Uz metāla plāksnīti krīt elektromagnētiskais starojums, kura viļņa garums ir \(525\space\mathrm{nm}\). Elektronu izejas darbs no dotā metāla ir \(2,24\cdot10^{-19}\space\mathrm{J}\).
Aprēķini no metāla izrauto elektronu maksimālo kinētisko enerģiju metāla plāksnītes tuvumā!
Uzdevumā ir attēlota ārējā fotoefekta novērošanas iekārtas shēma. Ja uz metāla plāksnīti krītošā elektromagnētiskā starojuma kvanta enerģija ir pietiekama, tad, metālam absorbējot kvanta enerģiju, no tā virsmas tiek atbrīvots elektrons un tam tiek piešķirta kinētiskā enerģija. Uzrakstot fotoefekta procesam enerģijas nezūdamības likumu, iegūst, ka \(hf=A_{\mathrm i}+W_{\mathrm {kin}}\), kur \(hf\) – starojums kvanta enerģija, \(A_{\mathrm i}\) – elektrona izejas darbs no metāla, \(W_{\mathrm {kin}}\) – fotoelektrona maksimālā kinētiskā enerģija.
Starojuma frekvenci \(f\) un viļņa garumu \(\lambda\) saista formula \(\lambda=cT=\frac{c}{f}\), kur \(T\) – svārstību periods, \(c\) – elektromagnētisko viļņu izplatīšanās ātrums vakuumā (gaismas ātrums).
Izsaka frekvenci \(f=\frac{c}{\lambda}\) un ievieto Einšteina vienādojumā fotofektam: \(\frac{hc}{\lambda}=A_{\mathrm i}+W_{\mathrm {kin}}\)
No vienādojuma izsaka no metāla izrautā elektrona maksimālo kinētisko enerģiju metāla tuvumā: \(W_{\mathrm{kin}}=\frac{h c}{λ}-A_{\mathrm i }\)
Nepieciešamas konstanšu skaitliskās vērtības atrod fizikas formulu lapā.
Aprēķini:
\(W_{\mathrm{kin}}=\frac{h c}{λ}-A_{\mathrm i }=\frac{6,63\cdot10^{-34}\cdot 3\cdot 10^8}{5,25\cdot 10^{-7}}\approx1,55\cdot 10^{-19}\space\mathrm{J}\)
Atbilde: elektrona maksimālā kinētiskā enerģija plāksnītes tuvumā ir \(1,55\cdot 10^{-19}\space\mathrm{J}\).
Vērtēšanas kritēriji
Zina vai atrod formulu lapā Einšteina vienādojumu ārējam fotoefektam – 1 punkts.
Zina vai atrod formulu lapā saistību starp frekvenci un viļņa garumu. Izsaka viļņa garumu metros. No Einšteina vienādojuma izsaka maksimālo kinētisko enerģiju – 1 punkts.
Aprēķina elektrona maksimālo kinētisko enerģiju, pieraksta atbilstošās mērvienības – 1 punkts.