От чего зависит красная граница фотоэффекта? Варианты: От интенсивности света; Только от работы выхода материала катода; От напряжения на электродах; От площади катода.

Только от работы выхода материала катода

Что произойдёт, если увеличить интенсивность света, не меняя частоту? Варианты: Уменьшится красная граница; Фотоэффект прекратится; Вырастет максимальная кинетическая энергия электронов; Вырастет число фотоэлектронов (фототок насыщения).

Вырастет число фотоэлектронов (фототок насыщения)

Что произойдёт, если частота света меньше красной границы? Варианты: Фотоэффект не наблюдается при любой интенсивности; Электроны вылетят, но медленно; Ток будет очень малым, но будет; Фотоэффект начнётся при большой интенсивности.

Фотоэффект не наблюдается при любой интенсивности

Как измеряют максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов? Варианты: По силе фототока; По площади катода; По длине волны света; По запирающему напряжению: Eₖ = e·U₃.

По запирающему напряжению: Eₖ = e·U₃

Что утверждает первый постулат Бора? Варианты: Атом может находиться только в стационарных состояниях, в которых не излучает; Атом излучает только при нагревании; Электрон непрерывно излучает при движении по орбите; Энергия атома может быть любой.

Атом может находиться только в стационарных состояниях, в которых не излучает

Тема 10 · Физика

Квантовая физика. Атом и атомное ядро

Фотон и фотоэффект, постулаты Бора, состав ядра, радиоактивные распады, ядерные реакции, период полураспада. 100 заданий на отработку.

Родителю: как помочь с темой «Квантовая физика. Атом и атомное ядро»

В теме 13 подтем: Энергия фотона, Энергия фотона и длина волны, Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта, Красная граница фотоэффекта, Запирающее напряжение, График запирающего напряжения, Постулаты Бора: переходы, Состав атомного ядра и ещё 5.

Попросите ребёнка открыть теорию и за 2–3 минуты своими словами рассказать вам главное.
Затем 10 заданий во вкладке «Практика»: смотрите не на скорость, а на точность — и на то, где понадобилась подсказка.
Ошибки не решайте за него: разберите пошаговое решение вместе и вернитесь к ним через день-два.

Кабинет родителя: что проходят, проверочные, результат ребёнка по ссылке →

Фотоэффект — интерактивная модельпроверьте: яркость не помогает, если частота малаОткрыть →Атом и спектральные линии — интерактивная модельсоберите видимую серию водородаОткрыть →Ядерные реакции и энергия связи — интерактивная модельсоберите ядро из нуклонов и посмотрите, сколько массы «пропало»Открыть →Цепная реакция деления — интерактивная модельпустите один нейтрон в кусок урана и меняйте его размер, пока реакция не станет самоподдерживающейсяОткрыть →Счётчик Гейгера и статистика отсчётов — интерактивная модельслушайте щелчки счётчика — и посмотрите, почему за минуту измерять точнее, чем за секундуОткрыть →Излучение нагретого тела — интерактивная модельнагрейте тело и посмотрите, куда уходит максимум излученияОткрыть →

Решено

Правильно

Точность

Простыми словами

Свет излучается и поглощается не непрерывно, а порциями — квантами (фотонами). Энергия одной порции тем больше, чем выше частота: фиолетовый фотон «сильнее» красного. Поэтому ультрафиолет выбивает электроны из металла, а яркий красный свет — может и не выбить.

E = h ν = \frac{h c}{λ} p = \frac{h}{λ}

E

— энергия фотона, Дж;

ν

— частота, Гц;

λ

— длина волны, м;

p

— импульс фотона;

h = 6, 6 \cdot 1 0^{- 34} Дж \cdot с

— постоянная Планка;

c = 3 \cdot 1 0^{8} м / с

$ν = 4 \cdot 1 0^{14} Гц$ : $E = 6, 6 \cdot 1 0^{- 34} \cdot 4 \cdot 1 0^{14} = 2, 64 \cdot 1 0^{- 19} Дж$ .
$E = 3, 3 \cdot 1 0^{- 19} Дж$ : $λ = \frac{h c}{E} = \frac{19 , 8 \cdot 1 0 ^{- 26}}{3 , 3 \cdot 1 0 ^{- 19}} = 6 \cdot 1 0^{- 7} м = 600 нм$ .

Фотоэффект

h ν = A_{вых} + \frac{m v ^{2}}{2} A_{вых} = h ν_{кр} = \frac{h c}{λ _{кр}} E_{k} = e U_{з}

уравнение Эйнштейна:

A_{вых}

— работа выхода, Дж;

\frac{m v ^{2}}{2} = E_{k}

— максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов;

ν_{кр}

λ_{кр}

— красная граница;

U_{з}

— запирающее напряжение, В;

e = 1, 6 \cdot 1 0^{- 19} Кл

$E = 3, 3 \cdot 1 0^{- 19}$ , $A = 2, 64 \cdot 1 0^{- 19} Дж$ : $E_{k} = 0, 66 \cdot 1 0^{- 19} Дж$ .
$A = 5, 28 \cdot 1 0^{- 19} Дж$ : $ν_{кр} = \frac{A}{h} = 8 \cdot 1 0^{14} Гц$ .
$U_{з} = 0, 5 В$ : $E_{k} = 1, 6 \cdot 1 0^{- 19} \cdot 0, 5 = 0, 8 \cdot 1 0^{- 19} Дж$ .
На графике $U_{з} (ν)$ прямая пересекает ось частот в $ν_{0} = 6 \cdot 1 0^{14} Гц$ — это красная граница: $λ_{кр} = \frac{c}{ν _{0}} = 5 \cdot 1 0^{- 7} м = 500 нм$ .

Фотоэффект идёт только при $ν \geq ν_{кр}$ . Красная граница и энергия электронов не зависят от интенсивности света; от интенсивности зависит лишь число электронов (ток насыщения).

Постулаты Бора

1. Атом находится только в стационарных состояниях с определёнными энергиями; в них он не излучает.

2. При переходе между уровнями излучается или поглощается фотон: $h ν = E_{n} - E_{m}$ . Переход вниз — излучение, вверх — поглощение.

Переход

4 \to 1

в атоме водорода:

h ν = - 0, 85 - (- 13, 6) = 12, 75 эВ

Спектры испускания и поглощения атомов линейчатые и индивидуальны для каждого элемента.

Атомное ядро

A = Z + N Δ m = Z m_{p} + N m_{n} - M_{я} E_{св} = Δ m c^{2}

A

— массовое число (нуклонов),

Z

— зарядовое число (протонов),

N

— нейтронов;

Δ m

— дефект масс;

E_{св}

— энергия связи;

1 а . е . м .

соответствует

931, 5 МэВ

Медь $_{29}^{63} Cu$ : нуклонов $63$ , протонов $29$ , нейтронов $34$ . Изотопы — одинаковый $Z$ , разный $A$ . Удельная энергия связи максимальна у ядер середины таблицы (около железа), поэтому энергия выделяется и при делении тяжёлых ядер, и при синтезе лёгких.

Распады и ядерные реакции

Распад	Что вылетает	Что с ядром	Пример
$α$	ядро гелия $_{2}^{4} He$	$A - 4$ , $Z - 2$	$_{92}^{235} U \to_{90}^{231} Th +_{2}^{4} He$
$β^{-}$	электрон $_{- 1}^{0} e$	$A$ не меняется, $Z + 1$	$_{15}^{32} P \to_{16}^{32} S +_{- 1}^{0} e$
$γ$	фотон	$A$ и $Z$ не меняются	—

В любой ядерной реакции сохраняются суммарное массовое число (верхние индексы) и суммарный заряд (нижние). Неизвестную частицу находят вычитанием: $_{4}^{9} Be +_{2}^{4} He \to_{Z}^{A} X +_{0}^{1} n$ : $A = 9 + 4 - 1 = 12$ , $Z = 6$ — углерод.

N = \frac{N _{0}}{2 ^{t / T}}

закон радиоактивного распада:

N_{0}

— начальное число ядер,

N

— не распавшихся к моменту

t

;

T

— период полураспада

$N_{0} = 12800$ , $T = 30 сут$ , $t = 120 сут$ : $\frac{t}{T} = 4$ , осталось $\frac{12 800}{16} = 800$ .
Распалось $12800 - 800 = 12000$ ядер.

Читайте вопрос: «сколько осталось» и «сколько распалось» — разные ответы. За два периода распадается не всё, а $\frac{3}{4}$ ядер.

Почему спектры линейчатые

Энергия атома принимает лишь дискретные значения (уровни), поэтому при переходах излучаются фотоны только определённых частот $h ν = E_{n} - E_{m}$ — спектр состоит из отдельных линий.

Посмотреть и посчитать

Модели

Две щели: фотоны по одному Радиоактивный распад и период полураспада

Серия: 0

Где это пригодится: ЕГЭ — 2 заданияЗадания экзамена 11 класса, которые опираются на этот материал — нажмите, чтобы раскрыть список

ЕГЭ, задание 16: Квантовая физика1 балл · базовый уровень · 5 минутОткрыть →ЕГЭ, задание 17: Квантовая физика: анализ2 балла · базовый уровень · 7 минутОткрыть →