ЛР2_Физика
.docxБЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра программного обеспечения информационных технологий
Факультет КСиС
Специальность ПОИТ
Лабораторная работа №2
по дисциплине «Физика»
тема: «Фотоэффект»
Выполнил студент: Бордон Е.С.
группа 991051
Зачетная книжка № 99105004
Минск 2020
Фотоэффект ― явление вырывания электронов из металла под действием света.
Согласно теории Эйнштейна, электрон выбивается с поверхности металла при соударении с ним отдельного фотона. При этом вся энергия фотона передается электрону, а фотон перестает существовать. Так как все электроны удерживаются в металле силами кулоновского притяжения, для выбивания электрона с поверхности металла требуется совершение определенной работы Аo (называемой работой выхода и составляющей для большинства металлов величину порядка нескольких электронвольт). Электроны, расположенные в глубине атома, требуют для своего освобождения больше энергии, чем внешние атомные электроны.
Фотоэффект важен для установления квантовой природы электромагнитного излучения. Эйнштейн в 1921г. награжден Нобелевской премией "за вклад в теоретическую физику, и особенно за его открытие закона фотоэлектрического эффекта".
Рис 1. Компьютерная модель для изучения фотоэффекта
На экране установка, состоящая из трубки, из которой до глубокого вакуума выкачан воздух. В трубке два электрода: катод, на который может падать световой поток и анод. В цепь включаем амперметр и вольтметр.
Задание 1: получите в цепи фототок, затем доведите величину светового потока до нуля. Что изменилось в показаниях приборов? Сделайте вывод.
Рис 2. Результат работы установки по заданию 1
Включаем источник света и обучаем катод световым потоком. Источник напряжения равен 0, однако стрелка амперметра отклоняется. Следовательно, в цепи есть ток.
При увеличении светового потока – увеличивается ток в сети.
Задание 2: Зафиксируйте величину ускоряющего напряжения. Изменяя величину светового потока, постройте график I = f(Ф). Проделайте эксперимент при различных значениях U. Сделайте вывод.
Таблица 1: Наблюдения за экспериментом 1.
f(Ф) |
U=2В |
U=5В |
U=10В |
U=15В |
16 |
0,7 |
0,9 |
0,9 |
0,9 |
32 |
1,4 |
1,7 |
1,9 |
1,9 |
48 |
2 |
2,6 |
2,8 |
2,8 |
64 |
2,7 |
3,5 |
3,7 |
3,7 |
80 |
3,4 |
4,3 |
4,7 |
4,7 |
96 |
4,1 |
5,2 |
5,6 |
5,6 |
Таблица наблюдений показывает, что при определенном значении напряжения изменение светового потока перестает влиять на силу тока в цепи.
Рис 3. График I = f(Ф)
На графике видно что при 10 и 15В (желтая линия) сила светового потока перестает влиять на силу тока в цепи.
Задание 3: Зафиксируйте величину светового потока. Изменяя ускоряющее напряжение, постройте график I = f(U) при всех возможных значениях U. Как объяснить его вид?
Увеличиваем напряжение. Сила тока сначала увеличивается, а затем, начиная с некоторого значения, не изменяется.
Рис 3. График I = U
Далее увеличиваем падающий световой поток на пластину. Также увеличиваем напряжение. Ток достигает насыщения.
Сила тока насыщения в два раза больше, чем в первом опыте.
Рис 4. График I = U
Таким образом, мы подтвердили первый закон фотоэффекта.
Первый закон фотоэффекта: сила тока насыщения прямо пропорциональна падающему световому потоку.
Задание 4: Чему равен потенциал катода, при котором фототок в цепи равен нулю (задерживающий потенциал)?
Переключим полюсы источника и опять начнем увеличивать подаваемое напряжение. Мы видим, что сила тока уменьшается и при некотором значении напряжения становится равной 0.
Это так называемое задерживающее напряжение. Электроны, покинувшие катод полностью задерживаются электрическим полем.
В нашем эксперименте задерживающий потенциал равен -10,1 В
Данный эффект отображен на графиках I=U (см. рис 3 и 4).
Задание 5: По полученным данным рассчитайте максимальную скорость фотоэлектронов.
Для нахождения скорости фотоэлектронов нужно знать красную границу. Красная граница – это максимальная длинна волны при которой наблюдается фотоэффект.
Опытным путем была определена красная граница – 535нм.
Дано:
λкр = 535 нм =535·10-9 м
λкр = 180 нм =180·10-9 м
Vmax = ?
Решение:
Зная красную границу фотоэффекта, найдем работу выхода
, Дж
Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта
Откуда максимальная кинетическая энергия
, Дж
Максимальная скорость фотоэлектронов
, м/с
Ответ: 1,268 106 , м/с.
Задание 6: Найдите наибольшее значение длины волны света, при которой еще фиксируется фототок в цепи. Опыт проделайте при различных значениях светового потока.
Красная граница – λкр = 535 нм =535·10-9 м.