Номер 3, страница 190 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

3. Как Эйнштейн объяснил явление фотоэффекта?

Альберт Эйнштейн в 1905 году предложил революционное объяснение явления фотоэффекта, которое не укладывалось в рамки классической волновой теории света. Развивая гипотезу Макса Планка, Эйнштейн постулировал, что свет не только излучается и поглощается, но и распространяется в пространстве в виде дискретных порций энергии — световых квантов, позже названных фотонами. Энергия каждого такого кванта (фотона) прямо пропорциональна частоте света $\nu$ и определяется формулой $E = h\nu$, где $\text{h}$ — постоянная Планка.

Согласно теории Эйнштейна, фотоэффект представляет собой процесс, в котором один электрон в веществе поглощает один фотон. При этом вся энергия фотона мгновенно передается электрону. Эта полученная энергия, в соответствии с законом сохранения энергии, расходуется на два процесса: во-первых, на совершение электроном работы выхода $A_{вых}$ — минимальной энергии, необходимой для того, чтобы покинуть поверхность металла, и во-вторых, на сообщение вылетевшему электрону (фотоэлектрону) кинетической энергии $E_k$. Этот энергетический баланс описывается уравнением Эйнштейна для фотоэффекта:

$h\nu = A_{вых} + E_k$

Отсюда следует, что максимальная кинетическая энергия, которую может иметь фотоэлектрон, равна $E_{k_{max}} = h\nu - A_{вых}$.

Данная квантовая концепция света позволила полностью объяснить все экспериментально наблюдаемые закономерности фотоэффекта:
Существование красной границы. Фотоэффект возможен только в том случае, если энергия одного фотона $h\nu$ достаточна для совершения работы выхода, то есть $h\nu \ge A_{вых}$. Это означает, что существует минимальная пороговая частота света $\nu_{min} = A_{вых} / h$, называемая красной границей фотоэффекта. Если частота света меньше этого значения, фотоэффект не происходит, какой бы высокой ни была интенсивность освещения.
Зависимость кинетической энергии от частоты. Уравнение $E_{k_{max}} = h\nu - A_{вых}$ показывает, что максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением частоты падающего света и совершенно не зависит от его интенсивности. Интенсивность света лишь определяет количество фотонов, падающих на поверхность, но не энергию каждого из них.
Пропорциональность фототока интенсивности. Интенсивность света пропорциональна числу фотонов в световом потоке. Так как каждый фотон (с достаточной энергией) выбивает один электрон, то общее число фотоэлектронов, испускаемых в секунду (а следовательно, и сила фототока насыщения), прямо пропорционально интенсивности падающего света.
Безынерционность явления. Поскольку передача энергии от фотона к электрону — это единичный и практически мгновенный акт столкновения, испускание фотоэлектронов начинается без какой-либо заметной задержки сразу после начала освещения поверхности металла.

Ответ: Эйнштейн объяснил фотоэффект, предположив, что свет состоит из дискретных частиц-квантов (фотонов), энергия которых $E=h\nu$. При поглощении фотона электроном вся его энергия передается электрону и расходуется на преодоление работы выхода $A_{вых}$ и на сообщение электрону кинетической энергии $E_k$, что описывается уравнением $h\nu = A_{вых} + E_k$. Эта теория объяснила все ключевые закономерности фотоэффекта: существование красной границы (минимальной частоты света), линейную зависимость энергии электронов от частоты, пропорциональность фототока интенсивности света и безынерционность явления.