Сучасна фізика

Натрієвий фотоелемент

Наладнані фотони 500 nm (2.48 eV) перевищують 2.28 eV; фотони натрієвої D-лінії 589 nm (~2.1 eV) у цій моделі не емітують.

Натрієвий фотоелемент — інтерактивне моделювання: Сучасна фізика. Наладнані фотони 500 nm (2.48 eV) перевищують 2.28 eV; фотони натрієвої D-лінії 589 nm (~2.1 eV) у цій моделі не емітують. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

I–V фотоелемента

500 nm (2.48 eV) емітує; 589 nm (~2.1 eV) — ні.

Наладнані фотони 500 nm (2.48 eV) перевищують 2.28 eV; фотони натрієвої D-лінії 589 nm (~2.1 eV) у цій моделі не емітують.

• φ для натрію
• λ жовтої лінії

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

Робота виходу натрію 2.28 eV відповідає пороговій довжині хвилі близько 544 nm (жовто-зелене світло). Чи виб'є червоне світло (близько 650 nm) якісь фотоелектрони з натрію, якою б яскравою воно не було?

Прогнози для зважування

• Так, якщо світло достатньо яскраве.
• Залежить від того, як довго світить світло.
• Ні — енергія фотона червоного світла нижча за роботу виходу натрію, тож електронів не вибивається незалежно від інтенсивності.

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

1. Відкрийте пресет натрієвого фотоелемента та натисніть «Скинути». Робота виходу натрію 2.28 eV.
2. Увімкніть покази енергії фотона та стану фотоемісії.
3. Задайте довжину хвилі світла для кожного заміру та запишіть максимальну кінетичну енергію (0, якщо нижче порогу).

Керівне рівняння

Порогова поведінка — K_max = E − φ

K_max = max(0, E_γ − φ): нижче роботи виходу фотоелектрони не емітуються незалежно від інтенсивності — різкий поріг, який суто класична (хвильова) картина світла пояснити не може.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Для одного заміру обчисліть E_γ = hc/λ, потім K_max = max(0, E_γ − φ) з φ = 2.28 eV. Порівняйте з таблицею — підтвердьте, що найдовшохвильовий замір дає K_max = 0.
• Порогова довжина хвилі натрію λ_threshold = hc/φ ≈ 544 nm. Поясніть, чому будь-яка довша довжина хвилі (менша енергія фотона) ніколи не може вибити електрон з натрію, якою б не була інтенсивність світла.

Де це трапляється за межами лабораторії

• Різні фотоелектричні матеріали обирають із роботами виходу, узгодженими з сонячним спектром. Поясніть, чому матеріал із занадто ВИСОКОЮ роботою виходу витрачав би більшість видимого світла Сонця, замість перетворювати його на електрику.
• Цей експеримент показує, що K_max залежить від довжини хвилі (кольору), не від яскравості. Яка фізична властивість світла ЗМІНЮЄТЬСЯ, якщо збільшити яскравість за фіксованої довжини хвилі над порогом?

• 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

1. Вітаємо в натрієвому фотоелементі
2. Виберіть фотоелемент
3. Натисніть «Запустити»
4. Робота виходу натрію
5. Відкрийте панель властивостей
6. У вас вийшло!

Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.

Відкрити інтерактивну лабораторію →

Завантажити лабораторний аркуш →

Фотоелектричний ефект