При подготовке темы обучающийся использовали интернет ресурсы:
https://bilimland.kz
http://class-fizika.ru
https://videouroki.net; https://physics.ru; https://infourok.ru
Явление фотоэффекта стало подтверждением квантовой гипотезы, здесь квантовая модель хорошо работает. Один поглощенный квант световой энергии (фотон) – может вырвать из вещества только один фотоэлектрон
Если кванта световой энергии для этого недостаточно, электрон не выбивается, а остается в веществе
Лишняя энергия передаётся электрону в виде кинетической энергии его движения после выхода из вещества. А сколько будет таких квантов, столько и электронов подвергнутся их воздействию.
E = hν, где h – постоянная Планка Эйнштейн сделал следующий шаг в развитии квантовых представлений.
Он пришел к выводу, что и свет имеет прерывистую дискретную структуру.
Электромагнитная волна состоит из отдельных порций – квантов, впоследствии названных фотонами. При взаимодействии с веществом фотон целиком передает всю свою энергию hν одному электрону. Часть этой энергии электрон может рассеять при столкновениях с атомами вещества. Кроме того, часть энергии электрона затрачивается на преодоление потенциального барьера на границе металл–вакуум. Для этого электрон должен совершить работу выхода A, зависящую от свойств материала катода.
Наибольшая кинетическая энергия, которую может иметь вылетевший из катода фотоэлектрон, определяется законом сохранения энергии:
Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта
– это работа выхода – минимальная энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы он покинул металл. Это характеристика металла и состояния его поверхности.
Квант энергии света расходуется на совершение работы выхода и на сообщение электрону кинетической энергии.
Фотоэффект и уравнение, которое его описывает, было использовано для получения и проверки значения , полученного Планком.
С помощью уравнения Эйнштейна можно объяснить все закономерности внешнего фотоэффекта.
Из уравнения Эйнштейна следуют линейная зависимость максимальной кинетической энергии от частоты и независимость от интенсивности света, существование красной границы, безынерционность фотоэффекта.
Общее число фотоэлектронов, покидающих за 1 с поверхность катода, должно быть пропорционально числу фотонов, падающих за то же время на поверхность.
Из этого следует, что ток насыщения должен быть прямо пропорционален интенсивности светового потока.
Как следует из уравнения Эйнштейна, тангенс угла наклона прямой, выражающей зависимость запирающего потенциала Uз от частоты ν (рис.3), равен отношению постоянной Планка h к заряду электрона e:
Это позволяет экспериментально определить значение постоянной Планка. Такие измерения были выполнены Р. Милликеном (1914 г.) и дали хорошее согласие со значением, найденным Планком.
Эти измерения позволили также определить работу выхода A:
где c – скорость света, λкр – длина волны, соответствующая красной границе фотоэффекта. У большинства металлов работа выхода A составляет несколько электрон-вольт (1 эВ = 1,602·10–19Дж). В квантовой физике часто используется электрон-вольт в качестве энергетической единицы измерения.
Значение постоянной Планка, выраженное в электрон–вольтах в секунду, равно
h = 4,136·10–15 эВ·с.
Среди металлов наименьшей работой выхода обладают щелочные металлы.
Например, у натрия A = 1,9 эВ, что соответствует красной границе фотоэффекта
λкр ≈ 680 нм. Поэтому соединения щелочных металлов используют для создания катодов в фотоэлементах, предназначенных для регистрации видимого света.
Итак, законы фотоэффекта свидетельствуют, что свет при испускании и поглощении ведет себя подобно потоку частиц, получивших название фотонов или световых квантов.
Энергия фотонов равна E = hν.
Фотон движется в вакууме со скоростью c.
Фотон не имеет массы, m = 0.
Из общего соотношения специальной теории относительности, связывающего энергию, импульс и массу любой частицы, следует, что фотон обладает импульсом
Таким образом, учение о свете, совершив виток длительностью в два столетия, вновь возвратилось к представлениям о световых частицах – корпускулах.
Но это не был механический возврат к корпускулярной теории Ньютона.
В начале XX века стало ясно, что свет обладает двойственной природой.
При распространении света проявляются его волновые свойства (интерференция, дифракция, поляризация), а при взаимодействии с веществом – корпускулярные (фотоэффект).
Эта двойственная природа света получила название корпускулярно-волнового дуализма.
Позже двойственная природа была открыта у электронов и других элементарных частиц.
Классическая физика не может дать наглядной модели сочетания волновых и корпускулярных свойств у микрообъектов.
Движением микрообъектов управляют не законы классической механики Ньютона, а законы квантовой механики.
Теория излучения абсолютно черного тела, развитая
М. Планком , и квантовая теория фотоэлектрического эффекта Эйнштейна лежат в основании этой современной науки.
В 1921 г. при присуждении Альберту Эйнштейну Нобелевской премии в решении Нобелевского комитета указывалось, что «премией особенно отмечается
объяснение законов фотоэлектрического эффекта».
Используется приём «Цветные карточки» для осуществления обратной связи.
| 
