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

50 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

21073. КАЧЕСТВО, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ ПРОДУКЦИИ НА ПРЕДПРИЯТИИ 1.86 MB
  Понятие и показатели качества Современная рыночная экономика предъявляет принципиально иные требования к качеству выпускаемой продукции. А конкурентоспособность связана с двумя показателями –уровнем цен и уровнем качества продукции. В соответствии с ГОСТ 1546779 СССР €œКачество –совокупность свойств продукции обуславливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением.
21074. МАТЕРИАЛЬНЫЕ И НЕМАТЕРИАЛЬНЫЕ АКТИВЫ 100.5 KB
  Чем выше для оборудования в стоимости ОПФ тем при прочих равных условиях больше выпуск продукции выше показатель фондоотдачи. Доля зданий в общей стоимости ОПФ наиболее велика в лёгкой пищевой промышленности 44 сооружений – в топливной 17 машин и оборудования – в машиностроении 45. Улучшению структуры ОПФ способствует: обновление и модернизация оборудования; совершенствование структуры оборудования за счёт прогрессивных машин и станков; ликвидация лишнего оборудования и т. Моральный износ – это уменьшение стоимости машин и...
21075. Мотивация труда 34.5 KB
  не денежные методы мотивации результативности деятельности персонала предприятия могут быть сведены к следующему: гибкие рабочие графики что может быть особенно актуальным для значительного количества работников охрана труда вопросы связанные с возможностью продвижения по службе карьера и т. Однако следует отметить что значимость мотивационных элементов всех групп не снижает и значения тех элементов которые связаны с оплатой труда работников. За границей распространены системы материального стимулирования в форме участия в прибыли...
21076. ОБОРОТНЫЕ СРЕДСТВА ПРЕДПРИЯТИЯ 95 KB
  Понятие состав и структура оборотных средств предприятия. Нормирование оборотных средств предприятия. Измерение эффективности использования оборотных средств. Понятие состав и структура оборотных средств предприятия.
21077. Экологическая экспертиза 96 KB
  Сущность экологической экспертизы и ее объекты Экспертиза от лат. Основными задачами экологической экспертизы являются: организация научно обоснованной комплексной оценки объектов экологической экспертизы; определение степени экологической безопасности уровня экологичности запланированной или осуществляемой деятельности проведение комплексной экологоэкономической оценки взаимодействия экосистем с деструктивными антропогенными факторами; достижение соответствия объектов экспертизы требованиям экологического законодательства...
21078. Экологический маркетинг 80.5 KB
  Это определение можно детализировать таким образом: маркетинг комплекс мероприятий направленных на определение и анализ факторов которые влияют на процессы продвижения товаров от производителя к потребителям и учет их в производственносбытовой деятельности предприятий с целью обеспечения условий продолжительного выживания и развития на рынке. Главной задачей экологического маркетинга является формирование рынка экологических товаров с целью разрешения противоречий между экономическим развитием и необходимостью сохранения и улучшения...
21079. Экологический менеджмент на предприятии 124.5 KB
  Можно сказать что экологический менеджмент это тип управления принципиально ориентированный на формирование и развитие экологического производства и экологической культуры жизнедеятельности человека. Предметом экологического менеджмента являются прежде всего экологические природоохранные ресурсосберегающие и т. Конечной целью экологического менеджмента является минимизация отрицательных влияний бизнесдеятельности на окружающую природную среду достижение высокого уровня экологической безопасности процессов производства и потребления...
21080. Экологический учет, аудит и страхование на предприятии 112 KB
  Общие требования к системе экологического учета на предприятии Экологический учет как управленческий и информационный инструмент управления окружающей природной средой в современном виде сложился не сразу и его формирование продолжается. Обычно информация по первой и второй из перечисленных позиций объединяется под общим понятием собственно экологического учета который еще называют статистическим учетом. Специалисты большинства стран подчеркивают важность соблюдения относительно экологического учета таких общих принципов: сравнимость...
21081. Общетеоретические основы экономики природопользования в контексте проблемы функционирования хозяйственного механизма природопользования 111.5 KB
  Экологизация общественного производства 1. Природопользование представляет собой основную область и форму взаимодействия общественного производства и окружающей среды. Рациональное природопользование это процессы касающиеся рационального использования природных ресурсов воспроизводства отдельных природных ресурсов и элементов окружающей среды а также по охраны природы.13]: 1 социальноэкономические непосредственные связи в сфере производства; 2 экологические непосредственные связи в биоценозах экосистемах; 3...