Экспериментальная часть

1. Предварительно изучить теоретический материал (смотри ниже контрольные вопросы) по рекомендуемой литературе и ознакомиться с экспериментальной установкой, схема которой представлена на рисунке 6.

2. Проградуировать барабан монохроматора по спектру ртутной лампы. Построить градуировочную кривую в координатах (λ, n), указывая доверительные интервалы в определении длины волны.

3. Собрать электроизмерительную цепь, съюстировать установку.

4. Для 3–5 частот ν_i (длин волн λ_i) измерить силу фототока при различных напряжениях U в анодной цепи фотоэлемента. Построить вольтамперные кривые I=I(U), соответствующие каждой из использованных частот излучения ν_i. Указать на графике доверительные интервалы ΔU и ΔI для каждой экспериментально полученной точки [5].

5. По вольтамперным характеристикам определить запирающие потенциалы (U_З)_i и построить график зависимости запирающего потенциала от частоты, указывая погрешности определения (U_З)_i.

6. Рассчитать постоянную Планка по формуле (5), используя различные пары значений (U_З)_i, и найти среднее значение постоянной Планка.

7. Определить погрешность эксперимента .

8. Записать результат в виде .

9. Сравнить полученное значение постоянной Планка с табличным. Сделать вывод.

Контрольные вопросы

1. Сущность явления фотоэффекта. Виды фотоэффекта.

2. Законы фотоэффекта. Трудности и противоречия классической теории в объяснении законов фотоэффекта.

3. Гипотеза световых квантов. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

4. Сущность метода задерживающего потенциала. Применение его для изучения распределения фотоэлектронов по скоростям и определения постоянной Планка.

5. Назначение, оптическая схема и устройство монохроматора УМ-2.

Определение удельного заряда электрона с помощью электронно-лучевой трубки

Цель работы: изучить методы определения удельного заряда электрона e/m; определить экспериментально e/m.

Приборы и принадлежности: электронный осциллограф, амперметр с пределами измерения до 5 А, реостат (30 Ом), стабилизированный выпрямитель.

Теоретическое введение

Во многие уравнения, описывающие движение и взаимодействие электрона с другими физическими объектами, характеристики электрона входят в виде отношения заряда электрона e к его массе m [6]. Удельный заряд электрона e/m можно рассчитать, определив экспериментально заряд электрона (например, так, как это делалось в опытах Милликена [1]) и его массу (смотри, например, эффект Комптона [4]). Однако при этом велики трудоемкость определения e/m и погрешность результата.

В связи со сказанным рациональными являются способы определения e/m в ходе одного опыта. Наибольший интерес представляют методы, основанные на движении электронов в электрическом и магнитном полях (методы электронно-лучевой трубки, двух конденсаторов, магнитной фокусировки и т.д.), а также методами, использующими электромагнитное излучение рентгеновского и оптического диапазонов [1].

В данной работе для определения удельного заряда электрона применяется метод отклонения электронного пучка в магнитном поле катушки с током (схема установки приведена на рисунке 7). Электрическим полем, созданным между катодом и анодом электронно-лучевой трубки, электрон, покинувший катод, ускоряется до энергии mυ²/2=eU (U- напряжение между катодом и анодом).

В поперечном магнитном поле катушки с током электрон под действием силы Лоренца F=eVB приобретает круговую траекторию. Сила Лоренца играет роль центростремительной силы F= mυ²/R. Приравняв эти силы, выразив радиус кривизны траектории R через радиус катушки r, расстояние L от центра катушки до экрана осциллографа и величину y смещения луча на экране , а также учитывая, что для катушки с током B=μμ₀In₀ (здесь - сила тока в катушке, - число витков на единице длины катушки), для удельного заряда электрона можно получить выражение

.

По отклонению в электрических и магнитных полях можно найти удельный заряд не только электронов, но и ионов. Зная же величину ( - масса иона), можно с большой точностью определить массу атома исследуемого вещества. Для решения этой задачи используются масс-спектрографы и масс-спектрометры.