Исследование фотоэлемента

Теоретический минимум

· Фотоэффект. Законы внешнего фотоэффекта. Вольтамперная характеристика внешнего фотоэффекта и ее объяснение.

· Несостоятельность волновой теории в объяснении законов внешнего фотоэффекта. Квантовая теория фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна.

· Красная граница фотоэффекта.

· Фотоэлементы, их характеристики. Применение фотоэлементов.

Контрольные задания

Вариант 1

1. Два фотокатода освещаются одним и тем же источником света. По виду вольт - амперных характеристик сравните работы выхода электронов из металлов

1) А₁=А₂ 2) А₁>А₂ 3) А₁<А₂

2. Как изменится кинетическая энергия фотоэлектронов при увеличении светового потока в 2 раза?

3. Изобразить зависимость максимальной кинетической энергии фотоэлектронов от частоты света. Работа выхода электрона из металла равна А.

4. Если работа по полному торможению фотоэлектронов электрическим полем равна работе выхода А, то какова частота квантов, вызывающих фотоэффект?

5. Фототок прекращается при задерживающей разности потенциалов U = 1В. Чему равна скорость фотоэлектронов?

Вариант 2

1. Катод освещают светом, одинаковой частоты. По виду вольтамперных характеристик сраните освещнности катода

1) Е₁ = Е₂ 2) Е₁ > Е₂ 3) Е₁ < Е₂

2. Как изменится запирающее напряжение, если частоту света увеличить в 2 раза?

3. Определить длину волны красной границы фотоэффекта для цезия (работа выхода А=1,9 эВ).

4. При освещении катода фотоэлемента монохроматической световой волной в его цепи течет ток насыщения . Изобразить зависимость этого тока от концентрации фотонов в волне.

5. Определить максимальную скорость фотоэлектронов, вылетающих из меди (А_вых=4,5 эВ) под действием -излучения с длиной волны =0,3 нм.

Вариант 3

1. Определить по графику красную границу λ₀ фотоэффекта для металла.

2. Как изменится максимальная скорость фотоэлектронов, если частоту света увеличить в 2 раза?

3. Фотоны с энергией Е = 5 эВ вырывают фотоэлектроны из металла с работой выхода А = 4,7 эВ. Каков максимальный импульс (в кг×м/с), передаваемый поверхности этого металла при вылете электрона?

4. Два фотокатода освещаются одним и тем же источником света. По виду вольт - амперных характеристик сравните работы выхода электронов из металлов.

5. На поверхность лития падает монохроматический свет ( =310 нм). Чтобы прекратить эмиссию электронов, нужно приложить задерживающую разность потенциалов не менее 1,7 В. Определить работу выхода.

Вариант 4

1. Оценить по графику работу выхода электрона из металла М в эВ.

2. Как с помощью вольт-амперной характеристики фотоэлемента определить число n электронов, выбиваемых светом с поверхности катода в единицу времени?

3. Определить длину волны красной границы фотоэффекта для меди (работа выхода А=4,5 эВ).

4. Как изменится вид вольт-амперной характеристики фотоэлемента, если при неизменном спектральном составе волны увеличится в два раза ее полный световой поток?

5. До какого потенциала можно зарядить удаленный от других тел цинковый шарик, облучая его ультрафиолетовым излучением с длиной волны нм?

Вариант 5

1. На рисунке представлены две зависимости задерживающего напряжения U₃ от частоты ν падающего света для внешнего фотоэффекта. Чем отличаются условия, при которых были получены эти прямые? Какие фундаментальные физические постоянные могут быть получены с помощью этих зависимостей?

2. Ток насыщения, протекающий через вакуумный фотоэлемент при его освещении светом, . Определить число N фотоэлектронов, покидающих поверхность катода в единицу времени.

3. Как изменится вид вольт-амперной характеристики фотоэлемента, если при неизменном потоке фотонов увеличится в два раза частота используемого монохроматического света?

4. При освещении вакуумного фотоэлемента монохроматическим светом с длиной волны λ₁ = 400 нм он заряжается до разности потенциалов U₁ = 2 В. До какой разности потенциалов зарядится фотоэлемент при освещении его монохроматическим светом с длиной волны λ₁ = 300 нм?

5. Какая доля энергии фотона израсходована на работу выхода фотоэлектрона, если красная граница фотоэффекта =307 нм и максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона равна 1эВ?