Обработка результатов эксперимента.

1. Графики зависимости фототока фотоэлемента от напряжения

, где E_2­, E₃, E₄ – графики вольт-амперных характеристик фототока при осветителе 2, 3, 4 соответственно.

В соответствии с графиком I_{нас 2} = 0,282, I_{нас 3} = 0,207, I_{нас 4} = 0,186 (асимптоты графиков ВАХ)

2. Расчет значения коэффициента k

k₂ = I_н2/E₂ = 0,285; k₃ = I_н3/E₃ = 0,345; k₄ = I_н4/E₄ = 0,62.

Уже по размаху выборки видно, что выборка коэффициентов содержит грубую погрешность. Так как значения k₂ и k₃ относительно близки по значению по сравнению с k₄, ограничимся выборкой из двух элементов, что лишает нас возможности найти погрешность измерений. Однако погрешность выборки из трех элементов больше среднего значения

= 0,315;

Линейная аппроксимация зависимости тока насыщения от освещенности фотокатода.

3. Расчет экспериментального квантового выхода электронов для среднего значения

η = -1514,3950 -1541,4

4. Расчет значения запирающего напряжения по алгоритму обработки прямых вычислений.

R₁ = 0,045, R₂ = 0,047;

Значение 0,410 – грубая погрешность, удаляем из выборки

R₁ = 0.015;

_з1 = -0,37275 -0,37, _з2 = -0,5506 -0,55;

ΔU_з2 = 0,0138… 0.01, ΔU_з2 = 0,0294… 0.03;

U_з1 = -0,37 0,01, U_з2 = -0,55 0,03.

5. ν₁ = 5,454… * 10¹⁴ 545 * 10¹²;

ν₂ = 5,825… * 10¹⁴ 583 * 10¹² .

График зависимости запирающего напряжения от частоты излучения.

Про графику можно отметить:

b = 2,2; ν₀ = 465*10¹².

Расчет экспериментальных значений:

a_э= = = 4,74*10^-15; h_э= ea_э = 1.6*10^-19 * 4,74*10^-15 = 7,6* 10^-34;

= - = = 464*10¹².

Расчеты выполняются в одно действие, результаты расчетов занесены в таблицу 4.

Все экспериментальные значения соответствуют теоретическим как минимум до погрешности и как максимум до порядка малости.

Вывод.

В ходе работы были исследованы теоретические зависимости фотоэффекта посредством эксперимента. Вольт-амперные характеристики имею вид логарифмической функции, с заметной асимптотой, по которой можно установить значение тока насыщения. Однако в ходе эксперимента были допущены ошибки, которые привели к сложностям проверки закона Столетова. График зависимости тока насыщения от освещенности должен быть смещен по оси X вправо, или иметь более высокий рост по оси X. Экспериментальные данные в большинстве отлично соответствуют теоретическим.

Контрольные вопросы

1. Напишите уравнение Эйнштейна для фотоэффекта и объясните смысл входящих в него параметров.

Ответ.

Уравнение Эйнштейна для Фотоэффекта:

E = A + W_k, где E = hν (h – постоянная Планка, ν – частота волны падающего света) – энергия падающего фотона. A = hc/λ₀ (c – скорость света, λ₀ – длина волны красной границы фотоэффекта)– работа выхода электрона из металла, идущая на преодоление потенциального барьера, удерживающая электрон внутри металла. W_k = eU_з (e – элементарный заряд электрона, U_з – запирающее напряжение) – кинетическая энергия вылетающего электрона.

2. Напишите закон Столетова для тока насыщения и объясните смысл входящих в него параметров.

Ответ.

I_Н = = k₀Ф, где I_{Н ­­}– ток насыщения, k₀ = (выводится при дифференцировании), Ф – dW/dt – поток излучения источника, падающий на фотокатод.

3. На поверхность образца направлено монохроматическое излучение. Во сколько раз изменится поток фотонов при увеличении в три раза частоты электромагнитного излучения и неизменной освещенности поверхности?

Ответ.

В соответствии с формулой E = hν => при v₂=v3 E = 3ν

Увеличится в три раза.

4. Какова тенденция изменения силы тока фотоэлектронной эмиссии при уменьшении частоты падающего монохроматического излучения и неизменной освещенности поверхности?

Ответ.

I = , при уменьшении частоты сила тока будет увеличиваться пропорционально I = 1/

5. Какой области спектра электромагнитного излучения принадлежит фотон, при поглощении которого электрон покидает атом водорода? Воспользуйтесь для объяснения формулой Ридберга.

Ответ.

Формула ридберга для водорода:

= R ( )

Для атома водорода

= 109 677,58 * 1² ( )

Если n₁ = 1 и n₂ принимает значения от 2 до бесконечности, то мы получим спектральные линии, известные как серия Лаймана. Нижняя граница которых стремится к 91 нм.

6. Перечислите отличия фотона от электрона.

Ответ.

Фотон – частица без массы (в покое).

Фотон – нейтральная частица, не имеющая заряда.

Фотон может существовать в вакууме двигаясь только со скоростью света