Задание 1, страница 129 - 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.

Согласно классической электромагнитной теории Максвелла, свет — это непрерывная электромагнитная волна. Энергия, переносимая такой волной, пропорциональна её интенсивности (которая, в свою очередь, пропорциональна квадрату амплитуды электрического поля, $I \propto E_0^2$) и равномерно распределена по всему волновому фронту. Исходя из этих представлений, можно было бы сделать следующие предположения о явлении фотоэффекта:

1. Зависимость кинетической энергии электронов от интенсивности света.

Чем больше интенсивность (яркость) падающего света, тем больше амплитуда колебаний электрического поля в волне. Эта волна, действуя на электроны в металле, должна передавать им тем большую энергию, чем выше её интенсивность. Следовательно, максимальная кинетическая энергия вырываемых из металла фотоэлектронов должна быть пропорциональна интенсивности падающего света. Частота света при этом не должна влиять на энергию электронов.

2. Возможность фотоэффекта при любой частоте света.

С точки зрения волновой теории, электрон может постепенно накапливать энергию от падающей волны. Поэтому, если интенсивность света достаточна, фотоэффект должен наблюдаться при любой частоте. Для света с низкой частотой просто потребовалось бы больше времени, чтобы электрон накопил энергию, достаточную для преодоления работы выхода. Таким образом, существование «красной границы» — минимальной частоты, ниже которой фотоэффект невозможен — волновая теория не предсказывала.

3. Наличие временной задержки (инерционности) фотоэффекта.

Поскольку энергия волны распределена по всей поверхности, на которую она падает, каждому отдельному электрону требуется некоторое время, чтобы поглотить достаточное количество энергии для вылета из металла. Расчеты, основанные на волновой теории, показывали, что при освещении металла светом малой интенсивности это время могло бы составлять от нескольких секунд до минут. Следовательно, фотоэффект не должен был быть мгновенным.

Ответ:

Предположения, сделанные на основе волновой теории Максвелла, гласят, что: 1) энергия фотоэлектронов должна зависеть от интенсивности света, а не от его частоты; 2) фотоэффект должен происходить при любой частоте света, если его интенсивность достаточна; 3) должен наблюдаться заметный временной лаг между началом освещения и вылетом электронов. Все эти выводы оказались в прямом противоречии с экспериментальными законами фотоэффекта, что указало на неполноту волновой теории света для описания этого явления.