При поочередном освещении поверхности металла излучением с длинами волн λ1 = 350 нм и λ2 = 450 нм максимальные скорости фотоэлектронов, вылетающих из металла, отличаются в два раза. Определите работу выхода электрона из этого металла (в эВ)
от

1 Ответ

Дано:
- λ1 = 350 нм
- λ2 = 450 нм
- v1 / v2 = 2 (максимальные скорости фотоэлектронов)

Найти:
- работа выхода W (в эВ)

Решение:

Сначала переведем длины волн из нанометров в метры:
λ1 = 350 нм = 350 x 10^(-9) м  
λ2 = 450 нм = 450 x 10^(-9) м

Теперь найдем энергию фотонов для обеих длин волн. Энергия фотона E рассчитывается по формуле:

E = h * c / λ

где h - постоянная Планка (6.626 x 10^(-34) Дж·с),  
c - скорость света в вакууме (3.0 x 10^8 м/с).

Теперь рассчитаем энергии фотонов:

E1 = h * c / λ1 = (6.626 x 10^(-34) Дж·с) * (3.0 x 10^8 м/с) / (350 x 10^(-9) м)  
   ≈ 5.69 x 10^(-19) Дж

E2 = h * c / λ2 = (6.626 x 10^(-34) Дж·с) * (3.0 x 10^8 м/с) / (450 x 10^(-9) м)  
   ≈ 4.41 x 10^(-19) Дж

Теперь преобразуем эти значения в электронвольты, используя соотношение: 1 эВ = 1.6 x 10^(-19) Дж.

E1 (в эВ) = 5.69 x 10^(-19) Дж / (1.6 x 10^(-19) Дж/эВ)  
          ≈ 3.56 эВ

E2 (в эВ) = 4.41 x 10^(-19) Дж / (1.6 x 10^(-19) Дж/эВ)  
          ≈ 2.76 эВ

Теперь запишем уравнение для кинетической энергии электронов при освещении катода:

E1 = W + (1/2 * m * v1^2)  
E2 = W + (1/2 * m * v2^2)  

Из условия задачи известно, что v1 = 2 * v2, следовательно:

v1^2 = 4 * v2^2

Подставим это в уравнение для E1:

E1 = W + 2 * m * v2^2  

Теперь подставим значение E2:

E2 = W + (1/2 * m * v2^2)  

В результате можем выразить работу выхода W из этих уравнений:

W = E2 - (1/2 * m * v2^2)  
W = E1 - 2 * m * v2^2

Приравняем оба выражения для W:

E1 - 2 * m * v2^2 = E2 - (1/2 * m * v2^2)

Преобразуем уравнение:

E1 - E2 = (3/2) * m * v2^2

Теперь выразим m * v2^2 через E2:

m * v2^2 = (2/3)(E1 - E2)

Теперь подставим обратно:

W = E2 - (1/2 * (2/3)(E1 - E2))  
  = E2 - (1/3)(E1 - E2)  
  = E2 - (1/3)E1 + (1/3)E2  
  = (4/3)E2 - (1/3)E1  

Теперь подставим значения E1 и E2:

W = (4/3)(2.76) - (1/3)(3.56)  
  = (11.04/3) - (3.56/3)  
  = (11.04 - 3.56) / 3  
  = 7.48 / 3  
  ≈ 2.49 эВ

Ответ:
Работа выхода W ≈ 2.49 эВ
от