فوتون و اثر فوتوالکتریک؛
انرژی هر فوتون را از تعداد فوتون‌ها جدا کن

روش اجرای کاربرگ

بسامد، طول موج، شدت و تابع کار را در چهار ردیف جدا بنویس. مرور مفهومی در راهنمای فوتون و فوتوالکتریک آمده است.

سؤال 1: انرژی فوتون

پرسش: رابطهٔ انرژی فوتون با بسامد و طول موج چیست؟

پاسخ: E=hf و با استفاده از c=fλ داریم E=hc/λ.

سؤال 2: مقایسهٔ رنگ

پرسش: فوتون نور بنفش یا قرمز انرژی بیشتری دارد؟

پاسخ: بنفش بسامد بیشتر و طول موج کوتاه‌تر دارد؛ بنابراین انرژی هر فوتون آن بیشتر است.

سؤال 3: تابع کار

پرسش: تابع کار فلز چه معنایی دارد؟

پاسخ: کمترین انرژی لازم برای جداکردن الکترون از سطح فلز است.

سؤال 4: شرط گسیل

پرسش: چه شرطی برای خروج فوتوالکترون لازم است؟

پاسخ: انرژی فوتون باید دست‌کم برابر تابع کار باشد؛ معادل آن، بسامد نور باید به بسامد آستانه برسد یا از آن بیشتر شود.

سؤال 5: معادلهٔ اینشتین

پرسش: معادلهٔ انرژی اثر فوتوالکتریک را بنویس.

پاسخ: hf=φ+Kmax؛ انرژی فوتون میان غلبه بر تابع کار و انرژی جنبشی بیشینه تقسیم می‌شود.

سؤال 6: محاسبه ساده

پرسش: انرژی فوتون ۵eV و تابع کار ۲eV است. انرژی جنبشی بیشینه چیست؟

پاسخ: Kmax=۵−۲=۳ الکترون‌ولت.

سؤال 7: زیر آستانه

پرسش: اگر بسامد نور کمتر از آستانه باشد، افزایش شدت چه می‌کند؟

پاسخ: فوتوالکترون ایجاد نمی‌شود، چون انرژی هر فوتون هنوز برای غلبه بر تابع کار کافی نیست.

سؤال 8: افزایش بسامد

پرسش: در بالای آستانه، افزایش بسامد چه اثری دارد؟

پاسخ: انرژی فوتون و در نتیجه انرژی جنبشی بیشینهٔ فوتوالکترون‌ها افزایش می‌یابد.

سؤال 9: افزایش شدت

پرسش: با بسامد ثابتِ بالاتر از آستانه، افزایش شدت چه اثری دارد؟

پاسخ: تعداد فوتون‌های رسیده در زمان بیشتر و معمولاً تعداد فوتوالکترون‌ها و جریان بیشتر می‌شود؛ انرژی بیشینه از بسامد تعیین می‌شود.

سؤال 10: پتانسیل توقف

پرسش: رابطهٔ پتانسیل توقف با انرژی جنبشی بیشینه چیست؟

پاسخ: Kmax=eVs؛ کار میدان بازدارنده با انرژی جنبشی بیشینه برابر می‌شود.

خودتصحیح

شدت را با انرژی هر فوتون یکی ندان و زیر آستانه از افزایش شدت نتیجهٔ گسیل نگیر. برای تبدیل‌های طول موج و بسامد واحدها را یکسان کن.