| Исследование фотоэффекта
Модель является компьютерным экспериментом по исследованию закономерностей внешнего фотоэффекта. Можно изменять значение напряжения U между анодом и катодом фотоэлемента и его знак, длину волны λ в диапазоне видимого света и мощность светового потока P.
1. Поэкспериментируем с напряжением.
Интенсивность света и частота постоянна.
Обратите внимание на поток электронов.
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 вы видите теперь?
-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 открытии первого закона фотоэффекта, который выясняет, от чего зависит количество фотоэлектронов. Найдите формулировку закона в учебнике стр. 259
-
Количество фотоэлектронов, выбиваемых светом с поверхности металла за 1 с, прямо пропорционально поглощаемой за это время энергии световой волны (или мощности светового потока).
3 .Вернёмся снова к напряжению. Установим U=0. Что вы наблюдаете?
- Поток электронов, долетающий до противоположного электрода, уменьшается, а затем прекращается совсем. Фототока нет. То есть электрическое поле тормозит электроны, тормозя их до полной остановки и возвращает их обратно.
Это напряжение, при котором фототок прекращается совсем, называется задерживающим напряжением.
-
А теперь оставим напряжение прежним, но изменим интенсивность волны. Меняется ли при этом задерживающее напряжение?
- Нет.
А если нет, то будет ли кинетическая энергия электронов зависеть от интенсивности света?
- Нет. Кинетическая энергия 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?
- Электроны опять стали стремиться к противоположному электроду. Значит, возросла их энергия. Мы пришли ко второму закону фотоэффекта. (стр. 260)
-
Кинетическая энергия фотоэлектронов, а следовательно, и их скорость, линейно возрастают с частотой света и не зависят от мощности падающего светового потока.
-
При n < nmin ни при какой мощности падающего на фотокатод светового потока фотоэффект не возникнет.
Т.к. ,
то минимальной частоте света соответствует максимальная длина волны.
Т.к длина волны больше у красного света, то максимальную длину волны (минимальную частоту), при которой еще наблюдается фотоэффект, назвали красной границей фотоэффекта.
Заменяя в приборе материал фотокатода, Столетов установил, что красная граница фотоэффекта является характеристикой данного вещества.
-
Для каждого вещества существует своя красная граница фотоэффекта, т. е. существует наименьшая частота nmin(максимальная длина волны), при которой еще возможен фотоэффект. При больших длинах волн фотоэффекта нет
Подведем итоги:
Законы фотоэффекта:
-
Количество фотоэлектронов, выбиваемых светом с поверхности металла за 1 с, прямо пропорционально поглощаемой за это время энергии световой волны (мощности светового потока).
-
Кинетическая энергия фотоэлектронов (а следовательно, их скорость) линейно возрастает с частотой света и не зависит от мощности падающего светового потока.
-
Для каждого вещества существует своя красная граница фотоэффекта, т. е. существует наименьшая частота nmin , при которой еще возможен фотоэффект.
Что не могла объяснить волновая теория света:
-
Фотоэффект практически безынерционен, т.е. фототок возникает мгновенно после начала освещения катода при условии, что частота света ν > νmin.
-
В волновой модели: электрон при взаимодействии с электромагнитной световой волной постепенно накапливает энергию, и только через значительное время вылетит из катода. Как показывают расчеты, это время должно было бы исчисляться минутами или часами.
-
Существование красной границы фотоэффекта.
-
В волновой модели: необходимую энергию можно накопить при любой энергии волны.
-
Независимость энергии фотоэлектронов от мощности светового потока.
-
Пропорциональность максимальной кинетической энергии частоте падающего света.
Объяснение фотоэффекта было дано в 1905 г. Эйнштейном, развившим идеи Планка о прерывистом испускании света. В экспериментальных законах фотоэффекта Эйнштейн увидел убедительное доказательство того, что
-
свет имеет прерывистую структуру и поглощается отдельными порциями. Электромагнитная волна состоит из отдельных неделимых порций – квантов, впоследствии названных фотонами.
-
Квант поглощается электроном целиком. Энергия кванта передается электрону. (Один фотон выбивает один электрон.)
-
Энергия каждого фотона определяется формулой Планка W = E = hν, где h – постоянная Планка.
h = 6,63∙10-34 Дж∙с
В этом уравнении: ν - частота падающего света,
Достарыңызбен бөлісу: |
