Classe quinta, secondaria di secondo gradoPercorso edumaterial
Che cosa imparerai
- Applicare e verificare i concetti di effetto fotoelettrico: energia del fotone e soglia negli esempi e nelle attività della lezione.
- Identificare il fenomeno e le grandezze.
- Risolvere un caso controllato.
- Distinguere il modello da una misura dell'illustrazione.
Prima di iniziare
- Unità di misura
- Proporzioni e potenze
Per capire
Nell'effetto fotoelettrico un fotone di energia E=hf può liberare un elettrone da un materiale se porta almeno l'energia minima detta lavoro di estrazione φ. In un modello con fotone da 5 eV e φ=2 eV, l'energia cinetica massima del fotoelettrone appena estratto è Kₘₐₓ=E−φ=3 eV. Se E=1 eV nello stesso materiale, non c'è energia sufficiente per l'emissione prevista dal modello. Aumentare l'intensità di luce sotto soglia aumenta il numero di fotoni, non l'energia di ciascuno.
Regola e condizioni
La relazione Kₘₐₓ=hf−φ vale quando hf≥φ; sotto soglia non si assegna un'energia cinetica negativa a un elettrone emesso. La frequenza di soglia è f₀=φ/h. Usa la stessa unità energetica per E, φ e K. L'intensità e la frequenza sono grandezze diverse; in un modello a fotoni, più intensità alla stessa frequenza può significare più fotoni, ma non maggiore energia per fotone. La pittura di una superficie illuminata non fornisce valori di φ.
Come procedere
- Dichiara il sistema e le ipotesi.
- Identifica grandezze e unità.
- Applica la relazione solo nel dominio dichiarato.
- Controlla l'esito e il limite dell'illustrazione.
Esempio svolto
Fotone da 4 eV, lavoro di estrazione 1,5 eV: Kₘₐₓ?
- La condizione 4≥1,5 eV è soddisfatta.
- Sottrai 4−1,5 eV.
Kₘₐₓ=2,5 eV. Energia incidente uguale a estrazione più cinetica massima.
Errore da evitare
Usare una formula senza le condizioni o senza le unità che la rendono applicabile.
Limite del modello
- Il caso semplifica una superficie ideale e non tratta distribuzioni energetiche o apparato sperimentale.
- Il DM assegna il nucleo al quinto anno; l'ordine e l'ampiezza di queste schede sono scelte editoriali.
Prova subito
Fotone 5 eV, φ=2 eV: Kₘₐₓ?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: 3 eV.
5−2=3.
Fotone 1 eV, φ=2 eV: emissione?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: No.
È sotto soglia.
Energia del fotone?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: E=hf.
h per frequenza.
Più intensità aumenta energia del singolo fotone alla stessa f?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: No.
E dipende da f.
Per sottrarre E e φ devono avere unità uguali?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: Sì.
Entrambe possono essere in eV.
Allineamento curricolare e fonti
- FISICA / Quinto anno · QUINTO ANNO · Comprendere l'ipotesi del quanto di luce e l'interpretazione dell'effetto fotoelettrico. · DM 211/2010 · Allegato F · Liceo scientifico ordinario · Quinto anno
- La trattazione presenta E=hf, Kmax=hf−φ e una frequenza di soglia per il materiale. · OpenStax, University Physics 3, Photoelectric Effect
Continua lungo questo corridoio
Esercitarsi su questo: Effetto fotoelettrico: energia del fotone e soglia