Файл: Определение длины световой волны при помощи бипризмы френеля (Лабораторная работа 64).doc

(20.3)

где - максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона, Дж; – работа электростатического поля над электроном, Дж; е = 1,6 10 ^–19 Кл -- модуль заряда электрона.

При увеличении напряжения на аноде сила тока возрастает до , называемого током насыщения. Насыщение тока происходит тогда, когда все выбитые электроны достигают анода.

На рис. 20.2 изображены две ВАХ, снятые при различных освещенностях фотокатода .и . Поскольку начинаются они в одной и той же точке, то и, следовательно, кинетическая энергия электронов не зависят от освещенности.

И
зучить зависимость энергии фотоэлектронов от частоты можно, помещая на пути светового пучка различные светофильтры.

Включение установки для изучения законов фотоэффекта (рис. 20.3) осуществляется тумблером 1 и контролируется по индикатору 2. Напряжение на фотоэлементе регулируется ручкой 3 и контролируется по вольтметру 4. Лампа накаливания 5 является источником света, освещающим фотоэлемент 6. Сила тока в цепи измеряется микроамперметром 7. Освещенность фотоэлемента регулируется ручкой 8.

Мостовая схема включения фотоэлемента (см. рис. 20.1) позволяет менять полярность напряжения, не переключая источник тока.

---

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Все величины, полученные в результате измерений и вычислений, внесите в протокол измерений в соответствии с порядком выполнения работы и формой протокола.

Задание:

Задание 1. Снять вольт-амперную характеристику фотоэлемента.

1. 
   Установите какую-либо освещенность фотоэлемента ручкой 8 (рис. 20.3).
   
2. 
   Изменяя напряжение ручкой 3, установите нулевой ток.
   
3. 
   Увеличивая напряжение, пройдите интервал токов от нуля до максимального значения на микроамперметре. Результаты измерений занесите в таблицу результатов измерений 1.
   
4. 
   По результатам измерений в протоколе постройте ВАХ фотоэлемента (см. рис. 20.2).
   

Задание 2. Исследовать зависимость фототока от освещенности и проверить независимость максимальной энергии фотоэлектронов от освещенности.

1. 
   Установите максимальную освещенность фотоэлемента и подберите напряжение так, чтобы сила тока находилась в пределах шкалы амперметра.
   
2. 
   Измерьте освещенность ( ) с помощью люксметра и силу тока ( ) микроамперметром.
   
3. 
   Уменьшая освещенность, повторите измерения и 5 – 7 раз. Результаты измерений занесите в таблицу результатов измерений 2.
   

4. 
   П о данным таблицы измерений 2 постройте в протоколе график зависимости силы тока от освещенности (см. рис. 20.4).
   
5. 
   Установите светофильтр перед фотоэлементом (по заданию преподавателя).
   
6. 
   При нулевом напряжении установите максимальную освещенность фотоэлемента. Измерьте силу тока ( ) при напряжении .
   
7. 
   Изменяя напряжение в область отрицательных значений, измерьте напряжение ( ), соответствующее значению силы тока: .
   
8. 
   Измеренные значения освещенности, силы тока ( ), напряжения ( ) занесите в таблицу результатов измерений 3.
   
9. 
   Повторите измерения (по пунктам 10 – 11) для меньших значений освещенности.
   
10. 
    Постройте в протоколе график зависимости силы тока от напряжения при различных освещенностях (см. рис. 20.5).
    
11. 
    Сделайте вывод о зависимости кинетической энергии фотоэлектронов от освещенности фотоэлемента.
    

---

Задание 3. Изучить зависимость энергии электронов от частоты света. Определить работу выхода электрона из металла и красную границу фотоэффекта.

1. 
   При максимальном значении освещенности повторите измерения для синего и красного светофильтров (по пунктам 10 – 11).
   
2. 
   Измеренные значения силы тока ( ) и напряжения ( ) занесите в таблицу результатов измерений 4.
   
3. 
   По измеренным значениям определите по формуле (20.3) максимальную энергию фотоэлектронов.
   
4. 
   Д
   
   
   ля каждого светофильтра, используя шкалу длин волн видимого света, определите частоту по формуле: .
   
5. 
   Измеренные и вычисленные значения энергии и частоты (п. 18) запишите в таблицу результатов измерений 4.
   
6. 
   По данным таблицы результатов измерений 4 постройте в протоколе график зависимости энергии фотоэлектронов от частоты падающего света: (см. рис. 20.6).
   
7. 
   Продолжите прямую до пересечения с осью (см. рис. 20.6). Определите красную границу фотоэффекта и работу выхода по формуле: .
   
8. 
   Сделайте выводы.
   

---

ПРОТОКОЛ ИЗМЕРЕНИЙ

Заряд электрона: е = 1,6 10 ^–19 Кл.

Постоянная Планка: h =6,63 10 ^–34 Дж c.

Скорость света в вакууме: с = 3 10 ⁸ м/с.

Шкала световых вол:

Цвет светофильтра	Интервал длин волн, мкм
Красный Оранжевый Желтый Зеленый Голубой Синий Фиолетовый	0,76 – 0,62 0,62 – 0,58 0,58 – 0,56 0,56 – 0,51 0,51 – 0,48 0,48 – 0,45 0,45 – 0,40

1. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) при

Результаты измерений 1 График зависимости (см. рис. 20.2)

Номер измерений	В	мкА
1
2
3
4
5

2. Зависимость силы тока от освещенности при

Результаты измерений 2 График зависимости (см. рис. 20.4)

Номер измерений	лК	мкА
1
2
3
4
5

---

3. Независимость максимальной энергии от освещенности

Результаты измерений 3

Номер измерения	лК	, мкА при	В
1
2
3

График зависимости (см. рис. 20.5)


4. Зависимость энергии электронов от частоты света

Результаты измерений 4

Светофильтр	м	мкА при	В		Гц
Красный
Синий

Максимальная энергия фотоэлектронов:

красный светофильтр

---