Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением частоты света и не зависит от интенсивности света.

Законы Столетова для фотоэффекта

Фотоэффекта

При положительном напряжении освещен катод

При отрицательном напряжении освещен анод

Запирающим напряжением U_зназывается напряжение, при котором фотоэффект прекращается.

Запирающее напряжение U_з связано с максимальной кинетической энергией фотоэлектронов E_k(max) соотношениемE_k(max) = U_зe

1.Сила фототока насыщения пропорциональна интенсивности света.

3.Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть наименьшая частота νmin, при которой возможен фотоэффект

Объяснение фотоэффекта проведено на основе квантовой гипотезы Планка

hν = А_вых + Е_к(max)

Энергия падающего фотона расходуется на преодоление работы выхода электрона из вещества и сообщение электронам кинетической энергии

Работа выхода электронов из металла равна минимальной энергии, которой должен обладать электрон для освобождения с поверхности вещества.

Существует внешний и внутренний фотоэффект.

1.Фотоэффект невозможен, если энергии падающего фотона недостаточно для преодоления работы выхода, hν < А_вых

2.Если hν_min = А_вых - порог фотоэффекта.

Частота и длина волны красной границы фотоэффекта:

ν_min =А_вых/hλ_max=hc/A_вых

 

КВАНТОВАЯ ФИЗИКА
Кванты	Согласно Планку, любое излучение (в том числе и свет) со­стоит из отдельных квантов. Вследствие этого энергия излучения всегда равна энергии целого числа квантов. Однако энергия oтдельного кванта зависит от частоты.
Энергия кванта, или квант энергии	— частота излучения, Дж·с —постоянная Планка
Кванты излучения, частоты (или длины волн), которых соответствуют области видимого света, называются световыми квантами.
Связь между энергией и массой	— масса, отвечающая энергии W, м/с — скорость света в вакууме
Фотон	Квантование энергии означает, что излучение представляет собой поток частиц. Эти частицы называются фотонами,однако они не являются частицами в смысле классической физики.
Масса фотона	Дж·с— постоянная Планка, — частота излучения, — длина волны излучения, с — скорость света в вакууме
Фотоны всегда движутся со скоростью света; они не существуют в состоянии покоя, их масса покоя равна нулю
Импульс фотона
Фотоэффект	Испускание электронов веществом под действием света электромагнитного излучения.
Законы фотоэффекта
I. При фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых из катода за единицу времени, пропорционально интенсивности света (закон Столетова).
II. Максимальная начальная скорость (максимальная кинетическая энергия) фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой
III.Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частотасвета (зависит от химической природы вещества и состояния его поверхности), ниже которой фотоэффект невозможен.
Четырех учеников попросили нарисовать общий вид графика зависимости максимальной кинетической энергии электронов, вылетевших из пластины в результате фотоэф­фекта, от интенсивности / падающего света. Какой рисунок выполнен правильно?	Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света. Следовательно, правильно выполнен рисунок 4).
Схема для исследования фотоэффекта
Вольт-амперная характеристика фотоэффекта	Зависимость фототока I, образуемого потоком электронов, испускаемых под действием света, от напряжения U между электродами. — фототок насыще­ния.Определяется таким значением U, при кото­ром все электроны, испускаемые катодом, достигают анода.
— задерживающее напряжение. При ни один из электронов, даже обладающий при вылете из катода максимальной скоростью, не может преодолеть задерживающего поля и достигнуть анода.
Величина Uз не зависит от интенсивности падающего светового потока. Тщательные измерения показали, что запирающий потенциал линейно возрастает с увеличением частоты ν света.	Зависимость запирающего потенциала Uз от частоты ν падающего света
Фотоэлемент освеща­ют светом с определенными частотой и интенсивностью. На рисунке представ­лен график зависимости силы фототока в этом фотоэлементе от приложенного к нему на­пряжения. В случае увеличе­ния частоты без изменения ин­тенсивности падающего света график изменится. На каком из приведенных рисунков правильно показано изменение графика?	При неизменной интенсивности величина фототока не зависит от частоты. При изменении частоты изменяется запирающее напряжение. Этим условиям соответствует рисунок 1).
Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта	А – работа выхода электронов Энергия падающего фо­тона расходуется на энер­гию выхода электрона из металла и на сообщение вылетающему электрону максимальной кинети­ческой энергии.
Это уравнение выведено на основе квантовой тео­рии фотоэффекта,соглас­но которой свет частотой v не только испускается,но и распространяетсяв пространстве и поглоща­етсявеществом отдельны­ми порциями (квантами), энергия которых
Слой оксида кальция облу­чается светом и испускает электро­ны. На рисунке показан график изменения максимальной кине­тической энергии фотоэлектро­нов в зависимости от частоты па­дающего света. Чему равна работа выхода фотоэлектронов из оксида кальция?	По графику находим: При ν = 1·1015 Гц Ek = 3·10–19 Дж Из уравнения Эйнштейна A = hν – Ek A = 6,6·10–34·1·1015 – 3·10–19 = 3,6·10–19 Дж = = 3,6·10–19/1,6·10–19 = 2,25 эВ
На графике приведена зависимость фототока от прило­женного обратного напряжения при освещении металлической пластины (фотокатода) излу­чением с энергией 4 эВ. Чему равна работа выхода для этого металла?	Фототок прекращается при Uз = 1,5 В. Следовательно, максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона Ek = 1,6·10–19 Кл·1,5 В/1,6·10–19 Дж = = 1,5 эВ. Работа выхода электрона с поверхности пластины A = hν – Ek = 4 – 1,5 = 2,5 эВ
Красная граница фотоэффекта
— максимальная длина волны падающего света (— соответственно минимальная частота), при которой фотоэффект еще возможен.
Работа выхода выражается в электронвольтах	1эВ = 1,6·10 –19Дж
Какой график соответствует зависимости максимальной кинетической энергии фотоэлек­тронов Е от частоты падающих на вещество фотонов при фотоэффекте (см. рисунок)?	Фотоэлектроны приобретают максимальную кинетическую энергию в том случае, когда частота падающих фотонов превосходит красную границу фотоэффекта. На графике красной границе соответствует точка А. Следовательно, условиям задачи соответствует график 3.
Давление, производимое светом при нормальном падении на поверхность	— коэффициент отражения; — энергия всех фотонов, падающих на единицу поверх­ности в единицу времени.
Объяснение давления света
на основе квантовой теории	Давление света на по­верхность обусловлено тем, что каждый фотон при соударении с поверх­ностью передает ей свой импульс.
на основе волновой теории	Давление света на по­верхность обусловлено действием силы Лоренца на электроны вещества, колеблющиеся под дейст­вием электрического поля электромагнитной волны.