Номер 11, страница 174 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

11. Почему энергия фотоэлектронов для данного вещества определяется только частотой падающего света?

Решение

Энергия фотоэлектронов для данного вещества определяется только частотой падающего света в соответствии с квантовой теорией света и уравнением Эйнштейна для фотоэффекта.

Согласно гипотезе Планка, свет излучается и поглощается не непрерывно, а дискретными порциями энергии, называемыми квантами или фотонами. Энергия одного фотона прямо пропорциональна частоте света:

$E = h\nu$

где $E$ — энергия фотона, $\nu$ (ню) — частота света, а $h$ — постоянная Планка, фундаментальная физическая константа.

Когда фотон падает на поверхность вещества, он взаимодействует с одним электроном и передает ему всю свою энергию. Эта энергия расходуется на две части:

1. На совершение работы выхода ($A_{вых}$). Это минимальная энергия, которую необходимо сообщить электрону, чтобы он покинул вещество. Работа выхода является постоянной величиной для каждого конкретного вещества.

2. Оставшаяся часть энергии фотона переходит в кинетическую энергию ($E_k$) вылетевшего электрона (фотоэлектрона).

Это соотношение описывается уравнением Эйнштейна для фотоэффекта, которое является выражением закона сохранения энергии для данного процесса:

$h\nu = A_{вых} + E_k$

Из этого уравнения можно выразить максимальную кинетическую энергию фотоэлектрона:

$E_k = h\nu - A_{вых}$

Анализируя эту формулу, мы видим, что для конкретного вещества работа выхода $A_{вых}$ — это константа. Постоянная Планка $h$ также является константой. Следовательно, кинетическая энергия фотоэлектрона $E_k$ зависит только от одной переменной — частоты падающего света $\nu$.

Интенсивность света (количество фотонов, падающих на поверхность в единицу времени) влияет на количество выбиваемых электронов (т.е. на фототок), но не на энергию каждого отдельного электрона. Энергия каждого электрона определяется энергией поглощенного им одного фотона, а энергия фотона зависит только от частоты.

Ответ: Энергия фотоэлектронов определяется частотой падающего света, потому что фотоэффект — это процесс поглощения электроном одного кванта света (фотона), энергия которого $E = h\nu$ зависит только от частоты $\nu$. Согласно закону сохранения энергии (уравнение Эйнштейна $E_k = h\nu - A_{вых}$), эта энергия расходуется на преодоление постоянной для данного вещества работы выхода $A_{вых}$ и на сообщение электрону кинетической энергии $E_k$. Таким образом, при постоянной работе выхода кинетическая энергия фотоэлектрона находится в прямой зависимости исключительно от частоты света.