Лабораторочки 3 семестр (не фкти) / 12 / 12

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра физики

отчет

по лабораторной работе №12

по дисциплине «Физика»

Тема: «Исследование внешнего фотоэффекта»

Студент гр. фыв
Преподаватель

фыв

Алексеева О.С.

Санкт-Петербург

2024

Протокол измерений к лабораторной работе №12.

Вольтамперная характеристика фотокатода

Е	U, В	λ, нм	1	2	3	4	5	6	7
Е2	I(E2),мкА	550
Е3	I(E3) ,мкА
Е4	I(E4) ,мкА
Е2	I(E2) ,мкА	515
Е3	I(E3) ,мкА
Е4	I(E4) ,мкА

8	9	10	11	12	13	14	15	16	17

18	19	20	21	22	23	24

Определение запирающего напряжения при освещенности фотокатода E₂

Контрольные вопросы.

№8. Что такое фотон. Энергия, масса и импульс фотона.

Фотон — это элементарная частица, квант электромагнитного излучения, которая несет энергию и импульс, но не имеет массы покоя. Фотон играет роль переносчика электромагнитного взаимодействия и описывается уравнениями квантовой механики.

Свойства фотона:

1. Энергия фотона EEE: Энергия фотона зависит от частоты ν его электромагнитной волны и рассчитывается по формуле: E=hν.

Где h — постоянная Планка (h≈6.626×10−34 Дж·с), а ν — частота фотона. Иногда также удобно выражать энергию через длину волны λ: E=hc/​λ, где c — скорость света в вакууме (c≈3×10⁸ м/с).

2. Масса фотона: Фотон не имеет массы покоя (m₀​=0), что отличает его от большинства других частиц. Однако, поскольку фотон обладает энергией, он также обладает импульсом. Масса фотона может быть описана лишь в рамках его движущейся системы, поэтому его называют безмассовой частицей.

3. Импульс фотона p: Импульс фотона связан с его энергией через формулу: p=E/c=hν/c=hλ

Импульс фотона играет важную роль в квантовой механике и при взаимодействии света с веществом, так как фотон может передавать импульс при столкновениях, например, при давлении света на поверхности.

№15. Что такое задерживающее напряжение? Как зависит это напряжение от частоты?

Задерживающее напряжение — это минимальное отрицательное напряжение, которое необходимо приложить к фотокатоду (отрицательно заряженному электроду), чтобы полностью остановить фотоэлектроны, выбиваемые с его поверхности под воздействием света в экспериментах с фотоэффектом. В экспериментах по изучению фотоэффекта свет с частотой ν падает на поверхность материала и выбивает электроны, которым затем придается кинетическая энергия.

Зависимость задерживающего напряжения от частоты света

Ф ормула, описывающая зависимость задерживающего напряжения Uз​ от частоты света, выводится из уравнения Эйнштейна для фотоэффекта:

h — постоянная Планка, ν — частота света, A_вых​ — работа выхода электрона из материала, Eкин​ — максимальная кинетическая энергия выбитого электрона.

Кинетическая энергия электрона выражается как: E_кин​ = eU_з​

И з уравнения Эйнштейна для фотоэффект а можно выразить задерживающее напряжение:

Характер зависимости

Из этой формулы видно, что задерживающее напряжение Uз​ линейно зависит от частоты света ν:

• При увеличении частоты света ν энергия фотонов hν возрастает, что увеличивает кинетическую энергию выбиваемых электронов. Чтобы остановить электроны, требуется большее отрицательное задерживающее напряжение.

• При уменьшении частоты света кинетическая энергия электронов уменьшается, и, следовательно, задерживающее напряжение также снижается.

График зависимости задерживающего напряжения от частоты

График Uз​(ν) представляет собой прямую линию с угловым коэффициентом h/e​, где пересечение с осью частоты дает пороговую частоту ν0​ для данного материала, при которой энергия фотона равна работе выхода, и электроны только начинают выбиваться с нулевой кинетической энергией.