Почему яркий красный свет не всегда заменит слабый синий?

Вопрос и прогноз

Вы уже видели, что у волны есть частота: сколько колебаний происходит за секунду. Представьте поверхность, из которой свет должен выбить электрон. Поможет ли просто сделать свет ярче, если цвет не меняется? Сначала отделите число приходящих порций света от энергии каждой порции. Это два разных способа изменить освещение.

Слова без пропусков

Фотон — одна порция энергии электромагнитного излучения. Для света большей частоты у каждого фотона больше энергии: E = h·f, где E — энергия одного фотона, f — частота, а h — постоянная Планка. Фотоэффект — выход электронов из подходящего материала при поглощении света. Пороговая частота — минимальная частота, при которой отдельный фотон может передать достаточно энергии для выхода электрона из данного материала. Яркость часто связана с числом фотонов, но сама по себе не повышает энергию каждого при неизменной частоте.

Разбираем учебный пример

Учебный случай без привязки к металлу: пороговая частота условной поверхности — 5 единиц. Свет частоты 4 не выбивает электрон, даже если фотонов много; свет частоты 6 может выбить электрон, если фотон поглощён. Единицы здесь условные, а числа выбраны для сравнения, не являются измерением реального материала. Схема показывает порог как вертикальную линию: энергия одного фотона зависит от частоты, количество фотонов — отдельный вопрос.

Проверяем безопасно

Нарисуйте две группы карточек: десять карточек с цифрой 4 и две с цифрой 6. Представьте, что для одной попытки выхода нужна одна карточка с числом не меньше 5. Сосчитайте, какие карточки проходят правило; не складывайте десять четвёрок в один фотон. Это простая модель порога, а не реальная лабораторная установка. Не используйте УФ-лампы, лазеры или открытые электрические цепи.

Типичная ошибка

Ошибка — подменять энергию одного фотона общей яркостью. Ещё одно ограничение: в реальном веществе есть отражение, поглощение и потери энергии; карточки их не показывают. Перенос: если частоту повысить вдвое, что станет с энергией одного фотона по E = h·f? А если только удвоить число фотонов прежней частоты?

Опорная схема

Проверь себя

Закройте текст и объясните новому ученику рисунок слева направо. Назовите наблюдение, учебное допущение и то, чего эти данные не доказывают. Затем решите вопрос переноса без подсказки и проверьте единицы или направление на схеме. Если ответ расходится, вернитесь к первому непонятному слову, а не заучивайте готовую фразу. Устный ответ, чертёж и измерение — разные виды доказательства; подпишите каждый честно.

Страница лабораторного журнала

Добавьте к «Лабораторному журналу моего мира» строку: вопрос → прогноз → что оставили постоянным → что изменили → наблюдение или расчёт → вывод → ограничение. В рисунке поставьте масштаб или укажите «схематично». Если опыт не проводился, запишите «учебный расчёт», а не «мы измерили». Вернитесь к этой записи после следующего урока и отметьте, что стало понятнее.

Источник сведений: www.energy.gov.

Следующий урок: Почему у газа свой набор цветных линий?