Свет излучается и поглощается не непрерывно, а определёнными порциями – квантами. Доказательством дискретности (прерывистой структуры) света является фотоэффект.
Фотоэффект – это вырывание электронов из вещества под действием света. Фотоэффект был открыт Герцем в 1887г., экспериментально исследован Столетовым, а объяснён Эйнштейном в 1905г. Эйнштейн предположил, что свет не только излучается, но и поглощается отдельными порциями или квантами. А это значит, что свет – это поток частиц, т.е. свет имеет прерывистую структуру.
Световую частицу называют фотоном. Энергия одного кванта (порции света) или фотона Е пропорциональна частоте излучения ν и определяется по формуле Планка: Е = h ν, где h = 6,63 ·10 -34 Дж·с – постоянная Планка.
Согласно Эйнштейну энергия поглощённого веществом кванта h ν идёт на совершение работы выхода А электрона из вещества и на сообщение этому электрону кинетической энергии :
ФОТОЭФФЕКТ И УРАВНЕНИЕ ЭЙНШТЕЙНА НА ПРИМЕРЕ ТЮРЬМЫ
hν = A + . Это уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.
С помощью этого уравнения объясняются законы фотоэффекта, экспериментально открытые Столетовым:
Количество электронов, вырываемых с поверхности металла в секунду, пропорционально поглощённой энергии света.
Чем больше световых квантов hν – энергии — поглотит вещество, тем больше вылетит из него электронов (см. уравнение).
Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света.
Из уравнения следует = hν – A, чем больше частота ν, тем больше кинетическая энергия вырванных электронов (m и v – масса и скорость электронов).
3.Если частота света меньше некоторой определенной для данного вещества минимальной частоты ν min (называемой красной границей фотоэффекта), то фотоэффект не происходит.
Для каждого вещества существует предельная (минимальная) частота ν min – красная граница фотоэффекта, при которой происходит только работа выхода:
A = h ν min (в этом случае кинетическая энергия =0).
Если энергия поглощённого кванта hν < A , т.е. частота света ν < ν min, то фотоэффект не произойдёт.
Фотоэффект нашёл широкое применение в технике. Приборы, работающие на явлении фотоэффекта, называются фотоэлементами. Их используют в турникетах метро, системах защитной и аварийной сигнализации, фотоэкспонометрах, военной технике, системах связи, озвучивание кино и т.д.
Работа выхода электронов, эВ
Ответьте на вопросы:
1. Как излучается (поглощается) свет?
2. Что доказывает прерывистую структуру света (его дискретность)?
3. Что такое электрон?
4. Что называют фотоэффектом?
5. Что собой представляет свет с точки зрения Эйнштейна?
6. Как называют световую частицу?
Фотоэффект – разрядка светом
7. Чему равна энергия фотона?
8. На что расходуется энергия фотона, поглощённого веществом? Запишите уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.
9. Сформулируйте законы фотоэффекта.
10. Где применяется фотоэффект?
Примеры решения задач по теме «Фотоэффект»
1. Определите энергию кванта красного света ( = 0,8 мкм).
Энергия кванта Е = h , частоту излучения можно найти из формулы
v = 
. Откуда 
.
1) ; 
= 
= 0,4 
– это частота красного света
2) Находим энергию фотона красного света Е = h
= 6,63 ·10 -34 Дж·с· 
= 6,63· 
Дж = 26,5 
Дж = 2,65 
Дж
=2,65 Дж – эта энергия слишком мала, но выражается достаточно громоздким числом. Поэтому в квантовой физике для измерения энергии используют электрон-вольты (эВ).
1 эВ(электрон-вольт) – это энергия, которую сообщает электрическое поле электрону при перемещении его из одной точки поля в другую, разность потенциалов (напряжение) между которыми 1 В.
А = qU , где q = 1,6·10 -19 Кл, U = 1 В; А = 1,6·10 -19 Кл·1В = 1,6·10 -19 Дж = 1эВ
1 эВ = 1,6·10 -19 Дж
Переведём найденную энергию в эВ:
= 
= 1,7 эВ. Как видно в эВ энергия выглядит компактнее!
Ответ: энергия кванта красного света 1,7 эВ.
2. Какой кинетической энергий обладают электроны, вырванные из цинка под действием квантов с энергией 5эВ?
| Найти: | Екин. | Решение: |
| Дано: | Е = 5 эВ А = 4,2 эВ | Запишем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта hν = A + . Обозначим кинетическую энергию в формуле  = Екин., а энергию кванта hν = Е Тогда уравнение Эйнштейна можно переписать так: Е = А + Екин.. выразим из этой формулы кинетическую энергию электрона Екин. = Е – А Екин. = 5 эВ – 4,2 эВ = 0,8 эВ Ответ: энергия электронов, вырванных из цинка под действием излучения с энергией 5 эВ равна 0,8 эВ. |
3. Произойдёт ли фотоэффект в платине под действием излучения с частотой
| Найти: | Будет ли  ? |
Решение: |
| Дано: |  = 0,65·10 15 Гц А = 5,3 эВ h = 6,63 ·10 -34 Дж·с |
Фотоэффект произойдёт, если энергия поглощённого кванта будет больше работы выхода: hν > A — это условие фотоэффекта. 1) Найдём энергию кванта Е = hν Е = 6,63 ·10 -34 Дж·с·0,65·10 15 Гц = 4,3·10 -19 Дж. Переведём в эВ, для этого этот результат разделим на 1,6 ·10 -19 , Получаем энергию кванта в эВ: Е = 2,7 эВ 2) Проверим условие фотоэффекта. Для этого сравним полученную энергию кванта с работой выхода электронов из платины Е = hν = 2,7 эВ < А = 5,3 эВ, следовательно hν < А- условие фотоэффекта не выполняется, значит фотоэффект не произойдёт. Ответ: фотоэффект в платине под действием излучения с частотой 9·10 15 Гц не произойдёт. |
4. Какую максимальную кинетическую энергию приобретают электроны, вырванные из цинка под действием излучения с длиной волны 200 нм?
Решение: И уравнения Эйнштейна для фотоэффекта hν = A +
Найдём кинетическую энергию = h – A
1) Найдём частоту излучения из формулы v = . Откуда .
= 1,5 ·10 15 Гц
2) Находим кинетическую энергию фотоэлектронов 
= h – A.
= 6,63 ·10 -34 Дж·с·1,5 ·10 15 Гц – 6,72·10 —19 Дж = 9,95·10 -19 Дж–
6,72·10 —19 Дж = (9,95 – 6,72)·10 —19 Дж = 3,23·10 —19 Дж или 2эВ
Ответ: максимальная кинетическая энергия электронов, вырванных из цинка под действием излучения с длиной волны 200 нм равна 3,23·10 —19 Дж или 2эВ.
Задачи для самостоятельного решения:
1. Определите энергию кванта жёлтого света, соответствующего длине волны 590 нм.
2. Какой кинетической энергий обладают электроны, вырванные из серебра под действием квантов с энергией 5 эВ?
3. Произойдёт ли фотоэффект в цинке под действием излучения с частотой
4. Какой кинетической энергией обладают электроны, вырванные с поверхности калия, при облучении её светом с частотой 6·10 16 Гц?
5. Определите максимальную кинетическую энергию фотоэлектрона лития при освещении его светом с длиной волны 600 нм.
Дата добавления: 2021-04-05 ; просмотров: 492 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Поделиться с друзьями:
Источник: studopedia.net
Задачи по теме «Фотоэффект» для решения в группах I. Условия возникновения фотоэффекта
I. Во время фотоэффекта максимальный импульс электронов, выбиваемых из металлической пластины, зависит от импульса фотонов согласно графику
1. А 2. Б 3. В 4 Г
II. Во время фотоэффекта максимальная кинетическая энергия электронов, выбиваемых из металлической пластины, зависит от импульса фотонов согласно графику
1. А 2. Б 3. В 4 Г
III. В опыте Столетова задерживающее напряжение зависит от импульса фотонов согласно графику
1. А 2. Б 3. В 4 Г
IV. Под действием монохроматического света на металлической пластине идёт фотоэффект, при этом количество выбиваемых электронов в единицу времени N зависит от интенсивности I падающего света согласно графику
1. А 2. Б 3. В 4 Г
V. Под действием монохроматического света на металлической пластине идёт фотоэффект, при этом задерживающее напряжение зависит от интенсивности падающего излучения I как показано на графике
1. А 2. Б 3. В 4 Г
VI. Под действием монохроматического света на металлической пластине идёт фотоэффект, при этом ток насыщения зависит от интенсивности падающего излучения I как показано на графике
1. А 2. Б 3. В 4 Г
VII. На металлической пластине под действием монохроматического излучения идёт фотоэффект. Зависимость импульса падающих на пластинку фотонов от максимального импульса выбитых электронов показана на графике
1. А 2. Б 3. В 4 Г
VIII. На металлической пластине под действием монохроматического излучения идёт фотоэффект. Максимальная кинетическая энергия электронов, выбиваемых из металлической пластины, зависит от частоты падающего излучения согласно графику
1. А 2. Б 3. В 4 Г
IX. На металлической пластине под действием монохроматического излучения идёт фотоэффект. Задерживающее напряжение зависит от зависит от частоты падающего излучения как показано на графике
1. А 2. Б 3. В 4 Г
X. Под действием монохроматического света на металлической пластине идёт фотоэффект, при этом зависимость интенсивности I падающего света от количества выбиваемых электронов в единицу времени N правильно отражает график
1. А 2. Б 3. В 4 Г
XI. В каком случае график соответствует законам фотоэффекта?
Источник: koledj.ru