ОБРАБОТКА ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

1. По данным таблицы №1 (№2) постройте графики , соответствующие вольтамперной характеристике лампы.

2. Наиболее хорошим режимом работы лампы (I_н, U_з), является вольтамперная характеристика, показанная на рис. 5.

Рис. 5. Вольт-амперная характеристика.

3. Первый («резонансный») потенциал возбуждения атомов газа, заполняющего лампу, определяется как разность ускоряющих напряжений U₂ и U₁, соответствующих второму и первому спаду анодного тока. Потенциал наиболее быстрого падения тока определяется по среднему току, значение которого находится посередине, между токами максимума и минимума:

Тогда .

4. Определите значение резонансного потенциала для второй лампы аналогичным методом.

5. Данные занести в таблицу 3.

Таблица 3

№ лампы	I_н, А	U_з, В	I_max₁, мкА	I_min1, мкА	I₁, мкА	U₁, В	I_max₂, мкА	I_min2, мкА	I₂, мкА	U₂, В	, В
Л₁, He
Л₂, Ne

6. Оценить погрешность измерений и сравнить , полученную в задании 1 и 2 с заданием 3.

7. Сравнить полученные данные резонансного потенциала с табличными: гелий В, неон В.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА К РАБОТЕ

1. Как устроен модуль работы? Какие приборы применяются в работе?

2. Какова цель данной работы? Какой метод используется в данной работе?

3. Какие данные вводятся и являются постоянными?

4. Какие измерения необходимо проверить в данной работе?

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ СДАЧИ РАБОТЫ

1. Нарисовать распределение потенциала в работе.

2. Дать объяснение полученным вольтамперным характеристикам ламп.

3. Что такое резонансный потенциал атома He и Ne?

4. Сформулируйте постулаты Бора.

5. Каковы выводы из результатов опытов Франка-Герца?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3-15

Изучение внешнего фотоэффекта

Цель работы: ознакомиться с явлением внешнего фотоэффекта, снять вольтамперные характеристики, определить постоянную Планка, найти работу выхода электронов из металла и красную границу фотоэффекта.

ВВЕДЕНИЕ

Внешним фотоэффектом (далее – фотоэффектом) называется явление испускания электронов веществом под действием света. Схема установки для наблюдения и исследования фотоэффекта показана на рис.1.

^свет

^Б

_Кe ^·_А

_П

Рис. 1. Схема установки:

Б – вакуумный баллон, А – амперметр, V – вольтметр,

К – катод, А – анод, П – потенциометр, e - источник ЭДС.

Вольтамперная характеристика показана на рис. 2, где U – разность потенциалов между электродами (катодом и анодом), I_ф – величина фототока. Горизонтальный участок кривой показывает, что при некотором напряжении фототок достигает насыщения, т.е. все электроны, вырванные из фотокатода, достигают анода. При U = 0 ток I_ф отличен от нуля, т.е. электроны достигают анода и в отсутствие ускоряющего поля. Это говорит о том, что электроны покидают катод с некоторой конечной скоростью.

Если создать между катодом и анодом тормозящее поле, то фототок I_ф уменьшится. При некотором значении тормозящей разности потенциалов U_з(задерживающая разность потенциалов) ток становится равным нулю. Это означает, что все фотоэлектроны, включая самые быстрые, полностью тормозятся полем.

Измерив величину задерживающей (тормозящей) разности потенциалов U_з, можно найти максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов:

Е_к_max = eU_з_,(1)

здесь e –зарядэлектрона.

I_ф

U_з U

Рис. 2. Вольт-амперная характеристика.

Экспериментально были установлены следующие законы фотоэффекта:

- фототок насыщения (количество вырванных электронов) пропорционален потоку световой энергии, падающему на катод;

- максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов для данного металла катода зависит только от частоты света, вызывающего фотоэффект, и не зависит от его интенсивности;

- для каждого металла существует красная граница фотоэффекта, т.е. такая частота (длина) волны падающего света, при которой фотоэффект еще существует.

Для большинства металлов красная граница фотоэффекта лежит в ультрафиолетовой части спектра.

Законы фотоэффекта можно объяснить только на основе квантовой теории, согласно которой свет излучается и поглощается не непрерывно, как это следует из электромагнитной теории, а отдельными порциями – квантами. Энергия кванта e пропорциональна частоте света n:

e = hn, (2)

здесь h = 6, 62× 10^-34 Дж× с – коэффициент пропорциональности, он называется постоянной Планка.

При падении света на поверхность металла энергия кванта передается электрону полностью. Очевидно, электрон может покинуть поверхность металла только в том случае, если энергия кванта равна или больше работы выхода, т.е. работы, необходимой для вырывания электрона из металла. Этим объясняется наличием красной границы фотоэффекта. Частота n₀, соответствующая красной границе, определяется из соотношения:

А = hn₀, (3)

здесь А – работа выхода.

Если энергия кванта больше работы выхода, то часть этой энергии затрачивается на совершение работы выхода, а оставшаяся часть – на сообщение кинетической энергии электрону:

hn = А + Е_к_max_.(4)

Соотношение (4) называется уравнением Эйнштейна для фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна можно применять для экспериментального определения постоянной Планка и работы выхода электрона из металла.

Подставляя (1) в (4), получим:

hn = А + eU_з.(5)

Преобразуя формулу (5), найдем зависимость задерживающей разности потенциалов от частоты вызывающего фотоэффект света U_з(n):

. (6)

График зависимости U_з(n)представляет собой прямую линию. Тангенс угла наклона этой прямой к оси nпозволяет определить постоянную Планка, а отрезок, отсекаемый прямой на оси U _з –работу выхода, Из графика можно определить и красную границу фотоэффекта.

⇐ Предыдущая 5 6 7 8 9 10 11 121314 Следующая ⇒