Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
Фотоэффект
Согласно квантовой теории Эйнштейна, свет испускается и поглощается отдельными порциями – квантами.
Квантыэлектромагнитногоизлучения,движущиесясоскоростью с = 3 × 108 м/с–распространения света в вакууме, называются фотонами.
Внешним фотоэффектом называется высвобождение электронов из металла под действием электромагнитного излучения.
Свойства фотона:
1. Фотон является нейтральной частицей, не имеет электрического дипольного момента, магнитного момента.
2. Каждый дискретный фотон в любой среде движется со скоростью света в вакууме с. 3. При взаимодействии фотона с веществом, он целиком передает всю свою энергию
|
e = h. (9.1)
Предполагается, что электроны в металле движутся независимо друг от друга, между ними отсутствуют силы взаимодействия. Передача фотоном энергии одному электрону не изменяет энергии всех остальных электронов.
4. Фотон существует только в движении. Масса движущегося фотона равна массе покоя электрона m = 9,1 × 10 − 31 кг. В состоянии покоя масса фотона m0.
5. Время жизни фотона без взаимодействия с веществом равно ¥. 6. Спин фотона SZ = ±h, где ħ – постоянная Планка.
Существует три закона внешнего фотоэффекта:
I. При фиксированной частоте падающего света n число фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени n, пропорционально интенсивности света (сила фототока
насыщения Iнас пропорциональна энергетической освещенности Ее катода):
Iнас = en. (9.2)
|
энергия Eк) фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой n.
|
| ||||||||
| |||||||||
| |||||||||
|
III. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т. е. минимальная частота n 0 света (зависящая от химической природы вещества и состояния его поверхности), ниже которой фотоэффект невозможен.
Фотоэффектвозможенприоблученииметалласветом,частотакоторого ³n 0 частоты
«красной границей» – порога фотоэффекта.
Работа выхода электрона из металла – это минимальная энергия, которую нужно сообщить электрону для того, чтобы удалить его с поверхности металла в вакуум:
|
|
|
Для внешнего фотоэффекта сохранения энергии:
e = Аых + Eк,
справедливо уравнение Эйнштейна, выражающее закон
(9.4)
|
Кинетическая энергия фотоэлектронов:
Eк = eUЗ, (9.5) где e = 1,6 × 10 − 19 Кл – элементарный заряд электрона, UЗ – задерживающее напряжение катода.
Решая задачи на фотоэффект, следует помнить, что импульс и кинетическая энергия в уравнении Эйнштейна (9.4) могут быть представлены в двух случаях: релятивистском и нерелятивистском, и выражаться различными формулами.
a) Нерелятивистский случай.
Если фотоэффект вызван фотоном, имеющим незначительную энергию e £ 0,5 МэВ
(энергия падающего фотона меньше энергии покоя электрона), то кинетическая энергия вылетевших фотоэлектронов:
|
|
p = mc = c = h. (9.7) б) Релятивистский случай.
Если фотоэффект вызван фотоном, обладающим энергией большей энергии покоя электрона(> 0,5 МэВ), то кинетическая энергия вылетевших фотоэлектронов:
æ
E = mc2 ç
ç
|
ö
|
|
|
|
p =
mmax1 −(Vaxc) 2
(9.9)
Решение тестовых задач раздела «Фотоэффект»
Тест 1
Если лазер мощностью Р испускает N фотонов за t секунд, то частота излучения лазера равна …
А)
HtN
P
Б)
Htc
NP
В)
Phc
N
Г)
Pt
hN
Решение:
|
|
|
Ответ: Г.
Тест 2
Энергия фотона, соответствующего g – излучению с частотой 3 × 1021 Гц, в 3000 раз
больше энергии фотона рентгеновского излучения. Определить длину волны рентгеновского излучения. (с = 3 × 108 м/с)
А) 3 · 10 − 10 м Б) 2 · 1010 м В) 3, 5 · 10 − 10 м Г) 2, 5 · 1010 м
Решение:
Энергию фотона, соответствующего – излучению запишем по формуле (9.1):
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тест 3
На рисунке 39а показаны графики зависимости фототока насыщения Iн от концентрации n фотонов в монохроматической
световой волне, освещающей катоды двух вакуумных
фотоэлементов.Приэтомквантовыйвыходфотоэффекта,тоесть Рис. 39а число фотоэлектронов, приходящихся на один падающий фотон, …
А) для фотоэлементов одинаковый Б) для первого фотоэлемента наибольший В) для второго фотоэлемента наибольший Г) для первого фотоэлемента наименьший
Решение:
Если на фотоэлементы падает монохроматический свет, то согласно первому закону фотоэффекта: число фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени n, пропорционально
интенсивности света Iнen. Выберем произвольное
асимптоту (рис. 39б). Из
значение
графика
n = const и
определим:
проведем н1 > Iн2,
следовательно, число падающий фотон, у
фотоэлектронов, приходящихся на один первого фотоэлемента больше, чем у
Рис. 39б
второго. Ответ: Б.
Тест 4
На металлическую пластину падает монохроматический свет. При этом количество N фотоэлектронов, вылетающих с поверхности металла в единицу времени зависит от интенсивности I света согласно графику (рис. 40)…
Решение:
Прификсированнойчастотепадающегосветаn число N фотоэлектронов, вылетающих с поверхности металла в единицу
времени, пропорционально интенсивности света: IeN, Рис.40 зависимость должна быть линейной.
Ответ: А. Тест 5
На рисунке 41а приведены две вольтамперные характеристики
вакуумногофотоэлемента.Если E – освещенность фотоэлемента, а n – частота падающего на него света, то для данного случая
справедливы соотношения … А) 1 =n 2, E1 < E2
В)n 1 =n 2, E1 > E2
Б) 1 n 2, 1E2 Рис.41а Г) n 1 >n 2, E1 = E2
Решение:
Нарисунке 41б приведены две вольтамперные характеристики вакуумного фотоэлемента.
Характеристики выходят из разных
напряжений. Из формулы (9.5) имеем:
точек задерживающих
Согласно второму закону фотоэффекта: Eк фотоэлектронов не
Ответ: Г.
Тест 6
На рисунке 42а приведены две вольтамперные
характеристики вакуумного фотоэлемента. Если E – освещенностьфотоэлемента,аn – частота падающего на него
света, то для данного случая справедливы соотношения …
А) 1 =n 2, E1 < E2 Б) 1 n 2, 1E2 Рис.42а В)n 1 =n 2, E1 > E2 Г) n 1 >n 2, E1 = E2
Решение:
На рисунке 42б приведены две вольтамперные характеристики вакуумного фотоэлемента.
Согласно первому закону фотоэффекта: при Рис. 42б фиксированнойчастотепадающегосветаn число фотоэлектронов, вырываемых из катода в
единицу времени, пропорционально силе фототока насыщения Iн и пропорционально энергетической освещенности Е катода. Характеристики построены для различных
|
|
12 Ответ: В.
Тест 7
В опытах по внешнему фотоэффекту изучалась зависимость кинетической энергии фотоэлектронов от частоты
падающего света. Для некоторого материала фотокатода исследованнаязависимостьпредставленанарисунке 43а линией с.
Призаменематериалафотокатоданаматериалс большей работой выхода зависимость будет соответствовать прямой …
Рис. 43а
А) а, параллельной линии с Б) d, параллельной линии с В) b, имеющей больший угол наклона, чем линия с Г) с, т.е. останется прежней Решение:
Согласно второму закону фотоэффекта зависимость Eк фотоэлектронов от частоты падающего света n должна быть линейной.
|
|
|
угла наклона прямой b не имеет физического смысла. Зависимости не проходят через 0, т.к. часть энергии
|
зависящуюотсвойствматериалакатода.
Из рисунка 43б найдем соотношение работ электронов для различных материалов
выходов катода:
Рис. 43б
|
|
|
|
Ответ: Б.
Тест 8
Фотокатод освещается монохроматическим светом. Работа выхода материала катода 4 × 10 − 19 Дж. Какова максимальная длина волны фотонов, вызывающих фотоэффект?
(h = 6,62 × 10 − 34 Дж×с, с = 3 × 108 м/с)
А) 600 нм Б) 500 нм В) 450 нм Г) 5 нм
Решение:
|
|
|
|
|
|
Ответ: Б.
Тест 9
Изолированная металлическая пластинка непрерывно освещается светом с длиной волны 450 нм. В результате фотоэффекта, она заряжается до потенциала 0,56 В. Определите работу выхода электронов из металла.
(h = 6,62 × 10 − 34 Дж×с, с = 3 × 108 м/с, e = 1,6 × 10 − 19 Кл)
А) 3 × 10 − 16 Дж Б) 3, 5 × 10 − 19 Дж В) 5 × 10 − 17 Дж Г) 4, 5 × 10 − 19 Дж Д) 2, 5 × 1019 Дж
Решение:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ: Б.
Date: 2015-05-09; view: 3399; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА... |