Какова работа выхода электронов из вольфрама и энергия света, падающего на вольфрам с длиной волны 0.18 мкм? Какова максимальная энергия электронов, выбиваемых из вольфрама, и какая максимальная скорость этих электронов?

Физика 9 класс Фотоэффект работа выхода электронов энергия света длина волны 0.18 мкм максимальная энергия электронов скорость электронов вольфрам фотонная энергия Фотоэффект физика 9 класс Новый

Для решения этой задачи нам нужно использовать несколько физических понятий, связанных с фотоэффектом. Давайте разберемся по шагам.

Шаг 1: Определение работы выхода электронов из вольфрама

Работа выхода электронов из вольфрама обозначается буквой W и составляет примерно 4.5 эВ (электронвольта) для вольфрама. Это значение фиксировано и нам просто нужно его запомнить.

Шаг 2: Определение энергии падающего света

Энергия света, падающего на вольфрам, может быть рассчитана по формуле:

E = h * f

где:

• E - энергия фотона в джоулях,
• h - постоянная Планка (примерно 6.626 * 10^-34 Дж·с),
• f - частота света в герцах.

Однако, у нас есть длина волны (λ) света, и мы можем использовать соотношение:

f = c / λ

где:

• c - скорость света (примерно 3 * 10^8 м/с),
• λ - длина волны (в метрах).

Мы преобразуем длину волны из микрометров в метры: 0.18 мкм = 0.18 * 10^-6 м.

Шаг 3: Расчет частоты

Теперь подставим значения в формулу для частоты:

f = c / λ = (3 * 10^8 м/с) / (0.18 * 10^-6 м) = 1.67 * 10^{15} Гц.

Шаг 4: Расчет энергии фотона

Теперь можем найти энергию фотона:

E = h * f = (6.626 * 10^-34 Дж·с) * (1.67 * 10^{15} Гц) ≈ 1.10 * 10^-18 Дж.

Чтобы перевести эту энергию в электронвольты, используем соотношение 1 эВ ≈ 1.6 * 10^-19 Дж:

E ≈ (1.10 * 10^-18 Дж) / (1.6 * 10^-19 Дж/эВ) ≈ 6.88 эВ.

Шаг 5: Максимальная энергия выбиваемых электронов

Максимальная энергия электронов, выбиваемых из вольфрама, определяется по формуле:

Емакс = E - W

где W - работа выхода (4.5 эВ).

Подставим значения:

Емакс = 6.88 эВ - 4.5 эВ = 2.38 эВ.

Шаг 6: Расчет максимальной скорости электронов

Для нахождения максимальной скорости электронов используем формулу:

Емакс = (m * v^2) / 2

где m - масса электрона (примерно 9.11 * 10^-31 кг), v - скорость электрона.

Сначала переведем 2.38 эВ в джоули:

Емакс ≈ 2.38 * 1.6 * 10^-19 Дж ≈ 3.81 * 10^-19 Дж.

Теперь подставим в формулу:

3.81 * 10^-19 Дж = (9.11 * 10^-31 кг * v^2) / 2.

Решим уравнение относительно v:

v^2 = (3.81 * 10^-19 Дж * 2) / (9.11 * 10^-31 кг),

v^2 ≈ 8.36 * 10^{11} м^2/с^2.

Теперь найдём v:

v ≈ √(8.36 * 10^{11}) ≈ 9.14 * 10^5 м/с.

Итак, в итоге:

• Работа выхода электронов из вольфрама: 4.5 эВ.
• Энергия света с длиной волны 0.18 мкм: 6.88 эВ.
• Максимальная энергия электронов: 2.38 эВ.
• Максимальная скорость электронов: примерно 9.14 * 10^5 м/с.