現代物理
光電効果阈値
λ と φ を調整してください—しきい値振動数を下回ると光電流が止まります。V_stop を読み取ります。
光電効果阈値 — インタラクティブな現代物理シミュレーション。λ と φ を調整してください—しきい値振動数を下回ると光電流が止まります。V_stop を読み取ります。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
光電効果
λ と φ を調整してください — しきい値振動数未満では光電流が止まります。V_stop を読み取ってください。
アインシュタインの光電方程式 K_max = hf − φ は光子エネルギーと放出される電子の運動エネルギーを結びつけます。しきい値振動数未満（hf < φ）では、強度にかかわらず電子は出てきません — 光が量子化されている証拠です。波長と仕事関数を調整してカットオフを見つけてください。
- K_max = hf − φ
- しきい値振動数
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
仕事関数2.3 eVの金属に異なる波長の光を当てます。両方がしきい値以上なら、より青い（短波長）光子は電子をより大きな運動エネルギーで放出しますか？
検討する予測
- いいえ。運動エネルギーは波長でなく光強度だけに依存します。
- 光の波長でなく金属の色によります。
- はい。しきい値以上では短波長ほど光子エネルギーが高く、放出電子の運動エネルギーも大きいです。
可変的な役割
設定するもの：
- 波長 λ (nm)
測定するもの：
- 光子エネルギー E_γ (eV)
- 最大運動エネルギー K_max (eV)
実験の進め方
- photoelectric-threshold プリセットを開いて Reset を押します。光電池の仕事関数は2.3 eVです。
- 光子エネルギーと最大運動エネルギーの読み出しを有効にします。
- 各試行で光の波長を設定し、放出電子の最大運動エネルギーを記録します。
支配方程式
光子エネルギー — E = hc/λ
光子のエネルギーは波長（または振動数）だけに依存し、E = hc/λ = hf です。短波長ほど高エネルギーです。
光電子の最大運動エネルギー — K_max = E − φ
アインシュタインの光電方程式では、光子エネルギーがまず仕事関数 φ を支払い、残りが光電子の運動エネルギーになります：K_max = E_γ − φ。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- h = 6.626×10⁻³⁴ J·s、c = 3×10⁸ m/s を用いて E_γ = hc/λ、φ = 2.3 eV で K_max = E_γ − φ を計算し、表と比較します。
- しきい値を超えると K_max が光子エネルギー（したがって1/λ）に傾き1で線形増加し、切片が−φになる理由を説明します。
実験以外での活用
- 古典波動論では、弱く低周波の光でも十分待つか強度を上げれば電子が出ると予測しました。強度に依存しない鋭い光電しきい値が、アインシュタイン以前に驚きだった理由を説明します。
- 同じ波長で光強度を2倍にすると K_max は変わりますか？代わりに何が変わりますか？
- 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
- エネルギーは増える? 減る?
- 青色側にずらす
- 運動エネルギーを記録する
- データを開く
- 根拠を説明する
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。