Тест по физике 11 класс: фотоэффект

Что нужно знать

Фотоэффект — это явление испускания электронов веществом под действием света; вырванные светом электроны называют фотоэлектронами. Для выхода электронов из вещества свет должен иметь частоту не ниже определённой минимальной частоты, называемой красной границей фотоэффекта. Энергия фотона определяется формулой E = hν, где E — энергия фотона (Дж), h = 6,63 · 10⁻³⁴ Дж · с — постоянная Планка, ν — частота света (Гц). Согласно уравнению Эйнштейна для фотоэффекта, энергия фотона расходуется на совершение работы выхода Aвых и сообщение электрону кинетической энергии: hν = Aвых + Eк. Работа выхода — минимальная энергия, необходимая для удаления электрона из вещества, измеряется в джоулях (Дж) или электронвольтах (эВ). Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов определяется формулой Eк = mv²max / 2, а также может быть найдена через задерживающее напряжение: Eк = eUз, где e — элементарный заряд (Кл), Uз — задерживающее напряжение (В). Увеличение интенсивности света при неизменной частоте выше красной границы увеличивает число выбиваемых электронов, но не изменяет их максимальную кинетическую энергию. Например, фотоэлементы в автоматических дверях используют фотоэффект для обнаружения света и управления открыванием дверей. Типичная ошибка учеников — считать, что увеличение интенсивности света обязательно увеличивает энергию каждого фотоэлектрона, хотя она зависит прежде всего от частоты света.

Тест: 12 вопросов

Выберите ответ в каждом вопросе и нажмите «Проверить ответы» — появятся правильные ответы и пояснения.

  1. 1. Что называют фотоэффектом?

    • Испускание электронов веществом под действием света
    • Изменение направления света при переходе между средами
    • Отражение света от поверхности металла
    • Испускание света нагретым веществом
    Фотоэффект — это явление выхода электронов из вещества под действием падающего на него электромагнитного излучения.

  2. 2. Как называют электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте?

    • Свободные протоны
    • Фотоэлектроны
    • Ионы
    • Фононы
    Фотоэлектронами называют электроны, испускаемые веществом под действием света.

  3. 3. В каких единицах СИ измеряется работа выхода электрона?

    • В кулонах (Кл)
    • В вольтах (В)
    • В джоулях (Дж)
    • В герцах (Гц)
    Работа выхода представляет собой энергию, поэтому в системе СИ измеряется в джоулях. Также на практике её часто выражают в электронвольтах.

  4. 4. Как изменится максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, если увеличить интенсивность падающего света, оставив его частоту неизменной и выше красной границы фотоэффекта?

    • Уменьшится в два раза
    • Увеличится пропорционально интенсивности
    • Станет равной нулю
    • Не изменится
    Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов определяется частотой света и работой выхода вещества. Увеличение интенсивности приводит к увеличению числа выбиваемых электронов, а не энергии каждого из них.

  5. 5. Как изменится максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов при увеличении частоты падающего света, если работа выхода вещества остаётся неизменной?

    • Увеличится
    • Не изменится
    • Уменьшится
    • Станет равной работе выхода
    Согласно уравнению Эйнштейна hν = Aвых + Eк, при увеличении частоты возрастает энергия фотона, а значит, увеличивается максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов.

  6. 6. Что произойдёт при освещении металлической пластины светом с частотой ниже красной границы фотоэффекта?

    • Фотоэффект будет происходить с меньшей скоростью
    • Фотоэффект не произойдёт независимо от интенсивности света
    • Фотоэффект будет происходить только при высокой интенсивности света
    • Фотоэлектроны будут иметь максимальную кинетическую энергию
    Если частота света ниже красной границы, энергия одного фотона недостаточна для совершения работы выхода. Увеличение интенсивности не устраняет это ограничение.

  7. 7. Какой физический прибор использует фотоэффект для автоматического управления освещением или открыванием дверей?

    • Динамометр
    • Барометр
    • Фотоэлемент
    • Термометр
    Фотоэлемент преобразует световое воздействие в электрический сигнал или изменение электрического тока, что позволяет использовать его в автоматических устройствах.

  8. 8. Чему равна энергия фотона, если частота света равна 5 · 10¹⁴ Гц? Принять h = 6,63 · 10⁻³⁴ Дж · с.

    • 1,326 · 10⁻¹⁹ Дж
    • 6,63 · 10⁻¹⁹ Дж
    • 3,315 · 10⁻¹⁷ Дж
    • 3,315 · 10⁻¹⁹ Дж
    Используем формулу E = hν. E = 6,63 · 10⁻³⁴ · 5 · 10¹⁴ = 3,315 · 10⁻¹⁹ Дж.

  9. 9. Работа выхода электрона из металла равна 2 эВ, а энергия падающего фотона — 5 эВ. Чему равна максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона?

    • 3 эВ
    • 2 эВ
    • 5 эВ
    • 7 эВ
    По уравнению Эйнштейна Eк = E − Aвых. Подставляем: Eк = 5 − 2 = 3 эВ.

  10. 10. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов равна 4 · 10⁻¹⁹ Дж. Какова скорость наиболее быстрых фотоэлектронов? Масса электрона m = 9,1 · 10⁻³¹ кг.

    • 3,0 · 10⁶ м/с
    • 9,4 · 10⁵ м/с
    • 3,0 · 10⁵ м/с
    • 1,5 · 10⁶ м/с
    Используем формулу Eк = mv²/2, откуда v = √(2Eк/m). v = √(8 · 10⁻¹⁹ / 9,1 · 10⁻³¹) ≈ 9,4 · 10⁵ м/с.

  11. 11. Задерживающее напряжение для фотоэлектронов равно 2 В. Чему равна их максимальная кинетическая энергия? Элементарный заряд e = 1,6 · 10⁻¹⁹ Кл.

    • 1,6 · 10⁻¹⁹ Дж
    • 8,0 · 10⁻²⁰ Дж
    • 3,2 · 10⁻¹⁹ Дж
    • 6,4 · 10⁻¹⁹ Дж
    Максимальная кинетическая энергия определяется формулой Eк = eUз. Eк = 1,6 · 10⁻¹⁹ · 2 = 3,2 · 10⁻¹⁹ Дж.

  12. 12. Красная граница фотоэффекта для некоторого металла соответствует частоте 6 · 10¹⁴ Гц. Какова работа выхода электронов из этого металла? Принять h = 6,63 · 10⁻³⁴ Дж · с.

    • 6,63 · 10⁻¹⁹ Дж
    • 1,105 · 10⁻¹⁹ Дж
    • 3,978 · 10⁻¹⁸ Дж
    • 3,978 · 10⁻¹⁹ Дж
    На красной границе фотоэффекта кинетическая энергия фотоэлектронов равна нулю, поэтому Aвых = hνкр. Aвых = 6,63 · 10⁻³⁴ · 6 · 10¹⁴ = 3,978 · 10⁻¹⁹ Дж.
Тесты по физике 11 класс