Effet photoélectrique et quanta de lumière

Ce qu’elle montre

L'effet photoélectrique montre que la lumière transporte l'énergie par paquets, les photons. Chaque photon porte une énergie E = hf = hc/λ et ne peut arracher un électron que si cette énergie est au moins égale au travail d'extraction φ du métal. L'énergie cinétique maximale des électrons émis vaut Ec(max) = hf − φ : elle dépend de la fréquence de la lumière, pas de son intensité. En dessous de la fréquence seuil f₀ = φ/h, c'est-à-dire au-dessus de la longueur d'onde seuil λ₀ = hc/φ, aucun électron ne sort, quelle que soit l'intensité, ce que le modèle ondulatoire classique ne peut pas expliquer.

Mode d’emploi

Choisissez le Métal de la cathode, puis déplacez lentement la Longueur d'onde de la lumière du rouge vers l'ultraviolet et notez où apparaissent les premiers électrons ; comparez avec λ₀ affiché. Fixez ensuite la longueur d'onde et modifiez l'Intensité lumineuse : observez si c'est le nombre d'électrons ou leur énergie qui change. Enfin, recommencez avec un autre métal et comparez les droites Ec(max) en fonction de la fréquence : même pente, intersection différente avec l'axe des fréquences.

Paramètres modifiables

• Métal de la cathode Césium (φ = 2,14 eV), Sodium (φ = 2,28 eV), Zinc (φ = 4,30 eV), Cuivre (φ = 4,70 eV)
• Longueur d'onde de la lumière 150–700 nm
• Intensité lumineuse 10–100 %

Questions à explorer

1. Pourquoi augmenter l'intensité de la lumière rouge n'arrache-t-il aucun électron au sodium ?
2. Quand on change de métal, quelle caractéristique du graphique Ec(max)–fréquence change et laquelle reste la même ?
3. À partir de son travail d'extraction de 4,30 eV, quelle est la longueur d'onde seuil du zinc ?