Во сколько раз уменьшилась интенсивность света на фотокатоде? Как изменилось количество фотоэлектронов, их максимальная

Strekoza

20

Чтобы ответить на ваш вопрос, нам нужно разобраться с основным физическим явлением - эффектом фотоэлектрического действия.

Эффект фотоэлектрического действия заключается в возникновении электрического тока в проводнике (фотокатоде), когда на него падает свет. Это явление можно объяснить с помощью квантовой теории света, предложенной Альбертом Эйнштейном в начале XX века.

Интенсивность света, падающего на фотокатод, определяется количеством фотонов, индивидуальных частиц света, попадающих на единицу площади фотокатода в единицу времени. Поэтому, чтобы ответить на ваш вопрос, нам понадобятся следующие величины: начальная интенсивность света \(I_1\), конечная интенсивность света \(I_2\), начальное количество фотоэлектронов \(N_1\), конечное количество фотоэлектронов \(N_2\), начальная максимальная скорость фотоэлектронов \(v_{max1}\), конечная максимальная скорость фотоэлектронов \(v_{max2}\), начальный импульс фотоэлектронов \(p_1\), конечный импульс фотоэлектронов \(p_2\), начальная энергия фотоэлектронов \(E_1\), конечная энергия фотоэлектронов \(E_2\).

Известно, что интенсивность света пропорциональна количеству фотонов, то есть \(I \propto N\). Поэтому, изменение интенсивности света на фотокатоде можно выразить как отношение конечной интенсивности к начальной: \(\frac{I_2}{I_1}\).

Согласно закону сохранения энергии, энергия фотонов света полностью передается фотоэлектронам. Поэтому, начальная энергия фотоэлектронов равна энергии фотонов, а конечная энергия фотоэлектронов будет максимальной возможной - энергия, соответствующая частоте света, попавшего на фотокатод. Изменение энергии фотоэлектронов будет равно их конечной энергии минус начальной: \(E_2 - E_1\).

Чтобы определить, как изменяются количество фотоэлектронов, их максимальная скорость и импульс, нам понадобятся формулы, связывающие эти характеристики с энергией фотоэлектронов. Для фотоэлектронов справедливы следующие формулы:

Максимальная скорость фотоэлектронов \(v_{max}\) связана с их энергией \(E\) и массой \(m\) следующим образом: \(E = \frac{1}{2}mv_{max}^2\).

Импульс фотоэлектронов \(p\) равен произведению их массы \(m\) на скорость \(v\): \(p = mv\).

Теперь, имея все необходимые формулы, мы можем определить, во сколько раз уменьшилась интенсивность света на фотокатоде:

\[
\frac{I_2}{I_1} = \frac{N_2}{N_1} = \frac{E_2}{E_1} = \left(\frac{v_{max2}}{v_{max1}}\right)^2 = \left(\frac{p_2}{p_1}\right)^2
\]

Как изменилось количество фотоэлектронов, их максимальная скорость, импульс и энергия?

Количество фотоэлектронов изменится пропорционально изменению интенсивности света, то есть в том же соотношении, в котором изменится интенсивность света: \(\frac{N_2}{N_1} = \frac{I_2}{I_1}\).

Максимальная скорость фотоэлектронов изменится пропорционально изменению конечной энергии фотоэлектронов: \(\frac{v_{max2}}{v_{max1}} = \sqrt{\frac{E_2}{E_1}}\).

Импульс фотоэлектронов изменится пропорционально изменению их максимальной скорости: \(\frac{p_2}{p_1} = \frac{v_{max2}}{v_{max1}}\).

Энергия фотоэлектронов изменится на разность их конечной и начальной энергий: \(E_2 - E_1\).

Надеюсь, этот ответ позволит вам полностью понять, как изменится интенсивность света на фотокатоде, количество фотоэлектронов, их максимальная скорость, импульс и энергия при данном физическом процессе. Если у вас остались вопросы, не стесняйтесь задавать их!