Контрольные вопросы и задания
1. Перечислите виды фотоэффекта.
2. В чём состоит явление внешнего фотоэффекта?
3. Как изменится при заданной частоте света фототок насыщения с уменьшением освещённости катода?
4. Как из опытов по фотоэффекту определяется постоянная Планка?
5. Как с помощью уравнения Эйнштейна объяснить законы фотоэффекта?
6. Нарисуйте и объясните вольтамперную характеристику фотоэффекта.
7. Запишите уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта и поясните его.
8. Как построить вольтамперные и световые характеристики фотоэлемента?
Вариант 2
5. Изучение фотоэффекта
В данной работе моделируется явление фотоэффекта. В результате компьютерного исследования изучается теории фотоэффекта, снимается вольтамперная характеристика фотодиода, определяются красная граница фотоэффекта, работа выхода фотоэлектронов данного металла из материала, задерживающий потенциал и постоянная Планка.
5.1. Порядок выполнения работы
1. Включите компьютер
2. На рабочем столе компьютера, на ярлыке папки «Физ. лаб.» щелкните дважды левой кнопкой мышки. В открывшемся окне выберите раздел «Оптика», из списка лабораторных работ запустите «Изучение фотоэффекта», дважды щелкнув по названию левой кнопкой мышки. Появится экран, в котором будет присутствовать таблица с командами:
О работе
Ход работы
Эксперимент
Выбирая пункты меню в таблице, необходимо предварительно ознакомиться с лабораторной работой и порядком ее выполнения. После обращения к команде «Эксперимент» появится экран, на котором задаются начальные условия виртуального эксперимента (рис. 7.7). Для выполнения работы необходимо выполнить следующие действия:
Рис.
7.7
4. Введите значение анодного напряжения. Анодное напряжение задайте введением числа в предназначенное для этого окно. Рекомендуется установить эту величину 15–20 В.
5. Измерьте число электронов, достигших анода за 10 секунд. Подождите некоторое время, пока не возникнет установившийся поток электронов, а затем нажмите кнопку "Пуск", запускающую секундомер и счетчик электронов, которые автоматически выключаются через 10 секунд, показав в соответствующей области экрана итоговое число электронов, которые за это время достигли анода.2 Его необходимо занести в табл. 7.3. Следует провести 3–5 измерений.
6. Проделайте опыты уменьшая напряжение от 15–20 В до тех пор пока величина N не будет стабильно обращаться в ноль. Рекомендуется проводить измерения с интервалом 1–2 В. При каждом напряжении опыт следует провести 3-5 раз.
Таблица 7.3
, нм |
, Гц |
Анодное напряжение, В |
Число электронов, достигших анода, N (3–5) измерений |
Среднее значение <N> |
|
|
19 |
|
|
17 |
|
|
||
15 |
|
|
||
|
|
|
7. Исследуйте более детально область задерживающего (отрицательного) напряжения. При приближении к значениям запирания измерения необходимо проводить с шагом 0,1 В. При каждом напряжении опыт следует провести 3–5 раз (игнорируя первое измерение).
8. Вычислите среднее число электронов <N> достигших анода при каждом напряжении.
9. Постройте вольт-амперную характеристику для данной длины волны. Необходимо построить график зависимости среднего числа достигших анода электронов <N> от напряжения. По графику найдите ток насыщения, ток при нулевом напряжении, оценить задерживающее напряжение.
10. Найдите задерживающее напряжение для 4–5 длин волн. Длины волн следует брать в интервале 300 – 700 нм с шагом 50–100 нм. Для каждой длины волны подберите отрицательное задерживающее напряжение без построения вольт-амперной характеристики. Для этого найдите сначала грубо такое напряжение, при котором число частиц мало. Затем, медленно уменьшая напряжение, добейтесь того, чтобы частицы перестали достигать анода. Последний опыт проведите 5 раз (игнорируя первое измерение). Результаты занесите в табл. 7.4.
Таблица 7.4
, нм |
, Гц |
Задерживающее напряжение, В |
300 |
|
|
400 |
|
|
|
|
|
11. Для каждой длины волны вычислите частоту. Занесите результаты в табл. 3 и 4.
12. По данным табл. 4 постройте график зависимости задерживающего напряжения от частоты. График должен представлять собой прямую линию, которую следует провести так, чтобы экспериментальные точки в среднем были от неё на наименьшем расстоянии.
13. Определите постоянную Планка h. Из формулы Эйнштейна следует, что тангенс угла наклона графика зависимости задерживающего напряжения от частоты равен отношению постоянной Планка к заряду электрона. Тангенс угла наклона можно найти из графика как отношение катетов. Зная заряд электрона, вычислите постоянную Планка.
14. Определите красную границу фотоэффекта (с точностью до 1 нм) и вычислите работу выхода фотоэлектронов А.
Для этого необходимо найти методом подбора максимальную длину волны 0, при которой фотоэффект происходит, затем по 0 определить 0 и по формуле (7.4) вычислить А.
15. Проверьте правильность формулы (7.5) для нескольких длин волн и потенциалов запирания из п.8–10.