Задание 2, страница 196 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 2

Рассмотрите схему опыта А.Г. Столетова на рисунке 201. Объясните, по каким результатам эксперимента ученый сформулировал основные выводы.

Александр Григорьевич Столетов, исследуя явление фотоэффекта, провёл серию экспериментов, результаты которых легли в основу его выводов. Схема его опыта включала вакуумный баллон с двумя электродами: цинковым катодом (К), который освещался светом, и анодом (А) в виде сетки. Электроды были включены в цепь с батареей, позволявшей создавать и изменять напряжение между ними, и чувствительным гальванометром для измерения слабого тока (фототока).

Основные выводы были сделаны на основе следующих экспериментальных результатов:

1. Прямая пропорциональность силы фототока интенсивности света.

Столетов изменял интенсивность света, падающего на катод (например, изменяя расстояние до источника света — вольтовой дуги). При этом он измерял максимальный фототок, который возникал в цепи при достаточном ускоряющем напряжении (ток насыщения). Было обнаружено, что сила тока насыщения прямо пропорциональна световому потоку (интенсивности света). То есть, чем ярче свет, тем больше ток.
Этот результат позволил сформулировать первый закон фотоэффекта: число электронов, вырываемых светом с поверхности металла за единицу времени, прямо пропорционально интенсивности падающего света.

2. Зависимость кинетической энергии фотоэлектронов от частоты света.

Чтобы определить максимальную кинетическую энергию вылетающих электронов, Столетов изменял напряжение между катодом и анодом, подавая на анод отрицательный (задерживающий) потенциал относительно катода. Электрическое поле тормозило электроны. При некотором значении напряжения $U_з$, называемом задерживающим, даже самые быстрые электроны не могли достичь анода, и ток в цепи прекращался. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов связана с задерживающим напряжением соотношением $E_{k, max} = e \cdot U_з$, где $e$ — заряд электрона.
Экспериментально было установлено, что величина задерживающего напряжения (а следовательно, и максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов) зависит только от частоты падающего света и от материала катода, но не зависит от интенсивности света. Увеличение интенсивности света приводило к росту тока насыщения, но не изменяло задерживающее напряжение.
Этот результат лёг в основу второго закона фотоэффекта: максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно зависит от частоты света и не зависит от его интенсивности.

3. Существование «красной границы» фотоэффекта.

Используя различные светофильтры, Столетов освещал катод светом разной частоты (разного цвета). Он обнаружил, что для каждого вещества существует некоторая минимальная частота света $v_{min}$ (или максимальная длина волны $\lambda_{max}$), ниже которой фотоэффект не наблюдается, какой бы большой ни была интенсивность света. Эту пороговую частоту назвали «красной границей» фотоэффекта.
Это привело к формулировке третьего закона фотоэффекта: для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть наименьшая частота (наибольшая длина волны) света, при которой еще возможен фотоэффект.

4. Безынерционность фотоэффекта.

В ходе экспериментов было замечено, что фототок возникает практически мгновенно после начала освещения катода. Задержка между началом освещения и появлением тока была настолько мала, что ее не удавалось измерить приборами того времени (позднее было установлено, что она составляет менее $10^{-9}$ с).
Этот результат показал, что фотоэффект является практически безынерционным явлением, что противоречило волновой теории света, которая предсказывала бы необходимость накопления энергии волной перед вырыванием электрона.

Таким образом, анализируя зависимость силы фототока и кинетической энергии фотоэлектронов от интенсивности и частоты падающего света, А.Г. Столетов сформулировал три основных закона внешнего фотоэффекта.

Ответ: Ученый сформулировал основные выводы (законы фотоэффекта) на основе следующих экспериментальных результатов: 1) прямая пропорциональность силы фототока насыщения интенсивности падающего света; 2) независимость максимальной кинетической энергии фотоэлектронов (определяемой по задерживающему напряжению) от интенсивности света и её прямая зависимость от частоты света; 3) существование для каждого вещества минимальной частоты света («красной границы»), ниже которой фотоэффект не возникает; 4) практическое отсутствие временной задержки между началом освещения и возникновением фототока.