Изучение законов фотоэффекта

ч

 

 

 

 

 

Отчет по лабораторной работе №3-39

 

«Изучение законов фотоэффекта»

 

 

 

                                                                                                 

 

                                                                                                   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент ч

ч ч.ч.

Проверила:  ч ч.ч.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ч

 ч г.

 

Цель  работы . 
Изучение законов фотоэффекта, установление красной границы фотоэффекта, границы выхода и постоянной Планка

 

Краткая теория.

Внешним фотоэлектрическим  эффектом (фотоэффектом) называется испускание электронов веществом под действием  света. Фотоэффект используется в фотоэлементах, получивших широкое распространение  как регистрирующие приборы в  самых разных областях науки и  техники.  
 
Изучение закономерностей фотоэффекта привело физическую науку к понятию световых квантов и сыграло выдающуюся роль в становлении современных представлений о природе.

 

Законы  фотоэффекта

 

Первый закон

Исследуя зависимость силы тока в баллоне от напряжения между  электродами при постоянном световом потоке на один из них, он установил первый закон фотоэффекта.

Фототок насыщения  пропорционален световому потоку, падающему на металл.

 Т.к. сила тока определяется величиной  заряда, а световой поток - энергией светового пучка, то можно сказать: 

число электронов, выбиваемых за 1 с из вещества, пропорционально интенсивности света, падающего на это вещество.

 

Второй закон

Изменяя условия освещения на этой же установке, А. Г. Столетов открыл второй закон фотоэффекта: кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а зависит от его частоты.

Из опыта следовало, что если частоту света увеличить, то при неизменном световом потоке запирающее напряжение увеличивается, а, следовательно, увеличивается и кинетическая энергия фотоэлектронов. Таким образом, кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света.

 

 

 

 

 

 

 

Третий закон

Заменяя в приборе материал фотокатода, Столетов установил третий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т. е. существует наименьшая частота n_min, при которой еще возможен фотоэффект.

При n < n_min ни при какой интенсивности волны падающего на фотокатод света фотоэффект не произойдет. Т.к.  , то минимальной частотесвета соответствует максимальная длина волны.

Теория фотоэффекта

А. Эйнштейн, развив идею М. Планка (1905), показал, что законы фотоэффекта могут быть объяснены при помощи квантовой теории. Явление фотоэффекта экспериментально доказывает: свет имеет прерывистую структуру. Излученная порция E=hv сохраняет свою индивидуальность и поглощается веществом только целиком.

Эйнштейн предположил: 1. Один фотон  может выбить только один электрон (это верно для всех процессов  с небольшой интенсивностью излучения).

2. На основании закона сохранения  энергии:

- уравнение Эйнштейна.

Его смысл: энергия кванта тратится на работу выхода электрона из металла и сообщение электрону кинетической энергии.

В этом уравнении: ν - частота падающего света, m - масса электрона (фотоэлектрона), υ - скорость электрона, h - постоянная Планка, A - работа выхода электронов из металла.

Работа выхода - это характеристика материала (табличная величина). Она показывает, какую работу должен совершить электрон, чтобы преодолеть поверхностную разность потенциалов и выйти за пределы металла. Работа выхода обычно измеряется в электронвольтах (эВ).

Доказательство законов фотоэффекта

1. Число фотонов N_ф равно числу электронов N_э. Энергия света 

. Следовательно,  .

2. Из уравнения Эйнштейна: 

 

3. Минимальная частота света соответствует Е_к=0, то   или  .