ogarniam.edu.pl
Klasa
Zacznij naukę →Zacznij →

ogarniam.edu.pl · Fizyka · Atom i fotonklasa 3 LO · fiszki i quiz: ogarniam.edu.pl/lo/3/fizyka/zjawisko-fotoelektryczne-i-jonizacja/

Fizyka · Atom i foton · kl. 3

Zjawisko fotoelektryczne i jonizacja

Jeśli światło ma za mało energii na „wybicie” elektronu, nie pomoże żadne natężenie. Liczy się energia pojedynczego fotonu.

ok. 3 min czytania9 fiszek8 pytań w quizie🔊 Posłuchaj notatki

1Zjawisko fotoelektryczne

  • Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne to wybijanie elektronów z powierzchni metalu przez światło (fotoelektrony).
  • Oznaczenia: W — praca wyjścia, czyli najmniejsza energia potrzebna do wyrwania elektronu z danego metalu [J lub eV]; f — częstotliwość światła [Hz]; fgr — częstotliwość graniczna [Hz]; λgr — graniczna długość fali [m]; h = 6,63·10−⁠34 J·s; c = 3,00·108 m/s.
  • Pojedynczy foton oddaje całą energię jednemu elektronowi. Elektron może wylecieć tylko wtedy, gdy hf ≥ W.
Zapamiętaj

fgr = W przez h, λgr = c przez fgr. Zjawisko zachodzi dla f ≥ fgr (λ ≤ λgr); dla f < fgr – nie zachodzi.

metalmała f (czerwone)duże natężeniebrak elektronówmetale⁻e⁻duża f (niebieskie)małe natężenieelektrony wybite
Czerwone światło nie wybija elektronów nawet przy dużym natężeniu, a niebieskie wybija je nawet przy małym

2Natężenie a częstotliwość

  • Przy danej częstotliwości natężenie światła jest proporcjonalne do liczby fotonów padających w ciągu sekundy.
  • f < fgr: większe natężenie nic nie zmienia – fotonów jest więcej, ale każdy ma za mało energii, a elektron nie sumuje energii kilku fotonów.
  • f > fgr: większe natężenie zwiększa liczbę fotoelektronów (prąd), ale nie ich energię kinetyczną; tę zwiększa tylko większa częstotliwość. Bilans hf = W + Ek,max – w klasie IV (rozszerzenie).
  • Modelem falowym tego nie da się wyjaśnić – efekt fotoelektryczny świadczy o fotonowej naturze światła.
  • Dane: W = 2,3 eV = 2,3 · 1,60·10−⁠19 J = 3,68·10−⁠19 J.
  • Wzory: fgr = W przez h, λgr = c przez fgr.
  • Obliczenia: fgr = 3,68·10−⁠19 J przez 6,63·10−⁠34 J·s ≈ 5,55·1014 Hz; λgr = 3,00·108 m/s przez 5,55·1014 Hz ≈ 5,4·10−⁠7 m = 540 nm.
  • Odpowiedź: fgr ≈ 5,6·1014 Hz; światło zielone (500 nm) wybije elektrony, czerwone (700 nm) – nie.
Sprawdź, czy rozumiesz

Graniczna długość fali dla metalu wynosi 540 nm. Które światło wybije z niego elektrony?

3Jonizacja

  • Jonizacja to oderwanie elektronu od atomu (powstaje jon dodatni). Energia jonizacji atomu wodoru w stanie podstawowym wynosi 13,6 eV.
  • Foton jonizujący wodór musi mieć E ≥ 13,6 eV, czyli λ ≤ hc przez 13,6 eV ≈ 91 nm (nadfiolet). Jonizować mogą też szybkie cząstki – dlatego promieniowanie jonizujące jest groźne dla organizmów.
Uwaga na błąd

„mocniejsza lampa wybije elektrony każdym światłem”

Jeśli energia pojedynczego fotonu jest mniejsza od pracy wyjścia, zwiększanie natężenia nie pomaga.

✎Ściąga: Zjawisko fotoelektryczne i jonizacja

Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.

  • fgr = W przez h, λgr = c przez fgr. Zjawisko zachodzi dla f ≥ fgr (λ ≤ λgr); dla f < fgr – nie zachodzi.
  • Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne to wybijanie elektronów z powierzchni metalu przez światło (fotoelektrony).
  • Oznaczenia: W — praca wyjścia, czyli najmniejsza energia potrzebna do wyrwania elektronu z danego metalu [J lub eV]; f — częstotliwość światła [Hz]; fgr — częstotliwość graniczna [Hz]; λgr — graniczna długość fali [m]; h = 6,63·10−⁠34 J·s; c = 3,00·108 m/s.
  • Dane: W = 2,3 eV = 2,3 · 1,60·10−⁠19 J = 3,68·10−⁠19 J.
  • Wzory: fgr = W przez h, λgr = c przez fgr.
  • Obliczenia: fgr = 3,68·10−⁠19 J przez 6,63·10−⁠34 J·s ≈ 5,55·1014 Hz; λgr = 3,00·108 m/s przez 5,55·1014 Hz ≈ 5,4·10−⁠7 m = 540 nm.
  • Odpowiedź: fgr ≈ 5,6·1014 Hz; światło zielone (500 nm) wybije elektrony, czerwone (700 nm) – nie.
  • Jonizacja to oderwanie elektronu od atomu (powstaje jon dodatni). Energia jonizacji atomu wodoru w stanie podstawowym wynosi 13,6 eV.

?Quiz: powtórz przed kartkówką

8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.

  1. Zjawisko fotoelektryczne zachodzi, gdy

    1. Anatężenie jest duże, niezależnie od f
    2. Bf < fgr
    3. Cmetal jest ogrzany
    4. Df ≥ fgr
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: f ≥ fgr – Energia fotonu hf musi być co najmniej równa pracy wyjścia W.

  2. Częstotliwość graniczna wynosi

    1. AW·h
    2. Bh/W
    3. CW/h
    4. DW/c
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: W/h – Z warunku h·fgr = W.

  3. Światło o f < fgr oświetla metal coraz silniejszym strumieniem. Co się dzieje?

    1. AMetal się namagnesowuje
    2. BElektrony nadal nie są wybijane
    3. CRośnie energia wybijanych elektronów
    4. DZaczyna się emisja elektronów
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: Elektrony nadal nie są wybijane – Każdy foton ma za mało energii, a elektron nie sumuje energii kilku fotonów.

  4. Przy f > fgr zwiększenie natężenia światła zwiększa

    1. Aczęstotliwość graniczną
    2. Bich maksymalną energię kinetyczną
    3. Cpracę wyjścia
    4. Dliczbę fotoelektronów
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: liczbę fotoelektronów – Więcej fotonów na sekundę wybija więcej elektronów, ale każdy z nich dostaje tyle samo energii.

  5. Praca wyjścia metalu wynosi 2,3 eV. Częstotliwość graniczna to około

    1. A3,5·10−⁠15 Hz
    2. B1,5·10−⁠33 Hz
    3. C5,6·1014 Hz
    4. D5,6·106 Hz
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: 5,6·1014 Hz – fgr = 2,3 · 1,60·10−⁠19 J/6,63·10−⁠34 J·s ≈ 5,6·1014 Hz.

  6. Graniczna długość fali dla metalu wynosi 540 nm. Które światło wybije z niego elektrony?

    1. Ażadne z wymienionych
    2. Bzielone, 500 nm
    3. Cczerwone, 700 nm
    4. Dpodczerwone, 1000 nm
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: zielone, 500 nm – Fala krótsza od granicznej to fotony o energii większej od pracy wyjścia.

  7. Energia jonizacji atomu wodoru w stanie podstawowym wynosi

    1. A1,36 eV
    2. B0,136 eV
    3. C13,6 eV
    4. D136 eV
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: 13,6 eV – Tyle energii trzeba, by oderwać elektron od atomu wodoru w stanie podstawowym.

  8. Zjawisko fotoelektryczne świadczy o tym, że

    1. Aświatło jest falą podłużną
    2. Bświatło przekazuje energię porcjami – fotonami
    3. Celektrony w metalu są nieruchome
    4. Denergia fotonu zależy od natężenia światła
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: światło przekazuje energię porcjami – fotonami – Wynik zależy od energii pojedynczego fotonu hf, a nie od natężenia – tego nie wyjaśnia model falowy.

Cały dział „Atom i foton”: ściąga i próbny sprawdzian →

Kartkówka albo sprawdzian już blisko?

Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.

Więcej: Fizyka, klasa 3

Ładunek elektryczny i pole elektryczneKondensator – magazyn energii polaPrawo CoulombaNatężenie pola elektrycznegoEnergia potencjalna, potencjał i napięciePrzewodnik w polu i kondensator płaskiNatężenie, napięcie i prawo OhmaOpór przewodnika i charakterystyki I(U)I prawo Kirchhoffa i napięcia ogniwOpór zastępczy i II prawo KirchhoffaSEM i opór wewnętrzny ogniwaMoc, energia i dane znamionoweCiepło Joule’a–LenzaDioda i instalacja domowaMagnesy i linie pola magnetycznegoIndukcja magnetycznaSiła magnetyczna na ładunek i przewodnik z prądemSiła Lorentza i siła elektrodynamicznaTor cząstki, silnik i przewody równoległeFerromagnetyki i pole magnetyczne ZiemiIndukcja elektromagnetyczna i prądnicaStrumień, SEM indukcji i reguła LenzaPrąd przemiennyWartości skuteczne napięcia i natężeniaTransformator i przesył energiiFale elektromagnetyczne i widmoNatężenie faliDyfrakcja i interferencja na szczelinachSiatka dyfrakcyjnaEfekt Dopplera – wzórZałamanie światła i kąt granicznySoczewki cienkie i obrazyPolaryzacja, prawo Malusa i laserFoton, widma i poziomy energii atomuIzotopy i promieniowanie jądroweCzas połowicznego rozpaduDeficyt masy i energia wiązaniaRozszczepienie, synteza i energia gwiazdPromieniowanie jonizujące a organizmFizyka współczesna – treści fakultatywneDoświadczenia z klasy III i opis wynikuDoświadczenia R, model i uzasadnienieRuch harmoniczny – wychylenie, prędkość, przyspieszenieSprężyna, wahadło, energia i rezonansBilans cieplny i przemiany fazoweGaz doskonały – równanie Clapeyrona i przemianyModel kinetyczny gazu i ciepło moloweSilniki cieplne i II zasada termodynamiki