Порядок виконання роботи і. Дослідження вольт–амперної характеристики фотоелемента

1. Скласти схему (рис.3).

2. Увімкнути фотоелемент ФЕ, за допомогою потенціометра R прикласти до нього напругу 100 …..150 В, яку вимірює вольтметр V.

3. Розмістити на оптичній лаві фотоелемент і лампу розжарення на одному рівні. Встановити між лампою і фотоелементом таку відстань, щоб відхилення стрілки мікроамперметра було максимальним, але мікроамперметр не зашкалювало. Зафіксувати відстань і не змінювати її.

4. За допомогою ручки зміни напруги зменшити напругу між анодом і катодом до нуля.

5. Збільшувати напругу поступово через кожні 10 В до максимального значення. Реєструвати мікроамперметром силу анодного струму І, які відповідають певним значенням анодної напруги U.

Рис. 3.2

5. Результати занести до табл. 3.1.

Таблиця 3.1

№ п/п	U, В	І, мкА

6. Побудувати графік залежності І (в мікроамперах) від U (у вольтах), .

II. Дослідження світлової характеристики фотоелемента

1. Встановити за допомогою потенціометра R напругу 100 ….150 В на фотоелементі. Записати відповідне значення фотоструму І і відстані d від джерела світла та фотоелемента.

2. Змінювати відстань між фотоелементом і джерелом світла на 1 см, поступово фіксуючи для кожної відстані d відповідну силу анодного струму І, яка вимірюється мікроамперметром.

3. Результати вимірювань занести до табл. 3.2.

Таблиця 3.2

№ п/п	U, В	d, м		І, мкА

4. Побудувати графік залежності анодного струму від освітленості фотоелемента, яка пропорційна величині (вздовж осі абсцис відкладати , вздовж осі ординат – І)

.

5. Чому явище фотоефекту підтверджує квантову природу світла ?

Контрольні запитання і завдання

1. У чому полягає явище фотоефекта? Які ви знаєте види фотоефекту?

2. Сформулюйте закони зовнішнього фотоефекта.

3. Поясніть закони зовнішнього фотоефекта за допомогою рівняння Ейнштейна.

4. Нарисуйте і поясніть графік вольт-амперної характеристики вакуумного фотоелемента.

5. Що таке світлова характеристика фотоелемента ?

6. Де використовують явище фотоефекта в техніці і промисловості ?

Література: [1, §34, с. 106 – 108], [2, §9.1, с. 260 – 262; §9.2, с. 262 – 265].

Лабораторна робота КО 4

Визначення сталої планка за допомогою зовнішнього фотоелектричного ефекту

Мета роботи: ознайомитись з явищем зовнішнього фотоефекту і визначити сталу Планка.

Теоретичні відомості

Перш ніж приступати до даної роботи, необхідно ознайомитися

з теоретичними відомостями із лабораторної роботи № КО 3.

В ній зазначено, що :

1). Фотоефект легко пояснити, виходячи з рівняння Ейнштейна

, (4.1)

де – кінетична енергія фотоелектрона.

2). Фотострум між катодом і анодом вакуумного фотоелемента припиняється за умови

, (4.2)

де е – заряд фотоелектрона; – затримуюча напруга.

Підставивши значення кінетичної енергії електрона з (4.2) в (4.1), отримаємо

= A + eU_з, (4.3)

Рівняння (4.3) можна використовувати для визначення сталої Планка h.

Д ля цього це рівняння запишемо для двох різних частот монохроматичного світла:

= A+eU_з1;

= A+eU_з2. (4.4)

Монохроматичне світло можна отримати, використовуючи світлофільтри, які пропускають світло певних довжин хвиль і .

Розв‘яжемо систему рівнянь (4.4) відносно h:

. (4.5)

Частоту світла визначимо із співвідношення

,

де С – швидкість світла у вакуумі.

Отже, знаючи частоти і падаючого світла та визначивши експериментально затримуючі напруги U_з1 i U_з2, що відповідають цим частотам, за формулою (4.4) можна знайти сталу Планка.

Потрібне устаткування: фотоелемент F, набір світлофільтрів Ф, джерело світла S, джерело струму ε, потенціометр П, вольтметр V, дзеркальний гальванометр G.