Вариант 5

1. Катоды в современных фотоэлементах имеют сложное строение: на основной металл наносится тонкая пленка другого металла. Для чего это делается?

2. Если ток насыщения фотоэлемента увеличился в два раза, то как при этом изменилось число фотонов, поглощаемых фотокатодом в одну секунду?

3. Фотоэлектроны, вылетающие из металлической пластины, тормозятся электрическим полем. Пластина освещена светом, энергия фотонов которого равна 3 эВ. На рис. 10 приведена вольт-амперная характеристика. Определите работу выхода.

рис. 10

4. Найдите красную границу фотоэффекта для пластины, если работа выхода электронов из пластины равна 5,3 эВ.

5. На рис. 11 изображен график зависимости скорости фотоэлектронов от частоты падающего света. Найдите работу выхода фотоэлектронов.

рис. 11

6. Работа электрического поля при полном торможении фотоэлектронов в два раза больше работы выхода фотоэлектронов. Задерживающее напряжение равно 3 В. Определите частоту падающих фотонов.

7. Зависит ли действие фотонов на вещество: а) если изменится расстояние от вещества до источника излучения; б) от мощности источника.

8. В вакуумном фотоэлементе сила тока насыщения увеличилась в два раза. Как изменилось при этом количество фотонов, падающих на фотокатод за 1 секунду?

9. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, вылетающих из пластинки при ее освещении светом с длиной волны 450 нм, равна 1,28·10^–19 Дж. Какова красная граница фотоэффекта для данного вещества?

10. Работа выхода фотоэлектронов лития 2,3 эВ. Какой из графиков, представленных на рис. 12, 13, 14 наиболее точно соответствует зависимости максимальной кинетической энергии фотоэлектронов из лития от энергии падающих на металл фотонов?

рис. 12 рис. 13 рис. 14

11. На поверхность пластинки направлено излучение, частота которого 1,2·10¹⁵ Гц. Максимальная скорость фотоэлектронов 1000 км/с. Определите импульс падающих на пластинку фотонов.

12. Рентгеновская трубка, работающая под напряжением 50 кВ и потребляющая ток 1 мА, излучает в секунду 2·10¹³ фо-тонов со средней длиной волны 10^–10 м. Рассчитайте КПД трубки.

13. Из волновой теории света известно, что скорость света в веществе меньше, чем скорость света в вакууме. Не противоречит ли это утверждению квантовой гипотезы о том, что фотон всегда движется со скоростью света в вакууме С=3·10⁸ м/с?

14. Можно ли считать фотон материальным объектом, ведь его масса покоя равна нулю?

15. При освещении вакуумного фотоэлемента желтым светом с длиной волны 600 нм он заряжается до разности потенциалов 1,2 В. До какой разности потенциалов зарядится фотоэлемент при освещении его фиолетовым светом длиной волны 400 нм?

16. Излучатель мощностью 10 Вт создает монохроматическое излучение с длиной волны 6,6·10^–7 м. Определите, сколько фотонов в секунду излучает этот источник? Какова масса каждого фотона?

Вариант 6

1. Чему равен заряд фотона?

2. Почему явление фотоэффекта имеет красную границу?

3. На рис. 15 приведены две вольт-амперные характеристики 1 и 2 фоторезистора. Какой график относится к освещенному фоторезистору?

рис. 15

4. Определите красную границу фотоэффекта для никеля, если работа выхода электронов для него равна 8·10^–19 Дж. Ответ выразить в микрометрах.

5. Какую энергию получают фотоэлектроны, вылетающие из атомов калия, при облучении их синим светом с длиной волны 4,6·10^–7 м? Работа выхода электронов из калия равна 2,01 эВ.

6. Во сколько раз частота излучения света, падающего на металл, больше «красной границы» фотоэффекта ν_min, если кинетическая энергия вылетающих электронов в 2 раза больше работы выхода?

7. Как изменится частота «красной границы» фотоэффекта, если шарику радиусом R сообщить положительный заряд?

8. На рис. 16 изображена вольт-амперная характеристика фотоэлемента. Вычислить число фотоэлектронов, покидающих фотокатод при U=3 В в течение 1 секунды.

рис. 16

9. Фотон выбивает из металла, для которого работа выхода фотоэлектрона равна 4,54 эВ, фотоэлектрон с максимальной кинетической энергией 3,77·10^–19Дж. Какова энергия фотона? Ответ выразите в электрон-вольтах.

10. На рис. 17 представлена зависимость запирающего напряжения от частоты для двух различных материалов фотокатода. Объясните, почему зависимость линейная? Что можно сказать о тангенсах углов наклона прямых к оси ν?

рис. 17

11. Импульс фотоэлектронов, вылетающих с фотокатода равен 5,45·10^–25 кг·м/с, найдите импульс фотонов, если работа выхода равна 6,2 эВ.

12. Рубиновый лазер излучает в импульсе 2·10¹⁹ фотонов с длиной волны 6,9·10^–7 м каждый. Чему равна средняя мощность лазера, если длительность импульса составляет 2·10^–3 с.

13. Изменится ли частота излучения рентгеновской трубки, если, не меняя анодного напряжения, изменить накал нити катода?

14. Достигнутый КПД солнечных электростанций на фотоэлементах составляет примерно 16 %, а с использованием тепловых двигателей – 40 %. Но ведь в фотоэлементах происходит прямое преобразование солнечной энергии в электрическую и их КПД должно быть выше. Как вы думаете, в чем тут причина?

15. Какое запирающее напряжение надо подать, чтобы фотоэлектроны, вырванные светом из катода фотоэлемента, не смогли создать ток в цепи, если максимальная скорость фотоэлектронов при облучении светом равна 3,2·10⁵ м/с?

16. Рассчитайте массу и импульс фотонов, излучаемых радиопередатчиком, работающим на частоте 100 кГц.