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04.12.2017
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Capitolo 26 – Particelle e onde
Effetto fotoelettrico

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Classe: ………………………………..…………………………

Data: ………………………………….…………………………



LA Simulazione – Photoelectric effect

In questa simulazione di un esperimento sull’effetto fotoelettrico, luce di una determinata frequenza colpisce una superficie metallica, da cui sono espulsi elettroni se l’energia dei fotoni incidenti è superiore al lavoro di estrazione del metallo. Dal grafico dell’energia cinetica massima degli elettroni in funzione della frequenza, si può ricavare il valore della costante di Planck e del lavoro di estrazione.



GLOSSARIO DELLE PAROLE INGLESI

Aluminium / Silver / Sodium Plate: piastra in alluminio / argento / sodio

Voltage: tensione

Current: corrente

Frequency: frequenza

Intensity: intensità

Battery Voltage: tensione della batteria

Plot / Erase Data Point: disegna / cancella i punti sperimentali

Linear Fit: regressione lineare

Slope: pendenza

Intercept: intercetta

COME FUNZIONA LA SIMULAZIONE

Cliccando su uno dei tre bottoni si sceglie il tipo di metallo con cui condurre la simulazione dell’esperimento. Spostando i corrispondenti cursori, si assegnano i valori della frequenza e della intensità della luce incidente e della tensione della batteria. I bottoni sono utilizzati nella costruzione del grafico e della retta di regressione.

Il pulsante di reset cancella la simulazione realizzata e permette di avviarne una nuova.


CHE COSA SUCCEDE SE…?
1.

  • Scegli, tra alluminio, argento, sodio, il materiale da usare per la placca, identificato con colori diversi nello schema dell’apparato sperimentale. Nel circuito passa corrente solo se la frequenza della luce incidente è superiore a un valore di soglia.

  • Con i valori preimpostati (tensione a 0 V, frequenza a 11014 Hz), la corrente, il cui valore è indicato in una finestra sotto lo schema, è nulla.

  • Aumenta il valore della frequenza. Quando questa supera il valore di soglia, si vedrà segnalato un valore di corrente diverso da zero: questo significa che gli elettroni sono estratti dal metallo. Per determinare la loro massima energia cinetica (KEmax), aumenta lentamente la tensione della batteria, fino a quando la corrente torna a zero. Clicca su per tracciare sul grafico il punto corrispondente al valore dell’energia cinetica massima per questa frequenza.

  • Ripeti per almeno quattro, cinque punti la stessa procedura, aumentando la frequenza e ricercando ogni volta la massima energia cinetica mediante il valore minimo della tensione della batteria necessario per azzerare la corrente.

  • Quando hai ottenuto abbastanza punti per frequenze superiori a quella di soglia, clicca sul bottone . Viene tracciata la retta di regressione passante per i punti del grafico e ne vengono forniti i parametri. Riportali nella seguente tabella:




materiale


pendenza retta

(10-15 eV s)



intercetta retta

(eV)


h

(J s)


Alluminio










Argento










Sodio












  • L’equazione che governa il processo di emissione degli elettroni nell’effetto fotoelettrico è KEmax= h f – W, dove KEmax è l’energia cinetica massima degli elettroni estratti, h è la costante di Planck, f è la frequenza della luce incidente, W è il lavoro di estrazione. Essendo riportato KEmax sull’asse y ed f sull’asse x, a che cosa corrisponde la pendenza della retta di regressione?

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  • Trasforma il valore della pendenza della retta da unità (10-15 eV s) a unità (J s) e riportalo nella quarta colonna della tabella. Confrontalo con i valori standard della costante di Planck. C’è una corrispondenza?

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2.

  • Ripeti tutte le operazioni del punto precedente per gli altri due materiali e riporta i risultati in tabella.

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  • Che cosa è simile e che cosa è diverso fra i grafici relativi ai diversi materiali?

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3.

  • L’intensità della luce incidente sulla superficie metallica ha qualche effetto sulla energia cinetica massima degli elettroni emessi?

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  • Ripeti la simulazione con un determinato metallo, fissa una frequenza e controlla, con il valore dell’intensità della luce pari a 20 W/m², 40 W/m², 60 W/m², se cambia il valore minimo della tensione della batteria sufficiente ad azzerare la corrente nel circuito. I risultati corrispondono alle previsioni?

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Copyright © 2010 Zanichelli editore S.p.A., Bologna

Questo file è un’estensione online del corso Cutnell, Johnson, Fisica © Zanichelli 2009




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