Контрольные вопросы к заданию № 2.3

1. Что понимают под красной границей фотоэффекта?

2. Каким уравнением определяется частота света при красной границе фотоэффекта?

3. Что понимают под термином задерживающее напряжение?

4. От чего зависит величина задерживающего потенциала?

5. Как связаны между собой граничная длина волны ₀ и граничная частота v₀?

Рекомендуемая литература

[5], [6], [9], [10], [11], [13], [14].

Задание № 2.4 Снятие вольтамперной характеристики электровакуумного фотоэлемента. Определение работы выхода (компьютерная модель).

Цель задания – Снятие ВАХ электровакуумного фотоэлемента. Экспериментальная проверка закона Столетова

Приборы и принадлежности - компьютерная модель виртуального лабораторного практикума изучения внешнего фотоэффекта [15].

Подготовка к заданию:

Запустите программу «Открытая физика», в содержании найдите раздел «Квантовая физика», а затем – виртуальную модель «Фотоэффект». Модель является компьютерным экспериментом по исследованию закономерностей внешнего фотоэффекта. Окно модели «Фотоэффект» представлено на рис. 2.7. Рассмотрим детально информационные поля этой компьютерной модели, их шесть.

Рис.2.7. Окно виртуальной модели «Фотоэффект»

На верхнем левом информационном поле изображена схема установки для изучения внешнего фотоэлемента. Световые лучи от источника излучения попадают на поверхность катода. Фотоэлектроны, перемещающиеся от катода к аноду, изображаются движущимися точками.

Левое среднее информационное поле содержит данные о численном значении длины волны падающего света l, нм. Движок на линейке прокрутки позволяет изменять цвет источника света, перемещаясь от одной спектральной области к другой. Изменение длины волны сопровождается изменением окраски световых лучей, падающих на входное окно фотоэлемента.

Левое нижнее информационное поле отражает численное значение мощности падающего излучения. В реальном физическом эксперименте для изменения мощности падающего излучения можно изменить расстояние между источником света и фотоэлементом. В рассматриваемой компьютерной модели мощность излучения изменяется от 0,0 до 1,0 мВт, используя движок линейки прокрутки мощности. Электрическая схема виртуальной установки для изучения внешнего фотоэффекта содержит амперметр, вольтметр, реостат и источник питания. В верхнем правом информационное поле расположена вольтамперная характеристика фотоэлемента (зависимость фототока I в трубке от разности потенциалов U между анодом и катодом), полученной при заданной мощности излучения, а также данные о численном значении энергии кванта hv, эВ и силе тока в цепи I,мА. Красной точкой на графике выделено «текущее» значение параметров виртуального эксперимента – сила тока в цепи I, при разности потенциалов U.

Значение разности потенциалов и полярность на фотоэлементе отображается в нижнем правом информационном поле. Напряжение изменяется с помощью движка на линейке прокрутки от -3,0 В до +3,0В. Обратите внимание, что при переходе от запирающего напряжения к прямому изменяется полярность источника питания, изображенногона верхнем левом рисунке.

Порядок выполнения задания № 2.4

1.Установите длину волны падающего излучения l = 380 нм.

2. Установите мощность падающего излучения Р = 1 мВт, подайте на фотоэлемент прямое напряжение. Понаблюдайте, как зависит фототок от напряжения, результаты измерений занесите в таблицу 3.

Таблица 3

l,нм	Р,мВт	U, В	I, мА
		0,0
		0,5
		1,0
		1,5
		2,0
		2,5
		3,0

3. Повторите п.2 для значений Р = 0,7 мВт; Р = 0,3 мВт. Полученные результаты представить в виде продолжения таблицы 3.

4. На листе миллиметровой бумаги постройте семейство трех вольтамперных характеристик. Укажите на графике значение мощности падающего излучения для каждой кривой.

5. Какими особенностями обладает каждая вольтамперная характеристика (наличие линейного и горизонтального участков)?

6. Как зависит от мощности падающего излучения положение участков насыщения (I_нас, мА) на вольтамперных характеристиках? Заполните таблицу 4.

Таблица 4

l,нм	№	Р, мВ	Iнас, мА
	1	1,0
	2	0,7
	3	0,3

7. Самостоятельно сформулируйте закон Столетова, используя данные таблицы 4.