История развития хранилищ для нефти: Первые склады нефти появились в XVII веке. Они представляли собой землянные ямы-амбара глубиной 4…5 м...
Архитектура электронного правительства: Единая архитектура – это методологический подход при создании системы управления государства, который строится...
Топ:
Процедура выполнения команд. Рабочий цикл процессора: Функционирование процессора в основном состоит из повторяющихся рабочих циклов, каждый из которых соответствует...
Отражение на счетах бухгалтерского учета процесса приобретения: Процесс заготовления представляет систему экономических событий, включающих приобретение организацией у поставщиков сырья...
Комплексной системы оценки состояния охраны труда на производственном объекте (КСОТ-П): Цели и задачи Комплексной системы оценки состояния охраны труда и определению факторов рисков по охране труда...
Интересное:
Искусственное повышение поверхности территории: Варианты искусственного повышения поверхности территории необходимо выбирать на основе анализа следующих характеристик защищаемой территории...
Распространение рака на другие отдаленные от желудка органы: Характерных симптомов рака желудка не существует. Выраженные симптомы появляются, когда опухоль...
Подходы к решению темы фильма: Существует три основных типа исторического фильма, имеющих между собой много общего...
Дисциплины:
2017-10-01 | 488 |
5.00
из
|
Заказать работу |
Цель работы: с помощью компьютерной модели: «Фотоэффект» исследовать закономерности внешнего фотоэффекта: определить красную границу фотоэффекта и найти работу выхода материала фотокатода; измерить запирающий потенциал U з для различных длин волн и определить постоянную Планка h.
Средства обучения:
· оборудование: CD «Физика 7-11 класс» − компьютерная модель: «Фотоэффект»;
· методические указания к выполнению лабораторной работы, калькулятор.
Ход выполнения лабораторной работы
Теоретическая часть
Фотоэффект – это вырывание электронов из вещества под действием света. Фотоэффект открыт Г. Герцем (1887 г.). Теория фотоэффекта развита А. Эйнштейном (1905 г.) на основе квантовых представлений.
Согласно квантовым представлениям, свет излучается и поглощается отдельными порциями (квантами), энергия E которых пропорциональна частоте ν: E = h ν, где h = 6,63·10–34 Дж·с – постоянная Планка.
Чтобы вырвать электрон из вещества, нужно сообщить ему энергию, превышающую работу выхода A. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона определяется уравнением Эйнштейна: (1). Это уравнение объясняет основные законы фотоэффекта:
1. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от падающего светового потока.
Если между фотокатодом и анодом вакуумного фотоэлемента создать электрическое поле, тормозящее движение электронов к аноду, то при некотором значении задерживающего напряжения U з анодный ток прекращается. Величина U з определяется соотношением: (2),
где е= 1,6×10-19 Кл –модуль заряда электрона.
2. Количество электронов, вырываемых с поверхности металла в секунду, прямо пропорционально мощности светового потока P.
Если частота света ν меньше некоторой определенной для данного вещества минимальной частоты νmin, то фотоэффект не происходит (красная граница фотоэффекта): (3) или (4),
где с= 3×108 м/с – скорость света в вакууме.
Внешний фотоэффект находит широкое практическое применение. Приборы, действие которых основано на явлении фотоэлектрического эффекта, называются фотоэлементами.
Вычисления и измерения
1. Откройте в разделе «Квантовая физика» окно модель «Фотоэффект». Модель является компьютерным экспериментом по исследованию закономерностей внешнего фотоэффекта. На экране отображаются установка для наблюдения фотоэффекта, график I (U), текущие значения U (В); P ( мВт); λ (нм); h ν (эВ); I ( мА). Модель позволяет изменять значение напряжения U между анодом и катодом фотоэлемента и его знак, длину волны λ в диапазоне видимого света и мощность светового потока P.
2.
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
Лабораторная работа № 5 |
3. Знакомство с моделью: «Фотоэффект».
− Установите следующие значения: λ = 380 нм (длина волны падающего света); P = 1 мВт (мощность падающего света).
− Нажмите кнопку «Старт», понаблюдайте за происходящим на экране явлением.
− Прервите процесс кнопкой «Сброс».
− Для продолжения наблюдения снова нажмите кнопку «Старт».
4. Проведите следующие компьютерные эксперименты:
Эксперимент 1
− Выясните, что означает знак «–» перед значением напряжения. Для этого установите отрицательное значение напряжения. Нажмите кнопку «Старт» и понаблюдайте за происходящим на экране. Опишите в отчете наблюдаемое и объясните причину увиденного:
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
− Понаблюдайте и напишите, как зависит фототок I и запирающее напряжение U з от величины светового потока:
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
− Понаблюдайте и напишите, что происходит, если увеличить разность потенциалов между электродами (не меняя интенсивность падающего излучения)? От чего зависит кинетическая энергия вырываемых светом электронов?
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Эксперимент 2
− Понаблюдайте, при каком значении λ фотоэффект не возникает.
− Определите «красную границу» фотоэффекта для материала, использованного в данном компьютерном эксперименте:
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Эксперимент 3
− Осветите фотоэлемент синим светом. Плавно увеличивая напряжение, подаваемое на фотоэлемент, измерьте напряжение U з, при котором происходит запирание фототока в цепи, т.е. стрелка гальванометра не отклоняется (сила тока равна нулю).
− По известному значению частоты света ν, пропускаемого светофильтром, и измеренному значению напряжения U з, вычислите работу выхода электрона A вых из катода фотоэлемента.
Работу выхода A вых электрона с катода вакуумного фотоэлемента определяют, используя выражения (1) и (2), из которых следует: A вых = h ν – eU з. (5). Выразите полученный результат в Джоулях и электрон-вольтах:
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
− Осветите фотоэлемент красным цветом. Повторите эксперимент.
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
Лабораторная работа № 5 |
3. Таблица 1 – Результаты измерений и вычислений
№ оп. | λ, нм | ν, Гц | А, Дж | А, эВ | Uз, В |
1. | |||||
2. |
Эксперимент 4. Определите с помощью использованной установки постоянную Планка:
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4. Обобщите результаты своей работы. Сделайте вывод по проделанной работе
Вывод: _______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Контрольные вопросы
1. Как качественно объяснить фотоэффект, исходя из уравнения Эйнштейна?
2. Что влияет на положение красной границы фотоэффекта?
3. Опишите вольтамперную характеристику фотоэлемента?
Вольт – амперная характеристика фотоэлемента
Ответы:
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
Лабораторная работа № 6 |
Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...
История развития хранилищ для нефти: Первые склады нефти появились в XVII веке. Они представляли собой землянные ямы-амбара глубиной 4…5 м...
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой...
Наброски и зарисовки растений, плодов, цветов: Освоить конструктивное построение структуры дерева через зарисовки отдельных деревьев, группы деревьев...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!