Effetto fotoelettrico: una soglia energetica netta
1 · Prevedi
Luce di lunghezze d'onda diverse colpisce un metallo con funzione lavoro 2.3 eV. Finché entrambe stanno sopra la soglia, un fotone più blu (λ minore) espelle un elettrone con più energia cinetica?
- No: l'energia cinetica dipende solo dall'intensità, non da λ.
- Dipende dal colore del metallo, non dalla λ della luce.
- Sì: sopra la soglia, λ minore significa fotoni più energetici, quindi elettroni con più energia cinetica.
2 · Configurazione
- Apri il preset soglia fotoelettrica e premi Reimposta. La funzione lavoro è fissata a 2.3 eV.
- Attiva le letture di energia del fotone e KE massima.
- Imposta la λ per ogni prova e registra la KE massima degli elettroni espulsi.
3 · Raccogli dati
| Lunghezza d'onda λ (nm) | Energia fotone E_γ (eV) | KE massima K_max (eV) |
|---|---|---|
| 300.00 | ||
| 350.00 | ||
| 400.00 |
Traccia K_max (asse y) contro 1/λ (asse x) per le tre prove. La linea è retta?
4 · Analizza
- Per una prova, calcola E_γ = hc/λ usando h = 6.626×10⁻³⁴ J·s; c = 3×10⁸ m/s, poi K_max = E_γ − φ usando φ = 2.3 eV. Confronta entrambi con la tabella.
- Spiega perché K_max cresce linearmente con l'energia del fotone (quindi con 1/λ) sopra soglia, con pendenza esattamente 1 e intercetta −φ.
5 · Estendi
- La teoria ondulatoria classica prevedeva che anche luce debole e bassa frequenza prima o poi espellesse elettroni, aspettando o alzando l'intensità. Spiega perché la soglia energetica netta dell'effetto fotoelettrico (indipendente dall'intensità) fu così sorprendente prima della spiegazione a fotoni di Einstein.
- Raddoppiando l'intensità a parità di λ, cambierebbe K_max? Cosa cambierebbe invece?
La fisica dietro questo esperimento
Energia del fotone
L'energia di un fotone dipende solo dalla sua lunghezza d'onda (o frequenza): E = hc/λ = hf. Lunghezza d'onda più corta significa fotoni più energetici.
KE massima del fotoelettrone
L'equazione fotoelettrica di Einstein: l'energia del fotone in arrivo paga prima la funzione lavoro (l'energia che lega un elettrone al metallo), e ciò che resta diventa l'energia cinetica dell'elettrone espulso: K_max = E_γ − φ.