Сучасна фізика
Фотоелектричний поріг
Підлаштуйте λ і φ — фотострум припиняється нижче граничної частоти; зчитуйте V_stop.
Фотоелектричний поріг — інтерактивне моделювання: Сучасна фізика. Підлаштуйте λ і φ — фотострум припиняється нижче граничної частоти; зчитуйте V_stop. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.
Фотоелектричний ефект
Підлаштуйте λ і φ — фотострум припиняється нижче порогової частоти; зчитуйте V_stop.
Фотоелектричне рівняння Ейнштейна K_max = hf − φ пов'язує енергію фотона з кінетичною енергією вибитих електронів. Нижче порогової частоти hf < φ жодні електрони не виходять незалежно від інтенсивності — доказ квантованості світла. Регулюйте довжину хвилі та роботу виходу, щоб знайти відсічку.
- K_max = hf − φ
- Гранична частота
Короткий опис дослідження
Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію
Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.
Рушійне запитання
Світло різних довжин хвиль падає на метал із роботою виходу 2.3 eV. Поки обидві довжини хвиль понад порогом, чи вибиває блакитніший (коротшохвильовий) фотон електрон із більшою кінетичною енергією?
Прогнози для зважування
- Ні — кінетична енергія залежить лише від інтенсивності світла, не від довжини хвилі.
- Залежить від кольору металу, а не від довжини хвилі світла.
- Так — над порогом коротша довжина хвилі означає більшу енергію фотона, тож вибиті електрони мають більшу кінетичну енергію.
Ролі змінних
Що ви задаєте:
- Довжина хвилі λ (nm)
Що ви вимірюєте:
- Енергія фотона E_γ (eV)
- Макс. кінетична енергія K_max (eV)
Як проходить дослідження
- Відкрийте пресет фотоелектричного порогу та натисніть «Скинути». Робота виходу фотоелемента фіксована 2.3 eV.
- Увімкніть покази енергії фотона та максимальної кінетичної енергії.
- Задайте довжину хвилі світла для кожного заміру та запишіть максимальну кінетичну енергію вибитих електронів.
Керівне рівняння
Енергія фотона — E = hc/λ
Енергія фотона залежить лише від довжини хвилі (або частоти): E = hc/λ = hf. Коротша довжина хвилі означає вищу енергію фотона.
Максимальна кінетична енергія фотоелектрона — K_max = E − φ
Фотоелектричне рівняння Ейнштейна: енергія вхідного фотона спершу сплачує роботу виходу (енергію зв'язування електрона з металом), а залишок стає кінетичною енергією вибитого електрона: K_max = E_γ − φ.
Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити
- Для одного заміру обчисліть E_γ = hc/λ з h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, c = 3×10⁸ м/с, потім K_max = E_γ − φ з φ = 2.3 eV. Порівняйте обидва з таблицею.
- Поясніть, чому K_max зростає лінійно з енергією фотона (а отже, з 1/λ) над порогом — з нахилом точно 1 та перетином y на −φ.
Де це трапляється за межами лабораторії
- Класична хвильова теорія передбачала, що навіть тьмяне низькочастотне світло зрештою виб'є електрони, якщо почекати достатньо або підняти інтенсивність. Поясніть, чому різкий енергетичний поріг фотоелектричного ефекту (незалежний від інтенсивності) був такий несподіваний до фотонного пояснення Ейнштейна.
- Якби ви подвоїли інтенсивність світла за тієї самої довжини хвилі, чи змінився б K_max? Що змінилося б натомість?
- 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
- Більше чи менше енергії?
- Зсуньте до синього
- Зафіксуйте кінетичну енергію
- Відкрийте дані
- Поясніть свої докази
Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.
Відкрити інтерактивну лабораторію →
Завантажити лабораторний аркуш →