Фотоэффект

1. За­да­ние 32. Фотон с дли­ной волны, со­от­вет­ству­ю­щей крас­ной гра­ни­це фо­то­эф­фек­та, вы­би­ва­ет элек­трон из ме­тал­ли­че­ской пла­стин­ки (ка­то­да), по­ме­щен­ной в сосуд, из ко­то­ро­го от­ка­чан воз­дух. Элек­трон раз­го­ня­ет­ся од­но­род­ным элек­три­че­ским полем на­пря­жен­но­стью Е. Про­ле­тев путь , он при­об­ре­та­ет ско­рость . Ка­ко­ва на­пря­жен­ность элек­три­че­ско­го поля? Ре­ля­ти­вист­ские эф­фек­ты не учи­ты­вать.

2. За­да­ние 32. Фотон с дли­ной волны, со­от­вет­ству­ю­щей крас­ной гра­ни­це фо­то­эф­фек­та, вы­би­ва­ет элек­трон из ме­тал­ли­че­ской пла­стин­ки (ка­то­да), по­ме­щен­ной в сосуд, из ко­то­ро­го от­ка­чан воз­дух. Элек­трон раз­го­ня­ет­ся од­но­род­ным элек­три­че­ским полем на­пря­жен­но­стью . Какой путь про­ле­тел в этом элек­три­че­ском поле элек­трон, если он при­об­рел ско­рость ? Ре­ля­ти­вист­ские эф­фек­ты не учи­ты­вать.

3. За­да­ние 32. При об­лу­че­нии ме­тал­ли­че­ской пла­стин­ки кван­та­ми света с энер­ги­ей 3 эВ из нее вы­би­ва­ют­ся элек­тро­ны, ко­то­рые про­хо­дят уско­ря­ю­щую раз­ность по­тен­ци­а­лов . Ка­ко­ва ра­бо­та вы­хо­да , если мак­си­маль­ная энер­гия уско­рен­ных элек­тро­нов равна удво­ен­ной энер­гии фо­то­нов, вы­би­ва­ю­щих их из ме­тал­ла?

4. За­да­ние 32. При об­лу­че­нии ме­тал­ли­че­ской пла­стин­ки кван­та­ми света с энер­ги­ей 3 эВ из нее вы­би­ва­ют­ся элек­тро­ны, ко­то­рые про­хо­дят уско­ря­ю­щую раз­ность по­тен­ци­а­лов U. Ра­бо­та вы­хо­да элек­тро­нов из ме­тал­ла . Опре­де­ли­те уско­ря­ю­щую раз­ность по­тен­ци­а­лов U, если мак­си­маль­ная энер­гия уско­рен­ных элек­тро­нов равна удво­ен­ной энер­гии фо­то­нов, вы­би­ва­ю­щих их из ме­тал­ла.

5. За­да­ние 32. Крас­ная гра­ни­ца фо­то­эф­фек­та для ве­ще­ства фо­то­ка­то­да . При об­лу­че­нии ка­то­да све­том с дли­ной волны фо­то­ток пре­кра­ща­ет­ся при на­пря­же­нии между ано­дом и ка­то­дом . Опре­де­ли­те длину волны .

6. За­да­ние 32. Крас­ная гра­ни­ца фо­то­эф­фек­та для ве­ще­ства фо­то­ка­то­да . Фо­то­ка­тод об­лу­ча­ют све­том с дли­ной волны . При каком на­пря­же­нии между ано­дом и ка­то­дом фо­то­ток пре­кра­ща­ет­ся?

7. За­да­ние 32. Фо­то­ка­тод об­лу­ча­ют све­том с дли­ной волны 300 нм. Крас­ная гра­ни­ца фо­то­эф­фек­та фо­то­ка­то­да 450 нм. Вы­чис­ли­те за­пи­ра­ю­щее на­пря­же­ние U между ано­дом и ка­то­дом.

8. За­да­ние 32. В двух опы­тах по фо­то­эф­фек­ту ме­тал­ли­че­ская пла­стин­ка об­лу­ча­лась све­том с дли­на­ми волн со­от­вет­ствен­но нм и нм. В этих опы­тах мак­си­маль­ные ско­ро­сти фо­то­элек­тро­нов от­ли­ча­лись в раза. Ка­ко­ва ра­бо­та вы­хо­да с по­верх­но­сти ме­тал­ла?

9. За­да­ние 32 № 3084. Ис­точ­ник в мо­но­хро­ма­ти­че­ском пучке па­рал­лель­ных лучей за время из­лу­ча­ет фо­то­нов. Лучи па­да­ют по нор­ма­ли на пло­щад­ку и со­зда­ют дав­ле­ние . При этом фо­то­нов от­ра­жа­ет­ся, а по­гло­ща­ет­ся. Опре­де­ли­те длину волны из­лу­че­ния.

10. За­да­ние 32. Для из­ме­ре­ния ве­ли­чи­ны по­сто­ян­ной План­ка в своё время ис­поль­зо­вал­ся сле­ду­ю­щий опыт. В ва­ку­ум­ный фо­то­эле­мент по­ме­щал­ся катод из ка­ко­го-либо ме­тал­ла, окружённый ме­тал­ли­че­ским ано­дом. Катод об­лу­ча­ли све­том опре­делённой длины волны (и ча­сто­ты) и из­ме­ря­ли за­дер­жи­ва­ю­щее на­пря­же­ние между ка­то­дом и ано­дом, при ко­то­ром ток в цепи с фо­то­эле­мен­том пре­кра­щал­ся. Ока­за­лось, что при длине волны света, па­да­ю­ще­го на фо­то­ка­тод, рав­ной , за­дер­жи­ва­ю­щее на­пря­же­ние было равно , а при осве­ще­нии све­том с ча­сто­той оно рав­ня­лось . Най­ди­те по этим дан­ным ве­ли­чи­ну по­сто­ян­ной План­ка.

11. За­да­ние 32. Ме­тал­ли­че­ская пла­сти­на об­лу­ча­ет­ся све­том ча­сто­той Гц. Ра­бо­та вы­хо­да элек­тро­нов из дан­но­го ме­тал­ла равна 3,7 эВ. Вы­ле­та­ю­щие из пла­сти­ны фо­то­элек­тро­ны по­па­да­ют в од­но­род­ное элек­три­че­ское поле на­пряжённо­стью 130 В/м, причём век­тор на­пряжённо­сти на­прав­лен к пла­сти­не пер­пен­ди­ку­ляр­но её по­верх­но­сти. Ка­ко­ва мак­си­маль­ная ки­не­ти­че­ская энер­гия фо­то­элек­тро­нов на рас­сто­я­нии 10 см от пла­сти­ны?

12. За­да­ние 32. Ме­тал­ли­че­ская пла­сти­на об­лу­ча­ет­ся све­том. Ра­бо­та вы­хо­да элек­тро­нов из дан­но­го ме­тал­ла равна 3,7 эВ. Вы­ле­та­ю­щие из пла­сти­ны фо­то­элек­тро­ны по­па­да­ют в од­но­род­ное элек­три­че­ское поле на­пряжённо­стью 130 В/м. Век­тор на­пряжённо­сти поля на­прав­лен к пла­сти­не пер­пен­ди­ку­ляр­но её по­верх­но­сти. Из­ме­ре­ния по­ка­за­ли, что на рас­сто­я­нии 10 см от пла­сти­ны мак­си­маль­ная ки­не­ти­че­ская энер­гия фо­то­элек­тро­нов равна 15,9 эВ. Опре­де­ли­те ча­сто­ту па­да­ю­ще­го на пла­сти­ну света.

13. За­да­ние 32. Ме­тал­ли­че­ская пла­сти­на об­лу­ча­ет­ся све­том ча­сто­той Гц. Вы­ле­та­ю­щие из пла­сти­ны фо­то­элек­тро­ны по­па­да­ют в од­но­род­ное элек­три­че­ское поле на­пряжённо­стью 130 В/м, причём век­тор на­пряжённо­сти поля на­прав­лен к пла­сти­не пер­пен­ди­ку­ляр­но её по­верх­но­сти. Из­ме­ре­ния по­ка­за­ли, что на рас­сто­я­нии 10 см от пла­сти­ны мак­си­маль­ная ки­не­ти­че­ская энер­гия фо­то­элек­тро­нов равна 15,9 эВ. Опре­де­ли­те ра­бо­ту вы­хо­да элек­тро­нов из дан­но­го ме­тал­ла.

14. За­да­ние 32. Ме­тал­ли­че­ская пла­сти­на об­лу­ча­ет­ся све­том ча­сто­той Гц. Ра­бо­та вы­хо­да элек­тро­нов из дан­но­го ме­тал­ла равна 3,7 эВ. Вы­ле­та­ю­щие из пла­сти­ны фо­то­элек­тро­ны по­па­да­ют в од­но­род­ное элек­три­че­ское поле, век­тор на­пряжённо­сти ко­то­ро­го на­прав­лен к пла­сти­не пер­пен­ди­ку­ляр­но её по­верх­но­сти. Из­ме­ре­ния по­ка­за­ли, что на рас­сто­я­нии 10 см от пла­сти­ны мак­си­маль­ная ки­не­ти­че­ская энер­гия фо­то­элек­тро­нов равна 15,9 эВ. Чему равен мо­дуль на­пряжённо­сти элек­три­че­ско­го поля?

15. За­да­ние 32. Элек­тро­ны, вы­ле­тев­шие в по­ло­жи­тель­ном на­прав­ле­нии оси ОХ под дей­стви­ем света с ка­то­да фо­то­эле­мен­та, по­па­да­ют в элек­три­че­ское и маг­нит­ное поля (см. ри­су­нок). Какой долж­на быть ра­бо­та вы­хо­да A с по­верх­но­сти фо­то­ка­то­да, чтобы в мо­мент по­па­да­ния самых быст­рых элек­тро­нов в об­ласть полей дей­ству­ю­щая на них сила была на­прав­ле­на вдоль оси OY в по­ло­жи­тель­ном на­прав­ле­нии? Ча­сто­та света Гц, на­пряжённость элек­три­че­ско­го поля В/м, ин­дук­ция маг­нит­но­го поля Тл.

16. За­да­ние 32. Элек­тро­ны, вы­ле­тев­шие в по­ло­жи­тель­ном на­прав­ле­нии оси ОХ под дей­стви­ем света с ка­то­да фо­то­эле­мен­та, по­па­да­ют в элек­три­че­ское и маг­нит­ное поля (см. ри­су­нок). Какой долж­на быть ча­сто­та па­да­ю­ще­го света , чтобы в мо­мент по­па­да­ния самых быст­рых элек­тро­нов в об­ласть полей дей­ству­ю­щая на них сила была на­прав­ле­на про­тив оси OY? Ра­бо­та вы­хо­да для ве­ще­ства ка­то­да 2,39 эВ, на­пряжённость элек­три­че­ско­го поля , ин­дук­ция маг­нит­но­го поля Тл.

17. За­да­ние 32 Элек­тро­ны, вы­ле­тев­шие в по­ло­жи­тель­ном на­прав­ле­нии оси ОХ под дей­стви­ем света с ка­то­да фо­то­эле­мен­та, по­па­да­ют в элек­три­че­ское и маг­нит­ное поля (см. ри­су­нок). Какой долж­на быть ча­сто­та па­да­ю­ще­го света , чтобы в мо­мент по­па­да­ния самых быст­рых элек­тро­нов в об­ласть полей дей­ству­ю­щая на них сила была на­прав­ле­на в по­ло­жи­тель­ном на­прав­ле­нии оси OY? Ра­бо­та вы­хо­да для ве­ще­ства ка­то­да 2,39 эВ, на­пряжённость элек­три­че­ско­го поля В/м, ин­дук­ция маг­нит­но­го поля Тл.

18. За­да­ние 32. Элек­тро­ны, вы­ле­тев­шие в по­ло­жи­тель­ном на­прав­ле­нии оси ОХ под дей­стви­ем света с ка­то­да фо­то­эле­мен­та, по­па­да­ют в элек­три­че­ское и маг­нит­ное поля (см. ри­су­нок). Какой долж­на быть на­пряжённость элек­три­че­ско­го поля E, чтобы самые быст­рые элек­тро­ны от­кло­ня­лись в по­ло­жи­тель­ном на­прав­ле­нии оси OY? Ра­бо­та вы­хо­да для ве­ще­ства ка­то­да 2,39 эВ, ча­сто­та света Гц, ин­дук­ция маг­нит­но­го поля Тл.

19. За­да­ние 32. За­ко­ны фо­то­эф­фек­та, как вы­яс­ни­лось не­дав­но, не имеют аб­со­лют­но­го ха­рак­те­ра. В част­но­сти, это ка­са­ет­ся «крас­ной гра­ни­цы фо­то­эф­фек­та». Когда по­яви­лись мощ­ные ла­зер­ные ис­точ­ни­ки света, ока­за­лось, что за счёт не­ли­ней­ных эф­фек­тов в среде воз­мож­но так на­зы­ва­е­мое мно­го­фо­тон­ное по­гло­ще­ние света, при ко­то­ром закон со­хра­не­ния энер­гии (фор­му­ла Эйн­штей­на для фо­то­эф­фек­та) имеет вид:

Какое ми­ни­маль­ное число фо­то­нов ру­би­но­во­го ла­зе­ра с дли­ной волны долж­но по­гло­тить­ся, чтобы из воль­фра­ма с ра­бо­той вы­хо­да был выбит один фо­то­элек­трон?

20. За­да­ние 32. За­ко­ны фо­то­эф­фек­та, как вы­яс­ни­лось не­дав­но, не имеют аб­со­лют­но­го ха­рак­те­ра. В част­но­сти, это ка­са­ет­ся «крас­ной гра­ни­цы фо­то­эф­фек­та». Когда по­яви­лись мощ­ные ла­зер­ные ис­точ­ни­ки света, ока­за­лось, что за счёт не­ли­ней­ных эф­фек­тов в среде воз­мож­но так на­зы­ва­е­мое мно­го­фо­тон­ное по­гло­ще­ние света, при ко­то­ром закон со­хра­не­ния энер­гии (фор­му­ла Эйн­штей­на для фо­то­эф­фек­та) имеет вид:

Какое ми­ни­маль­ное число фо­то­нов ру­би­но­во­го ла­зе­ра с дли­ной волны долж­но по­гло­тить­ся, чтобы из пла­ти­ны с ра­бо­той вы­хо­да был выбит один фо­то­элек­трон?

21. За­да­ние 32 № 6072. Пас­са­жир ав­то­бу­са едет в нём по шоссе и смот­рит вбок, на поле, ого­ро­жен­ное двумя оди­на­ко­вы­ми за­бо­ра­ми – ря­да­ми тёмного шта­кет­ни­ка, па­рал­лель­ны­ми до­ро­ге. Зазор между вер­ти­каль­ны­ми шта­ке­ти­на­ми в каж­дом из за­бо­ров равен их ши­ри­не d/2 = 5 см, рас­сто­я­ние от на­блю­да­те­ля до пер­во­го за­бо­ра равно l = 50 м, а до вто­ро­го — на Δl = 10 м боль­ше. Поле, на­блю­да­е­мое пас­са­жи­ром через пер­вый забор, видно через мель­ка­ю­щий шта­кет­ник до­ста­точ­но хо­ро­шо, а то, что пас­са­жир видит сквозь оба за­бо­ра, пе­ре­се­че­но пе­ри­о­ди­че­ски­ми тем­ны­ми вер­ти­каль­ны­ми по­ло­са­ми. Най­ди­те пе­ри­од D (по го­ри­зон­та­ли) этих полос на уров­не пер­во­го за­бо­ра, счи­тая, что на­блю­де­ние ведётся почти пер­пен­ди­ку­ляр­но к за­бо­рам.

22. За­да­ние 32. Пас­са­жир ав­то­бу­са едет в нём по шоссе и смот­рит вбок, на поле, ого­ро­жен­ное двумя оди­на­ко­вы­ми за­бо­ра­ми — ря­да­ми тёмного шта­кет­ни­ка, па­рал­лель­ны­ми до­ро­ге. Зазор между вер­ти­каль­ны­ми шта­ке­ти­на­ми в каж­дом из за­бо­ров равен их ши­ри­не d /2 = 6 см, рас­сто­я­ние от на­блю­да­те­ля до пер­во­го за­бо­ра равно l = 60 м, а до вто­ро­го — на Δ l = 15 м боль­ше. Поле, на­блю­да­е­мое пас­са­жи­ром через пер­вый забор, видно через мель­ка­ю­щий шта­кет­ник до­ста­точ­но хо­ро­шо, а то, что пас­са­жир видит сквозь оба за­бо­ра, пе­ре­се­че­но пе­ри­о­ди­че­ски­ми тем­ны­ми вер­ти­каль­ны­ми по­ло­са­ми. Най­ди­те пе­ри­од D (по го­ри­зон­та­ли) этих полос на уров­не пер­во­го за­бо­ра, счи­тая, что на­блю­де­ние ведётся почти пер­пен­ди­ку­ляр­но к за­бо­рам.

23. За­да­ние 32. Рас­сто­я­ние между двумя то­чеч­ны­ми мо­но­хро­ма­ти­че­ски­ми ко­ге­рент­ны­ми ис­точ­ни­ка­ми света S₁ и S₂ равно 2d = 1 мм. Мыс­лен­но со­еди­ним ис­точ­ни­ки от­рез­ком S₁S₂ и вос­ста­но­вим сре­дин­ный пер­пен­ди­ку­ляр к этому от­рез­ку (он пе­ре­се­чет S₁S₂ в точке A). Рас­по­ло­жим плос­кий экран так, чтобы его се­ре­ди­на O ле­жа­ла на ука­зан­ном сре­дин­ном пер­пен­ди­ку­ля­ре, а сам экран был пер­пен­ди­ку­ля­рен от­рез­ку AO (на ри­сун­ке экран по­ка­зан ли­ни­ей со штри­хов­кой). Каков будет пе­ри­од ин­тер­фе­рен­ци­он­ных полос вб­ли­зи точки O, если |AO| = a = 1 м, а длина волны света ис­точ­ни­ков равна = 600 нм. Угол па­де­ния ин­тер­фе­ри­ру­ю­щих лучей на экран можно счи­тать малым, так что .

24. За­да­ние 32. Мощ­ность из­лу­че­ния ла­зер­ной указ­ки с дли­ной волны λ = 600 нм равна P = 2 мВт. Опре­де­ли­те число фо­то­нов, из­лу­ча­е­мых указ­кой за 1 с.

25. За­да­ние 32. Мощ­ность из­лу­че­ния ла­зер­ной указ­ки с дли­ной волны λ = 500 нм равна P = 1 мВт. Опре­де­ли­те время, за ко­то­рое ла­зер­ная указ­ка из­лу­ча­ет N = 5·10¹⁵ фо­то­нов.

26. За­да­ние 32. Число фо­то­нов, из­лу­ча­е­мых ла­зер­ной указ­кой за t = 5 с, N = 6·10¹⁶. Длина волны из­лу­че­ния указ­ки равна λ = 600 нм. Опре­де­ли­те мощ­ность P из­лу­че­ния указ­ки.

27. За­да­ние 32. Число фо­то­нов, из­лу­ча­е­мых ла­зер­ной указ­кой мощ­но­стью P = 2 мВт за 1 с, равно 4·10¹⁵. Опре­де­ли­те длину волны λ из­лу­че­ния ла­зер­ной указ­ки.

28. За­да­ние 32. Дав­ле­ние света от Солн­ца, ко­то­рый па­да­ет пер­пен­ди­ку­ляр­но на аб­со­лют­но чёрную по­верх­ность, на ор­би­те Земли со­став­ля­ет около p = 5·10^–6 Па. Оце­ни­те кон­цен­тра­цию n фо­то­нов в сол­неч­ном из­лу­че­нии, счи­тая, что все они имеют длину волны λ = 500 нм.

29. За­да­ние 32. Сол­неч­ная по­сто­ян­ная, то есть мощ­ность света, па­да­ю­ще­го пер­пен­ди­ку­ляр­но на еди­ни­цу пло­ща­ди на уров­не ор­би­ты Земли, со­став­ля­ет при­мер­но C = 1,4 кВт/м². В ряде про­ек­тов для меж­пла­нет­ных со­об­ще­ний пред­ла­га­ет­ся ис­поль­зо­вать дав­ле­ние этого света, иду­ще­го от Солн­ца. Оце­ни­те силу дав­ле­ния света на иде­аль­но от­ра­жа­ю­щий «парус» пло­ща­дью S = 1000 м², рас­по­ло­жен­ный на ор­би­те Земли пер­пен­ди­ку­ляр­но по­то­ку света от Солн­ца.

30. За­да­ние 32. Два по­кры­тых каль­ци­ем элек­тро­да, один из ко­то­рых за­землён, на­хо­дят­ся в ва­ку­у­ме. Один из элек­тро­дов за­землён. К ним под­ключён кон­ден­са­тор ёмко­стью C ₁ = 20 000пФ. По­явив­ший­ся в на­ча­ле фо­то­ток при дли­тель­ном осве­ще­нии пре­кра­ща­ет­ся, при этом на кон­ден­са­то­ре воз­ни­ка­ет заряд q = 2 · 10⁻⁸ Кл. Ра­бо­та вы­хо­да элек­тро­нов из каль­ция A = 4,42 · 10⁻¹⁹ Дж. Опре­де­ли­те длину волны света, осве­ща­ю­ще­го катод.

31. За­да­ние 32. Фо­то­ка­тод, по­кры­тый каль­ци­ем, осве­ща­ет­ся све­том с дли­ной волны λ = 300 нм. Ра­бо­та вы­хо­да элек­тро­нов из каль­ция равна А _вых = 4,42·10^–19 Дж. Вы­ле­тев­шие из ка­то­да элек­тро­ны по­па­да­ют в од­но­род­ное маг­нит­ное поле пер­пен­ди­ку­ляр­но ли­ни­ям ин­дук­ции этого поля и дви­жут­ся по окруж­но­сти с мак­си­маль­ным ра­ди­у­сом R = 4 мм. Каков мо­дуль ин­дук­ции маг­нит­но­го поля В?

Поиск по сайту: