Как можно более подробное решение, с рисунком: на непроводящей нити подвешен маленький шарик массой 30 г, имеющий электрический заряд 2∙10^(-6) кл. когда такой шарик поместили в однородное вертикально направленное электрическое поле, сила натяжения нити уменьшилась в 2 раза. чему равен модуль вектора напряженности электрического поля?

Показать ответ

Ответ:

ASM235

21.11.2022 07:04

№1.

По уравнению Эйнштейна $h*V=A_{vbIxoda}+E_k$ , где V - частота излучения (Гц), h - постоянная планка (h = 6,62*10⁻³⁴ Дж*с), $A_{vbIxoda}$ - работа выхода (Дж), E_k - максимальная энергия излучения (Дж). Из данной формулы выражаем находимую кинетическую энергию: $E_k=h*v-A_{vbIxoda}$ . В системе СИ: 4,4 эВ = 4,4*1,1*10⁻¹⁹ Дж = 7,04*10⁻¹⁹ Дж. Подставляем численные данные и вычисляем: $E_k=6,62*10^{-34}*6*10^{16}-7,04*10^{-19}=390,16*10^{-19}$ (Дж)

ответ: Кинетическая энергия равна 390,16*10⁻¹⁹ Джоуль.

№2.

По формуле фотоэффекта (из закона сохранения энергии) $\frac{m*v^2}{2}= U_3*e$ , где m - масса частицы (кг), - скорость частицы (м/с), e - заряд электрона (e = 1,6*10⁻¹⁹ Кл), U₃ - запирающие напряжение т.е. напряжение при котором ток полностью прекращается (В). Выражение: $\frac{m*v^2}{2}$ есть кинетическая энергия т.е. $E_k=\frac{m*v^2}{2}$ . В задаче №1 если взглянуть есть формула полученная в ходе преобразования (кинетической энергии) ⇒ $E_k=h*v-A_{vbIxoda}$ . Тогда кинетическую энергию расписываем как: $h*v-A_{vbIxoda}=U_3*e$ . Отсюда выражаем находимое напряжение: $U_3=\frac{h*v-A_{vbIxoda}}{e}$ .

Работой выхода называют красной границей фотоэффекта, при котором имеется предельно низкая частота $(V_{min})$ или максимальная длина волны $(Y_{max})$ ⇒ определяем по формуле: $A_{vbIxoda}=\frac{h*c}{Y_{max}}$ . Данную формулу подставляяем в формлу определения запирающего напряжения:

$U_3=\frac{h*v-\frac{h*c}{Y_{max}}}{e}$ . Частоту (V) расписываем как $V=\frac{c}{Y}$ тогда ⇒ $U_3=\frac{\frac{h*c}{Y}-\frac{h*c}{Y_{max}}}{e}$ . В системе СИ:

6,2*10⁻⁵ см = 6,2*10⁻⁸ м; 330 нм = 33*10⁻⁸ м. Подставляем численные данные и вычисляем: $U=\frac{\frac{6,62*10^{-34}*3*10^8}{33*10^{-8}}-\frac{6,62*10^{-34}*3*10^8}{6,2*10^{-8}}}{1,6*10^{-19}}\approx-16,3(B).$

№3.

Фототок насыщения, это явление возникающее при исчерпывании ресурса свободных зарядов. То есть, имея фотоны с энергией выше красной границы, мы можем получать фотоэлектроны в количестве 1 к 1-му, повышая поток фотонов, до тех пор, пока электроны готовые выйти не исчерпаются. Дальнейшее повышение потока фотонов (мощности излучения), не приведёт к росту потока электронов (фототока). Остальное просто:

N_p=е*N
A=N_p*t=n*h*V
n - число фотонов за время t то есть поток фотонов и он численно равен потоку фотоэлектронов
$\frac{n}{t}=\frac{N_p}{h*V}$
умножая на заряд e обе части, в левой получим ток:
$I=\frac{e*N_p}{h*V}$
и переходя к заданным величинам:
$I=е*\frac{e*Y*N}{h*c}$

В системе СИ: 0,36 мкм = 0,36*10⁻⁶ м; 5 мкВт = 5*10⁻⁶ Вт. Подставляем численные данные и вычисляем: $I=\frac{0,05*1,6*10^{-19}*0,36*10^{-6}*5*10^{-6}}{6,62*10^{-34}*3*10^8}\approx57,4*10^{-9}(A) = 57,4(mkA).$