Описание установки

Приборы: микроскоп, дифракционная решетка, миллиметровая линейка. Внешний вид установки представлен на Рис.8.

Рис.8. Описание экспериментальной установки: 1 – штатив, 2 – тубусодержатель, 3 – тубус, 4 – окуляр, 5 – объектив, 6 – кремальера, 7 – микрометрический барабан, 8 – осветительное зеркало, 9 – предметный столик, 10 – стеклянная пластина (или диф. решётка), 11 – зеркальная насадка, 12 – измерительная линейка, 13 – планка крепления.

Рис.9. Изображение линейки на фоне дифракционной решётки

В качестве увеличиваемого объекта используются черно-белые полосы дифракционной решетки (Рис. 9), помещенной на предметный столик 9 перед объективом 5. Ширина каждой черно-белой полосы

(а+b)=0,01 мм,

где а – ширина белой, b – ширина черной полосы. Если n – число черно-белых полос, то n(a+b) – их истинная ширина.

Увеличенное микроскопом изображение полос измеряется линейкой 12. Для совмещения линейки с изображением полос линейку перемещают вдоль планки 13.

Порядок работы

1. Устанавливают осветительное зеркальце 8 микроскопа так, чтобы поле зрения было хорошо освещено. Наблюдают дифракционную решетку 10, глядя в полупрозрачное отверстие 11 на зеркале насадки.

2. Поворачивают насадку так, чтобы в зеркале была видна измерительная линейка, и наблюдают изображение линейки, наложенное на изображение дифракционной решетки.

3. Необходимо установить дифракционную решетку и линейку, так чтобы штрихи решетки были перпендикулярны линейке. Для этого поворачивают предметный столик 9 микроскопа или саму насадку и передвигают линейку вдоль планки 13.

4. Считают, сколько делений N с ценой деления линейки занимает заданное число пар n черных и белых полос дифракционной решетки. Вычисляют увеличение микроскопа по формуле:

5. Установить на предметный столик диафрагму, настроить микроскоп на ней, а затем вытащить окуляр из тубуса, и расположить линейку под диафрагмой. Определить величины для рабочей формулы и подставить их в неё. Оформить результаты соответствующим образом.

6. Сделать вывод.

№ п/п	N, мм Размер изображения	n Число полос	(a+b), мм	W, раз увеличение
1 2 3			0,01
среднее зн.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

Относительную ошибку определяют по формуле:,

,

где цена деления линейки и - число делений линейки, - число черно-белых полос, - ширина черно-белой полосы.

Абсолютная ошибка:

,

где - среднее значение увеличения, равное

Экспериментальное значение:

Лабораторная работа № 8 определение постоянной планка, работы выхода электронов и красной границы фотоэффекта

Вопросы для подготовки

1. Внешний фотоэффект.

2. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

3. Работа выхода электронов

4. Красная граница фотоэффекта.

5. Задерживающий потенциал.

188Equation Section (Next)

Приборы и оборудование

Сурьмяно-цезиевый фотоэлемент типа СЦВ-3, три светодиода, излучающие волны с длиной 625 нм, 525 нм и 465 нм, соответственно, источник постоянного напряжения от +14 до -14 В.

Теоретическая часть

Эйнштейн предложил рассматривать свет, взаимодействующий с электронами вещества при фотоэффекте, не как волну, а как поток «корпускул» или «квантов». Энергия каждого кванта определяется соотношением

,

где - частота света, - постоянная Планка. Это соотношение было впервые введено Планком для объяснения спектров испускания нагретых тел.

В результате освещения металла светом при определенных условиях наблюдается фотоэлектронная эмиссия или внешний фотоэффект. Фотоэлектроны, покидающие металл, обладают широким набором скоростей. Скорость фотоэлектронов при заданной зависит от того, с какого энергетического уровня металла он был «вырван» квантом света. Максимальное значение скорости определяется из уравнения Эйнштейна

где - масса покоя электрона, - работа выхода зависящая от химической природы вещества и состояния его поверхности. Частота , для которой энергия падающего кванта света равна работе выхода , называется красной границей фотоэффекта:

,

, .

В работе используется сурьмяно-цезиевый фотоэлемент типа СЦВ-3, СЦВ-4. На фотоэлемент падает свет, излучаемый светодиодом с определённой длиной волны (Рис. 1а). Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов связана с величиной задерживающего потенциала. Поэтому уравнение Эйнштейна можно представить в виде

где – величина задерживающего потенциала при частоте падающего излучения .

Значение постоянной Планка можно найти, используя излучение разных частот. Излучение светодиода, используемого в экспериментальной установке (Рис. 1а), лежит в узкой области длин волн. Поэтому в экспериментальной установке предусмотрено переключение между разными светодиодами и, следовательно, разными частотами. Для двух частот уравнение для фотоэффекта можно переписать в виде

, ,

где - задерживающий потенциал для частоты . Из данных уравнений следует, что

.

Рис.1. а) Принципиальная схема экспериментальной установки; б) Вольт-амперная характеристика ФЭ.