Современная физика
Красная граница фотоэффекта
Настройте λ и φ — фототок прекращается ниже граничной частоты; считайте V_stop.
Красная граница фотоэффекта — интерактивная симуляция (Современная физика). Настройте λ и φ — фототок прекращается ниже граничной частоты; считайте V_stop. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.
Фотоэффект
Настройте λ и φ — фототок прекращается ниже граничной частоты; считывайте V_stop.
Фотоэлектронное уравнение Эйнштейна K_max = hf − φ связывает энергию фотона с кинетической энергией выбитого электрона. Ниже пороговой частоты hf < φ электроны не покидают металл при любой интенсивности — доказательство квантованности света. Подбирайте длину волны и работу выхода, чтобы найти границу.
- K_max = hf − φ
- Пороговая частота
Краткое описание исследования
Спланируйте вопрос до открытия лаборатории
Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.
Движущий вопрос
Свет разных длин волн падает на металл с работой выхода 2.3 eV. Пока обе длины волны выше порога, выбивает ли более синий (коротковолновый) фотон электрон с большей кинетической энергией?
Прогнозы для взвешивания
- Нет — кинетическая энергия зависит только от интенсивности света, не от длины волны.
- Зависит от цвета металла, а не длины волны света.
- Да — выше порога более короткая длина волны значит большую энергию фотона, и выбитые электроны имеют больше кинетической энергии.
Роли переменных
Что вы задали:
- Длина волны λ (nm)
Что вы измеряете:
- Энергия фотона E_γ (eV)
- Максимальная КЭ K_max (eV)
Как идёт исследование
- Откройте пресет красной границы фотоэффекта и нажмите «Сброс». Работа выхода фотоэлемента фиксирована на 2.3 eV.
- Включите показания энергии фотона и максимальной кинетической энергии.
- Задайте длину волны света для каждой пробы и запишите максимальную кинетическую энергию выбитых электронов.
Определяющее уравнение
Энергия фотона — E = hc/λ
Энергия фотона зависит только от его длины волны (или частоты): E = hc/λ = hf. Короче волна — энергичнее фотон.
Максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона — K_max = E − φ
Фотоэлектронное уравнение Эйнштейна: энергия падающего фотона сначала оплачивает работу выхода (энергию связи электрона с металлом), а остаток становится кинетической энергией выбитого электрона: K_max = E_γ − φ.
Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести
- Для одной пробы вычислите E_γ = hc/λ, используя h = 6.626×10⁻³⁴ Дж·с; c = 3×10⁸ м/с, затем K_max = E_γ − φ при φ = 2.3 эВ. Сравните оба значения с таблицей.
- Объясните, почему K_max линейно растёт с энергией фотона (значит и с 1/λ) выше порога, с наклоном ровно 1 и пересечением с осью −φ.
Где это проявляется за пределами лаборатории
- Классическая волновая теория предсказывала, что даже тусклый низкочастотный свет со временем выбьет электроны, если подождать или поднять интенсивность. Объясните, почему резкий энергетический порог фотоэффекта (не зависящий от интенсивности) был так удивителен до фотонного объяснения Эйнштейна.
- Если удвоить интенсивность света при той же длине волны, изменится ли K_max? Что изменится вместо этого?
- 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
- Больше или меньше энергии?
- Сдвиньтесь к синему
- Зафиксируйте кинетическую энергию
- Откройте данные
- Объясните свои данные
Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.
Открыть интерактивную лабораторию →