Moderne natuurkunde
foto-elektrische drempel
Stem λ en φ af — de fotostroom stopt onder de drempelfrequentie; lees V_stop af.
foto-elektrische drempel — interactieve Moderne natuurkunde-simulatie. Stem λ en φ af — de fotostroom stopt onder de drempelfrequentie; lees V_stop af. Gratis virtueel natuurkundelab in de browser met live SI-metingen en een begeleide rondleiding.
Foto-elektrisch effect
Stem λ en φ af — onder de drempelfrequentie stopt de fotostroom; lees V_stop af.
Einsteins foto-elektrische vergelijking K_max = hf − φ koppelt fotonenergie aan de kinetische energie van uitgestoten elektronen. Onder de drempelfrequentie is hf < φ en er vertrekken geen elektronen, ongeacht de intensiteit — het bewijs dat licht gekwantiseerd is. Pas golflengte en uittreearbeid aan om de grens te vinden.
- K_max = hf − φ
- Drempelfrequentie
Onderzoeksnota
Plan de vraag voordat je het lab opent
De samenvatting spiegelt de voorgerenderde pagina: leidende vraag, concurrerende voorspellingen, rollen van variabelen, bepalende wetten, opstelling, analyse- en verdiepingsvragen blijven zichtbaar en in deze volgorde.
Leidende vraag
Licht met verschillende golflengten valt op een metaal met uittreearbeid 2.3 eV. Zolang beide golflengten boven de drempel liggen, stoot een blauwere (kortgolvigere) foton dan een elektron met meer kinetische energie uit?
Voorspellingen om te wegen
- Nee — kinetische energie hangt alleen af van de lichtintensiteit, niet van de golflengte.
- Het hangt af van de kleur van het metaal, niet van de golflengte van het licht.
- Ja — boven de drempel betekent kortere golflengte hogere fotonenergie, dus uitgestoten elektronen hebben meer kinetische energie.
Rollen van variabelen
Wat je instelt:
- Golflengte λ (nm)
Wat je meet:
- Fotonenergie E_γ (eV)
- Maximale kinetische energie K_max (eV)
Hoe het onderzoek verloopt
- Open de voorinstelling photoelectric-threshold en druk op Herstel. De uittreearbeid van de fotocel staat vast op 2.3 eV.
- Zet de aflezingen van fotonenergie en maximale kinetische energie aan.
- Stel voor elke meting de golflengte van het licht in en noteer de maximale kinetische energie van uitgestoten elektronen.
Leidende vergelijking
Fotonenergie — E = hc/λ
De energie van een foton hangt alleen af van zijn golflengte (of frequentie): E = hc/λ = hf. Kortere golflengte betekent energie-rijkere fotonen.
Maximale kinetische energie van foto-elektronen — K_max = E − φ
Einsteins foto-elektrische vergelijking: de energie van een invallend foton betaalt eerst de uittreearbeid (de energie die een elektron aan het metaal bindt), en wat overblijft wordt de kinetische energie van het uitgestoten elektron: K_max = E_γ − φ.
Wat het uitprintbare werkblad leerlingen laat uitwerken
- Reken voor één meting E_γ = hc/λ uit met h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, c = 3×10⁸ m/s en daarna K_max = E_γ − φ met φ = 2.3 eV. Vergelijk beide met de tabel.
- Leg uit waarom K_max boven de drempel lineair toeneemt met de fotonenergie (en dus met 1/λ), met een richtingscoëfficiënt van exact 1 en een snijpunt met de y-as van −φ.
Waar dit buiten het lab opduikt
- De klassieke golftheorie voorspelde dat zelfs zwak, laagfrequent licht uiteindelijk elektronen zou uitstoten als je lang genoeg wacht of de intensiteit opvoert. Leg uit waarom de scherpe energiedrempel van het foto-elektrisch effect (onafhankelijk van intensiteit) vóór Einsteins fotonuitleg zo verrassend was.
- Als je bij dezelfde golflengte de lichtintensiteit verdubbelde, zou K_max veranderen? Wat zou er in plaats daarvan veranderen?
- 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
- Meer of minder energie?
- Verschuif naar blauw
- Leg de kinetische energie vast
- Open de gegevens
- Leg je bewijs uit
Open de interactieve simulatie om de scène te bouwen, druk op Start en verken met live metingen en een begeleide rondleiding.