Файл: laby_2_semestr_fizika.pdf

176 

 
3. Снять вольт–амперную характеристику фотоэлемента. Для этого, 

повышая напряжение, через каждые 10 В отмечать в табл.10.2 значения 
фототока. Измерения производить до величины тока насыщения i

нас

. 

4. Повторить  измерения  по  п.3  для  четырех  других  расстояний 

между  источником  света  и  фотоэлементом  в  диапазоне  0,2  –  0,7 м  и 
записать полученные результаты в табл.10.2. 

5. Выключить установку из сети и закрыть крышку фотоэлемента.  
6. Построить  на  одном  графике  полученные  вольт–амперные 

характеристики фотоэлемента i = f(u). 

7. По  данным  табл.10.2  заполнить  табл.10.3  и  построить  график 

зависимости тока насыщения i

нас

 от величины 

2

d

1

. 

Таблица 10.3 

№ 

п.п 

d

м 

2

d

1

м

–2

i

нас

мкA 

1 

2 

3 

4 

5 

Контрольные вопросы 

1. Как в работе изменяют напряжение на вакуумном фотоэлементе? 
2. Объяснить полученные в работе вольт амперные характеристики. 
3. На  основе  законов  фотоэффекта  объяснить,  почему  зависимость 

тока насыщения i

нас

 от величины 

2

d

1

изображается прямой линией. 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА  № 122(к) 

Внешний

фотоэффект

Цель  работы:  изучение  с  помощью  компьютерной  модели 

закономерностей  внешнего  фотоэффекта,  определение  постоянной 
Планка, красной границы фотоэффекта и работы выхода фотокатода.  

Методика измерений 

Основные  закономерности  внешнего  фотоэффекта  подробно 

рассмотрены в разделе 10.2. Из уравнения Эйнштейна (10.19) 

2

mv

A

2
max

вых

177 

и закона сохранения энергии (10.20) 

2

mv

u

e

2
max

з

можно  получить  связь  величины  задерживающего  напряжения  u

з

  с 

энергией падающего фотона   

з

вых

u

e

A

(10.41)  

Согласно  постулату  Планка  (10.1),  энергия  фотона  может  быть 

записана через частоту   или длину волны  : 

hc

h

, 

(10.42) 

где h = 6,626 10

–34

 Дж с – постоянная Планка, с = 3·10

8

 м/с – скорость 

света в вакууме. 

Выразим из выражений (10.41) и (10.42) величину задерживающего 

напряжения  

e

A

1

e

hc

u

вых

з

(10.43) 

и  получим  линейную  зависимость  задерживающего  напряжения  u

з

  от 

обратной длины волны (1/ ). Построив эту зависимость по результатам 
измерений, можно экспериментально определить величину постоянной 
Планка h. 

Порядок выполнения работы 

Рис. 10.9 

178 

Запустить программу, подведя маркер мыши под значок "Открытая 

физика.1.1"  на  рабочем  столе  компьютера  и  дважды  щѐлкнув  левой 
кнопкой мыши. Выбрать раздел «Квантовая физика» и «Фотоэффект» 
(рис.10.9).  

Рассмотреть  внимательно  схему  опыта.  Подведя  маркер  мыши  к 

любому  рычажку,  несколько  раз  изменить  характеристики,  наблюдая, 
как меняется картина внешнего фотоэффекта в вакууме.  

Зарисовать  схему  установки  в  конспект  лабораторной  работы. 

Дописать, если необходимо, нужные формулы (кнопка с изображением 
страницы служит для вызова теоретических сведений). 

Упражнение 1. 

Экспериментальное определение постоянной Планка. 

1. Зацепить  мышью  движок  регулятора  мощности  облучения 

фотокатода и установить его на максимум. 

2. Аналогичным  образом  установить  нулевое  напряжение  между 

анодом  и  катодом,  а  также  минимальную  длину  волны  падающего 
света.    Наблюдать  движение  электронов  в  фотоэлементе,  изменяя 
постепенно  напряжение  и  добиваясь  исчезновения  фототока  (при 
визуальном  наблюдении  электронов  видно,  что  почти  все  электроны 
практически  долетают  до  анода  и  после  этого  движутся  обратно  к 
катоду).

Это  значение  напряжения,  при  котором  прекращается 

фототок, называется запирающим  или задерживающим (u

з

).

3. Установить  первое  значение  запирающего  напряжения  u

з

  из 

заданных  преподавателем  для  вашей  бригады.  Перемещая  мышью 
метку на спектре, подобрать такое значение длины волны, при котором 
прекращается фототок (при визуальном наблюдении электронов видно, 
что  практически  все  электроны  долетают  до  анода  и  после  этого 
движутся  обратно  к  катоду).  Более  точное  изменение  длины  волны  с 
шагом 1нм можно осуществлять с клавиатуры  компьютера стрелками 
вправо « → » или влево « ← ». 

4. Занести значения   и u

з 

в табл.10.4.  

Таблица 10.4 

u

з 

В 

нм 

1/  

м

–1 

179 

 
5. Повторить  п.п.  3,  4    ещѐ  три  раза  с  остальными  значениями 

запирающего напряжения. Результаты занести в табл.10.4 . 

6. Вычислить и записать в табл.10.4  обратные длины волн. 
7. Построить  график  зависимости  задерживающего  напряжения  u

з

от  обратной  длины  волны  (1/ )  и  по  двум  любым  точкам  графика 
определить угловой коэффициент k полученной прямой: 

1

2

1

з

2

з

)

1

(

)

1

(

u

u

k

. 

(10.44) 

8. Определить постоянную Планка по формуле: 

k

с

е

h

,  

(10.45) 

где |е| = 1,6

.

10

–19

 Кл заряд электрона, с = 3

.

10

8

 м/с скорость света в вакууме. 

9. Вычислить относительную погрешность полученной величины. 
 

Упражнение 2. 

Определение красной границы фотоэффекта и расчет 

работы выхода для данного вещества фотокатода. 

1. Установить  любое  положительное  значение  напряжения,  при 

котором наблюдается фототок. 

2. Установить минимальную длину волны падающего света.   
3. Перемещать  метку  на  спектре,  постепенно  увеличивая  длину 

волны облучения фотокатода. Добиться полного отсутствия фототока.  

4. Постепенно  перемещать  метку  на  спектре,  уменьшая  длину 

волны.  Определить  значение  самой  большой  длины  волны  (красную 
границу 

0

),  при  которой  фототок  ещѐ  присутствует.  Записать  это 

значение длины волны. 

5. Используя  полученную  длину  волны,  соответствующую  красной 

границе  фотоэффекта,  вычислить  значение  работы  выхода  материала 
фотокатода по формуле (10.22): 

0

вых

hc

A

(10.46) 

и сравнить со значением энергии фотона на экране. 

6. Определить материал фотокатода по данным табл.10.5, учитывая, 

что 1эВ = 1,6·10

–19

 Дж. 

Таблица 10.5  

Значения работы выхода для некоторых материалов 

Материал  калий  литий  платина  рубидий  серебро  цезий  цинк 

А

ВЫХ

, эВ 

2.2 

2.3 

6.3 

2.1 

4.7 

2.0 

4.0 

180 

Упражнение 3. 

Экспериментальное подтверждение зависимости тока                  

насыщения от мощности светового потока. 

1. Установить  длину  волны  в  пределах  от  380  нм  до  400  нм 

и 

записать его и соответствующее ему значение энергии фотона.  

2. Установить  значение  ускоряющего  напряжения  так,  чтобы  

значение  силы  тока  соответствовало  насыщению.  При  этом  «красный 
квадратик» 

должен 

находиться 

на 

горизонтальном 

участке 

вольтамперной характеристики. 

3. Установить минимальное значение мощности Р светового потока, 

при котором наблюдается фотоэффект. Занести  в табл. 10.6 значение 
мощности  светового  потока  и  соответствующее  ему  значение  тока 
насыщения.  Далее  менять  мощность  Р  потока  с  шагом  0,2  мВт, 
записывая в табл.10.6 соответствующие значения тока насыщения. 

Таблица 10.6 

      = ____ нм 

Р     мВт 

i

нас

   мА 

 
4.  По  данным  табл.10.6  построить  график  зависимости  тока 

насыщения  i

нас

  от  мощности  Р  светового  потока.  Объяснить  характер 

полученной зависимости. 

5. Провести анализ результатов и сделать выводы. 
6. Оценить погрешность проведѐнных измерений. 

Контрольные вопросы 

1. В  чем  заключается  методика  определения  постоянной  Планка  в 

данной работе? 

2. Что такое красная граница фотоэффекта? Как она определяется в 

работе? 

3. Как 

в  работе  определяется  величина  задерживающего 

напряжения на фотоэлементе? 

4. Как  в  эксперименте  определяется  работа  выхода  электрона  из 

металла? 

5. Как  по  графику,  построенному  в  упражнении  1,  определить 

работу выхода в электронвольтах?  

6. Объяснить характер полученной зависимости тока насыщения от 

мощности падающего на катод света. 

7.Как связаны три упражнения с законами фотоэффекта?