Het foto-elektrisch effect: een scherpe energiedrempel

1 · Voorspel

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?

• 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.

2 · Opstelling

1. Open de voorinstelling photoelectric-threshold en druk op Herstel. De uittreearbeid van de fotocel staat vast op 2.3 eV.
2. Zet de aflezingen van fotonenergie en maximale kinetische energie aan.
3. Stel voor elke meting de golflengte van het licht in en noteer de maximale kinetische energie van uitgestoten elektronen.

3 · Verzamel gegevens

Zet voor je drie metingen K_max (y-as) uit tegen 1/λ (x-as). Is de lijn recht?

4 · Analyseer

1. 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.
2. 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.

5 · Verdiep

1. 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.
2. Als je bij dezelfde golflengte de lichtintensiteit verdubbelde, zou K_max veranderen? Wat zou er in plaats daarvan veranderen?

De natuurkunde achter dit experiment

← Terug naar experiment

138 gratis printbare labwerkbladen voor natuurkunde