Номер 3, страница 134 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

3. В чем заключаются законы Столетова?

Законы Столетова — это три эмпирических закона, описывающих явление внешнего фотоэффекта. Внешний фотоэффект (или фотоэлектронная эмиссия) — это испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения, например, видимого света или ультрафиолета. Эти законы были экспериментально установлены русским физиком Александром Григорьевичем Столетовым в 1888–1890 годах. Они сыграли ключевую роль в развитии квантовой теории, так как не могли быть объяснены в рамках классической волновой теории света.

Первый закон Столетова
При фиксированной частоте падающего света сила фототока насыщения прямо пропорциональна интенсивности светового потока, падающего на катод. Другими словами, чем ярче свет, тем большее число фотоэлектронов испускается с поверхности металла в единицу времени.
Математически это выражается как:
$I_{нас} \propto \Phi$
где $I_{нас}$ — сила фототока насыщения, а $\Phi$ — интенсивность (плотность потока энергии) падающего света.

Ответ: Сила фототока насыщения прямо пропорциональна интенсивности падающего света при неизменном спектральном составе излучения.

Второй закон Столетова
Максимальная начальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а линейно возрастает с увеличением его частоты. Увеличение интенсивности света приводит лишь к увеличению числа выбиваемых электронов, но их максимальная скорость остается прежней. Полное объяснение этому явлению дал Альберт Эйнштейн, предложив уравнение фотоэффекта:
$E_{к, макс} = h\nu - A_{вых}$
где $E_{к, макс}$ — максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона, $\text{h}$ — постоянная Планка, $\nu$ — частота падающего света, $A_{вых}$ — работа выхода (минимальная энергия, которую нужно сообщить электрону, чтобы он покинул металл).

Ответ: Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно зависит от частоты света и не зависит от его интенсивности.

Третий закон Столетова
Для каждого вещества существует минимальная частота света $\nu_{min}$ (называемая "красной границей" фотоэффекта), ниже которой фотоэффект не происходит, независимо от интенсивности света. Соответственно, существует и максимальная длина волны $\lambda_{max} = c/\nu_{min}$, при которой фотоэффект еще возможен. Это связано с тем, что энергия фотона должна быть достаточной для совершения работы выхода:
$h\nu_{min} = A_{вых}$
Если энергия фотона $h\nu$ меньше работы выхода $A_{вых}$, электрон не сможет покинуть металл.

Ответ: Для каждого вещества существует "красная граница" фотоэффекта — пороговая частота света, ниже которой это явление не наблюдается.

Кроме этих трех законов, эксперименты по фотоэффекту выявили еще одно важное свойство: фотоэффект практически безынерционен. Испускание фотоэлектронов начинается практически мгновенно (с задержкой менее $10^{-9}$ с) после начала освещения поверхности, даже при очень малой интенсивности света. Это также противоречило классической теории, согласно которой электрону потребовалось бы время для накопления достаточной энергии от световой волны.