Номер 835, страница 239 - гдз по физике 11 класс сборник задач Дорофейчик, Силенков

835. На рисунке 206 представлена вольт-амперная характеристика фотоэлемента. Определите энергию фотонов, вызывающих фотоэффект, если максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов в $n = 1,25$ раза больше работы выхода электрона с поверхности катода.

Рис. 206

Дано:

Из графика вольт-амперной характеристики находим задерживающее напряжение (напряжение, при котором фототок равен нулю): $U_з = -2$ В.

Коэффициент $n = 1,25$.

Элементарный заряд $e \approx 1,6 \cdot 10^{-19}$ Кл.

$|U_з| = 2$ В

Найти:

$E_{ф}$ — ?

Решение:

Для решения задачи воспользуемся уравнением Эйнштейна для фотоэффекта: $E_{ф} = A_{вых} + E_{k, max}$ где $E_{ф}$ — энергия падающих фотонов, $A_{вых}$ — работа выхода электрона с поверхности катода, $E_{k, max}$ — максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов.

Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов связана с величиной задерживающего (запирающего) напряжения $U_з$ соотношением: $E_{k, max} = e \cdot |U_з|$ где $e$ — модуль заряда электрона.

Из графика видно, что фототок прекращается при задерживающем напряжении $U_з = -2$ В. Следовательно, его модуль $|U_з| = 2$ В. Рассчитаем максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов: $E_{k, max} = 1,6 \cdot 10^{-19} \text{ Кл} \cdot 2 \text{ В} = 3,2 \cdot 10^{-19} \text{ Дж}$

По условию задачи, максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов в $n=1,25$ раза больше работы выхода: $E_{k, max} = n \cdot A_{вых}$

Отсюда можем найти работу выхода: $A_{вых} = \frac{E_{k, max}}{n} = \frac{3,2 \cdot 10^{-19} \text{ Дж}}{1,25} = 2,56 \cdot 10^{-19} \text{ Дж}$

Теперь, зная работу выхода и максимальную кинетическую энергию, мы можем определить энергию фотонов по уравнению Эйнштейна: $E_{ф} = A_{вых} + E_{k, max} = 2,56 \cdot 10^{-19} \text{ Дж} + 3,2 \cdot 10^{-19} \text{ Дж} = 5,76 \cdot 10^{-19} \text{ Дж}$

Ответ: $5,76 \cdot 10^{-19}$ Дж.