Проверочный тест №7.1

Тема: «Фотоэффект. Уравнение Эйнштейна»

Задание №7.1.1

Вопрос:

Из какого условия определяется красная граница фотоэффекта?

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) v = А _вых * h 3) v = А _вых / 2 h

2) v = 2 А _вых / h 4) v = А _вых / h

Ответ: минимальная частота или максимальная длина волны света, при которой ещё возможен внешний фотоэффект, то есть начальная кинетическая энергия фотоэлектронов больше нуля. Частота зависит только от работы выхода электрона: v = А_вых / 2h

Задание №7.1.2

Вопрос:

Исходя из уравнения Эйнштейна для фотоэффекта, можно сделать вывод о том, что максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) линейно убывает при увеличении частоты падающего света

2) линейно возрастает при увеличении частоты падающего света

3) не зависит от частоты падающего света

4) квадратично возрастает при увеличении частоты падающего света

Ответ: 3) не зависит от частоты падающего света

Фотоэлектрический эффект был открыт в 1887 году немецким физиком Г. Герцем и в 1888–1890 годах экспериментально исследован А. Г. Столетовым. Наиболее полное исследование явления фотоэффекта было выполнено Ф. Ленардом в 1900 г. К этому времени уже был открыт электрон (Д. Томсон, 1897 г.), и стало ясно, что фотоэффект (или точнее – внешний фотоэффект) состоит в вырывании электронов из вещества под действием падающего на него света. Схема экспериментальной установки для исследования фотоэффекта изображена на рис.1.

Рисунок 1.Схема экспериментальной установки для изучения фотоэффекта.

В экспериментах использовался стеклянный вакуумный баллон с двумя металлическими электродами, поверхность которых была тщательно очищена. К электродам прикладывалось некоторое напряжение U, полярность которого можно было изменять с помощью двойного ключа. Один из электродов (катод K) через кварцевое окошко освещался монохроматическим светом некоторой длины волны λ, и при неизменном световом потоке снималась зависимость силы фототока I от приложенного напряжения. На рис.2 изображены типичные кривые такой зависимости, полученные при двух значениях интенсивности светового потока, падающего на катод.

Рисунок 2. Зависимость силы фототока от приложенного напряжения. Кривая 2 соответствует большей интенсивности светового потока. Iн1 и Iн2 – токи насыщения, Uз – запирающий потенциал.

Кривые показывают, что при достаточно больших положительных напряжениях на аноде A фототок достигает насыщения, так как все электроны, вырванные светом из катода, достигают анода. Тщательные измерения показали, что ток насыщения Iн прямо пропорционален интенсивности падающего света. Когда напряжение на аноде отрицательно, электрическое поле между катодом и анодом тормозит электроны. Анода могут достичь только те электроны, кинетическая энергия которых превышает |eU|. Если напряжение на аноде меньше, чем –Uз, фототок прекращается. Измеряя Uз, можно определить максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов:

К удивлению ученых, величина Uз оказалась не зависящей от интенсивности падающего светового потока. Тщательные измерения показали, что запирающий потенциал линейно возрастает с увеличением частоты ν света (рис. 3).

Рисунок 3.Зависимость запирающего потенциала Uз от частоты ν падающего света.

Многочисленными экспериментаторами были установлены следующие основные закономерности фотоэффекта:

1. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением частоты света ν и не зависит от его интенсивности.
2. Для каждого вещества существует так называемая красная граница фотоэффекта, то есть наименьшая частота νmin, при которой еще возможен внешний фотоэффект.
3. Число фотоэлектронов, вырываемых светом из катода за 1 с, прямо пропорционально интенсивности света.
4. Фотоэффект практически безынерционен, фототок возникает мгновенно после начала освещения катода при условии, что частота света ν > νmin.

Задание №7.1.3

Вопрос:

Фотоэффектом называется

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) вырывание нейтронов из вещества под действием света.

2) вырывание электронов из вещества под действием нагревания

3) вырывание электронов из вещества под действием света.

4) вырывание протонов из вещества под действием света.

Ответ: 3) вырывание электронов из вещества под действием света.

Фотоэффект (или точнее – внешний фотоэффект) состоит в вырывании электронов из вещества под действием падающего на него света.

Задание №7.1.4

Вопрос:

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта имеет вид

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) hv = A _вых + m v²/2 2) hv = A _вых + m v/2

3) hv = A _вых + m v² 4) hv = A _вых - m v²/2

Ответ: 1) hv = A _вых + m v²/2

Электромагнитная волна состоит из отдельных порций – квантов, впоследствии названных фотонами. При взаимодействии с веществом фотон целиком передает всю свою энергию hν одному электрону. Часть этой энергии электрон может рассеять при столкновениях с атомами вещества. Кроме того, часть энергии электрона затрачивается на преодоление потенциального барьера на границе металл–вакуум. Для этого электрон должен совершить работу выхода A, зависящую от свойств материала катода. Наибольшая кинетическая энергия, которую может иметь вылетевший из катода фотоэлектрон, определяется законом сохранения энергии:

Задание №7.1.5

Вопрос:

Энергия фотона выражается формулой

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) E = v / h 2) E = h/v 3) E = hv 4) E = 2 hv

Ответ: 3) E = hv

С помощью уравнения Эйнштейна можно объяснить все закономерности внешнего фотоэффекта. Из уравнения Эйнштейна следуют линейная зависимость максимальной кинетической энергии от частоты и независимость от интенсивности света, существование красной границы, безынерционность фотоэффекта. Общее число фотоэлектронов, покидающих за 1 с поверхность катода, должно быть пропорционально числу фотонов, падающих за то же время на поверхность. Из этого следует, что ток насыщения должен быть прямо пропорционален интенсивности светового потока. Как следует из уравнения Эйнштейна, тангенс угла наклона прямой, выражающей зависимость запирающего потенциала Uз от частоты ν (рис. 3), равен отношению постоянной Планка h к заряду электрона e:

Это позволяет экспериментально определить значение постоянной Планка. Такие измерения были выполнены Р. Милликеном (1914 г.) и дали хорошее согласие со значением, найденным Планком. Эти измерения позволили также определить работу выхода A:

где c – скорость света, λкр – длина волны, соответствующая красной границе фотоэффекта. У большинства металлов работа выхода A составляет несколько электрон-вольт (1 эВ = 1,602·10–19 Дж). В квантовой физике часто используется электрон-вольт в качестве энергетической единицы измерения. Значение постоянной Планка, выраженное в электрон–вольтах в секунду, равно

h = 4,136·10–15 эВ·с.

Среди металлов наименьшей работой выхода обладают щелочные металлы. Например, у натрия A = 1,9 эВ, что соответствует красной границе фотоэффекта λкр ≈ 680 нм. Поэтому соединения щелочных металлов используют для создания катодов в фотоэлементах, предназначенных для регистрации видимого света

Законы фотоэффекта свидетельствуют, что свет при испускании и поглощении ведет себя подобно потоку частиц, получивших название фотонов или световых квантов. Энергия фотонов равна

E = hν.

Задание №7.1.6

Вопрос:

Кто из ученых установил три закона фотоэффекта?

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) Г. Герц 2) А. Попов 3) А. Столетов 4) П. Капица

Ответ: 3) А. Столетов.

А.Г. Столетов установил три закона фотоэффекта. Он подверг фотоэффект тщательному экспериментальному исследованию.

Задание №7.1.7

Вопрос:

На рисунке изображена схема установки для исследования явления фотоэффекта. Какой газ находится в баллоне?

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) вакуум (был откачен воздух) 2) кислород

3) водород 4) гелий

Ответ: 1) вакуум (был откачен воздух)

В стеклянную колбу, из которой выкачан воздух (чтобы не мешать лететь электронам), введены два электрода: цинковый катод и анод. На катод и анод подаётся напряжение, величину которого можно менять с помощью потенциометра и измерять вольтметром.

Задание №7.1.8

Вопрос:

Из каких предположений удалось объяснить явление фотоэффекта?

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) Свет обладает волновыми свойствами

2) Свет обладает энергией

3) Фотоэффект до сих пор никто не объяснил

4) Свет обладает свойствами частиц

Ответ: 2) Свет обладает энергией

Теоретическое объяснение наблюдаемых закономерностей фотоэффекта было дано Эйнштейном на основе гипотезы М. Планка о том, что свет излучается и поглощается определенными порциями, причем энергия каждой такой порции определяется формулой E = hν, где h –постоянная Планка Эйнштейн сделал следующий шаг в развитии квантовых представлений. Он пришел к выводу, что и свет имеет прерывистую дискретную структуру. Электромагнитная волна состоит из отдельных порций – квантов, впоследствии названных фотонами. При взаимодействии с веществом фотон целиком передает всю свою энергию hν одному электрону. Часть этой энергии электрон может рассеять при столкновениях с атомами вещества. Кроме того, часть энергии электрона затрачивается на преодоление потенциального барьера на границе металл–вакуум. Для этого электрон должен совершить работу выхода A, зависящую от свойств материала катода. Наибольшая кинетическая энергия, которую может иметь вылетевший из катода фотоэлектрон, определяется законом сохранения энергии:

Задание №7.1.9

Вопрос:

Согласно одному из законов фотоэффекта: количество электронов, вырываемых светом ежесекундно с поверхности металла

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) не зависит от поглощенной энергии света

2) свет с поверхности металла электронов не вырывает

3) пропорционально поглощенной энергии света

4) обратно пропорционально поглощенной энергии света

Ответ: 3) пропорционально поглощенной энергии света

Количество электронов, вырываемых светом ежесекундно с поверхности металла, пропорционально поглощенной энергии света.

Задание №7.1.10

Вопрос:

Согласно одному из законов фотоэффекта: фотоэффект не происходит, если

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) фотоэффект происходит всегда и не зависит от частоты падающего света

2) частота падающего света меньше красной границы фотоэффекта

3) частота падающего света больше красной границы фотоэффекта

4) такого утверждения среди законов фотоэффекта нет

Ответ: 2) частота падающего света меньше красной границы фотоэффекта

Фотоэффект не происходит, если частота света меньше определенной для данного вещества минимальной частоты – νmin

Date: 2016-06-06; view: 41021; Нарушение авторских прав