Valosähköinen ilmiö: terävä energiakynnys

1 · Ennusta

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?

• 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.

2 · Kokoa

1. Avaa valosähköinen kynnys -esiasetus ja paina Nollaa. Fotokennon irtoamistyö on kiinnitetty arvoon 2.3 eV.
2. Ota käyttöön fotonin energian ja maksimiliike-energian lukemat.
3. Aseta valon aallonpituus jokaiselle suoritukselle ja kirjaa irtoavien elektronien maksimiliike-energia.

3 · Kerää data

Kuvaa K_max (y-akseli) arvoa 1/λ vasten (x-akseli) kolmelle suorituksellesi. Onko viiva suora?

4 · Analysoi

1. 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.
2. 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.

5 · Laajenna

1. 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.
2. Jos kaksinkertaistaisit valon intensiteetin samalla aallonpituudella, muuttuisiko K_max? Mikä muuttuisi sen sijaan?

Tämän kokeen fysiikka

← Takaisin kokeeseen

138 ilmaista tulostettavaa fysiikan työarkkia