Uczeń, jak każdy człowiek, chce umieć coś zrobić samodzielnie Spisy zadań Rozwiązane zadania z fizyki szkolnej - gimnazjum i szkoły ponadgimnazjalne (licea i technika) 1046_04. Jak obliczyć maksymalną długość fali wywołującej zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne?

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne - zadania,

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne można wyjaśnić, gdy przyjmiemy, że światło oprócz własności falowych ma także własności korpuskularne.

Jak obliczyć maksymalną długość fali wywołującej zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne dla srebra?

Zjawisko fotoelektryczne było "szokiem" dla fizyków, którzy uznali światło za fale o różnych długościach i częstotliwościach.

Problem polegał na tym, że zaobserwowane własności zjawiska nie można było wytłumaczyć wykorzystując właściwości falowe światła.
Wytłumaczenie okazało się możliwe dopiero wtedy, gdy wykorzystano koncepcję fotonów - kwantów energii światła.

Każda częstotliwość światła "ma" swoją porcję energii równą iloczynowi częstotliwości i pewnej stałej. Stała ta nosi nazwę stałej Plancka.

Wartość stałej Plancka (podstawowej stałej świata atomowego) jest bardzo mała i efekty z nią związane są bardzo mało "widoczne".

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne polega na emisji elektronu z powierzchni czystego metalu pod wpływem światła.
Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne opisane jest za pomocą dwóch praw:

• zasada zachowania energii


• prawo kwantowania energii fali świetlnej o ustalonej częstotliwości - energia fotonu jest najmniejszą porcją energii światła światła o danej częstotliwości

1. Pierwsze prawo zapisujemy jako wzór Millikana-Einsteina

We wzorze tym występują następujące wielkości:

• E_f - energia fotonu padającego na powierzchnię metalu światła monochromatycznego


• W - praca wyjścia z powierzchni metalu


• E_kin - energia kinetyczna elektronu w chwili wyjścia z powierzchni metalu

We wzorach na energię fotonu występują wielkości:

• h=6,63⋅10^-34J⋅s - stała Plancka


• f - częstotliwość padającej na metal fali światła


• m - masa elektronu


• v - prędkość elektronu w chwili opuszczania powierzchni metalu


Najmniejszą energią wywołującą zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne jest więc energia równa pracy wyjścia elektronu z powierzchni metalu.

Energia ta spowoduje uwolnienie elektronu z powierzchni metalu, ale "zabraknie" energii do rozpędzenia elektronu.



2. Wyprowadzenie zależności na maksymalną długość fali wywołującej zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne




Graniczną długość fali obliczymy korzystając z podanych wzorów.
Stosujemy dodatkowe oznaczenia

• E_fg - graniczna wartość energii wywołującej zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne


• f_g - graniczna częstotliwość światła wywołującego zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne


• λ_g - graniczna częstotliwość światła wywołującego zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne


• c=3,0⋅10⁸m⁄s - prędkość światła w próżni




3. Wzory wiążące długość i częstotliwość fali




Jak obliczyć maksymalną długość fali wywołującej zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne dla srebra?




1046_01.11-2011.02.03