Занятие 7. Фотоэлектрический эффект. Некоторые следствия теории относительности

Краткие теоретические сведения.

Основные формулы.

Формула Эйнштейна для фотоэффекта:

где - энергия фотона, падающего на поверхность металла; - работа выхода электрона; - максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона, вылетающего из металла.

Скорость фотоэлектронов зависит от энергии фотона, вызывающего фотоэффект. Если энергия фотона много меньше энергии покоя электрона, скорость электрона будет много меньше скорости света и может быть применена формула классической механики

Если же энергия фотона сравнима с энергией покоя электрона (), должна быть применена релятивистская формула:

При этом работой выхода можно пренебречь, так как она не превышает нескольких электронвольт. Тогда формула фотоэффекта примет вид:

при

Максимальная длина волны, (минимальная частота колебаний ), начиная с которой фотоэффект прекращается, называется красной границей фотоэффекта:

или

В теории относительности справедлив следующий закон сложения скоростей:

где - скорость точки относительно системы ¢; – скорость системы относительно системы ; - скорость точки в системе .

Зависимость массы тела от его скорости следующая:

где – массы соответственно покоящегося и движущегося тел; – скорость тела; – скорость света в вакууме; - скорость тела, выраженная в долях скорости света:

Закон пропорциональности массы и энергии: полная энергия тела с массой покоя , движущегося со скоростью ,

Величина называется энергией покоя тела. Полная энергия теласкладывается из энергии покоя , и кинетической энергии . Кинетическая энергия тела:

Изменение массы тела (или системы тел) на величину соответствует изменению энергии тела (или системы тел) на величину:

Импульс частицы:

Связь между полной энергией , энергией покоя и импульсом частицы следующая:

Воспринимаемая неподвижным наблюдателем частота света, приходящего от движущегося источника, связана с собственной частотой излучаемого света следующими соотношениями:

1) угол между скоростью источника и направлением наблюдения равен 90° (поперечный эффект Доплера):

2) угол между скоростью источника и направлением наблюдения равен (взаимное удаление) или (взаимное сближение); в первом случае (красное смещение):

во втором (фиолетовое смещение):

Вопросы для ответа у доски

1. Законы внешнего фотоэффекта.

Нарисуйте схему установки для изучения фотоэффекта. Объясните вольт-амперную характеристику. Сформулируйте законы внешнего фотоэффекта.

2. Фотон. Энергия, масса и импульс фотона. Уравнение Эйнштейна.

Запишите и объясните формулы для энергии, массы и импульса фотона. Запишите и объясните уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Объясните с помощью уравнения Эйнштейна все закономерности внешнего фотоэффекта.

3. В чем отличие I постулата теории относительности релятивистской физики от принципа относительности в классической физике?

4. Какое время отсчета называется собственным? Каков физический смысл эффекта замедления времени? Привести примеры, когда будет наблюдаться эффект замедления времени.