現代物理
ナトリウム光電管
設定した 500 nm 光子 (2.48 eV) は 2.28 eV を上回ります。589 nm のナトリウム D 線光子 (~2.1 eV) はこのモデルでは放出を起こしません。
ナトリウム光電管 — インタラクティブな現代物理シミュレーション。設定した 500 nm 光子 (2.48 eV) は 2.28 eV を上回ります。589 nm のナトリウム D 線光子 (~2.1 eV) はこのモデルでは放出を起こしません。 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。
光電池のI–V特性
500 nm (2.48 eV) は放出し、589 nm (~2.1 eV) は放出しません。
設定した 500 nm 光子 (2.48 eV) は 2.28 eV を上回ります。589 nm のナトリウム D 線光子 (~2.1 eV) はこのモデルでは放出を起こしません。
- ナトリウムのφ
- 黄色線λ
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
ナトリウムの仕事関数は2.28 eVで、しきい値波長は約544 nm（黄緑光）です。赤色光（約650 nm）はどれほど明るくてもナトリウムから光電子を放出しますか？
検討する予測
- はい。十分明るければ出ます。
- 光が当たる時間によります。
- いいえ。赤色光の光子エネルギーはナトリウムの仕事関数未満なので、強度に関係なく電子は出ません。
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
- sodium-photocell プリセットを開いて Reset を押します。ナトリウムの仕事関数は2.28 eVです。
- 光子エネルギーと光電子放出状態の読み出しを有効にします。
- 各試行で波長を設定し、最大運動エネルギー（しきい値未満は0）を記録します。
支配方程式
しきい値の挙動 — K_max = E − φ
K_max = max(0, E_γ − φ)。仕事関数未満では強度に関係なく光電子は放出されず、古典的な波動像では説明できない鋭いしきい値になります。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- E_γ = hc/λ、φ = 2.28 eV を用いて K_max = max(0, E_γ − φ) を計算します。最長波長の試行で K_max = 0 になることを確認します。
- ナトリウムのしきい値波長は λ_threshold = hc/φ ≈ 544 nm です。これより長い波長（低い光子エネルギー）が強度によらず電子を出せない理由を説明します。
実験以外での活用
- 太陽電池材料は太陽スペクトルに合う仕事関数を持つよう選ばれます。仕事関数が高すぎる材料が可視光の大部分を電気に変えず無駄にする理由を説明します。
- この実験では K_max は明るさでなく波長（色）に依存します。しきい値以上で明るさを増すと光のどの物理量が変わりますか？
- 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
- ナトリウム光電池へようこそ
- 光電管を選択
- 再生
- ナトリウムの仕事関数
- インスペクターを開く
- 完了です！
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。