Der photoelektrische Effekt: Stopppotential
1 · Vorhersagen
Es wird eine Verzögerungsspannung angelegt, um ausgestoßene Photoelektronen zurück zum Metall zu drücken. Welche Spannung ist nötig, um selbst die am schnellsten ausgestoßenen Elektronen gerade noch aufzuhalten?
- Die Stoppspannung hängt nicht von der Photonenenergie ab.
- Die Stoppspannung (in Volt) entspricht numerisch der maximalen kinetischen Energie (in eV) – es braucht genau so viel Rückwärtsarbeit, um die schnellsten Elektronen zu stoppen.
- Die Stoppspannung hängt von der Form der Fotozelle ab, nicht vom Licht.
2 · Aufbauen
- Öffnen Sie die Preset für die fotoelektrische Verzögerung und drücken Sie „Zurücksetzen“. Die Arbeitsfunktion der Fotozelle ist auf 2.0 eV festgelegt.
- Aktivieren Sie die Anzeige des Stopppotentials.
- Stellen Sie die Wellenlänge des Lichts für jeden Versuch ein und notieren Sie das Stopppotential, das zum Stoppen der schnellsten Photoelektronen erforderlich ist.
3 · Daten sammeln
| Wellenlänge λ (nm) | Photonenenergie E_γ (eV) | Stopppotential V_stop (V) |
|---|---|---|
| 300.00 | ||
| 350.00 | ||
| 450.00 |
Zeichnen Sie V_stop (y-Achse) gegen die Photonenenergie E_γ (x-Achse) für Ihre drei Versuche auf.
4 · Auswerten
- Berechnen Sie für einen Versuch E_γ = hc/λ, dann V_stop = K_max = E_γ − φ unter Verwendung von φ = 2.0 eV (numerisch, da 1 eV der kinetischen Energie durch genau 1 V des Verzögerungspotentials gestoppt wird). Vergleichen Sie mit der Tabelle.
- Erklären Sie, warum die Messung der Stoppspannung ein cleverer experimenteller Trick ist: Sie zeigt K_max in eV direkt an, ohne dass die Elektronengeschwindigkeiten direkt gemessen werden müssen.
5 · Vertiefen
- Wenn Sie V_stop stattdessen gegen die FREQUENZ (nicht die Wellenlänge) des Lichts auftragen würden, wäre die Steigung dieser Linie gleich h/e – Plancks Konstante dividiert durch die Elektronenladung. Erklären Sie, warum dieser Graph früher zur experimentellen Messung der Planckschen Konstante verwendet wurde.
- Wie groß wäre das Stopppotential für Licht mit einer Photonenenergie unter 2.0 eV? Würden Sie in diesem Fall überhaupt ein Stopppotential benötigen?
Die Physik hinter diesem Experiment
Stopppotenzial
Die Verzögerungsspannung, die die schnellsten Photoelektronen gerade noch stoppt, entspricht ihrer maximalen kinetischen Energie in eV: V_stop = K_max = E_γ − φ. Dies ermöglicht eine direkte, leicht messbare Anzeige der Photonenenergie oberhalb des Schwellenwerts.