Den fotoelektriske effekten: en skarp energiterskel

1 · Prediker

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?

• 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.

2 · Oppsett

1. Åpne fotoelektrisk-terskel-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. Fotocellens arbeidsfunksjon er fast ved 2,3 eV.
2. Aktiver fotonenergi- og maksimal-kinetisk-energi-avlesningene.
3. Sett lysets bølgelengde for hvert forsøk og registrer den maksimale kinetiske energien til de losede elektronene.

3 · Samle inn data

Plott K_max (y-akse) mot 1/λ (x-akse) for dine tre forsøk. Er linjen rett?

4 · Analyser

1. 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.
2. 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.

5 · Utvid

1. 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.
2. Hvis du doblet lysets intensitet ved samme bølgelengde, ville K_max endret seg? Hva ville endret seg i stedet?

Fysikken bak dette eksperimentet

← Tilbake til eksperimentet

138 gratis, utskrivbare fysikk-arbeidsark