Задание 1, страница 185 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 1

Поясните предположения о фотоэффекте с использованием представления о свете, как электромагнитной волне, т.е. на основе теории Максвелла.

Решение

Классическая электромагнитная теория Максвелла рассматривает свет как непрерывную электромагнитную волну. Энергия этой волны пропорциональна ее интенсивности (квадрату амплитуды) и равномерно распределена по всему волновому фронту. Исходя из этих представлений, можно было сделать следующие предположения о явлении фотоэффекта (вырывании электронов из вещества под действием света):

1. Зависимость кинетической энергии фотоэлектронов от интенсивности света.

Согласно волновой теории, чем больше интенсивность падающего света, тем больше энергия, которую волна переносит в единицу времени. Следовательно, электроны должны поглощать больше энергии и вылетать из металла с большей кинетической энергией. Таким образом, максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов должна быть прямо пропорциональна интенсивности света.

2. Отсутствие «красной границы» фотоэффекта.

Волновая теория предсказывает, что фотоэффект должен происходить при любой частоте падающего света, если его интенсивность достаточно велика. Если энергия, передаваемая электрону за один период колебаний, мала (при низкой частоте), электрон все равно мог бы накопить достаточную для выхода энергию, если бы свет был достаточно интенсивным или если бы облучение продолжалось достаточно долго. Таким образом, не должно существовать минимальной частоты (так называемой «красной границы»), ниже которой фотоэффект невозможен.

3. Безынерционность фотоэффекта.

Поскольку энергия волны распределена по всему фронту, каждому электрону на поверхности металла требуется некоторое время, чтобы накопить энергию, достаточную для преодоления работы выхода. Этот процесс не может быть мгновенным. Расчеты показывали, что при малой интенсивности света это время накопления могло бы составлять минуты или даже часы. Следовательно, должен наблюдаться значительный временной лаг между началом освещения и вылетом первых фотоэлектронов.

Все эти предположения, сделанные на основе волновой теории света, кардинально противоречили экспериментальным данным, полученным при изучении фотоэффекта. Эксперименты показали, что кинетическая энергия электронов зависит от частоты, а не от интенсивности; что существует «красная граница»; и что фотоэффект практически безынерционен (происходит почти мгновенно).

Ответ: Предположения о фотоэффекте, основанные на волновой теории света Максвелла, заключались в следующем: 1. Кинетическая энергия вылетающих электронов должна зависеть от интенсивности света, а не от его частоты. 2. Фотоэффект должен наблюдаться при любой частоте света, если его интенсивность достаточно велика (т.е. «красной границы» не существует). 3. Должна существовать заметная временная задержка между началом облучения вещества светом и началом эмиссии электронов.