Визначення світлової характеристики

1. Встановити за допомогою потенціометра R напругу 100 ….150 В на фотоелементі.

2. Змінювати відстань між фотоелементом і джерелом світла, фіксуючи для кожної відстані d відповідну силу анодного струму І, мкА, яка вимірюється мікроамперметром.

3. Результати вимірювань занести до табл. 3.2.

Таблиця 3.2

№ п/п	U, В	d, м		І, мкА

4. Побудувати графік залежності анодного струму від освітленості фотоелемента, яка пропорційна величині (вздовж осі абсцис відкладати , вздовж осі ординат - І).

Контрольні запитання і завдання

1. У чому полягає явище фотоефекта? Які ви знаєте види фотоефекту?

2. Сформулюйте закони зовнішнього фотоефекта.

3. Поясніть закони зовнішнього фотоефекта за допомогою рівняння Ейнштейна.

4. Намалюйте і поясніть графік вольт-амперної характеристики вакуумного фотоелемента.

5. Намалюйте і поясніть графік світлової характеристики вакуумного фотоелемента.

Література: [1, §34, с. 106 – 108], [2, §9.1, с. 260 – 262; §9.2, с. 262 – 265].

Лабораторна робота КО 4

ВИЗНАЧЕННЯ СТАЛОЇ ПЛАНКА ЗА ДОПОМОГОЮ ЗОВНІШНЬОГО ФОТОЕЛЕКТРИЧНОГО ЕФЕКТУ

Мета роботи: ознайомитись з явищем зовнішнього фотоефекта і визначити сталу Планка.

Перш ніж приступати до даної роботи, необхідно обов’язково ознайомитися із теоретичними відомостями із роботи №КО3. Додатково для даної роботи зазначимо таке.

Як випливає із рівняння Ейнштейна для зовнішнього фотоелемента фотострум між катодом і анодом вакуумного фотоелемента припиняється за умови

, (4.1)

де е – заряд фотоелектрона; U_з – запірна напруга.

Підставивши значення кінетичної енергії електрона з (4.1) рівняння Ейнштейна, отримаємо

= A+eU_з, (4.2)

Рівняння (4.2) можна використовувати для визначення сталої Планка h. З метою запишемо для двох різних частот монохроматичного світла:

= A+eU_з1;

= A+eU_з2. (4.3)

Розв‘яжемо систему рівнянь (4) відносно h:

. (4.4)

Монохроматичне світло можна отримати, використовуючи світлофільтри, які пропускають світло певних довжин хвиль і . Частоту світла визначимо із співвідношення , де С – швидкість світла у вакуумі.

Отже, знаючи частоту і падаючого світла та визначивши експериментально запірні напруги U_з1 i U_з2, що відповідають цим частотам, за формулою (4.4) можна знайти сталу Планка.

Потрібне устаткування: фотоелемент F, набір світлофільтрів Ф, джерело світла S, джерело струму ε, потенціометр П, вольтметр V, дзеркальний гальванометр G.

Порядок виконання роботи

1. Скласти електричну схему згідно з рис. 4.1, помістивши світлофільтр Ф між джерелом світла S та фотоелементом F.

Рис. 4.1

2. Вимкнути джерело світла S, зафіксувати положення світлового “зайчика” на шкалі дзеркального гальванометра.

3. Увімкнути джерело світла S.

4. З допомогою потенціометра П підібрати таку напругу U_з1, при якій “зайчик” гальванометра повернеться у вихідне положення.

5. Записати покази вольтметра U_з1.

6. Замінити світлофільтр і знайти U_з2 згідно з пп. 2-5.

7. Досліди, вказані в пп. 4-6 для кожного світлофільтру, повторити 5 разів і знайти середні значення U_з1 і U_з2.

Знаючи довжину хвиль λ₁ і λ₂, які пропускають світлофільтрами, обчислити значення і та сталу Планка за формулою (4.4).

8. Знайти енергію та швидкість фотоелектронів для частот та .

9. Результати занести в табл. 4.4.

Таблиця 4.4

№ п/п					Uз1	Uз2	h

10. За даними таблиці обчислити середнє значення сталої Планка h_ср, та довірчий інтервал Δh для довірчої ймовірності Р = 0,95. Для спрощення розрахунків статистичне оброблення результатів проводити як для прямих вимірювань. Для цього необхідно обчислити середньоквадратичну похибку

. (4.5)

11. Визначити довірчий інтервал за формулою:

. (4.6)

Для N = 5 та Р = 0,95 коефіцієнт Стьюдента становить = 2,8.

12. Результат визначення сталої Планка подати в інтервальній формі

h = (h_ср ± Δh); Р = 0,95. (4.7)

Контроль запитання та завдання

1. Що таке зовнішній фотоефект?

2. Поясніть рівняння Ейнштейна, наявність червоної межі фотоефекту.

3. Поясніть будову та роботу вакуумного фотоелемента.

4. Який зв’язок між частотою та довжиною хвилі монохроматичного світла?

5. Виведіть формулу (4.4).

Література: [1, §34, С. 106 – 108], [2, §9.1, С. 260 – 262; §9.2, С. 262 – 265].

Лабораторна робота КО 5