Moderne fysikk
Fotoelektrisk terskel
Stem λ og φ — fotostømmen stopper under grensefrekvensen; avles V_stop.
Fotoelektrisk terskel — interaktiv Moderne fysikk-simulering. Stem λ og φ — fotostømmen stopper under grensefrekvensen; avles V_stop. Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.
Fotoelektrisk effekt
Stem λ og φ — fotostømmen stopper under grensefrekvensen; avles V_stop.
Einsteins fotoelektriske likning K_max = hf − φ knytter fotonenergi til den lose elektronets kinetiske energi. Under grensefrekvensen hf < φ forlater ingen elektroner overflaten uansett intensitet — bevis på at lys er kvantisert. Juster bølgelengde og arbeidsfunksjon for å finne grensen.
- K_max = hf − φ
- Grensefrekvens
Undersøkelsesgrunnlag
Planlegg spørsmålet før du åpner labben
Oppgavegrunnlaget speiler den forhåndsgenererte siden: problemstilling, konkurrerende prediksjoner, variabelroller, styrende lover, oppsett, analyse og videreutviklingsoppgaver forblir synlige og i denne rekkefølgen.
Problemstilling
Lys med forskjellige bølgelengder treffer et metall med arbeidsfunksjon 2,3 eV. Så lenge begge bølgelengdene er over terskelen, lose et blåere (kortere bølgelengde) foton ut et elektron med mer kinetisk energi?
Prediksjoner å veie
- Nei — kinetisk energi avhenger bare av lysintensiteten, ikke bølgelengden.
- Det avhenger av metallens farge, ikke lysets bølgelengde.
- Ja — over terskelen betyr kortere bølgelengde høyere fotonenergi, så losede elektroner har mer kinetisk energi.
Variabelroller
Hva du setter:
- Bølgelengde λ (nm)
Hva du måler:
- Fotonenergi E_γ (eV)
- Maks kinetisk energi K_max (eV)
Hvordan undersøkelsen foregår
- Åpne fotoelektrisk-terskel-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. Fotocellens arbeidsfunksjon er fast ved 2,3 eV.
- Aktiver fotonenergi- og maksimal-kinetisk-energi-avlesningene.
- Sett lysets bølgelengde for hvert forsøk og registrer den maksimale kinetiske energien til de losede elektronene.
Styrende likning
Fotonenergi — E = hc/λ
Et fotonens energi avhenger bare av bølgelengden (eller frekvensen): E = hc/λ = hf. Kortere bølgelengde betyr fotoner med høyere energi.
Maksimal fotoelektron-kinetisk energi — K_max = E − φ
Einsteins fotoelektriske likning: et innkommende fotonens energi betaler først arbeidsfunksjonen (energien som binder et elektron til metallet), og det som er til overs blir det losede elektronets kinetiske energi: K_max = E_γ − φ.
Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut
- For ett forsøk, beregn E_γ = hc/λ med h = 6,626×10⁻³⁴ J·s, c = 3×10⁸ m/s, deretter K_max = E_γ − φ med φ = 2,3 eV. Sammenlign begge med tabellen.
- Forklar hvorfor K_max øker lineært med fotonenergien (og dermed med 1/λ) når du er over terskelen, med et stigningstall på nøyaktig 1 og et y-skjæringspunkt på −φ.
Hvor dette dukker opp utenfor labben
- Klassisk bølgeteori forutså at selv svakt, lavfrekvent lys til slutt skulle lose ut elektroner hvis du ventet lenge nok eller skrudde opp intensiteten. Forklar hvorfor den fotoelektriske effektens skarpe energiterskel (uavhengig av intensitet) var så overraskende før Einsteins fotonforklaring.
- Hvis du doblet lysets intensitet ved samme bølgelengde, ville K_max endret seg? Hva ville endret seg i stedet?
- 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
- Mer eller mindre energi?
- Skift mot blått
- Registrer den kinetiske energien
- Åpne dataene
- Forklar bevisene dine
Åpne den interaktive simuleringen for å bygge scenen, trykk Spill av, og utforsk med målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.