Определение работы выхода электронов из металла и длины волны красной границы фотоэффекта

1. Лабораторная работа № 8-1 «Определение работы выхода электронов из металла и длины волны красной границы фотоэффекта»

2.

Цель работы:
Ознакомление с явлением внешнего фотоэффекта,
проведение
виртуального
эксперимента
по
определению задерживающей разности потенциалов
для разных длин волн света и ее зависимости от (1/ ),
вычисление работы выхода электронов и длины волны
красной границы фотоэффекта для двух материалов
фотокатода.

3.

Внешний фотоэффект
1887 г. Г. Герц
1888 г. А. Г. Столетов

4.

Внешний фотоэффект - явление испускания
электронов металлами и полупроводниками
под действием света.

5.

6.

наиболее эффективно
ультрафиолетовое излучение
вещество теряет только
отрицательные заряды
сила тока насыщения прямо
пропорциональна интенсивности света

7.

ВАХ фотоэлемента
Iн
Uз
0
Iн - фототок насыщения
Iн = е n,
п — число электронов, испускаемых катодом в 1 с
U

8.

Iн
Uз
0
задерживающее напряжение Uз:
U
m 2max
eU з
2

9.

Iф
Ф1
Ф2
Ф3
Uз
U
0
Ф1 > Ф2 > Ф 3

10.

Три закона внешнего фотоэффекта
1. При фиксированной частоте падающего света число
фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени,
пропорционально интенсивности света.
2.Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не
зависит от интенсивности падающего света, а определяется
только его частотой.
3. Для каждого вещества существует красная граница
фотоэффекта, т. е. минимальная частота к света при
которой фотоэффект прекращается.

11.

Квантовая теория фотоэффекта
1905 г.
Свет испускается, распространяется в пространстве
и поглощается веществом отдельными порциями (квантами).
Распространение света - поток дискретных квантов,
движущихся со скоростью света.

12.

Уравнение А.Эйнштейна
m
Aв
2
2
max
h c
ε h ν
λ

13.

При = к
Wк = 0
Красная граница фотоэффекта:
Ав
к
h
h c
к
Aв

14.

h A в eU з
h c
ε h ν
λ
UЗ
0
ν k
νk
a
Uз
h
Aв
U з ν
e
e
hc
Aв
e U 3
λ
h
tgα
e
A в h ν k
A в h ν k

15.

1. Выбрать материал фотокатода
2. Задать минимальную длину волны света
материал фотокатода
8,06
3. Изменять положение движка потенциометра,
при котором сила фототока обращается в нуль, (движок останавливается).

16.

4.Найти значение задерживающего напряжения U3
5. Записать значения длины волны и задерживающего напряжения в таблицу 1
материал фотокатода
8,06
0
6.Измерения U3 проводятся 3 раза

17.

Таблица 1.
i, нм
100
Материал фотокатода 1 ……………….
U3, В <U3>, Ai, эВ <A>,
A,
В
эВ
эВ
8,06
8,14
8,01
К, нм
i, нм
100
150
150
200
200
250
250
300
300
350
350
400
400
Материал фотокатода 2 ……………….
U3, В <U3>, Ai, эВ <A>,
A,
В
эВ
эВ
К, нм

18.

7. Изменяя длину волны света повторить для всех длин волн,
пока наблюдается фотоэффект
материал фотокатода
серебро
7,78
150
0
8. Выбрать второй материал фотокатода и повторить измерения.

19.

Обработка экспериментальных результатов
1. Вычисляются средние значения задерживающего
напряжения для каждой длины волны <U3>
8,06 8,14 8,01
U з1 100
8,07
3
2. Строится график
зависимости <U3>=f(1/ ).
UЗ
10
8
6
Диапазон U3 от 0 В до 10 В;
диапазон (1/ ) от 0,002 нм-1
до 0,01 нм-1.
4
2
0
0,002
0,004
0,006
0,008
0,01
1/

20.

3. Работа выхода может быть определена по значениям
задерживающего напряжения для разных длин волн
излучения, падающего на фотокатод.
n
hc
Ai
e U3 i ;
λi
A
A
i 1
n
hc
hc ΔA
λk
; Δλ k
2
A
A
i
;

21.

4. Определяется погрешность <A>, как
погрешность при косвенных
невоспроизводимых измерениях
5. Записывается окончательный результат в виде
A=<A> A, эВ
К=< K> K, нм
6. Cравнить полученные результаты с выводами
теории и табличными значениями работ выхода.
Сделать вывод по работе.