اثر فوتوالکتریک: آستانهٔ تیز انرژی

1 · پیش‌بینی

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؟

• 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.

2 · آماده‌سازی

1. پیش‌تنظیم فوتوالکتریک-آستانه را باز کنید و Reset بزنید. تابع کار فتوسل ثابت 2.3 eV است.
2. قرائت‌های انرژی فوتون و بیشینهٔ انرژی جنبشی را فعال کنید.
3. طول موج نور را برای هر آزمایش تنظیم کنید و بیشینهٔ انرژی جنبشی الکترون‌های جهیده را ثبت کنید.

3 · گردآوری داده

برای سه آزمایش، K_max (محور y) را بر حسب 1/λ (محور x) رسم کنید. آیا خط راست است؟

4 · تحلیل

1. 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.
2. 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.

5 · گسترش

1. 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.
2. اگر شدت نور را در همان طول موج دو برابر می‌کردید، K_max تغییر می‌کرد؟ به‌جایش چه چیزی تغییر می‌کرد؟

فیزیک پشت این آزمایش

← بازگشت به آزمایش