Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Задачи для самостоятельного решения




ФОТОНЫ. ВНЕШНИЙ ФОТОЭФФЕКТ

· Квантовая теория света: излучение, поглощение и распространение света происходит в виде потока световых квантов – фотонов.

· Энергия фотона (кванта света):

где h = 6,626∙10-34Дж∙с – постоянная Планка, - частота, λ – длина волны света, с - 3∙108 м/с – скорость света в вакууме.

· Импульс фотона:

· Масса фотона:

· Энергия света:

где N – число фотонов, испускаемых источником света в течении времени t, -энергия одного фотона.

· Внешний фотоэффект: испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения.

· Законы внешнего фотоэффек та:

1. При фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени, пропорционально интенсивности света падающего на катод.

2.Максимальная скорость (максимальная кинетическая энергия) фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой.

3.Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота света (зависит от химической природы вещества и состояния его поверхности), ниже которой фотоэффект невозможен.

· Формула Эйнштейна для фотоэффекта:

где hn - энергия фотона, падающего на поверхность металла;

А - работа выхода электрона;

Т - кинетическая энергия фотоэлектрона.

· Красная граница фотоэффекта:

n0= или l0 = ,

где n0 - минимальная частота света, при которой еще возможен фотоэффект;

l0 - максимальная длина волны света, при которой еще возможен фотоэффект;

h - постоянная Планка;

с - скорость света в вакууме.

 

· Задерживающий потенциал U з - потенциал, при котором скорость фотоэлектронов становится равной нулю:

где e - заряд электрона.

Примеры решения задач

Пример 21. Источник монохроматического света мощностью Р =120 Вт испускает N = 4∙1021 фотонов за одну секунду. Найти длину волны испускаемого света.

Дано: Р =120 Вт t =1 c = 3∙108м/с υ -? Решение: Полная энергия, излучаемая источником, связана с его мощностью соотношением: (1) C другой стороны, энергия излучаемая источником связана с количеством фотонов соотношением:

Решая совместно уравнения (1) и (2) получим:

Подставив в формулу (3) численные значения физических величин, найдем длину волны испускаемого света.

 

Пример 22. При поочередном освещении поверхности некоторого металла светом длиной волны 385 и 540 нм обнаружили, что соответствующие максимальной скорости фотоэлектронов отличаются друг от друга в два раза. Найти работу выхода электрона с поверхности, выразив ее в электрон-вольтах.

 

Дано: l1 = 385 нм l2 = 540 нм u1max /u2max = 2 h= 6,6∙10-34Дж∙с с = 3∙108м/с A -? Решение: Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта при освещении поверхности металла светом с длиной волны l1 будет иметь вид:  

При освещение светом с длиной волны l2 получим второе уравнение:

Разделив выражение (1) на (2), получим:

Преобразуем выражение (3).

Подставив в формулу (4) численные значения физических ве- личин, найдем работу выхода электрона с поверхности металла.

Принимая во внимание, что 1 эВ = 1,6.10-19 Дж, окончательно получим А = 2 эВ.

Задачи для самостоятельного решения

091. Определить массу и импульс фотона, которому соответствует длина волны 380 нм.

092. Определить длину волны фотона с энергией 1 Мэв.

λ = 1,24 пм

093. Определить длину волны фотона, импульс которого равен импульсу электрона, обладающего скоростью 106 м/с.

094. Дифракционная решетка с постоянной 3 мкм расположена нормально на пути монохроматического светового потока. При этом углы дифракции, отвечающие двум соседним максимумам, равна 23⁰35ʹ и 36⁰52ʹ. Вычислить энергию фотонов данного светового потока.

Е = 2,07 эВ

095. Определить длину волны фотона, масса которого равна массе покоящегося протона.

λ = 1,32 фм

096. Найти постоянную Планка, если известно, что электроны, вырываемые из металла светом частотой 2,2∙1015Гц, полностью задерживаются разностью потенциалов 6,6 В, а вырываемые светом с частотой 4,6∙1015Гц – разностью потенциалов 16,5 В.

h = 6,6∙10-34 Дж∙с

097. Длина волны света, соответствующая красной границе фотоэффекта для некоторого металла 275 нм. Найти минимальную энергию фотона, вызывающего фотоэффект.

Е = 4,5 эВ

098. Найти задерживающую разность потенциалов для электронов, вырываемых при освещении калия светом с длиной волны 330 нм.

099. При фотоэффекте с платиновой поверхности электроны полностью задерживаются разность потенциалов 0,8 В. Найти длину волны применяемого облучения

λ = 204 нм

100. Фотоны с энергией 4,9 эВ вырывают электроны из металла с работой выхода 4,5 эВ. Найти максимальный импульс, передаваемый поверхности металла при вылете каждого электрона.

 

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...