광전 효과: 날카로운 에너지 임계값

1 · 예측

일함수가 2.3 eV인 금속에 서로 다른 파장의 빛이 비칩니다. 두 파장 모두 문턱값보다 위에 있는 한, 더 파란(파장이 더 짧은) 광자가 더 큰 운동 에너지를 가진 전자를 방출시킵니까?

• 아니요. 운동 에너지는 파장이 아닌 빛의 강도에만 의존합니다.
• 이는 빛의 파장이 아니라 금속의 색상에 따라 달라집니다.
• 그렇습니다. 임계값보다 높으면 파장이 짧을수록 광자 에너지가 높아지므로 방출된 전자는 더 많은 운동 에너지를 갖게 됩니다.

2 · 설정

1. photoelectric-threshold 사전 설정을 열고 재설정을 누릅니다. 광전지의 일함수는 2.3eV로 고정되어 있습니다.
2. 광자 에너지 및 최대 운동 에너지 표시를 활성화하세요.
3. 각 시행에 대해 빛의 파장을 설정하고 방출된 전자의 최대 운동 에너지를 기록합니다.

3 · 데이터 수집

세 번의 시행에 대해 K_max(y축)를 1/λ(x축)에 대해 그래프로 그리세요. 직선입니까?

4 · 분석

1. 한 번의 시행에서는 h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, c = 3×10⁸ m/s를 사용하여 E_γ = hc/λ를 계산한 다음 φ = 2.3 eV를 사용하여 K_max = E_γ − φ를 계산합니다. 두 가지를 모두 표와 비교해보세요.
2. 기울기가 정확히 1이고 y절편이 −φ인 임계값을 초과하면 K_max가 광자 에너지(따라서 1/λ)에 따라 선형적으로 증가하는 이유를 설명하십시오.

5 · 확장

1. 고전 파동 이론은 충분히 오래 기다리거나 강도를 높이면, 어둡고 저주파인 빛조차 결국 전자를 방출시켜야 한다고 예측했습니다. 아인슈타인의 광자 설명 이전에, 광전 효과의 (강도와 무관한) 명확한 에너지 문턱값이 왜 그토록 놀라운 것이었는지 설명하세요.
2. 동일한 파장에서 빛의 강도를 두 배로 늘리면 K_max가 변경됩니까? 대신 무엇이 바뀌겠는가?

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