ЕГЭ 2024. Физика. Отличный результат. Квантовая 17.4

[Александр Сакович]

17.4 (21.4). Интенсивность монохроматического светового пучка, освещающего фотокатод, плавно увеличивают, не меняя частоты света. Как изменяются при этом количество фотонов, падающих на поверхность фотокатода в единицу времени, и скорость каждого фотона?
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.

Источники:
1. ЕГЭ. Физика. Отличный результат / под ред. М. Ю. Демидовой. — Москва: Издательство «Национальное образование», 2022. — 736 с. — (ЕГЭ. ФИПИ — школе).
2. ЕГЭ. Физика. Отличный результат / под ред. М. Ю. Демидовой. — Москва: Издательство «Национальное образование», 2024. — 496 с. — (ЕГЭ. Отличный результат. Учебная книга).

[Александр Сакович]

Анализ условия. 1) По условию интенсивность I монохроматического светового пучка увеличивается.
2) По условию частота ν света не изменяется.
Определим, как изменяются количество N фотонов, падающих на поверхность фотокатода в единицу времени, и скорость υ каждого фотона при изменении его интенсивности I.

Теория. Интенсивность света I светового пучка зависит от энергии всех фотонов в пучке, т.е. зависит от числа фотонов N и их энергии E:
\[I\sim N\cdot E.\]

Решение. 1) Определим, как изменится количество N фотонов, падающих на поверхность фотокатода в единицу времени, при изменении его интенсивности I.
Интенсивность света I светового пучка зависит от числа фотонов N и их энергии E (см. теорию). Тогда
\[N\sim \frac{I}{E}.\ \ \ (1)\]
Энергия фотона E зависит от частоты ν света
\[E = h\cdot \nu .\]
Величина h - это постоянная величина. Так как по условию частота ν света не изменяется, то из данного уравнения следует, что энергия E фотона так же не изменяется.
По условию интенсивность I монохроматического светового пучка увеличивается. Тогда из уравнения (1) следует, что количество N фотонов, падающих на поверхность фотокатода в единицу времени, так же увеличивается.
Это соответствует изменению № 1.

2) Определим, как изменится скорость υ каждого фотона.
Скорость фотона υ равна скорости света в данной среде, которая зависит от показателя преломления n среды
\[\upsilon = \frac{c}{n}.\]
Скорость c света в вакууме - это постоянная величина. Так как по условию показатель преломления n среды не изменяется, то из данного уравнения следует, что скорость υ каждого фотона так же не изменяется.
Это соответствует изменению № 3.
Ответ: 13.

Примечание: в кодификаторе ФИПИ нет понятия «интенсивность света».