فیزیک نوین
آستانهٔ فوتوالکتریک
λ و φ را تنظیم کنید — جریان نوری زیر بسامد آستانه متوقف میشود؛ V_stop را بخوانید.
آستانهٔ فوتوالکتریک — شبیهسازی تعاملی فیزیک نوین. λ و φ را تنظیم کنید — جریان نوری زیر بسامد آستانه متوقف میشود؛ V_stop را بخوانید. آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازهگیریهای زندهٔ SI و آموزش هدایتشده.
اثر فوتوالکتریک
λ و φ را تنظیم کنید — جریان نوری زیر بسامد آستانه متوقف میشود؛ V_stop را بخوانید.
معادلهٔ فوتوالکتریک اینشتین K_max = hf − φ انرژی فوتون را به انرژی جنبشی الکترون گسیلشده پیوند میدهد. زیر بسامد آستانه hf < φ، هیچ الکترونی صرفنظر از شدت خارج نمیشود — اثباتی که نور کوانتیده است. طول موج و تابع کار را برای یافتن نقطهٔ برش تنظیم کنید.
- K_max = hf − φ
- بسامد آستانه
خلاصهٔ پژوهش
پرسش را پیش از بازکردن آزمایشگاه برنامهریزی کنید
این خلاصه همان صفحهٔ از پیش رندرشده است: پرسش محوری، پیشبینیهای رقیب، نقش متغیرها، قوانین حاکم، برپاسازی، تحلیل و پرسشهای گسترش — به همین ترتیب و همیشه در دید میمانند.
پرسش محوری
نور با طول موجهای مختلف به فلزی با تابع کار 2.3 eV میخورد. تا وقتی هر دو طول موج بالای آستانهاند، آیا فوتون آبیتر (کوتاهولتر) الکترونی با انرژی جنبشی بیشتری میکند؟
پیشبینیهایی که باید سنجیده شوند
- نه — انرژی جنبشی فقط به شدت نور بستگی دارد، نه طول موج.
- به رنگ فلز بستگی دارد، نه طول موج نور.
- بله — بالای آستانه، طول موج کوتاهتر یعنی انرژی فوتون بالاتر، پس الکترونهای جهیده انرژی جنبشی بیشتری دارند.
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم میکنید:
- طول موج λ (nm)
آنچه اندازه میگیرید:
- انرژی فوتون E_γ (eV)
- بیشینهٔ انرژی جنبشی K_max (eV)
پژوهش چگونه اجرا میشود
- پیشتنظیم فوتوالکتریک-آستانه را باز کنید و Reset بزنید. تابع کار فتوسل ثابت 2.3 eV است.
- قرائتهای انرژی فوتون و بیشینهٔ انرژی جنبشی را فعال کنید.
- طول موج نور را برای هر آزمایش تنظیم کنید و بیشینهٔ انرژی جنبشی الکترونهای جهیده را ثبت کنید.
معادلهٔ حاکم
انرژی فوتون — E = hc/λ
انرژی فوتون فقط به طول موج (یا بسامد) آن بستگی دارد: E = hc/λ = hf. طول موج کوتاهتر یعنی فوتونهای پرانرژیتر.
بیشینهٔ انرژی جنبشی فوتوالکترون — K_max = E − φ
معادلهٔ فوتوالکتریک اینشتین: انرژی فوتونِ ورودی نخست تابع کار را میپردازد (انرژیای که الکترون را به فلز بسته است) و باقیمانده به انرژی جنبشی الکترونِ پرتابشده بدل میشود: K_max = E_γ − φ.
برگهٔ کار چاپی از دانشآموزان چه میخواهد به دست آورند
- برای یک آزمایش، E_γ = hc/λ را با h = 6.626×10⁻³⁴ J·s و c = 3×10⁸ m/s حساب کنید، سپس K_max = E_γ − φ را با φ = 2.3 eV. هر دو را با جدول مقایسه کنید.
- توضیح دهید چرا K_max پس از گذشتن از آستانه، با انرژی فوتون (و پس با 1/λ) خطی رشد میکند، با شیب دقیقاً 1 و عرض از مبدأ −φ.
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان میدهد
- نظریهٔ موجی کلاسیک پیشبینی میکرد حتی نور کمسوی و کمبسامد هم، اگر کافی صبر کنید یا شدت را بالا ببرید، سرانجام الکترون میکَند. توضیح دهید چرا آستانهٔ انرژی تیزِ اثر فوتوالکتریک (مستقل از شدت) پیش از توضیح فوتونی اینشتین اینقدر شگفتانگیز بود.
- اگر شدت نور را در همان طول موج دو برابر میکردید، K_max تغییر میکرد؟ بهجایش چه چیزی تغییر میکرد؟
- 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
- انرژی بیشتر یا کمتر؟
- به سوی آبی بروید
- ثبت انرژی جنبشی
- بازکردن دادهها
- توضیح شواهدتان
شبیهسازی تعاملی را باز کنید تا صحنه را بسازید، Play را بفشارید و با اندازهگیریهای زنده و آموزش هدایتشده کاوش کنید.