Moderne fysik
natriumfotocelle
De indstillede 500 nm-fotoner (2.48 eV) overstiger 2.28 eV; 589 nm-fotoner fra natriums D-linje (~2.1 eV) udsender ikke elektroner i denne model.
natriumfotocelle — interaktiv Moderne fysik-simulation. De indstillede 500 nm-fotoner (2.48 eV) overstiger 2.28 eV; 589 nm-fotoner fra natriums D-linje (~2.1 eV) udsender ikke elektroner i denne model. Gratis virtuelt fysiklaboratorium i browseren med live SI-målinger og en guidet gennemgang.
Fotocelle I–V
500 nm (2.48 eV) giver emission; 589 nm (~2.1 eV) gør ikke.
De indstillede 500 nm-fotoner (2.48 eV) overstiger 2.28 eV; 589 nm-fotoner fra natriums D-linje (~2.1 eV) giver ikke emission i denne model.
- φ for natrium
- Gul linje λ
Undersøgelsesoplæg
Planlæg spørgsmålet, før du åbner laboratoriet
Resuméet spejler den forhåndsrenderede side: drivende spørgsmål, konkurrerende forudsigelser, variablernes roller, styrende love, opsætning, analyse- og udvidelsesspørgsmål forbliver synlige og i denne rækkefølge.
Drivende spørgsmål
Natriums udtrædelsesarbejde er 2.28 eV, svarende til en tærskelbølgelængde omkring 544 nm (gulgrønt lys). Ville rødt lys (omkring 650 nm) slynge fotoelektroner ud af natrium, uanset hvor kraftigt det er?
Forudsigelser at afveje
- Ja, hvis lyset er kraftigt nok.
- Det afhænger af, hvor længe lyset skinner.
- Nej — rødt lys' fotonenergi ligger under natriums udtrædelsesarbejde, så der udslynges ingen elektroner uanset intensitet.
Variablers roller
Det, du indstiller:
- Bølgelængde λ (nm)
Det, du måler:
- Fotonenergi E_γ (eV)
- Maksimal kinetisk energi K_max (eV)
Sådan forløber undersøgelsen
- Åbn forudstillingen sodium-photocell, og tryk på Nulstil. Natriums udtrædelsesarbejde er 2.28 eV.
- Slå aflæsningerne af fotonenergi og fotoemissionsstatus til.
- Indstil lysets bølgelængde for hvert forsøg, og notér den maksimale kinetiske energi (0 hvis under tærsklen).
Styrende ligning
Tærskelforløb — K_max = E − φ
K_max = max(0, E_γ − φ): under udtrædelsesarbejdet udsendes ingen fotoelektroner uanset intensitet — en skarp tærskel, som et rent klassisk (bølge-)billede af lys ikke kan forklare.
Det, det printbare arbejdsark beder eleverne regne ud
- Beregn for ét forsøg E_γ = hc/λ, derefter K_max = max(0, E_γ − φ) med φ = 2.28 eV. Sammenlign med tabellen — bekræft, at forsøget med den længste bølgelængde giver K_max = 0.
- Natriums tærskelbølgelængde er λ_threshold = hc/φ ≈ 544 nm. Forklar, hvorfor enhver bølgelængde længere end denne (lavere fotonenergi) aldrig kan slynge en elektron ud af natrium, uanset lysets intensitet.
Hvor det viser sig uden for laboratoriet
- Forskellige fotovoltaiske materialer vælges med udtrædelsesarbejder, der matcher solspektret. Forklar, hvorfor et materiale med for HØJT udtrædelsesarbejde ville spilde det meste af solens synlige lys i stedet for at omdanne det til elektricitet.
- Dette eksperiment viser, at K_max afhænger af bølgelængden (farven), ikke lysstyrken. Hvilken fysisk egenskab ved lyset ændrer sig, hvis du øger lysstyrken ved en fast bølgelængde over tærsklen?
- 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
- Velkommen til Natrium-fotocelle
- Vælg fotocellen
- Tryk på Afspil
- Udtrædelsesarbejde for natrium
- Åbn egenskabspanelet
- Du klarede det!
Åbn den interaktive simulation for at bygge scenen, tryk på Afspil og udforsk med live-målinger og en guidet gennemgang.
Åbn interaktivt laboratorium →