2. Выполнение работы 314

Цель работы - изучить явление внешнего фотоэффекта, его законы, определить красную границу фотоэффекта и работу выхода электрона с поверхности металла.

Описание установки

Главным узлом оптической части установки является монохроматор УМ-2 (рис.5). Он служит для получения монохроматического света нужной длины волны.

4 1 2

Рис.5. Схема монохроматора

На входную щель 1 прибора через конденсор 2 подается свет от лампы 3. Щель 1 находится в фокусе объектива коллиматора 4, поэтому после него свет параллельным пучком попадает на блок диспергирующих призм 5. Проходя через блок призм, пучок света разлагается в спектр. Лучи определенной длины волны выходят из блока призм параллельным пучком в определенном направлении. Один из этих пучков попадает на объектив выходной щели 6, а через него - на щель 7 и фотоэлемент 8. Поворотом блока призм в направлениях, указанных стрелкой, можно получить на выходе прибора свет нужной длины волны. Чем уже щели, тем монохроматичнее свет на выходе монохроматора, но тем меньше его интенсивность.

Рис.6. Электрическая схема установки.

Электрическая схема установки (рис.6) состоит из блока питания 1 лампы 2 монохроматора; блока питания 3 фотоэлемента, напряжение на выходе которого контролируется вольтметром V; гальванометра G с шунтом 4 для измерения силы фототока и фотоэлемента 5 с цезиевым катодом.

Общий вид установки представлен на рис. 7

Порядок выполнения работы

Чтобы определить красную границу фотоэффекта, нужно найти такую длину волны λ₀ света на выходе монохроматора 1, при которой

Рис.7. Общий вид установки

гальванометр перестанет регистрировать фототок. Для этого необходимо:

1. Открыть доступ света в монохроматор. Для этого рукоятку затвора 2 входной щели 3 поставить в положение «откр».

2. Придвинуть фотоэлемент 4 вплотную к выходной щели 5 монохроматора.

3. Установить барабан длин волн 6, вращающий диспергирующие призмы, на деление «2350» напротив черной точки скользящего по барабану указателя.

4. Включить блок питания 7 лампы монохроматора в сеть 220 В.

5. Убедиться, что на входную щель монохроматора попадает максимальное количество света.

6. Включить гальванометр 8 и блок питания 9 фотоэлемента в сеть 220 В и 127 В, соответственно.

7. Рукояткой 10 на блоке питания 9 установить на фотоэлементе напряжение около 100 В по вольтметру 11. При этом должно наблюдаться отклонение зайчика гальванометра.

8. Вращая маховик барабана б длин волн, найти такое его положение, при котором отсчет по гальванометру будет максимальным.

9. Закрыв доступ света в монохроматор рукояткой затвора 2, установить нуль по шкале гальванометра ручкой 12.

10. Открыв затвор, медленно вращать барабан 6 в сторону увеличения дл­ины волны света, проходящего через монохроматор, до тех пор, пока зайчик гальванометра не установится на нулевой отметке. После этого произвести отсчет по шкале барабана против черной точки скользящего указателя.

11. Отодвинув фотоэлемент 4 от выходной щели монохроматора, визуально убедиться в наличии излучения на данной длине волны.

12. Отсчет по шкале барабана повторить три раза, следуя указаниям в пунк­тах 8-10, и вычислить его среднее значение. Затем по градуировочному графику на лабораторном столе найти красную границу фотоэффекта λ₀ в ангстремах (А). Результаты занести в табл. 4.

Таблица 2

Nп/п	Отсчет по барабану	Средний отсчет	λ0 ,А

13. По формуле (3) определить работу выхода электрона из металла. При расчете помнить, что h = 6,62 •10"³⁴ Дж -с, с= 3 •10⁸ м/с, 1А = 10^-10 м

Пользуясь соотношением 1 эВ = 1,6∙10^-19Дж, перевести полученный резуль­тат в эВ. Оценить погрешность найденной работы выхода А относительно табличного значения А^T для цезиевого катода, используя данные табл. 1:

ε =(А-А^Т)/ А^Т ∙ 100 %

Контрольные вопросы

1. Основные законы внешнего фотоэффекта.

2. Работа выхода и красная граница фотоэффекта.

3. Формула Эйнштейна.

4. Устройство монохроматора.

5. Устройство и принцип действия фотоэлемента.

Библиографический список

1. И.В- Савельев, Курс физики. Т.З. М.: Наука, 1989.- 304с.

2. Т.И. Трофимова. Курс физики. М.: Высш. шк., 1990.- 478с.

3. И.В. Савельев, Курс общей физики, Т,2, М,:Наука, 1988, - 496с.

4. Физический практикум. Электричество и оптика / Под ред. В. И. Ивсроновой.М.: Наука, 1968. -816с.

5. Е.И. Бутиков. Оптика. М.: Наука, 1986- - 246с.