Материал: Методические указания для выполнения лабараторных работ. Оптика и атомная физика
(12.4)
где ν0 = A h – минимальная частота излучения, при которой возможен вы-ход электрона из исследуемого металла. Аппроксимация результатов изме-рения Uз (ν) линейной функцией позволяет найти ее параметры (рис.12.2): граничную частоту ν0 , работу выхода A = hν0 и отношение констант a = h e .
81
Рис. 12.2. Зависимость запирающего напряжения
на фотоэлементе от частоты электромагнитного излучения
Фототок зависит от освещенности E катода установки, которая опреде-ляется как количество энергии, падающее на единицу площади S поверхно-сти в единицу времени. Если на катод в единицу времени падает dN dt фо-тонов, то
-
E =
hν
dN
(12.5)
S dt
При некотором значении напряжения U между катодом и анодом фото-элемента величина фототока перестает зависеть от напряжения и представля-ет собой ток насыщения Iн – асимптоту вольтамперной характеристики I (U) фотоэлемента. Ток насыщения Iн пропорционален потоку излуче-ния, падающего на поверхность металла и согласно (10.2) равен
|
|
|
|
|
I н = |
dq |
= e |
dN |
e |
= eη |
dN |
= eη |
dW |
= |
eη |
= k0 |
(12.6) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
dt |
dt |
|
dt |
hνdt |
hν |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
где |
k0 |
= |
eη |
= |
eηλ |
, |
= dW dt |
– поток излучения источника, падающий на |
||||||||||
hν |
hc |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
фотокатод. Соотношение (12.6) известно как закон Столетова. Если учесть, что = ES , где E – освещенность катода, S – его площадь, то закон Столе-това можно записать в виде
-
I
н
= kE
где k = |
eηS |
= |
eηSλ |
. |
hν |
|
|||
|
|
hc |
||
(12.7)
82
Задание для подготовки к работе
Занести в протокол эксперимента таблицы по форме 12.1–12.4.
Указания к выполнению работы
Между лампой и фотоэлементом установить зеленый светофильтр. Пере-ключатель S2 поставить в положение + . Переключатель S3 Осветитель поставить в положение 2, при котором обеспечивается осве-
щенность фотокатода E2 =1Вт м |
2 |
. Измерить зависимость силы тока I от |
||
|
||||
напряжения U при фиксированных значениях освещенности |
E2 |
и длине волны |
||
падающего излучения λ1 = 550нм . Для этого рекомендуется изменять напряже-
ние на фотоэлементе от 0 до 24 В с шагом U =1.0 |
. В и измерять силу фототока. |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 12.1 |
|||
|
|
|
Вольтамперная характеристика фотокатода |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
E |
U , В |
|
|
|
светофильтр |
|
1 |
2 |
… |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
λ, нм |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E |
2 |
I (E ),мкА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
зеленый |
|
|
|
|
|
|
|
||
E |
I ( E |
), мкА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
3 |
3 |
|
|
|
|
λ |
= 550 нм |
|
|
|
|
|
|
|
|
E |
|
I ( E |
),мкА |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E |
2 |
I (E ),мкА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
синий |
|
|
|
|
|
|
|
|
E |
I (E ),мкА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
3 |
3 |
|
|
|
|
λ |
2 |
= 515 нм |
|
|
|
|
|
|
|
E |
|
I (E ),мкА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Переключатель |
S3 |
поставить в положение 3 и повторить измерения по |
|||||||||||||
п.1 при освещенности фотокатода |
E3 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Переключатель S3 поставить в положение 4 и повторить измерения по
п.1 при освещенности фотокатода |
E4 |
. |
Между лампой и фотоэлементом установить синий светофильтр, зна-
чение длины волны пропускания которого λ2 = 515 нм , и повторить измере-ния пп. 1–3. Результаты измерений занести в табл. 12.1.
5. Переключатель S2 поставить в положение − . Переключатель S3 Осветитель поставить в положение 2, которое обеспечивает макси-мальную освещенность E2 поверхности фотокатода.
Установить зеленый светофильтр значение длины волны пропускания которого λ1 , и измерить напряжение на фотоэлементе Uз , при котором фо-тоток принимает нулевое значение: I (Uз ) = 0 . Результат измерения Uз запи-
сать в табл. 11.2. Провести измерение напряжения N = 5 раз.
83
Таблица 12.2
Определение запирающего напряжения при освещенности фотокатода
E2
Светофильтр
Зеленый
Синий
|
|
|
λ,нм |
λ |
|
= 550 нм |
|
1 |
|
|
|
λ |
2 |
=515нм |
|
|
|
||
ν = c λ , Гц |
|
|
||
ν |
14 |
Гц |
||
= 5,45 10 |
|
|||
|
1 |
|
|
|
ν |
|
14 |
Гц |
|
2 |
= 5,83 10 |
|||
|
|
|
|
|
з , В
1 2 3 4 5
Между лампой и фотоэлементом установить синий светофильтр, зна-
чение длины волны пропускания которого λ 2 , и повторить измерения по п. 6 N = 5 раз. Результаты измерения Uз записать в табл.10.2.