При исследовании фотоэффекта столетов выяснил что

4. 3. 021 Фотоэффект Столетова

4.3.021 Фотоэффект Столетова

Физик, историк и популяризатор науки, философ, лектор, общественный деятель; профессор Московского университета; участник международных научных конгрессов; организатор первой в России учебно-исследовательской физической лаборатории при Московском университете; основатель и глава первой научной школы физиков; председатель физического отделения Общества любителей естествознания, кавалер золотой медали Общества; директор физического отдела при Политехническом музее; член восьми русских и иностранных ученых обществ, почетный член Императорского университета св. Владимира — Александр Григорьевич Столетов (1839—1896) является одним из основоположников русской физики.

Наиболее важные работы были выполнены Столетовым в области фотоэффекта.

А.Г. Столетов заложил основы русской физики своими трудами и научной школой, воспитавшей десятки выдающихся ученых: П.Н. Лебедева, Н.Е. Жуковского, С.А. Чаплыгина, А.П. Соколова, Б.В. Станкевича. Н.Н. Шиллера, В.С. Щегляева, П.A. Зилова и др.

Из фундаментальных исследований Столетова в области оптики, электромагнетизма и молекулярной физики выделим фотоэффект, работами по которому ученый вписал славную страницу в развитие отечественной физики.

Изучению этого явления Столетов посвятил два года жизни (1888—1890). Эти исследования называли тогда актино-электрическими.

К этому времени русский физик был известен своими экспериментальными работами по электростатике и электромагнетизму. Изучая магнитные свойства железа, Столетов нашел зависимость магнитной восприимчивости железа от величины намагничивающего поля (докторская диссертация «Исследования функции намагничивания мягкого железа»).

Определяя свойства ферромагнетиков, ученый получил кривую магнитной проницаемости, названную его именем. Исследователь предложил два классических метода магнитных измерений веществ — метод тороида с замкнутой магнитной цепью и баллистическое измерение намагниченности.

О своих исследованиях по определению коэффициентов пропорциональности между электростатическими и электромагнитными единицами Столетов доложил на I Всемирном конгрессе электриков в Париже (1881), чем способствовал утверждению электромагнитной теории света.

На этом конгрессе по предложению русского ученого была утверждена единица электрического сопротивления — ом, а также эталон сопротивления, т.е. был сделан первый шаг к созданию системы единиц электрических измерений.

Предложенные Столетовым теория намагничивания и методы испытаний магнитных свойств железа стали импульсом для развития электротехники в мире.

Внешний фотоэффект — явление испускания электронов веществом под действием света открыл немецкий физик Г. Герц в 1887 г. Облучая один из двух металлических шаров разрядника для излучения электромагнитных волн ультрафиолетовыми лучами, Герц зафиксировал усиление электрического разряда между шарами.

В это же самое время изучением данного явления занимались независимо друг от друга сразу несколько ученых.

Немецкий физик В. Гальвакс наблюдал, как заряжается положительно облученная ультрафиолетовым светом металлическая пластинка, итальянский исследователь А. Риги установил возможность фотоэффекта в металлах и в диэлектриках.

Русский ученый А.Г. Столетов впервые провел всесторонние экспериментальные исследования и определил природу и основные закономерности этого явления, предложил количественные методы исследования фотоэффекта и фотоэлектрического контроля интенсивности света.

В своих опытах Столетов хотел выяснить, какое количество фотоэлектронов (он называл их зарядами) вырывается с поверхности вещества, от чего зависит их число и чему равна их кинетическая энергия. Ученый помещал в вакуумированный стеклянный баллон сетчатый конденсатор (металлическую сетку — анод и плоский цинковый диск — катод). Катод, подсоединенный к отрицательному полюсу батареи, облучался ультрафиолетовым излучением от вольтовой дуги через специальное кварцевое окошко. На электроды подавалось напряжение, изменяемое потенциометром.

Под действием света катод испускал отрицательно заряженные частицы (ими оказались электроны), вследствие чего в электрической цепи возникал электрический ток, измеряемый гальванометром.

В результате тщательных экспериментов Столетов установил, что при малых напряжениях до анода долетает лишь часть вырванных светом отрицательных частиц, а при увеличении напряжения (и при неизменной интенсивности излучения) сила тока растет.

Физик определил также, что при определенной разности потенциалов фототок достигает своего максимума и дальше не растет — выходит на насыщение.

Затем ученый установил фактическую безынерционность фотоэффекта, т.е. одновременность освещения металла и выхода из него электронов с незначительным запаздыванием фототока в 10–9 с.

Изготовив первый фотоэлемент, Столетов обнаружил понижение его чувствительности со временем — т.н. фотоэлектрическое утомление; установил, что фототок возрастал при зачистке поверхности катода и повышении его температуры.

После серии тщательных экспериментов Столетов вывел первый закон фотоэффекта, заключающийся в пропорциональности силы фототока (в т.ч. фототока насыщения) из металла от интенсивности освещения.

Физиком были сформулированы еще два закона фотоэффекта: об уменьшении максимальной скорости электронов с ростом длины волны света и о «красной границе фотоэффекта» — критической длине волны, индивидуальной для каждого металла, с превышением которой фотоэффект прекращается.

Полученные Столетовым зависимости нельзя было объяснить с классических позиций. Позднее английским физиком Дж. Томпсоном и немецким Ф. Ленардом было доказано, что при фотоэффекте свет выбивает из вещества электроны (1899), а двумя другими немецкими физиками была объяснена квантовая (фотонная) природа света (М. Планк, 1900 г.) и создана теория фотоэффекта (А. Эйнштейн, 1905).

Закономерности, открытые Столетовым, легли в основу современной теории электрического разряда в газах, разработанную Дж. Таунсендом. Английский физик ввел в мировую научную литературу термин «эффект Столетова».

Фотоэффект нашел широчайшее применение в технике. Вакуумная установка русского ученого стала прототипом электронной лампы. На явлении фотоэффекта основано действие фотоэлементов, используемых для механизации и автоматизации технологических и контрольных процессов; для освещения улиц; в робототехнике; в рентгеновских аппаратах; в фотометрии для измерения силы света, яркости и освещенности; в кино и телевидении для воспроизведения звука (фонограмм); в фототелеграфах и фототелефонах. Фотоэлементы применяют в турникетах метро, в источниках тока в часах и микрокалькуляторах, в солнечных батареях на искусственных спутниках Земли, межпланетных и орбитальных автоматических станциях, в динамомашинах, в ЭВМ.

Источник

Контрольная работа Квантовая физика 11 класс

Контрольная работа Квантовая физика 11 класс с ответами. Контрольная работа представлена в 5 вариантах, в каждом варианте по 8 заданий.

Вариант 1

A1. Внешний фотоэффект — это явление

1) почернения фотоэмульсии под действием света
2) вылета электронов с поверхности вещества под действием света
3) свечения некоторых веществ в темноте
4) излучения нагретого твердого тела

А2. Какой заряд имеет свет с частотой 4,5 · 10 15 Гц?

А3. Излучение лазера — это

1) тепловое излучение
2) вынужденное излучение
3) спонтанное (самопроизвольное) излучение
4) люминесценция

А4. Изотоп ксенона 112 ₅₄Хе после спонтанного α-распада превратился в изотоп

А5. Какая из строчек таблицы правильно отражает структуру ядра 48 ₂₀Ca?

B1. Сколько квантов содержится в 1 Дж излучения с длиной волны 0,5 мкм?

В2. Ядро атома претерпевает спонтанный α-распад. Как изменяются перечисленные ниже характеристики атомного ядра при таком распаде? К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

ВЕЛИЧИНЫ

А) масса ядра
Б) заряд ядра
В) число протонов в ядре

ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ

1) не изменяется
2) увеличивается
3) уменьшается

Вариант 2

A1. В своих опытах Столетов измерял максимальную силу тока (ток насыщения) при освещении электрода ультрафиолетовым светом. Сила тока насыщения при увеличении интенсивности источника света и неизменной его частоте будет

1) увеличиваться
2) уменьшаться
3) неизменной
4) сначала увеличиваться, затем уменьшаться

А2. Де Бройль выдвинул гипотезу, что частицы вещества (например, электрон) обладают волновыми свойствами. Эта гипотеза впоследствии была

1) опровергнута путем теоретических рассуждений
2) опровергнута экспериментально
3) подтверждена в экспериментах по дифракции электронов
4) подтверждена в экспериментах по выбиванию электронов из металлов при освещении

А3. Выберите верное утверждение.

А. Излучение лазера является спонтанным
Б. Излучение лазера является индуцированным

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

А4. Ядро 214 ₈₃Bi испытывает β-распад, при этом образуется элемент Х. Этот элемент можно обозначить как

А5. На рисунке изображены схемы четырёх атомов. Черными точками обозначены электроны. Атому 16 ₈O соответствует схема

B1. Источник света мощностью 100 Вт испускает 5 · 10 20 фотонов за 1 с. Найдите среднюю длину волны излучения.

В2. Ядро атома претерпевает спонтанный β-распад. Как изменяются перечисленные ниже характеристики атомного ядра при таком распаде? К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

ВЕЛИЧИНЫ

А) масса ядра
Б) заряд ядра
В) число протонов в ядре

ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ

1) не изменяется
2) увеличивается
3) уменьшается

Вариант 3

A1. При фотоэффекте число электронов, выбиваемых монохроматическим светом из металла за единицу времени, не зависит от

А) частоты падающего света
Б) интенсивности падающего света
В) работы выхода электронов из металла

Какие утверждения правильные?

1) А и В
2) А, Б, В
3) Б и В
4) А и Б

А2. Какой энергией обладает свет с частотой 5 · 10 14 Гц?

А3. В настоящее время широко распространены лазерные указки, авторучки, брелоки. При неосторожном обращении с таким (полупроводниковым) лазером можно

1) вызвать пожар
2) прожечь костюм и повредить тело
3) получить опасное облучение организма
4) повредить сетчатку глаза при прямом попадании лазерного луча в глаз

А4. Как изменится число нуклонов в ядре атома радиоактивного элемента, если ядро испустит γ-квант?

1) увеличится на 2
2) не изменится
3) уменьшится на 2
4) уменьшится на 4

А5. По данным таблицы химических элементов Д.И. Менделеева определите число нуклонов в ядре технеция.

1) 43
2) 56
3) 99
4) 142

В2. Ядро атома претерпевает спонтанный γ-распад. Как изменяются перечисленные ниже характеристики атомного ядра при таком распаде? К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

ВЕЛИЧИНЫ

А) масса ядра
Б) заряд ядра
В) число протонов в ядре

ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ

1) не изменяется
2) увеличивается
3) уменьшается

Вариант 4

A1. При исследовании фотоэффекта Столетов выяснил, что

1) энергия фотона прямо пропорциональна частоте света
2) вещество поглощает свет квантами
3) сила фототока прямо пропорциональна частоте падающего света
4) фототок возникает при частотах падающего света, превышающих некоторое значение

А2. Электрон и протон движутся с одинаковыми скоростями. У какой из этих частиц большая длина волны де Бройля?

1) у электрона
2) у протона
3) длины волн этих частиц одинаковы
4) частицы нельзя характеризовать длиной волны

А3. Интерференцию света с помощью лазерной указки показать легче, чем с обычным источником, так как пучок света, даваемый лазером, более

1) мощный
2) когерентный
3) расходящийся
4) яркий

А4. Какой заряд Z и какое массовое число А будет иметь ядро элемента, получившегося из ядра изотопа 238 ₉₂U после одного α-распада и двух β-распадов?

А5. На рисунке изображены схемы четырех атомов. Черными точками обозначены электроны. Атому 12 ₆C соответствует схема

B1. Детектор полностью поглощает падающий на него свет частотой ν = 6 · 10 14 Гц. За время t = 5 с на детектор падает N = 3 · 10 5 фотонов. Какова поглощаемая детектором мощность? (Полученный ответ умножьте на 10 14 и округлите до десятых.)

В2. Ядро атома захватило электрон и испустило протон. Как изменяются перечисленные ниже характеристики атомного ядра при такой ядерной реакции? К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

ВЕЛИЧИНЫ

А) масса ядра
Б) заряд ядра
В) число нейтронов в ядре

ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ

1) не изменяется
2) увеличивается
3) уменьшается

Вариант 5

A1. При фотоэффекте работа выхода электрона из металла, зависит от

1) частоты падающего света
2) интенсивности падающего света
3) химической природы металла
4) кинетической энергии вырываемых электронов

А3. Средняя мощность лазерного излучения равна Р, длина волны λ. Число фотонов, ежесекундно излучаемых лазером, в среднем равно

А4. Радиоактивный изотоп урана 238 ₉₂U после двух α-распадов и двух β-распадов превращается в изотоп

А5. По данным таблицы химических элементов Д.И. Менделеева определите число нейтронов в ядре технеция.

1) 43
2) 56
3) 99
4) 142

В2. Ядро атома захватило нейтрон и испустило электрон. Как изменяются перечисленные ниже характеристики атомного ядра при такой реакции? К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

ВЕЛИЧИНЫ

А) масса ядра
Б) заряд ядра
В) число нейтронов в ядре

ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ

1) не изменяется
2) увеличивается
3) уменьшается

Источник

Тест по квантовой физике 11 класс.

А1. При исследовании фотоэффекта Столетов выяснил, что:

1) атом состоит из ядра и окружающих его электронов;

2) атом может поглощать свет только определенных частот;

3) сила фототока прямо пропорциональна интенсивности падающего света;

4) фототок возникает при частотах падающего света, меньших некоторого значения.

А2. От чего зависит максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, выбиваемых из металла при фотоэффекте?

1) только Б 2) А и Б 3) А и В 4) А, Б и В

А3. Фототок насыщения при фотоэффекте с уменьшением падающего светового потока

3) не изменяется 4) увеличивается или уменьшается в зависимости от работы выхода

А4. Внешний фотоэффект — это явление

1) почернения фотоэмульсии под действием света

2) вырывания электронов с поверхности вещества под действием света

3) свечения некоторых веществ в темноте

4) излучения нагретого твердого тела

А5. Фотоэлемент освещают светом определенной частоты и интенсивности. На рисунке представлен график зависимости силы фототока фотоэлемента от приложенного к нему напряжения. В случае увеличения частоты без изменения интенсивности падающего света график изменится. На каком из приведенных рисунков правильно отмечено изменение данного графика?

А6. Поверхность металла освещают светом, длина волны которого меньше длины волны λ, соответствующей красной границе фотоэффекта для данного вещества. При увеличении интенсивности света

1) фотоэффект происходить не будет при любой интенсивности света

2) будет увеличиваться количество фотоэлектронов

3) будет увеличиваться энергия фотоэлектронов

4) будет увеличиваться как энергия, так и количество фотоэлектронов

А7. Фотоэлемент освещают светом с определенной частотой и интенсивностью. На рисунке представлен график зависимости силы фототока в этом фотоэлементе от приложенного к нему напряжения. В случае увеличения интенсивности падающего света график изменится. На каком из приведенных ниже рисунков правильно отмечено изменение данного графика?

А8. Было проведено три эксперимента по измерению зависимости фототока от приложенного напряжения между фотокатодом и анодом. В этих экспериментах металлическая пластинка фотокатода освещалась монохроматическим светом одной и той же частоты, но разной интенсивности (см. рисунок). На каком из рисунков правильно отражены результаты этих экспериментов?

А9. Металлическую пластинку освещают лазером частотой ν= 4,8∙10 14 Гц. Зависимость интенсивности излучения от времени показана на рисунке. Фотоэффект наблюдается в обоих случаях. В каком случае максимальная скорость фотоэлектронов больше?

1) В первом случае скорость больше.

2) Во втором случае скорость больше.

3) В обоих случаях скорость одинакова.

4) Для ответа нужно знать работу выхода.

А11. Четырех учеников попросили нарисовать общий вид графика зависимости максимальной энергии Е электронов, вылетевших из пластины в результате фотоэффекта, от интенсивности падающего света. Какой из приведенных рисунков выполнен правильно?

А12. Энергия фотона, поглощенного при фотоэффекте, равна Е. Кинетическая энергия электрона, вылетевшего с поверхности металла под действием этого фотона,

1) больше Е 2) меньше Е

3) равна Е 4) может быть больше или меньше Е при разных условиях

А13. Чему равна длина волны красной границы фотоэффекта для цинка? Работа выхода для цинка А = 3,74 эв.

А14. На пластину из никеля попадает электромагнитное излучение, энергия фотонов которого равна 8 эВ. При этом в результате фотоэффекта из пластины вылетают электроны с максимальной энергией 3 эВ. Какова работа выхода электронов из никеля?

1) 11 эВ. 2) 5 эВ. 3) 3 эВ. 4) 8 эВ.

А15. На графике приведена зависимость фототока от приложенного обратного напряжения при освещении металлической пластины (фотокатода) излучением энергией 4 эВ. Чему равна работа выхода для этого металла?

А17. Чему равна энергия фотона, соответствующая длине световой волны λ = 6 мкм?

А18. Если скорость фотоэлектронов, выбиваемых светом с поверхности катода, при увеличении частоты света увеличивается в 3 раза, то задерживающая разность потенциалов (запирающий потенциал) в установке по изучению фотоэффекта должна

1) увеличиться в 9 раз 2) уменьшиться в 9 раз

3) увеличиться в 3 раза 4) уменьшиться в 3 раза

А19. Работа выхода из материала 1 больше, чем работа выхода из материала 2. Максимальная длина волны, при которой может наблюдаться фотоэффект на материале 1, равна λ ₁ ; максимальная длина волны, при которой может наблюдаться фотоэффект на материале 2, равна λ ₂ . На основании законов фотоэффекта можно утверждать, что

3) λ ₁ > λ ₂ 4) λ ₁ может быть как больше, так и меньше λ ₂

А20. При освещении катода вакуумного фотоэлемента потоком монохроматического света происходит освобождение фотоэлектронов. Как изменится максимальная энергия вылетевших фотоэлектронов при уменьшении частоты падающего света в 2 раза?

1) увеличится в 2 раза 2) уменьшится в 2 раза

3) уменьшится более чем в 2 раза 4) уменьшится менее чем в 2 раза

А21. Какой график (см. рис.) соответствует зависимости максимальной кинетической энергии Е фотоэлектронов от частоты ν фотонов, падающих на вещество при фотоэффекте?

А22. Вылетающие при фотоэффекте электроны задерживаются напряжением U ₃ . Максимальная скорость электронов (е — элементарный электрический заряд; т — масса электрона) равна

А23. При увеличении угла падения α на плоский фотокатод монохроматического излучения с неизменной длиной волны λ, максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов

1) возрастает 2) уменьшается

3 )не изменяется 4) возрастает при λ>500 нм и уменьшается при λ

А24. Импульс фотона имеет наименьшее значение в диапазоне частот

1) рентгеновского излучения 2) видимого излучения

3) ультрафиолетового излучения 4) инфракрасного излучения

А25. Импульс фотона имеет наибольшее значение в диапазоне частот

1) инфракрасного излучения 2) видимого излучения

3) ультрафиолетового излучения 4) рентгеновского излучения

А27. Длина волны де Бройля для электрона больше, чем для α-частицы. Импульс какой частицы больше?

1) электрона 2) α-частицы

3) импульсы одинаковы 4) величина импульса не связана с длиной волны

А28. Импульс электрона больше импульса α-частицы. Сравните длины волн де Бройля этих частиц.

1) у α-частицы λ _α больше 2) у электрона λ _е больше

3) λ _α и λ _е равны 4) для ответа не хватает данных

1) радиоволны 2) инфракрасное излучение 3) видимый глазом свет

4) ультрафиолетовое излучение 5) рентгеновское излучение

1)7 ∙10 20 2) 10∙10 20 3) 14∙10 20 4) 28∙10 20 5) 25 20

А31. В некоторых опытах по изучению фотоэффекта фотоэлектроны тормозятся электрическим полем. Напряжение, при котором электрическое поле останавливает и возвращает назад все фотоэлектроны, назвали задерживающим напряжением.

В таблице представлены результаты одного из первых таких опытов при освещении одной и той же пластины.

Задерживающее напряжение U, В

Постоянная Планка по результатам этого эксперимента равна

Источник

Физика. 11 класс

Законы фотоэффекта

Фотоэффект

Необходимо запомнить

Квантовая физика – раздел теоретической физики, в котором изучаются квантово-механические и квантово-полевые системы и законы их движения.

В 1886 году немецкий физик 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 государственного университета им. М.В. Ломоносова Александром Григорьевичем Столетовым.

Первый закон фотоэффекта: фототок насыщения – максимальное число фотоэлектронов, вырываемых из вещества за единицу времени, – прямо пропорционален интенсивности падающего излучения.

Величина фототока насыщения, определяемая максимальным числом фотоэлектронов, вырываемых из вещества за единицу времени, прямо пропорциональна интенсивности падающего на вещество излучения.

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 такая, что излучение меньшей частоты не вызывает фотоэффекта, какой бы ни была интенсивность падающего излучения. Эта минимальная частота излучения называется красной границей фотоэффекта.

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

Задерживающее напряжение – минимальное обратное напряжение между анодом и катодом, при котором фототок равен нулю.

Максимальная кинетическая энергия электронов выражается через задерживающее напряжение:

Теорию фотоэффекта на основе квантовых представлений разработал Альберт Эйнштейн. Уравнение фотоэффекта Эйнштейна:

Фотоэффект бывает внешним и внутренним.

Лабораторная работа «Исследование законов фотоэффекта»

Александр Григорьевич Столетов

Выдающийся русский физик Александр Григорьевич Столетов родился 29 июля (10 августа по новому стилю) 1839 года в городе Владимире, в многодетной семье купца Григория Михайловича Столетова.

Начальное образование А.Г. Столетов получил в семье под руководством матери – Александры Васильевны. В 1856 году с золотой медалью окончил Владимирскую гимназию, а в 1860 г. – университет с отличием. Осенью 1861 года Столетов успешно сдал экзамен на звание магистра физики, но защиту докторской диссертации пришлось отложить: летом 1862 года А.Г. Столетов отправляется в заграничную командировку как наиболее достойный и многообещающий кандидат.

За границей Столетов пробыл три года, упорно изучая физику в университетах Гейдельберга, Геттингена и Берлина. Впоследствии Густав Кирхгоф называл Столетова самым талантливым своим учеником.

В конце 1865 г. Столетов возвращается в Россию и начинает деятельность преподавателя математической физики и физической географии в Московском университете. В мае 1869 г. А.Г. Столетов блестяще защитил магистерскую диссертацию, посвящённую проблеме «общей задачи электростатики», и был утверждён в звании доцента.

Столетов создал собственную физическую лабораторию при университете и физический кружок – прообраз школы Столетова.

В 1874 году его приглашают на торжества по поводу открытия физической лаборатории при Кембриджском университете, а в 1881 г. он представляет российскую науку на I Всемирном конгрессе электриков в Париже. На конгрессе Столетов делает доклад о результатах своих исследований по определению коэффициентов пропорциональности между электростатическими и электромагнитными единицами. По его предложению была утверждена единица электрического сопротивления – ом, а также эталон сопротивления.

В 1888 г. Столетов начинает исследование фотоэффекта, открытого за год до этого Герцем. Двухлетние исследования принесли учёному мировую известность.

А. Г. Столетов умер 16 (28) мая 1896 года от воспаления лёгких.

Источник