Номер 2, страница 130 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

2. Как формулируются закономерности фотоэффекта, установленные А. Столетовым?

2. Александр Григорьевич Столетов, проводя опыты с фотоэффектом, установил несколько фундаментальных закономерностей. Эти закономерности, также известные как законы Столетова, формулируются следующим образом:

Первый закон: Сила фототока насыщения прямо пропорциональна интенсивности (световому потоку) падающего на катод света при неизменном спектральном составе. Математически это можно выразить как $I_{нас} \propto \Phi$, где $I_{нас}$ — сила тока насыщения, а $\Phi$ — интенсивность светового потока. Это означает, что чем больше фотонов падает на поверхность в единицу времени, тем больше электронов выбивается, и тем больше ток.

Второй закон: Максимальная начальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно зависит от частоты падающего света и не зависит от его интенсивности. С увеличением частоты света кинетическая энергия фотоэлектронов растет. Это наблюдение было ключевым для последующей квантовой теории света.

Третий закон (красная граница фотоэффекта): Для каждого вещества существует минимальная частота света $\nu_{min}$ (или максимальная длина волны $\lambda_{max}$), называемая красной границей, ниже которой фотоэффект не наблюдается, какой бы сильной ни была интенсивность света. Это объясняется тем, что энергии фотона должно быть достаточно для совершения работы выхода электрона из металла.

Четвертый закон (безынерционность): Фотоэффект практически безынерционен. Это означает, что испускание фотоэлектронов начинается практически мгновенно (с задержкой менее $10^{-9}$ с) после начала освещения катода, даже при очень малой интенсивности света.

Ответ: Закономерности фотоэффекта, установленные А. Г. Столетовым, включают: 1) прямую пропорциональность силы тока насыщения интенсивности света; 2) зависимость максимальной кинетической энергии фотоэлектронов только от частоты света, а не от его интенсивности; 3) существование для каждого вещества «красной границы» — минимальной частоты света, при которой возможен фотоэффект; 4) практическую безынерционность фотоэффекта.

3. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) фотоэффекта — это график зависимости силы фототока $I$ от приложенного между электродами (катодом и анодом) напряжения $U$. Эта зависимость описывается кривой, имеющей характерный вид. Неполный вопрос, вероятно, подразумевает описание этой кривой и информации, которую из нее можно получить.

Описание кривой:

1. При положительных значениях напряжения $U$ (когда анод имеет положительный потенциал относительно катода), электрическое поле ускоряет вылетевшие из катода электроны. С ростом $U$ фототок увеличивается, так как все большее число электронов достигает анода.

2. При некотором положительном напряжении ток достигает максимального значения, называемого током насыщения $I_{нас}$. В этом режиме все электроны, выбитые светом из катода за единицу времени, достигают анода. Дальнейшее увеличение напряжения не приводит к росту тока. Величина тока насыщения прямо пропорциональна интенсивности падающего света.

3. При $U = 0$ фототок не равен нулю. Это связано с тем, что некоторые электроны обладают достаточной начальной кинетической энергией, чтобы достичь анода даже без ускоряющего поля.

4. При отрицательных значениях напряжения $U$ (когда анод имеет отрицательный потенциал), электрическое поле становится тормозящим. Оно препятствует движению электронов к аноду, и фототок уменьшается. Достичь анода могут только электроны с достаточно большой начальной кинетической энергией.

5. Существует такое отрицательное напряжение $U_з$, называемое запирающим (или задерживающим) напряжением, при котором фототок становится равным нулю. В этот момент даже самые быстрые фотоэлектроны, обладающие максимальной начальной кинетической энергией $E_{к, макс}$, не могут преодолеть тормозящее поле. Величина запирающего напряжения связана с максимальной кинетической энергией соотношением: $e|U_з| = E_{к, макс}$, где $e$ — модуль заряда электрона. Важно, что запирающее напряжение зависит от частоты света и материала катода, но не зависит от интенсивности света.

Таким образом, ВАХ фотоэффекта имеет вид кривой, которая начинается от нуля при отрицательном запирающем напряжении, затем возрастает и выходит на горизонтальный участок (плато), соответствующий току насыщения.

Ответ: Вольт-амперная характеристика фотоэффекта описывается кривой, показывающей зависимость фототока от напряжения. При отрицательных напряжениях ток падает до нуля при запирающем напряжении $U_з$. При положительных напряжениях ток растет и достигает насыщения $I_{нас}$. По этой кривой можно определить ток насыщения, который зависит от интенсивности света, и запирающее напряжение, которое позволяет найти максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов, зависящую от частоты света.