Электростатика — Задание 21 ЕГЭ по физике №00017093
Электростатика
№2. Задание 21
ID: 00017093
На площадку падает зелёный свет от лазера. Лазер заменяют на другой, который генерирует красный свет. Мощность излучения, падающего на площадку, в обоих случаях одна и та же.
Как меняется в результате такой замены число фотонов, падающих на площадку в единицу времени? Укажите закономерности, которые вы использовали при обосновании своего ответа.
Источник: Сборник Гиголо
Решение
Идея
Свет — это поток «порций» энергии, фотонов. Энергия одного фотона $E_ф = h\nu = \dfrac{hc}{\lambda}$ — то есть чем короче длина волны (выше частота), тем «дороже» каждый фотон. Мощность — это сколько энергии прилетает за секунду. Удобная аналогия: мощность — это сумма денег в секунду, фотон — монетка определённого номинала. Если сумма та же, а монетки стали мельче, то монеток нужно больше.
Шаг 1. Сравним энергии фотонов
Длина волны зелёного света меньше, чем красного ($\lambda_{зел} \lt \lambda_{кр}$), значит, частота зелёного больше. По формуле $E_ф = h\nu$ энергия фотона зелёного света больше, чем красного: $E_{ф,зел} \gt E_{ф,кр}$. После замены лазера фотоны стали «дешевле» (менее энергичными).
Шаг 2. Свяжем мощность и число фотонов
Мощность излучения — это энергия всех фотонов, прилетевших за единицу времени: $P = E_ф\cdot\dfrac{N}{\Delta t}$, где $N/\Delta t$ — число фотонов в секунду. Отсюда
$$\dfrac{N}{\Delta t} = \dfrac{P}{E_ф}.$$
Шаг 3. Делаем вывод
По условию мощность не изменилась ($P = \text{const}$), а энергия одного фотона уменьшилась ($E_{ф,кр} \lt E_{ф,зел}$). В формуле $N/\Delta t = P/E_ф$ знаменатель стал меньше — значит, само число фотонов в секунду выросло. Проще говоря: чтобы донести ту же мощность «мелкими монетками» красных фотонов, их в секунду нужно больше.
Ответ
Число фотонов в единицу времени увеличится: у красного света энергия фотона меньше, поэтому при той же мощности их нужно больше.
Другие задания по теме «Электростатика» (8)
- Задание 21 №00043145 — Плоский воздушный конденсатор подключили к источнику постоянного напряжения и…
- Задание 21 №00043134 — Маленький незаряженный шарик, подвешенный на непроводящей нити, помещён над…
- Задание 21 №00026308 — В классе при электрическом освещении лампами накаливания показали опыт:…
- Задание 21 №00026307 — Воспользовавшись оборудованием, представленным на рис. 1, учитель собрал модель…
- Задание 21 №00026303 — Между двумя металлическими близко расположенными пластинами, укреплёнными на…
- Задание 21 №00026301 — На столе установили два незаряженных электрометра и соединили их металлическим…
- Задание 21 №00026300 — Две параллельные металлические пластины, расположенные горизонтально,…
- Задание 21 №00026297 — Воспользовавшись оборудованием, представленным на рис. 1, учитель собрал модель…