11 КЛАСС · КВАНТОВАЯ ФИЗИКА
Фотоны и фотоэффект
Энергия и импульс фотона, уравнение фотоэффекта и красная граница.
Здесь собрана теория урока целиком, её можно читать без аккаунта. В интерактивном режиме та же теория идёт карточками, после неё идут вопросы с проверкой ответа и задачи, а прогресс сохраняется.
Основные понятия
Фотон
Квант электромагнитного излучения, переносящий энергию и импульс.
У фотона нет системы покоя и ненулевой массы покоя: его энергия E = hν, а импульс p = h/λ.
Фотоэффект
Испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения.
Один фотон передаёт энергию одному электрону: частота определяет возможность выхода и энергию электрона, интенсивность — число электронов.
Красная граница фотоэффекта
Наименьшая частота или наибольшая длина волны, при которой фотоэффект ещё возможен.
Ниже пороговой частоты фотоэффект не начнётся даже при очень большой интенсивности света.
Физические величины
Энергия фотона
Энергия одного кванта электромагнитного излучения.
Единица: джоуль ·
Постоянная Планка
Коэффициент связи энергии фотона с частотой.
Единица: джоуль-секунда ·
Частота излучения
Число колебаний электромагнитного поля за единицу времени.
Единица: герц ·
Массовый эквивалент энергии фотона
Отношение энергии фотона к c²; это не масса покоя, которая у фотона равна нулю.
Единица: килограмм ·
Масса покоя фотона
Инвариантная масса покоя фотона равна нулю; величина E/c² не является массой покоя.
Единица: килограмм ·
Импульс фотона
Мера поступательного движения фотона.
Единица: килограмм-метр в секунду ·
Работа выхода
Минимальная энергия для удаления электрона с поверхности вещества.
Единица: джоуль ·
Кинетическая энергия фотоэлектрона
Энергия движения электрона после вылета из вещества.
Единица: джоуль ·
Масса фотоэлектрона
Масса электрона, испущенного при фотоэффекте.
Единица: килограмм ·
Модуль заряда электрона
Положительное значение модуля электрического заряда электрона.
Единица: кулон ·
Задерживающее напряжение
Напряжение, при котором самые быстрые фотоэлектроны перестают достигать анода.
Единица: вольт ·
Пороговая частота
Минимальная частота света для фотоэффекта.
Единица: герц ·
Красная граница по длине волны
Максимальная длина волны света, вызывающего фотоэффект.
Единица: метр ·
Формулы урока
Энергия фотона
Энергия фотона растёт с частотой и уменьшается с длиной волны.
Условие: Для фотона в вакууме; масса покоя фотона равна нулю.
Массовый эквивалент энергии фотона
Энергии фотона можно формально сопоставить массовый эквивалент, но это не масса покоя фотона.
Импульс фотона
Импульс фотона определяется его энергией или длиной волны.
Условие: Для фотона в вакууме.
Постоянная Планка
Постоянная Планка задаёт квантовый масштаб действия.
Скорость света
Скорость света в вакууме приблизительно равна трёмстам миллионам метров в секунду.
Электронвольт в джоулях
Один электронвольт равен энергии заряда электрона при прохождении разности потенциалов один вольт.
Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта
Энергия фотона расходуется на работу выхода и кинетическую энергию электрона.
Кинетическая энергия фотоэлектрона
Максимальная кинетическая энергия связана со скоростью электрона и задерживающим напряжением.
Красная граница по энергии
На красной границе энергия фотона точно равна работе выхода.
Пороговая частота фотоэффекта
Минимальная частота определяется работой выхода и постоянной Планка.
Красная граница по длине волны
Максимальная длина волны связана со скоростью света и пороговой частотой.
Связанные формулы
Те же формулы в справочнике, с обозначениями и единицами.
Задачи по теме
Условия, варианты ответа и разбор решения.