Задание 3. Изучение зависимости запирающего напряжения от частоты света

На оптической скамье снова расположите источник света, набор светофильтров и фотоэлемент как можно ближе друг к другу. Сменив тумблером полярность напряжения на фотоэлементе, тщательно замерьте то минимальное напряжение, при котором ток становится равным нулю. Измерения необходимо провести три раза для каждого светофильтра (не забудьте записать длину волны  пропускания светофильтров).

Занесите полученные результаты в табл. 3.3 и используйте при построении графика зависимости величины модуля запирающего напряжения от частоты света U_з = f ().

Таблица 3.3

	1	2	3	4	5	6	7
Цвет светофильтра
Длина волны , нм
Частота , 1014 Гц
Запирающее напряжение Uз, В
Средний В

Анализ и обработка результатов измерений

1. По данным измерений, занесённым в табл. 3.1:

• постройте график зависимости i(U) (вольтамперную характеристику) и определите по нему i₀, i_н и U_з;

• определите максимальные значения кинетической энергии W_max и скорости _max выбитых электронов, используя равенство (3.1).

2. По данным табл. 3.2 постройте график зависимости i_н от расстояния l. Определите количество электронов, выбиваемых светом из катода за одну секунду при установленных расстояниях. Это можно выполнить, вспомнив определение силы тока. Сделайте вывод о зависимости числа выбитых электронов от расстояния. Укажите причину такой зависимости.

3. По данным, полученным в ходе выполнения задания 3:

• заполните все ячейки табл. 3.3, вычислив частоту по длине волны, а также среднее значение запирающего напряжения;

• постройте график U_з = f () и определите по нему граничную частоту ₀ и угловой коэффициент этой зависимости;

• определите постоянную Планка h. Сделать это несложно. Для этого запишите уравнение (3.6) с учётом (3.1) и выразите из него запирающее напряжение U_з как функцию частоты. Полученное равенство имеет линейный вид y = kx + b, где k – это коэффициент при частоте излучения, а постоянная b связана с работой выхода А (подумайте, как?). Сравните полученное значение постоянной Планка с табличным значением и определите относительную ошибку  = h_эксп – h_табл/h_табл;

• вычислите красную границу ₀ фотоэффекта для этого металла, а также работу выхода для данного фотоэлемента, используя экспериментальное значение постоянной Планка h_эксп.