L'effet photoélectrique : potentiel d'arrêt
1 · Prédire
Une tension retardatrice est appliquée pour repousser les photoélectrons éjectés vers le métal. Quelle tension est nécessaire pour arrêter à peine même les électrons éjectés les plus rapides ?
- La tension d'arrêt ne dépend pas de l'énergie des photons.
- La tension d’arrêt (en volts) est numériquement égale à l’énergie cinétique maximale (en eV) – il faut exactement autant de travail inverse pour arrêter les électrons les plus rapides.
- La tension d'arrêt dépend de la forme de la photocellule et non de la lumière.
2 · Configurer
- Ouvrez le préréglage du retard photoélectrique et appuyez sur Réinitialiser. La fonction de travail de la photocellule est fixée à 2.0 eV.
- Activez la lecture du potentiel d’arrêt.
- Réglez la longueur d'onde de la lumière pour chaque essai et enregistrez le potentiel d'arrêt nécessaire pour arrêter les photoélectrons les plus rapides.
3 · Collecter les Données
| Longueur d'onde λ (nm) | Énergie photonique E_γ (eV) | Arrêt du potentiel V_stop (V) |
|---|---|---|
| 300.00 | ||
| 350.00 | ||
| 450.00 |
Tracez V_stop (axe y) par rapport à l'énergie photonique E_γ (axe x) pour vos trois essais.
4 · Analyser
- Pour un essai, calculez E_γ = hc/λ, puis V_stop = K_max = E_γ − φ en utilisant φ = 2.0 eV (numériquement, puisque 1 eV d'énergie cinétique est arrêté par exactement 1 V de potentiel retardateur). Comparez avec le tableau.
- Expliquez pourquoi mesurer la tension d'arrêt est une astuce expérimentale astucieuse : elle lit directement K_max en eV sans avoir besoin de mesurer directement les vitesses des électrons.
5 · Approfondir
- Si vous traciez V_stop en fonction de la FRÉQUENCE de la lumière (et non de la longueur d'onde), la pente de cette ligne serait égale à h/e — la constante de Planck divisée par la charge électronique. Expliquez pourquoi ce graphique a été historiquement utilisé pour mesurer expérimentalement la constante de Planck.
- Quel serait le potentiel d'arrêt pour la lumière avec une énergie photonique inférieure à 2.0 eV ? Auriez-vous même besoin d’un potentiel d’arrêt dans ce cas ?
La physique derrière cette expérience
Potentiel d'arrêt
La tension retardatrice qui arrête à peine les photoélectrons les plus rapides est égale à leur énergie cinétique maximale en eV : V_stop = K_max = E_γ − φ. Cela donne une lecture directe et facile à mesurer de l’énergie des photons au-dessus du seuil.