Номер 10.65, страница 205 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Квантовая физика. Глава 10. Квантовая природа излучения. Фотоэффект - номер 10.65, страница 205.

Условие.

10.65. Схема экспериментальной установки для исследования фотоэффекта изображена на рисунке 10.7, а. Объясните, чем отличаются условия, при которых получены кривые 1 и 2:

а) рис. 10.7, б;

б) рис. 10.7, в.

Рис. 10.7

Решение.

а) рис. 10.7, б

На этом графике представлены вольт-амперные характеристики фотоэффекта для двух разных условий. Проанализируем кривые 1 и 2.

1. Ток насыщения ($I_{нас}$). Это максимальное значение тока, которое достигается при достаточно большом ускоряющем напряжении, когда все электроны, выбитые светом с катода, достигают анода. Ток насыщения прямо пропорционален интенсивности падающего света (световому потоку $\Phi$), так как чем интенсивнее свет, тем больше фотонов падает на катод в единицу времени и тем больше фотоэлектронов испускается. На графике видно, что ток насыщения для кривой 2 ($I_{нас,2}$) больше, чем для кривой 1 ($I_{нас,1}$): $I_{нас,2} > I_{нас,1}$. Это означает, что интенсивность света во втором случае была выше: $\Phi_2 > \Phi_1$.

2. Задерживающее напряжение ($U_з$). Это такое отрицательное напряжение, при котором фототок становится равным нулю. Оно останавливает даже самые быстрые фотоэлектроны. Согласно уравнению Эйнштейна для фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов $E_{к,max}$ связана с частотой света $\nu$ и работой выхода $A_{вых}$ материала катода: $E_{к,max} = h\nu - A_{вых}$. Также $E_{к,max} = e|U_з|$, где $\text{e}$ – заряд электрона. Следовательно, $|U_з| = \frac{h\nu - A_{вых}}{e}$. Таким образом, задерживающее напряжение зависит только от частоты света и материала катода, но не от интенсивности света. На графике видно, что задерживающее напряжение для обеих кривых одинаково: $|U_{з,1}| = |U_{з,2}|$. Это означает, что частота падающего света в обоих случаях была одинаковой: $\nu_1 = \nu_2$.

Таким образом, условия различались только интенсивностью падающего света.

Ответ: Кривые получены при одинаковой частоте падающего света, но при разной его интенсивности (световом потоке). Интенсивность света для кривой 2 была больше, чем для кривой 1.

б) рис. 10.7, в

Проанализируем кривые 1 и 2 на этом графике.

1. Ток насыщения ($I_{нас}$). На графике видно, что токи насыщения для обеих кривых одинаковы: $I_{нас,1} = I_{нас,2}$. Поскольку ток насыщения пропорционален интенсивности света (световому потоку), можно сделать вывод, что интенсивность света в обоих экспериментах была одинаковой: $\Phi_1 = \Phi_2$.

2. Задерживающее напряжение ($U_з$). На графике видно, что задерживающие напряжения для кривых 1 и 2 различны. Модуль задерживающего напряжения для кривой 2 больше, чем для кривой 1: $|U_{з,2}| > |U_{з,1}|$. Как было показано выше, задерживающее напряжение зависит от частоты падающего света. Из соотношения $E_{к,max} = e|U_з| = h\nu - A_{вых}$ следует, что чем больше частота света $\nu$, тем больше максимальная кинетическая энергия электронов и, соответственно, больше модуль задерживающего напряжения. Поскольку $|U_{з,2}| > |U_{з,1}|$, это означает, что частота света во втором случае была выше: $\nu_2 > \nu_1$.

Таким образом, условия различались только частотой падающего света.

Ответ: Кривые получены при одинаковой интенсивности (световом потоке) падающего света, но при разной его частоте. Частота света для кривой 2 была больше, чем для кривой 1.