| 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: |
