الظاهرة الكهروضوئية: عتبة طاقة حادة

1 · توقّع

ضوء بأطوال موجية مختلفة يسقط على معدن دالة شغله 2.3 eV. ما دام الطولان الموجيان قصيرين بما يكفي لقذف الإلكترونات أصلًا (طاقة فوتونيهما أعلى من طاقة العتبة)، فهل يقذف فوتون أزرق (أقصر طولًا موجيًا) إلكترونًا بطاقة حركية أكبر؟

• 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.

2 · التجهيز

1. افتح تجربة عتبة الظاهرة الكهروضوئية واضغط إعادة. دالة شغل الخلية مثبتة عند 2.3 eV.
2. فعّل قراءتي طاقة الفوتون وأقصى طاقة حركية.
3. اضبط طول موجة الضوء لكل تجربة وسجل أقصى طاقة حركية للإلكترونات المقذوفة.

3 · اجمع البيانات

ارسم K_max (المحور y) مقابل 1/λ (المحور x) لتجاربك الثلاث. هل الخط مستقيم؟

4 · حلّل

1. لمحاولة واحدة، احسب E_γ = hc/λ باستخدام h = 6.626×10⁻³⁴ J·s و c = 2.998×10⁸ m/s، ثم K_max = E_γ − φ باستخدام φ = 2.3 eV. قارن كليهما بالجدول.
2. اشرح لماذا تزداد K_max خطيًا مع طاقة الفوتون (ومن ثم مع 1/λ) متى كنت فوق العتبة، بميل hc (≈1240 eV·nm عندما تكون λ بالـ nm) وتقاطع y عند −φ.

5 · وسّع

1. 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 للظاهرة الكهروضوئية (المستقلة عن الشدة) مفاجئة إلى هذا الحد قبل شرح أينشتاين بالفوتون.
2. لو ضاعفت شدة الضوء عند الطول الموجي نفسه، فهل تتغير K_max؟ وما الذي يتغير بدلًا منها؟

الفيزياء خلف هذه التجربة

← عودة إلى التجربة

138 ورقة عمل فيزياء مجانية قابلة للطباعة