Решение: Изменение фототока при фиолетовом свете
В опыте по изучению фотоэффекта катод освещается зелёным светом, в результате чего в цепи возникает ток. Зависимость показаний амперметра $I$ от напряжения $U$ между анодом и катодом приведена на рисунке. Используя законы фотоэффекта и предполагая, что отношение числа фотоэлектронов к числу поглощённых фотонов не зависит от частоты света, объясните, как изменится зависимость $I(U)$, если освещать катод фиолетовым светом, оставив мощность поглощённого катодом света неизменной.
Решение по шагам
9 шаговФиолетовый свет имеет большую частоту, чем зелёный: $\nu_\text{фиол} > \nu_\text{зел}$.
Согласно уравнению Эйнштейна для фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов определяется выражением
$$E_{k\,\max}=h\nu-A_\text{вых}$$При переходе к фиолетовому свету энергия фотонов возрастает, поэтому максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов увеличивается.
Задерживающее напряжение определяется условием остановки наиболее быстрых фотоэлектронов:
$$e|U_\text{з}|=E_{k\,\max}$$Следовательно, модуль задерживающего напряжения возрастает: точка пересечения графика с осью напряжений смещается влево, то есть к более отрицательным значениям $U$.
Мощность поглощённого света постоянна. Для монохроматического света она равна произведению энергии одного фотона на число поглощённых фотонов в единицу времени:
$$P=N h\nu$$Так как при фиолетовом свете $h\nu$ больше, а мощность $P$ неизменна, число поглощённых фотонов в единицу времени уменьшается:
$$N=\frac{P}{h\nu}$$По условию доля фотоэлектронов среди поглощённых фотонов не зависит от частоты. Поэтому число фотоэлектронов в единицу времени и фототок насыщения также уменьшаются.
$$I_{\text{н,фиол}}<I_{\text{н,зел}}$$Итак, при освещении фиолетовым светом участок насыщения графика располагается ниже, а точка остановки — левее исходной. График $I(U)$ изменяется так, что фототок насыщения уменьшается, а по модулю задерживающее напряжение увеличивается.
При фиолетовом свете график $I(U)$ сместится влево в области задерживающих напряжений и будет иметь меньший ток насыщения: $|U_{\text{з,фиол}}|>|U_{\text{з,зел}}|$, $I_{\text{н,фиол}}<I_{\text{н,зел}}$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Утверждать, что при увеличении частоты уменьшается максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов.
Считать, что при неизменной мощности число фотонов остаётся неизменным.
Указывать увеличение фототока насыщения при переходе к фиолетовому свету.
Говорить, что задерживающее напряжение смещается вправо, не учитывая, что оно имеет отрицательное значение.