Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia:

RljlnRVbFaRAv1

Ćwiczenie 1

Zaznacz poprawne stwierdzenia opisujące efekt fotoelektryczny zewnętrzny:

energia fotoelektronów zależy od energii promieniowania elektromagnetycznego wywołującego efekt fotoelektryczny, czyli jest proporcjonalna do natężenia fali
energia fotoelektronu zależy od energii fotonów promieniowania elektromagnetycznego wywołującego efekt fotoelektryczny oraz nie zależy od natężenia fali
dla danego materiału istnieje progowa częstotliwość promieniowania, poniżej której nie zachodzi zjawisko fotoelektryczne
dla danego materiału istnieje progowa częstotliwość promieniowania, powyżej której nie zachodzi zjawisko fotoelektryczne

Ćwiczenie 2

Uzupełnij zdania opisujące zachowanie obwodu zamieszczonego na rysunku

Rmpk3LtCRSxUW

Rysunek przedstawia fotokomórkę z zaznaczoną katodą, na którą pada fala światła w postaci sinusoidy oraz anodą. Do fotokomórki przyłożone jest napięcie opisane wielką literą U, co narysowano w postaci strzałki z dwoma grotami rozpiętej pomiędzy katodą i anodą. W obwodzie włączony jest szeregowo z fotokomórką amperomierz i równolegle woltomierz. — Schemat najprostszej fotokomórki.

RlMtTjVHmEnAU

a) W sytuacji, gdy zachodzi efekt fotoelektryczny, natężenie prądu nasycenia jest {proporcjonalne do} / {odwrotnie proporcjonalne od} / {#nie zależy od} długości fali promieniowania padającego na katodę fotokomórki.
b) Napięcie hamowania jest {proporcjonalne do} / {#odwrotnie proporcjonalne do} / {nie zależy od} długości fali promieniowania padającego na katodę fotokomórki.
c) Natężenie prądu nasycenia jest {proporcjonalne do} / {odwrotnie proporcjonalne od} / {#nie zależy od} napięcia przyłożonego do obwodu.

Ćwiczenie 3

R1Brt5kGykZ69

Praca wyjścia dla litu wynosi 2,9 eV.

a) Jaka jest największa długość fali promieniowania, które może wywołać emisję elektronów z litu w zjawisku fotoelektrycznym? Wynik podaj z dokładnością do nm.

Odpowiedź:
Graniczna długość fali wynosi ............ nm

Ćwiczenie 4

Wykorzystaj wynik poprzedniego ćwiczenia i rozstrzygnij, czy światło czerwonego wskaźnika laserowego może wywołać fotoemisję elektronów z litu.
Wpisz rozstrzygnięcie wraz z krótkim uzasadnieniem w przygotowane pole i porównaj z wyjaśnieniem wzorcowym.

Ćwiczenie 5

R1SqffJp24Vkq

1,25 PHz

(przedrostek peta- oznacza

10^{15}

). Oświetlenie płytki spowodowało powrót listków elektroskopu do położenia pierwotnego. Wiedząc, że praca wyjścia dla cynku wynosi 4,3 eV, a stała Plancka

h = 4,14 \cdot 10^{- 15} e V \cdot s

, odpowiedz na pytania: a) Jaka jest maksymalna energia kinetyczna elektronów wybijanych z płytki? Wynik podaj w eV z dokładnością jednego miejsca po przecinku. Tu uzupełnij eV. b) Czy oświetlenie naelektryzowanej płytki cynkowej światłem czerwonym (

λ

= 600 nm) spowoduje jej rozładowanie? (t/n) Tu uzupełnij

Przymocowana do główki elektroskopu cynkowa płytka została naelektryzowana ujemnie, co spowodowało odchylenie listków elektroskopu. Następnie płytka została oświetlona światłem ultrafioletowym o częstotliwości $1,25 PHz$ (przedrostek peta- oznacza $10^{15}$ ). Oświetlenie płytki spowodowało powrót listków elektroskopu do położenia pierwotnego. Wiedząc, że praca wyjścia dla cynku wynosi 4,3 eV, a stała Plancka $h = 4,14 \cdot 10^{- 15} e V \cdot s$ , odpowiedz na pytania:

a) Jaka jest maksymalna energia kinetyczna elektronów wybijanych z płytki? Wynik podaj w eV z dokładnością jednego miejsca po przecinku.
............ eV.

b) Czy oświetlenie naelektryzowanej płytki cynkowej światłem czerwonym ( $λ$ = 600 nm) spowoduje jej rozładowanie?
(t/n) ............

a) Maksymalną energię kinetyczną fotoelektronów oblicza się odejmując od energii fotonów wywołujących zjawisko fotoelektryczne pracę wyjścia, zgodnie ze wzorem $E_{e} = h f - W$ .

b) W oparciu o pracę wyjścia cynku można obliczyć największą długość fali promieniowania, która może wywołać efekt fotoelektryczny $λ_{g r} = h c / W$ .
Jest ona równa 289 nm, co odpowiada światłu ultrafioletowemu. Fotony światła czerwonego nie powodują więc zjawiska fotoelektrycznego w cynku.

Ćwiczenie 6

RhdXpwVL6xM2p

Jaka jest maksymalna prędkość elektronu wyemitowanego w efekcie fotoelektrycznym z powierzchni manganu pod wpływem promieniowania UV o częstotliwości $f = 1 0^{15} H z$ ? Praca wyjścia dla manganu wynosi 4,1 eV. Masa elektronu wynosi $m = 511 k e V / c^{2}$ , stała Plancka $h = 4,14 \cdot 10^{- 15} e V \cdot s$ . Wybierz właściwą odpowiedź w postaci ułamka prędkości światła $c$ :

0,04 $c$
0,004 $c$
0,0004 $c$

Maksymalna energia kinetyczna elektronu jest energią fotonu ( $h f$ ) pomniejszoną o pracę wyjścia. Maksymalną prędkość można wyznaczyć z klastycznego wzoru na energię kinetyczną $E = \frac{m v^{2}}{2}$ .

Ćwiczenie 7

R5O1QfuwW9gbS

Napięcie hamowania dla fotokomórki oświetlonej promieniowaniem o długości fali w próżni $λ$ = 200 nm wynosi 1,6 V. Oblicz pracę wyjścia fotokatody. Stała Plancka wynosi $h = 6,63 \cdot 10^{- 34} J \cdot s$ , ładunek elektronu $e = 1,6 \cdot 10^{- 19} C$ . Wynik podaj w eV z dokładnością do jednego miejsca po przecinku.

Odpowiedź: Praca wyjścia wynosi ............ eV

Napięcie hamowania jest różnicą potencjału niezbędną do zatrzymania fotoelektronów o najwyższej energii. Energia ładunku $q$ przyspieszonego napięciem $U$ jest iloczynem tych wielkości.

Napięcie hamowania jest różnicą potencjału niezbędną do zatrzymania fotoelektronów o najwyższej energii, skąd $U \cdot e = h \cdot c / λ - W$ .

Ćwiczenie 8

R1ZcodUK0iBS0

Wydajnością kwantową fotokomórki nazywamy stosunek

η

(czyt. eta) liczby wybijanych z katody elektronów do liczby padających fotonów, przy założeniu, że ich energia jest większa od pracy wyjścia. Jakie jest natężenie prądu nasycenia fotokomórki oświetlanej promieniowaniem o częstotliwości

6 \cdot 10^{14} H z

i mocy 20 W przy wydajności kwantowej

η = 0,1 %

przy założeniu, że energia fotonów promieniowania jest większa od pracy wyjścia. Przyjmij, że stała Plancka

h = 6,63 \cdot 10^{- 34} J \cdot s

, a ładunek elektronu

e = 1,6 \cdot 10^{- 19} C

.
Wynik podaj w miliamperach w postaci liczby całkowitej. Odpowiedź: Natężenie prądu nasycenia wynosi Tu uzupełnij mA.

Wydajnością kwantową fotokomórki nazywamy stosunek $η$ (czyt. eta) liczby wybijanych z katody elektronów do liczby padających fotonów, przy założeniu, że ich energia jest większa od pracy wyjścia. Jakie jest natężenie prądu nasycenia fotokomórki oświetlanej promieniowaniem o częstotliwości $6 \cdot 10^{14} H z$ i mocy 20 W przy wydajności kwantowej $η = 0,1 %$ przy założeniu, że energia fotonów promieniowania jest większa od pracy wyjścia. Przyjmij, że stała Plancka $h = 6,63 \cdot 10^{- 34} J \cdot s$ , a ładunek elektronu $e = 1,6 \cdot 10^{- 19} C$ .
Wynik podaj w miliamperach w postaci liczby całkowitej.

Odpowiedź: Natężenie prądu nasycenia wynosi ............ mA.

Natężenie prądu nasycenia jest ładunkiem przepływającym od katody do anody w jednostce czasu: $I = Q / t$ . Przepływający ładunek jest iloczynem liczby elektronów ( $N_{e}$ ) i ładunku elektronu ( $e$ ): $I = N_{e} \cdot e / t$ . Liczba wyemitowanych elektronów jest iloczynem liczby wydajności kwantowej oraz padających fotonów ( $N_{f}$ ): $N_{e} = N_{f} \cdot η$ . Liczba padających fotonów w jednostce czasu jest zaś stosunkiem mocy źródła światła i energii fotonu ( $E$ ): $N_{f} / t = P / E$ , co można zapisać korzystając z wzoru na energię fotonu: $N_{f} / t = P / (h \cdot f)$ . Podstawiając wszystko do wzoru na natężenie prądu nasycenia otrzymujemy: $I = P \cdot η \cdot e / (h \cdot f)$

Film samouczek

Dla nauczyciela