ID: 00017094
В опыте по изучению фотоэффекта катод освещается жёлтым светом, в результате чего в цепи возникает ток (рис. 1). Зависимость показаний амперметра I от напряжения U между анодом и катодом приведена на рисунке 2.
Используя законы фотоэффекта и предполагая, что отношение числа фотоэлектронов к числу поглощённых фотонов не зависит от частоты света, объясните, как изменится представленная зависимость I(U), если освещать катод зелёным светом, оставив мощность поглощённого катодом света неизменной.
Источник: Сборник Гиголо
В графике I(U) для фотоэффекта за всё отвечают две вещи. Левый край (где ток обнуляется при отрицательном U) — это запирающее напряжение U_з; оно зависит от того, с какой энергией вылетают электроны, то есть от частоты света. Правая полка (горизонтальная асимптота) — это ток насыщения I_{нас}; он показывает, сколько электронов в секунду выбивается, и зависит от числа прилетающих фотонов. Меняя жёлтый свет на зелёный, мы трогаем сразу обе вещи, поэтому разбираем их по очереди.
Зелёный свет «синее» жёлтого: длина волны меньше, частота больше (\nu_{зел} \gt \nu_{жёлт}). Работа выхода A_{вых} зависит только от материала катода и не меняется. По уравнению Эйнштейна h\nu = A_{вых} + E_{max} при росте частоты растёт максимальная кинетическая энергия электронов E_{max}. А запирающее напряжение связано с ней: eU_з = E_{max}, значит, |U_з| увеличивается. На графике точка, где кривая отрывается от оси U, уезжает левее (в сторону больших по модулю отрицательных напряжений).
Ток насыщения определяется числом электронов, выбиваемых за секунду, а оно (по условию задачи) пропорционально числу падающих фотонов N_ф в секунду. Свяжем N_ф с мощностью: P = N_ф\cdot h\nu, откуда N_ф = P/(h\nu). Мощность поглощённого света оставили прежней (P=\text{const}), а энергия фотона h\nu у зелёного больше — значит, фотонов в секунду стало меньше. Меньше фотонов — меньше выбитых электронов — ток насыщения I_{нас} уменьшается.
Итого кривая I(U) перестроится так: левый «хвост» (запирающее напряжение) сдвинется влево, а правая горизонтальная полка (ток насыщения) опустится вниз.
Ответ: точка отрыва графика от горизонтальной оси U сдвинется влево (модуль запирающего напряжения вырастет), а горизонтальная асимптота — ток насыщения — сдвинется вниз.
Точка отрыва графика от оси U сдвинется влево (запирающее напряжение по модулю вырастет), а горизонтальная асимптота (ток насыщения) опустится вниз.