Фотоэффект — тренажёр для 9 класса
Фотоэффект — это выбивание электронов из металла светом. Это явление не укладывалось в классическую физику, потому что свет вел себя не как волна, а как частица. Альберт Эйнштейн объяснил это и получил Нобелевскую премию. В тренажёре задания построены так, чтобы понять, почему одни цвета света выбивают электроны, а другие нет.
Что проверяет эта тема
- Понимать суть фотоэффекта.
- Применять уравнение Эйнштейна.
- Понимать, что такое работа выхода и красная граница.
- Различать фотон и электрон.
Формулы и правила
| Что ищем | Формула | Обозначения |
|---|---|---|
| Уравнение Эйнштейна | $hν = A + E_k$ | Энергия фотона идет на выбивание электрона (А) и его кинетическую энергию (E_k). |
| Красная граница | $hν_min = A$ | Минимальная частота, при которой возможен фотоэффект. |
| Энергия фотона | $E = h \cdot ν$ | Зависит только от частоты. |
Разбор задачи по шагам
Задача: На металл падает свет с энергией фотона 5 эВ. Работа выхода электрона равна 2 эВ. Найдите кинетическую энергию вылетевшего электрона.
Шаг 1. Записываем уравнение Эйнштейна. hν = A + E_k. Почему: Энергия фотона (5 эВ) — это «бюджет», который тратится на выбивание (2 эВ) и остается на разгон (E_k).
Шаг 2. Выражаем E_k. E_k = hν - A.
Шаг 3. Подставляем значения. E_k = 5 - 2 = 3 эВ.
Шаг 4. Записываем ответ. 3 эВ (или перевести в Джоули, если требуется).
Ещё один разбор
Задача. Частота $1.62e+15$ Гц, работа выхода $3.29e-19$ Дж. Кинетическая энергия фотоэлектрона (Дж)?
Ответ: 7.45e-19
Типичные ошибки
Почему: Классическая логика: больше света — больше энергии
Как проверить: Яркость (количество фотонов) влияет на КОЛИЧЕСТВО выбитых электронов. А скорость (кинетическая энергия) зависит только от ЧАСТОТЫ света (цвета).
Почему: Не понимают, куда тратится энергия
Как проверить: Работа выхода (A) — это «взятка» металлу, чтобы электрон мог покинуть его. Всё, что осталось — это кинетическая энергия движения (E_k).
Почему: Представляют свет как непрерывную волну
Как проверить: Свет — это поток частиц (фотонов). Один фотон взаимодействует с одним электроном.
Типы задач в тренажёре
В тренажёре:
- Уравнение Эйнштейна (нахождение E_k, A или hν).
- Красная граница (найти минимальную частоту).
- Сравнение фотонов (у какого больше энергия).
- Задерживающее напряжение.
Все ответы с проверкой.
Кому и когда это нужно
Тема изучается в 11 классе и обязательно встречается в ЕГЭ по физике (задание № 20).
Родителям: объясните на примере автомата с газировкой. Фотон — это монетка. Чтобы получить газировку (выбить электрон), нужно бросить монетку определенного номинала (работа выхода). Если монетка слишком маленькая (низкая частота, красный свет), автомат её не примет. А если бросить большую монетку, то останется сдача (кинетическая энергия).
Частые вопросы
Почему фотоэффект не наблюдался при красном свете?
Потому что у красного света низкая частота и энергия фотонов недостаточна для преодоления работы выхода. Нужен свет с более высокой частотой (например, синий или УФ).
Кто открыл фотоэффект?
Экспериментально открыл Генрих Герц в 1887 году. Объяснил его Альберт Эйнштейн в 1905 году.
Примеры задач
Готовы попробовать свои силы?
В тренажёре задачи проверяются автоматически, а после ошибки показывается пошаговое решение.
Перейти к задачам