Задачи егэ по теме фотоэффект

Пройти тестирование по этим заданиям
Вернуться к каталогу заданий

Версия для печати и копирования в MS Word

Пройти тестирование по этим заданиям

В сегодняшней статье нашей традиционной рубрики «физика» разбираем задачи на фотоэффект.

Подпишитесь на наш телеграм и не пропускайте важные новости. А на втором канале ищите скидки и приятные бонусы для клиентов.

Задачи на фотоэффект с решениями

Прежде чем приступать к решению задач, напоминаем про памятку и формулы. Эти материалы пригодятся при решении задач по любой теме.

Задача на фотоны и фотоэффект №1

Условие

Найти энергию фотона ε (в Дж) для  электромагнитного излучения с частотой ϑ=100·1014Гц.

Решение

Это типичная задача на энергию фотона. Применим формулу:

ε=hcλ=hϑ

Здесь h — постоянная Планка. Произведем расчет:

ε=6,63·10-34·10·1014=6,63·10-18Дж

Ответ: ε=6,63·10-18 Дж.

Задача на фотоны и фотоэффект №2

Условие

При фиксированной частоте падающего света в опытах №1 и №2 получены вольтамперные характеристики фотоэффекта (см. рис.). Величины фототоков насыщения равны I1 и I2, соответственно. Найти отношение числа фотоэлектронов N1 к N2 в этих двух опытах.

I1=13,5 мкАI2=10,6 мкА

Решение

Вольтамперная характеристика фотоэффекта показывает зависимость тока от напряжения между электродами. При выходе тока на насыщение все фотоэлектроны, выбитые из фотокатода, попадают на анод. Таким образом, величина тока насыщения пропорциональна числу фотоэлектронов. Тогда:

N1N2=I1I2=13,510,6=1,27

Ответ: 1,27.

Задача на фотоны и фотоэффект №3

Условие

На поверхность металла падают монохроматические лучи с длиной волны 0,1 мкм. Красная  граница фотоэффекта 0,3 мкм. Какая доля энергии фотона расходуется на сообщение электрону кинетической энергии? 

Решение

Энергия падающего фотона равна:

ε=hcλ

Далее для решения задачи примененим уравнение Эйнштейна для фотоэффекта, которое можно записать в виде:

hcλ=hcλ0+Eк

Отсюда найдем кинетическую энергию:

Eк=hcλ-hcλ0=hcλ0-λλλ0

Чтобы найти искомую долю, разделим кинетическую энергию на энергию фотона:

W=Eкε=hcλ0-λλhc·λλ0=λ0-λλ0=3·10-7-10-73·10-7=0,667

Ответ: W=0,667.

Задача на фотоны и фотоэффект №4

Условие

Максимальная энергия фотоэлектронов, вылетающих из металла при его освещении лучами с длиной волны 325 нм, равна Tтax=2,3·10-19Дж. Определите работу выхода и красную границу фотоэффекта. 

Решение

Формула Эйнштейна для фотоэффекта имеет вид:

hϑ=hcλ=A+Tmax

Отсюда работа выхода A равна:

A=hcλ-Tmax

Красная граница фотоэффекта определяется условием Tmax=0, поэтому получаем:

A=hcλ0λ0=hcA

Найдем:

A=6,63·10-34·3·1083,25·10-7-2,3·10-9=3,81·10-19 Дж

λ0=6,63·10-34·3·1083,81·10-19=520 нм

Ответ: A=3,81·10-19Дж; λ0=520 нм.

Задача на фотоны и фотоэффект №5

Условие

Наибольшая длина волны света λ0, при которой еще может наблюдаться фотоэффект на сурьме, равна 310 нм. Найдите скорость электронов, выбитых из калия светом с длиной волны 140 нм. 

Решение

Красная граница фотоэффекта определяется условием Tmax=0, поэтому для работы выхода получаем:

A=hcλ0

Формула Эйнштейна для фотоэффекта имеет вид:

hcλ=A+Tmax

Учитывая, что Tmax=mv2max2, определим максимальную скорость электронов при фотоэффекте:

vmax=2hcm1λ-1λ0

Произведем вычисления:

vmax=2·6,63·10-349,1·10-3111,4·10-7-13,1·10-7=1,3·106 мс

Ответ: 1,3·106 мс.

Вопросы с ответами на тему «Фотоны и фотоэффект»

Вопрос 1. В чем суть фотоэффекта?

Ответ. Фотоэффект — это явление «выбивания» электронов из вещества под действием света (электромагнитного излучения).

Вопрос 2. Что такое ток насыщения?

Ответ. Ток насыщения при фотоэффекте — максимальное значение фототока.

Вопрос 3. Что такое красная граница фотоэффекта?

Ответ. Это минимальная частота или максимальная длина волны света излучения, при которой еще возможен внешний фотоэффект.

Вопрос 4. Что такое работа выхода?

Ответ. Это минимальная энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы выбить его из металла.

Вопрос 5. Что такое квант?

Ответ. Неделимая порция какой-либо величины в физике.

Нужна помощь в решении задач и выполнении других типов заданий? Обращайтесь в профессиональный сервис для учащихся по любому вопросу.

Слайд 1

ФОТОЭФФЕКТ решение задач части 2 © ГБОУ СОШ № 591 Невского района Санкт-Петербурга Учитель: Григорьева Л.Н.

Слайд 3

Задача (М, Б. Демидова, В. А. Грибов, А. И. Гиголо ; 1000 задач с ответами и решениями. Физика., М., «Экзамен», 2020) № 17, стр. 222 Металлическую пластину освещают монохроматическим светом с длиной волны Каков максимальный импульс фотоэлектронов, если работа выхода электронов из данного металла Дж?

Слайд 4

Дано: м Дж Дж · с кг Решение 1) Максимальный импульс фотоэлектронов определяется их максимальной скоростью : 2) Запишем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов 3) Выразим скорость: 4 ) Максимальный импульс будет равен: справочные данные

Слайд 5

Подставим значения величин: Ответ:

Слайд 6

Задача (М, Б. Демидова, В. А. Грибов, А. И. Гиголо ; 1000 задач с ответами и решениями. Физика., М., «Экзамен», 2020) № 20, стр. 222 При увеличении в 2 раза частоты света, падающего на поверхность металла, запирающее напряжение для фотоэлектронов увеличилось в 3 раза. Первоначальная частота падающего света была равна Гц. Какова длина волны, соответствующая «красной границе» фотоэффекта для этого металла?

Слайд 7

Дано: м/с Решение Запишем уравнение для фотоэффекта: Кинетическая энергия фотоэлектронов определяет запирающее напряжение: При изменение частоты падающего света «красная граница» фотоэффекта ( ) не изменяется. Поэтому для ситуации в задаче можно записать: e

Слайд 8

Решим систему полученных уравнений: разделим первое уравнение на второе Подставим значения величин: м Ответ : м

Слайд 9

Задача (М, Б. Демидова, В. А. Грибов, А. И. Гиголо ; 1000 задач с ответами и решениями. Физика., М., «Экзамен», 2020) № 24, стр. 223 Фотокатод облучают светом с длиной волны . Красная граница фотоэффекта для вещества фотокатода . Какое напряжение нужно создать между анодом и катодом, чтобы фототок прекратился?

Слайд 10

Дано: Кл Решение U : , Подставим значения величин: Ответ:

Слайд 11

Задача (М, Б. Демидова, В. А. Грибов, А. И. Гиголо ; 1000 задач с ответами и решениями. Физика., М., «Экзамен», 2020) № 32 , стр. 225 При облучении металлической пластинки квантами света с энергией 3 эВ из нее выбиваются электроны, которые проходят ускоряющую разность потенциалов Какова работа выхода , если максимальная энергия ускоренных электронов равна удвоенной энергии фотонов, выбивающих их из металла?

Слайд 12

Дано: Дж Кл Решение: Энергия падающих квантов, полученная электроном: Пройдя ускоряющую разность потенциалов в электрическом поле между катодом и анодом, электрон приобретает энергию Эта энергия равна сумме кинетической энергии электрона, полученной от фотона и потенциальной энергии , приобретенной после прохождения ускоряющей разности потенциалов: = по условию =

Слайд 13

Составим систему уравнений и решим ее: = 4) Вычисления : Дж Ответ: Дж

Слайд 14

Задача (М, Б. Демидова, В. А. Грибов, А. И. Гиголо ; 1000 задач с ответами и решениями. Физика., М., «Экзамен», 2020) № 3 5 , стр. 226 Фотокатод с работой выхода Дж освещается светом. Вылетевшие из катода электроны попадают в однородное магнитное поле с индукцией Тл перпендикулярно линиям индукции этого поля и движутся по окружностям. Максимальный радиус такой окружности 2 см. какова частота падающего света?

Слайд 15

Дано: Тл м Дж ·с кг Кл Решение По уравнению фотоэффекта: Скорость электронов, вылетевших из катода: В магнитном поле на движущийся электрон действует сила Лоренца: По второму закону Ньютона: , Объединим выражения для силы Лоренца:

Слайд 16

Выразим скорость электрона : Приравняем выражения для скорости: Возведем в квадрат левую и правую части полученного уравнения: Решим уравнение относительно : + Гц Ответ: Гц

Слайд 17

Задача (М, Б. Демидова, В. А. Грибов, А. И. Гиголо ; 1000 задач с ответами и решениями. Физика., М., «Экзамен», 2020) № 42 , стр. 227 Для разгона космических аппаратов и коррекции их орбит предложено использовать солнечный парус – скрепленный с аппаратом легкий экран большой площади из тонкой пленки, которая зеркально отражает солнечный свет. Какой должна быть площадь паруса S , чтобы аппарат массой 500 кг (включая массу паруса) имел ускорение ? Мощность W солнечного излучения, падающего на 1 м² поверхности, перпендикулярной солнечным лучам, составляет 1370 Вт/м².

Слайд 18

Дано: Решение По второму закону Ньютона сила, действующая на солнечный парус: При зеркальном отражении фотонов солнечного света происходит изменение их импульса: и — изменение импульса фотона и энергия фотона соответственно 3) ,

Слайд 19

Объединяем полученные уравнения: , отсюда Подставим значения величин: Ответ:

МБОУ Лицей №6

Тематическая подборка для подготовки к ЕГЭ

по теме:

 «ФОТОЭФФЕКТ»

                                                                                      
Составила учитель физики

                                                                       Михайлова
И.Г.

г.Воронеж,  2015г.

Тематическая подборка для подготовки к ЕГЭ

по теме: «ФОТОЭФФЕКТ»

Задания с выбором ответа.

А1.Во время фотоэффекта максимальный импульс
электронов, выбиваемых из металла, зависит от импульса фотонов согласно графику

              р_е
                                                        1) 1          2)
2            3) 3         4) 4

      р_ф

А2. Во время фотоэффекта максимальная
кинетическая энергия  фотоэлектронов, выбиваемых из металла, зависит от
импульса фотонов согласно графику                                       1)
1          2) 2            3) 3         4) 4

           Е_е

          р_ф

А3.В опыте Столетова задерживающее напряжение
зависит от импульса фотонов согласно графику                       1)
1          2) 2            3) 3         4)  

         U_з

          р_ф

А4.  Под действием монохроматического света на
металлической пластине идёт фотоэффект, при этом количество выбиваемых
электронов в единицу времени зависит от интенсивности падающего света  согласно
графику 

                          
1)1      2)2     3)3      4)4    

             N       

                     I

А5.  Под действием монохроматического света на
металлической пластине идёт фотоэффект, при этом задерживающее напряжение
зависит от интенсивности падающего света  согласно графику 

                                                                           
1)1        2)2       3)3       4)4                         

           U_з

          I

А6.  Под действием монохроматического света на
металлической пластине идёт фотоэффект, при этом задерживающее напряжение
зависит от интенсивности падающего света  согласно графику 

                                                                          
1)1         2)2         3)3        4)4                          

          I_нас

          I

А7.Во время фотоэффекта зависимость импульса
падающих на металлическую пластину фотонов от максимального импульса выбитых
электронов показана на графике

                                                                       1) 1         
2) 2            3) 3         4) 4

         р_ф

                                                   
    р_е

А8. Во время фотоэффекта максимальная
кинетическая энергия  фотоэлектронов, выбиваемых из металла, зависит от частоты
падающего излучения согласно графику                            1) 1         
2) 2            3) 3         4) 4

Е_е

          _ν 

А9.На металлической пластине идёт фотоэффект.
Задерживающее напряжение фотоэффекта зависит от частоты излучения согласно
графику                                                       

                                                      
1) 1          2) 2            3) 3         4) 4

             U_з

          _ν 

А10.Если поочерёдно освещать поверхность металла
излучением с длинами волн 350нм и 540нм, то максимальные скорости
фотоэлектронов отличаются в два раза. Это означает, что работа выхода
электронов из металла равна

1) 2*10^-19Дж;                
      2)2,5*10^-19Дж;               3) 3*10^-19Дж;          

4) 3,3*10^-19Дж;                   
5) 3,5*10^-19Дж.

А11.На сколько герц изменилась частота падающего
на фотокатод излучения, если разность задерживающих напряжений составляет
4,14В?

1)10¹³
Гц;        2)  10¹⁴ Гц;          3) 10¹⁵ Гц;           
4) 10¹⁶ Гц;              5) 10¹⁷ Гц.

А12.Красная граница фотоэффекта для некоторого
металла равна 0,5мкм. При какой частоте падающего света оторвавшиеся с его
поверхности электроны будут полностью задерживаться потенциалом в 3,0В?

1)10¹⁴
Гц;        2) 5*10¹⁴ Гц;          3) 10¹⁵ Гц;           
4) 5*10¹⁶ Гц;             

5) 10¹⁶
Гц.

А13.Какую скорость приобретают вырванные из калия
электроны при облучении его фиолетовым светом с длиной волны 0,42 мкм, если
работа выхода электронов из калия равна 2эВ?

1)1,5*10⁵м/с;       
2) 5,6*10⁵м/с;       3) 8*10⁵м/с;      4) 1,5*10⁶м/с;   

 5) 5,5*10⁶м/с.

А14.Металлическая пластина, работа выхода для
которой равна 4,7эВ, освещена излучением с длиной волны 180нм. Какой
максимальный импульс передаётся пластине при вырывании электрона (m_е=9,1*10^-31кг).

1) 7*10^-25кг*м/с;        
  2) 3*10^-25кг*м/с;               3) 10^-25кг*м/с;         
       

  4) 8*10^-26кг*м/с;                             
5) 6*10^-26кг*м/с.

А15.При облучении металла светом с длиной волны
500нм фотоэлектроны задерживаются разностью потенциалов 1,2В. Какова
задерживающая разностью потенциалов при облучении металла светом с длиной волны
400нм?

1) 1,3В;           
2) 1,4В;             3) 1,6В;                  4) 1,7В;                       
5) 1,8В

А16.Кинетическая энергия фотоэлектрона,
вылетевшего с поверхности металла под действием фотона, равна Е. Энергия этого
фотона при фотоэффекте

1) больше
Е;                 2) меньше Е;                 3) равна Е;    

 4) может быть больше
или меньше Е в зависимости от условий.

А17.При освещении катода вакуумного фотоэлемента
потоком монохроматического света происходит освобождение фотоэлектронов. Как
изменится максимальная энергия вылетевших фотоэлектронов при увеличении частоты
падающего света в 3 раза?

1) увеличится в 3
раза;   2) не изменится;   3) увеличится более чем в 3 раза;

4) увеличится менее
чем в 3 раза.

А18.На пластину из никеля падает электромагнитное
излучение, энергия фотонов которого равна 9эВ. При этом в результате
фотоэффекта из пластины вылетают электроны с максимальной энергией 4эВ. Чему
равна  работа выхода электронов из никеля?

1)13эВ;                     
2) 9эВ;                                 3)5эВ;                        4) 3эВ.

А19.Если скорость фотоэлектронов, выбиваемых
светом с поверхности катода, при увеличении частоты света увеличивается в 3
раза, то запирающий потенциал в данной установке должен

1) увеличится в 9
раз;     2) уменьшится в 9 раз;      3) увеличится в 3 раза;          4)
уменьшится в 3 раза.

А20.Фотоэффектом называется

1) увеличение
температуры проводника с ростом сопротивления;

2) движение лёгкой
вертушки при освещении её лепестков;

3) появление разности
потенциалов между освещённой и тёмной сторонами металлической пластины;

4) электризация
металлов под действием света.

А21. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта
представляет собой применение к данному явлению

1) закона сохранения
импульса;

2) закона сохранения
энергии;

3) закона сохранения
заряда;

4) закона сохранения
момента импульса.

А22. Красная граница фотоэффекта для лития равна
540нм. Максимальная скорость вылета электронов 10⁶м/с. Частота
света, которым освещается катод, равна

1)1,32*10¹⁵
Гц;       2) 1,24*10¹⁵ Гц;         3) 1,08*10¹⁵
Гц;           4) 1,67*10¹⁴ Гц.

А23. Красную границу фотоэффекта определяет

1) частота падающего
света;

2) свойства вещества
фотокатода;

3) интенсивность
падающего света;

4)длина волны
падающего света.

А24. Определите задерживающую разность потенциалов
для фотоэлектронов, выбиваемых светом с поверхности калия (А_в = 2эВ)
при его освещении светом с частотой 9*10¹⁴Гц

1) 0,3В;           
2) 1,2В;             3) 1,7В;                  4) 2,1В.                        

А25. От чего зависит кинетическая энергия
фотоэлектронов, выбиваемых из металла при фотоэффекте? А: от частоты падающего
света;

                                              
Б:  от интенсивности падающего света;

                       
                       В: от работы выхода электронов из металла.

Правильными являются
ответы

1) только Б;                 2)
А       3) А и В;                4) А, Б и В.

А26. Поверхность металла освещается светом, длина
волны которого меньше, чем красная граница фотоэффекта. При увеличении
интенсивности света

1)   
фотоэффект происходить не
будет при любой интенсивности света;

2)   
будет увеличиваться
количество фотоэлектронов;

3)   
будет увеличиваться
энергия фотоэлектронов;

4)   
будет увеличиваться
энергия и количество фотоэлектронов.

А27. Поверхность металла освещается
монохроматическим светом одинаковой интенсивности: сначала красным, потом
зелёным, затем синим. В каком случае максимальная кинетическая энергия
фотоэлектронов была наибольшей?

1) при освещении
красным светом;

2)  при освещении
зелёным светом;

3)  при освещении
синим светом;

4) во всех случаях
одинаковая.

А28.Какое из уравнений служит для вычисления
работы выхода электронов из металла в результате фотоэффекта?

1) А = hν – Е_к    2) А = Е_к — hν               
     3)  А = Е_к + hν              4) А = Е_к/hν  

А29. Незаряженный, изолированный от других тел
металлический шар облучается ультрафиолетовым светом. Заряд какого знака будет
иметь шар в результате фотоэффекта?

1)
положительный;         2) отрицательный;

3) шар останется
нейтральным;

4) знак заряда может
быть любым.

А30. Интенсивность света, падающего на
металлическую пластину, уменьшается, а частота – увеличивается. Число
фотоэлектронов, покидающих пластину в единицу времени, будет

1) увеличиваться;                        2) 
уменьшаться;

3) оставаться
прежним;

4) сначала
увеличиваться, затем уменьшаться.

А31. Как изменится работа выхода электронов из
металла при увеличении энергии квантов падающего на него света с 3эВ до 5эВ?

1) увеличится на 2эВ;

2) увеличится на 3эВ;

3) увеличится на 5эВ;

4) не изменится.

А32. Как изменится минимальная частота, при которой
возникает фотоэффект, если пластине сообщить отрицательный заряд?

1)   
не изменится;      2)
увеличится;        3) уменьшится;

4)увеличится или уменьшится в зависимости от рода вещества.

А33. При изучении фотоэффекта поверхность металла
освещают светом с известной частотой, превышающей красную границу фотоэффекта,
и измеряют энергию вылетевших электронов. Насколько увеличится максимальная
кинетическая энергия фотоэлектронов при увеличении частоты света на 5*10¹⁴Гц?

1) 1,6*10^-19Дж; 
  2) 2*10^-19Дж;    3) 3,3*10^-19Дж;      4) 6,6*10^-19Дж. 

А34. Поверхность металла освещается светом,
энергия фотонов которого 9эВ. Работа  выхода электронов из металла в 3 раза
меньше, чем энергия фотонов. Чему равна максимальная кинетическая энергия
фотоэлектронов, вылетевших из металла при фотоэффекте?

1) 9эВ;            
2) 2эВ;              3) 3эВ;                   4) 6эВ.

А35. Поверхность металла освещается светом,
энергия фотонов которого 9эВ. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов,
вылетевших из металла при фотоэффекте в 3 раза меньше, чем энергия фотонов.
Чему равна работа  выхода электронов из металла?

1) 9эВ;            
2) 2эВ;              3) 3эВ;                   4) 6эВ.

А36.При облучении металла зелёным светом
наблюдается явление фотоэффекта. Фотоэффект для данного материала будет
наблюдаться и при облучении его

1)   
жёлтым светом; 2)красным
светом; 3) оранжевым светом;

4)ультрафиолетовым излучением.

А37. При уменьшении угла падения α на плоский
фотокатод монохроматического излучения с неизменной длиной волны λ  максимальная
кинетическая энергия фотоэлектронов

1)   
возрастает;        2)
уменьшается;       3) не изменяется;

4) возрастает при λ больше 500нм и уменьшается при λ меньше 500нм.

А38. Красная граница фотоэффекта исследуемого
металла 800нм. При освещении этого  металла светом с длиной волны λ
максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, вылетевших из него в 4 раза
меньше, чем энергия падающего света. Какова длина волны λ падающего света?

1) 200нм;          2)
400нм;                    3) 600нм;              4)3200нм.

А39. Длина волны  падающего света на металл 600нм. Максимальная
кинетическая энергия фотоэлектронов, вылетевших из него в 4 раза меньше, чем
энергия падающего света. Какова красная граница фотоэффекта исследуемого
металла?

1) 400нм;          2)
450нм;                    3) 800нм;              4)2400нм.

А40. Красная граница фотоэффекта исследуемого
металла 800нм. Металл освещается светом с длиной волны 600нм. Найдите отношение
энергии падающего света к кинетическая энергия фотоэлектронов, вылетевших из
него.

1)
3/4                       2) 4/3                           3)
3                        4) 4

А41.Металла освещается  светом, энергия
которого 12эВ. Определите  работу  выхода электронов из металла, если известно,
что она в 3 раза больше максимальной кинетической энергии фотоэлектронов.

1) 3эВ;               
2) 4эВ;              3) 6эВ;                4) 9эВ.

А42. Металла освещается  светом. Максимальная
кинетическая энергия фотоэлектронов составляет 4,2 *10^-19Дж, работа  выхода
электронов из металла 9*10^-19Дж. Определите длину волны  падающего
света.

1) 150нм;                   
2)   300нм;              3)  600нм;                 4) 1200нм.

А43. Металла освещается  светом, энергия
которого 12эВ. Определите  максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов,
если известно, что она в 2 раза больше работы выхода электронов из металла.

1)
4эВ;                2) 6эВ;              3) 8эВ;                4) 12эВ.

А44. . Длина волны  падающего света на
металл 600нм. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов составляет 5,2
*10^-19Дж. Определите работу  выхода электронов из металла.

1) 7*10^-19Дж;         
2) 8*10^-19Дж;         3) 9*10^-19Дж;        4) 11*10^-19Дж; 

А45. Длина волны  падающего света на металл 600нм. Работа
 выхода электронов из металла составляет 6,2 *10^-19Дж. Определите максимальную
кинетическую энергию фотоэлектронов.

 1) 7*10^-19Дж;         
2) 8*10^-19Дж;         3) 9*10^-19Дж;        4) 11*10^-19Дж.

А46. Металла освещается  светом, энергия
которого 5,3*10^-19Дж. Максимальная кинетическая энергия
фотоэлектронов составляет 2*10^-19Дж. Какой длине волны соответствует
красная граница фотоэффекта этого металла?

1) 150нм;                   
2)   300нм;              3)  600нм;                 4) 1200нм.

А47. Металл освещается  светом. Максимальная
кинетическая энергия фотоэлектронов составляет 2,7*10^-19Дж, красная
граница фотоэффекта

соответствует 600нм.
Определите энергию падающего света.

1) 3,3*10^-19Дж;         
2) 6*10^-19Дж;         3) 5,4*10^-19Дж;        4) 7*10^-19Дж.

А48. Уменьшение длины волны вызывающего
фотоэффект фотона  на 1% ведёт к увеличению максимальной скорости выбитого
электрона на 1%. В такой ситуации отношение работы  выхода электронов к энергии
фотона равно

1) 0,5    2) 0,75    
3) 0,95       4) не может быть, такая ситуация неосуществима.

А49. Уменьшение длины волны вызывающего фотоэффект
фотона  на 1% ведёт к увеличению максимальной скорости выбитого электрона на
0,1%. В такой ситуации отношение работы  выхода электронов к энергии фотона
равно

1) 0,5    2) 0,75    
3) 0,95       4) не может быть, такая ситуация неосуществима.

А50. Уменьшение длины волны вызывающего фотоэффект
фотона  на 1% ведёт к увеличению максимальной скорости выбитого электрона на
10%. В такой ситуации отношение работы  выхода электронов к энергии фотона
равно

1) 0,5    2) 0,75    
3) 0,95       4) не может быть, такая ситуация неосуществима.

А51.Увеличение частоты вызывающего
фотоэффект фотона  на 1% ведёт к увеличению максимальной скорости выбитого
электрона на 2%. В такой ситуации отношение работы  выхода электронов к энергии
фотона равно

1) 0,5    2) 0,75    
3) 0,9       4) не может быть, такая ситуация неосуществима.

А52.Увеличение частоты вызывающего
фотоэффект фотона  на 1% ведёт к увеличению максимальной скорости выбитого
электрона на 0,2%. В такой ситуации отношение работы  выхода электронов к
энергии фотона равно

1) 0,5    2) 0,75    
3) 0,9       4) не может быть, такая ситуация неосуществима.

А53.Увеличение частоты вызывающего
фотоэффект фотона  в 1,1 раза ведёт к увеличению максимальной скорости выбитого
электрона в 1,1 раза. В такой ситуации отношение работы  выхода электронов к
энергии фотона равно

1) 0,5    2) 0,75    
3) 0,9       4) не может быть, такая ситуация неосуществима.

А54

А55

А56

57

58

59

60

61

Задания с кратким ответом.

В1. Красная граница фотоэффекта для металла равна
0,5мкм. При какой частоте света оторвавшиеся с его поверхности электроны
полностью задерживаются электрическим полем с потенциалом 3,0В. Полученный
результат умножьте на 10^-14 и округлите до целых.

В2. При освещении ультрафиолетовым светом с
частотой 10¹⁵Гц металлического проводника с работой выхода 3,11эВ
выбиваются электроны. Чему равна максимальная скорость выбитых электронов?
Ответ округлите до одной значащей цифры и умножьте на 10^-5.

В3.При облучении катода светом с частотой 1,1*10¹⁵Гц
фототок прекращается при напряжении 1,65В. Чему равна красная граница
фотоэффекта для данного металла?  Ответ округлите до целых и  умножьте на 10^-13.

В4. Если поочерёдно освещать поверхность металла
излучением с частотой 350нм и 540нм, то максимальная скорость выбитых
электронов отличается в 2 раза. Определите работу  выхода электронов из
металла, выразив её в эВ.

В5. Фотокатод покрытый кальцием ( А = 4,42 *10^-19Дж
) освещается светом с частотой  2*10¹⁵Гц. Вылетевшие из катода
электроны попадают в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям магнитной
индукции и движутся по окружности радиусом  10мм. Чему равна индукция магнитного
поля? Ответ выразите в миллитеслах и округлите до одного знака после запятой.

В6. При облучении катода светом с частотой 10¹⁵Гц
металлического проводника с работой  выхода электронов из металла 3эВ
выбиваются электроны. Чему равна максимальная кинетическая энергия
фотоэлектронов? Ответ округлите до целых и  умножьте на 10^-19.

В7. Излучение с длиной волны 0,3мкм падает на
металлическую пластину. Красная граница фотоэффекта исследуемого металла 4,3*10¹⁴Гц.
Найдите в эВ кинетическую энергию фотоэлектронов фотоэлектронов и округлите до
сотых.

В8. Найдите длину волны света, при которой
способен выбить с максимальной кинетической энергией фотоэлектронов 2эВ, работа
 выхода электронов из металла  1,89эВ. Округлите результат до сотых и
выразиться в эВ.

В9

В9

В9

В9

Задания с развёрнутым ответом.

С1. В вакууме находятся две покрытые кальцием
пластины,  которым подключён конденсатор ёмкостью 8000пФ. При длительном
освещении одной из пластин светом фототок, возникший вначале, прекращается, а
на конденсаторе появляется заряд 11*10^-11Кл. Определите длину волны
света, освещающего пластину. ( А_в = 4,42 *10^-19Дж )

С2. В вакууме находятся две покрытые кальцием
пластины,  которым подключён конденсатор ёмкостью С. При длительном освещении
пластин светом  с частотой 10¹⁵ Гц возникший вначале ток
прекращается, а на конденсаторе появляется заряд 11*10^-11Кл.
Определите длину волны света, освещающего пластину. ( Ав = 4,42 *10^-19Дж
)

С3. Фотон с длиной волны 2*10^-5см
выбивает электрон из металлической пластины в сосуде, из которого откачен
воздух. Работа  выхода электронов из металла 3эВ. Электрон разгоняется постоянным
электрическим полем до энергии равной ионизации атома водорода (13,6эВ), и
ионизирует атом. Какую минимальную энергию будет иметь протон, возникающий   в
результате ионизации. Начальная скорость протона равна 0.

С4. Фотон с длиной волны ,соответствующей красной
границе фотоэффекта, выбивает электрон из металлической пластины в сосуде, в
котором находится водород. Электрон разгоняется постоянным электрическим полем
и ударяется о катод ( Ав = 4,42 *10^-19Дж ). Во сколько раз 
импульс протона  Начальная скорость протона равна 0.

С5. Фотон с длиной волны, соответствующей красной
границе фотоэффекта, выбивает электрон из катода в сосуде, из которого откачен
воздух и впущено небольшое количество водорода. Электрон разгоняется постоянным
электрическим полем до энергии ионизации атома водорода 13,6эВ, и ионизирует
атом. Возникший протон ускоряется имеющимся электрическим полем и ударяется о
катод. Во сколько раз импульс, передаваемый катоду протоном, больше
максимального импульса электрона, ионизирующего атом? Начальную скорость
протона считать равной нулю, удар абсолютно неупругим.



Решение задач «Фотоэффект»

Рассмотрены задачи третьей части ЕГЭ по физике, включающие законы фотоэффекта и теории электрического поля. Приведены примеры различных задач экзаменов прошлых лет и их подробные решения.

Вы уже знаете о суперспособностях современного учителя?

Тратить минимум сил на подготовку и проведение уроков.

Быстро и объективно проверять знания учащихся.

Сделать изучение нового материала максимально понятным.

Избавить себя от подбора заданий и их проверки после уроков.

Наладить дисциплину на своих уроках.

Получить возможность работать творчески.

Решение задач на использование законов фотоэффекта (подготовка к ЕГЭ)

Кучерявенко Владимир Николаевич

учитель физики МКОУ «Нижнесмородинская средняя общеобразовательная школа»

Поныровского района Курской области

Цель занятия: — повторить законы фотоэффекта и уравнение Эйнштейна для фотоэффекта; — познакомиться с различными типами задач по фотоэффекту; — подробно разобрать решение различных по уровню сложности экзаменационных задач, соответствующих демоверсии КИМ ЕГЭ по физике 2020 года.

План занятия:

1. Повторение законов фотоэффекта и уравнения Эйнштейна.

2. Применение полученных знаний на практике:

• решение качественных и графических задач на использование законов фотоэффекта;
• решение расчётных задач на применение уравнения фотоэффекта;
• решение комбинированных задач.

Фотоэффект

Фотоэффектом называется явление выбивания электронов из вещества под действием света.

Первый закон фотоэффекта

Количество фотоэлектронов, выбиваемых светом с поверхности металла за 1 с, прямо пропорционально поглощаемой за это время энергии световой волны.

ν 1 = ν 2

Второй закон фотоэффекта:

Кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света не зависит от интенсивности падающего света.

Третий закон фотоэффекта

Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т. е. существует наименьшая частота  min , ниже которой фотоэффект не возможен .

Уравнение Эйнштейна

hν = A +

•  

Энергия фотона расходуется на:

• совершение работы выхода электрона с поверхности металла

• сообщение электрону кинетической энергии

Типы задач на фотоэффект

1) Качественные задачи на применение законов фотоэффекта;

2) Качественные графические задачи;

3) Расчётные задачи с использованием уравнения Эйнштейна;

4) Комбинированные расчётные задачи.

Решение качественных задач на применение законов фотоэффекта

Задача 1 (базовый уровень)

При увеличением интенсивности света, падающего на фотокатод

• уменьшается максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов
• увеличивается число фотоэлектронов
• увеличивается скорость фотоэлектронов
• увеличивается работа выхода электронов

Решение. По ‌ I закону фотоэффекта увеличение интенсивности света приводит к увеличению числа фотоэлектронов.

Правильный ответ: 2

Задача 2 (базовый уровень)

При изучении фотоэффекта увеличили частоту излучения без изменения светового потока. При этом…

• Увеличилось количество вылетающих из металла электронов
• Увеличилась скорость вылетающих электронов
• Увеличилась сила фототока насыщения
• 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.

Правильный ответ: 2

Задача 3 (базовый уровень)

При фотоэффекте с увеличением длины волны падающего света работа выхода фотоэлектронов

• уменьшается
• увеличивается
• не изменяется
• увеличивается или уменьшается в зависимости от кинетической энергии фотоэлектронов

Решение. Согласно II ‌ I ‌ закону фотоэффекта, каждому веществу соответствует своя красная граница фотоэффекта. Следовательно, при увеличении длины волны, работа выхода не изменяется.

Правильный ответ: 3

Задача 4 (повышенный уровень)

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=700нм? К каждому элементу первого столбца подберите

соответствующий элемент из второго и внесите строку ответов выбранные

цифры под соответствующими буквами.

Физические величины Характер изменений

А. частота падающего излучения 1) увеличивается

Б. импульс фотонов 2) уменьшается

В. кинетическая энергия вылетающих 3) не изменяется

электронов

Решение задачи на следующем слайде

Задача 4 (решение)

А . Частота падающего света уменьшается, т.к.

•  

ν = с/λ

Б. Импульс фотонов уменьшается, т.к. p = h/λ

В. Кинетическая энергия вылетающих электронов уменьшается, т.к. Е кин = – А

Правильный ответ:

Решение качественных графических задач на применение законов фотоэффекта

Задача 5 (базовый уровень)

•  

На рисунке представлен график

зависимости максимальной

кинетической энергии фотоэлектронов от

частоты фотонов, падающих на

поверхность катода. Какова работа выхода

электрона с поверхности катода?

• 1 эВ
• 1,5 эВ
• 2 эВ
• 3,5 эВ

Решение. По ‌ уравнению Эйнштейна для фотоэффекта

hν = A + кин По графику находим, что при частоте равной 0,

кин = -1,5 эВ Тогда А= — Е кин =-(-1,5 эВ)=1,5 эВ

Правильный ответ: 2

Задача 6 (базовый уровень)

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 ν min =0,510 15 Гц

По формуле для работы выхода А=hν min = 6,6210 –34 *0,510 15 =

=3,3110 -19 Дж 2,1 эВ

Правильный ответ: 3

Задача 7 (базовый уровень)

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 : hν = A + eU з

так как задерживающее напряжение не меняется , а увеличение

интенсивности приводит к увеличению числа электронов, то график

будет сдвигаться вверх.

Правильный ответ: 2

Решение расчётных задач с использованием уравнения Эйнштейна.

Е ф = А вых + Е кин ,

где Е ф = h ν , А вых = hν = , кин = .

Е ф = А вых + e U з , Е кин =еU з

Задача 8(повышенный уровень) Поток фотонов выбивает из металла фотоэлектроны, максимальная кинетическая энергия которых 10 эВ. Энергия фотонов в 3 раза больше работы выхода фотоэлектронов. Какова энергия фотонов?

Дано:

Решение:

•  

Е кин = 10 эВ

Согласно уравнению Эйнштейна для фотоэффекта Е ф = А вых + Е кин

Е ф = 3А вых

Т.к. Е ф = 3А вых , то А вых = , тогда имеем Е ф = + Е кин

_____________

Решаем уравнение относительно Е ф

Е ф -?

Е ф = Е кин = 15 эВ

Ответ: 15 эВ.

Задача 9(повышенный уровень) Фотокатод освещается монохроматическим светом , энергия которого равна 4эВ. Чему равна работа выхода материала катода, если задерживающее напряжение равно 1,5 В?

•  

Дано:

Е ф= 4 эВ=6,410 -19 Дж

Uз= 1,5 В

e =1,610 -19 Кл

____________

А вых -?

•  

Решение:

Согласно уравнению Эйнштейна для фотоэффекта Е ф = А вых + Е кин . Т.к. Е кин =еU з , то Е ф = А вых + еU з .

Выразим работу выхода

А вых = Е ф — еU з

Вычислим:

А вых = 6,410 -19 — 1,610 -19 *1,5 = 410 -19 (Дж)

Ответ: 410 -19 Дж

4

Задача 10(повышенный уровень) Металлическую пластину освещают монохроматическим светом с длиной волны λ= 531 нм. Какова максимальная скорость фотоэлектронов, если работа выхода электронов из данного металла А вых = 1,2 эВ.

Решение:

•  

Согласно уравнению Эйнштейна для фотоэффекта h ν = A вых +

Отсюда выразим скорость . Подставим и получим ответ : 6,310 5 м/с

•  

Дано:

=531 нм=5,3110 -7 м

А вых =1,2эВ =1,9210 -19 Дж

m e =9,110 -31 кг

h=6,6210 –34 Джс

с= 310 8 м/с

________________

— ?

Решение комбинированных расчётных задач с использованием уравнения Эйнштейна.

Задача 11(высокий уровень) 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 hν= А + Е кин

Кинетическая энергия

фотоэлектронов

Следовательно, решая совместно уравнения получим:

Вычислим: р= 310 -25 кгм/с

•  

Дано:

hν = 5 эВ=810 -19 Дж

А = 4,7 эВ=

=7,5210 -19 Дж

m e =9,110 -31 кг

_______________

p — ?

Задача 12(высокий уровень) 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?

Дано:

РЕШЕНИЕ:

•  

•  

Электрон в магнитном поле движется по окружности с ускорением a= . Вызвано силой Лоренца F=eB и в соответствии со 2-м законом Ньютона ma=F, тогда = . Решая систему уравнений , окончательно получим R=. Ответ: 4,710 -3 м

А= 4,42  10 –19  Дж

=300 нм=

= 310 -7 м

В= 8,3  10 –4  Тл

h=6,62 10 –34 Джс

с= 310 8 м/с

m e =9,110 -31 кг

_________________

R — ?

Задача 13(высокий уровень) Металлическая пластина облучается светом частотой 1,610 15  Гц. Вылетающие из пластины фотоэлектроны попадают в однородное электрическое поле напряжённостью 130 В/м, причём вектор напряжённости поля Е направлен к пластине перпендикулярно её поверхности. Определите работу выхода электронов из данного металла, если на расстоянии 10 см от пластины максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов равна 15,9 эВ.

Решение: Согласно уравнению Эйнштейна для фотоэффекта hν = A (1) . В электрическом поле на электрон действует сила, направленная противоположно вектору напряжённости, поэтому фотоэлектроны будут ускорятся и на расстоянии L их максимальная кинетическая энергия равна Ԑ= + еU (2). Т.к. поле однородно и напряжённость перпендикулярна пластине, то U=EL (3) . Решая систему уравнений (1), (2) и (3), находим hν= A + Ԑ — eEL . Отсюда A= hν — Ԑ + eEL =(6,62 10 –34 1,610 15 )/ 1,610 -19 -15,9 + 130= 3,7 эВ

•  

Ответ: 3,7 эВ

•  

Дано:

ν= 1,610 15 Гц

Е= 130 В/м

Ԑ= 15,9 эВ

L= 10 см=0,1 м

h=6,62 10 –34 Джс

______________

А — ?

Задача 14(высокий уровень) В вакууме находится два кальциевых электрода, к которым подключён конденсатор ёмкостью 4000 пФ. При длительном освещении катода светом фототок между электродами, возникающий в начале прекращается, а на конденсаторе появляется заряд 5,5 10 –9 Кл. «Красная граница» фотоэффекта для кальция λ max =450 нм. Определите частоту световой волны, освещающий катод. Ёмкостью системы электродов пренебречь.

Решение: Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: hν = A Е к . Работа выхода A= . Фототок прекращается, когда Е к =eU , где U – напряжение на конденсаторе. Заряд конденсатора

•  

•  

Дано:

С=4000 пФ= 410 –9  Ф

q= CU . В результате получаем:

q= 5,5 10 –9 Кл

ν= + . Подставив данные, получим 10 15  Гц. Ответ: ν 10 15  Гц

λ max =450 нм=4,510 –9 м

h=6,62 10 –34 Джс

с= 310 8 м/с

________________

ν — ?

Задача 15(высокий уровень) Электроны, вылетающие в положительном направлении оси Ох под действием света с катода фотоэлемента, попадают в электрическое и магнитное поля (см. рисунок). Какой должна быть частота падающего света ν, чтобы в момент попадания самых быстрых электронов в область полей действующая на них сила была направлена против оси Оу? Работа выхода для вещества катода 2,39 эВ, напряжённость электрического поля 310 2 В/м, индукция магнитного поля 10 -3 Тл. Оси Ох, Оу и Оz взаимно перпендикулярны.

F л или Е В (3). Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта определяет максимальную скорость фотоэлектрона: Е= 310 2 В/м hν = A вых + (4). Из (1) – (4) получаем: В= 10 -3 Тл ν Ответ: ν m e =9,110 -31 кг h=6,62 10 –34 Джс _______________ ν — ? » width=»640″

Решение задачи №15

Дано:

Решение: Модуль силы, действующей на электрон со стороны электр. поля Е, не зависит от скорости: F э = еЕ (1) , а модуль силы Лоренца прямо пропорционален скорости электрона: F л = е В (2). Чтобы электроны отклонялись в сторону, противоположную оси Оу, должно быть

•  

•  

А= 2,39 эВ= 3,824  10 –19  Дж

F э F л или Е В (3). Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта определяет максимальную скорость фотоэлектрона:

Е= 310 2 В/м

hν = A вых + (4). Из (1) – (4) получаем:

В= 10 -3 Тл

ν

Ответ: ν

m e =9,110 -31 кг

h=6,62 10 –34 Джс

_______________

ν — ?

Домашнее задание

• ФИПИ. Открытый банк заданий ЕГЭ физика: http:// 85.142.162.119/os11/xmodules/qprint/index.php?proj=BA1F39653304A5B041B656915DC36B38

• Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов. Интерактивные задачи по физике: http://school-collection.edu.ru/catalog/rubr/fb011676-b857-2653-941d-4dbaef589fa5/45269/?interface=themcol

Спасибо за внимание

Используемые источники:

• ФИПИ. Открытый банк заданий ЕГЭ физика: http:// 85.142.162.119/os11/xmodules/qprint/index.php?proj=BA1F39653304A5B041B656915DC36B38

• ЕГЭ. Физика. Типовые экзаменационные варианты. П/р

М.Ю. Демидовой. Национальное образование. Москва.

2016 г.

• В.Г. Ильин, Л.А. Микасон, Л.А. Солдатов. Как сдать ЕГЭ по

физике на 100 баллов. Ростов н/Д. Феникс, 2004 г.