Квантовая Физика — Задание 17 ЕГЭ по физике №00043090

Что тут происходит. Металлическую пластинку фотоэлемента освещают светом, и свет выбивает из неё электроны — это фотоэффект. Сначала свет пропускают через фильтр, который пропускает только ультрафиолет, потом — только зелёный свет. В каждом опыте измеряют запирающее напряжение — наименьшее тормозящее напряжение, при котором даже самые быстрые фотоэлектроны не долетают до второго электрода. Нужно понять, что стало с запирающим напряжением и с работой выхода.

Работа выхода. Это минимальная энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы он вырвался из металла. Она зависит только от того, какой это металл (и в каком состоянии его поверхность). Фотоэлемент в обоих опытах один и тот же, светофильтр меняет только свет, падающий на металл. Значит, работа выхода не изменилась. Цифра 3.

Запирающее напряжение. Ультрафиолет лежит за фиолетовым краем видимого спектра — у него длина волны короче, чем у зелёного света, а частота больше. Энергия фотона $E=h\nu=\dfrac{hc}{\lambda}$: у зелёного света фотоны слабее. По уравнению Эйнштейна для фотоэффекта энергия фотона идёт на выход электрона из металла и на его кинетическую энергию: $$h\nu=A_{\text{вых}}+E_{\text{к}\max}$$ Работа выхода прежняя, энергия фотона уменьшилась — максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов уменьшилась. Запирающее напряжение как раз гасит эту энергию: $eU_{\text{з}}=E_{\text{к}\max}$. Значит, модуль запирающего напряжения уменьшился. Цифра 2.

Проверим себя: если бы смена светофильтра меняла работу выхода, у одного металла было бы много разных «красных границ» фотоэффекта — по одной на каждый фильтр. А красная граница — свойство металла.