Номер 1142, страница 151 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

50. Фотоэлектрический эффект. Фотон. Давление света. Глава XVI. Световые кванты. Действия света. Квантовая физика - номер 1142, страница 151.

Условие.

1142. Найти максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов, вырванных с катода К (рис. 124), если запирающее напряжение равно 1,5 В.

Рис. 124

Решение 1.

Решение 2.

Решение 3.

Решение 4.

Дано:

Запирающее напряжение $U_з = 1.5$ В.

Найти:

Максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов $E_{k,max}$.

Решение:

На изображении показана схема для изучения фотоэффекта. Фотоэффект — это явление испускания электронов (фотоэлектронов) веществом под действием света.

Запирающее напряжение ($U_з$) — это такая минимальная задерживающая разность потенциалов между катодом и анодом, при которой фототок (ток, создаваемый фотоэлектронами) становится равным нулю. Это происходит, когда работа задерживающего электрического поля полностью останавливает даже самые быстрые фотоэлектроны, обладающие максимальной начальной кинетической энергией $E_{k,max}$.

Работа $A$, совершаемая электрическим полем над зарядом $q$ при его перемещении между точками с разностью потенциалов $U$, равна $A = qU$.

В данном случае заряд фотоэлектрона равен элементарному заряду $e$, а разность потенциалов — запирающему напряжению $U_з$. Таким образом, работа электрического поля по торможению электрона равна $A = eU_з$.

Согласно закону сохранения энергии, чтобы остановить фотоэлектрон, работа поля должна быть равна его начальной кинетической энергии. Для самых быстрых электронов это соотношение выглядит так:

$E_{k,max} = A = eU_з$

Для расчета в системе СИ (в Джоулях) используем значение элементарного заряда $e \approx 1.6 \times 10^{-19}$ Кл.

Подставим числовые значения в формулу:

$E_{k,max} = (1.6 \times 10^{-19} \text{ Кл}) \times (1.5 \text{ В}) = 2.4 \times 10^{-19} \text{ Дж}$

В квантовой физике энергию часто выражают в электрон-вольтах (эВ). 1 эВ — это энергия, которую приобретает частица с зарядом $e$ при прохождении разности потенциалов в 1 В. Следовательно, если запирающее напряжение составляет 1,5 В, то максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов равна 1,5 эВ. Это можно проверить: $1.5 \text{ эВ} = 1.5 \times (1.6 \times 10^{-19} \text{ Дж}) = 2.4 \times 10^{-19} \text{ Дж}$.

Ответ: максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов равна $2.4 \times 10^{-19}$ Дж.