Ответьте на вопросы, страница 197 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему при увеличении числа фотонов, падающих на поверхность металлической пластины, фототок возрастает?

2. Почему под воздействием видимого излучения фотоэффект не наблюдается?

1. Фототок — это упорядоченное движение фотоэлектронов, выбитых светом с поверхности металла. Согласно квантовой теории фотоэффекта, один фотон, падающий на металл, может выбить не более одного электрона. Это означает, что число выбитых электронов в единицу времени прямо пропорционально числу падающих фотонов в единицу времени (то есть интенсивности света), при условии, что энергия каждого фотона достаточна для вырывания электрона.

Сила фототока насыщения $I_{нас}$ определяется как заряд, переносимый всеми вылетевшими электронами за единицу времени. Если $N_e$ — число электронов, выбиваемых в секунду, а $e$ — элементарный заряд, то ток равен $I_{нас} = e \cdot N_e$.

Поскольку число выбитых электронов $N_e$ прямо пропорционально числу падающих фотонов $N_{ф}$, то при увеличении числа фотонов, падающих на пластину, пропорционально возрастает и число выбиваемых электронов. Это, в свою очередь, приводит к увеличению суммарного заряда, переносимого в единицу времени, то есть к росту фототока.

Ответ: Фототок возрастает, потому что он прямо пропорционален числу фотоэлектронов, вырываемых с поверхности металла в единицу времени, а это число, в свою очередь, прямо пропорционально числу падающих фотонов (интенсивности света).

2. Фотоэффект, то есть явление испускания электронов веществом под действием света, возникает только в том случае, если энергия падающего фотона $E_{ф}$ не меньше работы выхода $A_{вых}$ — минимальной энергии, которую необходимо сообщить электрону, чтобы он покинул металл. Это условие описывается уравнением Эйнштейна для фотоэффекта:

$h\nu = A_{вых} + K_{max}$

где $h$ — постоянная Планка, $\nu$ — частота света, а $K_{max}$ — максимальная кинетическая энергия вылетевшего фотоэлектрона. Фотоэффект возможен только при $K_{max} \ge 0$, что эквивалентно условию $h\nu \ge A_{вых}$.

Это условие определяет существование "красной границы" фотоэффекта — минимальной частоты $\nu_{min} = A_{вых}/h$ (или максимальной длины волны $\lambda_{max} = hc/A_{вых}$), при которой еще возможен фотоэффект. Если частота света меньше пороговой ($\nu < \nu_{min}$), то энергии фотона недостаточно для вырывания электрона, и фотоэффект не наблюдается, какой бы интенсивной ни была световая волна.

Вопрос подразумевает, что для рассматриваемого в задаче металла работа выхода $A_{вых}$ достаточно велика (например, как у цинка или меди). Энергия фотонов видимого света (диапазон длин волн примерно от 400 нм до 750 нм) оказывается меньше работы выхода для таких металлов. Их красная граница фотоэффекта лежит в ультрафиолетовой области спектра ($\lambda_{max} < 400$ нм). Поэтому видимое излучение не может вызвать фотоэффект на поверхности таких металлов.

Примечание: для некоторых металлов, в основном щелочных (например, цезия, калия), работа выхода мала, и фотоэффект наблюдается даже под действием видимого света.

Ответ: Фотоэффект под воздействием видимого излучения не наблюдается для тех металлов, у которых работа выхода электрона больше, чем энергия фотонов видимого света. Энергии одного кванта видимого света недостаточно, чтобы вырвать электрон из такого металла.