Катод фотоэлемента освещался монохроматическим светом с частотой ν = 1,5 · 1015 Гц. При увеличении частоты света на α = 30 % задерживающее напряжение возрастает на β = 50 %. Определите работу выхода электрона из катода
от

1 Ответ

Дано:
- ν = 1,5 · 10^(15) Гц (частота света)
- α = 30 % (увеличение частоты)
- β = 50 % (увеличение задерживающего напряжения)

Найти:
- Aвых (работу выхода электрона из катода в эВ)

Решение:

1. Найдем новую частоту света после увеличения на 30 %:

ν' = ν * (1 + α)  
где α = 0,30.

ν' = 1,5 · 10^(15) Гц * (1 + 0,30)  
    = 1,5 · 10^(15) Гц * 1,3  
    = 1,95 · 10^(15) Гц.

2. Теперь найдем новое задерживающее напряжение после увеличения на 50 %. Обозначим начальное задерживающее напряжение как Uз.

U'з = Uз * (1 + β)  
где β = 0,50.

U'з = Uз * 1,5.

3. Используем закон сохранения энергии для фотоэффекта:

K.E. = h * ν - Aвых,
где K.E. - максимальная кинетическая энергия электронов, равная e * Uз.

Для первой частоты:

K.E. = e * Uз = h * ν - Aвых
=> Aвых = h * ν - e * Uз.

Для второй частоты:

K.E.' = e * U'з = h * ν' - Aвых
=> Aвых = h * ν' - e * U'з.

4. Приравняем оба выражения для Aвых:

h * ν - e * Uз = h * ν' - e * U'з.

5. Перепишем уравнение:

h * ν - h * ν' = e * U'з - e * Uз.

6. Вынесем h и e за скобки:

h * (ν - ν') = e * (U'з - Uз).

7. Подставим значения:

ν = 1,5 · 10^(15) Гц.
ν' = 1,95 · 10^(15) Гц.
Разница напряжений:

U'з - Uз = 0,5 * Uз.

Подставляем это в уравнение:

h * (1,5 · 10^(15) - 1,95 · 10^(15)) = e * (0,5 * Uз).

8. Упрощаем:

h * (-0,45 · 10^(15)) = e * (0,5 * Uз).

9. Находим значение Uз:

Uз = - (h / (0,5e)) * (0,45 · 10^(15)).

Значения постоянных:
h = 6,63 x 10^(-34) Дж·с,
e = 1,6 x 10^(-19) Кл.

Подставим численные значения:

Uз = - (6,63 x 10^(-34) / (0,5 * 1,6 x 10^(-19))) * (0,45 · 10^(15)),
Uз = - (6,63 x 10^(-34) / (0,8 x 10^(-19))) * (0,45 · 10^(15)),
Uз = - (8,2875 x 10^(-15)) * (0,45 · 10^(15)),
Uз = - 3,73 В.

Теперь подставим значение Uз обратно в одно из уравнений для Aвых:

Aвых = h * ν - e * Uз,

Aвых = (6,63 x 10^(-34) Дж·с) * (1,5 · 10^(15) Гц) - (1,6 x 10^(-19) Кл) * (-3,73 В),

Aвых = 9,945 x 10^(-19) Дж + 5,968 x 10^(-19) Дж,
Aвых = 15,913 x 10^(-19) Дж.

Переведем работу выхода в электронвольты:

Aвых(eV) = Aвых / (1,6 x 10^(-19)),
Aвых(eV) = (15,913 x 10^(-19) Дж) / (1,6 x 10^(-19) Дж/eV)
          = 9,95 эВ.

Ответ:
Работа выхода электрона из катода Aвых ≈ 9,95 эВ.
от