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.

🚀 Попробовать без регистрации 📝 Задачи с решениями ⚔️ Вызвать на дуэль

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)?

1
Уравнение Эйнштейна: $h\nu = A + E_k$.
$\nu = 1.62e+15$ Гц, $A = 3.29e-19$ Дж
2
Вычисляем.
$E_k = h\nu - A \approx 7.45e-19$ Дж

Ответ: 7.45e-19

Типичные ошибки

Ошибка: Считают, что яркость света влияет на скорость электронов
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).
Ошибка: Путают работу выхода и кинетическую энергию
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).
Ошибка: Забывают, что свет — это квант
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

Частота $1.77e+15$ Гц, работа выхода $1.54e-19$ Дж. Кинетическая энергия фотоэлектрона (Дж)?
Ответ: 1.02e-18
Частота $1.92e+15$ Гц, работа выхода $4.82e-19$ Дж. Кинетическая энергия фотоэлектрона (Дж)?
Ответ: 7.92e-19
Частота $1.32e+15$ Гц, работа выхода $1.95e-19$ Дж. Кинетическая энергия фотоэлектрона (Дж)?
Ответ: 6.78e-19

Готовы попробовать свои силы?

В тренажёре задачи проверяются автоматически, а после ошибки показывается пошаговое решение.

Перейти к задачам

Смежные темы

Энергия фотона Электромагнитные волны Связь массы и энергии