Искусство
Языки
Языкознание
Вычислительная техника
Информатика
Экономика
Финансы
Психология
Биология
Сельское хозяйство
Ветеринария
Медицина
Юриспруденция
Право
История
Физика
Экология
Этика
Промышленность
Энергетика
Связь
Автоматика
Электротехника
Философия
Религия
Логика
Химия
Социология
Политология
Геология
Лабораторна робота 64-1. Лабораторна робота 641 Дослідження фотоефекту І визначення сталої планка та роботи виходу електрона
 Скачать 82.5 Kb.
|
Лабораторна робота №64-1Дослідження фотоефекту і ВИЗНАЧЕННЯ СТАЛОЇПЛАНКА ТА РОБОТИ ВИХОДУ ЕЛЕКТРОНАМета роботи:Дослідити явище зовнішнього фотоефекту і визначити величину сталої Планка та роботи виходу електрона. Теоретичні відомості:В даній роботі стала Планка h та робота виходу  електрона за поверхню метала знаходяться з рівняння Ейнштейна для зовнішнього фотоефекта. Явище фотоефекта докладно розглянуто у [1-6].Елементарний акт зовнішнього фотоефекта з точки зору квантової теорії включає наступні процеси: опромінення атома електромагнітною хвилею - фотоном з частотою  і передача енергії hν кванта світла електрону; подолання електроном потенційного бар'єру і вихід за межі металу. Для подолання потенціального бар'єру електрон виконує роботу виходу  за рахунок енергії поглинутого кванта. Залишкова енергія йде на набуття електроном кінетичної енергії і швидкості V.Рівняння Ейнштейна, що виражає собою закон збереження енергії в елементарному акті зовнішнього фотоефекта, має вигляд  . (1)Цю формулу можна записати через довжину світлової хвилі  , з огляду на співвідношення  , де c - швидкість світла у вакуумі . (2)Фотоелектрони, що залишили провідник, мають швидкості від 0 до деякої максимальної VМ . Максимальна швидкість VМ фотоелектронів може бути знайдена з таких міркувань; На фотоелектрон у просторі над поверхнею провідника можна впливати зовнішнім електричним полем і гальмуючим електричним полем можна, погасивши кінетичну енергію електрона, зменшити його швидкість до нуля. При цьому робота електричного поля  (де  затримуюча напруга) чисельно дорівнює початковій кінетичній енергії електрона . (3)З огляду на вище сказане рівняння Ейнштейна (1) набуде вигляду:  . (4)З (4) випливає, що величина  є зростаючою лінійною функцією частоти .Якщо визначити величину затримуючої напруги для двох частот світла, то можна записати систему двох лінійних рівнянь відносно сталої Планка h та роботи виходу у вигляді . (5)Рзв'язуючи систему рівнянь (5) одержуємо розрахункові формули  . (6)експериментальні дослідження:Експериментальна установка для дослідження зовнішнього фотоефекту складається з (Див.Рис.1): Джерела живлення , світловипромінюючих діодів 1-3, перемикача SW1, вакуумного фотоелементу із зовнішнім фотоефектом  , подільника напруги R3, R4, потенціометра Р1, мікроамперметра РА1 та вольтметра РА2. Вакуумний фотоелемент із зовнішнім фотоефектом , освітлюється світлом випромінюючого діоду . Фотоелемент підключено в електричне коло до мікроамперметра РА1, який вимірює величину фотоструму. Між фотокатодом і анодом фотоелемента створюється електричне поле за рахунок напруги від подільника напруги R3,R4 , який живиться від джерела постійної напруги . Напруга Uна фотоелементі може змінюватись за допомогою потенціометра Р1 і виміряється вольтметром РА2. У роботі використовується набір світловипромінюючих діодів з довжинами хвиль випромінювання λ1=455 нМ(синій), λ2=565 нМ (зелений), λ3=590 нМ (жовтий).Хід виконання роботи Таблиця 1.
I. Ознайомитися з конструкцією і складом установки. 2. Освітлюючи фотоелемент світлом різних кольорів (довжин хвиль) – колір вибирається, включаючи відповідний світловипромінюючий діод перемикачем SW1 і, змінюючи потенціометром Р1 напругу U на фотоелементі, виміряти фотострум І при різних напругах гальмуючого й прискорюючого електричних полів. При гальмуючих напругах на фотоелементі, крок зміни напруги U варто брати рівним одній поділці шкали вольтметра. Результати вимірів занести в Таблицю. Обробка результатів вимірювання:1. Побудувати графіки вольтамперних характеристик  для двох відомих довжин хвиль (частот) світла.2. Користуючись графіком, визначити значення замикаючої напруги, при якій величина фотоструму І=0, для кожної з довжин хвиль. 3. За рівняннями (6) розрахувати значення сталої Планкаh та роботи виходу . Значення представити в одиницях системи СІ й в електрон-вольтах.При виконанні розрахунків можна використовувати комп'ютерну математичну програму MCAD [7]. 4. Остаточний результат записати у вигляді  5. Проаналізуйте одержані результати і висновки запишіть до протоколу. Контрольні питання1. У чому полягає сутність фотоелектричних явищ і їхня роль у поясненні природи світла? 2. Що таке червона границя фотоефекту? 3. Що таке робота виходу електрона і на які процеси вона витрачається при зовнішньому фотоефекті? 4. Сформулювати закони зовнішнього фотоефекту і пояснити фізичну суть рівняння Ейнштейна. 5. Вивести формулу, за якою розраховується стала Планка. Література
|