Как решить задачу по физике, связанную с фотоэффектом и движением электрона? В задаче указано, что красная граница фотоэффекта для калия составляет 577 нм, а свет, освещающий поверхность, имеет длину волны 400 нм. Также известно, что вблизи поверхности создано тормозящее поле с напряженностью E = 50 В/м, направленное перпендикулярно поверхности. Какое время потребуется для остановки фотоэлектрона, вылетающего перпендикулярно поверхности с максимальной скоростью?

Физика 11 класс Фотоэффект и движение заряженных частиц в электрическом поле физика Фотоэффект движение электрона красная граница длина волны калий тормозящее поле напряженность максимальная скорость остановка фотоэлектрона Новый

Для решения данной задачи по фотоэффекту и движению электрона, давайте разберем ее по шагам.

Шаг 1: Определение энергии фотона

Сначала нам нужно найти энергию фотона, который имеет длину волны 400 нм. Энергия фотона рассчитывается по формуле:

E = h * c / λ

где:

• h - постоянная Планка (примерно 6.626 × 10^-34 Дж·с),
• c - скорость света (примерно 3 × 10^8 м/с),
• λ - длина волны (в метрах, то есть 400 нм = 400 × 10^-9 м).

Подставим значения:

E = (6.626 × 10^-34 Дж·с) * (3 × 10^8 м/с) / (400 × 10^-9 м) = 4.97 × 10^-19 Дж.

Шаг 2: Определение работы выхода

Красная граница фотоэффекта для калия составляет 577 нм. Теперь найдем работу выхода электрона:

A = h * c / λ_к

где λ_к = 577 нм = 577 × 10^-9 м.

Подставим значения:

A = (6.626 × 10^-34 Дж·с) * (3 × 10^8 м/с) / (577 × 10^-9 м) = 3.44 × 10^-19 Дж.

Шаг 3: Определение максимальной кинетической энергии фотоэлектрона

Максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона определяется как разница между энергией фотона и работой выхода:

K.E. = E - A = 4.97 × 10^-19 Дж - 3.44 × 10^-19 Дж = 1.53 × 10^-19 Дж.

Шаг 4: Определение максимальной скорости электрона

Кинетическая энергия электрона также может быть выражена через его массу и скорость:

K.E. = (m * v²) / 2.

где m - масса электрона (примерно 9.11 × 10^-31 кг).

Теперь найдём максимальную скорость v:

v = sqrt(2 * K.E. / m) = sqrt(2 * 1.53 × 10^-19 Дж / 9.11 × 10^-31 кг) = 5.44 × 10^6 м/с.

Шаг 5: Определение времени остановки электрона

Теперь, когда мы знаем скорость электрона, можем рассчитать время, необходимое для его остановки под действием тормозного поля. Сила, действующая на электрон в электрическом поле, равна:

F = e * E,

где e - заряд электрона (примерно 1.6 × 10^-19 Кл).

Сила будет равна:

F = (1.6 × 10^-19 Кл) * (50 В/м) = 8.0 × 10^-18 Н.

Теперь найдем ускорение электрона:

a = F / m = (8.0 × 10^-18 Н) / (9.11 × 10^-31 кг) = 8.79 × 10^12 м/с².

Используя формулу для времени остановки (t = v / a), где v - начальная скорость, а a - ускорение, мы получим:

t = (5.44 × 10^6 м/с) / (8.79 × 10^12 м/с²) = 6.19 × 10^-7 с.

Итак, время, необходимое для остановки фотоэлектрона, составляет примерно 6.19 × 10^-7 секунд.