Задание 2, страница 186 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 2

Сравните выводы Столетова с выводами классической физики (часть I параграфа). В чем различие выводов?

Сравнение выводов, полученных А. Г. Столетовым в ходе экспериментального изучения фотоэффекта, с теоретическими предсказаниями классической физики (основанной на волновой теории света) выявляет ряд фундаментальных противоречий.

Выводы классической физики (волновая теория света)

Согласно классической электромагнитной теории, свет — это волна, энергия которой непрерывно распределена по всему фронту. Из этого следовали такие выводы:

• Энергия, передаваемая электронам в металле, должна быть пропорциональна интенсивности (яркости) света. Следовательно, максимальная кинетическая энергия вылетающих фотоэлектронов должна увеличиваться с ростом интенсивности света.
• Фотоэффект должен происходить при любой частоте света. Если интенсивность света достаточно велика, электрон рано или поздно накопит энергию, достаточную для выхода из металла. Таким образом, существование "красной границы" не предсказывалось.
• Так как энергия волны распределена по большой площади, каждому электрону требуется некоторое время для накопления достаточной энергии. Поэтому между началом освещения и вылетом электронов должно наблюдаться заметное запаздывание, особенно при малой интенсивности света.

Выводы Столетова (экспериментальные законы фотоэффекта)

В результате серии опытов А. Г. Столетов сформулировал следующие законы:

• Сила фототока насыщения (то есть число электронов, покидающих катод за 1 секунду) прямо пропорциональна интенсивности падающего света.
• Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно зависит от частоты падающего света и совершенно не зависит от его интенсивности.
• Для каждого вещества существует минимальная частота света, называемая "красной границей" фотоэффекта, ниже которой фотоэффект невозможен, какой бы высокой ни была интенсивность света.
• Фотоэлектрический эффект практически безынерционен. Эмиссия электронов начинается практически мгновенно (задержка составляет менее $10^{-9}$ с) после начала освещения, даже при очень низких интенсивностях света.

В чем различие выводов?

Различие между выводами классической теории и экспериментальными данными Столетова заключается в следующих ключевых противоречиях:

1. Зависимость энергии фотоэлектронов от параметров света.
   Классическая физика: энергия электронов должна зависеть от интенсивности света.
   Опыт Столетова: энергия электронов зависит только от частоты света, а от интенсивности зависит лишь их количество.
2. Существование "красной границы".
   Классическая физика: фотоэффект возможен при любой частоте, если интенсивность света достаточна. Понятия "красной границы" не существует.
   Опыт Столетова: фотоэффект наблюдается только если частота света превышает определённое для каждого вещества пороговое значение.
3. Инерционность процесса.
   Классическая физика: предсказывает наличие временной задержки между началом освещения и вылетом электронов, необходимой для накопления энергии.
   Опыт Столетова: показывает, что фотоэффект происходит практически мгновенно, без какой-либо заметной задержки.

Эти противоречия не могли быть объяснены в рамках волновой теории света и послужили одной из предпосылок для создания квантовой теории.

Ответ: Различие выводов заключается в том, что, во-первых, согласно опытам Столетова, максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов зависит от частоты света, а не от его интенсивности, как предсказывала классическая физика. Во-вторых, эксперимент показал существование "красной границы" фотоэффекта (минимальной частоты), которую классическая теория не предсказывала. В-третьих, фотоэффект оказался практически безынерционным, в то время как классическая теория предсказывала заметное время накопления энергии электроном перед вылетом.