Электростатика — Задание 21 ЕГЭ по физике №00017095

Идея

На графике $I(U)$ фотоэффекта за поведение отвечают две независимые вещи. Левый край (где ток гаснет при отрицательном $U$) — запирающее напряжение $U_з$, оно завязано на энергию вылетающих электронов, то есть на частоту света. Правая полка (горизонтальная асимптота) — ток насыщения $I_{нас}$, он завязан на число прилетающих фотонов. Меняем фиолетовый на красный — обе вещи поедут, поэтому разбираем их раздельно.

Шаг 1. Энергия электронов и запирающее напряжение

Красный свет «краснее» фиолетового: длина волны больше, частота меньше ($\nu_{кр} \lt \nu_{фиол}$). Работа выхода $A_{вых}$ зависит только от материала и не меняется. По уравнению Эйнштейна $h\nu = A_{вых} + E_{max}$ при уменьшении частоты падает максимальная кинетическая энергия электронов $E_{max}$. Так как $eU_з = E_{max}$, то $|U_з|$ уменьшается. На графике точка отрыва кривой от оси $U$ сдвигается вправо (ближе к нулю).

Шаг 2. Ток насыщения

Ток насыщения определяется числом выбитых за секунду электронов, а оно пропорционально числу падающих фотонов $N_ф$ в секунду. Свяжем с мощностью: $P = N_ф\cdot h\nu$, то есть $N_ф = P/(h\nu)$. Мощность поглощённого света не меняли ($P=\text{const}$), а энергия фотона $h\nu$ у красного меньше — значит, фотонов в секунду стало больше. Больше фотонов — больше выбитых электронов — ток насыщения $I_{нас}$ увеличивается.

Шаг 3. Итоговая картина графика

Кривая $I(U)$ перестроится так: левый «хвост» (запирающее напряжение) подъезжает вправо к нулю, а правая горизонтальная полка (ток насыщения) поднимается выше.

Ответ: точка отрыва графика от горизонтальной оси $U$ сдвинется вправо (модуль запирающего напряжения уменьшится), а горизонтальная асимптота — ток насыщения — сдвинется вверх.