Тема 2. Квантовая природа света |
|
2.1. Внешний фотоэлектрический эффект |
|
Это явление было открыто Г.Герцем в 1887 г. |
|
и подробно изучено в работах А.Г.Столетова. |
|
1857— 1894 |
1839— 1896 |
Внешним фотоэффектом называется испускание |
|||
электронов веществом под действием света |
|
||
Конденсатор |
|
- |
Г |
свет |
|
||
А.Г.Столетова. |
E |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
+ |
|
- |
Схема опыта Столетова. |
Вольтамперная характеристика |
mv2 |
max eUз |
2 |
•Максимальная скорость фотоэлектронов не зависит от интенсивности света, а зависит только от его частоты.
•Ток насыщения прямо пропорционален падающему
световому потоку Iнас ~ Ф.
• Фотоэффект начинается только с некоторой частоты ω0, при ω < ω0 (λ > λ0) фотоэффект отсутствует.
0 |
|
2 c - Красная граница фотоэффекта |
|
|
0 |
Предположение Эйнштейна: |
Электромагнитные волны поглощаются такими же |
квантами, как и излучаются. |
h hc |
|
Энергия кванта передается электрону, часть ее |
затрачивается на отрыв электрона с поверхности |
вещества, а оставшаяся часть – это кинетическая |
энергия фотоэлектрона. |
Работой выхода А называется энергия, которую |
необходимо затратить, чтобы оторвать электрон с |
поверхности вещества. |
|
Уравнение фотоэффекта (уравнение Эйнштейна) |
||||
|
|
h A |
mvmax2 |
|
(2.1) |
|
|
2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
Если hν < A, то фотоэффект отсутствует. |
|
|
|||
0 |
A |
0 А |
0 2 с |
hc |
(2.2) |
|
h |
|
А |
A |
|
Задача 2.1 |
|
|
Красная граница фотоэффекта для цинка составляет |
||
310 нм. Определить максимальную кинетическую энер- |
||
гию (в электрон-вольтах) фотоэлектронов и задержива- |
||
ющую разность потенциалов, если на цинк падает |
||
ультрафиолетовое излучение с длиной волны 200 нм. |
||
Дано: |
h hc A W |
|
|
||
λ0 = 310 нм = 0,31·10-6 м |
|
K max |
|
||
λ = 200 нм = 0,2·10-6 м |
A hc |
|
WKmax - ? UЗ - ? |
|
|
0 |
|
|
WK max |
|
|
hc |
|
hc |
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
0 |
hc |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
34 |
|
|
|
8 |
м |
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
WK max 6,62 10 |
|
|
Дж с 3 10 |
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
6 |
|
|
|||
|
|
|
0,2 |
10 |
м |
0,31 10 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
м |
|
||||||
3,97 10 19 Дж |
|
3,97 10 19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
1,6 |
10 19 |
эВ 2,63эВ |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
WK max eUЗ |
|
|
|
|
UЗ |
2,63 В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2.2. Фотоны |
Электромагнитное излучение не только испускает- |
ся, поглощается, но и распространяется в виде |
отдельных квантов (фотонов). |
Опыт Боте: |