Какова работа выхода электронов из металла, если металл освещается светом с длиной волны 150 нм, а фотоэлектроны имеют кинетическую энергию 3,5 * 10** кДж? Ответ дайте в эВ.

Физика 10 класс Фотоэлектрический эффект работа выхода электронов металл длина волны 150 нм фотоэлектроны кинетическая энергия эВ Новый

Для решения задачи нам нужно воспользоваться уравнением, связывающим энергию фотона, работу выхода электрона из металла и кинетическую энергию фотоэлектронов. Это уравнение выглядит так:

E = A + K.E.

Где:

• E - энергия фотона,
• A - работа выхода электрона из металла,
• K.E. - кинетическая энергия фотоэлектрона.

1. Сначала найдем энергию фотона (E). Энергию фотона можно вычислить по формуле:

E = h * f

где:

• h - постоянная Планка (6.626 * 10^(-34) Дж·с),
• f - частота света.

Частоту (f) можно найти через длину волны (λ) по формуле:

f = c / λ

где:

• c - скорость света (примерно 3 * 10^8 м/с),
• λ - длина волны (в нашем случае 150 нм = 150 * 10^(-9) м).

2. Подставим значения:

f = 3 * 10^8 м/с / (150 * 10^(-9) м) = 2 * 10^{15} Гц.

Теперь можем найти энергию фотона:

E = 6.626 * 10^(-34) Дж·с * 2 * 10^{15} Гц = 1.3252 * 10^(-18) Дж.

3. Теперь переведем кинетическую энергию в джоули. У нас дано, что кинетическая энергия равна 3.5 кДж:

K.E. = 3.5 * 10^3 Дж.

4. Теперь подставим все известные значения в уравнение:

1.3252 * 10^(-18) Дж = A + 3.5 * 10^3 Дж.

5. Решим это уравнение относительно A:

A = 1.3252 * 10^(-18) Дж - 3.5 * 10^3 Дж.

6. Теперь, чтобы перевести работу выхода в электрон-вольты (эВ), воспользуемся тем, что 1 эВ = 1.6 * 10^(-19) Дж:

A = (1.3252 * 10^(-18) Дж - 3.5 * 10^3 Дж) / (1.6 * 10^(-19) Дж/эВ).

7. Однако, мы видим, что работа выхода электрона A будет отрицательной, что не имеет физического смысла. Это означает, что для данного света с длиной волны 150 нм, энергия фотона превышает работу выхода, и электроны могут покинуть металл с данной кинетической энергией.

Таким образом, работа выхода электрона из металла равна:

A = E - K.E.

8. Подставим значения:

A = 1.3252 * 10^(-18) Дж - 3.5 * 10^3 Дж = -3.5 * 10^3 Дж.

9. Переведем значение в эВ:

A = -3.5 * 10^3 Дж / (1.6 * 10^(-19) Дж/эВ) = -2.1875 * 10^{22} эВ.

Это также указывает на то, что работа выхода не может быть отрицательной. Мы можем заключить, что работа выхода меньше, чем 3.5 кДж, и электроны могут быть выбиты из металла с данной кинетической энергией.

Таким образом, работа выхода электрона из металла в данном случае равна:

Работа выхода A = 0 эВ (или меньше, чем 0, что указывает на то, что электроны могут быть выбиты).