Номер 769, страница 222 - гдз по физике 11 класс сборник задач Дорофейчик, Силенков

769. Интенсивность света, падающего на катод фотоэлемента, увеличили. Поясните, изменилась ли:

1) сила тока насыщения;

2) максимальная скорость фотоэлектронов, вылетающих с катода.

1) сила тока насыщения

Интенсивность света — это энергия, переносимая световой волной через единичную площадку за единицу времени. В квантовой теории света интенсивность прямо пропорциональна числу фотонов, падающих на поверхность в единицу времени. Согласно первому закону фотоэффекта (закону Столетова), сила тока насыщения прямо пропорциональна интенсивности падающего света. Это объясняется тем, что каждый фотон, обладающий достаточной энергией, выбивает один электрон. Следовательно, увеличение числа фотонов (увеличение интенсивности) приводит к пропорциональному увеличению числа выбитых фотоэлектронов в секунду.

Сила тока насыщения $I_{нас}$ связана с числом электронов $N$, достигающих анода за время $\Delta t$, формулой $I_{нас} = \frac{N \cdot e}{\Delta t}$, где $e$ — заряд электрона. Поскольку при увеличении интенсивности света число выбиваемых электронов $N$ за время $\Delta t$ возрастает, то и сила тока насыщения увеличивается.

Ответ: Сила тока насыщения увеличилась.

2) максимальная скорость фотоэлектронов, вылетающих с катода

Максимальная кинетическая энергия вылетающих фотоэлектронов определяется уравнением Эйнштейна для фотоэффекта: $h\nu = A_{вых} + E_{к, макс}$, где $h$ — постоянная Планка, $\nu$ — частота падающего света, $A_{вых}$ — работа выхода электрона для материала катода, а $E_{к, макс}$ — максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов.

Из этого уравнения следует, что максимальная кинетическая энергия $E_{к, макс} = h\nu - A_{вых}$. В условии задачи говорится об увеличении интенсивности света, но не его частоты. Частота $\nu$ остается неизменной. Работа выхода $A_{вых}$ является постоянной характеристикой материала катода. Таким образом, максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, которая зависит только от частоты света и работы выхода, не изменяется.

Максимальная скорость $v_{макс}$ связана с максимальной кинетической энергией соотношением $E_{к, макс} = \frac{m_e v_{макс}^2}{2}$. Поскольку $E_{к, макс}$ и масса электрона $m_e$ остаются постоянными, максимальная скорость фотоэлектронов также не изменится.

Ответ: Максимальная скорость фотоэлектронов не изменилась.