Efekt fotoelektryczny — równanie Einsteina i praca wyjścia
hf = W + ; częstość graniczna, napięcie hamujące i kwantowa natura światła
Po tej lekcji będziesz umieć
Wyjaśnić efekt fotoelektryczny zewnętrzny
emisja elektronów pod wpływem światła
Określić, czy nastąpi fotoemisja
warunek hf ≥ W (f ≥ , λ ≤ )
Zastosować równanie Einsteina
hf = W +
Obliczyć pracę wyjścia, i
= W/h, = hc/W
Wykorzystać napięcie hamujące do pomiaru
=
Rozróżnić wpływ częstotliwości i natężenia
energia vs liczba elektronów
Po co Ci to na maturze?
W zadaniach CKE obliczasz pracę wyjścia, energię fotonu, częstotliwość graniczną i napięcie hamujące. Analizujesz też wykres (f) i porównujesz charakterystyki dla różnych natężeń światła.
Najważniejsza idea
Najważniejsza idea: Częsta jest prośba o uzasadnienie, dlaczego intensywne światło o zbyt małej częstotliwości nie wywołuje fotoemisji — bo o emisji decyduje energia pojedynczego fotonu (hf), a nie liczba fotonów.
Intuicja zjawiska
Jeden foton przekazuje energię jednemu elektronowi. Część energii fotonu jest potrzebna do pokonania bariery powierzchni metalu — pracy wyjścia W. Dopiero pozostała część może stać się energią kinetyczną elektronu.
Bilans energii
energia fotonu = praca wyjścia + energia kinetyczna: hf = W + .
hf < W
elektron nie opuszcza metalu — brak efektu, nawet przy silnym świetle.
hf = W
elektron opuszcza powierzchnię z energią graniczną równą zero (próg).
hf > W
nadwyżka energii staje się maksymalną energią kinetyczną = hf − W.
Wielkości i jednostki
Energia fotonu E γ :: [J lub eV] :: E γ = hf = hc/λ Praca wyjścia W :: [J lub eV] :: zależy od materiału i powierzchni Maksymalna energia kinetyczna E {k,\max} :: [J lub eV] :: E {k,\max} = hf − W Częstotliwość f :: [Hz] :: częstotliwość światła Częstotliwo…
Modele i zasady
:rule Model fotonowy Światło jest strumieniem fotonów, z których każdy ma energię E γ = hf = hc/λ. W szkolnym modelu cała energia jednego fotonu jest przekazywana jednemu elektronowi.
Mapa efektu fotoelektrycznego
Słownictwo
Teoria: wzory i interpretacje
Równanie Einsteina: hf = W + E {k,\max}, \qquad E {k,\max} = hf - W Częstotliwość i długość fali graniczna: f {gr} = \frac{W}{h}, \qquad \lambda {gr} = \frac{hc}{W} Napięcie hamujące: eU h = E {k,\max}, \qquad U h = \frac{h}{e}f - \frac{W}{e} Ostatnie równa…
Solver efektu fotoelektrycznego
:solver-fotoefekt
Doświadczenie: pomiar napięcia hamującego
Układ: fotokatoda z metalu, źródło światła monochromatycznego, anoda zbierająca elektrony, amperomierz, regulowane napięcie między elektrodami. Procedura: 1.
Przykład
Przykład rozwiązany
Metal: W = 2,3 eV (sód). Pada światło λ = 350 nm.
Mini-praktyka CKE — przeanalizuj sam
-praktyka Cs: W = 2,0 eV. Pada λ = 400 nm.
Częste błędy
Silniejsze światło → więcej energii elektronów :: Nie — E {k,\max} zależy od f, nie od natężenia. Silniejsze światło daje więcej elektronów (większy prąd), ale każdy ma tę samą E {k,\max} = hf − W.
Powtórka w 30 sekund
E γ = hf = hc/λ :: energia fotonu fotoemisja tylko gdy hf ≥ W :: próg f \text{gr} = W/h, \lambda \text{gr} = hc/W :: granice E {k,\max} = hf − W :: równanie Einsteina eU h = E {k,\max} :: napięcie hamujące (anoda ujemna) większa f → większe E k :: większe n…
Kluczowe pojęcia
Efekt fotoelektryczny :: emisja elektronów z metalu pod wpływem światła; wymaga hf ≥ W; E k zależy od f, prąd od natężenia Praca wyjścia W :: minimalna energia wyrwania elektronu z metalu [eV]; zależy od materiału i powierzchni (Na 2,3; Cu 4,7; Cs 2,0) Równ…
Sprawdź się i przećwicz
sub :: Efekt fotoelektryczny to dowód kwantowej natury światła — sprawdź, czy pewnie stosujesz równanie Einsteina i napięcie hamujące. sprawdzian :: Praca wyjścia, równanie Einsteina i napięcie hamujące :: 15 min zbior :: Zadania maturalne z rozwiązaniami …
Wzory w tablicach
Powiązane wzory maturalne
Powtórka do matury
Ten temat na maturze
Źródła, format CKE i materiały ZPE
men :: Fizyka ZR, dział: Fizyka kwantowa. Zakres: efekt fotoelektryczny, praca wyjścia, równanie Einsteina, częstotliwość graniczna, napięcie hamujące, foton.
W tej lekcji
ZJAWISKO I MODEL
DOŚWIADCZENIE