ЕГЭ 2024. Физика. Отличный результат. Квантовая 17.11

[Александр Сакович]

17.11 (21.13). При исследовании зависимости кинетической энергии фотоэлектронов от длины волны падающего света фотоэлемент освещается через различные светофильтры. В первой серии опытов используется светофильтр, пропускающий только зелёный свет, а во второй - пропускающий только фиолетовый свет. В каждом опыте наблюдают явление фотоэффекта и измеряют запирающее напряжение.
Как изменяются длина световой волны и модуль запирающего напряжения 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.

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]

[/b]Анализ условия. 1) По условию изменяют зелёный светофильтр на фиолетовый. Следовательно, цвет падающей световой волны, прошедшей через фильтр, изменяется с зеленого на фиолетовый.
2) По условию металл фотоэлемента, на который падает свет, не изменится. Следовательно, работа A выхода электронов металла не изменится.
Определим, как изменяются длина λ волны падающего света и модуль запирающего напряжения U_зап при изменении цвета падающей волны.

Теория. 1) Энергия E фотона света и длина λ волны падающего света связаны соотношением
\[E = \frac{h\cdot c}{\lambda }.\ \ \ (1)\]
2) Энергия E фотона, работа A выхода и максимальная кинетическая энергия E_max связаны соотношением (уравнением Эйнштейна)
\[E = A+E_{max},\]
где E_max = e·U_зап. Тогда с учетом уравнения (1) получаем
\[\frac{h\cdot c}{\lambda } = A+e\cdot U_{\text{зап}}.\ \ \ (2)\]
3) 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. 1) Определим, как изменится длина λ волны падающего света при изменении цвета падающей волны.
По условию цвет падающей световой волны изменяется с зеленого на фиолетовый. Из мнемонического правила (см. теорию пункт 3) получаем, что длина волны фиолетового цвета меньше длины волны зеленого цвета. Следовательно, длина λ волны падающего света уменьшается.
Это соответствует изменению № 2.

2) Определим, как изменится модуль запирающего напряжения U_зап при изменении цвета падающей волны.
Модуль запирающего напряжения U_зап найдем из уравнения (2)
\[U_{\text{зап}} = \frac{\frac{h\cdot c}{\lambda }-A}{e} = \frac{h\cdot c}{\lambda \cdot e}-\frac{A}{e}.\]
Скорость c света в вакууме, элементарный заряд e и величина h - это постоянные величины. По условию работа A выхода не изменяется. Так как из решения пункт 1 мы определили, что длина λ волны уменьшается, то из полученного уравнения следует, что модуль запирающего напряжения U_зап увеличивается.
Это соответствует изменению № 1.
Ответ: 21.