Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne
1.Metalowa płytka z cezu naświetlana jest w próżni światłem fioletowym o długości .380 nm
a) Oblicz energię pojedyńczego fotonu padającego na płytkę.
b) Oblicz pracę wyjścia dla cezu jeśli powierzchniowa różnica potencjałów dla tego metalu wynosi 2,14 V
c) Oblicz szybkość emitowanych z tej metalowej płytki fotoelektronów.
2. Do elektroskopu przykręcamy płytkę, którą następnie elektryzujemy ujemnie. Po oświetleniu płytki silną wiązką światła obserwujemy, że płytka przestała być naelektryzowana (wskazówka elektroskopu opada). Zaobserwowaliśmy efekty zjawiska
A. fotoelektrycznego zewnętrznego.
B. całkowitego wewnętrznego odbicia.
C. elektryzowania przez indukcję.
D. dyfrakcji światła.
3. Oblicz szybkość, z jaką powinien poruszać się elektron, aby jego energia była równa energii fotonu o długości fali .5.10 ( do minus siódmej) m Nie uwzględniaj efektów relatywistycznych.
b) Czy światło o takiej długości fali, padające na płytkę cezową może wywołać zjawisko fotoelektryczne? Praca wyjścia dla cezu .=2,14 eV.
4. Oblicz minimalną wartość pędu fotonu, który padając na wykonaną z cezu katodę fotokomórki spowoduje przepływ prądu. Praca wyjścia elektronów z cezu wynosi 2,14 eV.
5. Na powierzchnię cynku pada wiązka promieniowania o częstotliwości . 1,2 .10 (do piętnastej)Praca wyjścia dla elektronów z powierzchni cynku wynosi 4,3 eV
a) (1 pkt)
Jaka jest energia fotonów padających na płytkę metalu?
b) (3 pkt)
Jaki jest maksymalny pęd przekazywany płytce przy emisji każdego elektronu?
6. Na płytkę wykonaną z cezu pada wiązka światła o długości fali , wywołując zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne. Wartość pracy wyjścia dla wybranych metali podano w tabeli.
Pierwiastek | Symbol chemiczny | Praca wyjścia |
---|---|---|
Cez | Cs | 2,14 |
Wolfram | W | 4,50 |
Platyna | Pt | 5,65 |
Żelazo | Fe | 4,70 |
a) (2 pkt)
Oblicz maksymalną energię kinetyczną fotoelektronów w jednostkach SI.
b) (2 pkt)
Oblicz napięcie hamowania fotoelektronów o energii kinetycznej 1,6.10 (do minus dziewiętnastej)
c) (3 pkt)
Wiązka fotonów o mocy 1 mW i długości fali 250 nm pada na płytkę sodową. Oblicz maksymalne natężenie prądu otrzymanych fotoelektronów.
d) (3 pkt)
Oblicz graniczną długość fali światła wywołującego zjawisko fotoemisji z platyny. W jakim zakresie widma leży ta długość fali?
e) (3 pkt)
Długofalowa granica zjawiska fotoelektrycznego dla żelaza wynosi około 263 nm. Po ogrzaniu żelaza granica ta wyniosła .28o nm .Jak ogrzewanie zmieniło pracę wyjścia
7. Poniżej zamieszczono wykres zależności kwadratu maksymalnej wartości prędkości wybitych z katody fotoelektronów od energii fotonów padających na fotokatodę. W tabeli podano wartości pracy wyjścia dla materiałów, z których wykonywane są fotokatody.
a) Ustal, analizując wykres, z jakiego materiału wykonano fotokatodę. Podkreśl w tabeli obok wykresu nazwę tego materiału.
b) Wyprowadź wzór, za pomocą którego można obliczyć wartości liczbowe konieczne do wykonania powyższego wykresu. Przyjmij, że znane są energie padających fotonów i praca wyjścia materiału fotokatody.
8. Millikan zmierzył zależność napięcia hamowania od częstotliwości padającego światła dla dwóch fotokomórek, z których jedna miała fotokatodę z cezu, a druga z wolframu. Wyniki jego pomiarów przedstawia wykres:
a) Jaką wartość stałej Plancka otrzymał Millikan, posługując się wartościami odczytanymi z wykresu?
b) Oblicz pracę wyjścia elektronu dla jednego z tych metali. Wynik podaj w dżulach i w elektronowoltach.
9.Do rejestracji światła o bardzo małym natężeniu można użyć fotopowielacza (rysunek poniżej przedstawia jego uproszczoną budowę). Wykorzystywane jest w nim zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne (zachodzące na katodzie ) oraz wtórna emisja elektronów z elektrod (tzw. dynod do ). Pod wpływem absorpcji energii kinetycznej jednego elektronu pierwotnego dynoda może wyemitować kilka elektronów wtórnych. Między kolejnymi elektrodami (od katodyK poprzez dynody - aż do anody ) wytwarzane są pola elektrostatyczne zwrócone tak, że zapewniają przechodzenie wszystkich elektronów wtórnych do następnej elektrody.
a) Na podstawie opisu działania fotopowielacza można stwierdzić, że linie pola elektrostatycznego między dynodą trzecią , a dynodą czwartą zwrócone są: od dynody .............. do dynody .............. ..
b) Oblicz liczbę elektronów docierających do anody fotopowielacza po wybiciu przez foton jednego elektronu z katody . Przyjmij, że pod wpływem absorpcji energii kinetycznej jednego elektronu pierwotnego każda dynoda emituje trzy elektrony wtórne.
Zapisz ogólną regułę pozwalającą obliczyć liczbę elektronów docierających do anody dla dynod.
c) Oblicz graniczną długość fali elektromagnetycznej, która wywołuje zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne na katodzie wykonanej z cezu, dla którego praca wyjścia wynosi