8 Питання вихідного контролю:

8.1 Чи є когерентними хвилі, випущені двома лампами розжарювання після їхнього проходження через однакові світлофільтри?

2. Чи є когерентними хвилі, випущені двома однаковими лазерами?

3. Як виглядає схема Юнга?

4. Як змінюється інтерференційна картина при введенні в одне із плечей тонкої скляної пластинки?

5. Як можна виміряти показник заломлення речовини інтерференційним методом?

9 Перелік посилань

1. Лабораторний практикум з фізики. Навч.посібник/за ред. І.Є.Лопатинського, Львів: вид.НУ «Львівська політехніка»2002. ч.1. ст.54-60.

2. Загальна фізика: Лабораторний практикум.: Навч.посібник / В.М. Барановський, П.В.Бережний, І.Т.Горбачук та ін.; За заг.ред. І.Т.Горбачука. – К.: Вища шк.., 1992-509 с.

Лабораторна робота №_19-20 Вивчення фотоефекту.

1 Мета роботи

Вивчення явища фотоефекту та визначення постійної Планка

2 Теоретичні відомості

Фотоефект - виривання електронів з речовини під дією світла. У металі електрон рухається вільно, але при вильоті його з поверхні сам метал через це заряджається позитивним зарядом і перешкоджає вильоту. Тому для того, щоб покинути метал, електрон повинен мати додаткову енергію, що залежить від речовини. Ця енергія називається роботою виходу.

Для дослідження фотоефекта можна зібрати установку, зображену на рис.1. Вона складається зі скляного балона, з якого викачане повітря. Вікно, через яке падає світло, зроблено із кварцового скла, що пропускає видимі й ультрафіолетові промені. Всередині балона впаяні два електроди: один із яких - катод - висвітлюється через вікно. Між електродами джерело створює електричне поле, що змушує рухатися фотоелектрони від катода до анода. Електрони, що рухаються, утворять електричний струм (фотострум). При зміні напруги міняється сила струму.

Рис. 1	Графік залежності I від U – вольт-амперна характеристика - наведений на рис.2. При малих напругах не всі вирвані з катода електрони досягають анода, при збільшенні напруги їхнє число зростає. При деякій напрузі всі вирвані світлом електрони досягають анода, тоді встановлюється струм насичення Iн, при подальшому збільшенні напруги струм не змінюється.
Рис.2.		При збільшенні інтенсивності падаючого випромінювання спостерігається зростання струму насичення, пропорційного числу вирваних електронів. 1-й закон фотоефекта затверджує, що кількість електронів, вирваних світлом з поверхні металу, пропорційно поглиненої енергії світлової хвилі. Для виміру кінетичної енергії електронів потрібно поміняти полярність джерела струму. На графіку цьому випадку відповідає ділянка при U < 0, на якому фотострум падає до нуля.

Тепер поле не розганяє, а гальмує фотоелектрони. При деякій напрузі, названій затримуючої U₃, фотострум зникає. При цьому всі електрони будуть зупинені полем, потім поле поверне їх у колишній катод, подібно тому, як кинутий нагору камінь буде зупинений полем тяжіння Землі й повернутий знову на Землю.

Робота сил електричного поля A = qU₃, витрачена на гальмування електрона, дорівнює зміні кінетичної енергії електрона, тобто mv²/2 = qU₃, де m - маса електрона, v - його швидкість, q - заряд. Тобто, вимірюючи затримуючу напругу U₃, ми визначаємо максимальну кінетичну енергію. Виявилося, що максимальна кінетична енергія електронів залежить не від інтенсивності світла, а тільки від частоти. Це твердження називають 2-м законом фотоефекту.

При деякій граничній частоті світла, що залежить від конкретної речовини, і при більше низьких частотах фотоефект не спостерігається. Ця гранична частота зветься "червоною" границею фотоефекту.

Пояснив закони фотоефекта А.Ейнштейн в 1905р. Він скористався ідеєю Планка про квантову природу світла. Енергія одного кванта світла E = hν . Якщо припустити, що один квант світла вириває один електрон, то енергія кванта Е йде на здійснення роботи виходу електрона А і на надання йому кінетичної енергії mv²/2. Тобто

hν = A + mv²/2.

Це рівняння зветься рівняння Ейнштейна для фотоефекту.

Пояснимо з позицій ідеї Ейнштейна 1-й закон фотоефекту. Якщо один квант енергії вириває один електрон, то чим більше квантів поглинає речовина (чим більше інтенсивність світла), тим більше електронів вилетить із речовини.

Пояснимо другий закон фотоефекту. Робота виходу А залежить від роду речовини і не залежить від частоти світла. Кінетична енергія електрона, вирваного з речовини, mv²/2=h - A залежить від частоти світла ν : чим більше частота, тим більшу кінетичну енергію одержить електрон. Інтенсивність світла не впливає на кінетичну енергію електрона, тому що рівняння Ейнштейна описує енергетику одного електрона. Не важливо, скільки вилетить електронів, швидкість кожного з них залежить від частоти.

Рис. 3

Формула Ейнштейна пояснює і той факт, що світло даної частоти з однієї речовини може вирвати електрон, а з іншого - не може. Для кожної речовини фотоефект спостерігається в тому випадку, якщо енергія кванта світла більше або, у крайньому випадку, дорівнює роботі виходу (hν ≥ A).

Гранична частота, при якій ще можливий фотоефект, ν_min = A/h. Це частота, при якій відбувається виривання електронів без надання їм кінетичної енергії, - частота "червоної границі" фотоефекту.

Рівняння Ейнштейна запишемо для випадку, коли кінетична енергія електрона дорівнює по величині роботі сил електричного поля, тобто при затримуючій напрузі:

hν = A + qU₃.

Звідси

U₃ = -A/q + (h/q)ν.

Побудуємо графік залежності затримуючої напруги від частоти (рис.3). З формули видно, що залежність U₃ від ν є лінійною. Тангенс кута нахилу графіка:

tg α = ΔU₃/Δν = h/q.

Звідси постійна Планка:

h = qtg α = q ΔU₃/Δν.

Ця формула служить для експериментального визначення постійної Планка.