Valosähköiset vaikutukset – ongelmat ja ratkaisut
1. Oikea väittämä valosähköisestä ilmiöstä on …
A. Voidaan selittää käsittelemällä valoa aaltona
B. Metallipinnasta vapautuvien elektronien määrä vähenee, jos valon taajuus kasvaa.
C. Valon voimakkuus ei vaikuta metallipinnasta tulevien elektronien energiaan
D. Valosähköinen ilmiö esiintyy infrapuna-alueella
E. Valosähköinen ilmiö tapahtuu, kun metallin valon intensiteetti on suuri
Ratkaisu
A. Valosähköinen ilmiö voidaan selittää käsittelemällä valoa hiukkasena, ei aaltona. Valoenergia ei jakaudu jatkuvasti aaltojen liikkuessa, vaan se on pieniä paketteja, joita kutsutaan fotoneiksi eli valokvanteiksi (kuvittele se vaikka sadevedeksi).
B. Jos valon taajuus kasvaa , metallipinnasta tulevien elektronien määrä kasvaa. Kun valon taajuus kasvaa, valon energia kasvaa. Mitä suurempi energia absorboituu, sitä enemmän elektroneja tulee ulos metallipinnasta.
C. Valon intensiteetti vastaa energian emissionopeutta tai valoenergian nopeutta metallipinnalla. Valon intensiteetin kasvu ei tarkoita, että valon energia kasvaisi. Fotonin energia (E = hf) riippuu taajuudesta (f) tai aallonpituudesta ja Planckin vakiosta (h).
D. Fotoelektrinen ilmiö tapahtuu ultraviolettisäteiden eli ultraviolettisäteiden taajuudella tai aallonpituudella. Ultraviolettitaajuus on kynnystaajuus, jolla fotonin energia pystyy vapauttamaan elektroneja metallin pinnasta. Infrapunataajuus ei voi olla, koska se on liian pieni, muuten röntgen- ja gammasäteiden taajuus voi johtua suuremmasta taajuudesta kuin ultraviolettisäteilyllä.
E. Valon voimakkuus ei vaikuta valosähköiseen ilmiöön
Oikea vastaus on C.
2.
(1) Valosähköinen ilmiö voidaan selittää olettamalla, että valo koostuu energiapaketeista
(2) Valosähköinen ilmiö voi todistaa, että valo voi käyttäytyä kuten aalto
(3) Metallipinnasta tuleva elektronienergia riippuu taajuudesta
(4) Valosähköinen ilmiö esiintyy infrapuna-alueen läheisyydessä
Totuus valosähköisestä ilmiöstä on…
A. (1) ja (2)
B. (1) ja (3)
C. (1) ja (4)
D. (2) ja (3)
E. (2) ja (4)
Ratkaisu
Oikea vastaus on B.
[irp]
3.
(1) Elektronien irtoaminen metallista määräytyy tulevan valon aallonpituuden mukaan
(2) Tulevan valon voimakkuus ei takaa elektronien poistumista metallin pinnalta
(3) Kynnystaajuuden alapuolella elektronit pysyvät metallin ulkopuolella, koska tulevan valon intensiteetti kasvaa.
Oikea väittämä valosähköisestä ilmiöstä on…
Ratkaisu
Väite (1): Tämä väite on totta. Jos tuleva aallonpituus on pienempi kuin metallin kynnysaallonpituus, elektronit eivät vapaudu.
Väite (2): Tämä väite on totta. Elektronien poistuminen metallipinnasta riippuu taajuudesta tai aallonpituudesta tai valoenergiasta.
Väite (3): Tämä väite on väärin. Elektronit irtoavat metallista, jos valon taajuus on suurempi kuin metallin kynnystaajuus. Elektronien puuttuminen metallin pinnalta riippuu valon energiasta eikä valon intensiteetistä. Valoenergia riippuu taajuudesta eli aallonpituudesta (E = hf). Valon intensiteetti liittyy valoenergian säteilynopeuteen.
4.
(1) Elektronit voivat poistua metallipinnoista, kun metalliin säteilevät sähkömagneettiset aallot
(2) Elektronien irtoaminen metallipinnasta riippuu tulevan valon taajuudesta
(3) Kunkin metallin työfunktio on sama
Oikea väittämä valosähköisestä ilmiöstä on…
Ratkaisu
Väite (1): Tämä väite on totta. Sähkömagneettiset aallot koostuvat monentyyppisistä aalloista, joilla on eri taajuudet tai aallonpituudet. Vain sähkömagneettiset aallot, joiden taajuus tai aallonpituus on suurempi kuin kynnysarvo tai aallonpituuden taajuus, voivat poistaa elektroneja metallista.
Väite (2): Tämä väite on totta. Jos valon taajuus on pienempi kuin metallin kynnystaajuus, elektroni on erottamaton metallista. Käänteisesti, jos valon taajuus on suurempi kuin metallin kynnystaajuus, elektronit vapautuvat metallista.
Väite (3): Tämä väite on väärin. Metallin työfunktio on pienin työ tai pienin energia, joka tarvitaan elektronien poistamiseksi metallin pinnalta. Kunkin metallin työfunktio riippuu metallin ominaisuuksista.
[irp]
5.
( 1) Valosähköisessä ilmiössä säteileviä elektroneja kutsutaan fotonielektroneiksi
(2) Säteilevän elektronin nopeus ei riipu metallipintaan kohdistuvan valon voimakkuudesta
(3) Emittoituneiden elektronien kineettinen energia riippuu metallipinnalla olevien valoaaltojen energiasta
(4) Elektronien poistaminen metallipinnalta kynnystaajuudesta (fo)
Totuus valosähköisestä ilmiöstä on…
Ratkaisu
(1) Säteileviä elektroneja kutsutaan fotoelektroneiksi
(2) Säteilevien elektronien nopeus vastaa tietyn ajanjakson aikana emittoituneiden elektronien lukumäärää. Lähettyvien elektronien nopeuteen vaikuttaa valon intensiteetti, jossa valon intensiteetti on verrannollinen valon läpäisynopeuteen. Valon intensiteetti vaikuttaa vain silloin, kun valon energia on suurempi kuin metallin kynnysenergia. Jos valon energia on pienempi kuin metallin kynnysenergia, valon intensiteetillä ei ole vaikutusta.
(3) Tämä väite on totta. Emittoituneiden elektronien kineettinen energia riippuu metallin pinnalla olevien valoaaltojen energiasta. Elektroni vapautuu metallin pinnalta vain, kun valoenergia on suurempi kuin metallin kynnysenergia.
(4) Tämä väite on väärä. Jos tulevan valoaallon taajuus on pienempi kuin metallin kynnystaajuus, elektronit eivät vapaudu. Joten elektronien purkautuminen riippuu kynnystaajuudesta.
6.
(1) katodia valaisevan valon taajuuden on oltava suurempi kuin kynnystaajuus
(2) metallikatodin työtehtävä on suurempi kuin katodia valaisevan valon energia
(3) kynnysaallonpituuden on oltava suurempi kuin katodille paistavan valon aallonpituus
(4) katodilta vapautuvien elektronien kineettisen energian on oltava suurempi kuin kynnysenergia
Jotta fotoelektronit voivat kohdata:
Ratkaisu
(1) Tämä väite on totta. Valosähköinen reaktio tapahtuu, kun katodimetallia valaisevan valon taajuus on suurempi kuin katodimetallin kynnystaajuus.
(2) Tämä väite on väärin. Työfunktio on elektronien vapauttamiseen tarvittava pienin työ tai pienin energia. Jotta fotoelektrinen purkaus tapahtuisi, valoenergian on oltava suurempi kuin metallikatodin työfunktio.
(3) Tämä väite on väärä. Valosähköinen säteily tapahtuu, kun katodia valaisevan valon aallonpituus on suurempi kuin metallikatodin kynnysaallonpituus.
(4) Tämä väite on totta. Jotta elektronit pääsisivät pakenemaan metallista, niiden kineettisen energian on oltava suurempi kuin katodimetallin kynnysenergia.
Oikeat vastaukset ovat (1) ja (4).
[irp]
7. Huomaa seuraava lausunto:
(1) Metallin työfunktion on oltava pienempi kuin metallikatodia valaisevan valoenergian
(2) Katodin kynnysenergia on suurempi kuin katodimetallia valaisevan valon energia
(3) Katodilta vapautuvien elektronien liike-energia on aina suurempi kuin katodin kynnysenergia
(4) Katodin pinnalta vapautuvien elektronien kineettinen energia on verrannollinen katodia valaisevan valon energiaan.
Tarkka selitys valosähköiselle ilmiölle on…
Ratkaisu
(1) Tämä väite on totta
(2) Tämä väite on väärä
(3) Tämä väite on totta
(4) Tämä väite pitää paikkansa vain, jos katodille osuvan valon energia on suurempi kuin katodimetallin kynnysenergia. Jos valon energia on pienempi kuin metallin kynnysenergia, elektroneja ei voida erottaa katodimetallin pinnasta.
[irp]
