Комбинированная задача для подготовки к ЕГЭ, объединяющая сразу несколько тем: «Явление фотоэффекта», «Движение заряженных частиц в электрическом поле» и «Движение заряженных частиц в магнитном поле», 11 класс.
Электроны, вылетевшие в положительном направлении оси ОХ под действием света с катода фотоэлемента, попадают в электрическое и магнитное поля (см. рисунок). Какой должна быть работа выхода А с поверхности фотокатода, чтобы в момент попадания самых быстрых электронов в область полей, действующая на них сила была направлена вдоль оси OY в положительном направлении? Частота света 6,5*1014 Гц, напряженность электрического поля 3*102 В/м, индукция магнитного поля 10-3 Тл.
Чтобы ответить на вопрос, поставленный в условии задачи, первым делом напрашивается записать уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Именно из этого уравнения выражаем неизвестную — работу выхода.
И если энергию фотонов, вызывающих фотоэффект, можно определить по известной формуле Планка, то для определения кинетической энергии фотоэлектронов нет скорости.
Именно к нахождению скорости фотоэлектронов и сводится решение этой задачи.
Скорость электронов найдем следующим образом. Со стороны электрического поля на электрон действует сила Кулона, направление которой не совпадает с направлением вектора напряженности электрического поля (она направлена в сторону, противоположную оси OY) . А со стороны магнитного поля на электрон действует сила Лоренца, направление которой можно определить по правилу правой руки (учитываем, что электрон — отрицательно заряженная частица — по оси OY).
Чтобы результирующая сила была направлена вдоль оси OY, необходимо, чтобы модуль силы Лоренца был больше (или равен) модулю силы Кулона. Именно из этого условия определяем скорость фотоэлектронов, влетающих в электрическое и магнитное поля.
Определив скорость, находим кинетическую энергию фотоэлектронов, и, следовательно, отвечаем на поставленный в задаче вопрос.