Efectul fotoelectric extern. Verificarea legilor efectului fotoelectric extern

Sarcina de lucru pentru elevi:

Familiarizarea cu experimentul virtual

• accesați link-ul https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/photoelectric/latest/photoelectric.html?simulation=photoelectric și observați dispozitivul experimental
• identificați elementele acestuia: tubul/ celula fotoelectric, sursa de lumină, sursa de tensiune electrică continuă, ampermetrul;
• modificați intensitatea/ fluxul luminos, frecvența luminii incidente, tensiunea aplicată tubului, materialul emisiv de pe catod (sodiu, zinc, cupru, platină, calciu);
• studiați cele 3 tipuri de grafice pe care le puteți trasa automat, identificând mărimile fizice care apar pe axe.

Verificarea legii I a efectului fotoelectric extern

• selectați ca material emisiv sodiul, fixați intensitatea/fluxul luminos la 50%, iar lungimea de undă la 400 nm;
• setați valorile tensiunii U indicate în tabel și citiți valorile corespunzătoare ale intensității curentului fotoelectric I;
• reluați experimentul pentru un flux luminos de 100% și aceeași lungime de undă 400 nm;
• reluați experimentul pentru un flux luminos de 50% și lungimea de undă 450 nm;
• reluați experimentul pentru un flux luminos de 100% și aceeași lungime de undă 450 nm.

Analizați rezultatele obținute și răspundeți la întrebări:
1. Cum depinde intensitatea curentului fotoelectric de saturație de tensiunea aplicată?
2. Cum depinde intensitatea curentului fotoelectric de saturație de fluxul radiației incidente?
3. La același flux incident, cum depinde intensitatea de saturație de lungimea de undă/ frecvența radiației?

Verificarea legii a II-a a efectului fotoelectric

• setați ca material emisiv sodiul și un flux luminos de 100%;
• selectați graficul 3 (Electron energy vs light frequency – Ec max(ν)
• setați orice tensiune directă
• deplasați cursorul lungimilor de undă de la 100 nm la 850 nm (toată scala);
• repetați pașii de mai sus pentru alte trei materiale emisive: Zn, Pt, Ca

Analizați rezultatele obținute și răspundeți la următoarele cerințe:
1. Comparați între ele pantele celor 4 segmente de dreaptă obținute. Ce observați?
2. Ce semnificație are frecvența obținută la intersecția fiecărui grafic cu axa frecvențelor?

Verificarea legii a III-a a efectului fotoelectric

• setați ca material emisiv Na și un flux luminos de 100%; bifați opțiunea Show only highest energy electrons
• selectați lungimea de undă de 500 nm a radiației incidente;
• urmăriți fotoelectronii cei mai energici și modificați lent tensiunea aplicată inversă până când electronii sunt stopați exact în fața anodului – aceasta este tensiunea de stopare Us;
• repetați experiența pentru celelalte valori ale lungimii de undă.

Analizați rezultatele obținute și răspundeți la următoarele întrebări:
1. Ce semnificație are ν0?
2. Cum comentați valoarea lui Us pentru lungimea de undă de 500 nm, în cazul catodului din Ca?

Rezultate așteptate ale învățării (competențe și/sau obiective):

– să definească efectul fotoelectric extern
– să enunțe legile efectului fotoelectric extern
– să identifice elementele constructive și funcționarea dispozitivului de studiu al efectului fotoelectric
– să evidențieze influența variației tensiunii catod-anod asupra curentului anodic
– să evidențieze experimental legile efectului fotoelectric extern cu ajutorul simulării
– să cunoască și să folosească corect termeni specifici: fotoelectron, curent de saturație, frecvență de prag, lucru de extracție
– să rezolve probleme simple de efect fotoelectric

Tip de activitate: Activitate în clasă
Sarcina de lucru se va realiza: Individual

Modul probabil de desfășurare a activității:

Elevii vor urma pas cu pas instrucțiunile și vor nota valorile în cazul verificării legii I într-un tabel: Material emisiv /λ (nm) /ν (x1015 Hz) /Φ (%) /U (V) /I A) . Pentru verificarea legii a II-a, vor urma instrucțiunile și trasați pe a doua foaie de hârtie milimetrică, pe același sistem de axe, graficele pentru ce catozi au ales. În cazul legii a III-a, ei vor completa un tabel de forma: Material emisiv /λ (nm) /ν (x1015 Hz) /Us (V) și vor trasa graficul obținut. Elevii vor fi pregătiți să răspundă la întrebările formulate.