الفيزياء الحديثة
عتبة الظاهرة الكهروضوئية
اضبط λ وφ — يتوقف التيار الكهروضوئي تحت تردد العتبة؛ اقرأ V_stop.
عتبة الظاهرة الكهروضوئية — محاكاة الفيزياء الحديثة تفاعلية. اضبط λ وφ — يتوقف التيار الكهروضوئي تحت تردد العتبة؛ اقرأ V_stop. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
الظاهرة الكهروضوئية
اضبط λ وφ — يتوقف التيار الكهروضوئي تحت تردد العتبة؛ اقرأ V_stop.
معادلة أينشتاين الكهرضوئية K_max = hf − φ تربط طاقة الفوتون بالطاقة الحركية للإلكترونات المقذوفة. تحت تردد العتبة hf < φ لا تغادر أي إلكترونات مهما كانت الشدة — دليل على أن الضوء مكمَّم. اضبط الطول الموجي ودالة الشغل لإيجاد القطع.
- K_max = hf − φ
- تردد العتبة
موجز التحقيق
خطط للسؤال قبل فتح المختبر
تعكس المقدمة الصفحة المُصيّرة مسبقًا: سؤال القيادة، والتوقعات المتنافسة، وأدوار المتغيرات، والقوانين الحاكمة، والتجهيز، والتحليل، وأسئلة التوسع تبقى مرئية وبهذا الترتيب.
السؤال القائد
ضوء بأطوال موجية مختلفة يسقط على معدن دالة شغله 2.3 eV. ما دام الطولان الموجيان فوق العتبة، فهل يقذف فوتون أزرق (أقصر طولًا موجيًا) إلكترونًا بطاقة حركية أكبر؟
توقعات للموازنة
- لا — الطاقة الحركية تعتمد على شدة الضوء فقط، لا الطول الموجي.
- يتوقف ذلك على لون المعدن لا طول موجة الضوء.
- نعم — فوق العتبة، طول موجي أقصر يعني طاقة فوتون أعلى، فالإلكترونات المقذوفة طاقتها الحركية أكبر.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- الطول الموجي λ (nm)
ما تقيسه:
- طاقة الفوتون E_γ (eV)
- أقصى طاقة حركية K_max (eV)
كيف يجري التحقيق
- افتح تجربة عتبة الظاهرة الكهروضوئية واضغط إعادة. دالة شغل الخلية مثبتة عند 2.3 eV.
- فعّل قراءتي طاقة الفوتون وأقصى طاقة حركية.
- اضبط طول موجة الضوء لكل تجربة وسجل أقصى طاقة حركية للإلكترونات المقذوفة.
المعادلة الحاكمة
طاقة الفوتون — E = hc/λ
تعتمد طاقة الفوتون على طوله الموجي (أو تردده) فقط: E = hc/λ = hf. الطول الموجي الأقصر يعني فوتونات أعلى طاقة.
أقصى طاقة حركية للكهروضوئيات — K_max = E − φ
معادلة أينشتاين الكهرضوئية: طاقة الفوتون الوارد تدفع أولًا دالة الشغل (الطاقة التي تربط الإلكترون بالمعدن)، وما يتبقى يصبح الطاقة الحركية للإلكترون المقذوف: K_max = E_γ − φ.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب E_γ = hc/λ باستخدام h = 6.626×10⁻³⁴ J·s و c = 3×10⁸ m/s، ثم K_max = E_γ − φ باستخدام φ = 2.3 eV. قارن كليهما بالجدول.
- اشرح لماذا تزداد K_max خطيًا مع طاقة الفوتون (ومن ثم مع 1/λ) متى كنت فوق العتبة، بميل 1 بالضبط وتقاطع y عند −φ.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- تنبأت نظرية الموجة الكلاسيكية بأن حتى ضوءًا خافتًا منخفض التردد سيقذف إلكترونات في النهاية إن انتظرت طويلًا أو رفعت الشدة. اشرح لماذا كانت عتبة الطاقة الحادة للمظهر الكهروضوئي (المستقلة عن الشدة) مفاجئة إلى هذا الحد قبل شرح أينشتاين بالفوتون.
- لو ضاعفت شدة الضوء عند الطول الموجي نفسه، فهل تتغير K_max؟ وما الذي يتغير بدلًا منها؟
- AP Physics 2 — Unit 15: Modern Physics
- IB Physics — E.2 Quantum physics
- General High School Physics — Modern physics intro
- NGSS High School Physics — Wave-particle duality of light
- طاقة أكثر أم أقل؟
- انزح نحو الأزرق
- سجّل الطاقة الحركية
- افتح البيانات
- فسّر دليلك
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.