При исследовании зависимости максимальной кинетической энергии фотоэлектронов от длины волны падающего света фотоэлемент освещали через различные светофильтры. В первой серии опытов использовали светофильтр, пропускающий только ультрафиолетовое излучение, а во второй — пропускающий только зелёный свет. В каждом опыте наблюдали явление фотоэффекта и измеряли запирающее напряжение. Как изменились модуль запирающего напряжения и работа выхода фотоэлектронов с поверхности металла при переходе от первой серии опытов ко второй? Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения:

Анализ задачи:

Нам нужно определить, как изменились запирающее напряжение и работа выхода фотоэлектронов при переходе от ультрафиолетового излучения к зелёному свету. Важно помнить, что для возникновения фотоэффекта энергия фотона должна быть больше работы выхода.

Формула фотоэффекта:

• \[ E_{кин.макс} = h\nu - A \]

где:

• \[ E_{кин.макс} \] — максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов
• \[ h \] — постоянная Планка
• \[ \nu \] — частота света
• \[ A \] — работа выхода

Связь частоты и длины волны:

• \[ \nu = \frac{c}{\lambda} \]

где:

• \[ c \] — скорость света
• \[ \lambda \] — длина волны

Запирающее напряжение:

• \[ E_{кин.макс} = e U_{зап} \]

где:

• \[ e \] — элементарный заряд
• \[ U_{зап} \] — запирающее напряжение

Из этого следует: \[ U_{зап} = \frac{h\nu - A}{e} = \frac{hc}{e\lambda} - \frac{A}{e} \]

Сравнение серий опытов:

Серия 1: Ультрафиолетовое излучение. Ультрафиолет имеет бо́льшую частоту (меньшую длину волны) по сравнению с зелёным светом.

Серия 2: Зелёный свет. Зелёный свет имеет меньшую частоту (бо́льшую длину волны) по сравнению с ультрафиолетом.

Изменение величин:

1. Запирающее напряжение:
   • При переходе от ультрафиолетового (высокочастотного) к зелёному (низкочастотному) свету частота \[ \nu \] уменьшается.
   • Так как \[ U_{зап} \] прямо пропорциональна частоте \[ \nu \] (при постоянной работе выхода), то запирающее напряжение уменьшится.
2. Работа выхода:
   • Работа выхода \[ A \] — это характеристика металла, она не зависит от падающего света (при условии, что фотоэффект происходит).
   • Следовательно, работа выхода не изменится.

Ответ:

• Модуль запирающего напряжения: уменьшится.
• Работа выхода: не изменится.