ВИЗНАЧЕННЯ СТАЛОЇ

ПЛАНКА ТА РОБОТИ ВИХОДУ ЕЛЕКТРОНА

Мета роботи

визначити сталу Планка та роботу вихода електрона.

Прилади та обладнання

фотоелемент, гальванометр, джерело струму, два світлофільтри, перемикач полярності напруги.

Коротка теорія

В роботі стала Планка h та робота виходу електрона за поверхню метала знаходяться з рівняння Ейнштейна для зовнішього фотоефекта. Явище фотоефекта докладно розглянуто у Додатку § 4.

Елементарний акт зовнішнього фотоефекта з точки зору квантової теорії полягає в наступних процесах: проникнення фотона з частотою в атом і поглинання його електроном; рух електрона з надлишковою енергією до поверхні тіла, проходження електрона через поверхневий потенційний бар'єр. При проходженні потенціального бар'єра електрон виконує роботу виходу за рахунок енергії поглинутого кванта. Залишкова енергія йде на створення кінетичної енергії електрона з швидкістю V.

Рівняння Ейнштейна, що виражає собою закон збереження енергії в елементарному акті зовнішнього фотоефекта, має вигляд

. (1)

Цю формулу можна записати через довжину світлової хвилі , з огляду на співвідношення , де c - швидкість світла у вакуумі

. (2)

Максимальна швидкість V фотоелектронів може бути знайдена з таких міркувань. На фотоелектрон можна впливати зовнішнім електричним полем. Під дією гальмуючого електричного поля можна, погасивши кінетичну енергію електрона, зменшити його швидкість до нуля. Витрачена у цьому випадку робота електричного поля (де затримуюча напруга) дорівнює кінетичній енергії електрона

. (3)

Тепер рівняння Ейнштейна прийме вид:

. (4)

З (4) випливає, що величина є зростаючою лінійною функцією частоти .

Якщо визначити значення затримуючої напруги для двох частот світла, то можна записати систему двох лінійних рівнянь відносно сталої Планка h та роботи виходу у вигляді

. (5)

Рзв'язуючи систему рівнянь (5) одержуємо розрахункові формули

. (8)

Опис експериментальної установки.

Вакуумний фотоелемент із зовнішнім фотоефектом F, освітлюваний світлом лампочки накалювання S через світлофільтр Ф. отоелемент підключено до гальванометра G (мікроамперметра), що вимірює фотострум. На фотокатод і анод фотоелемента подається напруга від дільника напруги R, що живиться від джерела постійної напруги . Напруга U на фотоелементі виміряється вольтметром V. У роботі використовується набір світлофільтрів з відомими довжинами хвиль пропускання.

Хід виконання роботи

I. Ознайомитися з установкою, зібраної на стенді, і звірити її з принциповою схемою, поданою на малюнку.

2. Освітлюючи фотоелемент через різні світлофільтри і, змінюючи дільником

R напругу U на фотоелементі, вимірити фотострум І при різних напругах гальмуючого й прискорюючого електричних полів. При гальмуючих напругах на фотоелементі, крок зміни напруги U варто брати рівним одній поділці шкали вольтметра. Результати вимірів занести в Таблицю.

Обробка результатів вимірювання

1. Побудувати на міліметрівці вольтамперні характеристики для двох відомих частот світла на одному графіку.

2. Користуючись графіком, визначити значення замикаючої напруги для кожної з довжин хвиль.

3. По рівняннях (8) розрахувати значення сталої Планка h й роботи виходу . Значення представити в системі СІ й в електрон-вольтах.

4. Остаточний результат записати у виді

5. Проаналізуйте одержані результати і висновки запишіть до протоколу.

Контрольні питання

1. У чому полягає сутність фотоелектричних явищ і їхня роль у поясненні природи світла?

2. Що таке червона границя фотоефекта?

3. Що таке робота виходу електрона і на які процеси вона витрачається при зовнішньому фотоефекті?

4. Сформулювати закони зовнішнього фотоефекта і пояснити фізичну суть рівняння Ейнштейна.

5. Вивести формулу, по якій розраховується стала Планк.

6. Що таке гальмуюча різниця потенціалів і як вона визначається в даній роботі?

2