Лабораторна робота О–11

Визначення сталої Планка методом затримуючого потенціалу.

Мета роботи: визначення сталої Планка.

При дії світла на деякі речовини відбувається виривання електронів з їх поверхонь.

Це явище називається зовнішнім фотоефектом. Його закони встановлені експериментально А.Г.Столєтовим.

Максимальна початкова швидкість фотоелектронів та їх енергія визначається частотою світла, та не залежить від його інтенсивності.

Для кожної речовини існує мінімальна частота світла l₀ (максимальна довжина хвилі l₀), при якій ще можливий фотоефект. Ця частота l₀ називається червоною межею фотоефекту. Величина l_с залежить від хімічної природи речовини та стану його поверхні.

Число вирваних з катоду за одиницю часу фотоелектронів n пропорційно інтенсивності світла.

Явище фотоефекту може бути пояснено за допомогою квантової теорії випро­мінювання, згідно якій випромінювання та поглинання світла відбувається окре­мими порціями – квантами світла. Енергія кванта e пропорційна частоті світла n:

e=hn,

де h – стала Планка.

При взаємодії світла з вільними електронами їм передається енергія кванту. Частина цієї енергії витрачається електроном на здійснення роботи виходу А, а частина переходить в кінетичну енергію.

За законом збереження та переходу енергії

, (1)

де m – маса електрона;

V_max – максимальна швидкість електрона

Вираз (1) називається рівнянням Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту.

В роботі для визначення сталої Планка використовується вакуумний фото­елемент СЦВ-4 (мал.11-1). Світло від лампи Л, пройшовши через фільтр Ф, потрапляє на катод фотоелемента та вириває з нього електрони. Електроди фотоелемента мають таку форму, що максимум фотоелементів потрапляє на анод А. Ці електрони й обумовлюють струм в колі, величина якого визначається гальванометром Г. Залежність величини фотоструму від прикладеної напруги (вольт-амперна характеристика) має вигляд, зображений на мал.11-2. З вольт-амперної характеристики фотоструму видно, що при відсутності прискорюючого поля в колі фотоелемента існує струм.

При накладанні деякого поля, що відповідає величині затримуючої різниці потенціалів U₃, струм в колі зникає. Умова відсутності струму —

,

де е — заряд електрона.

Підставляючи в рівняння (1) фотоефекту значення та , отримаємо

. (2)

Запишемо рівняння (2) для двох довжин хвиль (частот)

;

.

Віднімаючи почленно з першої рівності другу, отримаємо

. (3)

Схема електричного кола (мал.11-1), для визначення сталої Планка, складається з фотоелементу (ФЕ), між катодом К та анодом А якого подана напруга від акумулятора Е через потенціометр R. Дзеркальний гальванометр зашунтований кнопочним ключем К₁. В колі потенціометра є звичайний ключ К. Для вимірю­вання напруги, яка подається на фотоелемент, між двигунком потенціометра та одним з його кінців під’єднується вольтметр.

Методика виконання роботи

Зібрати схему (мал.11-1). Кнопочний ключ К₁ існує для заспокоєння “зайчика” гальванометра.

Увімкнути освітлювач та встановити початкове положення світлового “зайчика” гальванометра на нулі шкали при закритій задвижці у фотоелемента. Після чого задвижку зняти.

Помістити перед фотоелементом світлофільтр, на який вкаже викладач.

Підвищуючи затримуючу напругу, яка подається на фотоелемент, знов встановити “зайчик” гальванометра в нульове положення

Дослід повторювати для чотирьох світло фільтрів, в кожному випадку знімаючи покази затримуючої напруги. Довжина хвиль світла, яке пропускається кожним світлофільтром, взяти з таблиці, яка є в лабораторії.

Для зручності, покази всіх вимірювань занести в таблицю.

№ з/п	U13	U23	U33	U43	l1	l2	l3	l4	е	С	h
1. 2. 3.
Сер.

Узявши різні комбінації чотирьох U₃, розрахувати 3-5 значень сталої Планка за формулою (3) та знайти середнє значення.

Похибку h рахувати по середньому.

Контрольні питання

Що називається фотоефектом?

Сформулювати закон зовнішнього фотоефекту?

Записати енергію кванта світла.

Записати формулу Ейнштейна.

Що являє собою фотоелемент?

Який зміст затримуючого потенціалу?

Яке значення мають світлофільтри?

Яка природа світла?

Що таке червона межа фотоефекту?

Чому пропорційний відброс “зайчика” гальванометра?

Записати розрахункову формулу сталої Планка.

Яку дію виконує кнопочний ключ К₁ у схемі?

Яка розмірність сталої Планка?

Яким методом в роботі розраховується похибка?

Література

Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики. т.ІІI—М.:Высшая школа, 1971.

Савельев И.В. Курс физики. т.ІІІ.—М.:Наука, 1966.

Фриш С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики. т.II.—М.–Л.:Физматгиз, 1962.

Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс общей физики.—М.:Высшая школа, 1967.

Дата добавления: 2015-10-29