11 КЛАСС · КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

Фотоны и фотоэффект

Энергия и импульс фотона, уравнение фотоэффекта и красная граница.

30 минут27 карточек теории

Открыть интерактивный урок

МАТЕРИАЛ УРОКА

Основные понятия

Фотон

Квант электромагнитного излучения, переносящий энергию и импульс.

Фотоэффект

Испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения.

Красная граница фотоэффекта

Наименьшая частота или наибольшая длина волны, при которой фотоэффект ещё возможен.

МАТЕРИАЛ УРОКА

Физические величины

Энергия фотона

E

Энергия одного кванта электромагнитного излучения.

Единица: джоуль · $\mathrm{Дж}$

Постоянная Планка

h

Коэффициент связи энергии фотона с частотой.

Единица: джоуль-секунда · $\mathrm{Дж}\cdot\mathrm{с}$

Частота излучения

\nu

Число колебаний электромагнитного поля за единицу времени.

Единица: герц · $\mathrm{Гц}$

Эквивалентная масса фотона

m_{\gamma}

Энергетический эквивалент энергии фотона, делённый на квадрат скорости света.

Единица: килограмм · $\mathrm{кг}$

Эквивалентная масса фотона

m

Эквивалентная масса фотона в формуле импульса.

Единица: килограмм · $\mathrm{кг}$

Импульс фотона

p

Мера поступательного движения фотона.

Единица: килограмм-метр в секунду · $\frac{\mathrm{кг}\cdot\mathrm{м}}{\mathrm{с}}$

Работа выхода

A

Минимальная энергия для удаления электрона с поверхности вещества.

Единица: джоуль · $\mathrm{Дж}$

Кинетическая энергия фотоэлектрона

E_{\text{к}}

Энергия движения электрона после вылета из вещества.

Единица: джоуль · $\mathrm{Дж}$

Масса фотоэлектрона

m

Масса электрона, испущенного при фотоэффекте.

Единица: килограмм · $\mathrm{кг}$

Модуль заряда электрона

\lvert e\rvert

Положительное значение модуля электрического заряда электрона.

Единица: кулон · $\mathrm{Кл}$

Задерживающее напряжение

U_{\text{з}}

Напряжение, при котором самые быстрые фотоэлектроны перестают достигать анода.

Единица: вольт · $\mathrm{В}$

Пороговая частота

\nu_0

Минимальная частота света для фотоэффекта.

Единица: герц · $\mathrm{Гц}$

Красная граница по длине волны

\lambda_0

Максимальная длина волны света, вызывающего фотоэффект.

Единица: метр · $\mathrm{м}$

МАТЕРИАЛ УРОКА

Формулы урока

Энергия фотона

E=h\nu=\frac{hc}{\lambda}=m_0c^2

Энергия фотона связана с частотой, длиной волны и энергетическим эквивалентом массы.

Эквивалентная масса фотона

m_{\gamma}=\frac{E}{c^2}

Эквивалентная масса фотона равна его энергии, делённой на квадрат скорости света.

Импульс фотона

p=mc=\frac{h}{\lambda}

Импульс фотона можно выразить через его энергетический эквивалент массы или длину волны.

Постоянная Планка

h=6{,}62\cdot10^{-34}\,\mathrm{Дж}\cdot\mathrm{с}

Постоянная Планка задаёт квантовый масштаб действия.

Скорость света

c=3\cdot10^8\,\frac{\mathrm{м}}{\mathrm{с}}

Скорость света в вакууме приблизительно равна трёмстам миллионам метров в секунду.

Электронвольт в джоулях

1\,\mathrm{эВ}=1{,}6\cdot10^{-19}\,\mathrm{Дж}

Один электронвольт равен энергии заряда электрона при прохождении разности потенциалов один вольт.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

E=A+E_{\text{к}}

Энергия фотона расходуется на работу выхода и кинетическую энергию электрона.

Кинетическая энергия фотоэлектрона

E_{\text{к}}=\frac{mv^2}{2}=\lvert e\rvert U_{\text{з}}

Максимальная кинетическая энергия связана со скоростью электрона и задерживающим напряжением.

Красная граница по энергии

h\nu_0=A

На красной границе энергия фотона точно равна работе выхода.

Пороговая частота фотоэффекта

\nu_0=\frac{A}{h}

Минимальная частота определяется работой выхода и постоянной Планка.

Красная граница по длине волны

\lambda_0=\frac{c}{\nu_0}

Максимальная длина волны связана со скоростью света и пороговой частотой.

СПРАВОЧНИК

Связанные формулы

РаботаA · Дж Частотаν · Гц ЭнергияE, W · Дж

ПРАКТИКА

Задачи по теме

Квантовая физика11 класс · 17 задач