Номер 10.63, страница 205 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Квантовая физика. Глава 10. Квантовая природа излучения. Фотоэффект - номер 10.63, страница 205.

Условие.

10.63. Как зарядить цинковую пластину, закреплённую на стержне электрометра, положительным зарядом, имея электрическую дугу, стеклянную палочку и лист бумаги? Палочкой прикасаться к пластине нельзя.

Решение.

Решение

Для того чтобы зарядить цинковую пластину положительным зарядом с помощью имеющихся предметов, необходимо использовать комбинацию двух физических явлений: электростатической индукции и внешнего фотоэффекта. Процесс выполняется в два этапа.

На первом этапе цинковую пластину, закрепленную на электрометре, заряжают отрицательным зарядом. Для этого сначала создают положительно заряженное тело, натирая стеклянную палочку листом бумаги. Затем эту палочку подносят близко к цинковой пластине, но не касаются ее, соблюдая условие задачи. Положительный заряд палочки вызовет перераспределение свободных электронов в проводящей системе электрометра: они притянутся к пластине. На лепестках электрометра возникнет недостаток электронов, то есть положительный заряд, и они разойдутся. Не убирая палочку, необходимо кратковременно заземлить электрометр, например, коснувшись его стержня пальцем. Электроны из земли перейдут на электрометр, привлеченные полем палочки, и скомпенсируют положительный заряд на лепестках, в результате чего они опадут. После этого сначала убирают палец (прекращая заземление), а затем убирают стеклянную палочку. Избыточные электроны, полученные от земли, останутся на электрометре и распределятся по нему, заряжая всю систему отрицательно. Лепестки электрометра снова разойдутся.

На втором этапе отрицательно заряженную пластину освещают светом от электрической дуги. Электрическая дуга является мощным источником света, содержащим в своем спектре ультрафиолетовое излучение. Энергии фотонов ультрафиолетового света достаточно для того, чтобы выбивать электроны с поверхности цинка (явление фотоэффекта). Поскольку пластина заряжена отрицательно, вылетающие электроны будут отталкиваться от нее, что облегчает процесс. По мере потери электронов отрицательный заряд пластины будет уменьшаться, что будет видно по постепенному схождению лепестков электрометра. После того как пластина станет нейтральной, дальнейшее облучение приведет к потере уже собственных электронов металла. В результате цинковая пластина приобретет избыточный положительный заряд, и лепестки электрометра снова разойдутся.

Ответ:

Сначала нужно зарядить цинковую пластину отрицательно методом электростатической индукции. Для этого следует натереть стеклянную палочку о бумагу (она зарядится положительно), поднести палочку к пластине, не касаясь ее, заземлить электрометр, убрать заземление, а затем убрать палочку. После этого необходимо осветить отрицательно заряженную пластину светом от электрической дуги. Ультрафиолетовое излучение в свете дуги вызовет фотоэффект — выбивание электронов с поверхности цинка. В результате потери электронов пластина сначала разрядится, а при дальнейшем освещении — приобретет положительный заряд.