Решение: Изменение фототока насыщения
В установке по наблюдению фотоэффекта свет от точечного источника $S$, пройдя через собирающую линзу, падает на фотокатод параллельным пучком. В схему внесли изменение: на место первоначальной линзы поставили другую того же диаметра, но с большим фокусным расстоянием. Источник света переместили вдоль главной оптической оси линзы так, что на фотокатод свет снова стал падать параллельным пучком. Как изменился при этом фототок насыщения? Объясните, почему изменяется фототок насыщения, и укажите, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.
Решение по шагам
5 шаговЧтобы после собирающей линзы свет от точечного источника распространялся параллельным пучком, источник должен находиться в переднем фокусе линзы. Поэтому расстояние от источника до линзы равно её фокусному расстоянию.
Фокусное расстояние новой линзы больше, следовательно, источник переместили дальше от линзы.
При неизменной мощности точечного источника освещённость поверхности на расстоянии $r$ уменьшается по закону обратных квадратов: $E \sim \dfrac{1}{r^2}$. Поэтому освещённость линзы стала меньше.
Диаметр линзы не изменился, значит, её площадь поперечного сечения осталась прежней. Следовательно, световой поток, проходящий через линзу и падающий на фотокатод, уменьшился.
При неизменной частоте света уменьшение светового потока приводит к уменьшению числа выбиваемых фотоэлектронов в единицу времени. Фототок насыщения пропорционален этому числу, поэтому он уменьшился.
Фототок насыщения уменьшился, поскольку источник удалили от линзы, освещённость линзы и световой поток через неё уменьшились; поэтому уменьшилось число фотоэлектронов, испускаемых фотокатодом в единицу времени.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Считать, что изменение фокусного расстояния само по себе изменяет энергию каждого фотоэлектрона.
Утверждать, что фототок насыщения зависит от частоты света, хотя в условии изменяется только расстояние до источника.
Не учитывать, что диаметр линзы остаётся неизменным.
Путать фототок насыщения с задерживающим напряжением.