37901

Изучение явления внешнего фотоэффекта

Лабораторная работа

Физика

Контрольные вопросы8 Список литературы8 Лабораторная работа № 93 Изучение явления внешнего фотоэффекта 1. Цель работы Снятие вольт амперной характеристики внешнего фотоэффекта изучение законов внешнего фотоэффекта определение постоянной Планка. Типичная вольт амперная характеристика фотоэффекта т. Таким образом опытным путем установлены следующие основные законы внешнего фотоэффекта: 1.

Русский

2013-09-25

70.5 KB

45 чел.

Содержание

1. Цель работы……………………………………………………………4

2. Теоретическая часть…………………………………………………..4

3. Приборы и оборудование……………………………………………..6

4. Требования по технике безопасности………………………………..7

5. Порядок выполнения работы…………………………………………7

6. Контрольные вопросы…………………………………………………8

Список литературы………………………………………………………8


Лабораторная работа № 93

Изучение явления внешнего фотоэффекта

1. Цель работы

Снятие вольт- амперной характеристики внешнего фотоэффекта, изучение законов внешнего фотоэффекта, определение постоянной Планка.

2. Теоретическая часть

Явление вырывания электронов из вещества под действием света называется внешним фотоэффектом.

В 1888-1890 г.г. А.Г. Столетов систематически исследовал фотоэффект с помощью следующей установки (рис. 2.1). Конденсатор, образованный проволочной сеткой и сплошной

пластинкой, был включен последовательно с гальванометром G в цепь батареи. Свет, проходя через сетку, падал на сплошную пластинку. В результате в цепи возникал ток, регистрируемый гальванометром. На основании опытов Столетов пришел к следующим выводам: 1) наибольшее действие оказывают ультрафиолетовые лучи; 2) сила тока возрастает с увеличением освещенности пластины; 3) испускаемые под действием света заряды имеют отрицательный знак.

Типичная вольт- амперная характеристика фотоэффекта (т.е. кривая зависимости фототока I от напряжения между сеткой и пластиной) имеет вид (рис. 2.2). Кривые приведены для двух различных световых потоков при одинаковой частоте. Существование тока в области отрицательных напряжений от 0 до и – объясняется тем, что фотоэлектроны, выбитые светом из пластины, обладает отличной от нуля начальной кинетической энергией. За счет уменьшения этой

энергии электроны могут совершать работу против сил задерживающего электрического поля в трубке и достигать анода. Очевидно, что максимальная начальная скорость  фотоэлектронов связана с  соотношением

,          (2.1)

где e и m – заряд и масса электрона. При = - фототок I = 0. По мере увеличения  фототок I постепенно возрастает, т.к. все большее число фотоэлектронов оказывается способным достигнуть анода. Максимальное значение тока называется фототоком насыщения IН и соответствует таким значениям , при которых все электроны, выбитые из катода (пластины) достигают анода (сетки)

IН = e · n,                                                  (2.2)

где n – число фотоэлектронов, вылетающих из катода за 1 с. Таким образом опытным путем установлены следующие основные законы внешнего фотоэффекта:

1. Число фотоэлектронов n, вырываемых из катода за единицу времени, пропорционально интенсивности падающего светового потока.

2. Скорость фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего светового потока.

3. Максимальная начальная скорость определяется частотой падающего света.

Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. максимальная длина волны λ0 при которой фотоэффект еще возможен. Величина λ0 зависит от химической природы вещества и состояния его поверхности.

При объяснении законов внешнего фотоэффекта волновая электромагнитная теория света встретилась с серьезными трудностями, что привело А. Эйнштейна к созданию в 1905 г. квантовой теории света. Согласно этой теории свет не только излучается, но также распространяется в пространстве и поглощается веществом в виде отдельных порций энергии – квантов электромагнитного излучения. Процесс поглощения света веществом сводится к тому, что фотоны передают всю свою энергию частицам этого вещества. Очевидно, что процесс «поглощения света» происходит прерывно, как в пространстве, так и во времени. С квантовой точки зрения внешний фотоэффект в металлах объясняется следующим образом. В результате поглощения фотона электрон приобретает энергию hν. Для выхода из металла электрон должен совершить работу выхода А (если hν ≥ А). В соответствии с законом сохранения энергии максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона равна

.                                        (2.3)

Это уравнение называется уравнением Эйнштейна для фотоэффекта. Внешний фотоэффект возможен в том случае, когда hν ≥ А. Следовательно, частота ν0, соответствующая красной границе фотоэффекта, равна

.                                                    (2.4)

3. Приборы и оборудование

Основные блоки установки – блок облучения, содержащий  ДРС-50; блок, содержащий фотоэлемент; блок управления и индикации, на передней панели которого размещена кнопка       «прям.- обр.» для выбора режима измерения прямой и обратной ветви ВАХ фотоэлемента; цифровой индикатор значений фототока (мкА) и напряжения (В) фотоэлемента. Интервал регулирования напряжений кнопками «+», «-», «сброс» от 0 до 10 В в прямом режиме и от 0 до 1 В в обратном.

4. Требования по технике безопасности

а) ознакомиться с устройством экспериментальной установки, ее принципом действия;

б) убедиться, что установка заземлена;

в) убедиться в исправности сетевых шнуров;

г) при выполнении эксперимента напряжение менять только в указанных пределах.

5. Порядок выполнения работы

1. Включить тумблер «Сеть» на задней панели блока управления и индикации. При этом должны загореться индикаторы 000.

2. Нажать «Сброс». Установить режим измерения прямой ветви ВАХ.

3. Включить тумблер «Сеть» блока облучения на задней панели, установить светофильтр 5. Регулятором «Установка нуля» установить на цифровом индикаторе значений фототока 0 (мкА).

4. Установить светофильтр 1 и выждать 10 мин. При этом на цифровом индикаторе должно появиться значение тока при  = 0.

5. С помощью кнопок «+» и «-» изменять подаваемое на анод фотоэлемента напряжение в пределах от 0 до 10 В с шагом 1 В, одновременно считывая значения фототока на блоке индикации.

6. Нажать «Сброс». Установить режим измерения обратной ветви ВАХ.

7. С помощью кнопок «+» и «-» изменять подаваемое напряжение в обратном направлении в пределах от 0 до 1 В с шагом 0,5 В, считывая значения фототока.

8. Повторить п.п. 4-7 для светофильтров 2-4. Результаты измерений (λ = 407 нм) для каждого светофильтра занести в таблицу 5.1.

Длины волн максимумов пропускания светофильтров 1-4 приведены в таблице 5.2.

9. Отключить кнопку «Сеть» приборов.

10. Построить ВАХ для всех светофильтров.

11. Найти число фотоэлектронов, выбитых в единицу времени

                                                      (5.1)

для каждой ВАХ и результаты занести в таблицу 5.2.

12. Для найденных задерживающих потенциалов , соответствующих каждым двум значениям λ, оценить постоянную Планка по формуле

,                                          (5.3)

где с = 3·108 м/с. Сопоставить среднюю величину h с наибольшим значением.

13. Оценить погрешность (Δh).

Таблица 5.1.

пр. В

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Iпр.мкА

обр. В

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Iобр.мкА

Таблица 5.2

N

1

2

3

4

λ, нм

407

435

546

578

h

6. Контрольные вопросы

1. В чем заключается явление внешнего фотоэффекта?

2. Что называется «красной границей» фотоэффекта?

3. В чем заключаются законы фотоэффекта?

4. Как на основе уравнения Эйнштейна для фотоэффекта объяснить основные законы фотоэффекта?

5. Когда достигается ток насыщения?

6. Почему при  = 0 фототок не равен нулю?

7. В чем заключается физический смысл задерживающей разности потенциалов?

Список литературы

1. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1999.

2. Савельев И.В. Курс физики. Т. 3. – М.: Наука, 1998.

3. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1998.

8


G

+             –

Рис. 2.1

EMBED Equation.3  

0

Ускоряющее поле

EMBED Equation.3  

в

а

   I

IН2

IН1

 Ф21

Ф1

Рис. 2.2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

43917. Гидравлика. Жидкие среды 1.71 MB
  Гидравлическая классификация основана на разности в скоростях падения частиц (зерен) материала неодинаковой величины и плотности, находящихся во взвешенном состоянии в водной среде. Частицы классифицируются в основном в условиях их стесненного падения, при этом одновременно
43918. Методика організації самостійної роботи майбутніх інженерів-педагогів при викладанні дисципліни «Деталі машин» (на прикладі Української інженерно-педагогічної академії) 1.9 MB
  Вища освіта України завжди була дуже високої якості. Такою вона залишається і сьогодні. Випускники ВНЗ України, особливо фізико-математичного, медичного, авіаційного, морського, інженерно-технічного і хіміко-технологічного профілів, працюють і мають авторитет практично у всіх країнах світу.
43919. Модернизация учебной лабораторной установки для лаборатории гидравлики и теплотехники кафедры 34, МГИУ 3.17 MB
  По мере прикрытия дросселя общий уровень давления в вихревой трубе повышается, и расход холодного потока через отверстие диафрагмы увеличивается при соответствующем уменьшении расхода горячего потока. При этом температуры холодного и горячего потоков также изменяются.
43920. Проект разработки средств мокрой очистки технологических газов и мероприятий по охране труда в условиях мартеновского цеха ОАО «Запорожсталь» 927.5 KB
  В разделе КИП и А разработаны системы автоматического контроля и регулирования газоочистной установки мартеновской печи №7 ОАО Запорожсталь. Технология выплавки стали в мартеновских печах Устройство мартеновской печи Современная мартеновская печь представляет собой сложное техническое сооружение и состоит из двух основных частей: верхнего строения включающего рабочее пространство и головки печи и нижнего строения состоящего из шлаковиков боровов регулирующих устройств регенераторов и газопроводов.1...
43921. Использование сети Интернет в системе маркетинговых коммуникаций: состояние и перспективы развития на примере ОАО «Брестский райагросервис» 12.07 MB
  Как совокупность средств это комплекс содержания, носителей и способов передачи маркетинговой информации, позволяющий осуществлять информационные связи, контакты в виде рекламы, отношений с общественностью, прямого маркетинга (включая личные контакты) и смешанных видов (включая выставки, ярмарки и другие формы содействия продажам, сбыту).
43922. Использование ресурсов сети Интернет при изучении тем раздела «Социальная информатика» на базовом уровне 25.76 MB
  Под телематикой ученым понимается обработка информации на расстоянии. За этим стоит простая и глубокая мысль: развитие каналов связи отражает и уровень компьютеризации и объем накопленной информации и объективную потребность общества во всех видах информационного обмена и другие проявления информатизации. В последние полвека в развитых странах мира пропускная способность коммуникационных сетей передачи информации возрастала в среднем примерно в 10 раз за десятилетие. Развитие средств хранения передачи и обработки информации в...
43923. Разработка рекомендаций, направленных на совершенствование организации бухгалтерского учета и повышение эффективности использования денежных средств в ОАО «РЖД» 762.5 KB
  Денежные средства характеризуют начальную и конечную стадии кругооборота хозяйственных средств скорость движения которых во многом определяет эффективность всей деятельности организации. В условиях рыночной экономики следует исходить из принципа что умелое использование денежных средств может приносить организации дополнительный доход так как временно...
43924. Театралізовані ігри як засіб розвитку творчих здібностей першокласників на уроках музики 353.5 KB
  Театралізована гра як засіб розвитку творчих здібностей першокласників Загальна характеристика театралізованих ігор як методу розвитку творчих здібностей молодших школярів Методика розвитку творчих здібностей учнів 6річного віку в процесі використання театралізованих ігор на уроках музики Мистецтво з його унікальними можливостями цілісного впливу на особистість виступає не тільки джерелом естетичного виховання а й універсальним засобом творчого розвитку дитини.
43925. Системы налогообложения физических лиц в России на примере общества с ограниченной ответственность (ООО) «САПР ГРУПП» 961.5 KB
  В частности для обеспечения выполнения своих функций – защита внешних границ поддержание порядка внутри государства строительство содержание государственного аппарата и так далее – государству приходится облагать в том числе доходы и имущество граждан. Повышение налогов с населения увеличивает доходы бюджета только на один налоговый период так как уже в следующем база для их уплаты может резко сократиться. С другой стороны налог на доходы и имущество физических лиц имеет большое значение для формирования бюджета государства и его...