1. В чём заключается явление фотоэффекта?
Фотоэффект — это явление, при котором под воздействием света с поверхности металла или другого вещества выбиваются электроны. Это явление открыто Генрихом Герцем в 1887 году и позже подробно изучено Альбертом Эйнштейном.
2. Почему в опыте для наблюдения фотоэффекта цинковую пластину необходимо зарядить отрицательно?
Зарядка цинковой пластины отрицательно необходима, потому что в фотоэффекте электроны, выбитые светом с поверхности материала, обладают кинетической энергией. Если пластина отрицательно заряжена, то образующиеся электроны будут отталкиваться от неё и двигаться к положительному электроду, что позволяет зафиксировать ток, возникающий в цепи.
3. Как можно объяснить процесс вырывания электронов с поверхности металла на основе волновой теории света?
Объяснение на основе волновой теории света: Согласно классической волновой теории, свет является колебанием электромагнитного поля, и его энергия распределяется равномерно по всему объему волны. Волновая теория не предсказывает, что энергия света зависит от его частоты, и не объясняет явление фотоэффекта, потому что для вырывания электрона требуется конкретная энергия, а не просто интенсивность света.
4. Сформулируйте законы фотоэффекта.
Закон первого: Частота света, вызывающего фотоэффект, должна быть не меньше определенной пороговой частоты для данного материала. Если частота света ниже пороговой, фотоэффект не наблюдается, независимо от интенсивности света. Закон второго: Энергия выбитых электронов пропорциональна частоте падающего света, а не его интенсивности. Чем выше частота света, тем больше энергия выбитых электронов. Закон третьего: Количество выбитых электронов пропорционально интенсивности света, при условии, что частота света больше пороговой.
5. Какие законы фотоэффекта не могут быть объяснены с позиций классической волновой теории?
Закон первого: Волновая теория предполагает, что свет может передавать свою энергию постепенно, но это не объясняет пороговой частоты, ниже которой фотоэффект не происходит. Закон второго: В соответствии с волновой теорией энергия света зависит от его интенсивности, а не от частоты. Однако в фотоэффекте энергия выбитых электронов зависит именно от частоты света, а не от его интенсивности. Закон третьего: Волновая теория не могла объяснить, почему количество выбитых электронов зависит от интенсивности света, при этом в фотоэффекте наблюдается зависимость от интенсивности при условии, что свет имеет достаточную частоту.
1. Изменится ли быстрота разрядки электрометра (см. рис. 145), если цинковую пластину заменить медной?
Если заменить цинковую пластину медной, быстрота разрядки электрометра изменится, потому что у меди работа выхода электронов больше, чем у цинка. Это означает, что фотоэлектроны будут вырываться из меди труднее, а значит, фотоэффект будет выражен слабее, и электрометр будет разряжаться медленнее.
2. На рисунке 148 представлены графики зависимости силы тока от напряжения. Приведённые графики характеризуют фотоэффект, возникающий на одном или на разных веществах? Ответ поясните.
Приведённые на рисунке 148 графики характеризуют фотоэффект, возникающий на разных веществах. Это видно по тому, что сила тока насыщения различается для разных кривых, что свидетельствует о разной интенсивности фотоэмиссии, связанной с различной работой выхода электронов для каждого вещества.
3. Используя график зависимости I(U) (см. рис. 147), ответьте на вопросы.
а) Как можно объяснить наличие тока в цепи при U = 0?
б) Почему при определённом значении напряжения сила тока перестаёт увеличиваться?
а) Наличие тока в цепи при нулевом напряжении можно объяснить тем, что фотоэлектроны, выбитые светом, имеют определённую начальную скорость. Даже при отсутствии внешнего напряжения часть из них достигает анода, создавая небольшой фототок.
б) Сила тока перестаёт увеличиваться при достижении определённого напряжения, потому что все выбитые фотоэлектроны уже достигают анода. Это состояние называется током насыщения, и дальнейшее увеличение напряжения не приводит к росту тока, так как большее количество электронов выбить нельзя.
4. Почему сила тока насыщения для данного металла может иметь разные значения?
Сила тока насыщения для данного металла может иметь разные значения в зависимости от интенсивности падающего света. Чем больше световой поток, тем больше фотоэлектронов выбивается с поверхности металла, следовательно, возрастает ток насыщения.