Порядок выполнения работы Задание 1. Снятие вольтамперных характеристик.

1. Включите осветитель и установите его на расстоянии 8-13 см. от фотоэлемента (по заданию преподавателя).

2. Изменяя напряжение между катодом и анодом фотоэлемента с помощью потенциометра П, определите максимальное значение фототока - I_нас.

3. Меняя напряжение в сторону его уменьшения, получите несколько значений фототока и его значение при U_а=0.

4. Измерения произведите для нескольких значений R (n=3,4) и результаты измерений запишите в таблицу 1 рабочей тетради.

5. Для каждого значения R рассчитайте величину светового потока Ф по формуле (2).

6. Постройте семейство вольтамперных характеристик фотоэлемента, т.е. зависимость для различных значений светового потока Ф.

Задание 2.

Определение чувствительности фотоэлемента.

1. Занесите в таблицу 2 рабочей тетради значения I_нас и соответствующие им значения светового потока Ф.

2. Постройте график зависимости силы тока насыщения I_нас от величины светового потока Ф.

3. Выберите на графике рис. 36.3 две точки и определите чувствительность фотоэлемента по формуле

4. Сделайте выводы по результатам работы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 36А

Изучение закономерностей фотоэффекта.

Цель работы: применение фотоэффекта для определения работы выхода и постоянной Планка.

Методика эксперимента

Фотоэлектрический эффект – испускание электронов веществом под действием света.

Электрическая схема измерительной установки дана на рис. 36А.1.

Установка состоит из источника света Л, вакуумного фотоэлемента ФЭ и сменных светофильтров СФ. Свет, пройдя через светофильтр, пропускающий определенный диапазон длин волн, освещает катод К, изготовленный из исследуемого материала. Электроны, испущенные катодом вследствие фотоэффекта, перемещаются к аноду А. В результате по цепи (рис. 36А.1) течет фототок, измеряемый гальванометром Г. Напряжение между анодом и катодом можно изменять с помощью потенциометра П и измерять вольтметром V.

Полученная вольтамперная характеристика (то есть кривая зависимости фототока I от напряжения между электродами U) приведена на рис. 36А. 2

Естественно, что характеристика снимается при неизменном потоке света Ф. Из этой кривой видно, что при некотором не очень большом прямом напряжении фототок достигает насыщения — все электроны, испущенные катодом, попадают на анод. Следовательно, сила тока насыщения I_н определяется количеством электронов, испускаемых катодом в единицу времени под действием света.

Пологий ход кривой указывает на то, что электроны вылетают из катода с различными скоростями. Доля электронов, отвечающая силе тока при U = 0, обладает скоростями, достаточными для того, чтобы долететь до анода «самостоятельно», без помощи ускоряющего поля. Для обращения силы тока в нуль нужно приложить задерживающее напряжение U_з. При таком напряжении ни одному из электронов, даже обладающему при вылете из катода наибольшим значением скорости , не удается преодолеть задерживающее поле и достигнуть анода. Поэтому можно написать, что

, (1)

где т и е – масса и заряд электрона. Таким образом, измерив задерживающее напряжение U_з, можно определить максимальное значение скорости фотоэлектронов.

Энергия, полученная электроном, доставляется ему в виде кванта , который усваивается им целиком. Часть этой энергии, равная работе выхода (наименьшая энергия, которую необходимо сообщить электрону для того, чтобы удалить его из вещества в вакуум), затрачивается на то, чтобы электрон мог покинуть тело. Остаток энергии образует максимальную кинетическую энергию электрона, покинувшего вещество. В этом случае выполняется уравнение Эйнштейна

(2)

Если учесть (1), то получим

(3)