Лабораторные работы / Отчеты - Бакулина - 2000 / Лаба КФ3

Лабораторная работа КФ3

«Фотоэффект»

Выполнила студентка группы О-23 Бакулина Мария

Проверил профессор Горев В. В.

Цель работы:

1. Знакомство с квантовой моделью внешнего фотоэффекта;

2. Экспериментальное подтверждение закономерностей внешнего фотоэффекта;

3. Экспериментальное определение красной границы фотоэффекта, работы выхода фотокатода и постоянной Планка.

С

k

a

хема установки:

Л

ФЭ

СФ

V

А

+

- ИП

П

L

1 2

ФЭ – вакуумный фотоэлемент, k – катод, a – анод, Л – источник света, СФ – светофильтр, ИП – регулируемый источник питания, П – переключатель, позволяющий менять полярность подаваемого напряжения, А – микроамперметр, V – вольтметр.

Расчётные формулы:

1. Константа

С=hс/e,

где h – постоянная Планка, с – скорость света, е – заряд электрона.

2. Работа выхода электронов

А_В=С/λ-U₃[эВ],

где λ – длина волны попадающего на катод излучения, U₃ – «запирающее» напряжение, при котором электроны загоняются обратно в катод.

3. Длина волны красной границы фотоэффекта

λ_кр=hc/A_B

1. Снятие вольтамперной характеристики фотоэлемента.

Установка №3

Цвет фильтра – зелёный

Переключатели в положении 1

Экспериментальные данные:

Здесь U – напряжение между

катодом и анодом

(ускоряющее электр. поле);

I – фототок.

Вольтамперные характеристики:

2. Определение работы выхода электронов.

Переключатели в положении 2

Экспериментальные данные:

С=hc/e=1,24 ∙ 10^-6 В∙м

Среднее значение работы выхода:

<A_B>=2,51479 эВ

Обработка результатов измерений:

среднеквадратичная погрешность

S_A=√{∑(ΔA_B)²/(6∙5)}=0,1017

границы доверительного интервала

ΔA_B= S_A ∙ t_0,95(6)=[ t_0,95(6)=2,571]=0,26153

A_B=<A_B> ± ΔA_B= (2,51479 ± 0,26153) эВ

Длина волны красной границы фотоэффекта:

λ_кр=0,494 мкм.

3. Наблюдение процессов в вакуумном фотоэлементе.

λ_кр=621 нм ν_кр=0,48 ∙ 10¹⁵ Гц

Экспериментальные данные:

Расчёт постоянной Планка:

h=eΔ(U₃)/{cΔ(1/λ)}

Здесь ΔU₃/Δ(1/λ) – тангенс угла наклона прямой, аппроксимирующей график зависимости U₃(1/λ):

ΔU₃/Δ(1/λ)=-1246,632

h=6,65 ∙ 10^-34

Так как по уравнению Эйнштейна

E_Ф=A_B+W_кин,

где E_Ф - энергия фотона, W_кин – кинетическая энергия, выделяемая электроном при его выходе с катода, то минимальная работа выхода электрона

A_B=hν_min.

Здесь ν_min= ν_кр=0,48 ∙ 10¹⁵ Гц

A_B=1,995 эВ

Ближе всего это значение работы выхода к значению для материала катода – цезия (A_B=2,0 эВ). Скорее всего, катод сделан из цезия.

3