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

55130. Современная банковско-кредитная система. Центральный банк и его функции 20.93 KB
  ентральный Банк Российской Федерации является мощнейшим центром кредитной системы нашей страны. Он создан на базе бывшего Государственного банка СССР, который располагал широкой сетью филиалов. Ныне является главным банком страны
55132. Складання презентації для пояснення нового матеріалу 86 KB
  Зміст містить елементи науковості Ілюстрації графічні музичні відео в певних випадках не відповідають тексту Є орфографічні пунктуаційні стилистичні помилки Набори числових даних частіше за все проілюстровані графіками та діаграмами...
55133. Складання структурно-змістовного планування теми 67 KB
  Нові поняття і терміни, що формують науковий світогляд школярів та нові технологічні дії, що формують систему інформаційно-технологічних знань та вмінь;
55134. Эффективность денежно-кредитной политики. Проблема сочетания денежно-кредитной и фискальной политик 18.94 KB
  Опыт проведения кредитно-денежной политики в различных странах позволил выявить ее сильные и слабые стороны, а также факторы повышения ее эффективности.
55135. Механизм денежно-кредитной политики и ее воздействие на макроэкономические цели 19.34 KB
  Денежно-кредитная (монетарная) политика — это политика государства, воздействующая на количество денег в обращении с целью обеспечения стабильности цен, полной занятости населения и роста реального объема производства. Осуществляет монетарную политику Центральный банк.
55136. Денежно-кредитная политика. Виды денежно-кредитной политики 22.44 KB
  Денежно-кредитная политика – совокупность мероприятий в области денежного обращения и кредита, направленных на регулирование экономического роста, сдерживание инфляции, обеспечение занятости и выравнивание платежного баланса. Она служит одним из важнейших методов вмешательства государства в процесс воспроизводства.
55137. Порівняння стилів програмування 114 KB
  Стиль Олмана llmn Названий за іменем Еріка Олмана хакера з Берклі який написав у такому стилі багато утиліт для BSD. Стиль GNU Використовується у вихідних кодах проекту по розробці вільного програмного забезпечення GNU.