Moderni fysiikka
Valosähköinen kynnys
Säädä λ ja φ – fotovirta lakkaa kynnystaajuuden alapuolella; lue V_stop.
Valosähköinen kynnys – interaktiivinen Moderni fysiikka-simulaatio. Säädä λ ja φ – fotovirta lakkaa kynnystaajuuden alapuolella; lue V_stop. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.
Valosähköinen ilmiö
Säädä λ ja φ – fotovirta lakkaa kynnystaajuuden alapuolella; lue V_stop.
Einsteinin valosähköinen yhtälö K_max = hf − φ yhdistää fotonin energian irtoavan elektronin liike-energiaan. Kynnystaajuuden alapuolella hf < φ, mikään intensiteetti ei irrota elektroneja – todiste valon kvantittumisesta. Säädä aallonpituutta ja irtoamistyötä löytääksesi katkaisun.
- K_max = hf − φ
- Kynnystaajuus
Tutkimustiivistelmä
Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista
Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.
Tutkimuskysymys
Eri aallonpituuksien valo osuu metalliin, jonka irtoamistyö on 2.3 eV. Niin kauan kuin molemmat aallonpituudet ovat kynnyksen yläpuolella, irrottaako sinisempi (lyhytaaltoisempi) fotoni elektronin suuremmalla liike-energialla?
Punniteltavat ennusteet
- Ei – liike-energia riippuu vain valon intensiteetistä, ei aallonpituudesta.
- Se riippuu metallin väristä, ei valon aallonpituudesta.
- Kyllä – kynnyksen yläpuolella lyhyempi aallonpituus tarkoittaa korkeampaa fotonin energiaa, joten irtoavilla elektroneilla on enemmän liike-energiaa.
Muuttujien roolit
Mitä asetat:
- Aallonpituus λ (nm)
Mitä mittaat:
- Fotonin energia E_γ (eV)
- Maksimiliike-energia K_max (eV)
Miten tutkimus etenee
- Avaa valosähköinen kynnys -esiasetus ja paina Nollaa. Fotokennon irtoamistyö on kiinnitetty arvoon 2.3 eV.
- Ota käyttöön fotonin energian ja maksimiliike-energian lukemat.
- Aseta valon aallonpituus jokaiselle suoritukselle ja kirjaa irtoavien elektronien maksimiliike-energia.
Hallitseva yhtälö
Fotonin energia — E = hc/λ
Fotonin energia riippuu vain sen aallonpituudesta (tai taajuudesta): E = hc/λ = hf. Lyhyempi aallonpituus tarkoittaa korkeamman energian fotoneja.
Fotoelektronin maksimiliike-energia — K_max = E − φ
Einsteinin valosähköinen yhtälö: saapuvan fotonin energia maksaa ensin irtoamistyön (energian, joka sitoo elektronin metalliin), ja jäljelle jäävä osa muuttuu irtoavan elektronin liike-energiaksi: K_max = E_γ − φ.
Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään
- Yhdelle suoritukselle laske E_γ = hc/λ arvoilla h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, c = 3×10⁸ m/s, sitten K_max = E_γ − φ arvolla φ = 2.3 eV. Vertaa molempia taulukkoon.
- Selitä, miksi K_max kasvaa lineaarisesti fotonin energian mukana (ja siten arvon 1/λ mukana), kun olet kynnyksen yläpuolella, kulmakertoimella täsmälleen 1 ja y-leikkauksella −φ.
Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella
- Klassinen aaltoteoria ennusti, että jopa himmeä, matalataajuinen valo irrottaisi lopulta elektroneja, jos odottaisit tarpeeksi kauan tai nostaisit intensiteettiä. Selitä, miksi valosähköisen ilmiön terävä energiakynnys (riippumaton intensiteetistä) oli niin yllättävä ennen Einsteinin fotonin selitystä.
- Jos kaksinkertaistaisit valon intensiteetin samalla aallonpituudella, muuttuisiko K_max? Mikä muuttuisi sen sijaan?
- 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
- Enemmän vai vähemmän energiaa?
- Siirry kohti sinistä
- Tallenna liike-energia
- Avaa data
- Selitä todisteesi
Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.
Avaa interaktiivinen laboratorio →