11811

ИССЛЕДОВАНИЕ КВАНТОВОЙ ПРИРОДЫ СВЕТА

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа 1 по курсу КСЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КВАНТОВОЙ ПРИРОДЫ СВЕТА Цель работы: Исследовать квантовые свойства света и построить график зависимости фототока от напряжения. Приборы и принадлежности: источник питания ИПС106 стенд с объектами исследования С3...

Русский

2013-04-11

142.5 KB

11 чел.

Лабораторная работа 1 по курсу КСЕ

ИССЛЕДОВАНИЕ КВАНТОВОЙ ПРИРОДЫ СВЕТА

Цель работы: Исследовать квантовые свойства света и построить график зависимости фототока от напряжения.

Приборы и принадлежности: источник питания ИПС1-06, стенд с объектами исследования С3-ОК01.

Краткая теория

  1.  Законы фотоэффекта. Внешним фотоэффектом называется явление испускания электронов веществом под действием света, поглощаемого этим веществом.

Экспериментально установлены три основных закона внешнего фотоэффекта, справедливые для любого материала фотокатода:

1) количество электронов, испускаемых в единицу времени (сила фототока в режиме насыщения), пропорционально интенсивности света (закон Столетова);

2) для каждого вещества при определенном состоянии его поверхности существует «красная граница» внешнего фотоэффекта  , при которой ещё возможен фотоэффект, а при меньших частотах () фотоэффект не происходит;

3) максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно растет с частотой света и не зависит от его интенсивности (закон Эйнштейна).

Все эти закономерности находят исчерпывающее объяснение на основе фотонных представлений о свете (М. Планк, 1900 г.; А. Эйнштейн, 1905 г.).

При облучении вещества светом электроны получают энергию не непрерывно, а порциями (квантами). Энергия каждой порции равна

,      (1)

где – постоянная Планка; – частота света.

Эти порции энергии света были названы фотонами.

Чем больше интенсивность света определенной частоты, тем больше фотонов с определенной энергией падает на поверхность в единицу времени и, следовательно, больше выбивается электронов. Если все выбитые электроны являются носителями электрического тока в цепи (режим тока насыщения), то сила этого тока будет пропорциональна интенсивности света. То есть действительно должен выполняться закон Столетова.

Если энергии одного фотона не достаточно, чтобы выбить электрон, то фотоэффекта не будет, сколько бы таких фотонов ни падало на вещество. При этом предполагается, что электрон может поглотить только один фотон; вероятность же одновременного поглощения двух и более фотонов ничтожно мала.

2. Зависимость фототока от напряжения. На рис. 1 показана схема включения фотоэлемента, позволяющая снять его вольтамперную характеристику (ВАХ), т.е. зависимость фототока от напряжения между катодом и анодом.

Рис. 1 Схема включения фотоэлемента,     Рис. 2  Вольтамперная характе- позволяющая снять зависимость               ристика фотоэлемента.

                 фототока от напряжения.  

Примерный вид таких ВАХ, полученных при фиксированной частоте, но при различных интенсивностях света, представлен на рис. 2.

Участок  графика соответствует току насыщения  фотоэлемента. При  сила тока не зависит от напряжения между катодом и анодом, потому что электроны, выбитые светом в область пространства между катодом и анодом, попадают в достаточно сильное ускоряющее электрическое поле и все достигают анода.

При напряжениях  электрическое поле между катодом и анодом недостаточно для того, чтобы при данной геометрии фотоэлемента собрать на аноде все выбитые электроны. Наблюдаемая при этом сила тока меньше . Причем при нулевом и даже отрицательном напряжении на аноде сила тока отлична от нуля. Это объясняется тем, что некоторые выбитые фотонами электроны (при ) обладают достаточным запасом кинетической энергии для того, чтобы даже в тормозящем поле достичь анода (участок графика ).

При некоторой определенной разности потенциалов задерживающего поля  наступает состояние, когда даже электроны, обладающие самой большой энергией, не коснувшись анода, отбрасываются назад к фотокатоду. Ток через фотоэлемент при этом становится равным нулю (точка  графика).

Порядок выполнения работы

1. Соберите схему для проведения измерений согласно рис. 3. Анод на схеме подключите через амперметр к «плюсу», а катод – к «минусу» источника напряжения ИПС1 (гнезда 9 на рис. 4). 

Рис.3  Принципиальная схема установки для проведения измерений.

2.  После проверки правильности собранной вами схемы преподавателем или инженером, включите кнопку  «СЕТЬ» на источнике питания ИПС1 (кнопка 5 на рис. 4) и на измерительном блоке («амперметр» - «вольтметр»).

Запрещается вставлять и вынимать вилку питания при нажатой кнопке «СЕТЬ».

Рис.4 Внешний вид передней панели источника питания ИПС1.

3.Вращая ручку 7 на панели ИПС1, установите относительное значение интенсивности светового потока  около единицы, (но не более 1), видимое на цифровом табло 1 (рис. 4) и следите, чтобы в последующих опытах оно не менялось.

4. Запишите значение величины  в таблицу 1.

5. Нажатием кнопки 6 на ИПС1 в окошке 2 («Излучатели») установите  цифру «0», что соответствует наиболее короткой длине волны излучателя  (в окошке фотоэлемента виден фиолетовый цвет).

6. Перед снятием вольтамперной характеристики фотоэлемента кнопка  должна быть отжата, пределы измерения силы тока и напряжения  установлены на  и , соответственно.  

7. Снимите  вольтамперную характеристику фотоэлемента  при его прямом подключении к источнику питания, изменяя напряжение  ручкой 4 (рис. 4) от 0 до 19 В с шагом 1 В. Измеренные значения силы тока занесите в таблицу 1.

8. Постройте график вольтамперной характеристики , сравните его с ожидаемой зависимостью, показанной на рис. 2. Найдите по графику диапазон напряжений, соответствующих току насыщения .

Таблица 1.

0

1

2

3

4

5

6

19

9. Уменьшите напряжение между анодом и катодом до нуля поворотом ручки 4 (рис. 4) против часовой стрелки. Отключите установку от источника питания нажатием кнопки 5 «СЕТЬ». Разберите электрическую схему.

10. Сделайте выводы.

Контрольные вопросы

1. Что такое внешний фотоэффект?

2. Можно ли объяснить все закономерности фотоэффекта, пользуясь волновой теорией света?

3. Можно ли объяснить все закономерности фотоэффекта, пользуясь квантовой теорией света?

4. Почему в фотоэффекте обнаруживаются корпускулярные свойства света?

5. Объясните все особенности вольтамперной характеристики фотоэффекта.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

44374. Проектирование и разработка сайта интернет-представительства ООО «ХХХ» 1.98 MB
  Компании разрабатывают новые средства контакта со своими потенциальными потребителями и стараются размещать свои рекламные сообщения там где их аудитория проводит большую часть своего времени: на отраслевых развлекательных и новостных порталах в блогах и социальных сетях. Dremwever программный продукт от компании dobe. Кроме того разработчики компании dobe обновили движок WebKit улучшив поддержку видео и аудио На сегодняшний момент последней версией является Dremwever CS5. MySQL является собственностью компании Orcle Corportion...
44375. Особенности кредитной политики Сбербанка России по обслуживанию физических лиц 1.07 MB
  В связи с этим тщательный отбор заемщиков анализ условий выдачи кредита постоянный контроль за финансовым состоянием заемщика за способностью погасить кредит являются одной из основополагающих составляющих финансового благополучия банка. Первая часть работы посвящена теоретическим аспектам кредитования физических лиц в коммерческих банках а именно функциям роли сущности и видам кредита. В этой части дана общая характеристика экономической деятельности Сберегательного банка как старейшего и неоднократно подтвердившего репутацию самого...
44376. Обществознание. Процессы общественного строя 309.15 KB
  Природа – естественная среда обитания общества во всем бесконечном разнообразии своих проявлений, обладающая своими, не зависящими от воли и желаний человека, законами. Общество – обособившаяся от природы, но тесно связанная с ней часть материального мира, которая состоит из индивидуумов, обладающих волей и сознанием, и включает в себя способы взаимодействия людей и формы их объединения.
44377. ТЕОРІЯ АРХІТЕКТУРИ. Л.М. Бармашина 9.17 MB
  Викладено основні теоретичні аспекти архітектурної композиції. Розглянуто наступні групи питань: конструктивні системи несучих та інших конструкцій, зокрема стійково-балкова, склепінна, консольна та інші тектонічні системи, а також особливості тектоніки різних просторових конструкцій; теорія кольору в архітектурній композиції, просторові та психологічні властивості кольорів, колірна композиція, кольорове вирішення міської забудови, композиційні властивості архітектурного простору.
44378. Совершенствование механизма возмещения НДС по экспортным операциям на предприятии ООО «Яснополянская фабрика тары и упаковки» 664 KB
  На практике почти невозможно выделить добавленную стоимость в общей стоимости продукции (работ, услуг), поэтому для упрощения расчетов за объект обложения налогом на добавленную стоимость принимается не добавленная стоимость, а весь оборот по реализации, включая стоимость списанных на издержки производства и обращения материальных затрат (без учета уплаченного за них НДС)
44380. Многоформная (полиморфная) экссудативная эритема 103 KB
  Знать этиологию, патогенез МЭЭ. Уметь выявить причины возникновения заболевания. Уметь различать различные формы МЭЭ. Ознакомиться с клиникой МЭЭ. Усвоить принципы лечения и методы профилактики МЭЭ. Ознакомиться к этиопатогенезом розового лишая (РЛ) Жибера. Уметь различить клинические особенности РЛ. Уметь диагностировать РЛ
44381. Предмет права социального обеспечения 29 KB
  Право регламентирует далеко не все фактически существующие общественные отношения, а только их часть, различную на каждом этапе развития государства и общества. Поэтому предметом права социального обеспечения выступает относительно обособленная группа общественных отношений, возникающих при реализации гражданами прав на социальное обеспечение.
44382. ОЦЕНКА СОВРЕМЕННЫХ ТЕНДЕНЦИЙ СТРАХОВОГО РЫНКА И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СТРАХОВОЙ ОТРАСЛИ В РФ 387 KB
  Экономическая сущность страхования Направления развития страхования в обязательной и добровольной формах. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ СТРАХОВАНИЯ Экономическая сущность страхования состоит в предоставлении страховой защиты. Использование средств этих фондов осуществляется для возмещения возникшего ущерба в соответствии с условиями и правилами страхования.