4.3. Обработка результатов.
4.3.1. Построение вольтамперной характеристики.
Используя полученные в опыте данные прямых измерений, построить на миллиметровой бумаге (формат А4) график (в случае Задания 2 или Задания 3 – графики) вольтамперной характеристики вакуумного фотоэлемента.
На горизонтальной оси должны быть показания вольтметра в делениях шкалы. Справа от нуля – положительное анодное напряжение; слева – отрицательное анодное напряжение. На вертикальной оси должны быть показания гальванометра в делениях.
Обозначить оси и указать на них цену деления шкалы приборов.
Полученные в опыте значения фототока привести на графике в виде небольших «кружков». Графическая зависимость должна представлять собой непрерывную гладкую линию, проведённую так, чтобы «кружки» симметрично располагались вдоль этой линии.
Примечание. В данной лабораторной работе измеряется только начальный участок вольтамперной характеристики фотоэлемента. На этом участке фототок растёт с увеличением положительного анодного напряжения. Насыщение фототока, показанное на рис.2 и 3, в фотоэлементе происходит только при U > 5 В. Этот участок вольтамперной характеристики в данной работе не исследуется.
4.3.2. Определение максимальной скорости электронов, вылетающих из катода, и работы выхода фотоэффекта.
Максимальная скорость vmax вылетающих из катода электронов определяется формулой (6).
Результат представить в виде:
Относительную погрешность косвенных измерений величины максимальной скорости электронов найти по формуле:
Для расчёта
взять значение Uзд
из опыта. Массу и электрический заряд
электрона взять из справочника с тремя
значащими цифрами и принять эти величины
точными. Результат расчёта среднего
значения
округлить с учётом величины
.
При расчёте погрешностей руководствоваться
методическими указаниями №100.
Работа выхода фотоэффекта на заданной в опыте частоте осциллятора источника света определяется разностью:
,
где
представляет собой максимальную кинетическую энергию электронов, вылетающих из катода фотоэлемента под действием света.
Результат расчёта представить в виде:
.
При вычислениях взять значения h и e из справочника с тремя значащими цифрами и принять эти величины точными.
Значения
и
даны в подразделе 4.1. Результат для
работы выхода записать в эВ - электронвольтах;
среднее значение
округлить с учётом величины
.
5. Вопросы для проверки знаний (примерные):
5.1. Дайте определение внешнего и внутреннего фотоэффекта.
5.2. Сформулируйте основные законы внешнего фотоэффекта.
5.3. Что такое задерживающее напряжение?
5.4. Что такое ток насыщения?
5.5. Объясните схему экспериментальной установки для измерения вольтамперной характеристики вакуумного фотоэлемента.
5.6. Как выполнялось измерение задерживающего напряжения в работе? Какие результаты получены в данной работе?
5.7. Что такое граничная частота и «красная граница» внешнего фотоэффекта?
5.8. Чем определяется максимальная кинетическая энергия электронов, вылетающих под действием света с поверхности металлов?
5.9. Изобразите примерный график зависимости задерживающего напряжения Uзд от частоты осциллятора источника света. Объясните, как по данному графику можно найти работу выхода A, граничную частоту гр и постоянную Планка h.
5.10. Исходя из основного уравнения внешнего фотоэффекта, докажите справедливость второго и третьего законов внешнего фотоэффекта.
5.11. По графикам, приведённым на рис.4, найдите приближённо: работу выхода A, граничные частоты гр для цезия, вольфрама и платины. Используя любой из трёх графиков, определите значение постоянной Планка h.