Работа 5 изучение фотоэффекта

Цель работы: построение вольт-амперной характеристики, определение работы выхода электронов из металла и красной границы фотоэффекта.

Оборудование: работа выполняется на компьютере.

Контрольные вопросы

1. Что называется фотоэффектом?

2. Сформулируйте основные законы фотоэффекта.

3. Запишите формулу Планка.

4. Запишите уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

5. Объясните законы фотоэффекта на основе уравнения Эйнштейна.

Введение

Явление фотоэффекта, открытое Г.Герцем в 1887 году, состоит в вырывании электронов с поверхности металлов под действием света. Основные законы фотоэффекта были установлены А.Г.Столетовым. Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 1. К электродам трубки прикладывается некоторое напряжение , полярность которого можно изменять. Один из электродов трубки осве-щался монохроматическим излучением с длиной волны , и при некотором неизменном световом потоке снималась зависимость фототока от приложенного напряжения . Типичные зависимости приведены на рисунке 2.

Анализ полученных вольт-амперных характеристик позволил установить основные законы фотоэффекта:

• Число электронов, вырываемых с поверхности металла, пропорционально интенсивности света.

• Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов прямопропорцио- нальна частоте излучения.

• Для каждого металла существует так называемая красная граница фотоэффекта, т.е. минимаьная частота при которой еще наблюдается фотоэффект.

Теоретическое объяснение законов фотоэффекта было дано А.Эйнштейном на основе гипотезы М.Планка о прерывистом характере излучения света. Согласно М.Планку свет излучается отдельными порциями, квантами, энергия которых пропорциональна частоте излучения, т.е.

, 1.5

где - постоянная Планка. Применяя к процессу поглощения энергии атомом закон сохранения энергии А.Эйнштейн получил уравнение

, 2.5

которое объясняет все законы фотоэффекта.

Из уравнения Эйнштейна следует, что работа выхода электронов из металла

. 3.5

При уменьшении частоты излучения кинетическая энергия фотоэлектро-нов уменьшается и при некотором значении становится равной нулю и, следовательно,

. 4.5

Для прекращения фототока к электродам необходимо приложить некоторое задерживающее напряжение . В этом случае работа электрическо-го поля идет на торможение электронов и

. 5.5

Выполнение работы.

1. Войти в программу.

2. Используя кнопки изменения параметров установить интенсивность света и длину волны излучения.

3. Изменяя напряжение на электродах записать значения анодного тока и построить вольт-амперную характеристику.

4. Опыт повторить при другой длине волны.

5. По формуле 1.5 определить энергию падающего фотона.

6. Определив по графику задерживающее напряжение найти кинетичес-кую энергию фотоэлектронов по формуле 5.5.

7. По формуле 3.5 определить работу выхода электронов из металла.

8. Зная работу выхода электронов из металла по формуле 4.5 определить красную границу фотоэффекта .

9. Расчет проверить на компьютере. Сравнить полученные результаты.

Таблица вариантов

	Номер варианта
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Р	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	0,9	0,8	0,7
	400	420	440	500	520	540	560	450	460	550
	580	560	520	400	420	440	400	550	560	410

Таблица 2

		3,0	2,5	2,0	1,5	1.0	0,5	0	-0,2	-0,4	-0,6	-0,8	-1,0

Вольт-амперная характеристика.

Расчеты.

4. Сделать вывод.