Контрольные вопросы

1. Какой свет называется естественным?

2. Какой свет называется поляризованным?

3. Дать определение степени поляризации света.

4. Объяснить устройство лазера.

5. Дать определение стационарного и возбужденного состояния атома.

6. Объяснить механизм спонтанного и вынужденного переходов электрона в атоме.

7. Дать определение инверсной населенности уровней.

Рекомендуемая литература

1. Трофимова, Т. И. Курс физики : учеб. пособие для инж.-техн. специальностей вузов. – 9-е изд., испр. – М. : Издат. центр «Академия», 2004. – 560 с.

2. Детлаф, А. А. Курс физики : учеб. пособие для студентов втузов /А.А.Детлаф, Б. М. Яворский. – 4-е изд., испр. – М. : Издат. центр «Академия», 2003. – 720 с.

Лабораторная работа № 3-12.

Исследование внешнего фотоэффекта

Цель работы: изучение законов фотоэффекта и характеристик вакуумного фотоэлемента.

О борудование: электрическая схема (рис.1), включающая в себя F - фотоэлемент, Л – лампу, световой поток от которой регулируется набором диафрагм Д, V – вольтметр, μА – микроамперметр, потенциометр R. Лампа и фотоэлемент помещены в специальный светозащитный контейнер.

1.Краткая терия

Внешний фотоэлектрический эффект — это явление испускания электронов веществом под действием света, падающего на поверхность вещества.

Законы А.Г.Столетова для внешнего фотоэффекта:

1. При фиксированной частоте падающего света число электронов, вырываемых с поверхности вещества в единицу времени, пропорционально интенсивности света.

2. Максимальная скорость электронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется частотой световой волны.

3. Для каждого вещества существует «красная» граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота света, ниже которой фотоэффект невозможен.

Законы Столетова получили свое объяснение в квантовой теории света. Свет в данной теории рассматривается как поток световых частиц (фотонов), движущихся со скоростью света. Энергия фотона (квант энергии) ε определяется по формуле Планка:

, (1)

где h — постоянная Планка, ν — частота света.

Энергия падающего на поверхность вещества фотона расходуется на совершение электроном работы выхода А_вых. и на сообщение вылетевшему электрону кинетической энергии Е_кин.. Отсюда следует уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта:

. (2)

Схема для исследования фотоэффекта приведена на рис 2. Вакуумный фотоэлемент представляет собой стеклянный баллон, одна половина которого покрыта изнутри светочувствительным слоем, служащим катодом К. Если при освещении катода электроны вблизи его поверхности получают кинетическую энергию больше, чем работа выхода, то возникает внешний фотоэффект. В результате между катодом К и анодом А возникает ток, который регистрируется микроамперметром μА. Если энергии электронов недостаточно для достижения ими анода, то их можно ускорить электрическим полем, подав между анодом и катодом дополнительное напряжение, величина которого регулируется потенциометром R.

Н

а рис.3 представлена зависимость тока от напряжения между электродами.

При увеличении напряжения между катодом и анодом фототок растет, достигая своего максимального значения . Это происходит, когда все электроны, вылетевшие из катода, достигают анода. Величина тока насыщения равна:

(3)

где e — заряд электрона, N — количество электронов, испускаемых катодом за 1 секунду.

Дальнейшее увеличение напряжения не приводит к изменению величины фототока. При нулевом значении напряжения, фототок не исчезает. Это означает, что электроны, выбитые из катода, обладают отличной от нуля кинетической энергией, что позволяет им достигнуть анода без внешнего электрического поля. При отрицательном относительно катода напряжении (задерживающее напряжение) ни один электрон не достигает анода, и, следовательно, фототок прекращается. Величина задерживающего напряжения определяется законом сохранения энергии:

. (4)