Лабораторне заняття № 23 Тема: Визначення постійної Планка.

Мета роботи: визначити постійну Планка.

Прилади та обладнання: джерело світла, світлофільтри, вакуумний фотоелемент, джерело струму, вольтметр, мікроампер метр, з’єднувальні проводи.

Теоретичні відомості.

Рівняння Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту, що відображає закон збереження енергії, має вигляд: (1)

Залежність затримуючої різниці потенціалів U_з від частоти  падаючого світла має вигляд: (2)

Графік цієї залежності є пряма лінія, перетин якої з віссю ординат визначає відношення роботи виходу до елементарного заряду. Звідки робота виходу дорівнює: (3)

Точка перетину прямої з віссю абсцис визначає червону границю фотоефекту _min, а тангенс кута нахилу прямої до осі частот визначається тільки постійною Планка і зарядом електрона.

Остання формула дозволяє експериментально визначити постійну Планка:

(4)

Виконання роботи.

3. Установити довжину хвилі, що відповідає синьому світлу (400 нм). Потужність світлового потоку установити рівної 1 мВт. Змінюючи зворотну напругу на фотоелементі, зняти залежність фотоструму від напруги. Повторити виміри фотоструму для довжини хвилі 500 нм. Результати вимірів занести в таблицю 1.

Таблиця 1.

Uз, У

0

–0,1

–0,2

–0,3

–0,4

–0,5

–0,6

–0,7

–0,8

–0,9

–1

–1,1

–1,2

400нм

500нм

4. За даними таблиці 1 побудувати графіки залежності сили фотоструму від зворотної напруги. Знайти значення затримуючої напруги для довжин хвиль 400 нм і 500 нм і по формулі (3) визначити роботу виходу А_вих для матеріалу фотокатода. Частоту падаючого світла розрахувати за формулою , де с = 3*10⁸ м/с – швидкість світла у вакуумі.

5. Побудувати графік залежності затримуючої напруги U_з від частоти падаючого світла. За графіком визначити постійну Планка, роботу виходу в еВ і червону границю фотоефекту _min. Зіставити отримані результати і зробити висновок.

Індивідуальні завдання

І Варіант

1. Око людини може сприйняти світловий потік потужністю . Визначити кількість фотонів світла, довжина хвилі якого 0,5 мкм, які сприймає око впродовж часу 1 с при вказаній потужності. ,

2. На металеву пластину падає монохроматичне світло, довжина хвилі якого . Потік фотоелектронів, які вибиває світло з поверхні пластини, повністю затримується різницею потенціалів 1 В. Визначити роботу виходу електрона з металу і довжину хвилі світла, що відповідає червоній межі фотоефекту.

, , ,

3. Пучок ультрафіолетових променів, з довжиною хвилі , падає на поверхню катода і передає їй потужність . Визначити силу фотоструму, якщо фотоефект зумовлює 0,01 падаючих фотонів. , ,

ІІ Варіант

1. Джерело світла випромінює фотонів за секунду. Довжина випромінюваної хвилі . Яка потужність джерела, якщо в енергію світла перетворюється 0,1 споживаної енергії? ,

2. На металеву пластину падає монохроматичне світло, довжина хвилі якого . Потік фотоелектронів, які вибиває світло з поверхні пластини, повністю затримується різницею потенціалів. Чи спостерігається фотоефект, якщо довжина хвилі падаючого світла буде ?

, , ,

3. Цезієвий катод фотоелемента освітлює монохроматичне світло, довжина хвилі якого 600нм. Визначити максимальну швидкість фотоелектронів. які вилітають із катода, якщо червона межа фотоефекту для цезію , , , маса електрона .