Фотоэффект. Фотоны

Вопросы для самопроверки

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

по теме «Волновая оптика»

1. Главное фокусное расстояние двояковыпуклой линзы 50 см. Предмет высотой 1,2 см помещён на расстоянии 60 см от линзы. Где и какой высоты получится изображение этого предмета?

2. Определить главное фокусное расстояние рассеивающей линзы, если известно, что изображение предмета, помещённого перед ней на расстоянии 50 см, получилось уменьшенным в 5 раз.

3. Известно, что человеческий глаз воспринимает излучение с частотами от 4·10^-7 до 7,5·10^{-7 м (видимое излучение). Определить интервал длин волн видимого электромагнитного излучения в вакууме.}

4. В некоторую точку пространства приходят две когерентные волны светового излучения с геометрической разностью хода 1,2 мкм, длина которых в вакууме составляет 600 нм. Определить, произойдёт ли в этой точке интерференция в воздухе; в воде; в стекле с показателем преломления 1,5.

5. Определить длину волны, падающей на дифракционную решётку, имеющую 400 штрихов на 1 мм. Дифракционная решётка расположена на расстоянии 25 см от экрана. При измерении на экране оказалось, что расстояние между третьими линиями слева и справа от нулевой отметки равно 27,4 см.

по теме «Волновая оптика»

1. Сформулируйте законы отражения.

2. Сформулируйте законы преломления.

3. Что называют полным внутренним отражением?

4. Что называют линзой?

5. Перечислите основные точки и линии линз.

6. Запишите формулу тонкой линзы.

7. Сформулируйте принцип Гюйгенса.

8. Что называют интерференцией света?

9. Какие волны являются когерентными?

10. Что называют дифракцией света?

11. Что такое дифракционная решетка?

12. Что называют дисперсией света?

13. Перечислите цвета сплошного спектра по убыванию длины волны.

РАЗДЕЛ 5 «КВАНТОВАЯ ФИЗИКА»

Тема 5.1 «КВАНТОВАЯ ОПТИКА»

Фотоэлектрический эффект был открыт в 1887 году немецким физиком Г. Герцем и в 1888–1890 годах экспериментально исследован А. Г. Столетовым.

Фотоэффектом называют влияние излучения на электрические явления. Различают внешний и внутренний фотоэффекты.

Внешним фотоэффектом называется вылет электронов из вещества под действием падающего на него излучения.

Красной границей фотоэффекта называют длину волны, при которой ещё можно наблюдать фотоэффект.

Схема экспериментальной установки для исследования фотоэффекта изображена на рис. 53.

Рисунок 53 - Схема экспериментальной установки для изучения фотоэффекта.

В экспериментах использовался стеклянный вакуумный баллон с двумя металлическими электродами, поверхность которых была тщательно очищена. К электродам прикладывалось некоторое напряжение U, полярность которого можно было изменять с помощью двойного ключа. Один из электродов (катод K) через кварцевое окошко освещался монохроматическим светом некоторой длины волны λ, и при неизменном световом потоке снималась зависимость силы фототока I от приложенного напряжения. На рис. 54 изображены типичные кривые такой зависимости, полученные при двух значениях интенсивности светового потока, падающего на катод.

Рисунок 54 - Зависимость силы фототока от приложенного напряжения. Кривая 2 соответствует большей интенсивности светового потока. Iн1 и Iн2 – токи насыщения, Uз – запирающий потенциал.

Кривые показывают, что при достаточно больших положительных напряжениях на аноде A фототок достигает насыщения, так как все электроны, вырванные светом из катода, достигают анода. Фототоком насыщения называют наибольший фототок, получающийся при неизменном световом потоке.

Тщательные измерения показали, что ток насыщения I_н прямо пропорционален интенсивности падающего света. Когда напряжение на аноде отрицательно, электрическое поле между катодом и анодом тормозит электроны. Анода могут достичь только те электроны, кинетическая энергия которых превышает e×U. Если напряжение на аноде меньше, чем –U_з, фототок прекращается. Измеряя U_з, можно определить максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов:

Минимальную работу, которую нужно совершить для выбивания электронов из материала, называют работой выхода.

Измерения показали, что запирающий потенциал линейно возрастает с увеличением частоты ν света (см. рис. 55).

Рисунок 55 - Зависимость запирающего потенциала Uз от частоты ν падающего света.

Многочисленными экспериментаторами были установлены следующие основные закономерности фотоэффекта:

1. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением частоты света ν и не зависит от его интенсивности.

2. Для каждого вещества существует так называемая красная граница фотоэффекта, т. е. наименьшая частота ν_min, при которой еще возможен внешний фотоэффект.

3. Число фотоэлектронов, вырываемых светом из катода за 1 с, прямо пропорционально интенсивности света.

4. Фотоэффект практически безынерционен, фототок возникает мгновенно после начала освещения катода при условии, что частота света ν > ν_min.

Дата добавления: 2014-11-07