Методические указания

Основные понятия и формулы

Стремясь преодолеть затруднения классической теории при объяснении излучения чёрного тела, М. Планк в 1900 г. Высказал гипотезу: атомы испускают электромагнитную энергию отдельными порциями – квантами.

Энергия Е каждой порции прямо пропорциональна частоте излучения:

          E=hν

где h = 6,63·10^-34Дж·с – постоянная Планка.

Фотон – материальная, электрически нейтральная частица – квант электромагнитного поля.

Энергия фотона E=hν.

Масса фотона .

Импульс фотона .

Фотоэффектом называется испускание электронов с поверхности металла под действием света.

Согласно закону сохранения энергии

 eU = , где m – масса электрона, - максимальная скорость фотоэлектрона.

Законы фотоэффекта:

1. Число электронов, выбиваемых за 1 с из вещества, пропорционально интенсивности света.

2. Кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а зависит от его частоты.

3. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. существует наименьшая частота, при которой ещё фотоэффект.

Уравнение Эйнштейна: энергия кванта тратится на работу выхода электрона из металла и сообщение электрону кинетической энергии.

 hν=A+ ,

где A – работа выхода электронов из металла.

Работа выхода - это характеристика металла (табличная величина). Она показывает, какую работу должен совершить электрон, чтобы преодолеть поверхностную разность потенциалов и выйти за пределы металла.

Задание 1. Ответьте на вопросы.

1. Как излучается и поглощается свет атомами вещества?

2. Что называется фотоэффектом?

3. Что такое красная граница фотоэффекта?

4. Что называется работой выхода?

5. Что такое фотон?

6. Как определить энергию и импульс фотона?

Методические указания

При решении задач необходимо:

1) помнить о взаимосвязи между волновыми и квантовыми характеристиками частиц;

2) знать, что взаимодействие фотонов с веществом подчиняется законам сохранения энергии и импульса. Уравнение Эйнштейна является следствием закона сохранения энергии.

Задание 2. Решите количественные задачи.

Задача 1. Длина волны света λ, частота ν, масса фотона m_f, импульс P_f, энергия E_f. 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 А_в. Металл облучается светом с длиной волны λ и частотой ν. Скорость электронов выбитых с поверхности металла . Красная граница λ_к. 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 U_з. 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 А_в, задерживающая разность потенциалов U_з, частота падающего света ν, масса фотонов m_f. 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	?