by 
Χαρακτηρίστε τις παρακάτω προτάσεις, οι οποίες αναφέρονται στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, ως σωστές ή λανθασμένες, δίνοντας και σύντομες δικαιολογήσεις.
i) Κατά τον φωτισμό μιας μεταλλικής επιφάνειας, ένα φωτόνιο μπορεί να αλληλεπιδράσει με ένα ουδέτερο άτομο ως σύνολο.
ii) Κατά τον φωτισμό μιας μεταλλικής επιφάνειας, ένα φωτόνιο αλληλοεπιδρά με ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο του μετάλλου.
iii) Κατά την αλληλεπίδραση ενός φωτονίου με ένα ηλεκτρόνιο μιας επιφάνειας, ένα μέρος της ενέργειας του φωτονίου, μπορεί να μετατραπεί σε θερμότητα, όπως στην πλαστική κρούση δύο σφαιρών.
iv) Ένα φωτόνιο μεγάλης ενέργειας, κατά το φωτισμό μιας μεταλλικής επιφάνειας, μπορεί να δώσει μέρος της ενέργειάς του σε ένα ηλεκτρόνιο Α και το υπόλοιπο σε ένα δεύτερο ηλεκτρόνιο Β, τα οποία εξέρχονται από την επιφάνεια.
v) Για πολύ μικρή ένταση ακτινοβολίας, δεν έχουμε εξαγωγή ηλεκτρονίων από το μέταλλο.
vi) Κατά την απορρόφηση ενός φωτονίου από ένα ηλεκτρόνιο η ορμή του συστήματος φωτονίου-ηλεκτρονίου, διατηρείται.
vii) Φωτίζοντας μια μεταλλική επιφάνεια με φως μήκους κύματος λ, εξέρχονται ηλεκτρόνια, η μέγιστη κινητική ενέργεια των οποίων είναι ίση με 3eV, ενώ το έργο εξαγωγής είναι ϕ=1eV. Αν φωτίσουμε την ίδια επιφάνεια με φως με μήκος κύματος 2λ, τότε η μέγιστη κινητική ενέργεια που μπορεί να έχει ένα εξερχόμενο ηλεκτρόνιο είναι 1eV.
Διονύση καλημέρα.
Σύμφωνα με όσα γράφεις καταλαβαίνω ότι ο μαθητής για να ελέγξει την ορθότητα της πρότασής σου:
“vi) Κατά την απορρόφηση ενός φωτονίου από ένα ηλεκτρόνιο η ορμή του συστήματος φωτονίου-ηλεκτρονίου, διατηρείται.“
δεν θα πρέπει να αρκεστεί σε αυτό που γράφει το βιβλίου του:
“Επειδή η κρούση είναι ένα φαινόμενο που διαρκεί πολύ λίγο χρόνο, οι ωθήσεις των εξωτερικών δυνάμεων – αν υπάρχουν – είναι αμελητέες κατά τη διάρκεια της κρούσης. Το σύστημα των σωμάτων που συγκρούονται μπορεί να θεωρηθεί μονωμένο, για τη χρονική διάρκεια της κρούσης, επομένως η ορμή του συστήματος διατηρείται.”
Καλημέρα Ανδρέα.
Επιμένεις, επαναφέροντας αυτοτελώς μια φράση του βιβλίου για νιοστή φορά!!! ενώ για νιοστή φορά έχω εξηγήσει τι σημαίνει η φράση και ποιο το πλαίσιο εφαρμογής της. Πότε μπορεί και πρέπει να εφαρμόζεται! Δεν είναι η ΑΔΟ αυτή η φράση. Άλλο πράγμα λέει η ΑΡΧΗ διατήρησης της ορμής. Η πρόταση που επαναφέρεις είναι μια προσέγγιση, υπό ορισμένες προϋποθέσεις…
Στις πόσες φορές η επανάληψη σταματά;
Πάμε λοιπόν επί του πρακτέου:
1) Στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο ΔΕΝ έχουμε πλαστική κρούση! Αυτό πρέπει να γίνει σαφές στους μαθητές. Είναι ένα κβαντομηχανικό φαινόμενο που μπορεί να το παρομοιάζουμε, αλλά δεν είναι κρούση. Όπως ελαστική κρούση ΔΕΝ ειναι το φαινόμενο Compton. Συνεπώς το τι γράφει το βιβλίο στην κρούση, δεν είναι η απάντηση σε ερώτημα κβαντομηχανικής.
2) Πρέπει να γίνει ξεκάθαρο στη διαδικασία της διδασκαλίας, πότε εφαρμόζεται μόνο η διατήρηση της ενέργειας (φωτοηλεκτρικό φαινόμενο) και πότε ΑΔΟ και ΑΔΕ (φαινόμενο Compton). Και στο προφανές ερώτημα του μαθητή, γιατί αυτή η διαφορετική αντιμετώπιση, πρέπει να δοθεί μια ερμηνεία, όχι γιατί “έτσι γράφει το βιβλίο”…
3) Η ερμηνεία που πρέπει να δοθεί είναι ότι: Το ηλεκτρόνιο του ατόμου είναι δεσμευμένο. Δεν είναι ελεύθερο ηλεκτρόνιο για να έχουμε ένα μονωμένο σύστημα και να εφαρμόζουμε την ΑΔΟ. Κατά την απορρόφηση του φωτονίου από ένα ηλεκτρόνιο, ορμή αποκτά, όχι μόνο το ηλεκτρόνιο, αλλά και το άτομο… και σε τελυταία ανάλυση όλος ο κρύσταλλος!
3) Ναι, αλλά γιατί στο φαινόμενο Compton εφαρμόζουμε ΑΔΟ; Εκεί το ηλεκτρόνιο δεν είναι δεσμευμένο; Και η απάντηση είναι ότι και εκεί το ηλεκτρόνιο είναι δεσμευμένο, απλά εκεί το φωτόνιο ακτίνων Χ ή γ, έχει τόσο μεγάλη ενέργεια (keV ή και MeV) όπου μια ενέργεια (έργο εξαγωγής) της τάξης μερικων eV δεν δημιουργεί πρόβλημα. Είναι ασήμαντο ποσοστό της ενέργειας του φωτονίου, που προσπίπτει στο ηλεκτρόνιο. Έτσι αγνοώντας αυτό το ασήμαντο ποσοστό ενέργειας, θεωρούμε (εμείς το θεωρούμε, εμείς το αντιμετωπίζουμε) το σύστημα φωτονίου – ηλεκτρονίου μονωμένο και εφαρμόζουμε ΑΔΟ, όπως εφαρμόζουμε στην κρούση, στο πρώτο παραπάνω παράδειγμα.
Στην κρούση δηλαδή του σχήματος, κάνουμε την προσέγγιση ότι το σώμα Β δεν δέχεται τριβή που να προσπαθεί να το συγκρατήσει σε επαφή με το οριζόντιο επίπεδο:
Με άλλα λόγια αγνοούμε το “δέσιμο” του Β σώματος μέσω δύναμης τριβής με το έδαφος, στο φαινόμανο Compton αγνοούμε το ότι το ηλεκτρόνιο είναι δεσμευμένο στο άτομο ή σε μια ενεργειακή ζώνη του στερεού.
Διονύση
σύμφωνα με όλα όσα έχεις γράψει, ο μαθητής θα πρέπει να αρκεστεί σε αυτό που γράφει το βιβλίο του;
Ανδρέα, στο προηγούμενο σχόλιό μου έγραψα σε τι πρέπει να αποβλέπει μια σωστή διδασκαλία και τι στόχους να εξυπηρετήσει.
Δεν έχω να προσθέσω κάτι άλλο.
Αν κάποιος έχει διαφορετική πρόταση διδασκαλίας, ας την καταθέσει…
Ανδρέα ουδέποτε ο μαθητής μπορούσε να αρκεστεί στο σχολικό βιβλίο και ειδικά στη φράση:
“Επειδή η κρούση είναι ένα φαινόμενο που διαρκεί πολύ λίγο χρόνο, οι ωθήσεις των εξωτερικών δυνάμεων – αν υπάρχουν – είναι αμελητέες κατά τη διάρκεια της κρούσης. Το σύστημα των σωμάτων που συγκρούονται μπορεί να θεωρηθεί μονωμένο, για τη χρονική διάρκεια της κρούσης, επομένως η ορμή του συστήματος διατηρείται.”
Επειδή το να μιλάμε γενικώς δεν είναι καλό, ένα θέμα από το 2007:
Ας φανταστούμε έναν μαθητή που στηρίζεται στην παραπάνω φράση και προχωράει στη λύση επικαλούμενος διατήρηση ορμής. Δεν θα μηδενιζόταν η πορεία αυτή;
Οι μαθητές αντιμετώπισαν σε καλό ποσοστό αυτό το θέμα. Θέλω να πιστεύω ότι οι διδάσκοντες θα τους είχαν εξηγήσει γιατί διατηρείται η ως προς την άρθρωση στροφορμή αλλά όχι η ορμή.