Пример 15. На металлическую пластинку направили пучок света от лазера, вызвав фотоэффект. Интенсивность лазерного излучения плавно уменьшают, не меняя его длины волны. Как изменятся в результате этого модуль запирающего напряжения и максимальная скорость фотоэлектронов?
Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения:
1) увеличится; 2) уменьшится; 3) не изменится
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждого ответа. Цифры в ответе могут повторяться.
Средний процент выполнения — 41
Почти 44% участников экзамена указали в этом задании ответы 23 и 32, продемонстрировав тот факт, что они не понимают связи между модулем запирающего напряжения и максимальной кинетической энергией фотоэлектронов (а значит, и максимальной скоростью). Но при этом понимают, что изменение интенсивности падающего излучения не должно влиять на характеристики фотоэлектронов. Остальные же указали на изменение обеих величин, то есть продемонстрировали непонимание законов фотоэффекта.
Источник (https://web-physics.ru/smf/index.php?msg=104): Демидова М.Ю., Грибов В.А. Методические рекомендации для учителей, подготовленные на основе анализа типичных ошибок участников ЕГЭ 2021 года по физике //Педагогические измерения. - 2021. - № 4. - С. 132-150.
Решение. Энергия фотона E, работа выхода A и максимальная кинетическая энергия Ek max электрона связаны соотношением
\[ E=A+E_{k\,\max }, \]
где \( E=\frac{h \cdot c}{\lambda }, \) с и h — скорость света и постоянная Планка соответственно, постоянные величины. Тогда
\[ E_{k\,\max }=E-A =\frac{h \cdot c}{\lambda }-A.\;\;\; (1) \]
По условию длина волны λ излучения не меняется, работа выхода так же не меняется, так как, по умолчанию, не меняется пластина, на которую падает излучение. Тогда из уравнения (1) следует, что кинетическая энергия Ek max электрона так же не меняется.
1) Модуль запирающего напряжения найдем из соотношения, связывающего максимальную кинетическую энергия фотоэлектрона и напряжение
\[ E_{k\,\max } = e \cdot U_{\text{зап}}, \]
где e — модуль заряда электрона, постоянная величина. Тогда
\[ U_{\text{зап}} = \frac{E_{k\,\max }}{e}. \]
Кинетическая энергия Ek max электрона не меняется, следовательно, запирающее напряжение так же не будет меняться.
Это соответствует изменению № 3.
2) Максимальную скорость фотоэлектронов найдем из соотношения, связывающего максимальную кинетическую энергию фотоэлектрона и их скорость
\[ E_{k\,\max } = \frac{m \cdot \upsilon _{\max }^2}{2}, \]
где m — масса электрона, постоянная величина. Тогда
\[ \upsilon _{\max } = \sqrt{\frac{2E_{k\,\max }}{m}}. \]
Кинетическая энергия Ek max электрона не меняется, следовательно, максимальная скорость фотоэлектронов так же не будет меняться.
Это соответствует изменению № 3.
Ответ: 33.