Херсонський національний технічний університет Кафедра загальної та прикладної фзики Дисципліна: фізика. Розділ ”Оптика” Степанчиков Д.М., Гоголєва Т.П. 17.03.2004.

Лабораторна робота № 4-2

ВИЗНАЧЕННЯ СТАЛОЇ ПЛАНКА З ЯВИЩА ФОТОЕФЕКТУ

Мета роботи: спостереження явища фотоефекту, знаходження залежності затримуючого потенціалу від частоти світла, визначення сталої Планка, роботи виходу та червоної межі фотоефекту.

Обладнання: лабораторна установка для дослідження фотоефекту у вакуумному фото­елементі, набір каліброваних по частоті світлофільтрів.

Теоретичні відомості

Одним з методів вимірювання сталої Планка є метод, заснований на визначенні затриму­ючої різниці потенціалів. Електрони, що виходять з катода фотоелемента під дією світла, мають певну кінетичну енергію, потрапляють на анод і зумовлюють фотострум. Для при­пинення фотоструму треба прикласти поміж анодом та катодом гальмуюче електричне поле. Його енергії повинно бути достатньо для компенсації кінетичної енергії фотоелект­ронів.

(1)

де m – маса електрона, e – заряд електрона, – швидкість електронів, U – затримуюча напруга.

Згідно квантовим уявленням, енергія фотона (кванта світла) витрачається на роботу ви­ходу електрона з металу і надання йому кінетичної енергії.

(2)

де h – стала Планка, частота світла, А робота виходу.

З урахуванням рівняння (1) будемо мати

(3)

З рівняння (3) легко бачити, що затримуюча напруга є лінійною функцією частоти

(4)

Величина

є кутовим коефіцієнтом прямої U=f(. Точка перетину прямої U=f( з віссю частот відповідає значенню U=0 і дає величину _min червоної межі фотоефекту.

Отже, побудувавши графік залежності U=f( можна визначити як сталу Планка, так і червону межу фотоефекту, і роботу виходу електрона з металу.

(5)

де - кут між графіком та віссю частот

(6)

Як правильно будувати графік та оцінювати похибки

За результатами експерименту на площині (U, ) отримується певна кількість точок, які не завжди знаходяться на одній прямій. Тому графік лінійної функції U=f( слід про­водити таким чином, щоб експериментальні точки були якнайменше віддалені від нього (суцільна лінія на рис.1).

Для знаходження середніх значень i , а також абсолютної та відносної похибок, слід провести прямі лінії зліва та справа від графіка U=f( таким чином, щоб всі експериментальні точки знаходилися між ними, або на них (штриховані лінії на рис.1).

Середні значення , та обчислюються за формулами

	(7)
	(8)
	(9)

Абсолютні та відносні похибки можна знайти із залежностей

	(10)
	(11)
	(12)

Опис експериментальної установки

Лабораторна установка складається з вакуумного фотоелементу Ф – 9, потенціометру регулювання затримуючої напруги, вольтметру, гальванометру, освітлювача та світлофільтрів. Область максимальної спектральної чутливості фотоелементу Ф – 9 420нм.

Принципову схему установки подано на рис.2.

Порядок виконання роботи

1. Увімкнути установку, натиснувши ключі К₁ та К₂.

2. Встановити нульове значення затримуючої напруги.

3. Встановити потрібний світлофільтр і плавно регулюючи напругу досягти нульового фотоструму за показаннями гальванометру.

4. Зафіксувати значення затримуючої напруги (показання вольтметру).

5. Повторити вимірювання затримуючої напруги декілька разів. Знайти середнє значення .

6. Виконати пункти 2 – 5 для інших світлофільтрів. Результати занести у таблицю 1

Увага!

Не залишати світлофільтр у працюючому приладі більше, ніж на 2 хвилини.

7. За даними таблиці1 побудувати графік залежності U=f(.

8. З графіка визначити величини _min, h, A, їх середні значення, абсолютні та відносні похибки. Результати занести у таблицю 2.

9. Зробити висновки.

Контрольні запитання

1. В чому полягає явище фотоефекту?

2. Сформулюйте закони фотоефекта?

3. Що таке червона межа фотоефекту та робота виходу? Від чого вони залежать?

4. Види фотоефекта. Практичне застосування явища фотоефекту.

Література

1. Бушок Г.Ф., Венгер Є.Ф. Курс фізики, т.2. – К.: Либідь, 2001.

2. Кучерук І.М., Дущенко В.П., Загальна фізика. Оптика. Квантова фізики. – К.: Вища шк, 1991.

3. И.В.Савельєв. Курс общей физики, т.3. – М.: Наука, 1989.

4. Элементарный учебник физики, т.3, Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика. – М.: Наука, 1985.

Світлофільтр	·1014, Гц	U,B
ФС – 6	7,02	1.
		2.
		3.
ПС – 11	6,95	1.
		2.
		3.
ПС – 13	6,90	1.
		2.
		3.
СС - 5	6,80	1.
		2.
		3.
СЗС - 22	6,65	1.
		2.
		3.
ЗС - 1	6,50	1.
		2.
		3.

Таблиця № 1

h, Джс		h, Джc	h
min , Гц		min , Гц
, Дж		, Дж

Таблиця № 2

стор. 1 з 6