Это пособие охватывает выбранные темы уровня HL для курса, впервые аттестованного в 2025; оно не является полной программой.
Предварительные требования: читать указанные количества и единицы, использовать арифметику и моделированные условия ниже.
Примеры являются оригинальными и вымышленными: они не представляют собой реальные измерения или реальные студенческие исследования.
21.2
Фотоны и фотоэлектрический эффект
Что могло бы объяснить это наблюдение?
Яркий свет низкой частоты может не выбивать электроны, тогда как тусклый свет более высокой частоты succeeds. Энергия фотона зависит от частоты, а не только от интенсивности.
Постройте модель
Энергия фотона пропорциональна частоте.
Работа выхода — это минимальная энергия, необходимая для выбивания электрона с поверхности.
Выше порога избыточная энергия фотона может переходить в кинетическую энергию электрона.
Фотон: квант электромагнитного излучения.
Работа выхода: минимальная поверхностная энергия, необходимая для выбивания электрона.
Ek(max) = hf − φ: эмиссия отсутствует ниже порога 2.0 эВ, который является работой выхода
Выберите доказательства для проверки гипотезы
Используйте формулу: энергия фотона = постоянная Планка × частота.
Максимальная кинетическая энергия = энергия фотона − работа выхода.
Увеличение интенсивности при фиксированной частоте увеличивает поток фотонов, но не энергию отдельного фотона.
В лаборатории: внимательно читайте оси на графиках зависимости потенциала остановки или кинетической энергии. Определите пороговую частоту по пересечению нулевой линии энергии. Указывайте металл и условия эксперимента, так как работа выхода зависит от материала.
Работайте с известными величинами
Известно: энергия фотона равна 5.0 эВ, а работа выхода — 2.0 эВ.
Максимальная кинетическая энергия = энергия фотона - работа выхода = 5.0 - 2.0 = 3.0 электронвольт.
Фотон с энергией 1.5 электронвольт не может вызвать эмиссию с этой поверхности в данной модели.
Ваш ход: Энергия фотона составляет 4.8 эВ, а работа выхода — 2.1 эВ. Найдите максимальную кинетическую энергию.
Проверьте вывод и его границы применимости
Электроны не накапливают множество субпороговых фотонов в элементарной однофотонной модели.
Не путайте количество фотонов с их энергией.
Неверно: Удвоение интенсивности света удваивает энергию каждого фотона при фиксированной частоте. Интенсивность — это число фотонов, падающих в секунду; энергия фотона определяется исключительно частотой (E = hf). Удвоение интенсивности удваивает количество электронов, но не энергию каждого электрона — именно это демонстрирует уравнение фотоэффекта.
Ключевые моменты:
Энергия фотона пропорциональна частоте.
Используйте формулу: энергия фотона = постоянная Планка × частота.
Обратите внимание: электроны не накапливают множество субпороговых фотонов в элементарной однофотонной модели.
Write from a maximum kinetic energy of 3.6 electronvolts
Фотон имеет энергию 6.0 эВ, а функция выхода составляет 2.4 эВ.
Найдите максимальную кинетическую энергию. Удвоение интенсивности не удваивает энергию каждого фотона.
Записать на основе порогового значения
Работа выхода 2.0 эВ; падающие фотоны с энергией 3.0 эВ.
Максимальная энергия электрона = 3.0 − 2.0 = 1.0 эВ = 1.6 × 10⁻¹⁹ Дж — ниже порога интенсивность не помогает; выше неё интенсивность определяет ток, а частота задаёт энергию.
Записать по задерживающему напряжению
Самые быстрые электроны полностью останавливаются напряжением 1.5 В.
Их максимальная кинетическая энергия составляет 1.5 эВ — задерживающее напряжение напрямую измеряет энергию электрона: один вольт на один электронвольт.
Исследовать
More photons, or more energy per photon?
A 5 eV photon and a 2 eV work function allow a maximum kinetic energy of 3 eV. Compare photon number with photon energy, including 1.5 eV photons that cannot cause emission from this surface.
