Фотоэффект и энергия фотона — физика, 11 класс

Проверка квантового баланса

Разберём на примерах

Базовый 11 класс: формула Планка, энергия фотона, внешний фотоэффект, уравнение Эйнштейна, красная граница и задерживающее напряжение. Задан однофотонный режим; многоквантовые процессы не рассматриваются. Без привязки к конкретным заданиям ОГЭ, ЕГЭ или ВПР.

Перед расчётом

Используй округлённые физические постоянные, названные в конкретном условии.

Задания с ответами и объяснениями

Сначала реши задание, затем открой ответ. Для печати выбери группу или смешанный набор: задания выбранного набора на листе ученика и отдельный ключ с объяснениями.

Две письменные проверки

Запиши квантовый баланс и обоснуй различие между энергией фотона и потоком фотонов.

1. Для одной поверхности металла измерили модули задерживающего напряжения: при ν₁ = 6 · 10¹⁴ Гц — U₁ = 0,3 В, при ν₂ = 9 · 10¹⁴ Гц — U₂ = 1,5375 В. Найди постоянную Планка по разности измерений, затем работу выхода по каждому измерению. Рассчитай пороговую частоту, округлив до сотых в единицах 10¹⁴ Гц. Используй |e| = 1,6 · 10⁻¹⁹ Кл. Объясни, что изменится в задерживающем напряжении, если при сохранённой частоте увеличить интенсивность света в однофотонном режиме.

   Разбор и ориентиры для проверки

   Из |e|U = hν − A получаем h = |e|(U₂ − U₁)/(ν₂ − ν₁) = 1,6 · 10⁻¹⁹ · 1,2375 : (3 · 10¹⁴) = 6,6 · 10⁻³⁴ Дж·с. По первой точке A = 3,96 · 10⁻¹⁹ − 0,48 · 10⁻¹⁹ = 3,48 · 10⁻¹⁹ Дж. По второй A = 5,94 · 10⁻¹⁹ − 2,46 · 10⁻¹⁹ = 3,48 · 10⁻¹⁹ Дж. Порог ν₀ = A/h ≈ 5,2727 · 10¹⁴ Гц; ответ 5,27 в заданных единицах. При неизменной частоте увеличение интенсивности меняет число фотонов и фотоэлектронов, но не их максимальную кинетическую энергию и не задерживающее напряжение.

   Проверь: Постоянная Планка определена по разности напряжений и частот; работа выхода совпала по двум точкам. Найдена пороговая частота и объяснено различие влияния частоты и интенсивности на задерживающее напряжение.

2. Два монохроматических световых импульса имеют одинаковую полную энергию 0,66 мДж. Первый имеет длину волны в вакууме 400 нм, второй — 800 нм. Оба падают на металл с работой выхода 2 эВ в однофотонном режиме. Найди отношение числа фотонов во втором импульсе к числу фотонов в первом. Для каждого импульса установи, есть ли фотоэффект; там, где он есть, найди максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов в эВ. Объясни, почему большее число фотонов не обязательно даёт фотоэмиссию. Используй h = 6,6 · 10⁻³⁴ Дж·с, c = 3 · 10⁸ м/с, 1 эВ = 1,6 · 10⁻¹⁹ Дж.

   Разбор и ориентиры для проверки

   E₁ = hc/λ₁ = 4,95 · 10⁻¹⁹ Дж = 3,09375 эВ. E₂ = 2,475 · 10⁻¹⁹ Дж = 1,546875 эВ. При одинаковой полной энергии N₂/N₁ = E₁/E₂ = 2. Первый импульс вызывает фотоэффект: Kₘₐₓ = 3,09375 − 2 = 1,09375 эВ. Второй не вызывает фотоэффект, поскольку E₂ меньше 2 эВ; фотоэлектронов нет, их кинетическая энергия здесь не определена. В однофотонном режиме энергии разных фотонов не складываются для выхода одного электрона.

   Проверь: Из одинаковых полных энергий и разных энергий фотона найдено отношение чисел квантов. Для каждого импульса отдельно проверен порог; кинетическая энергия не приписана электронам там, где они не выходят.

Для самостоятельной работы и урока

Начни с уже изученной группы, пройди выбранный набор и разбери ошибки. Репетитор может изменить набор, сохранить его и выдать приватное ДЗ. Автопроверка оценивает ответ; способ рассуждения полезно обсудить на уроке.