Optique et ondes · Physique AP 2 (Physique moderne)
Simulateur d’effet photoélectrique et de tension d’arrêt
Simuler l'effet photoélectrique : énergie photonique E=hν, fonction de travail W0, arrêt potentiel eUc = Ek, émission instantanée d'électrons et seuils de fréquence par rapport à l'intensité.
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Étape de simulation 3D● 60 FPS
Contrôles des paramètres
nm
%
V
Dérivations et métriques en direct
Énergie photonique E
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Fonction de travail W0
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Max Kinetic Energy Ek
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Arrêt de la tension Uc
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Calcul de la formule en temps réel
Formule de calcul:
--Substitution:
--Régime : --
Exemples travaillés et question d'examen Plongée profonde
Problème travaillé
Problème : La fonction de travail du sodium est 2.29eV. Est-ce que 400nm d'émission de déclenchement de lumière? Trouvez Ek,max et arrêt potentiel Uc.
Dérivation étape par étape :
- E = hc/λ = 3,11eV > 2,29eV (oui). Énergie cinétique maximale Ek = 3,11 - 2,29 = 0,82eV. Tension d'arrêt Uc = 0,82V.
Problème travaillé
Problème : Quels 3 paradoxes condamnés théorie des vagues classiques en expliquant l'effet photoélectrique?
Dérivation étape par étape :
- 1) L'intensité prédite par les ondes classiques détermine l'énergie (règle du seuil d'échec); 2) les retards d'accumulation d'énergie (l'émission était instantanée); 3) la fréquence d'équivalence de l'énergie électronique n'est pas l'intensité.
Feuille de travail et problèmes de pratique
Q1. Variante 1: Si l'intensité lumineuse double à fréquence constante, qu'arrive-t-il à Ek, au maximum et au courant de saturation?
Clé de réponse : L'énergie cinétique maximale Ek reste inchangée. Saturation photocurrent double parce que photon taux d'arrivée double.
Q2. Variante 2: Dans une courbe de tension d'arrêt Uc vs fréquence vs, que représentent la pente et les interceptions?
Clé de réponse : La pente est égale à h/e (constante Planck sur charge électronique). L'interception verticale est -W0/e; l'interception horizontale est la fréquence seuil v/0.
Q3. Variante 3: Quels dispositifs modernes utilisent des phototubes? Quel est le mécanisme de fonctionnement?
Clé de réponse : Panneaux solaires, capteurs optiques, vision nocturne, scanners de codes-barres. La lumière éjecte les électrons, créant un courant qui convertit la lumière en signaux électriques.
Foire aux questions et idées fausses
Pourquoi Einstein a-t-il remporté le prix Nobel de l'effet photoélectrique plutôt que de la relativité ?
La relativité fut contestée en 1921; l'hypothèse quantique photoélectrique fut définitivement vérifiée par les expériences de précision de Millikan.
Si l'énergie photonique est exactement égale à la fonction de travail (hν = W0), les émissions se produisent-elles?
Oui, l'électron s'échappe juste à la surface avec l'énergie cinétique (Ek = 0) et la vitesse de lancement zéro.
Pourquoi le photocourant chute-t-il en douceur plutôt que brusquement à mesure que la tension inverse augmente?
Les électrons émis ont une vitesse de propagation de 0 à Ek,max. La tension supérieure filtre progressivement les électrons plus lents.
La lumière est-elle fondamentalement une onde ou un flux de particules?
La lumière possède la dualité des particules d'onde. La propagation présente des phénomènes d'onde (interférence, diffraction); l'émission et l'absorption présentent un comportement particulaire.