Лабораторный практикум по оптике (стр. 5 )

№№			Угол дифрации
теоретическое	опытное

4. Установите значения параметров и согласно индивидуальному

варианту (см. таблицу вариантов 2). Изменяя число штрихов в

дифракционной картине от минимального до максимального проследите

как изменяется дифракционная картина.

5. Сделайте вывод. Зарисуйте наблюдаемые картины.

Таблица вариантов 2.

	Номер варианта
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	20	50	100	20	50	100	20	50	100	50
	600	560	500	460	400	360	420	520	480	580

Вопросы к защите работы:

1.  Дифракция Фраунгофера на бесконечной щели.

2.  Условия наблюдения максимумов и минимумов.

3.  Что называется периодом дифракционной решетки?

4.  Как изменится дифракционная картина если решетку осветить белым светом?

5.  Почему в центре дифракционной картины всегда наблюдается максимум?

Лабораторная работа № 5

ИЗУЧЕНИЕ ФОТОЭФФЕКТА

Цель работы: построение вольт-амперной характеристики фотоэфеекта,

определение работы выхода электронов из металла и красной

границы фотоэффекта.

Оборудование: персональный компьютер

Теоретическое введение

Явление фотоэффекта, открытое Г. Герцем в 1887 году, состоит в вырывании электронов с поверхности металлов под действием света. Основные законы фотоэффекта были установлены . Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 1. К электродам трубки прикладывается некоторое напряжение , полярность которого можно изменять. Один из электродов трубки (катод) освещался монохроматическим излучением с длиной волны , и при некотором неизменном световом потоке снималась зависимость фототока от приложенного напряжения .

Типичные зависимости приведены на рисунке 2. При увеличении интенсивности света, падающего на катод, сила тока насыщения увеличивается (рис. 2б). При увеличении частоты излучения кривая смещается влево (рис. 2а).

Анализ полученных вольт-амперных характеристик позволил установить основные законы фотоэффекта:

·  Число электронов, вырываемых с поверхности металла, пропорционально интенсивности света.

·  Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов прямопропорцио- нальна частоте излучения.

·  Для каждого металла существует так называемая красная граница фотоэффекта, т. е. минимаьная частота при которой еще наблюдается фотоэффект.

Теоретическое объяснение законов фотоэффекта было дано А. Эйнштейном на основе гипотезы М. Планка о прерывистом характере излучения света. ланку свет излучается отдельными порциями, квантами, энергия которых пропорциональна частоте излучения, т. е.

, (1)

где - постоянная Планка. Применяя к процессу поглощения энергии атомом закон сохранения энергии А. Эйнштейн получил уравнение

, (2)

которое объясняет все законы фотоэффекта.

При уменьшении частоты излучения кинетическая энергия фотоэлектро-нов уменьшается и при некотором значении становится равной нулю и, следовательно,

. (3)

Для прекращения фототока к электродам необходимо приложить некоторое задерживающее напряжение . В этом случае работа электрического поля идет на торможение электронов:

. (4)

Из уравнения Эйнштейна следует, что работа выхода электронов из металла

. (5)

Экспериментальная часть

1.  Войдите в мульдимедийную программу «Изучение фотоэффекта».

2.  Используя кнопки изменения параметров, установите интенсивность света и длину волны излучения согласно вариантну.

3.  Изменяя напряжение на электродах, запишите значения анодного тока. длинах

4.  Опыт повторите при другой длине волны.

5.  Не изменяя длины волны, уменьшите интенсивность света на 0,1 Вт и повторите измерения.

6.  Определите энергию падающего фотона по формуле (1).

7.  Определив по графику задерживающее напряжение найдите кинетическую энергию фотоэлектронов по формуле (4).

8.  Определите работу выхода электронов из металла по формуле (5).

9.  Зная работу выхода электронов из металла, по формуле определите красную границу фотоэффекта .

10.  Расчет проверьте на вируальной модели. Сравните полученные

результаты.

11.  Сделайте вывод.

Таблица вариантов

	Номер варианта
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Р	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	0,9	0,8	0,7
	400	420	440	500	520	540	560	450	460	550
580	560	520	400	420	440	400	550	560	410

Таблица результатов

	3,0	2,5	2,0	1,5	1.0	0,5	0	-0,2	-0,4	-0,6	-0,8	-1,0

Вопросы к защите работы:

1.  Что называется фотоэффектом?

2.  Сформулируйте основные законы фотоэффекта.

3.  Запишите формулу Планка.

4.  Запишите уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

5.  Объясните законы фотоэффекта на основе уравнения Эйнштейна.

Задачи для самостоятельного решения:

1.  Работа выхода электронов из натрия равна 2,27 эВ. Найти красную границу фотоэффекта для натрия.

2.  Работа выхода электронов с поверхости цезия равна 1,89 эВ. С какой максимальной скоростью вылетают электроны из цезия, если металл освещен светом с длиной волны 0,589 мкм?

3.  Для исследования фотоэффекта и измерения постоянной Планка применял фотоэлемент, у которого анодом служили посеребренные стенки стеклянного сферического баллона, в центре которого находился катод в виде шарика из исследуемого материала. Найти постоянную Планка, если фотоэлектроны, вырываемые с поверхности металла светом с длиной волны 250 нм, задерживаются потенциалом 3,1 В, а вырываемые светом с длиной волны 125 нм – потенциалом 8,1 В.

Лабораторная работа № 6