Съвременна физика

Фотоелектричен праг

Настрой λ и φ — фототокът спира под граничната честота; прочети V_stop.

Фотоелектричен праг — интерактивна симулация Съвременна физика. Настрой λ и φ — фототокът спира под граничната честота; прочети V_stop. Безплатна виртуална физическа лаборатория в браузъра с живи SI измервания и упътване.

Фотоелектричен ефект

Настрой λ и φ — фототокът спира под граничната честота; прочети V_stop.

Фотоелектричното уравнение на Айнщайн K_max = hf − φ свързва енергията на фотона с кинетичната енергия на изтласкания електрон. Под граничната честота hf < φ, никои електрони не излизат независимо от интензитета — доказателство, че светлината е квантувана. Настрой дължината на вълната и работата на излизане, за да намериш границата.

• K_max = hf − φ
• Гранична честота

Резюме на изследването

Планирай въпроса, преди да отвориш лабораторията

Краткото описание повтаря пререндерираната страница: водещият въпрос, съперничещите предсказвания, ролите на променливите, управляващите закони, постановката, анализът и разширяващите подсказки остават видими и в този ред.

Водещ въпрос

Светлина с различни дължини на вълните пада върху метал с работа на излизане 2.3 eV. Докато двете дължини са над прага, изтласква ли по-син (по-късовълнов) фотон електрон с повече кинетична енергия?

Предсказвания за преценка

• Не — кинетичната енергия зависи само от интензитета на светлината, не от дължината на вълната.
• Зависи от цвета на метала, не от дължината на вълната на светлината.
• Да — над прага, по-къса вълна значи по-висока енергия на фотона, така че изтласканите електрони имат повече кинетична енергия.

Роли на променливите

Какво задаваш ти:

• Дължина на вълната λ (nm)

Какво измерваш:

• Енергия на фотона E_γ (eV)
• Максимална кинетична енергия K_max (eV)

Как протича изследването

1. Отвори настройката фотоелектричен праг и натисни Нулирай. Работата на излизане на фотоклетката е фиксирана на 2.3 eV.
2. Включи показанията за енергия на фотона и максимална кинетична енергия.
3. Задай дължината на вълната на светлината за всеки опит и запиши максималната кинетична енергия на изтласканите електрони.

Управляващо уравнение

Енергия на фотона — E = hc/λ

Енергията на фотон зависи само от дължината му на вълната (или честотата): E = hc/λ = hf. По-къса вълна значи по-енергийни фотони.

Максимална кинетична енергия на фотоелектрона — K_max = E − φ

Фотоелектричното уравнение на Айнщайн: енергията на входящия фотон първо плаща работата на излизане (енергията, връзваща електрон с метала), а остатъкът става кинетична енергия на изтласкания електрон: K_max = E_γ − φ.

Какво иска да изчислят учениците печатният работен лист

• За един опит изчисли E_γ = hc/λ с h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, c = 3×10⁸ m/s, после K_max = E_γ − φ с φ = 2.3 eV. Сравни и двете с таблицата.
• Обясни защо K_max расте линейно с енергията на фотона (а оттам и с 1/λ), щом си над прага, с наклон точно 1 и отсечка −φ.

Къде това се появява извън лабораторията

• Класическата вълнова теория предсказваше, че дори слаба, нискочестотна светлина би изтласкала електрони накрая, ако почакаш достатъчно или вдигнеш интензитета. Обясни защо рязък енергиен праг на фотоелектричния ефект (независим от интензитета) е бил толкова изненадващ преди фотонното обяснение на Айнщайн.
• Ако удвоиш интензитета на светлината при същата дължина на вълната, би ли се променило K_max? Какво би се променило вместо това?

• 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

1. Повече или по-малко енергия?
2. Измести се към синьото
3. Запиши кинетичната енергия
4. Отвори данните
5. Обясни доказателствата си

Отвори интерактивната симулация, за да изградиш сцената, натисни Пусни и разгледай с живи измервания и насочено упътване.

Отвори интерактивната лаборатория →

Изтегли работния лист →

Фотоелектричният ефект