При исследовании зависимости кинетической энергии фотоэлектронов от длины волны падающего света фотоэлемент освещается через различные светофильтры. В первой серии опытов используется светофильтр, пропускающий только зелёный свет, а во второй — пропускающий только фиолетовый свет. В каждом опыте наблюдают явление фотоэффекта и измеряют запирающее напряжение. Как изменяются длина световой волны и модуль запирающего напряжения при переходе от первой серии опытов ко второй?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличивается
2) уменьшается
3) не изменяется
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Решение
Дано:
Переход: зелёный свет $\to$ фиолетовый свет. Наблюдается фотоэффект в обоих случаях.
Найти:
Как изменятся $\lambda$ и $|U_\text{зап}|$?
Решение:
В видимом спектре длины волн убывают от красного к фиолетовому:
$$\lambda_\text{красн} \gt \lambda_\text{оранж} \gt \lambda_\text{жёлт} \gt \lambda_\text{зел} \gt \lambda_\text{голуб} \gt \lambda_\text{фиол}$$
При переходе от зелёного к фиолетовому длина волны уменьшается (цифра 2).
По уравнению Эйнштейна для фотоэффекта:
$$h\nu = A_\text{вых} + eU_\text{зап}$$
где $h\nu = \dfrac{hc}{\lambda}$ — энергия фотона, $A_\text{вых}$ — работа выхода (постоянна для данного металла). Отсюда:
$$eU_\text{зап} = \frac{hc}{\lambda} - A_\text{вых}$$
При уменьшении $\lambda$ энергия фотона $\dfrac{hc}{\lambda}$ увеличивается. Так как $A_\text{вых} = \text{const}$, запирающее напряжение увеличивается (цифра 1).