Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 57
ОПРЕДЕЛЕНИЕ "КРАСНОЙ ГРАНИЦЫ" ФОТОЭФФЕКТА
Задача работы: освоить один из методов определения "красной границы" фотоэффекта.
I. Указания к самостоятельной работе При подготовке к лабораторной работе необходимо:
1. Проработать по любым учебным пособиям теоретический материал, соответствующий разделу "квантовая физика" рабочей программы дис циплины "Физика": энергия и импульс световых квантов; фотоэффект.
2.Приготовить бланк отчета о лабораторной работе.
3. Прорешать задачи для защиты работы.
2. Описание установки и метода измерений
Установка состоит из лампы накаливания I, питающейся от источ ника постоянного напряжения, вращающейся обоймы со светофильтрами 2, вакуумного фотоэлемента 3, милливольтметра 4, гальванометра 5, потенциометра 6 (рис.8).
Вращая обойму со светофильтрами, можно направить на фотоэле мент излучение определенной частоты. Величина фототока регистриру ется гальванометром, источник напряжения включен отрицательным по люсом к аноду фотоэлемента, положительным - к катоду. Электричес кое поле между анодом и катодом препятствует движению электронов в сторону анода. Если кинетическая энергия электронов, освобожден ных с катода, равна работе по преодолению задерживающего напряже ния, то сила фототока в цепи становится равной нулю, что и зареги стрирует гальванометр. Милливольтметром регистрируется задерживаю щее напряжение.
3. Программа работы
1.Определение запирающего напряжения U3 Для спектральных линий
Различных частот νi.
2. Определение "красной границы" фотоэффекта νкр.
Рис.8. Схема экспериментальной установки
4. Порядок работы
5. Направить на фотоэлемент излучение через красный светофильтр ( ν1=4,76*1014 с-1).
8.Рассчитать "красную границу" фотоэлемента νкр.
9. абсолютную и относительную погрешности νкр.
U3=f(ν)
5. Вопросы для самоконтроля
21. Чем определяется значение пороговой частоты фотоэффекта?
22. Какие приборы называются фотоэлементами?
6. Знания и умения
Для получения допуска к работе студент должен:
1. Подготовить бланк отчета о лабораторной работе. 2. Знать задачу к программу работы.
3. Уметь объяснить, в чем заключается внешний фотоэффект. 4. Знать, как оценить погрешности величин ^; ^Щ? 5^.
Для получения зачета по теории студент должен:
1. Знать определения всех используемых в работе физических вели чин, определения единиц их измерения.
Для защиты работы студент должен:
7. Содержание отчета
где U3 - запирающее напряжение, препятствующее движению фото электронов, выбитых из катода фотоэлемента светом час тоты ν1 , ν2 - запирающее напряжение, препятствующее движению фотоэлектронов, выбитых из катода фотоэлемен та светом частоты
Абсолютная погрешность "красной границы" фотоэффекта
Δνкр=
4. Результаты наблюдений и вычислений
I. Измерение запирающего напряжения
Таблица б
|
Цвет светофильтра |
красный |
оранжевый |
желтый |
синий |
зеленый |
|
ν * 1014, с-1 |
4.78 |
5.07 |
5.24 |
5.86 |
5.36 |
|
U3 * 10-3, в |
2. Расчет "красной границы" фотоэффекта абсолютной и относитель ной погрешности
νкр = . . . ; Δνкр= . . . . ;
Δνкр = . . .. . . . ;
νкр
8. Задачи для защиты работы
1. Определить длину волны "красной границы" фотоэффекта для
а) цезия (работа выхода А = 1,9 эВ); б) меди (работа выхода А =
= 4,5 эВ), К какой области спектра электромагнитного излучения
принадлежит эти длины волн?
Ответ: λ1=660нм; λ2=280нм.
Ответ: I'нас=2Iнас
4. При освещении катода фотоэлемента монохроматическим светом в его цепи течет ток насыщения силой Iнас. Изобразить зависи мость силы этого тока от концентрации N фотонов в световом потоке.
5. Как с помощью вольт-амперной характеристики фотоэлемента оп ределить число электронов, выбиваемых светом с поверхности катода в единицу времени.
Приложение I
Внешний фотоэффект
Электрические явления, происходящие в веществах под действием света, называются фотоэлектрическими. К ним относятся изменение электрической проводимости, возникновение ЭДС, эмиссия электро нов. Внешний фотоэффект - испускание (эмиссия) электронов в окру жающую среду твердым телом или жидкостью под действием света. Фотоэффект - квантовое явление, объясняемое квантовой теорией света, согласно которой свет представляет собой поток частиц (фото нов). Энергия фотона
ε=hν
где h, - постоянная Планка; ν - частота излучения.
Внешний фотоэффект - результат трех последовательных процессов: а) поглощение фотона электроном; б) движение электрона, обладающе го избыточной энергией к поверхности тела; в) прохождение электро на через поверхностный потенциальный барьер. В последнем процессе он затрачивает энергию, равную работе выхода А (рис.9).
\д/. -, г
Рис.9. Схематическое изображение границы металл-сред
Основное уравнение внешнего фотоэффекта (уравнение Эйнштейна) пред ставляет собой закон сохранения энергии:
hν=A+Wk max (2)
где Wk max максимальное значение кинетической энергии эмитированного электрона (фотоэлектрона).
При значении U=U3 задерживающего напряжения ток в цепи (рис.8) прекращается: даже самые быстрые фотоэлектроны не могут достичь анода. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов находится из уравнения
Wk max=eU3
Из выражение (1) и (2) следует
eU3=hν-A (3)
Для частот ν1 и ν2
hν1=A+eU31
hν2=A+eU32 (4)
Отсюда
h= eU31 - eU32
ν1 - ν2 (5)
A= e(U31ν2 - U32ν1)
ν1 - ν2 (6)
Разделив выражение (6) на (5), получим частоту νкр, при которой возможен фотоэффект:
νкр= U31ν2 - U32ν1
U31 - U32 (7)
Зависимость(З) можно представить в виде графика eU3=f(ν)(рис.10), который представляет собой прямую, отсекающую по оси абсцисс частоту ν , равную пороговой частоте νкр, по оси ординат - отрезок, численно равный работе выход А.
eU3 Дж
φ ν. С-1
ν0
А
Действительно, при ν=0, eU3=A – отрезок отсекаемый прямой eU3=f(ν)- по оси ординат; при eU3=0, ν=νa=A/h – отрезок, отсекаемый прямой eU3=f(ν)по оси абсцисс.