10 задач по физике для 11 класса по теме «Фотоэффект» — от простых к сложным, с ответами и подробными решениями. Решите задачу, введите ответ числом — сайт сразу проверит его. Если не получается, откройте решение: дано, формула, вычисление.
На металлическую пластину падает свет частотой 8·10¹⁴ Гц. Определите энергию одного фотона. Постоянную Планка примите равной 6,6·10⁻³⁴ Дж·с.
Дано: ν = 8·10¹⁴ Гц; h = 6,6·10⁻³⁴ Дж·с.
Решение: Энергия фотона определяется по формуле E = hν.
E = 6,6·10⁻³⁴ · 8·10¹⁴ = 5,28·10⁻¹⁹ Дж.
Ответ: 5,28·10⁻¹⁹ Дж.
Для некоторого металла красная граница фотоэффекта соответствует частоте 5·10¹⁴ Гц. Определите работу выхода электронов из этого металла. Постоянная Планка равна 6,6·10⁻³⁴ Дж·с.
Дано: ν₀ = 5·10¹⁴ Гц; h = 6,6·10⁻³⁴ Дж·с.
Решение: Работа выхода связана с частотой красной границы фотоэффекта формулой A = hν₀.
A = 6,6·10⁻³⁴ · 5·10¹⁴ = 3,3·10⁻¹⁹ Дж.
Ответ: 3,3·10⁻¹⁹ Дж.
Энергия фотона, падающего на металлическую поверхность, равна 5·10⁻¹⁹ Дж. Работа выхода электронов из металла составляет 2·10⁻¹⁹ Дж. Определите максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов.
Дано: E = 5·10⁻¹⁹ Дж; A = 2·10⁻¹⁹ Дж.
Решение: Согласно уравнению Эйнштейна для фотоэффекта, E = A + Eк. Отсюда Eк = E − A.
Eк = 5·10⁻¹⁹ − 2·10⁻¹⁹ = 3·10⁻¹⁹ Дж.
Ответ: 3·10⁻¹⁹ Дж.
Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, вылетающих из металлической пластины, равна 4,8·10⁻¹⁹ Дж. Определите задерживающее напряжение, при котором фототок полностью прекращается. Заряд электрона равен 1,6·10⁻¹⁹ Кл.
Дано: Eк = 4,8·10⁻¹⁹ Дж; e = 1,6·10⁻¹⁹ Кл.
Решение: Задерживающее напряжение определяется из условия eUз = Eк. Следовательно, Uз = Eк/e.
Uз = (4,8·10⁻¹⁹)/(1,6·10⁻¹⁹) = 3 В.
Ответ: 3 В.
Для некоторого металла работа выхода электронов равна 3,3·10⁻¹⁹ Дж. Определите длину волны, соответствующую красной границе фотоэффекта. Постоянная Планка равна 6,6·10⁻³⁴ Дж·с, скорость света в вакууме — 3·10⁸ м/с.
Дано: A = 3,3·10⁻¹⁹ Дж; h = 6,6·10⁻³⁴ Дж·с; c = 3·10⁸ м/с.
Решение: На красной границе фотоэффекта энергия фотона равна работе выхода: hc/λ₀ = A. Отсюда λ₀ = hc/A.
λ₀ = (6,6·10⁻³⁴ · 3·10⁸)/(3,3·10⁻¹⁹) = 6·10⁻⁷ м.
Ответ: 6·10⁻⁷ м.
На фотокатод с работой выхода 2,2·10⁻¹⁹ Дж падает свет с длиной волны 400 нм. Определите максимальную кинетическую энергию вылетающих фотоэлектронов. Постоянная Планка равна 6,6·10⁻³⁴ Дж·с, скорость света в вакууме — 3·10⁸ м/с.
Дано: A = 2,2·10⁻¹⁹ Дж; λ = 400 нм = 4·10⁻⁷ м; h = 6,6·10⁻³⁴ Дж·с; c = 3·10⁸ м/с.
Решение: Сначала определим энергию падающего фотона: E = hc/λ.
E = (6,6·10⁻³⁴ · 3·10⁸)/(4·10⁻⁷) = 4,95·10⁻¹⁹ Дж.
По уравнению Эйнштейна для фотоэффекта Eк = E − A.
Eк = 4,95·10⁻¹⁹ − 2,2·10⁻¹⁹ = 2,75·10⁻¹⁹ Дж.
Ответ: 2,75·10⁻¹⁹ Дж.
При освещении металлической поверхности с работой выхода 2,2·10⁻¹⁹ Дж задерживающее напряжение равно 1,5 В. Определите частоту падающего света. Заряд электрона равен 1,6·10⁻¹⁹ Кл, постоянная Планка — 6,6·10⁻³⁴ Дж·с.
Дано: A = 2,2·10⁻¹⁹ Дж; Uз = 1,5 В; e = 1,6·10⁻¹⁹ Кл; h = 6,6·10⁻³⁴ Дж·с.
Решение: По уравнению Эйнштейна для фотоэффекта hν = A + Eк. Максимальная кинетическая энергия электронов определяется через задерживающее напряжение: Eк = eUз.
Следовательно, hν = A + eUз, откуда ν = (A + eUз)/h.
ν = (2,2·10⁻¹⁹ + 1,6·10⁻¹⁹ · 1,5)/(6,6·10⁻³⁴).
ν = 4,6·10⁻¹⁹/(6,6·10⁻³⁴) ≈ 6,97·10¹⁴ Гц.
Ответ: 6,97·10¹⁴ Гц.
На поверхность металла с работой выхода 3,3·10⁻¹⁹ Дж падает ультрафиолетовое излучение с длиной волны 300 нм. Определите максимальную скорость вылетающих фотоэлектронов. Постоянная Планка равна 6,6·10⁻³⁴ Дж·с, скорость света — 3·10⁸ м/с, масса электрона — 9,1·10⁻³¹ кг. Ответ округлите до трёх значащих цифр.
Дано: A = 3,3·10⁻¹⁹ Дж; λ = 300 нм = 3·10⁻⁷ м; h = 6,6·10⁻³⁴ Дж·с; c = 3·10⁸ м/с; m = 9,1·10⁻³¹ кг.
Решение: 1. Найдём энергию фотона: E = hc/λ.
E = (6,6·10⁻³⁴ · 3·10⁸)/(3·10⁻⁷) = 6,6·10⁻¹⁹ Дж.
2. Найдём максимальную кинетическую энергию фотоэлектрона по уравнению Эйнштейна: Eк = E − A.
Eк = 6,6·10⁻¹⁹ − 3,3·10⁻¹⁹ = 3,3·10⁻¹⁹ Дж.
3. Используем формулу кинетической энергии: Eк = mv²/2. Отсюда v = √(2Eк/m).
v = √(2 · 3,3·10⁻¹⁹/(9,1·10⁻³¹)) ≈ 8,52·10⁵ м/с.
Ответ: 8,52·10⁵ м/с.
При освещении металлической пластины светом с длиной волны 500 нм максимальное задерживающее напряжение составляет 0,8 В. Определите работу выхода электронов из металла. Заряд электрона равен 1,6·10⁻¹⁹ Кл, постоянная Планка — 6,6·10⁻³⁴ Дж·с, скорость света в вакууме — 3·10⁸ м/с.
Дано: λ = 500 нм = 5·10⁻⁷ м; Uз = 0,8 В; e = 1,6·10⁻¹⁹ Кл; h = 6,6·10⁻³⁴ Дж·с; c = 3·10⁸ м/с.
Решение: По уравнению Эйнштейна для фотоэффекта hc/λ = A + Eк. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов равна Eк = eUз.
Выразим работу выхода: A = hc/λ − eUз.
A = (6,6·10⁻³⁴ · 3·10⁸)/(5·10⁻⁷) − 1,6·10⁻¹⁹ · 0,8.
A = 3,96·10⁻¹⁹ − 1,28·10⁻¹⁹ = 2,68·10⁻¹⁹ Дж.
Ответ: 2,68·10⁻¹⁹ Дж.
В эксперименте по изучению фотоэффекта исследовали один и тот же металлический фотокатод. При освещении светом частотой 5·10¹⁴ Гц задерживающее напряжение составило 0,2 В, а при частоте 7·10¹⁴ Гц — 1,025 В. Определите постоянную Планка, используя результаты двух измерений. Заряд электрона равен 1,6·10⁻¹⁹ Кл. Ответ выразите в Дж·с.
Дано: ν₁ = 5·10¹⁴ Гц; U₁ = 0,2 В; ν₂ = 7·10¹⁴ Гц; U₂ = 1,025 В; e = 1,6·10⁻¹⁹ Кл.
Решение: Для одного и того же металла уравнение Эйнштейна для двух измерений имеет вид:
hν₁ = A + eU₁;
hν₂ = A + eU₂.
Вычтем первое уравнение из второго, чтобы исключить работу выхода:
h(ν₂ − ν₁) = e(U₂ − U₁).
Отсюда выразим постоянную Планка:
h = e(U₂ − U₁)/(ν₂ − ν₁).
Подставим значения:
h = 1,6·10⁻¹⁹ · (1,025 − 0,2)/(7·10¹⁴ − 5·10¹⁴).
h = (1,6·10⁻¹⁹ · 0,825)/(2·10¹⁴) = 6,6·10⁻³⁴ Дж·с.
Ответ: 6,6·10⁻³⁴ Дж·с.