Методические рекомендации решения задач по физике по главе « световые кванты» (стр. 3 )

Р=1 Вт  Энергия теплового излучения Q = Рt

л=1мкм=1м  Энергия фотона E= nhv

t= 1 с  Q=E, отсюда следует что  Рt = nhv, тогда

Найти: n=?  n = Рt / hv= Рtл / hс

  n= 1• 1•1/6,62•3•=5•отонов

Найдите импульс фотонов видимого света с длинной волны в вакууме 600нм.

Дано:  Решение:

л=600нм=600 м  Р=h/л

Найти: Р=?  Р= 6,62/ 600•=1,1 кг•м/с

Фотоэффект.

  В 1887г. русский физик  А. Столетов открыли явление внешнего фотоэффекта. Путем экспериментальных исследований он убедился, что при облучении металлических пластин с их поверхности вырываются отрицательные частицы. Такое же явление может протекать и в жидкой среде.

Явление вырывания электронов с поверхности твердых и жидких тел под действием излучений называется внешним фотоэлектрическим эффектом ( фотоэффектом).

  Объяснение фотоэффекта была дана А. Эйнштейном на основании закона сохранения энергии, который применим ко всем явлениям природы. Природа света характеризуется двояко: с одной стороны, свет - электромагнитная волна, а с другой,- поток световых частиц ( корпускул). Такое двойственное свойство света называется корпускулярно-волновым дуализмом.

  Энергию фотона, падающего на поверхность металла, может поглотить электрон. Работу, совершаемую для вырывания электрона  с поверхности металла, называют работой выхода электрона.

= h где - минимальная частота, при которой еще возможен фотоэффект.

Предельно низкую частоту, или соответствующую ей длину волны света, при которой наблюдается явление фотоэффекта, называют красной границей фотоэффекта.

  Электрон, вырвавшийся с поверхности тела, не останавливается, а совершает движение со скоростью х. Следовательно, за счет энергии поглощенного фотона электрон не только вырывается с поверхности, но и приобретает кинетическую энергию.

=/2 = eU, где •-масса вырванного с поверхности тела электрона, e=1,6•Кл-заряд электрона, U - запирающее напряжение.

Таким образом, согласно закону сохранения энергии, поглощенная энергия фотона затрачивается на работу выхода электрона и на его кинетическую энергию.

E= +  Это уравнение называется формулой Эйнштейна.

Применение фотоэффекта: в автоматизации производства ( фотоэлементы) , остановки при аварийной ситуации мощных прессов, включении и выключении уличного освещения  и т. д.Фотоэлемент - это устройство,  в котором под действием падающего света возникает электрический ток.

Решите устно.

Как теория фотоэффекта, предложенная Эйнштейном, объясняет законы фотоэффекта? Какое предположение о взаимодействии фотона с электронами вещества лежит в основе уравнения Эйнштейна? Почему при частотах меньших, чем красная граница, фотоэффект не наблюдается? В чем суть различия между внешним и внутренним фотоэффектом? (При внешнем фотоэффекте электроны покидают тело, при внутреннем – нет.) Ученик, объясняя уравнение Эйнштейна для фотоэффекта, сказал: «Энергия падающего света равна работе выхода электронов и кинетической энергии их движения» . В чем неточность ответа? (Уравнение Эйнштейна написано для одного падающего кванта. Не каждый квант света, падающего на поверхность металла, обладает достаточной энергией для совершения работы выхода и сообщения электрону кинетической энергии. Поэтому говорить об энергии света в целом нельзя.) Почему выход фотоэлектронов  при возникновении фотоэффекта  не зависит от освещенности металла? (При увеличении освещенности увеличивается количество фотонов, попадающих в метал, но энергия каждого но энергия каждого фотона остается неизменной. Так как выход фотоэлектронов при возникновении фотоэффекта зависит от энергии кванта, поглощенного веществом, а не от количества квантов, то возникновении фотоэффекта не зависит от числа или от освещенности металла). Падающий на поверхность катода желтый свет вызывает фотоэффект. Обязательно ли возникнет фотоэффект при освещении катода синим светом?  Оранжевым светом? ( У синего света частота больше, чем у желтого - фотоэффект будет наблюдаться, а вот оранжевый свет имеет частоту меньше, чем у желтого света, фотоэффекта не будет наблюдаться.) Какой из факторов не влияет на величину энергии фотоэлектронов, попадающих на анод фотоэлемента?  (Интенсивность света не влияет на величину энергии фотоэлектронов, попадающих на анод фотоэлемента. Интенсивность света влияет на число электронов, покидающих фотокатод, но это не значит, что все вырванные электроны будут иметь достаточную кинетическую энергию чтобы долететь до анода). Что называется задерживающим потенциалом фотоэлемента?

( Задерживающим потенциалом фотоэлемента называется потенциал, который вызывает  торможение электрического поля, в следствии чего исчезает фототок.  Сила тока равна нулю т. е. торможение электрического поля,  при отрицательном значении )

Незаряженная изолированная от других тел металлическая пластинка освещается ультрафиолетовым светом.  Заряд какого знака будет иметь эта пластинка в результате фотоэффекта? ( Пластинка, освещаемая ультрафиолетовым светом, в результате фотоэффекта приобретает положительный заряд, по величине равному сумме покинувших пластину отрицательных зарядов).

  Решите и запишите.

Красная граница фотоэффекта для калия соответствует длине волн 0,6 мкм. Определить работу выхода электронов из калия.

Дано:  Решение:

л=0,6 мкм=6•м.  =hс/л

Найти: =?  = 6,62••3•/6•=33,1•Дж

С какой скоростью вылетают электроны из поверхностного слоя цезия при освещении желтым светом с длиной волны 590 нм, если работа выхода 1,89 эВ.

Дано:  Решение:

л=590 нм=590м  E=+

А= 1.89эВ= 1,89•Дж  = Е-