Номер 4, страница 130 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

4. Как формулируются основные законы фотоэффекта?

Фототок насыщения

Фототок — это направленное движение электронов, испускаемых веществом под действием света (явление фотоэффекта). Если поместить фотокатод (поверхность, испускающую электроны) и анод в вакуумную колбу и создать между ними ускоряющее электрическое поле (подключив к источнику напряжения так, чтобы анод был положительным относительно катода), то вылетевшие фотоэлектроны будут двигаться к аноду, создавая в цепи электрический ток — фототок.

При увеличении ускоряющего напряжения между катодом и анодом сила фототока сначала растет, так как все большее число вырванных светом электронов достигает анода. Однако, начиная с некоторого значения напряжения, сила тока перестает увеличиваться. Это максимальное значение тока и называется фототоком насыщения ($I_{нас}$).

Фототок достигает насыщения, когда все электроны, испускаемые катодом в единицу времени, достигают анода. Дальнейшее увеличение напряжения уже не может увеличить ток, так как количество испускаемых электронов ограничено только количеством падающих на катод фотонов в единицу времени, то есть интенсивностью света. Таким образом, величина фототока насыщения прямо пропорциональна интенсивности падающего излучения.

Ответ: Фототок насыщения — это максимальное значение силы фототока, достигаемое при условии, что все электроны, испущенные фотокатодом под действием света за единицу времени, достигают анода. Его величина прямо пропорциональна интенсивности светового излучения.

4. Как формулируются основные законы фотоэффекта?

Основные законы внешнего фотоэффекта были установлены экспериментально русским физиком А. Г. Столетовым и получили теоретическое объяснение в работах Альберта Эйнштейна. Они формулируются следующим образом:

Первый закон фотоэффекта (закон Столетова): Сила фототока насыщения прямо пропорциональна интенсивности (мощности) светового излучения, падающего на поверхность катода.

Второй закон фотоэффекта: Максимальная начальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой падающего света и не зависит от его интенсивности.

Третий закон фотоэффекта («красная граница»): Для каждого вещества существует минимальная частота света $\nu_{min}$ (или соответствующая ей максимальная длина волны $\lambda_{max}$), называемая красной границей фотоэффекта, при которой еще возможен фотоэффект. Если частота света меньше этой пороговой частоты ($\nu < \nu_{min}$), то фотоэффект не происходит независимо от интенсивности излучения.

Эти законы объясняются с помощью уравнения Эйнштейна для фотоэффекта, которое описывает закон сохранения энергии при взаимодействии фотона с электроном в металле: $h\nu = A_{вых} + E_{к, макс}$

Здесь $h$ — постоянная Планка, $\nu$ — частота падающего света, $h\nu$ — энергия одного фотона, $A_{вых}$ — работа выхода (минимальная энергия, которую нужно сообщить электрону, чтобы он покинул поверхность металла), а $E_{к, макс}$ — максимальная кинетическая энергия, которую имеет вылетевший фотоэлектрон.

Ответ: Основные законы фотоэффекта формулируются так:
1. Фототок насыщения прямо пропорционален интенсивности света.
2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно зависит от частоты света и не зависит от его интенсивности.
3. Для каждого вещества существует минимальная частота света («красная граница»), ниже которой фотоэффект невозможен.