Задание ЕГЭ-Ф-ДВ2023-29
В опыте по изучению фотоэффекта монохроматическое излучение мощностью Р = 0,21 Вт падает на поверхность катода, в результате чего в цепи возникает ток. График зависимости силы тока I от напряжения U между анодом и катодом приведён на рисунке. Какова частота ν падающего света, если
в среднем один из 30 фотонов, падающих на катод, выбивает электрон? 📜Теория для решения: Электрический ток и закон Ома Фотоэффект
Посмотреть решение
Алгоритм решения:
Решение:
Запишем исходные данные:
Сила тока — это заряд q, прошедший через поперечное сечение проводника за время t:
Ток насыщения — максимальное значение силы тока, также называемое предельным значением силы фототока. Численно ток насыщения равен отношению суммарному заряду вырванных электронов в единицу времени:..
За время t через поперечное сечение проводника проходит заряд, равный произведению количества электронов, прошедших за время 1 с, единичному заряду электрона и времени t:
Но согласно условию количество электронов определяется формулой:
Следовательно, ток насыщения равен:
Энергия фотона определяется формулой:
Мощность монохроматического излучения равна суммарной энергии фотонов, падающих на поверхность катода в единицу времени:
Суммарная энергия фотонов, падающих на поверхность катода за 1 секунду:
Тогда мощность равна:
Количество фотонов можем выразить из формулы тока насыщения:
Следовательно, мощность равна:
Отсюда частота падающего света равна:
Ток насыщения смотрим по графику — он равен 2 мА, или 2∙10–3 А. Заряд электрона и постоянная Планка — константы.
Подставляем известные данные и делаем вычисления:
