Номер 831, страница 237 - гдз по физике 11 класс сборник задач Дорофейчик, Силенков

831. Используя вольт-амперную характеристику вакуумного фотоэлемента (рис. 202), определите задерживающее напряжение, максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов и силу тока насыщения.

Задерживающее напряжение:$U_з = -2 \, \text{В}$

Сила тока насыщения:$I_{нас} = 30 \, \text{мкА}$

Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов:$E_{k_{max}} = 2 \, \text{эВ}$

$I, \text{мкА}$

$U, \text{В}$

Рис. 202

Задерживающее напряжение

Задерживающее напряжение ($U_з$) — это минимальное отрицательное напряжение, приложенное к фотоэлементу, при котором фототок становится равным нулю. Это происходит, когда кинетической энергии даже самых быстрых фотоэлектронов не хватает для преодоления тормозящего электрического поля.

На представленной вольт-амперной характеристике видно, что кривая пересекает ось напряжения (где сила тока $I = 0$) в точке $U = -2$ В.

Таким образом, модуль этого напряжения и является задерживающим напряжением:

$U_з = |-2 \text{ В}| = 2 \text{ В}$

Ответ: 2 В.

Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов

Дано:

Найти:

Решение:

Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов $E_{k_{max}}$ связана с задерживающим напряжением $U_з$ соотношением, вытекающим из закона сохранения энергии:

$E_{k_{max}} = e \cdot U_з$

Подставим известные значения в формулу, чтобы найти энергию в джоулях (СИ):

$E_{k_{max}} = 1.6 \cdot 10^{-19} \text{ Кл} \cdot 2 \text{ В} = 3.2 \cdot 10^{-19} \text{ Дж}$

Также эту энергию удобно выражать в электрон-вольтах (эВ). Один электрон-вольт — это энергия, которую приобретает электрон, проходя разность потенциалов в 1 вольт. Поэтому, если задерживающее напряжение равно 2 В, максимальная кинетическая энергия равна 2 эВ.

Ответ: $3.2 \cdot 10^{-19}$ Дж (или 2 эВ).

Сила тока насыщения

Сила тока насыщения ($I_н$) — это максимальное значение фототока, которое достигается, когда все фотоэлектроны, испускаемые катодом, достигают анода. Дальнейшее увеличение положительного напряжения уже не приводит к росту силы тока.

На графике это соответствует горизонтальному участку (плато). Из графика видно, что при напряжении примерно 2.5 В и выше сила тока выходит на постоянное значение, равное 30 мкА.

$I_н = 30$ мкА $= 30 \cdot 10^{-6}$ А

Ответ: 30 мкА.