ID: 00012724
При исследовании зависимости кинетической энергии фотоэлектронов от частоты падающего света фотоэлемент освещался через светофильтры. В первой серии опытов использовался красный светофильтр, а во второй — жёлтый. В каждом опыте измеряли запирающее напряжение. Как изменялись запирающее напряжение и кинетическая энергия фотоэлектронов?
Для каждой физической величины определите соответствующий характер изменения.
1) увеличилась
2) уменьшилась
3) не изменилась
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе
могут повторяться.
Источник: ФИПИ
Шаг 1. Частота и энергия света
Желтый свет имеет бóльшую частоту, чем красный: $\nu_{\text{ж}} > \nu_{\text{к}}$ (Гц). Следовательно, энергия падающих фотонов во втором опыте стала больше: $E = h\nu$ (Дж), где $h$ — постоянная Планка.
Шаг 2. Кинетическая энергия
Запишем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта:
$h\nu = A_{\text{вых}} + E_k \text{ (Дж)}$
Работа выхода $A_{\text{вых}}$ (Дж) зависит только от материала фотоэлемента и остается неизменной. Выражаем кинетическую энергию:
$E_k = h\nu - A_{\text{вых}} \text{ (Дж)}$
Так как энергия падающего фотона $h\nu$ возросла, кинетическая энергия фотоэлектронов увеличилась (цифра 1).
Шаг 3. Запирающее напряжение
Оно связано с кинетической энергией формулой:
$E_k = eU_{\text{з}} \text{ (Дж)}$
где $e$ — модуль заряда электрона (Кл). Выражаем запирающее напряжение:
$U_{\text{з}} = \frac{E_k}{e} \text{ (В)}$
Поскольку энергия $E_k$ (Дж) увеличилась, запирающее напряжение $U_{\text{з}}$ (В) также увеличилось (цифра 1).