Задача 1. Определите красноволновую границу фотоэффекта для натрия, если работа выхода электрона из фотокатода А=2,3 эВ.
Дано: | СИ: | Решение: |
h=6,63·10-34 Дж ·с | Запишем уравнение для «красной границы» | |
с=3·108 м/с | фотоэффекта и вычислим из него искомую длину | |
А=2,3эВ | 3,68·10-19 Дж | волны hν=Авых или =Авых, откуда |
Найти: | λ= | |
λкр -? | λ= 5,4·10-7 м | |
Ответ: | λ=5,4·10-7 м
|
Задача 2. Работа выхода электронов из пластины Авых=6,3 эВ. Определить, произойдет ли внешний фотоэффект, если на пластину падает свет с частотой ν1=8·1014 Гц, ν2=3·1016 Гц.
Дано: | СИ: | Решение: |
Авых=6,3 эВ | 1·10-18 Дж | Внешний фотоэлектрический эффект |
ν1=8·1014 Гц | произойдет в том случае, если ν>νкр. | |
ν2=3·1016 Гц | Уравнение для красной границы фотоэффекта | |
Найти: | hνкр=Авых (1) | |
νкр-? | Из (1) определяем νкр=Авых/h. | |
Вычисления дают νкр=1,5·1015 Гц | ||
При этой частоте фотоэффекта не произойдет. | ||
Во втором случае вычисления покажут, что фотоэффект произойдет. |
|
|
Задача 3. При облучении фотоэлемента светом с частотой 1,6·1015 Гц фототок прекращается при задерживающем напряжении U=4,1 В. Определить А- работу выхода электрона с поверхности фотокатода, λ- красную границу фотоэффекта.
Дано: | Решение: |
ν=1,6·1015 Гц | Электрон может пролететь через тормозящее поле, разность потенциалов которого U, если |
U=4,1В | eU ≤ (1) |
h=6,63·10-34 Дж·с | Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта в данном случае имеет вид: |
е=1,6·10-19 Кл | е·U=Авых +еU (2), откуда А=hv-еU (3) |
Найти: | =Авых, откуда λ= |
Авых-? | A=6,63·10-34·1,6·1015-1,6·10-19·4,1=4·10-19 Дж |
λкр-? | λ= 5·10-7 м. |
Ответ: | А=4·10-19 Дж, λ=5·10-7 м. |
Задание 2. Решите количественные задачи.
Задача 1. Длина волны света λ, частота ν, масса фотона mf, импульс Pf, энергия Ef. Определите значение величин, обозначенных «?».
Вариант | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
λ, нм | ? | ? | 600 | ? | ? | ? | ? | 10 | ? | ? |
ν, Гц | ? | 5·1014 | ? | ? | ? | ? | 1017 | ? | ? | ? |
mf | mе | ? | ? | ? | ? | mр | ? | ? | ? | ? |
Pf, | ? | ? | ? | ? | 1,2·10-27 | ? | ? | ? | ? | 2·10-30 |
Ef, Дж | ? | ? | ? | 6,4·10-19 | ? | ? | ? | ? | 1,5·10-20 | ? |
Задача 2. Работа выхода электронов с поверхности металла равна Ав. Металл облучается светом с длиной волны λ и частотой ν. Скорость электронов выбитых с поверхности металла . Красная граница λк. Определите значение величин, обозначенных «?».
Вариант | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
Ав, эВ | 4,3 | ? | 2,2 | ? | ? | ? | 4,4 | ? | 4 | 3,8 |
λ, нм | 200 | ? | ? | 250 | ? | 200 | ? | ? | 280 | ? |
ν, 1015Гц | ? | ? | ? | ? | 1,25 | ? | 1,5 | 0,6 | ? | 1 |
, Мм/с | ? | 0,5 | 1 | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? |
λк , нм | ? | 280 | ? | 309 | 326 | 288 | ? | 563 | ? | ? |
Задача 3. Задерживающая разность потенциалов в опыте по фотоэффекту равна Uз. Скорость фотоэлектронов , энергия - E. Определите значение величин, обозначенных «?».
|
|
Вариант | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
Uз, В | 3 | ? | ? | 9 | ? | ? | 4 | ? | ? | 5 |
, Мм/с | ? | 1,8 | ? | ? | 3 | ? | ? | 1,2 | ? | ? |
E,10-19Дж | ? | ? | 6,4 | ? | ? | 10 | ? | ? | 3,2 | ? |
Задача 4. Работа выхода электронов с поверхности металла Ав, задерживающая разность потенциалов Uз, частота падающего света ν, масса фотонов mf. Определите значение величин, обозначенных «?».
Вариант | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
Ав, эВ | 4 | ? | 4,4 | ? | 4,3 | 4 | ? | ? | 3,8 | ? |
Uз, В | 3,2 | 4,5 | ? | 6 | ? | 5,3 | 2,8 | 4,4 | ? | 5 |
ν,1015Гц | ? | ? | 1,5 | 2,4 | 2,17 | ? | ? | 2,1 | 1,75 | ? |
mf,10-35кг | ? | 1,17 | ? | ? | ? | ? | 0,9 | ? | ? | 1,5 |
Задача 5. При торможении электронов, проходящих разность потенциалов Uобразуется рентгеновское излучение с частотой ν, и длиной волны λ. Определите значение величин, обозначенных «?».
Вариант | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
U, кВ | 20 | ? | ? | 50 | ? | ? | 60 | ? | ? | 40 |
ν,1018Гц | ? | ? | 2 | ? | ? | 5 | ? | 1,8 | ? | ? |
λ, нм | ? | 0,1 | ? | ? | 0,3 | ? | ? | ? | 0,5 | ? |
ПРИЛОЖЕНИЕ
Фундаментальные константы
Постоянная | Обозначение | Значение |
Заряд электрона | e | 1,60219·10-19Кл |
Масса покоя электрона | me | 9,1095·10-31кг |
Масса покоя протона | mp | 1,6726·10-27кг |
Коэффициент пропорциональности в законе Ампера | k | 2·10-7Н/А2 |
Ускорение свободного падения на Земле | g | 10 м/с2 |
Скорость света в вакууме | c | 3·108 м/c |
Гравитационная постоянная | G | 6,67·10-11 Н·м2/кг2 |
Электрическая постоянная | 0 | 8,85·10-12Ф/м |
Постоянная Авогадро | Nа | 6,022·1023 моль-1 |
Постоянная Больцмана | k | 1,38·10-23 Дж/К |
Постоянная Планка | h | 6,63·10-34 Дж·с=4,136·10-15эВ·с |
Атомная единица массы | а.е.м. | 1,66·10-27кг=931,5 МэВ/с2 |
Универсальная газовая постоянная | R | 8,314 Дж/(моль·К) |
Множители и приставки
Приставка | Числовое значение | Сокращенное обозначение |
Атто | 10-18 | а |
Фемто | 10-15 | ф |
Пико | 10-12 | п |
Нано | 10-9 | н |
Микро | 10-6 | мк |
Милли | 10-3 | м |
Санти | 10-2 | с |
Деци | 10-1 | д |
Дека | 101 | да |
Гекто | 102 | г |
Кило | 103 | к |
Мега | 106 | М |
Гига | 109 | Г |
Тера | 1012 | Т |
Плотности веществ
Вещество | ρ, 103 кг/м3 |
Лёд | 0,9 |
вода | 1 |
Тепловые свойства веществ
Удельная теплоёмкость, Дж/(кг·К) | |
воды | 4,2·103 |
льда | 2,1·103 |
Удельная теплота, Дж/кг | |
Парообразования воды | 2,3·106 |
Плавления льда | 3,3·105 |
Удельное сопротивление (при 20 0С)
Вещество | ρ, 10-8 Ом·м или 10-2 Ом·мм2/м |
Алюминий | 2,8 |
Медь | 1,7 |
Серебро | 1,6 |