Лабораторные работы / Работа КФ3а - Отчет - 2006
.pdfЛабораторная работа № 8 Изучение законов фотоэффекта (КФ3а)
Введение: Фотоэффектом называется испускание электронов веществом под действием света. Открыт в 1887 г. немецким физиком Густавом Герцем, фундаментальные исследования были проведены в 1888 – 1889 г.г. Александром Григорьевичем Столетовым. А.Г. Столетов пришел к выводу:
1.Наибольшее воздействие оказывают ультрафиолетовые лучи;
2.Сила тока возрастает с увеличением освещенности пластины;
3.Испускаемые под действием света частицы имеют отрицательный заряд.
В1898 г. Ленард и Томсон установили, что частицами, испускаемыми веществом под действием света являются электроны. Также ими были установлены законы фотоэффекта:
1.Фотоэффект безынерционен, т.е. фототок возникает сразу же при освещении катода;
2.При фиксированной частоте падающего света сила тока насыщения пропорциональна интенсивности света;
3.Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а зависит от его частоты;
4.Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота ν0 (зависящая от природы вещества и состояния его поверхности), ниже которой фотоэффект не наблюдается.
Сточки зрения классической теории электромагнитного излучения невозможно. Объяснение фотоэффекта дал А. Эйнштейн в 1905 г. Он предложил, что свет поглощается такими же квантами (фотонами), какими и испускается. Часть энергии фотона, которое поглощает электрон, равная работе выхода Авых, затрачивается на то, чтобы электрон покинул тело. Остаток энергии переходит в кинетическую энергию электрона Eк. При этом выполняется соотношение, названное уравнением Эйнштейна:
h =mv2max/2 Amax .
Выполнение работы:
1. Снятие ВАХ фотоэлемента.
Проведя имитацию эксперимента на компьютерной модели мы получили следующие результаты:
a) Для положительного включения фотоэлемента:
l см |
30 |
|
|
l см |
30 |
|
|
l см |
30 |
|
|
l см |
30 |
|
|
l см |
30 |
|
|
|||||||||||||||
нм |
759,4 |
|
|
нм |
656,3 |
|
|
нм |
589,6 |
|
|
нм 537,8 |
|
|
нм 518,4 |
|
|
|||||||||||||||||
U, дел |
|
U, В |
|
I, дел |
|
I, мкА |
U, дел |
|
U, В |
|
I, дел |
|
I, мкА |
U, дел |
|
U, В |
|
I, дел |
|
I, мкА |
U, дел |
|
U, В |
|
I, дел |
|
I, мкА |
U, дел |
|
U, В |
|
I, дел |
|
I, мкА |
|
0 |
|
0 |
|
3 |
3 |
|
0 |
|
0 |
|
3,5 |
3,5 |
|
0 |
|
0 |
|
3 |
3 |
|
0 |
|
0 |
|
3,5 |
3,5 |
|
0 |
|
0 |
|
4 |
4 |
|
5 |
|
5 |
|
18 |
18 |
|
4 |
|
4 |
|
16 |
16 |
|
4 |
|
4 |
|
17 |
17 |
|
4 |
|
4 |
|
17 |
17 |
|
4 |
|
4 |
|
18 |
18 |
|
8 |
|
8 |
|
25 |
25 |
|
8 |
|
8 |
|
26 |
26 |
|
8 |
|
8 |
|
27 |
27 |
|
8 |
|
8 |
|
28 |
28 |
|
8 |
|
8 |
|
28 |
28 |
|
11 |
|
11 |
|
29,5 |
29,5 |
|
12 |
|
12 |
|
33 |
33 |
|
12 |
|
12 |
|
34 |
34 |
|
12 |
|
12 |
|
35 |
35 |
|
12 |
|
12 |
|
35 |
35 |
|
14 |
|
14 |
|
34 |
34 |
|
17 |
|
17 |
|
38 |
38 |
|
17 |
|
17 |
|
38 |
38 |
|
17 |
|
17 |
|
39 |
39 |
|
17 |
|
17 |
|
39,5 |
39,5 |
1
|
|
b) Для отрицательного включения фотоэлемента: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
l см |
30 |
|
|
l см |
30 |
|
|
l см |
30 |
|
|
l см |
30 |
|
|
l см |
30 |
|
|
|||||
нм |
759,4 |
|
|
нм |
656,3 |
|
|
нм |
589,6 |
|
|
нм 537,8 |
|
|
нм 518,4 |
|
|
|||||||
U, дел |
U, В |
I, дел |
I, мкА |
U, дел |
U, В |
I, дел |
|
I, мкА |
U, дел |
U, В |
I, дел |
|
I, мкА |
U, дел |
U, В |
I, дел |
I, мкА |
|
U, дел |
U, В |
I, дел |
|
I, мкА |
|
0 |
|
0 |
67 |
3,35 |
|
0 |
0 |
69 |
3,45 |
|
0 |
0 |
71 |
3,55 |
|
0 |
0 |
72 |
3,6 |
0 |
|
0 |
72 |
3,6 |
5 |
0,25 |
7 |
0,35 |
|
4 |
0,2 |
32 |
1,6 |
|
4 |
0,2 |
41 |
2,05 |
|
6 |
0,3 |
36 |
1,8 |
7 |
0,35 |
34 |
1,7 |
||
6 |
|
0,3 |
2 |
0,1 |
|
8 |
0,4 |
8 |
0,4 |
|
8 |
0,4 |
19 |
0,95 |
|
12 |
0,6 |
13 |
0,65 |
14 |
|
0,7 |
10 |
0,5 |
7 |
0,35 |
0 |
0 |
|
12 |
0,6 |
0 |
0 |
|
16 |
0,8 |
0 |
0 |
|
20 |
1 |
0 |
0 |
22 |
|
1,1 |
0 |
0 |
|
|
|
c) По полученным данным построим график ВАХ: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ВАХ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
35 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мкА |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
2 |
|
0 |
|
|
2 |
|
4 |
|
|
6 |
|
8 |
|
10 |
|
12 |
|
14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U, В
2.Определение чувствительности фотоэлемента: Ф = IS/l2, (I = 20 кД, S = 4 см2, l= 30 см)
Ф= 20 ∙ 4∙10-6/0,32 = 0,89∙10-3 лм, Iнас = 56 мкА.
3.Определение работы выхода, постоянной Планка и красной границы фотоэффекта:
a)Построим зависимость Uз от частоты падающего света:
2
|
0,35 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,45 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,55 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
запирающее |
0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,65 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,75 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,85 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,95 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,05 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
375,00 |
400,00 |
425,00 |
450,00 |
475,00 |
500,00 |
525,00 |
550,00 |
575,00 |
600,00 |
|
|
|
|
|
Частота, ТГц |
|
|
|
|
3