41940

Изучение внешнего и внутреннего законов фотоэффекта

Лабораторная работа

Физика

Цель работы: Изучить законы фотоэффекта вычислить постоянную Планка вычислить работу выхода. Так как фотон движется со скоростью света то он обладает импульсом с абсолютной величиной p = mc = hv c Работа выхода. энергия ε которую нужно сообщить электрону для того чтобы он вырвался с максимальной скоростью Vm из пластины характеризуемой работой выхода А определяется соотношением: ε =1 2 mVm 2 А = eUeU0 где U0 =А e – потенциал...

Русский

2015-01-26

83.44 KB

6 чел.

Левашев И. РТ-21

Лабораторная работа №7

Изучение законов фотоэффекта.

Цель работы: Изучить законы фотоэффекта, вычислить постоянную Планка, вычислить работу выхода.

Оборудование:  Источник света, фотоэлемент, вольтметр, амперметр, наборы граничных и селективных светофильтров, линейка.

Основные теоретические сведения и расчетные формулы.

Различают 2 фотоэффекта:  внешний и внутренний.

Внешний фотоэффект- эффект взаимодействия фотона с электроном, при котором  энергия фотона полностью поглащаеться электроном, который потом покидает вещество. Обычно это металл.

Внутренний фотоэффект- при нем энергия фотона не достаточна для отрыва электрона из вещества, но достаточна чтобы электрон стал квазиспособным и участвовал в переносе заряда по веществу, тем самым увеличивая его электропроводность.

Ток насыщения:

                                                     

Красная граница фотоэффекта - если освещать металл светом частоты v0 (или меньшей), то UЗ = 0, т. е. электроны не выйдут из металла даже при наличии некоторого ускоряющего поля. Поэтому найденную таким образом частоту v0 (или соответствующую длину волны λ0=c/v0) называют граничной частотой  или красной границей внешнего фотоэффекта.

Красные границы металлов

Металл

К

Na

Li

Hg

Fe

Ag

Au

Та

λ0, нм

550,0

540,0

500,0

273,5

262,0

261,0

265,0

305,0

Уравнение Эйнштейна: 

ε = 1/2 mVm 2  + А = eU + А = hv  , где h= 6,67×10-34 Дж×с –  постоянная теории квантов, введенная Планком и носящая его имя.

 Так как фотон движется со скоростью света, то он обладает импульсом с абсолютной величиной

                              p = mc = hv/c               

Работа выхода.   энергия  ε, которую нужно сообщить электрону для того, чтобы он вырвался с максимальной скоростью Vm из пластины, характеризуемой работой выхода А определяется соотношением:

ε =1/2 mVm 2 + А = eU+eU0,    

где U0 =А/e – потенциал выхода.

 Схема лабораторной установки:

Ход работы:

1)Изучение законов фотоэффекта. Для зеленого светофильтра:        =555 нм

U,B

0

0,25

1

2

3

4

5

6

8

10

12

14

16

18

20

I, мкА

15

27,4

68,5

114,1

144,7

165,4

180,7

184,4

189

194,4

194,7

200

200

200

200

Для другой освещенности:

U,B

0

0,25

0,5

1

2

3

4

5

6

8

10

12

14

16

18

20

I, мкА

10,5

18,5

29,6

49,5

81,7

104,2

112,5

118,3

123,8

138,7

149,2

152,4

158,1

160,1

162

162,6

U,B

0

0,25

0,5

1

2

3

4

5

6

8

10

12

14

16

18

20

I, мкА

0,77

18,4

31,2

57,2

95,2

114

124,7

1245

129,4

134,7

140,2

140,3

141,5

143,4

145,3

142,3

Для другого светофильтра:       =595 нм

U,B

0

0,25

0,5

1

2

3

4

5

6

8

10

12

14

16

18

20

I, мкА

9,2

23

40

74,3

127,3

156,6

169,2

175,2

183,1

184,3

189

192,6

200

200

200

200

2)Определение зависимости фототока насыщения от величины светового потока:

1/r²

100

82,64

69,44

59,17

51,02

44,44

39,06

34,6

30,86

27,7

25

22,68

20,66

I нас, мкА

200

192,6

180

166

155,6

143,2

136,5

130,5

123,6

120

115

114

109,5

3)Определение постоянной Планка и работы выхода фотокатода с использованием селективных светофильтров:

                                                            =555 нм

U,B

0

-0,05

-0,1

-0,15

-0,2

-0,25

-0,3

-0,35

-0,4

-0,45

-0,5

-0,55

-0,6

-0,65

I, мкА

75,3

66,6

57,1

48,4

40,5

33

25,8

18,4

12

7,3

3,6

0,3

0

-0,55

             м

480

490

525

555

570

580

595

         ,Гц

6,25

6,122

5,714

5,405

5,263

5,172

5,042

Uз, В

-0,9

-0,83

-0,67

-0,55

-0,48

-0,47

-0,45

Расчет постоянной Планка и работы выхода.

 ;                                  

        ;;

;        ;

;    ;

;       ;

; ;  

Доверительные границы          ;

;                  .

Расчет работы выхода:

   ;  

;                                                                                             

;                                    

;

;        

;         ;

4) Определение работы выхода фотокатода с использованием  граничных светофильтров

U=12B.

I, мкА

175

172

180

140

80

146

98

118

151

          м

400

455

400

510

555

485

315

480

340

Работа выхода  

5) Изучение вентильного фотоэлемента

Спектральная характеристика

           м

400

455

400

510

555

485

315

480

340

I, мкА

48

47

48

44

38

45

34

39

44

I, мкА

49

47

44

42

40

38

36

34

32

1/r²

82,6

69,44

59,17

51,02

44,44

39,06

34,6

30,86

27,7

ВЫВОД: В результате расчета постоянной Планка входит в доверительные границы   с вероятностью 0,95.

Расчетная работа выхода-    

с вероятностью 0,95

 Экспериментальная-   

Сравнивая данные видим, что расчетная и экспериментальная (из графика) работы выхода совпадают.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

26357. Франция в годы термидорианской реакции 17.5 KB
  якобинский клуб был закрыт по постановлению Конвента. Термидорианцы поспешили ликвидировать социальноэкономическое законодательство якобинского Конвента. Восставшим удалось захватить здание Конвента. 4 прериаля после ожесточенной борьбы восстание было подавлено вооруженными силами термидорианского Конвента.
26358. Внутренняя и внешняя политика Директории 23.16 KB
  правительственные войска заняли здания Совета пятисот и Совета старейшин и арестовали часть депутатов. Они били войска Австрийской империи и ее союзников в которых царила рутина насаждавшаяся спесивыми бездарными военачальниками. Основные удары по австрийским войскам нанесла французская армия в Северной Италии под командованием Бонапарта. 10 мая он разбил австрийские войска в сражении при Лоди вошел в Милан и вскоре приступил к осаде главной австрийской военной базы крепости Мантуи.
26359. Государственный переворот 18 брюмера 1799 г. Итоги революции 18.89 KB
  Сийес распустил слух об опасном якобинском заговоре и устроил так что те депутаты совета старейшин на которых он не рассчитывал или которых боялся не попали на заседание в котором предполагалось принять задуманные заговорщиками решения. Собравшиеся депутаты единогласно вотировали перенесение законодательного корпуса в СенКлу где оба совета должны были собраться на другой день не ранее полудня. Бонапарт окружённый генералами и офицерами немедленно отправился на заседание совета где произнес короткую речь с обещанием поддерживать...
26360. Бранденбургско-прусское государство во вт.пол. XVII- первой трети XVIII в. 29.76 KB
  XVII первой трети XVIII в. Социальноэкономическое и политическое развитие Германии в XVIII в. Борьба Пруссии и Австрии за гегемонию в Центральной Европе Господство крепостного права Мекленбург Бранденбург Померания Восточная Пруссия Силезия оставались в XVIII в. Сгон крестьян с земли принимает все более широкие размеры со второй половины XVIII в.
26361. Фридрих II и просвещённый абсолютизм в Пруссии 27.52 KB
  Фридрих II и просвещённый абсолютизм в Пруссии. Фри́дрих II или Фридрих Великий известный также как по прозвищу Старый Фриц нем. Фридрих родился в Берлине 24 января 1712 года при крещении получил имя КарлФридрих. Его отец король Пруссии Фридрих Вильгельм I из династии Гогенцоллернов мать София Доротея Ганноверская дочь короля Англии Георга I.
26362. Просвещенный абсолютизм в Австрии. Реформы Марии-Терезии и Иосифа II 15.02 KB
  Реформы МарииТерезии и Иосифа II. Правление Иосифа II 178090 Сын Марии Терезии Иосиф II ставший соправителем своей матери после 1765 часто вступал с ней в споры по вопросам государственной политики. Демонстрируя просвещенность и добрую волю Иосиф II провозгласил равенство всех подданных перед судом и при сборе налогов. Хотя Иосиф II объявил себя защитником католичества он вел энергичную борьбу с властью папы Римского.
26363. Итальянские войны 1494-1559 г 25.59 KB
  Французские войска вторглись в Италию подчинили Флоренцию и практически не встречая сопротивления в 1495 году заняли Неаполь. 6 июля 1495 года французские войска встретились с армией Венецианской лиги в сражении при Форново и не сумев добиться победы ушли во Францию. В 1496 году испанские войска очистили территорию Италии от французских гарнизонов остававшихся в крепостях а французский гарнизон в Неаполе капитулировал. В 1501 году французские войска вторглись на территорию Неаполя а испанский экспедиционный корпус высадился в Калабрии.
26364. Тридцатилетняя война 1618-1648 г 29.02 KB
  Тридцатилетняя война 16181648 г. Тридцатилетняя война 1618 1648 первый в истории Европы военный конфликт затронувший в той или иной степени практически все европейские страны в том числе и Россию за исключением Швейцарии. Война началась как религиозное столкновение между протестантами и католиками Германии но затем переросла в борьбу против гегемонии Габсбургов в Европе. Последняя значимая религиозная война в Европе породившая вестфальскую систему международных отношений.
26365. Война за испанское наследство 34.66 KB
  Когда же Людовик XIV начал более агрессивно расширять свои территории некоторые европейские державы главным образом Англия и Голландская республика выступили на стороне Священной Римской империи чтобы воспрепятствовать усилению Франции. Другие государства присоединились к союзу против Франции и Испании чтобы попытаться заполучить новые территории или же защитить уже имеющиеся. В результате Филипп V остался королём Испании но лишился права наследовать французский престол что разорвало династический союз корон Франции и Испании. В...