{"id":"fizyka-2015-maj-matura-rozszerzona/zad/15.2","paper_id":"fizyka-2015-maj-matura-rozszerzona","number":"15.2","points":1,"ptype":"open","subject":"fizyka","category":"matura","year":2015,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 15.2. (0-1)\nWyjaśnij, dlaczego natężenie prądu nie przekracza pewnej wartości.\nWypełnia\negzaminator\nNr zadania\n13.\n14.1\n14.2.\n15.1.\n15.2.\nMaks. liczba pkt\n1\n1\n1\n2\n1\nUzyskana liczba pkt\nI, µA\n0,5\nU, V\nMFA_1R","answer":null,"answer_text":"Zadanie 15.2. (0-1)\nIV. Budowa prostych modeli fizycznych\ni matematycznych do opisu zjawisk.\n11.2. Zdający […] wyjaśnia zasadę działania\nfotokomórki.\nPoprawna odpowiedź\nJeśli napięcie jest tak duże, że do anody docierają wszystkie elektrony, które zostały wybite\nz katody, dalszy wzrost napięcia nie spowoduje już zwiększenia natężenia prądu.\nSchemat punktowania\n1 p. - poprawne objaśnienie zjawiska.\n0 p. - brak spełnienia powyższego kryterium.","solution":"## Poprawna odpowiedź\n\nNatężenie prądu nie przekracza wartości 0,5 μA, ponieważ **wszystkie elektrony wybijane z katody przez światło zostają zebrane przez anodę** - przy odpowiednio dużym napięciu nic więcej przyspieszyć się nie da, bo liczba emitowanych fotoelektronów jest stała i zależy wyłącznie od natężenia światła padającego na fotokomórkę.\n\n## Sposób 1 - Mechanizm zjawiska fotoelektrycznego krok po kroku\n\n**Krok 1 - Źródło elektronów:**\nFotony padającego światła wybijają elektrony z katody fotokomórki. Liczba wybijanych elektronów w jednostce czasu zależy wyłącznie od **natężenia (jasności) padającego światła** - nie od napięcia w obwodzie.\n\n**Krok 2 - Rola napięcia:**\nNapięcie przyspiesza te elektrony w kierunku anody. Przy małym napięciu część elektronów „nie dociera\" do anody - zawraca lub leci bokiem. Prąd jest mniejszy niż maksymalny.\n\n**Krok 3 - Prąd nasycenia:**\nGdy napięcie jest **wystarczająco duże**, pole elektryczne zbiera **100% emitowanych fotoelektronów**. Dalsze zwiększanie napięcia nie może zwiększyć prądu, bo nie ma już „zgubionych\" elektronów do zebrania.\n\n**Wniosek:**\n\\[I_{\\text{nasycenia}} = e \\cdot n\\]\ngdzie \\(n\\) - liczba elektronów emitowanych z katody na sekundę (stała dla danego natężenia światła), \\(e\\) - ładunek elektronu.\n\nPrąd nasycenia \\(I_{nas} = 0{,}5\\ \\mu\\text{A}\\) to **górna granica wymuszona przez fizykę emisji**, nie przez obwód.\n\n## Sposób 2 - Argument przez bilans cząstek (myślenie „zasobnikowe\")\n\nWyobraź sobie katodę jako **fabrykę elektronów**: produkuje stałą liczbę elektronów na sekundę (zależną od światła).\n\n- Anoda to **magazyn** zbierający te elektrony.\n- Napięcie to **szybkość transportu** (jak taśmociąg).\n\nGdy taśmociąg jest **wystarczająco szybki**, magazyn odbiera **każdy** wyprodukowany elektron. Przyspieszenie taśmociągu ponad tę wartość nic nie zmienia - fabryka produkuje tyle samo. **Prąd = liczba elektronów na sekundę × ładunek elektronu = stała.**\n\nGdyby napięcie mogło zwiększać prąd ponad nasycenie, oznaczałoby to, że „tworzy\" elektrony - co jest sprzeczne z zasadą zachowania energii i mechanizmem fotoefektu.\n\n## Schemat oceniania CKE\n\n> 📋 **Oficjalny klucz CKE (zadanie 15.2, 0-1 pkt):**\n> - Poprawna odpowiedz: jesli napiecie jest tak duze, ze do anody docieraja wszystkie elektrony, ktore zostaly wybite z katody, dalszy wzrost napiecia nie spowoduje juz zwiekszenia natezenia pradu.\n> - **1 pkt** - poprawne objasnienie zjawiska.\n> - **0 pkt** - brak spelnienia powyzszego kryterium.\n\n## Wzory z karty CKE - czego MASZ użyć\n\n> 📖 **Karta wzorów CKE - sekcja FIZYKA (str. 16-20):**\n> Zjawisko fotoelektryczne: \\(E_k = h\\nu - W\\), gdzie \\(h\\nu\\) to energia fotonu, \\(W\\) to praca wyjścia.\n>\n> **W tym konkretnym zadaniu** nie potrzebujemy wzoru na energię kinetyczną - pytanie dotyczy **liczby** elektronów, nie ich energii. Wystarczy rozumieć, że:\n> - Liczba emitowanych elektronów \\(\\propto\\) natężenie światła (nie napięcie)\n> - \\(I = \\frac{\\Delta q}{\\Delta t} = \\frac{n \\cdot e}{\\Delta t}\\) - prąd to ładunek na sekundę\n\nKarta wzorów sama w sobie tutaj nie „da\" odpowiedzi - zadanie sprawdza **rozumienie mechanizmu fotoefektu**, nie obliczenia.\n\n## Typowe pułapki i uwagi\n\n> ⚠️ **Pułapka 1:** Uczeń pisze „elektrony nie mają wystarczającej energii, by płynąć dalej\" - to błąd! Energia elektronów zależy od częstotliwości światła (nie napięcia), ale pytanie dotyczy **liczby**, nie energii.\n\n> ⚠️ **Pułapka 2:** Mylenie **prądu nasycenia** z **napięciem hamowania** - to dwa różne zjawiska na tym samym wykresie! Nasycenie = wszystkie elektrony zebrane (prawa strona wykresu). Napięcie hamowania = zatrzymanie najszybszych elektronów (lewa strona, prąd spada do zera).\n\n> ⚠️ **Pułapka 3:** Odpowiedź „opór fotokomórki jest zbyt duży\" - kompletnie błędna ścieżka myślenia. Nasycenie jest zjawiskiem **kwantowym** (ograniczona emisja), nie klasyczno-elektrycznym (opór).","image":"img/fizyka-2015-maj-matura-rozszerzona/zad-15.2.webp","solution_image":null,"topics":null,"page_from":15,"source":"ocr","answer_source":null,"answer_text_source":"ocr","solution_source":"maturazai","text_source":"ocr","source_label":"Fizyka · Matura · maj 2015 (rozszerzona)","subject_label":"Fizyka","category_label":"Matura","text_html":"

Zadanie 15.2. (0-1)
Wyjaśnij, dlaczego natężenie prądu nie przekracza pewnej wartości.
Wypełnia
egzaminator
Nr zadania
13.
14.1
14.2.
15.1.
15.2.
Maks. liczba pkt
1
1
1
2
1
Uzyskana liczba pkt
I, µA
0,5
U, V
MFA_1R

","answer_text_html":"

Zadanie 15.2. (0-1)
IV. Budowa prostych modeli fizycznych
i matematycznych do opisu zjawisk.
11.2. Zdający […] wyjaśnia zasadę działania
fotokomórki.
Poprawna odpowiedź
Jeśli napięcie jest tak duże, że do anody docierają wszystkie elektrony, które zostały wybite
z katody, dalszy wzrost napięcia nie spowoduje już zwiększenia natężenia prądu.
Schemat punktowania
1 p. - poprawne objaśnienie zjawiska.
0 p. - brak spełnienia powyższego kryterium.

","solutions":[{"source":"maturazai","label":"maturazai.pl (AI)","kind":"text","html":"

Poprawna odpowiedź

\n

Natężenie prądu nie przekracza wartości 0,5 μA, ponieważ wszystkie elektrony wybijane z katody przez światło zostają zebrane przez anodę - przy odpowiednio dużym napięciu nic więcej przyspieszyć się nie da, bo liczba emitowanych fotoelektronów jest stała i zależy wyłącznie od natężenia światła padającego na fotokomórkę.

\n

Sposób 1 - Mechanizm zjawiska fotoelektrycznego krok po kroku

\n

Krok 1 - Źródło elektronów:
Fotony padającego światła wybijają elektrony z katody fotokomórki. Liczba wybijanych elektronów w jednostce czasu zależy wyłącznie od natężenia (jasności) padającego światła - nie od napięcia w obwodzie.

\n

Krok 2 - Rola napięcia:
Napięcie przyspiesza te elektrony w kierunku anody. Przy małym napięciu część elektronów „nie dociera" do anody - zawraca lub leci bokiem. Prąd jest mniejszy niż maksymalny.

\n

Krok 3 - Prąd nasycenia:
Gdy napięcie jest wystarczająco duże, pole elektryczne zbiera 100% emitowanych fotoelektronów. Dalsze zwiększanie napięcia nie może zwiększyć prądu, bo nie ma już „zgubionych" elektronów do zebrania.

\n

Wniosek:

\n
Inasycenia=e·n
\n

gdzie n - liczba elektronów emitowanych z katody na sekundę (stała dla danego natężenia światła), e - ładunek elektronu.

\n

Prąd nasycenia Inas=0,5 μA to górna granica wymuszona przez fizykę emisji, nie przez obwód.

\n

Sposób 2 - Argument przez bilans cząstek (myślenie „zasobnikowe")

\n

Wyobraź sobie katodę jako fabrykę elektronów: produkuje stałą liczbę elektronów na sekundę (zależną od światła).

\n\n

Gdy taśmociąg jest wystarczająco szybki, magazyn odbiera każdy wyprodukowany elektron. Przyspieszenie taśmociągu ponad tę wartość nic nie zmienia - fabryka produkuje tyle samo. Prąd = liczba elektronów na sekundę × ładunek elektronu = stała.

\n

Gdyby napięcie mogło zwiększać prąd ponad nasycenie, oznaczałoby to, że „tworzy" elektrony - co jest sprzeczne z zasadą zachowania energii i mechanizmem fotoefektu.

\n

Schemat oceniania CKE

\n
📋 Oficjalny klucz CKE (zadanie 15.2, 0-1 pkt):
- Poprawna odpowiedz: jesli napiecie jest tak duze, ze do anody docieraja wszystkie elektrony, ktore zostaly wybite z katody, dalszy wzrost napiecia nie spowoduje juz zwiekszenia natezenia pradu.
- 1 pkt - poprawne objasnienie zjawiska.
- 0 pkt - brak spelnienia powyzszego kryterium.
\n

Wzory z karty CKE - czego MASZ użyć

\n
📖 Karta wzorów CKE - sekcja FIZYKA (str. 16-20):
Zjawisko fotoelektryczne: Ek=hν−W, gdzie hν to energia fotonu, W to praca wyjścia.

W tym konkretnym zadaniu nie potrzebujemy wzoru na energię kinetyczną - pytanie dotyczy liczby elektronów, nie ich energii. Wystarczy rozumieć, że:
- Liczba emitowanych elektronów ∝ natężenie światła (nie napięcie)
- I=ΔqΔt=n·eΔt - prąd to ładunek na sekundę
\n

Karta wzorów sama w sobie tutaj nie „da" odpowiedzi - zadanie sprawdza rozumienie mechanizmu fotoefektu, nie obliczenia.

\n

Typowe pułapki i uwagi

\n
⚠️ Pułapka 1: Uczeń pisze „elektrony nie mają wystarczającej energii, by płynąć dalej" - to błąd! Energia elektronów zależy od częstotliwości światła (nie napięcia), ale pytanie dotyczy liczby, nie energii.
\n
⚠️ Pułapka 2: Mylenie prądu nasycenia z napięciem hamowania - to dwa różne zjawiska na tym samym wykresie! Nasycenie = wszystkie elektrony zebrane (prawa strona wykresu). Napięcie hamowania = zatrzymanie najszybszych elektronów (lewa strona, prąd spada do zera).
\n
⚠️ Pułapka 3: Odpowiedź „opór fotokomórki jest zbyt duży" - kompletnie błędna ścieżka myślenia. Nasycenie jest zjawiskiem kwantowym (ograniczona emisja), nie klasyczno-elektrycznym (opór).
"},{"source":"zadaniazmatur","label":"zadaniazmatur.pl","kind":"text","html":"

Jeśli napięcie jest tak duże, że do anody docierają wszystkie elektrony, które zostały wybite z katody, dalszy wzrost napięcia nie spowoduje już zwiększenia natężenia prądu.

"}]}