Теория

Лабораторный практикум 11 класс

ПРОВЕРКА ПЕРВОГО ЗАКОНА ФОТОЭФФЕКТА (закона Столетова)

Цель работы: доказать экспериментально, что число электронов, вырываемых светом с поверхности металла за 1 секунду N , прямо пропорционально энергии падающего света за 1 секунду Е на эти поверхности, то есть его мощности (N ~ Е ).

Оборудование:

1. Источник постоянного тока с регулятором напряжения 0-300 В.
2. Вольтметр на 300 В.
3. Микроамперметр на 500 мкА.
4. Вакуумный фотоэлемент.
5. Светодиодный фонарик.
6. Набор из 5 непрозрачных прямоугольных пластинок с отверстиями разной площади.

Теория.

Фотоэффект (внешний) открыт немецким физиком Герцем, его законы экспериментально установил русский физик А.Г.Столетов, а их теоретическое объяснение по квантовой теории света дал Альберт Эйнштейн. Согласно первому закону фотоэффекта, число электронов, вырываемых светом с поверхности металла за 1 секунду (далее фотоэлектронов) прямо пропорционально поглощенной за это время световой энергии. Для вычисления числа вылетающих из катода вакуумного фотоэлемента фотоэлектронов надо снять ВАХ фотоэлемента (зависимость силы фототока от напряжения между анодом и катодом). При увеличении напряжения сила тока вначале увеличивается, а затем рост тока прекращается, наступает насыщение (рисунок 1).

Рис 1

При низком напряжении не все электроны, вылетающие из катода, долетают до анода. Часть из них возвращаются в катод или оседают на колбе фотоэлемента. Чем выше напряжение, тем сильнее электрическое поле между катодом и анодом, тем большая часть электронов долетает до анода. Начиная с некоторого напряжения U , все, вылетевшие из катода электроны достигают анода, поэтому дальнейший рост тока прекращается. Для используемого в работе фотоэлемента это напряжение около 100 В.

Число фотоэлектронов, вылетающих из катода за 1 секунду, равно отношению силы тока насыщения к заряду электрона.

(1) N =I / e

Энергия света, падающая на фотокатод за 1 секунду прямо пропорциональна площади отверстия, через которое свет попадает на фотоэлемент. Она равна произведению энергии Е , проходящей через единицу площади отверстия (1 мм²) на его площадь S, измеренную в мм².

(2) Е = Е S

Чтобы подтвердить первый закон фотоэффекта, то есть доказать, что N ~Е достаточно доказать, что их отношение N /Е =К остается постоянным при различных значениях энергии падающего света Е .