Лабораторна робота №3 Вивчення законів зовнішнього фотоефекту Контрольні запитання

1. З'ясуйте суть явища зовнішнього фотоефекту.

Під зовнішнім фотоефектом розуміють взаємодію світла з речовиною, яка призводить до повного вивільнення (вильоту) електронів з речовини внаслідок потрапляння на нього світлового кванта.

2. Сформулюйте закони фотоефекту. Поясніть їх на основі квантових уявлень про світло.

Експериментально було встановлено наступні закони фотоефекту:

1) Величина фотоструму насичення пропорційна освітленості (світловому потоку) поверхні речовини.

Пояснення.

Кожний фотон поглинається лише одним електроном. Тому кількість вирваних фотоелектронів повинна бути пропорційна кількості поглинутих фотонів, тобто пропорційна до інтенсивності світла (перший закон фотоефекту)

2) Максимальна кінетична енергія вирваних фотоелектронів пропорційна частоті падаючого світла і не залежить від його інтенсивності.

­ – рівнянням Ейнштейна для фотоефекту.

Із цього рівняння видно, що максимальна кінетична енергія фотоелектронів пропорційна частоті випромінювання, що падає на речовину і не залежить від його інтенсивності, оскільки робота виходу А для даної речовини є величина стала.

3) Для кожної речовини існує «червона межа» фотоефекту, тобто максимальна довжина хвилі , за якої ще спостерігається фотоефект. Значення залежить від природи речовини і стану її поверхні.

Пояснення.

­ – рівнянням Ейнштейна для фотоефекту.

Із цього рівняння видно, що максимальна кінетична енергія фотоелектронів лінійно зростає із збільшенням частоти випромінювання, що падає на речовину і не залежить від його інтенсивності, оскільки робота виходу А для даної речовини є величина стала. Оскільки із зменшенням частоти кінетична енергія фотоелектронів зменшується, то за деякої частоти кінетична енергія фотоелектронів буде дорівнювати нулю і рівняння запишеться так:

.

Значення залежить лише від роботи виходу електрона, тобто від природи речовини і стану її поверхні. називають граничною довжиною хвилі, або червоною межею фотоефекту.

4) Зовнішній фотоефект практично безінерційний.

Пояснення.

Безінерційність фотоефекту пояснюється тим, що передача енергії фотоном електрону відбувається практично миттєво.

3. Чим пояснюється наявність струму насичення у фотоелементів із зовнішнім фотоефектом?

При малих напругах між катодом і анодом не всі фотоелектрони, які вибиті квантами світла з катода, досягають анода, а лише ті з них, які мають достатню кінетичну енергію, а всі інші повертаються назад на катод. При збільшенні напруги на фотоелементі кількість фотоелектронів, які досягли анода збільшується і струм в колі зростає. При певній напрузі всі вибиті з катода електрони долітатимуть до анода і при дальшому збільшенні напруги кількість електронів перестане збільшуватися, сила струму буде сталою і рівною струму насичення.

4. Якими способами можна виміряти максимальну швидкість фотоелектронів?

Для вимірювання максимальної швидкості вибитих електронів треба знайти затримуючу напругу, тоді , звідки