1

Título: Efeito Foto elétrico Autores: Equipe USP Tela 00

Efeito Fotoelétrico

Experimento Real

Experimento Quase Real

Créditos

Cenário: Título em Neon, botões em neon. Ação da Cena: Quando aluno clica em “Experimento Real” segue para tela 01, quando clica em “Experimento Quase Real” segue para tela 12, quando clica em “C réditos” segue para tela 34.

2

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 01 – Parte I

(1) Einstein: A título de curiosidade você sabe por qual pesquisa ganhei meu primeiro premio Nobel?

Relatividade Efeito Fotoelétrico Movimento Browniano

(2) Einstein: Apesar de ter ficado muito famoso por esta teoria, nunca recebi o Nobel por ela. Fui premiado pela primeira vez devido ao artigo que escrevi em 1905 sobre o Efeito Fotoelétrico. (3) Einstein: Que legal que você sabe que ganhei o Nobel devido ao artigo que escrevi em 1905 sobre o Efeito Fotoelétrico. Muitos acreditam que minha primeira premiação foi devido a teoria da Relatividade, pela qual fiquei famoso. (4) Einstein: Também ganhei o Nobel pelas pesquisas sobre Movimento Browniano, mas está foi minha segunda premiação. Fui premiado pela primeira vez devido ao artigo que escrevi em 1905 sobre o Efeito Fotoelétrico. (5) Einstein: Hoje iremos realizar uma experiência sobre o Efeito Fotoelétrico. Que consiste na emissão de elétrons, por materiais metálicos, quando sobre eles incide um feixe de luz.

Cenário: Foto 1 – Equipamento como plano de fundo; Einstein do lado esquerdo da tela desenhado da cintura para cima; balões de fala. O balão da fala 1 deve conter botões em neon para que o aluno escolha a resposta. Ação da Cena: Einstein diz a fala 1

• Se o aluno clicar em Relatividade , segue para a fala 2. Depois para fala 5, depois para tela • Se o aluno clicar em Efeito Fotoelétrico, segue para a fala 3. Depois para fala 5, depois para tela • Se o aluno clicar em Movimento Browniano, segue para a fala 4. Depois para fala 5, depois para tela

3

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 02 – Parte I

(1) Einstein: Utilizando o mouse você pode conhecer cada equipamento desse experimento.

Cenário: Foto 1 – Equipamento como plano de fundo; Einstein do lado esquerdo da tela desenhado da cintura para cima; balão de fala. Ação da Cena: Einstein diz a fala 1. Segue para tela 03.

Foto 1 - Equipamento

4

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 03 – Parte I

Caixa com Fotocélula: Dispositivo que possuí uma fenda para entrada de radiação eletromagnética e uma fotocélu la em seu interior. A fotocélula, também chamada de célula fotoelétrica é um dispositivo sensível à radiação eletromagnética, na região vizinha a visível e incluindo esta, de tal modo que quando sobre ela incide esta radiação é gerada uma corrente. Extraído de HOUAISS, Antonio. Dicionário Houaiss de Física. Rio de Janeiro: Objetiva, 1ª edição, 2005, p. 39.

Fonte de Radiação Eletromagnética: Dispositivo que emite radiação eletromagnética. Neste experimento utilizaremos como fonte uma lâmpada de vapor de mercúrio, que emite em várias freqüências do vermelho ao ultravioleta próximo. Na segunda etapa deste Objeto de Aprendizagem utilizaremos fontes ideais que emitem em freqüências únicas. Adaptado de HOUAISS, Antonio. Dicionário Houaiss de Física. Rio de Janeiro: Objetiva, 1ª edição, 2005, p. 97. , 2005, p. 94. Rede de Difração: Dispositivo óptico que consiste numa placa de material óptico transparente, em cuja superfície são tacadas linhas paralelas muito próximas umas das outras eqüidistantes, de forma a difratar a radiação eletromagnética incidente. Extraído de HOUAISS, Antonio. Dicionário Houaiss de Física. Rio de Janeiro: Objetiva, 1ª edição, 2005, p. 195.

Foto2 – Caixa com Fotocélula

Foto 3 - Fotocélula

Desenho Esquemático da

Fotocélula

Foto 4 - Fonte de Radiação Eletromagnética e Rede de Difração

5

Filtro de Intensidade de Radiação: Dispositivo que absorve parte da radiação incidente e transmite a restante. Adaptado de HOUAISS, Antonio. Dicionário Houaiss de Física. Rio de Janeiro: Objetiva, 1ª edição Picoamperimento: Dispositivo graduado em picoampère destinado a medir corrente elétrica de intensidades da ordem de 10-12 A, indicada pela posição da agulha. Adaptado de HOUAISS, Antonio. Dicionário Houaiss de Física. Rio de Janeiro: Objetiva, 1ª edição, 2005, p. 9.

Cenário: Foto 1 – Equipamento como plano de fundo; box retrátil embutido a esquerda da tela com a explicação correspondente a cada equipamento, igual ao menu dos Dardos Quânticos; Foto 2 – Caixa com Fotocélula, Foto 3 – Fotocélula, Foto 4 – Fonte de Radiação Eletromagnética e Rede de Difração, Foto 5 - Filtro de Intensidade de Radiação, Foto 6 – Picoampreimetro e Desenho Esquemático da Fotocélula : É necessário refazer este desenho. Ação da Cena: Quando o aluno clica em cada equipamento surgem como um zoom as fotos correspondentes, ampliadas ou mostrando o interior do equipamento e no canto esquerdo aparece um box retrátil com a informação de cada equipamento, igual ao menu dos Dardos Quânticos. Segue para tela 04.

Foto 5 - Filtro de Intensidade de Radiação

Foto 6 - Picoamperimetro

6

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 04 – Parte I

(1) Einstein: Agora que você já conheceu o arranjo experimental, vamos verificar o que acontece quando incidimos luz com diferentes freqüências na fotocélula. Observe o ponteiro do picoamperímetro.

Cenário: Foto 1 como plano de fundo; Einstein do lado esquerdo da tela desenhado da cintura para cima com a mão sobre a caixa da fotocélula; balão de fala. Ação da Cena: Einstein diz a fala 1. Segue para tela 05.

7

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 05 – Parte I

Cenário: Vídeo ocupa a tela inteira. Ação da Cena: Nesta tela o aluno tem o Vídeo 1 – Variando Freqüências com botões de play, pause, rew. Segue para tela 06.

8

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 06 – Parte I

(1) Einstein: Nosso próximo passo é observar a corrente fotoelétrica para diferentes intensidades de luz.

Cenário: Foto 1 como plano de fundo; Einstein do lado esquerdo da tela desenhado da cintura para cima segurando e mostrando o filtro de intensidades que é uma reprodução da Foto 5 - - Filtro de Intensidade de Radiação; balão de fala. Ação da Cena: Einstein diz a fala 1. Segue para tela 07.

9

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 07 – Parte I

Cenário: Vídeo ocupa a tela inteira. Ação da Cena: Nesta tela o aluno tem o Vídeo 2 – Variando Intensidades com botões de play, pause, rew. Segue para tela 08.

10

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 08 – Parte I

(1) Einstein: O que será que acontece se ligarmos a fotocélula e o picoamperimentro com a lâmpada de mercúrio desligada?

Cenário: Foto 1 como plano de fundo; Einstein do lado esquerdo da tela desenhado da cintura para cima com a mão sobre o picoaperimetro;balão de fala. Ação da Cena: Einstein diz a fala 1. Segue para tela 09.

11

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 09 – Parte I

Cenário: Vídeo ocupa a tela inteira. Ação da Cena: Nesta tela o aluno tem o Vídeo 3 – Corrente de Fundo com botões de play, pause, rew. Segue para tela 10.

12

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 10 – Parte I

(1) Einstein: Mesmo com a lâmpada de mercúrio desligada, o picoamperímetro indica uma corrente de fundo. Que é assim denominada por ser causada pela iluminação ambiente. (2) Einstein: Isto ocorre porque utilizamos uma fotocélula de baixa função trabalho, que sofre efeito fotoelétrico a partir da incidência de fótons com a freqüência do vermelho. (3) Einstein: Por isso, nos experimentos reais as condições dos equipamentos e do ambiente influenciam a observação e coleta de dados.

Cenário: Foto 1 como plano de fundo; Einstein do lado esquerdo da tela desenhado da cintura para cima; balão de fala. (igual à tela 02) Ação da Cena: Einstein diz a fala 1, segue para Einstein dizendo a fala 2, segue para Einstein dizendo a fala fala 3. Segue para tela 11.

13

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 11 – Parte I

(1) Einstein: Que tal observar um experimento Quase Real?

Continuar

Voltar ao início

Cenário: Foto 1 como plano de fundo; Einstein do lado esquerdo da tela desenhado da cintura para cima; balão de fala. (igual à tela 02) Ação da Cena: Einstein diz a fala 1. Se o aluno clicar em continuar segue para tela 12. Se clicar em voltar ao início segue para tela 00.

14

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 12 – Parte II

(1) Einstein: Nesse experimento Quase Real utilizaremos um arranjo experimental ideal. (2) Einstein: Não teremos a interferência da luz ambiente e poderemos escolher diferentes metais para fotocélula, variadas freqüências para a fonte de radiação eletromagnética e mudar suas intensidades. (3) Einstein: Comece observando o arranjo experimental e descubra qual elemento não será utilizado nesta etapa. Anote sua resposta no caderno de bordo que está à direita da tela. (4) Einstein: Parabéns! Você explorou com atenção o arranjo experimental. Nessa etapa utilizaremos fontes ideais de radiação eletromagnética que emitem em uma única de freqüência. Portanto a rede de difração torna-se desnecessária. (5) Einstein: Compare as duas imagens atentamente. (6) Einstein: Exatame nte! Nessa etapa utilizaremos fontes ideais de radiação eletromagnética que emitem em uma única freqüência. Portanto a rede de difração torna-se desnecessária.

Cenário: Plano de fundo: Desenho que reproduz a Foto 7 – Equipamento sem a Rede de Difração e com o filtro de intensidade em 20%; Einstein do lado esquerdo da tela desenhado da cintura para cima, com o corpo de perfil e a cabeça para frente; balão de fala ; caderno de bordo embutido no canto direito da tela igual ao menu retrátil dos Dardos Quânticos ; durante a fala 3 Einstein aponta para a esquerda; grande balão com a fala 5 em cima e em baixo a foto 1 ao lado do desenho que é plano de fundo dessa tela. Ação da Cena: § Einstein diz a fala 1, segue para Einstein dizendo a fala 2, segue para Einstein dizendo a fala 3. Abre o caderno de bordo com a pergunta :

“Qual elemento não será utilizado nesta etapa?” e espaço para o aluno digitar a resposta: rede de difração. • Se o aluno digitar corretamente segue Einstein dizendo a fala 4. Segue para tela 13. • Se o aluno digitar qualquer outra coisa segue para Einstein dizendo a fala 5 (Haverá um grande balão com a fala 5 em cima e em

baixo a foto 1 ao lado do desenho que é plano de fundo dessa tela). Só vai para Einstein dizendo a fala 6 quando o aluno acertar, se não volta para Einstein dizendo a fala 5.

• Einstein diz a fala 6, segue para tela 13.

15

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 13 – Parte II

(1) Einstein: Como você já conheceu nosso experimento Quase Real escolha com qual variável da fonte de radiação eletromagnética quer trabalhar. (2) Einstein: Sugiro que comece por variar a freqüência, mas sinta-se a vontade para começar a exploração pela intensidade.

Freqüência da Fonte de Radiação

Intensidade da Fonte de Radiação

Cenário: Plano de fundo: Desenho que reproduz a Foto 7 com o filtro de intensidade em 20% (igual ao da tela 12); Einstein do lado esquerdo da tela desenhado da cintura para cima, com o corpo de perfil e a cabeça para frente (igual a tela 12, mas sem o caderno de bordo) Ação da Cena: Einstein diz a fala 1, segue para Einstein dizendo a fala 2.

• Se o aluno clicar em Freqüência da Fonte de Radiação segue para tela 14 • Se o aluno clicar em Intensidade da Fonte de Radiação segue para tela 27

16

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 14 – Parte II

(1) Einstein: Utilize o cursor acima para verificar em qual(is) freqüência(s) ocorre efeito fotoelétrico no Césio e anote as observações no seu caderno de bordo.

Cenário: Plano de fundo: Desenho que reproduz a Foto 7 com o filtro de intensidade em 20% (igual ao da tela 12); uma escala graduada de freqüências com um cursor para escolher os valores (similar à indicada acima) localizada na parte superior da tela; Einstein de frente desenhado da cintura para cima; balão de fala; caderno de bordo embutido no canto direito da tela igual ao menu retrátil dos Dardos Quânticos; durante a fala 1 Einstein aponta para a escala de freqüências e depois para o caderno de bordo. Ação da Cena: Einstein diz a fala 1, segue para tela 15.

17

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 15 – Parte II

(1) Einstein: Responda a primeira questão depois clique em confirmar. (2) Einstein: Consulte no link a seguir um quadro característico do espectro da radiação eletromagnética e verifique sua resposta. (3) Einstein: Responda a segunda questão depois clique em confirmar. (4) Einstein: Observe qual o valor aproximado da freqüência que começa a produzir corrente fotoelétrica. (5) Einstein: Responda a terceira questão depois clique em confirmar. (6) Einstein: Agora observe o aconteceu com um dos elétrons da superfície do metal quando você emitiu radiação abaixo da freqüência mínima. (7) Einstein: Elétrons serão ejetados somente se a energia dos fótons for igual ou maior que a função trabalho do metal.

Cenário: • Plano de fundo: Desenho que reproduz a Foto 7 com o filtro de intensidade em 20% (igual ao da tela 12): uma escala graduada de

freqüências com um cursor para escolher os valores (similar à indicada acima) localizada na parte superior da tela; caderno de bordo embutido no canto direito da tela igual ao menu retrátil dos Dardos Quânticos; cabeça do Einstein e balões de fala

• Para cada valor da escala de freqüências o ponteiro do picoamperimetro deve ter uma indicação correspondente:

Valor da freqüência (1014 Hz)

Indicação do ponteiro do picoamperimetro

4,0 – 4,5 Ponteiro não se movimenta 4,6 - 4,8 Ponteiro se move até 1/12 da semicircunferencia 4,9 – 5,0 Ponteiro se move até 2/12 5,1 – 5,3 Ponteiro se move até 3/12 5,4 – 5,7 Ponteiro se move até 4/12 5,8 – 6,0 Ponteiro se move até 5/12 6,1 -6,7 Ponteiro se move até 6/12 6,8 – 7,5 Ponteiro se move até 7/12 7,5 – 8,0 Ponteiro se move até 8/12 8,1 – 9,0 Ponteiro se move até 9/12 9,1 – 10,0 Ponteiro se move até 10/12

10,1 – 11,0 Ponteiro se move até11/12 11,7 – 12,0 Ponteiro se move até12/12

18

• Caderno de Bordo:

Metal: Césio

Função Trabalho (? 0 ) = 1,89 eV Intensidade = 20%

_______________________________________________________________

1) Em qual região ocorre efeito fotoelétrico?

Visível Ultravioleta

Confirmar

2) Estime a freqüência mínima necessária para que aconteça efeito fotoelétrico:

1014 Hz

Confirmar

3) Verifique se a freqüência mínima encontrada experimentalmente coincide com o valor teórico, sabendo que a energia cinética dos elétrons é dada por Ecinética = Efóton - ? 0 e que a energia mínima do fóton necessária para ejetar um elétron (Efóton = h . f) é igual a função

trabalho do metal. Utilize a constante de Planck igual à 4,14 . 10-15 eVs.

1014 Hz

Confirmar

OBS: Suas respostas devem ter apenas dois algarismos depois da virgula. Fique atento ao expoente da base 10.

_______________________________________________________________

Ajuda:

Calculadora

Quadro característico do espectro da radiação eletromagnética

19

• Espectro de Radiação Eletromagnética

20

Ação da Cena:

• Para cada valor da escala o ponteiro do picoamperimetro deve ter uma indicação correspondente:

• Quando o aluno acessa o caderno de bordo a cabeça de Einstein diz a fala 1. • Para a primeira pergunta as respostas corretas são Visível e Ultravioleta.

• Se o aluno responder certo, segue para a cabeça de Einstein dizendo a fala 3 e o campo da segunda questão é liberado para o preenchimento.

• Se o aluno responder errado, segue para a cabeça de Einstein dizendo a fala 2. O aluno só pode seguir para a segunda questão quando responder corretamente a primeira questão.

• Para a segunda questão o programa de aceitar valores entre 4,40 e 4,80.

• Se o aluno responder certo, segue para a cabeça de Einstein dizendo a fala 5 e o campo da terceira questão é liberado para o preenchimento.

• Se o aluno responder errado, segue para a cabeça de Einstein dizendo a fala 4. O aluno só pode seguir para a terceira questão quando responder corretamente a segunda questão.

• Para a terceira questão o programa deve aceitar os valores 4,56 ou 4,57 • Se o aluno responder certo, segue para a cabeça de Einstein dizendo a fala 6. Segue para tela 16. • Se o aluno responder errado, segue para a cabeça de Einstein dizendo a fala 7. O aluno só pode seguir para a para a cabeça de Einstein

dizendo a fala 6, quando responder corretamente a terceira questão. • No caderno de bordo, deve haver um botão para imprimir apenas o caderno com as anotações feitas pelo aluno. • Quando aluno clica no link quadro característico do espectro da radiação eletromagnética abre o desenho indicado em cenário

Valor da freqüência (1014 Hz)

Indicação do ponteiro do picoamperimetro

4,0 – 4,5 Ponteiro não se movimenta 4,6 - 4,8 Ponteiro se move até 1/12 da semi circunferência 4,9 – 5,0 Ponteiro se move até 2/12 5,1 – 5,3 Ponteiro se move até 3/12 5,4 – 5,7 Ponteiro se move até 4/12 5,8 – 6,0 Ponteiro se move até 5/12 6,1 -6,7 Ponteiro se move até 6/12 6,8 – 7,5 Ponteiro se move até 7/12 7,5 – 8,0 Ponteiro se move até 8/12 8,1 – 9,0 Ponteiro se move até 9/12 9,1 – 10,0 Ponteiro se move até 10/12

10,1 – 11,0 Ponteiro se move até11/12 11,7 – 12,0 Ponteiro se move até12/12

21

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 16 – Parte II

Cenário:

• Um elétron (bolinha com perninha e bracinho tipo come-come de cor branca ) está em na região mais baixa. Então um pacotinho de onda chega para ele.

• O elétron está com a boca aberta e come o pacotinho de onda com contorno vermelho claro e fica da cor do pacotinho. • Ele dá pequenos saltinhos, mas não o suficiente para pular a barreira. Ele faz uma cara triste.

Ação da Cena: Nesta tela o aluno tem a animação com botões de play e rew. Segue para tela 17.

22

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 17 – Parte II

(1) Einstein: Agora observe o que aconteceu com um dos elétrons da superfície do metal quando você emitiu a radiação mínima necessária.

Cenário: Inicialmente aparece apenas a cabeça do Einstein com o balão de fala 1. Quando terminar a cabeça some e o aluno pode assistir a animação a seguir:

• Um elétron (bolinha com perninha e bracinho tipo come-come de cor branca) está em na região mais baixa. Então um pacotinho de onda chega para ele. (igual ao desenho da tela 15)

• O elétron está com a boca aberta e come o pacotinho de onda com cor vermelho intenso e fica da cor do pacotinho. (igual ao desenho da tela 15, mas com a cor diferente)

• Seus braços e pernas ficam musculosos e o elétron sorridente. Então ele pula a barreira, a altura exata, e sai correndo pela região mais alta na direção em que aponta a seta.

Ação da Cena: Nesta tela o aluno tem a animação com botões de play e rew. Segue para tela 18.

23

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 18 – Parte II

(1) Einstein: Agora observe o que aconteceu com um dos elétrons da superfície do metal quando você emitiu radiação da região do ultravioleta.

Cenário: Inicialmente aparece apenas a cabeça do Einstein com o balão de fala 1. Quando terminar a cabeça some e o aluno pode assistir a animação a seguir:

• Um elétron (bolinha com perninha e bracinho tipo come-come de cor branca) está em na região mais baixa. Então um pacotinho de onda chega para ele. (igual ao desenho da tela 15)

• O elétron está com a boca aberta e come o pacotinho de onda com cor violeta e fica da cor do pacotinho. (igual ao desenho da tela 15, mas com a cor diferente)

• Seus braços e pernas ficam musculosos e o elétron sorridente. Ele pega uma vara (igual aquelas usadas por atletas para salto de barreira) e pula a barreira, com altura maior que a exata, e sai correndo pela região mais alta na direção em que aponta a seta.

Ação da Cena: Nesta tela o aluno tem a animação com botões de play e rew. Segue para tela 19.

24

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 19 – Parte II

(1) Einstein: Responda a primeira questão depois clique em confirmar. (2) Einstein: Consulte no link a seguir um quadro característico do espect ro da radiação eletromagnética e verifique sua resposta. (3) Einstein: Responda a segunda questão depois clique em confirmar. (4) Einstein: Observe qual o valor aproximado da freqüência que começa a produzir corrente fotoelétrica. (5) Einstein: Responda a terceira questão depois clique em confirmar. (6) Einstein: Agora observe o que aconteceu com um dos elétrons da superfície do metal quando você emitiu radiação abaixo da freqüência mínima. (7) Einstein: Elétrons serão ejetados somente se a energia dos fótons for igual ou maior que a função trabalho do metal.

Cenário: • Plano de fundo: Desenho que reproduz a Foto 7 com o filtro de intensidade em 20% (igual ao da tela 12); uma escala graduada de

freqüências com um cursor para escolher os valores (similar à indicada acima) localizada na parte superior da tela; Einstein de frente desenhado da cintura para cima; balão de fala; caderno de bordo embutido no canto direito da tela igual ao menu retrátil dos Dardos Quânticos; durante a fala 1 Einstein aponta para a escala de freqüências.

• Para cada valor da escala de freqüências o ponteiro do picoamperimetro deve ter uma indicação correspondente:

Valor da freqüência (1014 Hz)

Indicação do ponteiro do picoamperimetro

4,0 – 5,2 Ponteiro não se movimenta 5,3 – 5,7 Ponteiro se move até 1/12 da semi circunferência 5,8 – 6,0 Ponteiro se move até 2/12 6,1 -6,7 Ponteiro se move até 3/12 6,8 – 7,5 Ponteiro se move até 4/12 7,5 – 8,0 Ponteiro se move até 5/12 8,1 – 9,0 Ponteiro se move até 6/12 9,1 – 10,0 Ponteiro se move até 7/12

10,1 – 11,0 Ponteiro se move até 8/12 11,7 – 12,0 Ponteiro se move até 9/12

25

• Caderno de Bordo:

Metal: Potássio

Função Trabalho (? 0 ) = 2,22 eV Intensidade = 20%

_______________________________________________________________

1) Em qual região ocorre efeito fotoelétrico?

Visível Ultravioleta

Confirmar

2) Estime a freqüência mínima necessária para que aconteça efeito fotoelétrico:

1014 Hz

Confirmar

3) Verifique se a freqüência mínima encontrada experimentalmente coincide com o valor

teórico, sabendo que a energia cinética dos elétrons é dada por Ecinética = Efóton - ? 0 e que a energia mínima do fóton necessária para ejetar um elétron (Efóton = h . f) é igual a

função trabalho do metal. Utilize a constante de Planck igual à 4,14 . 10-15 eVs.

1014 Hz

Confirmar

OBS: Suas respostas devem ter apenas dois algarismos depois da virgula. Fique atento ao expoente da base 10.

_______________________________________________________________

Ajuda:

Calculadora

26

Quadro característico do espectro da radiação eletromagnética

• Espectro de Radiação Eletromagnética: Igual ao da tela 15

Ação da Cena:

• Para cada valor da escala o ponteiro do picoamperimetro deve ter uma indicação correspondente:

• Quando o aluno acessa o caderno de bordo a cabeça de Einstein

diz a fala 1. • Para a primeira pergunta as respostas corretas são Visível e Ultravioleta.

• Se o aluno responder certo, segue para a cabeça de Einstein dizendo a fala 3 e o campo da segunda questão é liberado para o preenchimento.

• Se o aluno responder errado, segue para a cabeça de Einstein dizendo a fala 2. O aluno só pode seguir para a segunda questão quando responder corretamente a primeira questão.

• Para a segunda questão o programa de aceitar valores entre 5,30 e 5,70. • Se o aluno responder certo, segue para a cabeça de Einstein dizendo a fala 5 e o campo da terceira questão é liberado para o

preenchimento. • Se o aluno responder errado, segue para a cabeça de Einstein dizendo a fala 4. O aluno só pode seguir para a terceira questão

quando responder corretamente a segunda questão. • Para a terceira questão o valor da resposta é 5,36 ou 5,37

• Se o aluno responder certo, segue para a cabeça de Einstein dizendo a fala 6. Segue para tela 20. • Se o aluno responder errado, segue para a cabeça de Einstein dizendo a fala 7. O aluno só pode seguir para a para a cabeça de

Einstein dizendo a fala 6, quando responder corretamente a terceira questão. • No caderno de bordo, deve haver um botão para imprimir apenas o caderno com as anotações feitas pelo aluno. • Quando aluno clica no link quadro característico do espectro da radiação eletromagnética abre o desenho indicado em cenário

Valor da freqüência (1014 Hz)

Indicação do ponteiro do picoamperimetro

4,0 – 5,2 Ponteiro não se movimenta 5,3 – 5,7 Ponteiro se move até 1/12 da semi circunferência 5,8 – 6,0 Ponteiro se move até 2/12 6,1 -6,7 Ponteiro se move até 3/12 6,8 – 7,5 Ponteiro se move até 4/12 7,5 – 8,0 Ponteiro se move até 5/12 8,1 – 9,0 Ponteiro se move até 6/12 9,1 – 10,0 Ponteiro se move até 7/12

10,1 – 11,0 Ponteiro se move até 8/12 11,7 – 12,0 Ponteiro se move até 9/12

27

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 20 – Parte II

Cenário: Mesma animação da tela 16. Ação da Cena: Segue para tela 21.

28

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 21 – Parte II

(1) Einstein: Agora observe o que aconteceu com um dos elétrons da superfície do metal quando você emitiu a radiação mínima necessária.

Cenário: Inicialmente aparece apenas a cabeça do Einstein com o balão de fala 1. Quando terminar a cabeça some e o aluno pode assistir a animação a seguir:

• Um elétron (bolinha com perninha e bracinho tipo come-come de cor branca) está em na região mais baixa. Então um pacotinho de onda chega para ele. (igual ao desenho da tela 15)

• O elétron está com a boca aberta e come o pacotinho de onda com cor verde e fica da cor do pacotinho. (igual ao desenho da tela 15, mas com a cor diferente)

• Seus braços e pernas ficam musculosos e o elétron sorridente. Então ele pula a barreira, a altura exata, e sai correndo pela região mais alta na direção em que aponta a seta.

Ação da Cena: Nesta tela o aluno tem a animação com botões de play, pause, rew. Segue para tela 22.

29

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 22 – Parte II

Cenário: Mesma animação da tela 18. Ação da Cena: Segue para tela 23.

30

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 23 – Parte II

(1) Einstein: Responda a primeira questão depois clique em confirmar. (2) Einstein: Consulte no link a seguir um quadro característico do espectro da radiação eletromagnética e verifique sua resposta. (3) Einstein: Responda a segunda questão depois clique em confirmar. (4) Einstein: Observe qual o valor aproximado da freqüência que começa a produzir corrente fotoelétrica. (5) Einstein: Responda a terceira questão depois clique em confirmar. (6) Einstein: Agora observe o que aconteceu com um dos elétrons da superfície do metal quando você emitiu radiação abaixo da freqüência mínima. (7) Einstein: Elétrons serão ejetados somente se a energia dos fótons for igual ou maior que a função trabalho do metal.

Cenário: • Plano de fundo: Desenho que reproduz a Foto 7 com o filtro de intensidade em 20% (igual ao da tela 12); uma escala graduada de

freqüências com um cursor para escolher os valores (similar à indicada acima) localizada na parte superior da tela; Einstein de frente desenhado da cintura para cima; balão de fala; caderno de bordo embutido no canto direito da tela igual ao menu retrátil dos Dardos Quânticos; durante a fala 1 Einstein aponta para a escala de freqüências.

• Para cada valor da escala de freqüências o ponteiro do picoamperimetro deve ter uma indicação correspondente:

• Caderno de Bordo:

Metal: Alumínio

Função Trabalho (? 0 ) = 4,08 eV Intensidade = 20%

_______________________________________________________________

Valor da freqüência (1014 Hz)

Indicação do ponteiro do picoamperimetro

4,0 – 9,7 Ponteiro não se movimenta 9,8 – 10,0 Ponteiro se move até 2/12

10,1 – 11,0 Ponteiro se move até 4/12 11,7 – 12,0 Ponteiro se move até 6/12

31

1) Em qual região ocorre efeito fotoelétrico?

Visível Ultravioleta

Confirmar

2) Estime a freqüência mínima necessária para que aconteça efeito fotoelétrico:

1014 Hz

Confirmar

3) Verifique se a freqüência mínima encontrada experimentalmente coincide com o valor

teórico, sabendo que a energia cinética dos elétrons é dada por Ecinética = Efóton - ? 0 e que a energia mínima do fóton necessária para ejetar um elétron (Efóton = h . f) é igual a função

trabalho do metal. Utilize a constante de Planck igual à 4,14 . 10-15 eVs.

1014 Hz

Confirmar

OBS: Suas respostas devem ter apenas dois algarismos depois da virgula. Fique atento ao expoente da base 10.

_______________________________________________________________

Ajuda:

Calculadora

Quadro característico do espectro da radiação eletromagnética

• Espectro de Radiação Eletromagnética: Igual ao da tela 15

Ação da Cena:

32

• Para cada valor da escala o ponteiro do picoamperimetro deve ter uma indicação correspondente:

• Quando o aluno acessa o caderno de bordo a cabeça de Einstein diz a fala 1. • Para a primeira pergunta a resposta correta é apenas Ultravioleta.

• Se o aluno responder certo, segue para a cabeça de Einstein dizendo a fala 3 e o campo da segunda questão é liberado para o preenchimento.

• Se o aluno responder errado, segue para a cabeça de Einstein dizendo a fala 2. O aluno só pode seguir para a segunda questão quando responder corretamente a primeira questão.

• Para a segunda questão o programa de aceitar valores entre 9,80 e 10,00. • Se o aluno responder certo, segue para a cabeça de Einstein dizendo a fala 5 e o campo da terceira questão é liberado para o

preenchimento. • Se o aluno responder errado, segue para a cabeça de Einstein dizendo a fala 4. O aluno só pode seguir para a terceira questão quando

responder corretamente a segunda questão. • Para a terceira questão o valor da resposta é 9,85 ou 9,86

• Se o aluno responder certo, segue para a cabeça de Einstein dizendo a fala 6. Segue para tela 24. • Se o aluno responder errado, segue para a cabeça de Einstein dizendo a fala 7. O aluno só pode seguir para a para a cabeça de Einstein

dizendo a fala 6, quando responder corretamente a terceira questão. • No caderno de bordo, deve haver um botão para imprimir apenas o caderno com as anotações feitas pelo aluno. • Quando aluno clica no link quadro característico do espectro da radiação eletromagnética abre o desenho indicado em cenário

Valor da freqüência (1014 Hz)

Indicação do ponteiro do picoamperimetro

4,0 – 9,7 Ponteiro não se movimenta 9,8 – 10,0 Ponteiro se move até 2/12

10,1 – 11,0 Ponteiro se move até 4/12 11,7 – 12,0 Ponteiro se move até 6/12

33

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 24 – Parte II

Cenário: Inicialmente aparece apenas a cabeça do Einstein com o balão de fala 1. Quando terminar a cabeça some e o aluno pode assistir a animação a seguir:

• Um elétron (bolinha com perninha e bracinho tipo come-come de cor branca) está em na região mais baixa. Então um pacotinho de onda chega para ele. (igual ao desenho da tela 15)

• O elétron está com a boca aberta e come o pacotinho de onda com cor vermelha e fica da cor do pacotinho. (igual ao desenho da tela 15, mas com a cor diferente)

• Ele dá pequenos saltinhos, mas não o suficiente para pular a barreira. Ele faz uma cara triste. (igual ao desenho da tela 15, mas com a cor diferente)

• O elétron está com a boca aberta e come o pacotinho de onda com cor amarela e fica da cor do pacotinho. (igual ao desenho da tela 15, mas com a cor diferente)

• Ele dá pequenos saltinhos, mas não o suficiente para pular a barreira. Ele faz uma cara triste. (igual ao desenho da tela 15, mas com a cor diferente)

• O elétron está com a boca aberta e come o pacotinho de onda com cor azul e fica da cor do pacotinho. (igual ao desenho da tela 15, mas com a cor diferente)

• Ele dá pequenos saltinhos, mas não o suficiente para pular a barreira. Ele suspira com cara triste. Ação da Cena: Nesta tela o aluno tem a animação com botões de play, pause, rew. Segue para tela 25.

34

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 25 – Parte II

Cenário: Mesma animação da tela 18. Ação da Cena: Segue para tela 26.

35

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 25 – Parte II

(1) Einstein: Se desejar discutir suas anotações com o professor e os colegas de classe, clique no botão.

Cenário: Mesma animação da tela 18. Ação da Cena: Segue para tela 26.

36

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 26 – Parte II

(1) Einstein: Vamos aprofundar nossa investigação alterando uma outra variável? Clique em Intensidade da Fonte de Radiação se desejar continuar.

Voltar ao início

Intensidade da Fonte de Radiação

Cenário: Plano de fundo: Desenho que reproduz a Foto 7 com o filtro de intensidade em 20% (igual ao da tela 12); Einstein do lado esquerdo da tela desenhado da cintura para cima, com o corpo de perfil e a cabeça para frente (igual a tela 12, mas sem o caderno de bordo) Ação da Cena: Einstein diz a fala 1.

• Se o aluno clicar em Voltar ao início segue para tela 00 • Se o aluno clicar em Intensidade da Fonte de Radiação segue para tela 27

37

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 27 – Parte II

(1) Einstein: Vamos verificar a influencia da intensidade da fonte na corrente fotoelétrica. (2) Einstein: Utilizaremos uma fotocélula de Alumínio e um filtro de intensidade luminosa de 60% ou 100%. (3) Einstein: Primeiramente utilizaremos uma fonte de freqüência 5,7 . 10-14 Hz, referente a cor azul, da região do visível do espectro de radiação eletromagnética.

Cenário: Plano de fundo: Desenho que reproduz a Foto 7 com o filtro de intensidade móvel, inicialmente em 20%; uma escala graduada de freqüências com um cursor fixo na região do azul, localizado na parte superior da tela; Einstein de frente desenhado da cintura para cima; balão de fala; caderno de bordo embutido no canto direito da tela igual ao menu retrátil dos Dardos Quânticos; durante a fala 4 Einstein aponta para o filtro e depois para o caderno de bordo. Ação da Cena: Einstein diz a fala 1. Segue para Einstein dizendo a fala 2. Segue para Einstein dizendo a fala 3. Segue para tela 28.

38

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 28 – Parte II

(1) Einstein: Utilize o mouse para movimentar o filtro e anote as observações no seu caderno de bordo. (2) Einstein: Agora observe o que aconteceu com os elétrons da superfície do metal quando você utilizou diferentes intensidades de radiação. (3) Einstein: Observe atentame nte o ponteiro do picoamperimentro.

Cenário: • Plano de fundo: Desenho que reproduz a Foto 7 com o filtro de intensidade móvel, inicialmente em 20% (igual a tela 27); uma escala

graduada de freqüências com um cursor fixo na região do azul, localizado na parte superior da tela; Cabeça do Einstein; balão de fala; caderno de bordo embutido no canto direito da tela igual ao menu retrátil dos Dardos Quânticos;

• Utilizando o mouse o aluno pode movimentar o filtro para a intensidade de 60% ou 100% • Para estes valores de intensidade o ponteiro do pico amperímetros não se movimenta em nenhum caso. • Caderno de Bordo:

Metal: Alumínio

Função Trabalho (? 0 ) = 4,08 eV

Freqüência = 5,7 . 10-14 Hz _______________________________________________________________

Intensidade de 60%

Houve corrente fotoelétrica?

Sim Não

Confirmar

39

Intensidade de 100% Houve corrente fotoelétrica?

Sim Não

Confirmar _______________________________________________________________

Ajuda:

Quadro característico do espectro da radiação eletromagnética

• Espectro de Radiação Eletromagnética: Igual ao da tela 15

Ação da Cena: A cabeça do Einstein diz a fala 1. Aluno pode movimentar o filtro e utilizar o caderno de bordo. A resposta para as duas questões é não

• Se ele responder corretamente a segue para a cabeça do Einstein dizendo a fala 2. Segue para tela 29. • Se responder errado. Segue para cabeça do Einstein dizendo a fala 3. Só segue para a fala 2 e na seqüência para a tela 29 se o aluno

responder as duas questões corretamente.

40

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 29 – Parte II

Filtro de 60% . Filtro de 100%

Cenário: As duas animações acontecem simultaneamente. Animação 1- Filtro de 60%:

• Dez elétrons (bolinha com perninhas e bracinhos tipo come-come de cor branca) estão na região mais baixa. Então seis pacotinhos de onda chega m para eles.

• Os elétrons estão com a boca aberta e apenas seis deles comem, cada qual, um pacotinho de onda com cor azul e ficam da cor dospacotinhos.

• Esses dão pequenos saltinhos, mas não o suficiente para pular a barreira. Eles fazem uma cara triste. • Chegam mais pacotinho de onda: seis depois mais seis . • Ainda azuis abrem a boca e comem mais dois pacotinhos cada. • Esses dão pequenos saltinhos, mas não o suficiente para pular a barreira. Eles suspiram e fazem uma cara triste.

Animação 2- Filtro de 100%: • Dez elétrons (bolinha com perninhas e bracinhos tipo come-come de cor branca) estão na região mais baixa. Então dez pacotinhos de

onda chegam para eles. • Os elétrons estão com a boca aberta e todos comem, cada qual, um pacotinho de onda com cor azul e ficam da cor dos pacotinhos. • Esses dão pequenos saltinhos, mas não o suficiente para pular a barreira. Eles fazem uma cara triste. • Chegam mais pacotinho de onda: dez, depois mais dez, depois mais dez • Ainda azuis abrem a boca e comem mais três pacotinhos cada. • Esses dão pequenos saltinhos, mas não o suficiente para pular a barreira. Eles suspiram e fazem uma cara triste.

Ação da Cena: As animações acontecem simultaneamente. Nesta tela o aluno tem a animação com botões de play e rew. Segue para tela 30.

41

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 30 – Parte II

(1) Einstein: Agora utilizaremos uma fonte de freqüência 9,9 . 10-14 Hz, referente a região do ultravioleta do espectro de radiação eletromagnética. (2) Einstein: Utilize o mouse para movimentar o filtro e anote as observações no seu caderno de bordo. (3) Einstein: Agora observe o que aconteceu com os elétrons da superfície do metal quando você utilizou diferentes intensidades de radiação. (4) Einstein: Observe atentamente o ponteiro do picoamperimentro.

Cenário: • Plano de fundo: Desenho que reproduz a Foto 7 com o filtro de intensidade móvel, inicialmente em 20% (igual a tela 27); uma escala

graduada de freqüências com um cursor fixo na região do azul, localizado na parte superior da tela; Cabeça do Einstein; balão de fala; caderno de bordo embutido no canto direito da tela igual ao menu retrátil dos Dardos Quânticos;

• Utilizando o mouse o aluno pode movimentar o filtro para a intensidade de 60% ou 100% • Para o filtro de intensidade igual a 60% o ponteiro do picoamperimetro se move

até 4/12 da semi circunferência. Para o filtro de intensidade igual a 100% o ponteiro do picoamperimetro se move até 10/12 da semi circunferência.

• Caderno de Bordo:

Metal: Alumínio Função Trabalho (? 0 ) = 4,08 eV

Freqüência = 9,9. 10-14 Hz

_______________________________________________________________

Intensidade de 60%

Filtro de intensidade Indicação do ponteiro do picoamperimetro

60% Ponteiro se move até 4/12 100% Ponteiro se move até 10/12

42

Houve corrente fotoelétrica?

Sim Não

Confirmar

Intensidade de 100% Houve corrente fotoelétrica?

Sim Não

Confirmar _______________________________________________________________

Ajuda:

Quadro característico do espectro da radiação eletromagnética

• Espectro de Radiação Eletromagnética: Igual ao da tela 15

Ação da Cena: A cabeça do Einstein diz a fala 1. Segue para Einstein dizendo a fala 2. Aluno pode movimentar o filtro e utilizar o caderno de bordo. A resposta para as duas questões é sim

• Se ele responder corretamente a segue para a cabeça do Einstein dizendo a fala 3. Segue para tela 31. • Se responder errado. Segue para cabeça do Einstein dizendo a fala 4. Só segue para a fala 2 e na seqüência para a tela 31 se o aluno

responder as duas questões corretamente.

43

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 31 – Parte II

Filtro de 60%

. Filtro de 100%

Cenário: As duas animações acontecem simultaneamente. Animação1- Filtro de 60%:

• Dez elétrons (bolinha com perninhas e bracinhos tipo come-come de cor branca) estão na região mais baixa. Então seis pacotinhos de onda chegam para eles.

• Os elétrons estão com a boca aberta e apenas seis deles comem, cada qual, um pacotinho de onda com cor violeta e ficam da cor dospacotinhos.

• Seus braços e pernas ficam musculosos e os elétrons sorridentes. Eles pega m varas de salto (igual aquelas usadas por atletas para salto de barreira) e pulam a barreira aleatoriamente, com altura maior que a exata, e saem correndo pela região mais alta na direção em que aponta a seta.

Animação2- Filtro de 100%: • Dez elétrons (bolinha com perninhas e bracinhos tipo come-come de cor branca) estão na região mais baixa. Então dez pacotinhos de

onda chegam para eles. • Os elétrons estão com a boca aberta e todos comem, cada qual, um pacotinho de onda com cor violeta e ficam da cor dos pacotinhos. • Seus braços e pernas ficam musculosos e os elétrons sorridentes. Eles pegam varas de salto (igual aquelas usadas por atletas para salto

de barreira) e pulam a barreira aleatoriamente, com altura maior que a exata, e saem correndo pela região mais alta na direção em que aponta a seta.

Ação da Cena: As animações acontecem simultaneamente. Nesta tela o aluno tem a animação com botões de play e rew. Segue para tela 32.

44

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 32 – Parte II

(1) Einstein: Conforme observamos no experimento, existe uma importante dependência entre a corrente fotoelétrica e a freqüência da fonte de radiação. (2) Einstein: O salto do elétron do cátodo para o ânodo não despende da quantidade de fótons por ele absorvido. (3) Einstein: O elétron pode absorver vários fótons e aumentar sua energia dentro do metal. Mas se estes fótons tiverem energia menor que a função trabalho do metal, ele não é ejetado. (4) Einstein: No entanto, se o elétron absorve um único fóton com a energia maior ou igual à função trabalho do metal, ele é ejetado. (5) Einstein: Se aumentarmos a intensidade da fonte e conservarmos a energia mínima necessária, serão emitidos mais fótons e, portanto, ejetados mais elétrons, produzindo maior corrente fotoelétrica.

Cenário: Foto 1 como plano de fundo; Einstein desenhado da cintura para cima; balões de fala.

Ação da Cena: Einstein diz a fala 1, segue para Einstein dizendo a fala 2, segue para Einstein dizendo a fala 3, segue para Einstein dizendo a fala 4, segue para Einstein dizendo a fala 5. Segue para tela 33.

45

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 33 – Parte II

(1) Einstein: Vamos aprofundar nossa investigação alterando uma outra variável? Clique em Freqüência da Fonte de Radiação se desejar continuar.

Voltar ao início

Freqüência da Fonte de Radiação

Cenário: Plano de fundo: Desenho que reproduz a foto 1, porém sem a rede de difração e com o filtro de intensidade em 20% (igual a tela 12) ; Einstein do lado esquerdo da tela desenhado da cintura para cima, com o corpo de perfil e a cabeça para frente (igual a tela 12, mas sem o caderno de bordo) Ação da Cena: Einstein diz a fala 1.

• Se o aluno clicar em Voltar ao início segue para tela 00 • Se o aluno clicar em Freqüência da Fonte de Radiação segue para tela 14

46

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 34 – Parte III

Coordenadores: Leliane Maurício Pietrocola Desenho e Animação: Rodrigo Okuyama

Equipe Pedagógica: Francisco Assis de Nascimento Junior Renata Cristina de Andrade Oliveira Talita Raquel Luz Romero Equipe de Programadores: Milena Boselli Rosa Jaqueline Gustavo Hugo

Cenário: Plano de fundo foto 1 como marca d’água/ semitransparente. Ação da Cena: Segue para tela 35

47

Título: Efeito Foto elétrico

Autores: Equipe USP Tela 35 – Parte III

Logos da USP, Lapef, Nupic, Rived, MEC e Governo Federal e Secretaria de Ação a Distância. Site do Lapef.

Cenário: Plano de fundo branco com Einstein acenando no canto direito e os logos distribuídos na região à esquerda.

Ação da Cena: Quando aluno clica no botão de encerrar, que aparece unicamente nesta tela, fecha o OA.

48

Pista

Pacote de Onda

49