21

Решение: Кинетическая энергия фотоэлектрона

ЕГЭ · Физика · Задание 21 · Квантовая и ядерная физика
ВысокаяФИПИ9C8F39Развёрнутое решение≈ 10 минутРазбор в 4 шага
Условие

Уровни энергии электрона в атоме водорода задаются формулой $E_n=-\dfrac{13{,}6}{n^2}\ \text{эВ}$, где $n=1,2,3,\ldots$. При переходе атома из состояния $E_2$ в состояние $E_1$ атом испускает фотон. Попав на поверхность фотокатода, фотон выбивает фотоэлектрон. Длина волны света, соответствующая красной границе фотоэффекта для материала поверхности фотокатода, $\lambda_{\text{кр}}=300\ \text{нм}$. Чему равна максимально возможная кинетическая энергия фотоэлектрона?

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

4 шага
1

Вычислим энергии электрона на втором и первом уровнях:

$$E_2=-\frac{13{,}6}{2^2}=-3{,}4\ \text{эВ},\qquad E_1=-\frac{13{,}6}{1^2}=-13{,}6\ \text{эВ}$$
2

Энергия испущенного при переходе фотона равна разности энергий начального и конечного состояний:

$$E_{\gamma}=E_2-E_1=(-3{,}4)-(-13{,}6)=10{,}2\ \text{эВ}$$
3

Работа выхода материала фотокатода определяется красной границей фотоэффекта. Используем приближённое значение $hc\approx1240\ \text{эВ}\cdot\text{нм}$:

$$A=\frac{hc}{\lambda_{\text{кр}}}=\frac{1240}{300}\approx4{,}13\ \text{эВ}$$

По уравнению Эйнштейна для фотоэффекта максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов равна энергии фотона за вычетом работы выхода:

$$K_{\max}=E_{\gamma}-A=10{,}2-4{,}13\approx6{,}07\ \text{эВ}$$
Ответ

Максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона $K_{\max}\approx6{,}1\ \text{эВ}$.

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Используют энергию уровня $E_2$ вместо разности энергий уровней.

Забывают, что энергии уровней атома водорода отрицательны.

Вычитают энергию фотона из работы выхода, меняя знак кинетической энергии.

Не учитывают, что красная граница позволяет найти работу выхода материала фотокатода.

Закрепить приёмВ теме «Квантовая и ядерная физика» ещё 281 задача — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 21 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 4 шага: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Квантовая и ядерная физика»: в ней 282 задачи, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.