Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο: Απότομο ενεργειακό κατώφλι

1 · Πρόβλεψε

Φως διαφορετικών μηκών κύματος πέφτει σε μέταλλο με έργο εξόδου 2.3 eV. Εφόσον και τα δύο μήκη κύματος είναι πάνω από το κατώφλι, εκτοξεύει πιο μπλε (μικρότερου μήκους κύματος) φωτόνιο ηλεκτρόνιο με περισσότερη κινητική ενέργεια;

• Όχι — η κινητική ενέργεια εξαρτάται μόνο από την ένταση του φωτός, όχι από το μήκος κύματος.
• Εξαρτάται από το χρώμα του μετάλλου, όχι από το μήκος κύματος του φωτός.
• Ναι — πάνω από το κατώφλι, μικρότερο μήκος κύματος σημαίνει υψηλότερη ενέργεια φωτονίου, ώστε τα εκτοξευόμενα ηλεκτρόνια έχουν περισσότερη κινητική ενέργεια.

2 · Διάταξη

1. Άνοιξε την προεπιλογή photoelectric-threshold και πάτησε Επαναφορά. Το έργο εξόδου του φωτοκυττάρου είναι σταθερό στα 2.3 eV.
2. Ενεργοποίησε τις ενδείξεις ενέργειας φωτονίου και μέγιστης κινητικής ενέργειας.
3. Ρύθμισε το μήκος κύματος του φωτός για κάθε δοκιμή και κατέγραψε τη μέγιστη κινητική ενέργεια των εκτοξευόμενων ηλεκτρονίων.

3 · Συλλογή Δεδομένων

Χαράξε το K_max (άξονας y) έναντι του 1/λ (άξονας x) για τις τρεις δοκιμές σου. Είναι η γραμμή ευθεία;

4 · Ανάλυση

1. Για μία δοκιμή, υπολόγισε E_γ = hc/λ χρησιμοποιώντας h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, c = 3×10⁸ m/s, μετά K_max = E_γ − φ χρησιμοποιώντας φ = 2.3 eV. Σύγκρινε και τα δύο με τον πίνακα.
2. Εξήγησε γιατί το K_max μεγαλώνει γραμμικά με την ενέργεια φωτονίου (και άρα με το 1/λ) μόλις βρεθείς πάνω από το κατώφλι, με κλίση ακριβώς 1 και τομή y της −φ.

5 · Επέκταση

1. Η κλασική κυματική θεωρία προέβλεπε ότι ακόμη και αμυδρό, χαμηλής συχνότητας φως θα έπρεπε τελικά να εκτοξεύσει ηλεκτρόνια αν περίμενες αρκετά ή ανέβαζες την ένταση. Εξήγησε γιατί το απότομο ενεργειακό κατώφλι του φωτοηλεκτρικού φαινόμενου (ανεξάρτητο της έντασης) ήταν τόσο εκπληκτικό πριν από την εξήγηση φωτονίου του Einstein.
2. Αν διπλασίαζες την ένταση του φωτός στο ίδιο μήκος κύματος, θα άλλαζε το K_max; Τι θα άλλαζε αντίθετα;

Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα

← Πίσω στο πείραμα

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής