Номер 3, страница 130 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

3. Какой кривой описывается вольт-амперная характеристика фотоэффекта? Что такое фототок насыщения?

3. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) фотоэффекта — это графическая зависимость силы фототока $I$ от приложенного между электродами (катодом и анодом) напряжения $U$. Эта зависимость описывается кривой, которая имеет характерный вид.

При увеличении ускоряющего положительного напряжения $U$ сила фототока сначала растет, так как все большее число вылетевших с катода электронов достигает анода. Начиная с некоторого значения напряжения, все электроны, испущенные катодом, достигают анода. Дальнейшее увеличение напряжения уже не приводит к росту тока, и кривая выходит на горизонтальный участок — плато.

Если приложить отрицательное (задерживающее) напряжение, то фототок уменьшится, так как электрическое поле будет тормозить электроны. При некотором значении отрицательного напряжения, называемом запирающим напряжением $U_з$, фототок станет равным нулю. В этот момент даже электроны с максимальной начальной кинетической энергией $K_{max}$ не могут достичь анода. Это позволяет определить их энергию по формуле: $K_{max} = e \cdot |U_з|$, где $e$ — заряд электрона.

Фототок насыщения ($I_{нас}$) — это максимальное значение силы фототока, которое достигается, когда все электроны, выбитые светом из катода за единицу времени, достигают анода. Это происходит на горизонтальном участке ВАХ. Величина фототока насыщения прямо пропорциональна интенсивности (световому потоку) падающего на катод света.

Ответ: Вольт-амперная характеристика фотоэффекта описывается кривой, которая начинается от нуля при запирающем напряжении, нелинейно возрастает и выходит на постоянное значение (плато) при положительных напряжениях. Фототок насыщения — это максимальный фототок, при котором все выбитые светом электроны достигают анода; он пропорционален интенсивности света.

4. Основные законы фотоэффекта были экспериментально установлены А. Г. Столетовым и теоретически объяснены А. Эйнштейном.

Первый закон фотоэффекта (закон интенсивности): При неизменном спектральном составе света сила фототока насыщения прямо пропорциональна интенсивности падающего излучения. Иначе говоря, число фотоэлектронов, вырываемых светом с поверхности металла в единицу времени, пропорционально интенсивности света.

Второй закон фотоэффекта (закон частоты): Максимальная начальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности. Этот закон описывается уравнением Эйнштейна для фотоэффекта: $K_{max} = h\nu - A_{вых}$, где $h$ — постоянная Планка, $\nu$ — частота падающего света, а $A_{вых}$ — работа выхода, то есть минимальная энергия, необходимая для удаления электрона из вещества. Из этого закона следует, что для каждого вещества существует минимальная частота света $\nu_{min}$, называемая «красной границей» фотоэффекта, ниже которой фотоэффект невозможен, так как энергии фотона недостаточно для вырывания электрона ($h\nu < A_{вых}$).

Третий закон фотоэффекта (закон безынерционности): Фотоэлектронная эмиссия начинается практически мгновенно после начала освещения поверхности, задержка между началом освещения и появлением фотоэлектронов составляет менее $10^{-9}$ секунды, независимо от интенсивности света.

Ответ: Основные законы фотоэффекта формулируются следующим образом: 1. Фототок насыщения прямо пропорционален интенсивности света. 2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно зависит от частоты света и не зависит от его интенсивности; для каждого вещества существует «красная граница» фотоэффекта. 3. Фотоэффект является практически безынерционным процессом.