.

3. Элементарный учебник физики. Учебное пособие в 3 т./под редакцией академика Ландсберга Г. С.: Т.3. Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика. – 12-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. С. 422 – 429.

4. Тульчинский М. Е. Качественные задачи по физике в средней школе. Пособие для учителей. Изд. 4-е, переработ. и доп. М. «Просвещение», 1972. С. 157.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

В начале 20-го века в физике произошла величайшая революция. Попытки объяснить наблюдаемые на опытах закономерности распределения энергии в спектрах теплового излучения оказались несостоятельными. Законы электромагнетизма Максвелла неожиданно «забастовали». Противоречия между опытом и практикой были разрешены немецким физиком Максом Планком.

Гипотеза Макса Планка: атомы испускают электромагнитную энергию не непрерывно, а отдельными порциями – квантами. Энергия Е каждой порции прямо пропорциональна частоте ν излучения света: E = hν.

Коэффициент пропорциональности получил название постоянной Планка, и она равна:

h = 6,63 ∙ 10^-34 Дж∙с.

После открытия Планка начала развиваться самая современная и глубокая физическая теория – квантовая физика.

Квантовая физика — раздел теоретической физики, в котором изучаются квантово-механические и квантово-полевые системы и законы их движения.

Поведение всех микрочастиц подчиняется квантовым законам. Но впервые квантовые свойства материи были обнаружены именно при исследовании излучения и поглощения света.

В 1886 году немецкий физик Густав Людвиг Герц обнаружил явление электризации металлов при их освещении.

Явление вырывания электронов из вещества под действием света называется внешним фотоэлектрическим эффектом.

Законы фотоэффекта были установлены в 1888 году профессором московского университета Александром Григорьевичем Столетовым.

Схема установки для изучения законов фотоэффекта

Первый закон фотоэффекта: фототок насыщения — максимальное число фотоэлектронов, вырываемых из вещества за единицу времени, — прямо пропорционален интенсивности падающего излучения.

Зависимость силы тока от приложенного напряжения

Увеличение интенсивности света означает увеличение числа падающих фотонов, которые выбивают с поверхности металла больше электронов.

Второй закон фотоэффекта: максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего излучения и линейно возрастает с увеличением частоты падающего излучения.

Третий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует граничная частота такая, что излучение меньшей частоты не вызывает фотоэффекта, какой бы ни была интенсивность падающего излучения. Эта минимальная частота излучения называется красной границей фотоэффекта.

hν_min = A_в

где А_в – работа выхода электронов;

h – постоянная Планка;

ν_min — частота излучения, соответствующая красной границе фотоэффекта;

с – скорость света;

λкр – длина волны, соответствующая красной границе_.

Фотоэффект практически безынерционен: фототок возникает одновременно с освещением катода с точностью до одной миллиардной доли секунды.

Работа выхода – это минимальная энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы он покинул металл.

Для большинства веществ фотоэффект возникает только под действием ультрафиолетового облучения. Однако некоторые металлы, например, литий, натрий и калий, испускают электроны и при облучении видимым светом.

Известно, что фототоком можно управлять, подавая на металлические пластины различные напряжения. Если на систему подать небольшое напряжение обратной полярности, «затрудняющее» вылет электронов, то ток уменьшится, так как фотоэлектронам, кроме работы выхода, придется совершать дополнительную работу против сил электрического поля.

Задерживающее напряжение — минимальное обратное напряжение между анодом и катодом, при котором фототок равен нулю.

Задерживающее напряжение

Максимальная кинетическая энергия электронов выражается через задерживающее напряжение:

где — максимальная кинетическая энергия электронов;

Е – заряд электрона;

– задерживающее напряжение.

Теорию фотоэффекта разработал Альберт Эйнштейн. На основе квантовых представлений Эйнштейн объяснил фотоэффект. Электрон внутри металла после поглощения одного фотона получает порцию энергии и стремится вылететь за пределы кристаллической решетки, т.е. покинуть поверхность твердого тела. При этом часть полученной энергии он израсходует на совершение работы по преодолению сил, удерживающих его внутри вещества. Остаток энергии будет равен кинетической энергии:

В 1921 году Альберт Эйнштейн стал обладателем Нобелевской премии, которая, согласно официальной формулировке, была вручена «за заслуги перед теоретической физикой и особенно за открытие закона фотоэлектрического эффекта».

Если фотоэффект сопровождается вылетом электронов с поверхности вещества, то его называют внешним фотоэффектом или фотоэлектронной эмиссией, а вылетающие электроны — фотоэлектронами. Если фотоэффект не сопровождается вылетом электронов с поверхности вещества, то его называют внутренним.

Примеры и разбор решения заданий

1. Монохроматический свет с длиной волны λ падает на поверхность металла, вызывая фотоэффект. Фотоэлектроны тормозятся электрическим полем. Как изменятся работа выхода электронов с поверхности металла и запирающее напряжение, если уменьшить длину волны падающего света?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличится

2) уменьшится

3) не изменится

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Работа выхода	Запирающее напряжение

Решение:

Работа выхода — это характеристика металла, следовательно, работа выхода не изменится при изменении длины волны падающего света.

Запирающее напряжение — это такое минимальное напряжение, при котором фотоэлектроны перестают вылетать из металла. Оно определяется из уравнения:

Следовательно, при уменьшении длины волны падающего света, запирающее напряжение увеличивается.

Ответ:

Работа выхода	Запирающее напряжение
не изменится	увеличится

2. Красная граница фотоэффекта для вещества фотокатода λ₀ = 290 нм. При облучении катода светом с длиной волны λ фототок прекращается при напряжении между анодом и катодом U = 1,5 В. Определите длину волны λ.

Решение.

Запишем уравнение для фотоэффекта через длину волны:

Условие связи красной границы фотоэффекта и работы выхода:

Запишем выражение для запирающего напряжения – условие равенства максимальной кинетической энергии электрона и изменения его потенциальной энергии при перемещении в электростатическом поле:

Решая систему уравнений (1), (2), (3), получаем формулу для вычисления длины волны λ:

Подставляя численные значения, получаем: λ ≈ 215 нм.

Ответ: λ ≈ 215 нм.

Алгоритм 
решения задач на фотоэффект.

1. Запишите уравнение Эйнштейна в удобной
форме. Е= А_вых+ mv²/2 или hν=
А_вых+ mv²/2.

2.При необходимости записать
дополнительные формулы    ν= с/λ, mv²/2=еU_з

А_вых
= hν_min

3.Если по условию задачи известно  вещество,
то по таблице определяем работу выхода для данного вещества.

4. Определить неизвестную величину.

Примечание.    
В таблице работа выхода выражается в эВ, поэтому необходимо для перевода ее в
Дж использовать связь эВ и Дж .

1эВ= 1,6*10^-19Дж.

Пример решения задачи.

В опыте Столетова отрицательный цинковый
электрод облучался ультрафиолетовым светом с длиной волны 324нм. Определить
задерживающее напряжение, которое необходимо приложить к электродам, чтобы
задержать вырванные электроны.

Дано:
                   Так
как в задаче идет речь о фотоэффекте, то запишем                          
уравнение Эйнштейна.

А_вых=3,74эВ                           
hν=
А_вых+ mv²/2. Электрическое поле
совершает работу по торможению

λ
=324нм                                   
электронов . Работа электрического поля равна         изменению кинетической
энергии. mv²/2=еU_з
(1). С учетом

U_з—?                       
формулы (1) уравнение Эйнштейна примет вид

 hν=
А_вых+ еU_з(2)

                        Для определения
частоты падающего света применим формулу

                   ν=
с/λ.             ν=
3*10⁸м/с/324*10^-9м=9,2*10¹⁴Гц. Из (2) выразим U_з

и получим U_з=
(hν—
А_вых)/е.  Вычислим U_з

3,74эВ=3,74*1,6*10^-19Дж=5,98*10^-19Дж.

U_з=(6,63*10^-34Дж.с*9,2*10¹⁴Гц-5,98*10^-19Дж)/1,6*10^-19Кл=0,075В.

Ответ : 75мВ

Самостоятельная
работа по решению задач :

Задача №1

Какую максимальную кинетическую
энергию имеют электроны, вырванные из лития, при облучении светом частотой 10¹⁵Гц?

Задача№2

 Определите наибольшую скорость
электрона, вылетевшего из натрия, при освещении его светом с длиной волны 400
нм?

Задача №3

Красная граница фотоэффекта для
металла 6,2*10^-5 см. Найти величину запирающего напряжения для
фотоэлектронов при освещении металла светом длиной волны 330 нм?

Физика,


вопрос задал 11miffka11,


10 месяцев назад

Ответы на вопрос

Ответил omalipp71

3

Ответ:

1,65В

Объяснение:

См фото

Приложения:

---

11miffka11:
Спасибо большое!

Новые вопросы

Другие предметы,
1 месяц назад

Немецкий язык: 1) Spricht sie gut Deutsih Ukrainisch? 2) Wir heibt Natathas bruder? 3) Ist e grob? 4) Spricht sr gut Enghsh? 5) Schiebt er nicht gut Engt,sht? Прошу прощения если не правильно…

Английский язык,
1 месяц назад

сочинение на английском языке о достопримечательностях германии…

Русский язык,
10 месяцев назад

 5-6 предложений с обобщающим ся словами при однородных членах предложения…

Алгебра,
10 месяцев назад

При якому значенні а система рівнянь (7x — 4y = 3, ах — 8y = 6 мае безліч розв’язків?​

Алгебра,
6 лет назад

Помогите срочно решить !
Упростите выражение :
(a-4)(a+9)-5a(1-2a)…

Математика,
6 лет назад

диагональ треугольника 75 см, и одна из ее сторон 60 см. Вычисли площадь треугольника (если можно, с рисунком)…

Вопрос от пользователя

Красная граница фотоэффекта для металла л0 = 6,2 • 10~5 см. Найти величину запирающего напряжения U3 для фотоэлектронов при освещении металла светом с длиной волны А = 3,3-10-5 см.

Ответ от эксперта

ответ к заданию по физике