اثرات فوتوالکتریک - مشکلات و راه حل ها
۱. جمله صحیح در مورد اثر فوتوالکتریک این است که ...
الف. با در نظر گرفتن نور به عنوان موج می‌توان آن را توضیح داد
ب. اگر فرکانس نور افزایش یابد، الکترون‌های آزاد شده توسط سطح فلز کاهش می‌یابند.
ج. شدت نور بر انرژی الکترون‌های خارج شده از سطح فلز تأثیری ندارد.
د. اثر فوتوالکتریک در ناحیه مادون قرمز رخ می‌دهد
ه. اثر فوتوالکتریک زمانی رخ می‌دهد که شدت نور فلز زیاد باشد
راه حل
الف. اثر فوتوالکتریک را می‌توان با در نظر گرفتن نور به عنوان یک ذره، نه به عنوان یک موج، توضیح داد. انرژی نور به طور پیوسته با حرکت امواج توزیع نمی‌شود، بلکه بسته‌های کوچکی به نام فوتون یا کوانتوم‌های نور هستند (فقط آن را مانند آب باران تصور کنید).
ب. اگر فرکانس نور افزایش یابد ، الکترون‌های خروجی از سطح فلز نیز افزایش می‌یابند. وقتی فرکانس نور افزایش می‌یابد، انرژی نور نیز افزایش می‌یابد. هرچه انرژی جذب شده بیشتر باشد، الکترون‌های خروجی از سطح فلز نیز بیشتر می‌شوند.
ج. شدت نور با سرعت انتشار انرژی یا سرعت انرژی نور بر روی سطح فلز مطابقت دارد. افزایش شدت نور به معنای افزایش انرژی نور نیست. انرژی فوتون (E = hf) به فرکانس (f) یا طول موج و ثابت پلانک (h) بستگی دارد.
د. اثر فوتوالکتریک در فرکانس یا طول موج نور فرابنفش (اشعه فرابنفش) رخ می‌دهد. فرکانس فرابنفش، فرکانس آستانه‌ای است که در آن انرژی فوتون قادر به آزاد کردن الکترون‌ها از سطح فلز است. فرکانس مادون قرمز نمی‌تواند باشد زیرا خیلی کوچک است، در غیر این صورت، فرکانس اشعه ایکس و اشعه گاما می‌تواند به دلیل فرکانس بیشتر از فرابنفش باشد.
ه. شدت نور بر اثر فوتوالکتریک تأثیری ندارد
جواب صحیح C است.
2.
(1) اثر فوتوالکتریک را می‌توان با فرض اینکه نور از بسته‌های انرژی تشکیل شده است، توضیح داد.
(2) اثر فوتوالکتریک می‌تواند ثابت کند که نور می‌تواند به عنوان ... رفتار کند. موج
(3) انرژی الکترونی که از سطح فلز خارج می‌شود به فرکانس بستگی دارد
(4) اثر فوتوالکتریک در مجاورت ناحیه مادون قرمز رخ می‌دهد
جمله‌ی درست در مورد اثر فوتوالکتریک این است…
الف. (1) و (2)
ب. (1) و (3)
ج. (1) و (4)
د. (2) و (3)
ه. (2) و (4)
راه حل
پاسخ صحیح ب است.
[irp]
3.
(1) جدا شدن الکترون‌ها از فلز توسط طول موج نور ورودی تعیین می‌شود
(2) شدت نور ورودی، حذف الکترون‌ها از سطح فلز را تضمین نمی‌کند.
(3) در فرکانس‌های پایین‌تر از آستانه، الکترون‌ها با افزایش شدت نور ورودی، خارج از فلز باقی می‌مانند.
جمله صحیح مربوط به اثر فوتوالکتریک این است…..
راه حل
جمله (1): این جمله درست است. اگر طول موجی که می‌آید کوچکتر از طول موج آستانه فلز باشد، الکترون‌ها آزاد نمی‌شوند.
گزاره (2): این گزاره درست است. خروج الکترون‌ها از سطح فلز به فرکانس یا طول موج یا انرژی نور بستگی دارد.
جمله (3): این جمله نادرست است. اگر فرکانس نور بیشتر از فرکانس آستانه فلز باشد، الکترون‌ها از فلز خارج می‌شوند. عدم وجود الکترون‌ها از سطح فلز به انرژی نور بستگی دارد نه به شدت نور. انرژی نور به فرکانس یا طول موج بستگی دارد (E = hf). شدت نور به میزان انتشار انرژی نور مربوط می‌شود.
4.
(1) الکترون‌ها می‌توانند از سطوح فلزی خارج شوند، زمانی که فلز توسط امواج الکترومغناطیسی تابش می‌شود.
(2) جدا شدن الکترون‌ها از سطح فلز به فرکانس نور ورودی بستگی دارد
(3) تابع کار برای هر فلز یکسان است
جمله صحیح مربوط به اثر فوتوالکتریک این است…..
راه حل
جمله (1): این جمله درست است. امواج الکترومغناطیسی از انواع مختلفی از امواج تشکیل شده‌اند که فرکانس‌ها یا طول موج‌های مختلفی دارند. فقط امواج الکترومغناطیسی که فرکانس یا طول موج بزرگتری از آستانه یا فرکانس طول موج دارند، می‌توانند الکترون‌ها را از فلز جدا کنند.
جمله (2): این جمله درست است. اگر فرکانس نور کوچکتر از فرکانس آستانه فلز باشد، الکترون از فلز جدا نشدنی است. برعکس، اگر فرکانس نور بزرگتر از فرکانس آستانه فلز باشد، الکترون‌ها از فلز آزاد می‌شوند.
عبارت (3): این عبارت نادرست است. تابع کار فلز، حداقل کار یا حداقل انرژی مورد نیاز برای حذف الکترون‌ها از سطح فلز است. تابع کار برای هر فلز به ویژگی‌های فلز بستگی دارد.
[irp]
5.
( 1) الکترون‌های تابش‌شده در اثر فوتوالکتریک، الکترون‌های فوتونی نامیده می‌شوند.
(2) میزان الکترون تابش شده به شدت نوری که به سطح فلز برخورد می‌کند بستگی ندارد
(3) انرژی جنبشی الکترون‌های گسیل‌شده به انرژی امواج نور بر روی سطح فلز بستگی دارد
(4) برای حذف الکترون‌ها از سطح فلز مستقل از فرکانس آستانه (f)o)
جمله‌ی درست در مورد اثر فوتوالکتریک این است…..
راه حل
(1) الکترون‌هایی که تابش می‌شوند، فوتوالکترون نامیده می‌شوند.
(2) نرخ الکترون تابش‌شده مربوط به تعداد یا تعداد الکترون‌های ساطع‌شده در یک دوره زمانی است. نرخ الکترون‌های ساطع‌شده تحت تأثیر شدت نور قرار می‌گیرد، که در آن شدت نور با نرخ انتقال نور مرتبط است. شدت نور تنها زمانی تأثیر می‌گذارد که انرژی نور بیشتر از انرژی آستانه فلزی باشد. اگر انرژی نور کمتر از انرژی آستانه فلز باشد، شدت نور هیچ تأثیری ندارد.
(3) این جمله درست است. انرژی جنبشی الکترون‌های گسیل شده به انرژی امواج نور بر روی سطح فلز بستگی دارد. الکترون تنها زمانی از سطح فلز آزاد می‌شود که انرژی نور از انرژی آستانه فلز بیشتر باشد.
(4) این جمله نادرست است. اگر فرکانس موج نور ورودی کوچکتر از فرکانس آستانه فلزی باشد، الکترون‌ها آزاد نمی‌شوند. بنابراین تخلیه الکترون‌ها به فرکانس آستانه بستگی دارد.
6.
(1) فرکانس نوری که کاتد را روشن می‌کند باید بیشتر از فرکانس آستانه باشد
(2) تابع کار کاتد فلزی بیشتر از انرژی نوری است که کاتد را روشن می‌کند
(3) طول موج آستانه باید بزرگتر از طول موج نوری باشد که به کاتد می‌تابد
(4) انرژی جنبشی الکترون‌های آزاد شده از کاتد باید بیشتر از انرژی آستانه باشد
برای اینکه فوتوالکترون‌ها برآورده شوند:
راه حل
(1) این جمله صحیح است. پدیده فوتوالکتریک زمانی اتفاق می‌افتد که فرکانس نوری که فلز کاتد را روشن می‌کند، بیشتر از فرکانس آستانه فلز کاتد باشد.
(2) این جمله نادرست است. تابع کار، حداقل کار یا حداقل انرژی مورد نیاز برای آزاد شدن الکترون‌ها است. برای اینکه پدیده فوتوالکتریک رخ دهد، انرژی نور باید بیشتر از تابع کار کاتد فلزی باشد.
(3) این جمله نادرست است. فوتوالکتریک زمانی اتفاق می‌افتد که طول موج نوری که کاتد را روشن می‌کند، بزرگتر از طول موج آستانه کاتد فلزی باشد.
(4) این جمله درست است. برای فرار از فلز، انرژی جنبشی الکترون‌ها باید بیشتر از انرژی آستانه فلز کاتد باشد.
پاسخ‌های صحیح (1) و (4) هستند.
[irp]
۷. به عبارت زیر توجه کنید:
(1) تابع کار فلز باید کمتر از انرژی نوری باشد که کاتد فلزی را روشن می‌کند
(2) انرژی آستانه کاتد بیشتر از انرژی نوری است که فلز کاتد را روشن می‌کند
(3) انرژی جنبشی الکترون‌های آزاد شده از کاتد همیشه بیشتر از انرژی آستانه کاتد است.
(4) انرژی جنبشی الکترون‌های آزاد شده از سطح کاتد متناسب با انرژی نوری است که کاتد را روشن می‌کند.
عبارت دقیق در مورد اثر فوتوالکتریک این است…..
راه حل
(1) این جمله درست است
(2) این جمله نادرست است
(3) این جمله درست است
(4) این جمله تنها در صورتی صحیح است که انرژی نور تابیده شده بر کاتد بیشتر از انرژی آستانه فلز کاتد باشد. اگر انرژی نور کمتر از انرژی آستانه فلز باشد، الکترون‌ها نمی‌توانند از سطح کاتد فلزی جدا شوند.
[irp]
