Фотоелектричний ефект: різкий енергетичний поріг

1 · Прогноз

Світло різних довжин хвиль падає на метал із роботою виходу 2.3 eV. Поки обидві довжини хвиль достатньо короткі, щоб узагалі вибивати електрони (енергія їхніх фотонів понад пороговою енергією), чи вибиває блакитніший (коротшохвильовий) фотон електрон із більшою кінетичною енергією?

• 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.

2 · Установка

1. Відкрийте пресет фотоелектричного порогу та натисніть «Скинути». Робота виходу фотоелемента фіксована 2.3 eV.
2. Увімкніть покази енергії фотона та максимальної кінетичної енергії.
3. Задайте довжину хвилі світла для кожного заміру та запишіть максимальну кінетичну енергію вибитих електронів.

3 · Збір даних

Побудуйте K_max (вісь y) проти 1/λ (вісь x) для трьох замірів. Чи пряма лінія?

4 · Аналіз

1. Для одного заміру обчисліть E_γ = hc/λ з h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, c = 2.998×10⁸ м/с, потім K_max = E_γ − φ з φ = 2.3 eV. Порівняйте обидва з таблицею.
2. Поясніть, чому K_max зростає лінійно з енергією фотона (а отже, з 1/λ) над порогом — з нахилом hc (≈1240 еВ·нм, коли λ у нм) та перетином y на −φ.

5 · Поглиблення

1. 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.
2. Якби ви подвоїли інтенсивність світла за тієї самої довжини хвилі, чи змінився б K_max? Що змінилося б натомість?

Фізика цього експерименту

← Назад до експерименту

138 безкоштовних друкованих робочих аркушів з фізики