66. A fényelektromos jelenség és a foton
66. A fényelektromos jelenség és a foton
Középszintű fizika érettségi feladat
https://kemfiz.hu/fizika_kozep_modern_fizika.html
Grafikus feladat
1. Egy ezüstlemezre különböző energiájú fotonok érkeznek. A fotonok elektronokat löknek ki a fémből (fotoeffektus). A kilépő elektronok mozgási energiáját feszültségméréssel határozták meg, és ezeket az értékeket egy táblázat tartalmazza — egy adat hiányzik.
A feladat:
Rajzolj grafikonon egy egyenest, amely a kilépő elektronok mozgási energiáját ábrázolja a fotonok energiájának függvényében. (Ez egy lineáris kapcsolat: nagyobb fotonenergia → nagyobb elektronenergia.)
Határozd meg az ezüst kilépési munkáját. Ez az a fotonenergia, ahol az egyenes metszi a vízszintes tengelyt (ahol az elektron energiája éppen nulla).
Számítsd ki a határhullámhosszt. Ez az a legnagyobb hullámhossz, amelynél még éppen kiléphet elektron.
Add meg a hiányzó táblázati adatot, akár a grafikonról leolvasva, akár számítással.
Megoldás:
Tesztek
1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 15, 16, 17, 18, 36, 38, 39, 41, 43, 48, 49, 51, 52, 55, 56, 63, 64
1. A fény erősségének növelése fotoeffektusnál mit változtat?
C – Csak a kilépő elektronok száma nő.
Indoklás: Az intenzitás a fotonok számát növeli, de az egy fotonra jutó energia nem változik.
2. Melyik jelenség mutatja a fény részecsketermészetét?
C – A fényelektromos hatás.
Indoklás: A fotoeffektusban a fény fotonként viselkedik.
3. Melyik foton energiája a legnagyobb?
B – A γ-sugárzás fotonjáé.
Indoklás: A γ-sugárzás frekvenciája a legnagyobb.
4. Lehetséges-e, hogy vörös fénynél nincs, kék fénynél van fotoeffektus?
C – Igen, mert a kék fény fotonjainak energiája nagyobb.
Indoklás: A kék fény frekvenciája elérheti a küszöbfrekvenciát, a vörös nem.
5. Cinklemez megvilágításakor elveszíti töltését. Milyen volt eredetileg?
B – Negatív töltésű.
Indoklás: A fotoeffektus során elektronok lépnek ki.
7. Hány foton kell egy elektron kilépéséhez?
A – 1 megfelelő energiájú foton.
Indoklás: Egy foton egy elektront lök ki, ha energiája elég nagy.
8. Növekvő intenzitás, állandó frekvencia: hogyan változik az elektronok energiája?
C – Nem változik.
Indoklás: Az elektron energiáját a foton frekvenciája határozza meg.
10. A vörös fény helyett kék fény világítja a fotocellát. Hogyan változik az elektronok sebessége?
C – Nő.
Indoklás: A kék fény nagyobb frekvenciájú, ezért nagyobb energiát ad az elektronoknak.
11. Az 1 W-os fény nem vált ki fotoeffektust, a 2 W-os ugyanilyen frekvenciájú fényt bocsát ki. Kiváltja-e?
C – Biztosan nem.
Indoklás: A fotoeffektus a frekvenciától függ, nem a teljesítménytől.
12. A foton energiája lehet-e tetszőlegesen kicsi?
B – Igen, mert a frekvencia lehet tetszőlegesen kicsi.
Indoklás: A foton energiája E=hf, így a frekvencia határozza meg.
13. 1,6 eV-os foton 0,8 eV-os elektronokat kelt ki. 3,2 eV-os fotonnál mennyi lesz az elektron energiája?
C – 2,4 eV.
Indoklás: A kilépési munka 0,8 eV, így 3,2−0,8=2,4 eV.
15. A kibocsátott foton energiája negyede az elnyelt fotonénak. Mekkora a hullámhossza?
C – Négyszeres.
Indoklás: Az energia fordítottan arányos a hullámhosszal.
16. Mitől függ a foton energiája?
B – A frekvenciától.
Indoklás: A foton energiája E=hf.
17. Vörös és zöld lézer ugyanannyi fotont bocsát ki. Melyik teljesítménye nagyobb?
B – A zöldé.
Indoklás: A zöld foton energiája nagyobb, ezért nagyobb teljesítményt ad.
18. 2,1 eV-os foton 0,7 eV-os elektronokat kelt ki. Milyen foton kell 1,4 eV-os elektronhoz?
C – 2,8 eV.
Indoklás: A kilépési munka 1,4 eV, így a foton energiája is 2,8 eV.
36. Lehet-e fehér fénnyel fotoeffektust létrehozni?
B – Igen, ha van benne a küszöbnél nagyobb frekvenciájú összetevő.
Indoklás: A fotoeffektus a frekvenciahatártól függ.
38. Mi történik a fotoeffektus során?
C – A fotonok elektronokat löknek ki a fémből.
Indoklás: A foton energiája fedezi a kilépési munkát.
39. Fotonhasítás: két fele energiájú foton keletkezik. Mekkora a hullámhosszuk?
C – Kétszeres.
Indoklás: Fele energia → kétszeres hullámhossz.
41. Azonos teljesítményű infravörös, látható és UV-lámpa közül melyik bocsát ki több fotont?
A – Az infravörös.
Indoklás: Az infravörös foton energiája a legkisebb, így több foton tartozik ugyanahhoz a teljesítményhez.
43. UV- és infralámpa ugyanannyi fotont bocsát ki. Melyik teljesítménye nagyobb?
A – Az UV-lámpáé.
Indoklás: Az UV-foton energiája nagyobb.
48. Mitől függ, hogy kilépnek-e elektronok a fotocellából?
B – A fény hullámhosszától.
Indoklás: A küszöbfrekvencia határozza meg, hogy a foton energiája elég-e.
49. 600 nm és 450 nm fény is kivált fotoeffektust. Mikor nagyobb az elektronok sebessége?
B – 450 nm-nél.
Indoklás: Rövidebb hullámhossz → nagyobb fotonenergia.
51. 600 nm-es fény nem vált ki fotoeffektust. 800 nm-es kivált-e?
B – Nem.
Indoklás: A hosszabb hullámhossz kisebb energiát jelent, mint a már elégtelen 600 nm.
52. A lézerfény fotonenergiája mivel arányos?
C – A frekvenciával.
Indoklás: A foton energiája E=hf.
55. Mekkora egy foton energiája?
B – A frekvenciától függ.
Indoklás: A foton energiája nem állandó, hanem E=hf.
56. Hogyan függ a foton energiája a hullámhossztól?
B – Fordítottan arányos.
Indoklás: E=hc/λ.
63. Vörös és zöld lézer egyaránt 0,1 mW teljesítményű. Melyik bocsát ki több fotont?
A – A vörös.
Indoklás: A vörös foton energiája kisebb, így több foton tartozik ugyanahhoz a teljesítményhez.
64. Mit mutat a fényelektromos jelenség?
C – A foton csak akkor szakít ki elektront, ha hf eléri a kilépési munkát.
Indoklás: A fotoeffektus küszöbfrekvenciája bizonyítja az energia kvantáltságát.