Номер 2, страница 134 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

2. Какие представления о явлении фотоэффекта сформировались на основе волновой теории света, квантовой теории света?

на основе волновой теории света:

Согласно классической волновой теории, свет — это электромагнитная волна. Энергия такой волны пропорциональна ее интенсивности (яркости) и непрерывно распределена по фронту волны. С точки зрения этой теории, явление фотоэффекта должно было бы обладать следующими свойствами:
1. Кинетическая энергия вырываемых из металла электронов (фотоэлектронов) должна увеличиваться с ростом интенсивности падающего света, так как более интенсивная волна переносит больше энергии.
2. Кинетическая энергия фотоэлектронов не должна зависеть от частоты (цвета) света, так как в волновой модели энергия определяется амплитудой, а не частотой.
3. При очень низкой интенсивности света должен наблюдаться временной лаг (задержка) между началом освещения и вылетом первого электрона. Это время необходимо, чтобы электрон накопил достаточное количество энергии от непрерывной волны для преодоления сил, удерживающих его в металле.
Однако экспериментальные исследования фотоэффекта, проведенные Г. Герцем, А. Г. Столетовым и Ф. Ленардом, показали результаты, которые полностью противоречили этим предсказаниям. Было установлено, что энергия фотоэлектронов зависит от частоты света, а не от его интенсивности; существует минимальная частота света («красная граница»), ниже которой фотоэффект не происходит вообще; и фотоэлектроны испускаются практически мгновенно после начала освещения, без какой-либо заметной задержки.

Ответ: Волновая теория света оказалась неспособной объяснить ключевые закономерности фотоэффекта. Ее предсказания о зависимости энергии фотоэлектронов от интенсивности света, независимости от частоты и наличии временной задержки были опровергнуты экспериментальными данными.

на основе квантовой теории света:

Объяснение фотоэффекта было дано Альбертом Эйнштейном в 1905 году на основе квантовой гипотезы Макса Планка. Эйнштейн предположил, что свет не только излучается и поглощается, но и распространяется в виде дискретных порций энергии — квантов, которые позже были названы фотонами. Энергия каждого фотона прямо пропорциональна частоте света: $E = h\nu$, где $\text{h}$ — постоянная Планка, а $\nu$ — частота.
В рамках этой теории фотоэффект рассматривается как результат поглощения одного фотона одним электроном в веществе. Вся энергия фотона передается электрону. Эта энергия расходуется на совершение работы выхода $A_{вых}$ (минимальная энергия, которую нужно затратить, чтобы вырвать электрон из металла) и на сообщение электрону максимальной кинетической энергии $E_{к, макс}$. Это выражается уравнением Эйнштейна для фотоэффекта:
$h\nu = A_{вых} + E_{к, макс}$
Это простое уравнение полностью объяснило все экспериментальные факты:
1. Линейная зависимость энергии от частоты: Из уравнения $E_{к, макс} = h\nu - A_{вых}$ следует, что максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно растет с увеличением частоты света и не зависит от его интенсивности.
2. Существование «красной границы»: Фотоэффект возможен только при условии, что энергия фотона не меньше работы выхода: $h\nu \ge A_{вых}$. Это определяет минимальную (пороговую) частоту света $\nu_{min} = A_{вых} / h$, ниже которой явление не наблюдается, какой бы высокой ни была интенсивность.
3. Безынерционность: Передача энергии от фотона к электрону происходит практически мгновенно, как при столкновении частиц, поэтому временная задержка отсутствует.
4. Зависимость фототока от интенсивности: Интенсивность света в квантовой теории — это число фотонов, падающих на поверхность в единицу времени. Большее число фотонов приводит к выбиванию большего числа электронов, что объясняет пропорциональность силы фототока интенсивности света.

Ответ: Квантовая теория света, представив свет как поток частиц (фотонов), энергия которых определяется их частотой ($E=h\nu$), полностью и исчерпывающе объяснила все экспериментально наблюдаемые закономерности фотоэффекта, что стало одним из решающих подтверждений корпускулярно-волнового дуализма света.