Moderne Physik
Photoelektrische Schwelle
Stimme λ und φ — Photostrom stoppt unter der Schwellenfrequenz; lies V_stop.
Photoelektrische Schwelle — interaktive Moderne Physik-Simulation. Stimme λ und φ — Photostrom stoppt unter der Schwellenfrequenz; lies V_stop. Kostenloses browserbasiertes virtuelles Physiklabor mit Live-SI-Messwerten und geführtem Tutorial.
Photoelektrischer Effekt
Stelle λ und φ ein — der Photostrom stoppt unter der Schwellenfrequenz; lies V_stop.
Einsteins photoelektrische Gleichung K_max = hf − φ verknüpft die Photonenenergie mit der kinetischen Energie des ausgelösten Elektrons. Unter der Schwellenfrequenz hf < φ verlässt kein Elektron das Metall, unabhängig von der Intensität — Beweis, dass Licht quantisiert ist. Passe Wellenlänge und Austrittsarbeit an, um den Grenzwert zu finden.
- K_max = hf − φ
- Schwellenfrequenz
Untersuchungsbericht
Planen Sie die Frage, bevor Sie das Labor öffnen
Das Briefing entspricht der vorgerenderten Seite: Leitfrage, konkurrierende Vorhersagen, Variablenrollen, maßgebliche Gesetze, Aufbau sowie Analyse- und Erweiterungsaufgaben bleiben sichtbar und in dieser Reihenfolge.
Fahrfrage
Licht unterschiedlicher Wellenlänge trifft auf ein Metall mit der Austrittsarbeit 2.3 eV. Solange beide Wellenlängen über dem Schwellenwert liegen, wirft ein blaueres (kürzerwelliges) Photon ein Elektron mit mehr kinetischer Energie aus?
Vorhersagen zum Abwägen
- Nein – kinetische Energie hängt nur von der Lichtintensität ab, nicht von der Wellenlänge.
- Es kommt auf die Farbe des Metalls an, nicht auf die Wellenlänge des Lichts.
- Ja – oberhalb des Schwellenwerts bedeutet eine kürzere Wellenlänge eine höhere Photonenenergie, sodass ausgestoßene Elektronen mehr kinetische Energie haben.
Variable Rollen
Was Sie eingestellt haben:
- Wellenlänge λ (nm)
Was Sie messen:
- Photonenenergie E_γ (eV)
- Maximale kinetische Energie K_max (eV)
Wie die Untersuchung abläuft
- Öffnen Sie die Preset für den fotoelektrischen Schwellenwert und drücken Sie Zurücksetzen. Die Arbeitsfunktion der Fotozelle ist auf 2.3 eV festgelegt.
- Aktivieren Sie die Anzeige der Photonenenergie und der maximalen kinetischen Energie.
- Stellen Sie die Wellenlänge des Lichts für jeden Versuch ein und zeichnen Sie die maximale kinetische Energie der ausgestoßenen Elektronen auf.
Maßgebende Gleichung
Photonenenergie — E = hc/λ
Die Energie eines Photons hängt nur von seiner Wellenlänge (oder Frequenz) ab: E = hc/λ = hf. Kürzere Wellenlängen bedeuten Photonen mit höherer Energie.
Maximale kinetische Photoelektronenenergie — K_max = E − φ
Einsteins photoelektrische Gleichung: Die Energie eines einfallenden Photons zahlt zunächst die Austrittsarbeit (die Energie, die ein Elektron an das Metall bindet), und was übrig bleibt, wird zur kinetischen Energie des ausgestoßenen Elektrons: K_max = E_γ − φ.
Was die Schüler auf dem druckbaren Arbeitsblatt erarbeiten müssen
- Berechnen Sie für einen Versuch E_γ = hc/λ mit h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, c = 3×10⁸ m/s, dann K_max = E_γ − φ mit φ = 2.3 eV. Vergleichen Sie beides mit der Tabelle.
- Erklären Sie, warum K_max linear mit der Photonenenergie (und daher mit 1/λ) ansteigt, sobald Sie über dem Schwellenwert liegen, mit einer Steigung von genau 1 und einem y-Achsenabschnitt von −φ.
Wo dies außerhalb des Labors sichtbar wird
- Die klassische Wellentheorie sagte voraus, dass selbst schwaches, niederfrequentes Licht schließlich Elektronen ausstößt, wenn man lange genug wartet oder die Intensität erhöht. Erklären Sie, warum die scharfe Energieschwelle des photoelektrischen Effekts (unabhängig von der Intensität) vor Einsteins Photonenerklärung so überraschend war.
- Würde sich K_max ändern, wenn man die Intensität des Lichts bei derselben Wellenlänge verdoppeln würde? Was würde sich stattdessen ändern?
- 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
- Mehr oder weniger Energie?
- Richtung Blau verschieben
- Kinetische Energie erfassen
- Daten öffnen
- Erkläre deine Beobachtung
Öffnen Sie die interaktive Simulation, um die Szene aufzubauen, drücken Sie auf Play und erkunden Sie sie mit Live-Messungen und einem geführten Tutorial.