Zaznacz poprawne dokończenie zdania...- Zadanie 3: Nowa Teraz Matura. Fizyka. Zbiór zadań maturalnych

Rozwiązanie

Uzasadnienie:

Naszym zadaniem jest poprawne dokończenie zdania.

Wiemy, że potrzebna jest odpowiednia długość fali, aby elektron został wybity przez docierający do płytki foton. Dokładniej: foton musi mieć energię równą bądź większą od pracy wyjścia dla danego materiału. Wybite elektrony poruszają w dowolnym kierunku, część dociera do anody (w wyniku czego odczytujemy pewną wartość natężenia). Gdy przyłożymy napięcie elektryczne, zaczniemy działać na elektrony pewną siłą. Dzięki tej sile możemy nakierunkować wybite elektrony oraz nadać im dodatkową energię kinetyczną. Zatem więcej elektronów zacznie przemieszczać się z fotokatody do anody. Zauważać to będziemy jako zwiększenie odczytywanego natężenia.

Zwiększanie napięcia skutkuje zwiększeniem wartości siły działającej na wybite elektrony w wyniku czego coraz większa ilość elektronów zostanie nakierowanych na anodę. Spowoduje to zwiększenie odczytywanego natężenia aż do pewnej maksymalnej wartości.

Możemy też, zmieniając przyłożone napięcie, zwolnić elektrony (co jest przedstawione na wykresie dla ujemnych wartości napięcia) w wyniku czego odczytywane natężenie będzie maleć aż do osiągnięcia zerowej wartości, czyli wtedy wszystkie elektrony zostaną zatrzymane.

Z wykresu wynika, że do zatrzymania wszystkich elektronów większe napięcie potrzebne jest w przypadku fotokomórki 1 (potrzeba bardziej ujemnego napięcia). Z tego wynika, że większa jest wówczas również energia kinetyczna wybijanych elektronów:

$E_{k_{1}} > E_{k_{2}}$

gdzie:

$E_{k_{1}}$ - energia kinetyczna elektronów wybijanych z fotokatody fotokomórki 1,

$E_{k_{2}}$ - energia kinetyczna elektronów wybijanych z fotokatody fotokomórki 2.

Stąd:

$E_{k_{1}} - E_{k_{2}} > 0$

Skoro większa jest energia kinetyczna to oznacza, że w przypadku fotokomórki 1 większa jest wartość prędkości wybijanych elektronów, czyli:

$v_{1} > v_{2}$

gdzie:

$v_{1}$ - wartość prędkości wybijanych elektronów z fotokatody fotokomórki 1,

$v_{2}$ - wartość prędkości wybijanych elektronów z fotokatody fotokomórki 2.

ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne polega na tym, że pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego elektrony wybijane są z powierzchni metalu. Zjawisko to opisuje równanie:

$E_{f} = W + E_{k}$

gdzie:

$E_{f}$ - energia padających na metal fotonów,

$W$ - praca wyjścia (energia niezbędna do uwolnienia elektronu z metalu),

$E_{k}$ - energia kinetyczna uzyskana przez wybity elektron.

Energia każdego fotonu jest taka sama w obu przypadkach, ponieważ fotokomórki oświetlane są tym samym źródłem światła. Zatem im większa energia kinetyczna tym mniejsza jest praca wyjścia:

$E_{f_{2}} = E_{f_{1}}$