Информационные технологии

Я.Б.Бочарникова,
ДВГИЭК
(Дальневосточный государственный
и ндустриально-экономический колледж),
г. Хабаровск

Изучение явления фотоэффекта

Лабораторная работа по CD «Открытая физика». 1-й курс (10–11-й классы)

Порядок работы

1. Откройте в разделе «Квантовая физика» окно модели «Фотоэффект».

2. Установите следующие значения:  = 380 нм (длина волны падающего света); P = 1 мВт (мощность падающего света).

3. Нажмите кнопку «Старт», понаблюдайте за происходящим на экране явлением.

4. 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; , нм; h, эВ; I, мА.

5. Прервите процесс кнопкой «Сброс».

6. Обратите внимание на то, что в компьютерном эксперименте можно изменять значение напряжения между анодом и катодом фотоэлемента и его знак, длину волны в диапазоне видимого света и мощность светового потока P.

7. Для продолжения эксперимента снова нажмите кнопку «Старт».

8. Проведите компьютерные эксперименты.

Эксперимент 1

Исследовательская задача

а) Выясните, что означает знак «–» перед значением напряжения. Установите отрицательное значение напряжения. Напишите, что происходит и почему.

б) Понаблюдайте и напишите, как зависит фототок I и запирающее напряжение U_з от величины светового потока.

в) 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

Исследовательская задача

а) Понаблюдайте, при каком значении фотоэффект не возникает. Ответ. Если длина волны света больше некоторого значения max).

б) Определите «красную границу» фотоэффекта для материала, использованного в данном компьютерном эксперименте.

 Эксперимент 3

Экспериментальная задача

а) Осветите фотоэлемент синим светом. Плавно увеличивая напряжение, подаваемое на фотоэлемент, измерьте напряжение U_зап, при котором происходит запирание фототока в цепи, т.е. стрелка гальванометра не отклоняется (сила тока равна нулю).

б) По известному значению частоты света , пропускаемого светофильтром, и измеренному значению напряжения U_зап, вычислите работу выхода электрона A_вых из катода фотоэлемента.

Теория. Работу выхода A_вых электрона с катода вакуумного фотоэлемента определяют из уравнения Эйнштейна для фотоэффекта
h = A_вых + и равенства eU_зап = , из которых следует:

A_вых = h – eU_зап. (4)

в) Выразите полученный результат в джоулях и электрон-вольтах.

г) Результаты измерений и вычислений запишите в отчётную таблицу.

д) Осветите фотоэлемент красным цветом. Повторите эксперимент.

(Далее следуют проверочные задачи 1–5, представленные на диске.)

Эксперимент 4. Определите с помощью использованной установки постоянную Планка.

(Далее следуют контрольные вопросы 1–5, представленные на диске.)

Эксперимент 5

Творческая задача

В рамках данной темы придумайте, сформулируйте и решите задачу. Проведите компьютерный эксперимент и проверьте свой ответ.

Сделайте вывод на основе проделанной работы.