Запись Задания для подготоки к экзамену впервые появилась Физика дома.

Металлическая платина облучается светом с частотой 1,6*10¹⁵ Гц. Работа выхода электрона из данного металла равна 3,7эВ. Вылетающие из пластины фотоэлектроны попадают в однородное электрическое поле напряженностью 130 В/м, причём вектор напряженности Е направлен к пластине, перпендикулярно её поверхности. Какова максимальная энергия фотоэлектронов на расстоянии 10 см от пластины?

При решении этой комбинированной задачи, надо чётко понимать, что происходит с заряженной частицей после того, как она попадает в электрическое поле.

На заряженную частицу в электрическом поле действует сила Кулона, и под действием этой силы частица будет двигаться равноускоренно (так как направление вектора силы не совпадает с направлением вектора напряженности электрического поля). Электрическое поле будет совершать работу по перемещению заряженной частицы (электрона), с одной стороны. С другой стороны, работа поля будет численно равна изменению кинетической энергии электрона. Приравнивая правые части этих уравнений, получаем формулу для определения искомой величины — конечной кинетической энергии электрона.А начальную кинетическую энергию электрона, очевидно, можно определить из уравнения Эйнштейна для фотоэффекта.Энергию фотона определяем по формуле Планка.

Расписывая электрическое напряжение через напряжённость электрического поля и расстояние, пройденное электроном, в итоге, для конечной кинетической энергии, имеем:Внимание! Обратите внимание на то, что напряжённость электрического поля и кинетическая энергия обозначаются практически одинаково. Записывая формулы, нужно чётко осознавать, какие физические величины входят в ту или иную формулу.

Важно! Все физические величины, подставляемые в формулу, должны быть выражены в системе СИ.

Запись Определение энергии электрона впервые появилась Физика дома.

Мощность излучения лазерной указки с длиной волны   600 нм равна Р = 2 мВт. Определите число фотонов, излучаемых указкой за 1 с.

Данная задача не представляет особой сложности, так как для её решения  нужно вспомнить пару формул: а именно — формула Планка (энергия фотона) и формула мощности (энергия, переносимая фотонами за единицу времени).

Подход, используемый при решении задач подобного типа — очень прост. Для начала записываем энергию одного фотона.Далее, с учётом того, что поток состоит из N фотонов, записываем энергию потока.

Ну, и в конце, определяем мощность, переносимую пучком.

Подставляя в последнюю формулу энергию фотона (кванта), получаем итоговую формулу для определения мощности излучения. Из получившейся формулы, выражаем неизвестную величину.

Важно! Для получения правильного ответа все физические величины следует подставлять выраженными в системе СИ.

Интересно! Если проанализировать задачи прошлых лет, то такого рода формулировку можно было встретить и в части А, и в части С.

Запись Мощность излучения лазерной указки впервые появилась Физика дома.

Металлическая платина облучается светом с частотой 1,6*10¹⁵ Гц. Работа выхода электрона из данного металла равна 3,7эВ. Вылетающие из пластины фотоэлектроны попадают в однородное электрическое поле напряженностью 130 В/м, причём вектор напряженности Е направлен к пластине, перпендикулярно её поверхности. Какова максимальная энергия фотоэлектронов на расстоянии 10 см от пластины?

По данным условия задачи, очевидно, что можно определить начальную кинетическую энергию фотоэлектронов, вылетающих с поверхности металла. Сделать это можно с помощью уравнения Эйнштейна для фотоэффекта.

После того, как электроны вылетели с поверхности фотокатода, они попадают в электрическое поле, которое совершает работу, с одной стороны, по перемещению этих фотоэлектронов, а с другой стороны, по изменению их кинетической энергии.

Для определения конечной (искомой) кинетической энергии записываем формулу теоремы о кинетической энергии. Также записываем формулу механической работы, совершаемой силой Кулона.

Расписывая силу Кулона, получаем систему уравнений относительно неизвестной величины.

Важно! При решении задачи неплохо представить (а лучше нарисовать) экспериментальную установку для наблюдения явления фотоэффекта.

Запись Движение фотоэлектронов в электрическом поле впервые появилась Физика дома.

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.

Запись Движение электрона в электрическом и магнитном поле впервые появилась Физика дома.

Запись Задачи части 3 варианта 2013 года по физике впервые появилась Физика дома.

Фотоэлектроны, выбитые рассеянным светом частоты  ? = 6,7*10¹⁴ Гц из металла с работой выхода А_вых = 1,89 эВ, попадают в однородное электрическое поле. Какова напряженность поля Е, если длина тормозного пути у фотоэлектронов, чья начальная скорость максимальна и направлена вдоль силовых линий поля Е, составляем 8,75 мм?

Данная задача, прежде всего, интересна с точки зрения физики. И для её правильного решения надо понимать, а что же происходит с фотоэлектронами тогда, когда они попадают в электрическое поле.

Со стороны электрического поля на фотоэлектрон, с одной стороны, действует сила Кулона. Эта сила сообщает фотоэлектронам ускорение такое, что они начинают двигаться равнозамедленно. Используя кинематические и динамические формулы, выражаем неизвестную величину — напряженность электрического поля.

Чтобы записать окончательный ответ, записываем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Из данного уравнения выражаем либо сразу максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов, либо квадрат максимальной скорости, которую приобретают фотоэлектроны после вылета из металла.

После подстановки, получаем итоговый ответ.

Запись Фотоэлектроны в электрическом поле впервые появилась Физика дома.

При облучении металлической пластинки фотоэффект возникает только в том случае, если импульс падающих на неё фотонов, превышает 9*10^-28 кг*м/с. С какой максимальной скоростью будут покидать пластинку электроны, если облучать её светом, частота которого вдвое больше красной границы фотоэффекта?

Для решения задачи, прежде всего, записываем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Энергия фотона идёт на совершение работы выхода и на сообщения фотоэлектронам кинетической энергии.

Условие возникновения фотоэффекта, поставленное в  задаче, определяет как раз красную границу фотоэффекта (минимальную частоту, при которой фотоэффект начинается). Поэтому расписываем слагаемые, входящие в уравнение Эйнштейна через заданные параметры.

Важно! Честно говоря, я никогда не пыталась выучить наизусть все формулы школьн. Если какую-то формулу я не помню, её можно получить путём несложных преобразований из тех формул, которые являются более фундаментальными. Именно таким образом я получаю формулу, связывающую импульс фотона с его частотой.

Остаётся провести подстановки в уравнение Эйнштейна и получить итоговый ответ к задаче.

Запись Облучение металлической пластинки впервые появилась Физика дома.

Ядро покоящегося нейтрального атома , находясь в однородном магнитном поле индукцией В, испытывает альфа распад. При этом рождаются альфа-частицы и тяжелый ион нового элемента. Масса альфа частицы равна m, ее заряд 2е, масса тяжелого иона М.  выделившаяся при альфа распаде энергия Е₀ целиком переходит в кинетическую продуктов реакции.  Трек тяжелого иона находится в плоскости, перпендикулярной направлению магнитного поля. Начальная часть этого трека напоминает дугу окружности. Найдите радиус этой окружности.

С учётом того, что тяжёлый ион нового элемента попадает в магнитное поле, записываем уравнение Ньютона для движения этой частицы. Расписывая силу Лоренца, сообщающую иону центростремительное ускорение, выражаем неизвестную величину — радиус окружности. Из получившегося соотношения видно, что необходимо определить скорость иона, которую тот получает в результате реакции.

Далее для решения задачи надо записать закон сохранения импульса и закон сохранения энергии (релятивистскими эффектами при решении пренебрегаем). (В видео приведена несколько иная последовательность действий при решении задачи).

Решаем систему уравнений, получившуюся при записи законов сохранения энергии и импульса, относительно скорости тяжёлого иона.

Определив скорость, отвечаем на итоговый вопрос задачи.

Важно! Задача решается в общем виде. То есть итоговый ответ выражается в виде формулы.

Запись Альфа распад нейтрального атома впервые появилась Физика дома.

На рисунке представлена схема энергетических уровней электронной оболочки атома и указаны частоты фотонов, излучаемых и поглощаемых при переходах между этими уровнями. Какова минимальная длина волы фотонов, излучаемых атомом при любых возможных переходах между уровнями Е₁, Е₂, Е₃ и Е₄, если ?₁₃ = 7*10¹⁴ Гц,  ?₂₄ = 5*10¹⁴ Гц,  ?₃₂ = 3*10¹⁴ Гц?

Для решения задачи записываем второй постулат теории Бора для каждого перехода, изображенного на рисунке (энергия фотона, поглощаемого или излучаемого атомом при переходе из одного стационарного состояния в другое, численно равна разности энергий атома в этих стационарных состояниях).

Кроме этого, согласно формуле Планка для энергии кванта, минимальная длина волны фотонов, излучаемых при возможных переходах, будет соответствовать  переходу атома из четверного стационарного состояния в первое стационарное состояние. Поэтому, записываем второй постулат Бора и для этого перехода тоже.

Дальнейшее решение задачи сводится к решению системы уравнений относительно неизвестной величины. Получившуюся систему уравнений удобнее решать способом сложения.

Важно! При поглощении фотона — энергия атома увеличивается. При испускании фотона — энергия атома уменьшается. Это необходимо учитывать при записи уравнений второго постулата теории Бора в виде минуса, стоящего перед энергией фотона.

Запись Задача на квантовые постулаты Бора впервые появилась Физика дома.