Условие задачи:

Энергия фотона, поглощаемого цезиевым фотокатодом, равна 5 эВ. Чему равна величина задерживающего потенциала, при котором прекратится фототок?

Задача №11.2.21 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

Дано:

$E=5$ эВ, $U_з-?$

Решение задачи:

Согласно уравнению Эйнштейна для фотоэффекта энергия поглощенного кванта $E$ идет на совершение работы выхода $A_{вых}$ и на сообщение кинетической энергии вылетевшему электрону $\frac{{{m_e}{\upsilon ^2}}}{2}$. Поэтому:

$$E = {A_{вых}} + \frac{{{m_e}{\upsilon ^2}}}{2}\;\;\;\;(1)$$

Работа выхода $A_{вых}$ для цезия равна 2 эВ (1 эВ = 1,6·10^-19 Дж).

Если изменить полярность источника напряжения в установке для исследования фотоэффекта, то электрическое поле между катодом и анодом будет тормозить фотоэлектроны. При задерживающем напряжении (потенциале) $U_з$ фототок становится равным нулю. При этом по закону сохранения энергии справедливо равенство:

$$\frac{{{m_e}{\upsilon ^2}}}{2} = e{U_з}\;\;\;\;(2)$$

Здесь $m_e$ — масса электрона, равная 9,1·10^-31 кг, $e$ — модуль заряда электрона, равный 1,6·10^-19 Кл.

Принимая во внимание равенство (2), уравнение (1) примет вид:

$$E = {A_{вых}} + e{U_з}$$

Тогда:

$$e{U_з} = E — {A_{вых}}$$

Откуда искомая величина задерживающего потенциала (напряжения) равна:

$${U_з} = \frac{{E — {A_{вых}}}}{e}$$

Задача решена в общем виде, теперь посчитаем численный ответ:

$${U_з} = \frac{{5 \cdot 1,6 \cdot {{10}^{ — 19}} — 2 \cdot 1,6 \cdot {{10}^{ — 19}}}}{{1,6 \cdot {{10}^{ — 19}}}} = 3\;В$$

Ответ: 3 В.

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.

Смотрите также задачи:

11.2.20 Работа выхода электронов из материала катода трубки 2 эВ. Катод облучается потоком
11.2.22 Излучение какой частоты падает на поверхность фотокатода из цезия, если для прекращения
11.2.23 Найти задерживающий потенциал для фотоэлектронов при действии на калий излучения