náhled apletu

Aplet se zabývá simulací fotoelektrického jevu, který nastává za jistých podmínek při vzájemném působení elektromagnetického záření a látky. Kovová destička (katoda) je ozařována zdrojem světla o jisté frekvenci a intenzitě. Při dopadu záření na katodu se z ní uvolňují elektrony, které jsou přitahovány k anodě a uzavírají elektrický obvod.

Důležité pojmy:

Fotoelektrický jev    Zákony fotoelektrického jevu    Mezní frekvence kovů

Funkce apletu:

Aplet umožňuje nastavovat intenzitu a frekvenci vyzařovaného světla dopadajícího na katodu, která může být zhotovená z různých materiálů (např. sodík, zinek, měď ...).

Částicové vlastnosti světla se dají simulovat pomocí funkce Zobrazit fotony, nacházející se v Možnostech hlavního menu, která zobrazí světlo jako proud fotonů.

Při změně frekvence po dobu udržování konstantní intenzity se změní i množství fotonů, což by nemělo. Když tomu chcete zamezit nastavte v možnostech Změnit měřítko pro intenzitu na měřítko pro počet fotonů.

Elektrony jsou vyráženy z kovu o různých energiích. Když se chcete zaměřit jenom na jeden elektron, zaškrtněte Ukaž jenom nejvyšší energii elektronu. Táto funkce nemění tvar grafů, protože proud je pořád počítaný na základě všech elektronů.

Někdy je třeba upravit škálování grafů pomocí tlačítek s lupou. Ikonka s kamerou otevírá nové okno, kde se zobrazí výstupní stav grafů.

Pohyb vyrážených elektronů je možné pozastavit a krokovat.

Pro usnadnění výpočtů se předpokládá, že elektrony vyletují z katody pořád kolmo. Ve skutečném experimentů by se rozptylovaly do všech směrů.

Při simulaci se zanedbává vzájemná potenciální energie, tepelná emise a závěrný proud.

Nahoru

Všimněte si:

Aplet nesprávně simuluje vzájemný vztah mezi proudem a rychlostí elektronů. Zvětšováním frekvence se zvyšuje i energie vyráženého elektronu, ale když neměníme intenzitu, počet dopadajících elektronů je pořád stejný a proud by se proto měnit neměl!

Náměty na úlohy pro práci s apletem:

  • Pokuste se pomocí apletu zodpovědět následující otázky, a tak zjistit zákony fotoelektrického jevu.
  • Zvolte si materiál katody a pozorujte, jak ovlivňuje změna intenzity a vlnové délky světla vznik fotoelektrického jevu.
  • Prozkoumejte závislost mezní frekvence světla na materiálu katody.
  • Pomocí grafů zjistěte, jak ovlivňuje změna napětí a intenzity velikost proudu. Vyšetřete vzájemnou souvislost mezi frekvencí a energií elektronů.
  • Zamyslete se, jak by se změnil graf závislosti napětí na proudu, kdyby se vyrážené elektrony nepohybovaly kolmo ke katodě. Počítejte s tím, že elektrony pohybující se pod jiným než pravým uhlem jsou přitahovány zpátky ke katodě.
  • Pokuste se vysvětlit, proč se po nastavení napětí na nulu elektrony vrací zpátky.
  • Pomocí simulace zjistěte, jaký prvek se ukrývá pod otazníky, které se nachází ve výběru kovů.
  • Pokuste se vymyslet způsob, jakým by se dala zjistit pomocí simulace hodnota Planckovy konstanty.

Otázky k zamyšlení:

  • Proč světlo vyráží pouze elektrony a ne protony?
  • Můžou dva fotony dát energii jedinému elektronu?
  • Víte kde se fotoelektrický jev uplatňuje v praxi?
Nahoru

Literatura:

Studijní materiály

Wikipedie, Fotoelektrický jev

Okrajek, P. Fotoelektrický jev – Seminární práce

Pišút, J. a kol. Fyzika pre 4. ročník gymnázií

Použitá literatura ze stránek PhET

McKagan, Sam. PhET Tips for Teachers, Photoelectric Effect

Sokolowski, A. THE PHOTOELECTRIC EFFECT for AP Physics B