17.15 (21.17). На установке, представленной на фотографиях (рис. 1 - общий вид; рис. 2 - фотоэлемент), исследуют зависимость кинетической энергии фотоэлектронов от частоты падающего света. Для этого в прорезь осветителя помещают различные светофильтры и измеряют запирающее напряжение. В первой серии опытов используется светофильтр, пропускающий только красный свет, а во второй - пропускающий только жёлтый свет.
img1-1.png
Как изменяются модуль запирающего напряжения и максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов при переходе от первой серии опытов ко второй?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличивается, 2) уменьшается, 3) не изменяется.
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
img1-2.png
Источники:
1. ЕГЭ. Физика. Отличный результат (https://web-physics.ru/smf/index.php?msg=238) / под ред. М. Ю. Демидовой. — Москва: Издательство «Национальное образование», 2022. — 736 с. — (ЕГЭ. ФИПИ — школе).
2. ЕГЭ. Физика. Отличный результат (https://web-physics.ru/smf/index.php?msg=928) / под ред. М. Ю. Демидовой. — Москва: Издательство «Национальное образование», 2024. — 496 с. — (ЕГЭ. Отличный результат. Учебная книга).
Анализ условия. 1) По условию изменили красный светофильтр на желтый. Следовательно, цвет падающей световой волны, прошедшей через фильтр, изменяется с красного на желтый.
2) По условию металл фотоэлемента, на который падает свет, не изменится. Следовательно, работа A выхода электронов металла не изменится.
Определим, как изменяются модуль запирающего напряжения Uзап и максимальная кинетическая Emax энергия фотоэлектронов при изменении цвета падающей волны.
Теория. 1) Энергия E фотона света и частота ν световой волны связаны соотношением
\[E = h\cdot \nu .\ \ \ (1)\]
2) Энергия E фотона, работа A выхода и максимальная кинетическая энергия Emax связаны соотношением (уравнением Эйнштейна)
\[E = A+E_{max}.\]
С учетом уравнения (1) получаем
\[h\cdot \nu = A+E_{max}.\ \ \ (2)\]
3) Максимальная кинетическая Emax энергия и запирающее напряжение Uзап связаны соотношением
\[E_{max} = e\cdot U_{\text{зап}}.\ \ \ (3)\]
4) Для запоминания последовательности основных цветов спектра солнечного света (радуги) можно применять мнемоническую фразу: «Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан». Цвета (Красный, Оранжевый, Желтый, Зеленый, Голубой, Синий, Фиолетовый) расположены по возрастанию частоты ν и убыванию длины волны λ.
Решение. 2) Определим, как изменится максимальная кинетическая Emax энергия фотоэлектронов при изменении цвета падающей волны.
Максимальную кинетическую Emax энергию фотоэлектронов найдем из уравнения (2)
\[E_{max} = h\cdot \nu -A.\]
Величина h - это постоянная величина. По условию работа A выхода не изменяется (см. анализ условия пункт 2). По условию цвет световой волны изменился с красного на желтый. Из мнемонического правила (см. теорию пункт 4) получаем, что частота световой волны желтого цвета больше частоты волны красного цвета. Следовательно, частота ν световой волны увеличивается. Тогда из полученного уравнения следует, максимальная кинетическая Emax энергия фотоэлектронов так же увеличивается.
Это соответствует изменению № 1.
1) Определим, как изменится модуль запирающего напряжения Uзап при изменении цвета падающей волны.
Модуль запирающего напряжения Uзап найдем из уравнения (3)
\[U_{\text{зап}} = \frac{E_{max}}{e}.\]
Элементарный заряд e - это постоянная величина. Так как в решении пункт 2 мы определили, что максимальная кинетическая Emax энергия фотоэлектронов увеличивается, то из полученного уравнения следует, что модуль запирающего напряжения Uзап так же увеличивается.
Это соответствует изменению № 1.
Ответ: 11.
Примечание. В книге неправильный ответ: 12.