П ОДГОТОВКА К ЕГЭ: П ОДГОТОВКА К ЕГЭ: РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ НА ФОТОЭФФЕКТ Волковская Любовь Александровна учитель физики МБОУСОШ 27 ст. Старотитаровская, Темрюкский район, Краснодарский край.

С ОДЕРЖАНИЕ ПРЕЗЕНТАЦИИ : 1 раздел. Теория фотоэффекта 2 раздел. Графики зависимостей величин при фотоэффекте 3 раздел. Решение задач уровня А и В 4 раздел. Решение расчетных задач уровня С 2

Ф ОТОЭФФЕКТ. Т ЕОРИЯ. Фотоэффектом называется явление, состоящее в выбивании светом электронов, находящихся в металле. 3

З АКОНЫ ФОТОЭФФЕКТА І закон Величина фототока насыщения пропорциональна интенсивности светового потока. ІІ закон Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением частоты и не зависит от его интенсивности. ІІІ закон Для каждого вещества существует минимальная частота света, называемая красной границей фотоэффекта, ниже которой фотоэффект невозможен. 4

Ф ОРМУЛА Э ЙНШТЕЙНА ЗСЭ в явлении фотоэффекта : Энергия фотона расходуется на: 1) совершение работы выхода электронов с поверхности металла 2) сообщение электрону кинетической энергии 5

Н ЕОБХОДИМЫЕ УСЛОВИЯ, ПРИ КОТОРОМ ВОЗМОЖЕН ФОТОЭФФЕКТ 1. Вылета электронов нет. 2. Вылет электронов может наступить, но при кинетической энергии равной 0, где ν 1 – красная граница фотоэффекта. 3. Наблюдается вылет электронов обладающих кинетической энергией Если кинетическая энергия электронов не максимальная

Г РАФИКИ ЗАВИСИМОСТЕЙ ВЕЛИЧИН ПРИ ФОТОЭФФЕКТЕ 7

З АВИСИМОСТЬ СИЛЫ ФОТОТОКА ОТ ПРИЛОЖЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ. Чем выше расположен график, тем больше ток насыщения, тем больше интенсивность падающего света. Интенсивность падающего света пропорциональна числу электронов, вырванных из металла: - максимальное число фотонов - минимальное число фотонов 8

З АВИСИМОСТЬ МАКСИМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОНОВ ОТ ИНТЕНСИВНОСТИ ПАДАЮЩЕГО СВЕТА 9 Максимальная кинетическая энергия электронов Е к > 0 не зависит от интенсивности падающего света.

З АВИСИМОСТЬ ЗАДЕРЖИВАЮЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ ОТ ЧАСТОТЫ ПАДАЮЩЕГО СВЕТА. 10 1) Точка пересечения ν min – красная граница фотоэффекта. 2) Угол наклона одинаков для всех графиков, при tg α= - h/e

З АВИСИМОСТЬ ЗАДЕРЖИВАЮЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ ОТ ДЛИНЫ ВОЛНЫ 11 График - гипербола, смещенная по оси абсцисс вниз Задерживающее напряжение - это напряжение при котором все выбитые из катода электроны тормозятся у анода, после чего возвращаются назад, - зависит от максимальной кинетической энергии, которую имеют вырванные светом электроны - не изменяется при изменении интенсивности света.

З АВИСИМОСТЬ МАКСИМАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ФОТОЭЛЕКТРОНОВ ОТ ЭНЕРГИИ ПАДАЮЩИХ НА ВЕЩЕСТВО ФОТОНОВ 12 График – ветвь параболы, смещенная по оси абсцисс вправо

П РЯМАЯ Э ЙНШТЕЙНА 13 График - прямая линия, точка пересечения с осью частот дает красную границу фотоэффекта

Р ЕШЕНИЕ ЗАДАЧ 14

З АДАЧА 1 Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта представляет собой применение к данному явлению закона сохранения 1. импульса 2. заряда 3. энергии 4. момента импульса 15 Уровень А (базовый)

З АДАЧА 2 При изучении фотоэффекта увеличили частоту излучения без изменения светового потока. При этом… 1) Увеличилось количество вылетающих из металла электронов 2) Увеличилась скорость вылетающих электронов 3) Увеличилась сила фототока насыщения 4) Увеличилась работа выхода электронов из металла Решение. Согласно II закону фотоэффекта при увеличении частоты света увеличится линейно связанная с частотой кинетическая энергия, соответственно и скорость. 16 Уровень А (базовый)

З АДАЧА 3 При фотоэффекте с увеличением длины волны падающего света работа выхода фотоэлектронов 1. уменьшается 2. увеличивается 3. не изменяется 4. увеличивается или уменьшается в зависимости от кинетической энергии фотоэлектронов Решение. Согласно II I закону фотоэффекта, каждому веществу соответствует Своя красная граница фотоэффекта. Запишем формулу для расчета работы выхода Следовательно, при увеличении длины волны, работа выхода уменьшается. 17 Уровень А (базовый)

З АДАЧА 4 При увеличением интенсивности света, падающего на фотокатод 1. уменьшается максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов 2. увеличивается число фотоэлектронов 3. увеличивается скорость фотоэлектронов 4. увеличивается работа выхода электронов Решение. По I закону фотоэффекта увеличение интенсивности света приводит к увеличению числа фотоэлектронов 18 Уровень А (базовый)

З АДАЧА 5 Какое (-ие) из утверждений справедливо (-ы)? А. Максимальная кинетическая теория фотоэлектронов линейно возрастает с частотой и не зависит от интенсивности света. Б. Максимальная кинетическая теория фотоэлектронов обратно пропорциональна частоте света и зависит от интенсивности света. 1) только А 2) только Б 3) и А, и Б 4) ни А, ни Б 19 Уровень А (базовый)

З АДАЧА 6 20 Уровень А (базовый) Одним из фактов, подтверждающих квантовую природу света, является внешний фотоэффект. Фотоэффект- это А. возникновение тока в замкнутом контуре или разности потенциалов на концах разомкнутого контура при изменении магнитного потока, пронизывающего контур. Б. выбивание электронов с поверхности металла под действием света. В. Взаимное проникновение соприкасающихся веществ вследствие беспорядочного движения составляющих их частиц. Какое (-ие) из утверждений справедливо (-ы)? 1) Только А 2) Только Б 3) Только В 4) А и В

З АДАЧА 7 В опытах по фотоэффекту взяли металлическую пластину с работой выхода 3,5 эВ и стали освещать ее светом с частотой. Затем частоту падающего света увеличили в 2 раза, а интенсивность падающего света оставили прежней. В результате этого максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов 1. увеличилась в 2 раза 2. не изменилась 3. увеличилась более чем в 2 раза 4. фотоэлектронов нет ни в первом, ни во втором случае Решение. 1. По уравнению Эйнштейна для фотоэффекта 2. Выразим в эВ: 3. Вычислим для 1 случая 4. Вычислим для 2 случая 5. Сравним 21 3 ۠ Гц Уровень А (повышенный)

З АДАЧА 8 В опытах по фотоэффекту взяли металлическую пластину с работой выхода и стали освещать ее светом с частотой. Затем частоту увеличили в 2 раза, оставив неизменным число фотонов, падающих на пластину за 1 с. В результате число фотоэлектронов, покидающих пластину за 1 с: 1. не изменилось 2. стало не равным нулю 3. увеличилось в два раза 4. увеличилось менее чем в 2 раза Решение. 1. По уравнению Эйнштейна для фотоэффекта 2. Вычислим энергию кванта и сравним с работой выхода:: 3.Т.е первоначальной энергии недостаточно, чтобы начался процесс выбивания электронов Ответ: ۠ Гц Уровень А (повышенный) 3, 4 ۠ Дж

З АДАЧА 9 На рисунке представлен график зависимости силы фототока в фотоэлементе от приложенного к нему напряжения. Если начать увеличивать частоту падающего на катод света ( при одинаковой интенсивности света). На каком из приведенных ниже графиков правильно показано изменение графика? (первоначальное состояние –пунктирная линия) 23 Уровень А (повышенный) Решение. Запишем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта через задерживающее напряжение : Выразим задерживающее напряжение, следовательно При увеличении частоты запирающее напряжение уменьшается, нижняя часть графика будет сдвигаться влево. Ответ: 1

2 способ решения: Интенсивность падающего света определяется отношением суммарной энергии падающих фотонов к интервалу времени и площади поверхности, на которую они падают С ростом частоты постоянная интенсивность излучения означает уменьшение числа фотонов. Т.е с увеличением частоты падает ток насыщения. Следовательно, уменьшается значение запирающего напряжения. 24 Уровень А (базовый)

З АДАЧА Уровень А (повышенный) На рисунке представлен график зависимости силы фототока в фотоэлементе от приложенного к нему напряжения. В случае увеличения интенсивности падающего света той же частоты график изменится. На каком из приведенных ниже графиков правильно показано изменение графика? Решение. Запишем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта через задерживающее напряжение : так как задерживающее напряжение не меняется, а увеличение интенсивности приводит к увеличению числа электронов, то, значение не изменяется, то график будет сдвигаться вверх. Ответ: 2

З АДАЧА 11 Слой оксида кальция облучается светом и испускает электроны. На рисунке показан график изменения максимальной энергии фотоэлектронов в зависимости от частоты падающего света. Какова работа выхода фотоэлектронов из оксида кальция? 1. 0,7 эВ 2. 1,4 эВ 3. 2,1 эВ 4. 2,8 эВ Решение. По графику определим численное значение По формуле для работы выхода Переводим Дж в эВ 26 Уровень А (повышенный)

З АДАЧА 12 На рисунке представлен график зависимости максимальной кинетической энергии фотоэлектронов от частоты фотонов, падающих на поверхность катода. Какова работа выхода электрона с поверхности катода? 1) 1 эВ 2) 1.5 эВ 3) 2 эВ 4) 3,5 эВ 27 Решение. По уравнению Эйнштейна для фотоэффекта По графику находим, что при частоте равной 0, Уровень А (повышенный)

З АДАЧА Уровень В (базовый) К каждому элементу первого столбца подберите соответствующий элемент из второго и внесите в строку ответов выбранные цифры под соответствующими буквами Физическое явление Название явления А. Явление вырывания электронов из вещества под действие света 1) Внутренний фотоэффект Б. Явление вырывания электронов из вещества, при котором электроны остаются внутри него 2) Внешний фотоэффект АБ 21

З АДАЧА 14 Металлическую пластину освещали монохроматическим светом с длиной волны λ=500 нм одинаковой интенсивности. Что происходит с частотой падающего света, импульсом фотонов и кинетической энергией вылетающих электронов при освещении этой пластины монохроматическим светом с длиной волны λ=700 нм? К каждому элементу первого столбца подберите соответствующий элемент из второго и внесите строку ответов выбранные цифры под соответствующими буквами. 29 Физические величины Характер изменений А. частота падающего света 1) увеличится Б. импульс фотонов 2) уменьшится В. кинетическая энергия вылетающих электронов 3) не изменится АБВ 222 Уровень В (повышенный)

З АДАЧА Уровень В (повышенный) АБ 13

Р ЕШЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ЗАДАЧ, ИСПОЛЬЗУЯ КВАНТОВОЕ ДЕРЕВО 31

К ВАНТОВОЕ ДЕРЕВО 32 Уровень С Е кв рфсрфс ch/ λ hνhν Е 2 -Е 1 Е n = - 13,6 / n² = А вых p min c h ν min сh/ λ max + Е кин.мах m υ²/2 Be υ=mυ²/R υ=2πR/T 3/2 kT eU 3 U=Ed U=q/c c= εε 0 S/d р эл = mυ

З АДАЧА 15 Фотокатод освещается монохроматическим светом, энергия которого равна 4 эВ. Чему равна работа выхода материала катода, если задерживающее напряжение равно 1, 5 эВ? 33 Решение. Согласно уравнению Эйнштейна для фотоэффекта, по основной ветви Выразим работу выхода Вычислим: Уровень С

З АДАЧА 16 Фотоны, имеющие энергию 5 эВ, выбивают электроны с поверхности металла. Работа выхода электронов из металла равна 4,7 эВ. Какой импульс приобретает электрон при вылете с поверхности металла? Решение. Согласно уравнению Эйнштейна для фотоэффекта, кинетическая энергия фотоэлектронов равна,, импульс равен Следовательно, решая совместно уравнения получим: 34 Уровень С

З АДАЧА 17 При облучении металла светом с длиной волны 245 нм наблюдается фотоэффект. Работа выхода электрона из металла равна 2,4 эВ. Рассчитайте величину напряжения, которое нужно приложить к металлу, чтобы уменьшить максимальную скорость вылетающих фотоэлектронов в 2 раза. Решение. 1. Запишем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: или 2. Формулу для расчета работы электрического поля при описании движения фотоэлектрона: 3. Решим систему двух уравнений: Где υ 1 – скорость движения электронов после вырывания с поверхности металла, υ 2 – скорость движения электронов под влиянием электрического поля. 4. Решая совместно уравнения, получим: Ответ : U з = 2 В. 35 Уровень С

З АДАЧА 18 Фотокатод, покрытый кальцием (работа выхода 4,42 10 –19 Дж), освещается светом с длиной волны 300 нм. Вылетевшие из катода электроны попадают в однородное магнитное поле с индукцией 8,3 10 – 4 Тл перпендикулярно линиям индукции этого поля. Каков максимальный радиус окружности, по которой движутся электроны? 1. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: 2.Уравнение, связывающее на основе второго закона Ньютона силу Лоренца, действующую на электрон, с величиной центростремительного ускорения: 3. Решая систему уравнений Ответ : R 4,7 10 –3 м. Решение. 36 Уровень С

З АДАЧА 19 В вакууме находятся два электрода, к которым подключен конденсатор емкостью С = 4000 пФ. При длительном освещении одного электрода светом с длиной волны λ= 300 нм фототок между электродами, возникший вначале, прекращается, а на конденсаторе появляется заряд q = 5,5·10 -9 Кл. Какова работа выхода А вых электронов из вещества фотокатода? Емкостью системы электродов пренебречь. Решение. 1. Запишем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта или 2. Запишем равенство кинетической энергии электрона его энергии в электрическом поле конденсатора: формулу расчета электроемкости конденсатора: 3. Совместно решая уравнения : Ответ: 4,4· Дж. 37 Уровень С

З АДАЧА 20 Красная граница фотоэффекта для вольфрама равна 275 нм. Найти величину задерживающего напряжения, если вольфрам облучается фотонами, масса которых равна 1,2 · кг. 38 Решение. По уравнению Эйнштейна для фотоэффекта кинетическая энергия фотоэлектронов равна, Работа выхода равна Энергия фотона Следовательно, решая совместно уравнения получим: Ответ: 2,2 В Уровень С

З АДАЧА 21 Фотокатод, покрытый кальцием (работа выхода 4,42 10 –19 Дж), освещается светом с частотой ν. Вылетевшие из катода электроны попадают в однородное магнитное поле с индукцией 4 10 –4 Тл перпендикулярно линиям индукции этого поля и движутся по окружности максимального радиуса, равного 10 мм. Какова частота падающего света? 39 Решение:1. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: 2.Уравнение, связывающее на основе второго закона Ньютона силу Лоренца, действующую на электрон, с величиной центростремительного ускорения: 3. Выражаем скорость из 2) уравнения 4. Подставим в 1) уравнение 5. Выведем Ответ: Гц Уровень С

И СПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Мякишев Г.Я. Физика: Учебник для 11 кл. общеобразовательных учреждений. 2. ЕГЭ Физика:экзаменационные задания/М.Ю.Демидова, И.И. Нурминский. - М.: Эксмо, с. – (ЕГЭ. Федеральный банк экзаменационных материалов). 3. Е. Б. Колпакова. СОШ 2, с. Богучаны, Красноярский край. Издательский дом «Первое сентября». Физика г. 4. Фадеева А.А. ЕГЭ Физика: тематические тренировочные задания. –М. : Эксмо, – 112 с. (ЕГЭ. Тематические тренировочные задания). 5. О.Э. Родионова. Графические задачи по теме «Фотоэффект» Издательский дом «Первое сентября» Физика г. 17 стр. 40

С ПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ ! 41