ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 а
Изучение явления внешнего фотоэффекта
Цель работы: изучить законы внешнего фотоэффекта, определить постоянную Планку.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Гипотеза Планка получила подтверждение при объяснении явления фотоэлектрического эффекта. Внешним фотоэффектом называется испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения. Фотоэффект был обнаружен в 1887 году Г. Герцем, позднее детально исследован А.Г. Столетовым, схема опыта которого приведена на рис. 1.
К А 
R
В вакуумной трубке с помощью потенциометра R можно менять величину напряжения между катодом К и анодом А и его знак. Облучая катод светом разных длин волн, Столетов установил следующие основные закономерности фотоэффекта.
1.Сила тока, возникающего под действием света, прямо пропорциональна его интенсивности.
2.Для каждого вещества существует «красная граница» фотоэффекта, то есть минимальная частота V0,ниже которой фотоэффект не происходит.
3.Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света и линейно возрастает с частотой излучения.
В 1905 году для объяснения явления фотоэффекта А.Эйнштейн выдвинул квантовую теорию фотоэффекта, согласно которой свет испускается, распространяется в пространстве и поглощается в веществе порциями- квантами(фотонами), энергия которых
, (1)
При этом каждый квант поглощается только одним электроном. Отсюда следует первый закон фотоэффекта. Энергия падающего фотона идет на совершение им работы выхода А из металла и на сообщение вылетевшему фотоэлектрону кинетической энергии:
(2)
это уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта, из которого непосредственно следует вывод второго и третьего законов фотоэффекта. Так, максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с ростом частоты падающего света (третий закон). А с уменьшением частоты света кинетическая энергия фотоэлектронов уменьшается до нуля, при этом
hv0=A (3)
следовательно,
v0=A/h (3а)
-красная граница фотоэффекта для данного материала.
Эксперимент, представленный на рис.1, позволяет получить вольт-амперную характеристику фотоэффекта- зависимость фототока i от разности потенциалов между катодом и анодом U (рис. 2.)
 |
i фототок i
Напр. К-А
U0
рис. 2
С ростом U фототок I постепенно возрастает, т.е. все большее число фотоэлектронов достигает анодов, и достигает насыщения Iнас При U=О фототок не исчезает, то есть электроны, выбитые из катода, обладают некоторой начальной скоростью v, позволяющей им достигнуть анода без внешнего поля. Для того чтобы фототок стал равным нулю, необходимо приложить задерживающее напряжение U0, измерив которое, можно определить максимальное значение скорости и кинетической энергии фотоэлектронной:
mvmax2/2=qU0 (4)
Приборы и оборудование
Основные блоки установки- блок облучения, содержащей лампу ДРС-50, блок, содержащий фотоэлемент и блок управления и индикации, на передней панели которого размещены кнопка «прям-обр» для выбора режима измерения прямой и обратной ветви ВАХ фотоэлемента, цифровой индикатор значений фототока (мкА) и напряжения (В) фотоэлемента. Интервал регулирования напряжений кнопками «+», «-», «сброс» от 0 до 10 В прямом режиме и от 0 до 1В-в обратном.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Включить тумблер «Сеть» на задней панели блока управления и индикации. При этом должны загораться индикаторы 000
2. Нажать «сброс». Установить режим измерения прямой ветви ВАХ
3. Включить «сеть» блока облучения.
4. С помощью кнопок «+» и «-» изменяем подаваемое на анод фотоэлемента напряжение, одновременно считывая фототока на блоке индикации.
5. Нажать «сброс». Установить режим измерения обратной ветви ВАХ
6. Повторить п.4.
7. Сменить светофильтры, повторить П. 2-6.
8. Отключить «Сеть» приборов.
9. Построить ВАХ
10. Найти число фотоэлектронов, выбитых в единицу времени: n=iн/е, где е=1,6*10-19Кл
11. Для найденных задерживающих потенциалов U0, соответствующих двум λ, оценить постоянную Планка по формуле:
(6)
где с=3*108м/с.
12.Оценить погрешность.
Контрольные вопросы
v В чем состоит явление внешнего фотоэффекта
v Что такое «красная граница» фотоэффекта
v Сформулировать законы фотоэффекта
v Вывод второго и третьего фотоэффекта на основе уравнения Эйнштейна
v Объяснить ход прямой и обратной ветвей графика зависимости фототока от напряжения между катодом и анодом.