SAMPLE ANSWER 21E (i) Converting 4.3 eV to standard unit, then using the formula for threshold frequency:


E(J)  E(eV )  1.6  1019


≥  hf0Q6.88  1019  (6.6  1034)f0 Q≥  (4.3)(1.6  1019)  6.88  1019 J


Qf0  6.88  1019 6.6  1034  1.04  1015


The threshold frequency of zinc is 1.04  1015 Hz.


(ii) Calculating the frequency of 240 nm light and the energy of that photon, then using Einstein’s photo- electric law:


c  f lQ3  108  f (2.4  107)Qf  3  108 2.4  107  1.25  1015 Hz


hf  ≥  1 2 mvmax


2


(6.6  1034)(1.25  1015)  (6.88  1019)  1 2 (9.1  1031) vmax


2 Qvmax  R


(6.6  1034)(1.25  1015)  (6.88  1019) 1 2 (9.1  1031)


The maximum velocity of an emitted electron is 5.48  105 m s1.  23.01  1011  5.48  105


EXERCISE 21.2 X-RAYS & PHOTOELECTRIC EFFECT


(Planck’s constant  6.6  1034 J s; speed of light  3.0  108 m s1; charge on electron  1.6  1019 C; mass of an electron  9.1  1031 kg.)


Q1 Calculate the energy (in electronvolts) of a photon of UV light of wavelength 20 nm.


Q2 An electron is accelerated through a potential difference of 50 kV in an X-ray tube. Calculate: (i) the energy of the electron (ii) the maximum frequency of an X-ray emitted from the anode.


Q3 The threshold frequency of copper is 1.08  1015 Hz. Calculate: (i) the work function of copper (ii) the maximum velocity of the emitted electrons when light of frequency 1.5  1015 Hz shines on the copper.


Q4 The work function of a metal is 3.6  1019 J. Show that light of wavelength 450 nm is able to cause photoemission from the metal. Calculate the maximum velocity of these electrons.


Q5 The maximum kinetic energy of the electrons emitted from the surface of a metal is 3.5  1019 J when the frequency of the incident light is 1.1  1015 Hz. Calculate the threshold frequency of the metal.


388 INVESTIGATING PHYSICS


HIGHER LEVEL


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