Ответьте на вопросы, страница 187 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему сила фототока насыщения имеет постоянное значение?

2. Почему при нулевом значении напряжения сила фототока отлична от нуля?

3. Почему сила фототока уменьшается при изменении направления электрического поля?

4. При каком условии фототок прекращается? Почему?

1. Почему сила фототока насыщения имеет постоянное значение?

Сила фототока насыщения достигается, когда все электроны, испускаемые катодом под действием света, достигают анода. Количество электронов, испускаемых в единицу времени, прямо пропорционально интенсивности падающего света. При постоянной интенсивности света число испускаемых электронов в секунду также постоянно. Когда ускоряющее напряжение достаточно велико, чтобы собрать все эти электроны, ток достигает своего максимального значения. Дальнейшее увеличение напряжения не может увеличить ток, так как количество носителей заряда (электронов) в цепи ограничено скоростью их эмиссии с катода. Поэтому ток остается постоянным.

Ответ: Сила фототока насыщения имеет постоянное значение, потому что она определяется количеством электронов, испускаемых катодом в единицу времени, которое при неизменной интенсивности света постоянно. Когда все эти электроны достигают анода, дальнейшее увеличение тока невозможно.

2. Почему при нулевом значении напряжения сила фототока отлична от нуля?

Согласно теории фотоэффекта, электроны, выбитые светом из металла (фотоэлектроны), обладают начальной кинетической энергией. Энергия поглощенного фотона $h\nu$ расходуется на преодоление работы выхода $\text{A}$ и на сообщение электрону кинетической энергии $E_k$. Даже при отсутствии внешнего ускоряющего напряжения ($U=0$), часть фотоэлектронов, обладающих достаточной начальной кинетической энергией и скоростью, направленной в сторону анода, достигает его. Это движение электронов и создает электрический ток, который регистрируется в цепи.

Ответ: Сила фототока при нулевом напряжении отлична от нуля, так как выбитые светом электроны обладают начальной кинетической энергией, и часть из них достигает анода самостоятельно, без воздействия внешнего электрического поля.

3. Почему сила фототока уменьшается при изменении направления электрического поля?

Изменение направления электрического поля означает, что на анод подается отрицательное напряжение относительно катода. Такое поле называется задерживающим (или тормозящим), так как оно препятствует движению отрицательно заряженных электронов от катода к аноду. Чтобы достичь анода, электрон должен совершить работу против сил этого поля. Достичь анода смогут только те электроны, чья начальная кинетическая энергия $E_k$ больше, чем работа тормозящего поля $\text{eU}$. С увеличением модуля задерживающего напряжения $\text{U}$ все меньше электронов обладает достаточной энергией, чтобы его преодолеть. Соответственно, уменьшается и число электронов, достигающих анода в единицу времени, что приводит к уменьшению силы фототока.

Ответ: При изменении направления электрическое поле становится тормозящим для электронов. Оно препятствует их движению к аноду, и до него долетают только электроны с достаточно большой начальной кинетической энергией. С ростом тормозящего напряжения количество таких электронов уменьшается, что и вызывает уменьшение фототока.

4. При каком условии фототок прекращается? Почему?

Фототок прекращается, когда задерживающее напряжение достигает значения, называемого запирающим напряжением $U_з$. Это происходит при условии, что работа, совершаемая тормозящим электрическим полем над электроном, становится равной максимальной начальной кинетической энергии фотоэлектронов: $eU_з = E_{k,max}$. В этом случае даже самые быстрые электроны, вылетающие с катода, полностью теряют свою скорость на пути к аноду и не могут его достичь. Поскольку ни один электрон не долетает до анода, электрическая цепь размыкается и ток становится равным нулю.

Ответ: Фототок прекращается при запирающем напряжении $U_з$, когда работа тормозящего поля становится равной максимальной кинетической энергии фотоэлектронов ($eU_з = E_{k,max}$). В этом случае ни один электрон, даже самый быстрый, не может достичь анода, и ток в цепи падает до нуля.