प्रकाशविद्युत प्रभाव – समस्याएं और समाधान
1. प्रकाश विद्युत प्रभाव के बारे में सही कथन है…
ए. प्रकाश को तरंग मानकर इसकी व्याख्या की जा सकती है।
बी. प्रकाश की आवृत्ति बढ़ने पर धातु की सतह से निकलने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या कम हो जाएगी।
C. प्रकाश की तीव्रता धातु की सतह से निकलने वाले इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा को प्रभावित नहीं करती है।
डी. प्रकाश विद्युत प्रभाव अवरक्त क्षेत्र में होता है।
ई. प्रकाश विद्युत प्रभाव तब उत्पन्न होगा जब धातु की प्रकाश तीव्रता अधिक होगी।
उपाय
ए. प्रकाश विद्युत प्रभाव को समझने के लिए प्रकाश को तरंग के बजाय कण के रूप में माना जा सकता है। तरंगों के चलने पर प्रकाश ऊर्जा का वितरण निरंतर नहीं होता, बल्कि यह छोटे-छोटे पैकेटों के रूप में वितरित होती है जिन्हें फोटॉन या प्रकाश क्वांटा कहते हैं (इसे बारिश के पानी की तरह समझें)।
B. यदि प्रकाश की आवृत्ति बढ़ती है, तो धातु की सतह से निकलने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या भी बढ़ जाती है। प्रकाश की आवृत्ति बढ़ने पर प्रकाश की ऊर्जा भी बढ़ जाती है। जितनी अधिक ऊर्जा अवशोषित होती है, धातु की सतह से उतने ही अधिक इलेक्ट्रॉन निकलते हैं।
C. प्रकाश की तीव्रता ऊर्जा उत्सर्जन की गति या धातु की सतह पर प्रकाश ऊर्जा की तीव्रता के अनुरूप होती है। प्रकाश की तीव्रता में वृद्धि का अर्थ यह नहीं है कि प्रकाश की ऊर्जा में भी वृद्धि हुई है। फोटॉन ऊर्जा (E = hf) आवृत्ति (f) या तरंगदैर्ध्य और प्लैंक स्थिरांक (h) पर निर्भर करती है।
डी. प्रकाशविद्युत प्रभाव पराबैंगनी प्रकाश यानी पराबैंगनी किरणों की आवृत्ति या तरंगदैर्ध्य पर होता है। पराबैंगनी आवृत्ति वह सीमा आवृत्ति है जिस पर फोटॉन ऊर्जा धातु की सतह से इलेक्ट्रॉनों को मुक्त करने में सक्षम होती है। अवरक्त आवृत्ति इतनी कम होने के कारण इस पर प्रकाशविद्युत प्रभाव नहीं हो सकता; अन्यथा, एक्स-रे और गामा किरणों की आवृत्ति पराबैंगनी से अधिक हो सकती थी।
ई. प्रकाश की तीव्रता फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव को प्रभावित नहीं करती है।
सही जवाब सी है।
2.
(1) प्रकाश को ऊर्जा पैकेटों से युक्त मानकर प्रकाश विद्युत प्रभाव की व्याख्या की जा सकती है।
(2) प्रकाश विद्युत प्रभाव यह सिद्ध कर सकता है कि प्रकाश एक के रूप में व्यवहार कर सकता है लहर
(3) धातु की सतह से निकलने वाली इलेक्ट्रॉन ऊर्जा आवृत्ति पर निर्भर करती है
(4) प्रकाश विद्युत प्रभाव अवरक्त क्षेत्र के निकट होता है
प्रकाश विद्युत प्रभाव के बारे में सही कथन यह है कि…
ए. (1) और (2)
बी. (1) और (3)
सी. (1) और (4)
डी. (2) और (3)
ई. (2) और (4)
उपाय
सही जवाब बी है।
[आईआरपी]
3.
(1) धातु से इलेक्ट्रॉनों का पृथक्करण आने वाले प्रकाश की तरंगदैर्ध्य द्वारा निर्धारित होता है
(2) आने वाले प्रकाश की तीव्रता धातु की सतह से इलेक्ट्रॉनों को हटाने की गारंटी नहीं देती है।
(3) थ्रेशोल्ड आवृत्ति से नीचे, इलेक्ट्रॉन धातु से बाहर रहते हैं क्योंकि आने वाले प्रकाश की तीव्रता बढ़ जाती है।
प्रकाश विद्युत प्रभाव से संबंधित सही कथन है...
उपाय
कथन (1): यह कथन सत्य है। यदि आने वाली तरंगदैर्ध्य धातु की सीमा की तरंगदैर्ध्य से छोटी है तो इलेक्ट्रॉन मुक्त नहीं होते हैं।
कथन (2): यह कथन सत्य है। धातु की सतह से इलेक्ट्रॉनों का निकास आवृत्ति या तरंगदैर्ध्य या प्रकाश ऊर्जा पर निर्भर करता है।
कथन (3): यह कथन असत्य है। इलेक्ट्रॉन धातु से तब बाहर निकलते हैं जब प्रकाश की आवृत्ति धातु की थ्रेशोल्ड आवृत्ति से अधिक होती है। धातु की सतह से इलेक्ट्रॉनों की अनुपस्थिति प्रकाश की तीव्रता पर नहीं बल्कि प्रकाश की ऊर्जा पर निर्भर करती है। प्रकाश की ऊर्जा आवृत्ति या तरंगदैर्ध्य पर निर्भर करती है (E = hf)। प्रकाश की तीव्रता प्रकाश ऊर्जा उत्सर्जन की दर से संबंधित होती है।
4.
(1) विद्युत चुम्बकीय तरंगों द्वारा धातु पर विकिरण किए जाने पर इलेक्ट्रॉन धातु की सतहों से बाहर निकल सकते हैं।
(2) धातु की सतह से इलेक्ट्रॉनों का पृथक्करण आने वाले प्रकाश की आवृत्ति पर निर्भर करता है
(3) प्रत्येक धातु के लिए कार्य फलन समान है
प्रकाश विद्युत प्रभाव से संबंधित सही कथन है...
उपाय
कथन (1): यह कथन सत्य है। विद्युतचुंबकीय तरंगें कई प्रकार की तरंगों से मिलकर बनी होती हैं जिनकी आवृत्तियाँ या तरंगदैर्ध्य भिन्न-भिन्न होती हैं। केवल वे विद्युतचुंबकीय तरंगें जिनकी आवृत्ति या तरंगदैर्ध्य सीमा या तरंगदैर्ध्य आवृत्ति से अधिक होती है, धातु से इलेक्ट्रॉनों को हटा सकती हैं।
कथन (2): यह कथन सत्य है। यदि प्रकाश की आवृत्ति धातु की थ्रेशोल्ड आवृत्ति से कम है, तो इलेक्ट्रॉन धातु से अविभाज्य है। इसके विपरीत, यदि प्रकाश की आवृत्ति धातु की थ्रेशोल्ड आवृत्ति से अधिक है, तो इलेक्ट्रॉन धातु से मुक्त हो जाते हैं।
कथन (3): यह कथन असत्य है। धातु का कार्य फलन धातु की सतह से इलेक्ट्रॉनों को हटाने के लिए आवश्यक न्यूनतम कार्य या न्यूनतम ऊर्जा है। प्रत्येक धातु का कार्य फलन धातु की विशेषताओं पर निर्भर करता है।
[आईआरपी]
5.
( 1) प्रकाश विद्युत प्रभाव में उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों को फोटॉन इलेक्ट्रॉन कहा जाता है।
(2) विकिरणित इलेक्ट्रॉन की दर धातु की सतह से संबंधित प्रकाश की तीव्रता पर निर्भर नहीं करती है।
(3) उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा धातु की सतह पर प्रकाश तरंगों की ऊर्जा पर निर्भर करती है।
(4) थ्रेशोल्ड आवृत्ति (f) से स्वतंत्र रूप से धातु की सतह से इलेक्ट्रॉनों को हटानाo)
प्रकाश विद्युत प्रभाव के बारे में सही कथन यह है कि...
उपाय
(1) उत्सर्जित होने वाले इलेक्ट्रॉनों को फोटोइलेक्ट्रॉन कहा जाता है
(2) उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन दर किसी निश्चित समयावधि में उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होती है। उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की दर प्रकाश की तीव्रता से प्रभावित होती है, जहाँ प्रकाश की तीव्रता प्रकाश संचरण की दर से संबंधित होती है। प्रकाश की तीव्रता का प्रभाव तभी पड़ता है जब प्रकाश की ऊर्जा धातु की संधारित्र ऊर्जा से अधिक हो। यदि प्रकाश की ऊर्जा धातु की संधारित्र ऊर्जा से कम है, तो प्रकाश की तीव्रता का कोई प्रभाव नहीं पड़ता।
(3) यह कथन सत्य है। उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा धातु की सतह पर प्रकाश तरंगों की ऊर्जा पर निर्भर करती है। इलेक्ट्रॉन धातु की सतह से तभी मुक्त होता है जब प्रकाश ऊर्जा धातु की थ्रेशोल्ड ऊर्जा से अधिक होती है।
(4) यह कथन असत्य है। यदि आने वाली प्रकाश तरंग की आवृत्ति धात्विक थ्रेशोल्ड आवृत्ति से कम है, तो इलेक्ट्रॉन मुक्त नहीं होते हैं। अतः इलेक्ट्रॉनों का निर्वहन थ्रेशोल्ड आवृत्ति पर निर्भर करता है।
6.
(1) कैथोड को प्रकाशित करने वाले प्रकाश की आवृत्ति थ्रेशोल्ड आवृत्ति से अधिक होनी चाहिए
(2) धातु कैथोड का कार्यशील मान कैथोड को प्रकाशित करने वाले प्रकाश की ऊर्जा से अधिक है।
(3) दहलीज तरंगदैर्घ्य कैथोड पर पड़ने वाले प्रकाश की तरंगदैर्घ्य से अधिक होनी चाहिए।
(4) कैथोड से मुक्त इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा थ्रेशोल्ड ऊर्जा से अधिक होनी चाहिए
फोटोइलेक्ट्रॉनों के मिलने के लिए:
उपाय
(1) यह कथन सत्य है। प्रकाश विद्युत तब घटित होती है जब कैथोड धातु को प्रकाशित करने वाले प्रकाश की आवृत्ति कैथोड धातु की थ्रेशोल्ड आवृत्ति से अधिक होती है।
(2) यह कथन असत्य है। कार्य फलन न्यूनतम कार्य या न्यूनतम ऊर्जा है जो इलेक्ट्रॉनों को मुक्त करने के लिए आवश्यक होती है। प्रकाश विद्युत अभिक्रिया होने के लिए प्रकाश ऊर्जा धातु कैथोड के कार्य फलन से अधिक होनी चाहिए।
(3) यह कथन असत्य है। प्रकाश विद्युत तब घटित होती है जब कैथोड पर प्रकाश की तरंगदैर्ध्य धातु कैथोड की थ्रेशोल्ड तरंगदैर्ध्य से अधिक होती है।
(4) यह कथन सत्य है। धातु से बाहर निकलने के लिए, इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा कैथोड धातु की दहलीज ऊर्जा से अधिक होनी चाहिए।
सही उत्तर (1) और (4) हैं।
[आईआरपी]
7. निम्नलिखित कथन पर ध्यान दें:
(1) धातु का क्रियात्मक मान धातु कैथोड को प्रकाशित करने वाली प्रकाश ऊर्जा से कम होना चाहिए।
(2) कैथोड थ्रेशोल्ड की ऊर्जा कैथोड धातु को प्रकाशित करने वाली प्रकाश ऊर्जा से अधिक होती है।
(3) कैथोड से मुक्त इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा हमेशा कैथोड थ्रेशोल्ड की ऊर्जा से अधिक होती है।
(4) कैथोड की सतह से मुक्त इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा कैथोड को प्रकाशित करने वाले प्रकाश की ऊर्जा के समानुपाती होती है।
प्रकाश विद्युत प्रभाव के बारे में सटीक कथन यह है...
उपाय
(1) यह कथन सत्य है
(2) यह कथन असत्य है
(3) यह कथन सत्य है
(4) यह कथन तभी सत्य है जब कैथोड पर पड़ने वाले प्रकाश की ऊर्जा कैथोड धातु की थ्रेशोल्ड ऊर्जा से अधिक हो। यदि प्रकाश की ऊर्जा धातु की थ्रेशोल्ड ऊर्जा से कम है तो इलेक्ट्रॉन धातु कैथोड की सतह से अलग नहीं हो सकते।
[आईआरपी]
