اثر فوتوالکتریک: ولتاژ توقف
1 · پیشبینی
ولتاژی بازدارنده بهکار میرود تا فوتوالکترونهای جهیده را به سوی فلز برگرداند. چه ولتاژی لازم است تا تندترین الکترونهای جهیده را تازه تازه متوقف کند؟
- ولتاژ توقف به انرژی فوتون بستگی ندارد.
- ولتاژ توقف (بر حسب ولت) عدداً برابر بیشینهٔ انرژی جنبشی (بر حسب eV) است — توقف تندترین الکترونها دقیقاً همانقدر کار وارونه میخواهد.
- ولتاژ توقف به شکل فتوسل بستگی دارد، نه به نور.
2 · آمادهسازی
- پیشتنظیم فوتوالکتریک-بازدارنده را باز کنید و Reset بزنید. تابع کار فتوسل ثابت 2.0 eV است.
- قرائت ولتاژ توقف را فعال کنید.
- طول موج نور را برای هر آزمایش تنظیم کنید و ولتاژ توقف لازم برای مهار تندترین فوتوالکترونها را ثبت کنید.
3 · گردآوری داده
| طول موج λ (nm) | انرژی فوتون E_γ (eV) | پتانسیل بازدارنده V_stop (V) |
|---|---|---|
| 300.00 | ||
| 350.00 | ||
| 450.00 |
برای سه آزمایش، V_stop (محور y) را بر حسب انرژی فوتون E_γ (محور x) رسم کنید.
4 · تحلیل
- برای یک آزمایش، E_γ = hc/λ و سپس V_stop = K_max = E_γ − φ را با φ = 2.0 eV حساب کنید (عددی، چون دقیقاً 1 eV انرژی جنبشی با 1 V پتانسیل بازدارنده متوقف میشود). با جدول مقایسه کنید.
- توضیح دهید چرا اندازهگیری ولتاژ بازدارنده ترفند آزمایشی هوشمندانهای است: K_max را مستقیماً بر حسب eV میخواند بیآنکه نیاز باشد تندی الکترونها را جداگانه بسنجید.
5 · گسترش
- اگر V_stop را بر حسب «بسامد» نور (نه طول موج) رسم میکردید، شیب آن خط برابر h/e — ثابت پلانک تقسیم بر بار الکترون — میشد. توضیح دهید چرا این نمودار تاریخی برای اندازهگیری تجربی ثابت پلانک به کار میرفت.
- ولتاژ توقف برای نوری با انرژی فوتون زیر 2.0 eV چند میشد؟ اصلاً در آن حالت ولتاژ توقفی لازم بود؟
فیزیک پشت این آزمایش
پتانسیل بازدارنده
ولتاژ بازدارندهای که تندترین فوتوالکترونها را بهسختی متوقف میکند، برابر بیشینهٔ انرژی جنبشی آنها برحسب eV است: V_stop = K_max = E_γ − φ. این قرائت مستقیم و بهآسانی اندازهگیریشدنی از انرژی فوتون بالای آستانه میدهد.