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

7 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

8058. Закономерности и функции процесса обучения 23.44 KB
  Закономерности и функции процесса обучения Процесс обучения может быть представлен следующими основными функциями: образовательная, воспитательная и развивающая. К функции образования относится овладение учащимися научными знаниями и умениями, а так...
8059. Принципы обучения. Характеристика принципа обучения 25.22 KB
  Принципы обучения. Характеристика принципа обучения Для организации учебного процесса необходимы конкретные указания, которые не содержаться в закономерностях обучения. Практические указания содержатся в принципах и правилах обучения. Дидактические ...
8060. Понятие метод обучения. Различные подходы к классификации 24.46 KB
  Понятие метод обучения. Различные подходы к классификации Сущность обучения состоит во взаимодействии учителя и учащихся с целью усвоения, учениками содержания социального опыта, их воспитания, формирования научного мировоззрения. Успех воспитания и...
8061. Истории возникновения и развития форм обучения 29.59 KB
  Истории возникновения и развития форм обучения Формы организации обучения имеют долгую историю. На заре человечества опыт и знания передавали детям в процессе разнообразной трудовой деятельности. Трудовая деятельность выступала универсальной формой ...
8062. Формы организации обучения и их характеристика 25.25 KB
  Формы организации обучения и их характеристика Форма организации обучения - это внешнее выражение согласованной деятельности учителя и учеников, упаковка для содержания обучения. Они возникают и совершенствуются в связи с развитием дидактичес...
8063. Классно-урочная система обучения и её признаки 24 KB
  Классно-урочная система обучения и её признаки Классно-урочная система обучения, возникшая еще в XVII веке, образовалась и развивалась благодаря деятельности великих деятелей педагогической науки И. Лойолы, И. Штурма, Я. А. Коменского. Классно-урочн...
8064. Понятие урок. Типология и структура урока 25.14 KB
  Понятие урок. Типология и структура урока Урок - это законченный в смысловом, временном и организационном отношении отрезок (этап, звено, элемент) учебного процесса. На каждом уроке решается триединая цель: обучить, воспитать, развить. Урок явл...
8065. Контроль и оценка знаний учащихся 25.97 KB
  Контроль и оценка знаний учащихся. Одним из важнейших звеньев процесса обучения является контроль усвоения знаний. Он показывает, насколько полно и глубоко усвоены знания как на уроке, так и в системе уроков, а также вносит коррективы в организацию ...
8066. Подготовка учителя к уроку. Анализ и самооценка урока 21.66 KB
  Подготовка учителя к уроку. Анализ и самооценка урока. Подготовку учителя к уроку можно разделить на два больших этапа. Планирование урока. Составляется тематический план - отражение единства и взаимосвязи всех форм организации по данному пр...