Номер 2, страница 265 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

2. В чём состоят основные законы фотоэффекта?

Решение

Фотоэффект — это явление испускания электронов веществом под действием света (или любого другого электромагнитного излучения). Основные закономерности этого явления, установленные экспериментально в работах А. Г. Столетова и получившие теоретическое объяснение в трудах Альберта Эйнштейна, формулируются в виде трёх основных законов.

Первый закон фотоэффекта

Сила фототока насыщения прямо пропорциональна интенсивности падающего на катод света.

Это означает, что количество электронов, вырываемых с поверхности вещества за единицу времени, прямо пропорционально интенсивности (мощности) светового излучения. Согласно квантовой теории, интенсивность света определяется числом фотонов, падающих на поверхность в секунду. Предполагается, что каждый фотон, энергия которого достаточна для вырывания электрона, взаимодействует с одним электроном. Следовательно, чем больше фотонов падает на поверхность, тем больше электронов будет выбито, что приводит к увеличению силы фототока насыщения.

Второй закон фотоэффекта

Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.

Этот закон нашел объяснение в уравнении Эйнштейна для фотоэффекта. Энергия одного кванта света (фотона) определяется его частотой $\nu$ по формуле Планка: $E = h\nu$, где $h$ — постоянная Планка. Эта энергия расходуется на совершение работы выхода $A_{вых}$ (минимальной энергии, необходимой для удаления электрона из вещества) и на сообщение вылетевшему электрону кинетической энергии $E_k$. Уравнение Эйнштейна имеет вид:
$h\nu = A_{вых} + E_{k,max}$
где $E_{k,max}$ — максимальная кинетическая энергия, которую может иметь фотоэлектрон. Из этого уравнения следует, что $E_{k,max} = h\nu - A_{вых}$. Поскольку работа выхода $A_{вых}$ является постоянной величиной для данного вещества, максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов является линейной функцией частоты $\nu$ и никак не связана с интенсивностью света (количеством фотонов).

Третий закон фотоэффекта

Для каждого вещества существует пороговая частота $\nu_{min}$ (так называемая «красная граница» фотоэффекта), ниже которой фотоэффект не происходит, независимо от интенсивности света.

Из уравнения Эйнштейна видно, что для возникновения фотоэффекта (то есть для того, чтобы электрон покинул вещество, $E_{k,max} \ge 0$) энергия фотона должна быть не меньше работы выхода: $h\nu \ge A_{вых}$. Минимальная частота $\nu_{min}$, при которой это условие выполняется, и есть красная граница:
$h\nu_{min} = A_{вых}$
Следовательно, $\nu_{min} = \frac{A_{вых}}{h}$. Если частота падающего света меньше этого порогового значения, энергии фотона недостаточно, чтобы вырвать электрон, и фотоэффект не наблюдается. Красной границе соответствует максимальная длина волны $\lambda_{max} = \frac{c}{\nu_{min}} = \frac{hc}{A_{вых}}$.

Важным дополнением к этим законам является безынерционность фотоэффекта: испускание электронов начинается практически мгновенно (время задержки меньше $10^{-9}$ с) после начала освещения поверхности, что также противоречило классической волновой теории света, но легко объясняется квантовой теорией.

Ответ:
Основные законы фотоэффекта:
1. Сила фототока насыщения (число выбитых электронов в секунду) прямо пропорциональна интенсивности падающего света.
2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности света, а определяется только его частотой, возрастая с ней линейно.
3. Для каждого вещества существует «красная граница» фотоэффекта — минимальная частота света, при которой еще возможен фотоэффект. Если частота света меньше этого значения, фотоэффект не происходит.