Номер 1, страница 219 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 5. Элементы квантовой физики. Параграф 51. Фотоэффект. Вопросы для самопроверки - номер 1, страница 219.

Условие.

1. В чём состоит явление фотоэффекта?

Решение.

В чём состоит явление фотоэффекта?

Явление фотоэффекта (или фотоэлектрический эффект) — это испускание электронов веществом под действием света или любого другого электромагнитного излучения. Это явление было открыто Генрихом Герцем в 1887 году, а теоретическое объяснение ему дал Альберт Эйнштейн в 1905 году, основываясь на гипотезе Макса Планка о квантовой природе света.

Суть явления заключается в следующем. Свет с точки зрения квантовой физики представляет собой поток дискретных частиц-квантов, называемых фотонами. Энергия каждого фотона $\text{E}$ зависит от частоты света $\nu$ и определяется формулой Планка:

$E = h\nu$

где $\text{h}$ — постоянная Планка ($h \approx 6,626 \cdot 10^{-34}$ Дж·с).

Когда фотон падает на поверхность вещества (например, металла), он поглощается и передает всю свою энергию одному из электронов. Для того чтобы электрон покинул вещество, он должен совершить работу против сил, удерживающих его внутри. Минимальная энергия, необходимая для этого, называется работой выхода $A_{вых}$. Работа выхода — это характеристика конкретного вещества.

Если энергия фотона $h\nu$ превышает работу выхода $A_{вых}$, то электрон вырывается с поверхности. Оставшаяся часть энергии фотона переходит в кинетическую энергию $E_к$ вылетевшего электрона (такие электроны называют фотоэлектронами). Этот закон сохранения энергии для фотоэффекта выражается уравнением Эйнштейна:

$h\nu = A_{вых} + E_к$

где $E_к = \frac{mv_{max}^2}{2}$ — максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов.

Из этого уравнения вытекают ключевые закономерности фотоэффекта:

1. Фотоэффект возможен только если частота света $\nu$ больше некоторого порогового значения $\nu_{min}$, называемого «красной границей» фотоэффекта. При $\nu = \nu_{min}$ вся энергия фотона уходит на работу выхода ($h\nu_{min} = A_{вых}$), а кинетическая энергия электрона равна нулю. Если $\nu < \nu_{min}$, фотоэффекта не будет, какой бы ни была интенсивность света.

2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением частоты света и не зависит от его интенсивности.

3. Количество вылетающих электронов в секунду (сила фототока насыщения) прямо пропорционально интенсивности падающего света (при условии $\nu > \nu_{min}$).

4. Фотоэлектрический эффект практически безынерционен, то есть испускание электронов начинается почти мгновенно (менее чем за $10^{-9}$ с) после начала освещения.

Ответ: Явление фотоэффекта заключается в испускании электронов веществом под действием электромагнитного излучения (света). Оно происходит, когда энергия кванта света (фотона) $h\nu$ превышает или равна работе выхода $A_{вых}$ — минимальной энергии, необходимой для удаления электрона из вещества. Избыток энергии фотона сообщается электрону в виде кинетической энергии $E_к$, что описывается уравнением Эйнштейна: $h\nu = A_{вых} + E_к$.