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Dans l’effet photoélectrique, laquelle des actions suivantes devrait être faite pour augmenter le vecteur vitesse des électrons émis ? (A) Augmenter le nombre de photons incidents qui sont de la fréquence critique. (B) Diminuer le nombre de photons incidents qui sont de la fréquence critique. (C) Augmenter la fréquence des photons incidents au-delà de la fréquence critique. (D) Diminuer la fréquence des photons incidents en dessous de la fréquence critique.
Pour commencer, rappelons une formule qui peut nous aider ici. 𝐸 max égale ℎ𝑓 moins 𝑊, avec 𝐸 max l’énergie cinétique maximale d’un photoélectron. ℎ est la constante de Planck. 𝑓 est la fréquence du photon incident. Et 𝑊 est le travail de sortie d’une surface métallique. Cette question porte sur l’augmentation du vecteur vitesse des photoélectrons, et nous savons que leur énergie cinétique augmente avec leur vecteur vitesse. Notre objectif est donc d’augmenter la valeur de toute cette expression. Voyons comment cela pourrait être fait.
Eh bien, nous savons que ℎ représente une constante, nous ne pouvons donc rien faire pour augmenter sa valeur. Et pour une surface métallique donnée, le travail de sortie 𝑊 est également constant, donc sa valeur ne peut pas vraiment être modifiée non plus. Cela nous laisse avec une option : augmenter la valeur de 𝑓, la fréquence des photons incidents. C’est un bon indice pour savoir que la bonne réponse est l’option (C). L’option (D) parle également de la fréquence des photons incidents. Mais puisque 𝐸 max est proportionnel à 𝑓, nous voulons augmenter la fréquence, pas la diminuer. Éliminons donc la réponse (D).
Les réponses (A) et (B) suggèrent une toute autre approche : changer le nombre de photons incidents. Mais tout ce que cela pourrait faire, c’est changer le nombre de photoélectrons produits. Comme nous l’avons vu précédemment, l’énergie des électrons émis dépend de la fréquence des photons incidents. Cela ne dépend pas du nombre de photons incidents. De plus, il convient de rappeler que la fréquence critique, également connue sous le nom de fréquence de seuil, donne la fréquence minimale d’un photon incident qui peut vaincre le travail de sortie d’une surface métallique et induire l’effet photoélectrique. Lorsqu’un photon incident a cette fréquence critique, 𝐸 max est égal à zéro puisque l’énergie du photon incident est juste suffisante pour vaincre le travail de sortie.
Par conséquent, si nous voulons que les électrons émis aient plus d’énergie et de vitesse, nous devrions certainement utiliser des photons incidents qui ont une fréquence plus grande que la fréquence de seuil. Éliminons les options (A) et (B). La bonne réponse est donc la réponse (C). L’augmentation de la fréquence des photons incidents au-delà de la fréquence critique augmentera le vecteur vitesse des électrons émis.
