21

Решение: Частота света по радиусу электрона

ЕГЭ · Физика · Задание 21 · Квантовая и ядерная физика
ВысокаяФИПИD4025BРазвёрнутое решение≈ 7 минутРазбор в 6 шагов
Условие

Фотокатод с работой выхода $4{,}42 \cdot 10^{-19}\ \text{Дж}$ освещается монохроматическим светом. Вылетевшие из катода электроны попадают в однородное магнитное поле с индукцией $4 \cdot 10^{-4}\ \text{Тл}$ перпендикулярно линиям индукции этого поля и движутся по окружностям. Максимальный радиус такой окружности $10\ \text{мм}$. Какова частота $\nu$ падающего света?

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

6 шагов
1

Так как скорость электронов перпендикулярна линиям магнитной индукции, магнитная сила сообщает электронам центростремительное ускорение.

$$evB = \frac{mv^2}{r}$$
2

Из уравнения движения найдём импульс электрона.

$$p = mv = eBr$$
3

Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов равна

$$E_{\text{к max}} = \frac{p^2}{2m_e} = \frac{e^2B^2r^2}{2m_e}$$
4

Подставим значения $e = 1{,}6 \cdot 10^{-19}\ \text{Кл}$, $B = 4 \cdot 10^{-4}\ \text{Тл}$, $r = 10\ \text{мм} = 10^{-2}\ \text{м}$, $m_e = 9{,}1 \cdot 10^{-31}\ \text{кг}$.

$$E_{\text{к max}} = \frac{(1{,}6 \cdot 10^{-19})^2(4 \cdot 10^{-4})^2(10^{-2})^2}{2 \cdot 9{,}1 \cdot 10^{-31}} \approx 2{,}25 \cdot 10^{-19}\ \text{Дж}$$
5

По уравнению Эйнштейна для фотоэффекта энергия фотона расходуется на работу выхода и приобретение электроном максимальной кинетической энергии.

$$h\nu = A_{\text{вых}} + E_{\text{к max}}$$

Найдём частоту падающего света при $h = 6{,}63 \cdot 10^{-34}\ \text{Дж} \cdot \text{с}$.

$$\nu = \frac{4{,}42 \cdot 10^{-19} + 2{,}25 \cdot 10^{-19}}{6{,}63 \cdot 10^{-34}} \approx 1{,}0 \cdot 10^{15}\ \text{Гц}$$
Ответ

$\nu \approx 1{,}0 \cdot 10^{15}\ \text{Гц}$

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

Где здесь ошибаются

Используют радиус в миллиметрах вместо перевода в метры.

Считают кинетическую энергию по формуле $E_{\text{к}} = \dfrac{mv^2}{2}$, но не находят скорость или импульс электрона.

Забывают добавить работу выхода к максимальной кинетической энергии при применении уравнения Эйнштейна.

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 6 шагов: 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.