Исследование фотоэффекта

Первые опыты по фотоэффекту были начаты Столетовым уже в феврале 1888 года.

Эксперимент состоял в следующем. В стеклянный баллон, из которого выкачан воздух, помещали два электрода. Внутрь баллона на один из электродов поступал свет через кварцевое окошко, прозрачное не только для видимого света, но и для ультрафиолетового излучения. На электроды подаётся напряжение, которое можно изменять потенциометром и измерять вольтметром. К освещаемому электроду присоединяют отрицательный полюс батареи.

- Что же будет происходить под действием света? Попробуем и мы поэкспериментировать с установкой, и исследуем явление фотоэффекта.

1. Поэкспериментируем с напряжением.

Интенсивность света и частота постоянна. Обратите внимание на поток электронов при увеличении напряжения.

- Что происходит с потоком электронов?

- С увеличением напряжения поток электронов возрастает.

- Как это отражается на силе тока?

- Сила тока увеличивается.

- Продолжим увеличивать напряжение. Что вы видите?

- Поток электронов больше не увеличивается.

- Какой вывод можно сделать при выполнении эксперимента по изменению напряжения?

- С увеличением напряжения, растёт ток, но достигнув некоторого значения, ток больше не увеличивается.

- Это максимальное значение силы тока называется током насыщения и обозначается I нас.

Как вы думаете, от чего будет зависеть ток насыщения?

- От числа электронов, испущенных электродом за 1 с.

2. Теперь поэкспериментируем с интенсивностью света (интенсивность – энергия световой волны)

- Что происходит при увеличении интенсивности света?

- Увеличение интенсивности света привело к возрастанию значения тока насыщения.

- Продолжим увеличение интенсивности света. Что вы видите?

- Результат тот же. С увеличением интенсивности фототок увеличивается.

На основании этого эксперимента мы подошли к открытию первого закона фотоэффекта.

1. Сила фототока насыщения, возникающего при освещении монохроматическим светом, пропорциональна световому потоку, падающему на катод.

I_н = к*Ф_е

3. Вернёмся снова к напряжению. Поменяем полярность.

Будем изменять напряжение.

- Что вы наблюдаете?

- Поток электронов, долетающий до противоположного электрода, уменьшается, а затем прекращается совсем. Фототока нет.

- То есть электрическое поле тормозит электроны, и возвращает их обратно.

Напряжение, при котором фототок прекращается, называется задерживающим напряжением.

4. А теперь оставим напряжение прежним, но изменим интенсивность света.

- Меняется ли при этом скорость электронов?

- Скорость фотоэлектронов не зависит от энергии световой волны.

- Тогда от чего же зависит кинетическая энергия?

Возвратимся к эксперименту. Попробуем изменить частоту света (от красного до фиолетового). Что мы видим?

- Скорость электронов возросла. Мы пришли ко второму закону фотоэффекта.

2. Скорость фотоэлектронов увеличивается с ростом частоты (с уменьшением длины волны) падающего света и не зависит от освещенности светового потока.

- Но обратите внимание, что при некотором значении частоты света электроны вообще не вырываются. Эта частота, при которой фотоэффект не наблюдается, называется красной границей фотоэффекта.

Заменяя материал фотокатода, Столетов установил третий закон фотоэффекта.

3. Независимо от интенсивности светового потока фотоэффект начинается при определенной для данного металла минимальной частоте (максимальной длине волны) света, называемой красной границей фотоэффекта.

Для каждого вещества существует своя красная граница, то есть минимальная частота, при которой фотоэффект невозможен.

Итак, мы с вами провели исследования, которые в своё время провёл А.Г.Столетов – русский ученый и мы можем гордиться, что имя нашего соотечественника навсегда останется в физике как первого исследователя фотоэффекта. Раскрыть сущность этого явления на основе законов электродинамики Максвелла Столетов не мог.

Объяснил фотоэффект спустя 7 лет А.Эйнштейн на основе квантовой физики в своём труде «Теория фотоэффекта». За этот вклад А. Эйнштейн был удостоен Нобелевской премии.

Уравнение фотоэффекта.

Эйнштейн предположил, что явление фотоэффекта является подтверждением дискретности света.

Энергия фотона

Уравнение Эйнштейна

Работа выхода

Граничная длина волны, при которой возникает фотоэффект, называется красной границей фотоэффекта.

Дата добавления: 2014-01-06