Тема . №25 Электродинамика (Расчетная задача высокого уровня сложности)
.16 Квантовая физика (Отсутствует в ЕГЭ 2024)
Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела №25 электродинамика (расчетная задача высокого уровня сложности)
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#60258

Фотон с длиной волны, соответствующей красной границе фотоэффекта, выбивает электрон из металлической пластинки (катода) в сосуде, из которого откачан воздух, но в котором содержится небольшое количество водорода. Электрон разгоняется постоянным электрическим полем с напряженностью E = 103  В/м до энергии, равной энергии ионизации атома водорода W  = 13,6  эВ, и ионизирует атом. Возникший свободный электрон имеет нулевую скорость и ускоряется тем же электрическим полем. На каком расстоянии от пластинки его энергия окажется достаточной для ионизации другого атома водорода?

Показать ответ и решение

Уравнение Эйнштейна в данном случае будет иметь вид:

Eф = Aвых+ Ek,

где Eф  – энергия фотона, Aвых  – работа выхода из металла, Ek  – кинетическая энергия вылетевшего электрона.
Энергия фотона равна

     hc
Eф = -λ ,

где λ  – длина волны Работа выхода равна

Aвых =-hc,
      λкр

где λкр  – длина волны, соответствующая красной границе.
Кинетическая энергия

       2
Ek = mv-,
     2

где m  – масса электрона, v  – скорость электрона.
Тогда

hc-  -hc   mυ2-
λкр = λкр + 2

Из чего следует, что начальная скорость вылетевшего электрона υ0 =0  . Работа электрического поля при ускорении равна

A = eES,

где e  – заряд электрона, E  – напряженность поля, S  – расстояние, пройденное электроном.
При этом конечная энергия электрона равна W  , тогда из закона об изменении кинетической энергии

A = W ⇒ eES = W  ⇒ S = W-.
                       eE

Подставим числа из условия

     13,6⋅1,6 ⋅10− 19 Дж
S = 1,6⋅10−-19-Кл⋅103 В/-м = 13,6 мм

Это мы получили, расстояние, на котором фотоэлектрон ионизирует атом водорода. После ионизации атома водорода вылетит ещё один электрон с нулевой начальной скоростью, при этом конечная энергия электрона будет равна W  , аналогично фотоэлектрону можно найти также расстояние, на котором энергии электрона будет достаточно для ионизации, для этого запишем закон об изменении кинетической энергии

                       W     13,6 ⋅1,6⋅10−19 Д ж
A = W ⇒ eES = W ⇒  S = eE-= 1,6⋅10−19 К-л⋅103 В/м = 13,6 мм,

электрон, вылетевший при ионизации, будет обладать достаточной энергией для ионизации на расстоянии S = 13,6  мм от места первой ионизации, то есть на расстоянии 27,2 мм от пластинки.

Ответ:

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное обучение
в Школково

Для детей ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Брянской областей, а также школьникам, находящимся в пунктах временного размещения Крыма обучение на платформе бесплатное.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ или олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!