Фотоефект. Уравнение на Айнщайн

Проверете се: 20 въпроса

Натиснете въпроса, за да видите верния отговор и обяснението.

1. Кой учен пръв наблюдава фотоефекта през 1887 г.?

   • Хайнрих Херц
   • Алберт Айнщайн
   • Макс Планк
   • Нилс Бор

   Отговор: Хайнрих Херц

   Законите му по-късно изследва Александър Столетов.

2. От какво зависи максималната кинетична енергия на фотоелектроните?

   • От интензитета на светлината
   • От честотата на светлината
   • От времето на осветяване
   • От площта на катода

   Отговор: От честотата (и от вида на метала)

   Всеки фотон предава енергията си на един електрон.

3. От какво зависи броят на избитите за 1 s електрони (фототокът на насищане)?

   • Само от честотата
   • От цвета на катода
   • От напрежението в мрежата
   • От интензитета на светлината

   Отговор: От интензитета

   По-интензивната светлина носи повече фотони за секунда.

4. Какво е „червена граница“ на фотоефекта?

   • Най-малката честота, при която още има фотоефект
   • Най-голямата дължина на вълната на видимата светлина
   • Цветът, при който фотоефектът е най-силен
   • Температурата, при която металът почервенява

   Отговор: Минималната честота на светлината за даден метал

   При по-ниска честота енергията на фотона е по-малка от отделителната работа.

5. На кое явление се основава действието на слънчевите батерии?

   • На вътрешния фотоефект
   • На електромагнитната индукция
   • На луминесценцията
   • На термоядрения синтез

   Отговор: Вътрешен фотоефект

   Фотоните освобождават носители на заряд в полупроводника.

6. Какво е фотоефект?

   • Светене на газ при ток
   • Избиване на електрони от веществото под действие на светлина
   • Нагряване на метал от светлина
   • Разлагане на светлината в призма

   Отговор: Избиване на електрони от веществото под действие на светлина

   При външния фотоефект светлината избива електрони от повърхността на веществото.

7. Кой учен обяснява фотоефекта през 1905 г. с идеята за фотоните?

   • Макс Планк
   • Хайнрих Херц
   • Нилс Бор
   • Алберт Айнщайн

   Отговор: Алберт Айнщайн

   Айнщайн получава Нобелова награда (за 1921 г.) именно за обяснението на фотоефекта.

8. Кой български физик открива през 1937 г. фотоелектретното състояние на веществата?

   • Георги Наджаков
   • Асен Йорданов
   • Джон Атанасов
   • Петър Берон

   Отговор: Георги Наджаков

   Академик Георги Наджаков открива, че някои вещества след осветяване в електрично поле остават трайно поляризирани.

9. Защо при светлина с честота под червената граница фотоефект няма дори при много голям интензитет?

   • Светлината не достига метала
   • Енергията на всеки фотон е по-малка от отделителната работа
   • Електроните са твърде много
   • Металът се нагрява и спира фотоефекта

   Отговор: Енергията на всеки фотон е по-малка от отделителната работа

   Електронът поглъща един фотон; ако hν < A, той не може да излезе, колкото и фотони да падат.

10. Каква е графиката на спиращото напрежение в зависимост от честотата на светлината?

    • Парабола
    • Хипербола
    • Права линия с наклон h/e
    • Хоризонтална права

    Отговор: Права линия с наклон h/e

    eU_s = hν − A, т.е. U_s = (h/e)ν − A/e: права с наклон h/e.

11. Кое е уравнението на Айнщайн за фотоефекта?

    • hν = A + mv²/2
    • hν = A − mv²/2
    • E = mc²
    • hν = mv²/2 − A

    Отговор: hν = A + mv²/2

    Енергията на фотона отива за отделителната работа и кинетичната енергия на електрона.

12. Какво става, ако енергията на фотона е по-малка от отделителната работа на метала?

    • Фотоефект няма
    • Избиват се бавни електрони
    • Избиват се много електрони
    • Металът се зарежда отрицателно

    Отговор: Фотоефект няма

    Един фотон не може да предаде на електрона достатъчно енергия, колкото и интензивна да е светлината.

13. Отделителната работа на метал е 2,3 eV. Колко е червената граница (минималната честота)? (h = 6,63·10⁻³⁴ J·s)

    • ≈ 3,5·10¹⁴ Hz
    • ≈ 5,6·10¹⁴ Hz
    • ≈ 5,6·10¹⁵ Hz
    • ≈ 1,5·10³³ Hz

    Отговор: ≈ 5,6·10¹⁴ Hz

    ν₀ = A/h = 2,3·1,6·10⁻¹⁹/6,63·10⁻³⁴ ≈ 5,55·10¹⁴ Hz.

14. Светлина с λ = 400 nm пада върху метал с отделителна работа 2,0 eV. Колко е максималната кинетична енергия на фотоелектроните?

    • ≈ 3,1 eV
    • ≈ 5,1 eV
    • ≈ 1,1 eV
    • ≈ 0,1 eV

    Отговор: ≈ 1,1 eV

    E_ф = hc/λ ≈ 3,1 eV; E_k = 3,1 − 2,0 ≈ 1,1 eV.

15. Максималната кинетична енергия на фотоелектроните е 2,4·10⁻¹⁹ J. Какво спиращо напрежение ги спира?

    • 2,4 V
    • 0,67 V
    • 1,5 V
    • 3,8 V

    Отговор: 1,5 V

    eU_s = E_k, U_s = 2,4·10⁻¹⁹/1,6·10⁻¹⁹ = 1,5 V.

16. Какво е отделителна работа?

    • Енергията на падащия фотон
    • Работата на тока в метала
    • Минималната енергия за изваждане на електрон от метала
    • Кинетичната енергия на фотоелектрона

    Отговор: Минималната енергия за изваждане на електрон от метала

    Отделителната работа A зависи от вида на метала и обикновено е няколко eV.

17. Как се изменя максималната кинетична енергия на фотоелектроните при увеличаване на честотата на светлината?

    • Намалява
    • Расте
    • Не се изменя
    • Става нула

    Отговор: Расте

    От E_k = hν − A следва, че с растежа на ν расте и E_k.

18. Защо фотоелектроните излизат с различни кинетични енергии, а уравнението на Айнщайн дава една стойност?

    • Фотоните имат различни заряди
    • Металът е зареден
    • Електроните имат различни маси
    • Част от електроните губят енергия, преди да излязат, а уравнението дава максималната

    Отговор: Част от електроните губят енергия, преди да излязат, а уравнението дава максималната

    Електроните от по-дълбоките слоеве губят част от енергията си при сблъсъци, затова уравнението описва максималната кинетична енергия.

19. Метал има отделителна работа 4,5 eV. Ще има ли фотоефект при видима светлина (фотони до около 3,3 eV)?

    • Да, при голям интензитет
    • Да, винаги
    • Не, енергията на фотоните е недостатъчна
    • Само при червена светлина

    Отговор: Не, енергията на фотоните е недостатъчна

    Фотоните на видимата светлина имат енергия по-малка от 4,5 eV, затова не могат да избият електрони.

20. При осветяване на метал със светлина с λ = 400 nm спиращото напрежение е 1 V. Каква е отделителната работа? (hc ≈ 1240 eV·nm)

    • 2,1 eV
    • 3,1 eV
    • 4,1 eV
    • 1,1 eV

    Отговор: 2,1 eV

    hν = 1240/400 = 3,1 eV; A = hν − eU = 3,1 − 1 = 2,1 eV.