кто выдвинул гипотезу что атомы испускают электромагнитную энергию отдельными порциями

Любители физики, кто может решите тест (считать не надо ничего только выбрать вариант ответа) хотя бы на парочку!!

1. Отдельная порция электромагнитной энергии, поглощаемая атомом, называется:
А. Джоулем​​​Г. Квантом
Б. Электрон-вольтом​​​Д. Ваттом
В. Электроном

2. Гипотезу о том, что атомы испускают электромагнитную энергию отдельными порциями, выдвинул:
А. М. Фарадей​Б. Д. Джоуль​В. М. Планк
Г. А. Столетов ​Д. А. Эйнштейн

3. Явление вырывания электронов из вещества под действием света называют:
А. Фотосинтезом​Г. Электризацией
Б. Ударной ионизацией​Д. Квантованием
В. Фотоэффектом

6. Энергия фотонов при уменьшении длины световой волны в 2 раза:
А. Уменьшится в 2 раза​Г. Увеличится в 4 раза
Б. Увеличится в 2 раза​Д. Не изменится
В. Уменьшится в 4 раза

7. При уменьшении интенсивности света в 9 раз количество электронов, вырываемых светом за 1 секунду:
А. Не изменится​Г. Увеличится в 9 раз
Б. Уменьшится в 9 раз​Д. Уменьшится в 3 раза
В. Увеличится в 3 раза
:
9. Определите красную границу фотоэффекта для калия, если работа выхода равна 2,15 эВ.
А. 2,3∙10-7м
​Б. 5,8∙10-7м​
В. 4,6∙10-6м​
Г. 8,5∙10-8м
​Д. 9,2∙10-7м

10. При частоте колебаний в световой волне 8,2∙1014 Гц масса фотона равна:
А. 2∙10-30 кг​
Б. 3∙10-33 кг​
В. 6∙10-36 кг​
Г. 4∙10-39 кг​
Д. 9∙10-28 кг

11. При освещении Цинка с работой выхода 6,72∙10-19 Дж светом с длиной волны 200 нм максимальная скорость вылетевшего электрона равна:
А. 8,3∙105 м/с​
Б. 6,2∙106 м/с​
В. 6,9∙106 м/с
​Г. 3,1∙104 м/с
​Д. 2,3∙103 м/с

12. Если энергия первого фотона в 4 раза больше энергии второго, то отношение импульса первого фотона к импульсу второго фотона равно:
А. 8​
Б. 1/8
​​В. 4​
Г. ​1/4
Д. 2

13. Если длина волны падающего на катод и вызывающего фотоэффект излучения уменьшается вдвое, то величина задерживающей разности потенциалов (работа выхода мала)
А. Возрастает в 2 раза​Г. Убывает в раз
Б. Возрастает в раз​Д. Убывает в 2 раза
В. Не изменится

14. Потенциал, до которого может зарядиться металлическая пластина, работа выхода электронов из которой 1,6 эВ, при длительном освещении потоком фотонов с энергией 4 эВ, равен:
А. 5,6 В​
Б. 3,6 В​
В. 2,8 В​
Г. 4,8 В​
Д. 2,4 В

15. Глаз человека воспринимает свет длиной волны 0,5 мкм, если световые лучи, попадающие в глаз, несут энергию не менее 17,874∙10-18 Дж в секунду. Какое количество квантов света при этом ежесекундно попадает на сетчатку глаза?
А. 18
​Б. 27​ ​
В. 36​
Г. 45​
Д. 54

16. Каким наименьшим напряжением полностью задерживаются электроны, вырванные ультрафиолетовыми лучами с длиной волны 300 нм из вольфрамовой пластины, если работа выхода равна 4,5 эВ

17. Электрон вылетает из цезия с кинетической энергией 0,32∙10-18 Дж. Определите длину волны света, вызывающего фотоэффект, если работа выхода электрона из цезия равна 1,9 эВ.

Источник

Физика. 11 класс

Конспект урока

Урок 22. Фотоэффект

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

Фотоэффект – это вырывание электронов из вещества под действием света.

Работа выхода – это минимальная энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы он покинул металл. которую нужно сообщить электрону, для того чтобы он мог преодолеть силы, удерживающие его внутри металла.

Красная граница фотоэффекта – это минимальная частота или максимальная длина волны света излучения, при которой еще возможен внешний фотоэффект.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Чаругин В. М. Физика. 11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 259 – 267.

2. Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. 10-11 класс.- М.:Дрофа,2009. – С. 153 – 158.

4. Тульчинский М. Е. Качественные задачи по физике в средней школе. Пособие для учителей. Изд. 4-е, переработ. и доп. М. «Просвещение», 1972. С. 157.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

В начале 20-го века в физике произошла величайшая революция. Попытки объяснить наблюдаемые на опытах закономерности распределения энергии в спектрах теплового излучения оказались несостоятельными. Законы электромагнетизма Максвелла неожиданно «забастовали». Противоречия между опытом и практикой были разрешены немецким физиком Максом Планком.

Гипотеза Макса Планка: атомы испускают электромагнитную энергию не непрерывно, а отдельными порциями – квантами. Энергия Е каждой порции прямо пропорциональна частоте ν излучения света: E = hν.

Коэффициент пропорциональности получил название постоянной Планка, и она равна:

После открытия Планка начала развиваться самая современная и глубокая физическая теория – квантовая физика.

Поведение всех микрочастиц подчиняется квантовым законам. Но впервые квантовые свойства материи были обнаружены именно при исследовании излучения и поглощения света.

В 1886 году немецкий физик Густав Людвиг Герц обнаружил явление электризации металлов при их освещении.

Явление вырывания электронов из вещества под действием света называется внешним фотоэлектрическим эффектом.

Законы фотоэффекта были установлены в 1888 году профессором московского университета Александром Григорьевичем Столетовым.

Схема установки для изучения законов фотоэффекта

Зависимость силы тока от приложенного напряжения

Увеличение интенсивности света означает увеличение числа падающих фотонов, которые выбивают с поверхности металла больше электронов.

Второй закон фотоэффекта: максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего излучения и линейно возрастает с увеличением частоты падающего излучения.

Третий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует граничная частота такая, что излучение меньшей частоты не вызывает фотоэффекта, какой бы ни была интенсивность падающего излучения. Эта минимальная частота излучения называется красной границей фотоэффекта.

где А_в – работа выхода электронов;

h – постоянная Планка;

λкр – длина волны, соответствующая красной границе_.

Фотоэффект практически безынерционен: фототок возникает одновременно с освещением катода с точностью до одной миллиардной доли секунды.

Работа выхода – это минимальная энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы он покинул металл.

Для большинства веществ фотоэффект возникает только под действием ультрафиолетового облучения. Однако некоторые металлы, например, литий, натрий и калий, испускают электроны и при облучении видимым светом.

Известно, что фототоком можно управлять, подавая на металлические пластины различные напряжения. Если на систему подать небольшое напряжение обратной полярности, «затрудняющее» вылет электронов, то ток уменьшится, так как фотоэлектронам, кроме работы выхода, придется совершать дополнительную работу против сил электрического поля.

Максимальная кинетическая энергия электронов выражается через задерживающее напряжение:

где — максимальная кинетическая энергия электронов;

Е – заряд электрона;

– задерживающее напряжение.

Теорию фотоэффекта разработал Альберт Эйнштейн. На основе квантовых представлений Эйнштейн объяснил фотоэффект. Электрон внутри металла после поглощения одного фотона получает порцию энергии и стремится вылететь за пределы кристаллической решетки, т.е. покинуть поверхность твердого тела. При этом часть полученной энергии он израсходует на совершение работы по преодолению сил, удерживающих его внутри вещества. Остаток энергии будет равен кинетической энергии:

В 1921 году Альберт Эйнштейн стал обладателем Нобелевской премии, которая, согласно официальной формулировке, была вручена «за заслуги перед теоретической физикой и особенно за открытие закона фотоэлектрического эффекта».

Примеры и разбор решения заданий

1. Монохроматический свет с длиной волны λ падает на поверхность металла, вызывая фотоэффект. Фотоэлектроны тормозятся электрическим полем. Как изменятся работа выхода электронов с поверхности металла и запирающее напряжение, если уменьшить длину волны падающего света?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Следовательно, при уменьшении длины волны падающего света, запирающее напряжение увеличивается.

2. Красная граница фотоэффекта для вещества фотокатода λ₀ = 290 нм. При облучении катода светом с длиной волны λ фототок прекращается при напряжении между анодом и катодом U = 1,5 В. Определите длину волны λ.

Запишем уравнение для фотоэффекта через длину волны:

Условие связи красной границы фотоэффекта и работы выхода:

Запишем выражение для запирающего напряжения – условие равенства максимальной кинетической энергии электрона и изменения его потенциальной энергии при перемещении в электростатическом поле:

Решая систему уравнений (1), (2), (3), получаем формулу для вычисления длины волны λ:

Подставляя численные значения, получаем: λ ≈ 215 нм.

Источник

Фотон. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

Урок 43. Физика 11 класс ФГОС

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Фотон. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта»

Изучая опыты Александра Григорьевича Столетова, мы с вами смогли сформулировать три основных закона внешнего фотоэффекта. Однако все попытки экспериментально объяснить наблюдаемые зависимости на основе законов электродинамики Максвелла, согласно которым свет — это электромагнитная волна, непрерывно распределённая в пространстве, оказались безрезультатными. Было абсолютно не ясно, почему энергия фотоэлектронов определяется только частотой света и почему лишь при достаточно малой длине волны свет вырывает электроны.

Для того, чтобы убрать возникшие противоречия, немецкий учёный Макс Планк выдвинул гипотезу, согласно которой атомы испускают электромагнитную энергию не непрерывно, а отдельными порциями — квантами. При этом энергия каждой порции прямо пропорциональна частоте излучения:

Фундаментальная постоянная, входящая в это уравнение, была названа постоянной Планка, хотя сам Планк называл её «таинственным послом из реального мира»:

Из гипотезы Планка следовало, что отдельный осциллятор может обладать не любой энергией, а лишь энергией, кратной hν. Таким образом, впервые появилась идея о квантовании энергии.

Развивая идеи Макса Планка, Альберт Эйнштейн в 1905 году для объяснения экспериментальных законов внешнего фотоэффекта выдвинул гипотезу о дискретности самого электромагнитного излучения: свет излучается, поглощается и распространяется в виде отдельных порций (квантов).

По гипотезе Эйнштейна, монохроматическое электромагнитное излучение частотой v обладает не только волновыми свойствами, но и свойствами, характерными для потока частиц. Каждая такая частица движется со скоростью света и несёт квант энергии. В 1928 году американский физик Артур Комптон предложил называть эти частицы фотонами, что в переводе с древнегреческого означало «свет».

Энергию фотона можно выразить и через длину волны, используя соответствующее соотношение:

Так же энергию фотона часто выражают и через циклическую частоту. При этом в формуле для энергии фотона в качестве коэффициента пропорциональности вместо постоянной Планка используют величину

Читается она как «Аш с чертой», и называется постоянной Дира́ка:

На одном из прошлых уроков мы с вами показали, что частица, движущаяся со скоростью, близкой к скорости света, обладает релятивистским импульсом, который связан с энергией частицы выражением, представленным на экране:

Если учесть, что фотон распространяется со скоростью света, то его импульс можно определить по одному из следующих уравнений:

Отсюда получаем, что энергию фотона можно определить, как произведение его импульса и скорости света:

Теперь вспомним, как связаны между собой энергия и импульс релятивистской частицы:

При подстановке в эту формулу энергии фотона находим, что масса фотона (а точнее, масса покоя фотона) равна нулю.

Оказывается, что фотон — это удивительная частица, которая обладает энергией, импульсом, но вследствие того, что скорость его движения всегда равна скорости распространения света, его масса покоя равна нулю. Напомним, что такие частицы называют безмассовыми.

Следовательно, фотон существует лишь пока он движется. Но несмотря на это, фотон является самой распространённой по численности частицей во Вселенной. На один нуклон (то есть на одно атомное ядро) приходится не менее 20 миллиардов фотонов.

Обобщив выше сказанное мы можем выделить следующие свойства фотона:

· существует только в движении;

· является безмассовой частицей;

· модуль его скорости движения равен модулю скорости распространения света в вакууме во всех ИСО;

· его энергия пропорциональна частоте соответствующего электромагнитного излучения;

· модуль импульса фотона равен отношению его энергии к модулю скорости.

Таким образом, при освещении электрода электромагнитным излучением происходит взаимодействие фотонов с электронами вещества. Если энергия фотона достаточно велика, то какой-либо из электронов после поглощения фотона может получить энергию, достаточную для того, чтобы покинуть облучаемое тело. Электроны, покинувшие образец, имеют некоторую скорость, поэтому даже при отсутствии напряжения между электродами сила фототока не равна нулю.

Для того чтобы покинуть вещество, электрон должен совершить работу против сил связи электрона с атомами вещества. Она называется работой выхода. Для металлов эта работа связана с преодолением сил взаимодействия электронов с положительно заряженными ионами кристаллической решётки, которые удерживают электрон в веществе. Работа выхода для металлов обычно составляет несколько электронвольт.

Электронвольт — это энергия, которую приобретёт частица с зарядом, равным элементарному, при перемещении между двумя точками с ускоряющей разностью потенциалов 1 В:

Оставшаяся часть энергии поглощённого кванта составляет кинетическую энергию освободившегося электрона. Наибольшей кинетической энергией будут обладать те электроны, которые поглотят кванты света вблизи поверхности металла и вылетят из него, не успев потерять энергию при столкновениях с другими частицами в металле.

На основе закона сохранения энергии можно записать следующее уравнение для фотоэлектрона:

Это соотношение называют уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

Теперь, познакомившись с фотоном и уравнением Эйнштейна, можно приступить к объяснению экспериментальных законов фотоэффекта.

Итак, первый закон фотоэффекта утверждает, что сила фототока насыщения пропорциональна общему числу фотоэлектронов, покидающих поверхность металла за единицу времени. Число же таких фотоэлектронов пропорционально числу фотонов, падающих на поверхность за это же время. Обратите внимание, что именно пропорционально, а не равно, так как часть квантов света поглощается кристаллической решёткой, и их энергия переходит во внутреннюю энергию металла (он нагревается). Поэтому логично, что при увеличении интенсивности падающего света бо́льшее количество фотонов будут взаимодействовать с веществом. А это приводит к росту числа фотоэлектронов, покидающих поверхность металла.

Второй закон фотоэффекта говорит нам о том, что максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов прямо пропорциональна частоте падающего на катод излучения и не зависит от интенсивности этого излучения.

И действительно, фотоэлектрон вырывается из катода за счёт действия одного кванта падающего излучения (одного фотона). Поэтому кинетическая энергия фотоэлектрона зависит не от полной энергии волны, а от энергии одного кванта, которая, как мы помним, линейно зависит от частоты излучения. При увеличении частоты падающего света максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов возрастает линейно, как следует из уравнения Эйнштейна для фотоэффекта:

И, наконец, третий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует минимальная частота света, называемая красной границей фотоэффекта, ниже которой фотоэффект невозможен.

Действительно, если частота падающего излучения меньше граничной частоты, при которой энергия кванта света равна работе выхода (hv_min = A_вых), то испускания электронов не происходит.

Из этого соотношения легко найти красную границу фотоэффекта:

Так как h — это постоянная величина, то из формулы следует, что красная граница фотоэффекта зависит только от работы выхода электронов (иными словами, определяется только строением металла и состоянием его поверхности).

Используя соотношение между длиной волны и её частотой, можно получить формулу для определения длины волны излучения, соответствующей красной границе фотоэффекта:

Для закрепления нового материала решим с вами такую задачу. Определите задерживающее напряжение между электродами фотоэлемента при освещении его светом с длиной волны 200 нм, если работа выхода электронов из металла равна 4 эВ.

В заключение отметим, что явление фотоэффекта нашло широкое применение не только в технике, но и в нашей с вами повседневной жизни. Приборы, принцип действия которых основан на явлении фотоэффекта, называют фотоэлементами.

Фотоэлементами оборудуются многие автоматические станки на производстве, для прерывания их работы в чрезвычайных ситуациях (например, при попадании руки человека в рабочую зонe пресса). Фотоэлементы применяются для выдвигания преграды в турникете метро, автоматического включение освещения на улицах, включения воды в кране и сушилки для рук. Их используют и в военном деле в самонаводящихся снарядах, для сигнализации и локации невидимыми лучами. С помощью фотоэлементов осуществляется воспроизведение звука, записанного на киноплёнке. Фотоэлементы нашли применение и в сортировке массовых изделий по размерам и окраске. Их широко применяют при производстве солнечных батарей, устанавливаемых на космических спутниках.

Как видим, явление фотоэффекта, открытое более 120 лет назад Генрихом Герцем, широко вошло в нашу повседневную жизнь и подарило множество замечательных приборов и открытий.

Источник

Тема урока : «Решение задач на описание явления фотоэффекта: законы Столетова, теория Эйнштейна, фотоны» (11 класс)

11 класс прикладной курс физика

Тема урока : «Решение задач на описание явления фотоэффекта:

законы Столетова, теория Эйнштейна, фотоны».

Образовательные :способствовать формированию у учащихся представление о фотоэффекте, расширить представления учащихся об области применения законов фотоэффекта, развивать познавательную активность школьников с помощью проблемных вопросов.

развитию логического мышления;

формированию умений проводить обобщения;

развитию мыслительной деятельности учащихся.

Воспитательные : содействовать воспитанию колл ективизма при работе учащихся; воспитание коммуникабельности (умения общаться), внимания, активности, чувство ответственности, привитие интереса к предмету.

Организационная минутка (мобилизующее начало, психологический настрой, проверка готовности к уроку), постановка задач урока.

«Отгадай кроссворд»(групповая работа) Ответы

По вертикали
1. Напряжение, приложенное между катодом и анодом при котором фототок прекращается
5. Фотоэффект, при котором повышается концентрация свободных носителей зарядов в полупроводнике, вследствие его облучения, без вылета их наружу
6. Устройство, в котором энергия света управляется энергией тока или преобразуется в неё
9. Частица, вылетающего из металла, под действием падающего электромагнитного излучения
10. Теория природы света, объединяющая волновые и корпускулярные свойства света
12. Ученый, выдвинувший гипотезу о том, что атомы испускают электромагнитную энергию отдельными порциями

1.Повторение материала по опорному конспекту (10 класс)

2.Физический диктант.(индивидуальная работа)

вспомним буквенное обозначение физических величин и основные формулы темы.

Запишите обозначение энергии фотона.

Какой буквой обозначается постоянная Планка?

Обозначение частоты и длины волны падающего света.

Как обозначается «красная граница фотоэффекта»?

Какое обозначение имеет работа выхода?

Чему равна энергия фотона?

Как найти импульс фотона?

Чему равна работа выхода?

Запишите уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

Выполняют физический диктант

Взаимопроверка после проведенного физического диктанта. Работа над ошибками.

Решение задач.(групповая работа).

3. Мини-тест.(индивидуальная работа)

1) М. Фарадей;
2) Д. Джоуль;
3) М. Планк;
4) А. Эйнштейн.

1) p=h/ λ ;
2) E=h ν ;
3) V=S/t;
4) m= h ν / c2 ;

4. Энергия кванта пропорциональна:

1) длине волны;
2) времени излучения;
3) скорости кванта
4) частоте колебаний ;

1) уменьшается в 2 раза;
2) увеличивается в 2 раза ;
3) уменьшается в 4 раза;
4) увеличивается в 4 раза.

6.Записать формулу для вычисления кинетической энергии.

7. Записать формулу для вычисления работы электрического поля.

Взаимопроверка после проведенного мини теста. Работа над ошибками.

1. Какое из приведенных ниже выражений соответствует энергии фотона?

2. Какой из фотонов, соответствующий красному или фиолетовому свету, имеет больший импульс?

А. Красному. Б. Фиолетовому. В. Импульсы обоих фотонов одинаковы.

Г. Ответ неоднозначен.

3. Какие из перечисленных ниже явлений можно количественно описать с помощью волновой теории света? 1) Фотоэффект. 2) Фотохимическое действие света.

А.1. Б. 2. В.1 и 2……..Г. Ни 1, ни 2.

1. Какие из перечисленных ниже явлений можно количественно описать с помощью фотонной теории света? 1) Фотоэффект. 2) Световое давление.

А. Только 1. Б. Только 2. В. 1 и 2. Г. Ни 1. ни 2

2. Какие из перечисленных ниже приборов основаны на волновых свойствах света? 1) Дифракционная решетка. 2) Фотоэлемент.

А. Только 1. Б. Только 2. В. 1 и 2. Г. Ни 1, ни 2.

3. Какие из перечисленных ниже физических явлений доказывают квантовые (корпускулярные) свойства света? 1) Интерференция. 2) Дифракция. 3) Фотоэффект. 4) Поляризация. 5) Комптон-эффект (рассеяние света свободными электронами).

Взаимопроверка после проведенного тестирования. Работа над ошибками.

Источник