Внешний фотоэффект

 
 
 

ЦЕЛЬ  РАБОТЫ: 

1. Знакомство  с квантовой моделью внешнего фотоэффекта.
2. Экспериментальное подтверждение закономерностей внешнего фотоэффекта.
3. Экспериментальное определение красной границы фотоэффекта, работы выхода фотокатода и постоянной Планка.

 

ХОД РАБОТЫ: 

 

Задание 1. Провели компьютерный эксперимент. При заданных значениях светового потока Р и напряжения U исследовали зависимость фототока I от длины волны l падающего света. При увеличении длины волны сила тока уменьшается от 1 до 0, а ВАХ становится всё более пологой и в конечном итоге превращается в прямую, горизонтальную линию. Проследим это по следующим графикам при разных l. 

 

 

 

Задание 2.  Провели компьютерный эксперимент. При заданных значениях длины волны l и напряжения U исследовали зависимость фототока I от величины светового потока Р падающего света. При увеличении светового потока от 0 до 1 мВт наблюдали увеличение силы тока от 0 до 1 мА, следовательно, максимальное в этой программе максимальное значение фототока – 1 мА. Проследим это по следующим рисункам: 

 

 
 
 
 

 

Задание 3.  Провели компьютерный эксперимент. При заданных значениях длины волны l и светового потока Р исследовали зависимость фототока I от величины напряжения. При изменении напряжения в пределе от -3В до -1В фототок принимает значения 0 мА. На следующем интервале изменения напряжения от -1В до 1В фототок возрастает приблизительно по линейному закону. И на последнем интервале от 1В до 3В возрастание фототока прекращается, и он принимает значение, равное 1-му миллиамперу.  

 
 

Используя формулы: eU_з=mv²/2 и W=mv²/2=hc/λ найдем значение U_з: 

                                                

                                                         (1)

где е – заряд электрона, h – постоянная Планка, с – скорость света 

Запирающая  разность потенциалов определяет максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов (U_зап=3,26 В). Из выражения (1) видно, что запирающая разность потенциалов обратно пропорциональна длине волны света и никаким образом не зависит от светового потока Р. 
 
 

Задание 4.  Используя приведенную в программе характеристику (ВАХ), нашли красную границу фотоэффекта. Для этого постепенно увеличивая длину волны облучения фотокатода, перемещали метку на спектре. Добившись полного отсутствия фототока  зафиксировали самую большую длину волны при которой фототок еще присутствует (красная граница фотоэффекта) l_кр=623 нм. Вычислим работу выхода (А) материала фотокатода, используя длину волны красной границы фотоэффекта: 

 

А_вых= 2,1 эВ, воспользовавшись таблицей значений работы выхода для некоторых материалов, можно сказать, что данный результат справедлив для рубидия.

      Определим постоянную Планка. Для этого сначала установим значение запирающего напряжения в соответствии. Перемещая мышью вертикальную метку на спектре, установим такое максимальное значение длины волны, при котором прекращается фототок.  

 

Построим график зависимости напряжения запирания (U_З) от обратной длины волны (1/l): 

 

    Определите  постоянную Планка, используя график и формулу 

=6,67*10^-34 
 

Задание 5.  Определим максимальную скорость фотоэлектронов, если фотокатод освещен лучами с l = 400нм, воспользовавшись выражением: 

, отсюда:  
 

Задание 7.  Найдем красную границу фотоэффекта для натрия (А_Na = 2,5 эВ), вольфрама (А_W = 4,5 эВ) и платины (А_Pt = 6,3 эВ), воспользовавшись формулой: 

 

Для натрия – 499, для вольфрама – 276, для платины – 197 

ВЫВОДЫ:

Экспериментально  подтвердили закономерность внешнего фотоэффекта.

Экспериментально  определили красную границу фотоэффекта, работу выхода фотокатода и постоянную Планка.