Fisa de Probleme

EFECTUL FOTOELECTRIC EXTERN

1. Se da graficul dependenţei energiei cinetice maxime a electronilor emişi prin efect fotoelectric extern de frecvenţa radiaţiei incidente ( vezi teoria). Metalul pentru care a fost obţinut acest grafic este supus acţiunii radiaţiilor luminoase cu frecvenţele ν1 = 4,00·1014 Hz , ν2 = 5,45·1014

Hz, respectiv ν3 = 6,25·1014 Hz. Frecvenţa de prag a metalului are valoarea ν0 = 5,45·1014 Hz.a. calculaţi valoarea lucrului mecanic de extracţie în eV;b.indicaţi semnificaţia fizică a pantei dreptei reprezentate în grafic;c. indicaţi care dintre cele trei radiaţii produc efect fotoelectric. Justificaţi;d.calculaţi în eV valoarea energiei cinetice maxime a electronilor extraşi de radiaţia cu

frecvena ν3.

Se consideră: constanta Planck h = 6,625· 10-34 J · s sarcina electrică elementară e = - 1,6 ·10-19 C

2. Intr-un experiment de studiu al efectului fotoelectric pe un catod al unei celule fotoelectrice s-au folosit radiaţii cu diferite frecvenţe. În tabelul din Fig.2.13. sunt înscrise, pentru fiecare frecvenţă folosită, valorile energiei cinetice maxime a electronilor emisi. Fig.2.13.

a.reprezentaţi grafic energia cinetică maximă a fotoelectronilor emisi de catod în funcţie frecvenţa radiaţiei incidente, pentru ν 0,6· 1015 Hz; 1,5·1015 Hz;

b.determinaţi valoarea constantei lui Planck folosind datele experimentale;c.calculaţi lucrul mecanic de extracţie corespunzător materialului din care este

confecţionat catodul;d. precizaţi dacă se produce efect fotoelectric sub acţiunea unei radiaţii având frecvenţa

de 4· 1014 Hz, în cazul catodului utilizat. Justificaţi răspunsul.

3. Catodul metalic al unui dispozitiv experimental pentru studiul efectului fotoelectric extern se expune unei radiaţii electromagnetice cu frecvenţa ν = 1,0·1015 Hz. Frecvenţa de prag a materialului din care este confecţionat catodul are valoarea ν0 = 6,0·1015 Hz.

a. justificaţi dacă modificarea fluxului radiaţiei electromagnetice incidente, în condiţiile menţinerii constante a frecvenţei, influenţează valoarea energiei cinetice maxime a electronilor emişi;

b. calculaţi energia unui foton din radiaţia incidentă;c. calculaţi lucrul mecanic de extracţie a fotoelectronilor din catod;d. calculaţi tensiunea de stopare a electronilor emişi.

4. Lucrul de extracţie al unui fotoelectron de la suprafaţa wolframului este LW = 4,5eV (1eV = 1,6 ·10-19 J ); lungimea de undă de prag pentru wolfram este:

a. 0,276 μm;b. 0,366 μm;

1

υ (1015Hz) EC(10-19J)0,60 0,640,75 1,631,00 3,281,50 6,58

c. 0,433 μm;d. 1,210 μm.

5. O radiaţie monocromatică are lungimea de undă λ = 660nm. Energia unui foton ce face parte din această radiaţie este: a. 3 ·10-19 J ; b. 3·10-17 J ; c. 3·10-16 J ; d. 3 ·10-18 J.6. Simbolurile mărimilor fizice fiind cele utilizate în manualele de fizică, expresia care are unitatea de măsură a energiei este:

a. h · λ;b. e · Us ;c. h /λ ;d. c /λ.

7. Fotonul în comparaţie cu electronul:a. are masă de mişcare care depinde de viteza sa ;b. nu are masă de repaus ;c. are viteza c, indiferent de condiţii ;d. are sarcină electric pozitivă.

Se consideră: viteza luminii în vid c = 3·108 m/ s constanta Planck h = 6,625· 10-34 J · s 8. Fotonul este o particulă cu următoarele caracteristici: a. este numită particula de lumină; b. are energia h · λ; c. are energia h · υ; d. intră în componenţa oricărei radiaţii electromagnetice.9. Lucrul mecanic de extracţie al electronilor dintr-o substanţă este L = 2,3eV (1eV = 1,6 ·10-19 J ). Lungimea de undă de prag are valoarea:

a. 640nm; b. 540nm; c. 503nm; d. 440nm.

10. Tensiunea la care încetează emisia electronilor dintr-un corp din cesiu ( LCs= 1,89eV) iluminat cu radiaţii cu lungimea de undă de 600nm este :

a. 0,50V;b. 0,18V;c. 1,10V;d. 2,00V.

11. Conform teoriei corpusculare, lumina este alcătuită din fotoni. Energia fotonilor este dată de relaţia:

a. ε = mfotonv2 / 2;b. ε = h · ν; c. ε = melectron · c2;

2

d. ε = h·c/υ.12. Utilizându-se o fotocelulă cu catod din cesiu iluminat cu radiaţii de diferite lungimi de undă s-au obţinut următoarele rezultate: pentru radiaţia cu lungimea de undă λ1 = 0,4μm, tensiunea de stopare a fost U1 = 1,19V, iar pentru λ2 = 0,5μm, U2 = 0,57V. Lungimea de undă de prag pentru cesiu are valoarea : a. 0,60 μm; b. 0,50 μm; c. 0,65 μm; d. 0,70 μm.

13.Pe un fotocatod de cesiu dintr-un tub electronic cade un fascicul de radiaţii monocromatice cu frecvenţa ν = 7 ·1014 Hz, având o putere P = 1W. Caracteristica curent- tensiune este reprezentată în Fig.2.14. Determinaţi:

Fig.2.14. a. numărul de fotoni care ajung la catod într-un timp t = 1min ;b. numărul de fotoni care smulg electroni în timpul t = 1min ; c. energia unui foton incident;d. lucrul de extracţie a fotoelectronilor;

e. energia cinetică maximă a fotoelectronilor emişi de catod.

14.O celulă fotoelectrică cu fotocatodul din cesiu are lucrul mecanic de extracţie Lextractie = 3,02 ·10-19 J. Fotocatodul este iluminat cu o radiaţie având lungimea de undă λ = 0,22μm. Frecvenţa de prag caracteristică cesiului şi viteza fotoelectronilor emişi este :

a. υ0 = 0,46·1015Hz ; v = 1,15· 106 m/s;b. υ0 = 0,48·1015Hz ; v = 1,14· 106 m/s;c. υ0 = 0,48·1015Hz ; v = 1,15· 106 m/s;d. υ0 = 0,50·1015Hz ; v = 1,15· 106 m/s.

Se consideră : constanta lui Planck h = 6,625· 10-34 J · s masa de repaus a electronului m0 = 9,1·10-31Kg15. Pentru studiul experimental al efectului fotoelectric extern se dispune de o celulă fotoelectrică al cărui catod este realizat dintr-un metal oarecare. Se măsoară experimental diferenţa de potenţial care anulează intensitatea curentului fotoelectric în funcţie de frecvenţa υ a radiaţiei monocromatice trimise asupra catodului celulei fotoelectrice.

Fig.2.15.Un studiu experimental conduce la următoarele valori din tabelul reprezentat în Fig.2.15. alăturată:

a. stabiliţi dependenţa teoretică a tensiunii de stopare Us de frecvenţa υ a radiaţiei monocromatice incidente, Us = f(υ ). Folosind rezultatele experimentale din tabel, trasaţi graficul Us = f (υ );

b. determinaţi lucrul mecanic de extracţie a fotoelectronilor din metal;c. calculaţi lungimea de undă maximă a radiaţiei sub acţiunea căreia catodul celulei poate

să mai emită electroni;

3

d. determinaţi viteza maximă a fotoelectonilor emişi când pe suprafaţa catodului cad radiaţii electromagnetice cu lungimea de undă λ = 214nm.

16. Ştiind că simbolurile mărimilor fizice sunt cele utilizate în manualele de fizică, diferenţa hν − L are aceeaşi unitate de măsură cu:

a. hυc2 ;

b.m vmax2

2 ;

c. m vmax

2

US;

d. US.

17. O parte din radiaţia emisă de o sursă de lumină monocromatică cu lungimea de undă λ = 480nm cade normal pe un mediu transparent, subţire, mărginit de două suprafeţe perfect plane care formează între ele un unghí diedru foarte mic, iar altă parte cade pe suprafaţa unui catod de sodiu cu lucrul de extracţie Lextr=3,68·10-19 J

a. descrieţi figura de interferenţă realizată în lumină reflectată pe mediul transparent;b. determinaţi frecvenţa radiaţiei monocromatice;c. demonstraţi că sodiul emite fotoelectroni sub acţiunea acestei radiaţii;d. calculaţi viteza maximă a fotoelectronilor;

e. determinaţi tensiunea de frânare a fotoelectronilor emişi de metal.Se consideră: viteza luminii în vid c = 3·108 m/ s constanta Planck h = 6,625· 10-34 J · s sarcina electrică elementară e = - 1,6 ·10-19 C masa electronului m0 = 9,1·10-31Kg18. Energia cinetică maximă a electronilor extraşi prin efect fotoelectric extern depinde de frecvenţa radiaţiei incidente conform graficului din figura Fig.2.23. În aceste condiţii, valoarea frecvenţei de prag este:

a. 5,0 · 1015 Hz;b. 1,2 · 1015 Hz; c. 1,0 · 1015 Hz;

d. 1,1 · 1015 Hz.

Fig.2.23. 19. Într-un experiment de efect fotoelectric se măsoară tensiunea de stopare a electronilor la diferite frecvenţe ale radiaţiei folosite şi se trasează graficul din Fig.2.24. Analizând reprezentarea grafică, determinaţi:

a. valoarea frecvenţei de prag;b. lungimea de undă de prag;c.lucrul mecanic de extracţie;d.energia cinetică maximă a fotoelectronilor emişi

sub acţiunea unei radiaţii având frecvenţa ν = 2 · 1015 Hz.

4

Fig.2.24.

5