Решение: Изменение фототока при смене света
В опыте по изучению фотоэффекта катод освещается жёлтым светом, в результате чего в цепи возникает ток (рис. 1). Зависимость показаний амперметра $I$ от напряжения $U$ между анодом и катодом приведена на рис. 2. Используя законы фотоэффекта и предполагая, что отношение числа фотоэлектронов к числу поглощённых фотонов не зависит от частоты света, объясните, как изменится представленная зависимость $I(U)$, если освещать катод зелёным светом, оставив мощность поглощённого катодом света неизменной.
Решение по шагам
8 шаговЗелёный свет имеет большую частоту, чем жёлтый: $\nu_\text{з} > \nu_\text{ж}$.
Согласно уравнению Эйнштейна максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов определяется выражением
$$E_{k\,\max}=h\nu-A_\text{вых}$$При переходе от жёлтого света к зелёному энергия фотонов возрастает, поэтому максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов увеличивается.
Запирающее напряжение определяется условием остановки самых быстрых фотоэлектронов:
$$e|U_з|=E_{k\,\max}$$Следовательно, модуль запирающего напряжения увеличится. На графике это означает смещение точки пересечения кривой с осью напряжений в сторону более отрицательных значений $U$.
Мощность поглощённого света постоянна, а энергия одного фотона равна $h\nu$. Поэтому число поглощённых фотонов в единицу времени равно
$$N=\frac{P}{h\nu}$$При увеличении частоты число фотонов в единицу времени уменьшается. Так как отношение числа фотоэлектронов к числу поглощённых фотонов не зависит от частоты, число испускаемых фотоэлектронов в единицу времени также уменьшается.
Ток насыщения пропорционален числу фотоэлектронов, достигающих анода в единицу времени, поэтому ток насыщения при зелёном свете станет меньше. В результате кривая $I(U)$ будет иметь меньшую высоту плато и пересечёт ось $U$ левее исходной кривой.
При освещении зелёным светом ток насыщения уменьшится, а модуль запирающего напряжения увеличится; кривая $I(U)$ опустится и сместится в сторону более отрицательных напряжений.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Утверждать, что ток насыщения увеличится только потому, что энергия фотонов зелёного света больше.
Забывать, что при постоянной мощности увеличение энергии одного фотона уменьшает число фотонов в единицу времени.
Указывать увеличение самого запирающего напряжения вместо увеличения его модуля: на графике точка остановки смещается в сторону более отрицательных значений $U$.