Лабораторная работа

Порядок выполнение работы:

1. Выберите металл согласно указанию преподавателя.

2. Включите лампу, выставьте поток света (интенсивность или число фотонов) на максимум.

3. Для 20-30 значений длины волны λ установите соответствующие критические значения запорного напряжения U, при которых пропадает ток через трубку (можно и наоборот: для 20-30 значений напряжения U, установите критические значения длины волны, при которых пропадает ток). Для получения достаточной точности при установке критического значения, например напряжения U изменяйте его не слайдером, а вводя числовое значение после постановки курсора в соответствующее поле.

4. Постройте полученные точки на графике зависимости U от 1/λ. Если данные собраны качественно, точки должны достаточно хорошо "ложиться" на прямую; в противном случае повторите эксперимент, обращая особое внимание на точность определения точки, где ток обращается в нуль.

5. Проведите анализ полученных данных по методу наименьших квадратов: проведите "подгонку" набора экспериментальных данных к прямой U=a+b∗(1/λ), получите наилучшие подгоночные значения a и b, а также установите погрешности ∆a и ∆b.

Подсказка: много программных пакетов для построения графиков, например, Origin (Windows, MacOS), Xmgrace (Linux, Mac OS), QtiPlot (Win, Linux, Mac), имеют встроенные функции для соответствующего анализа. Пакеты компьютерной математики (Mathematica, Maple, Matlab) также хорошо развитые средства анализа данных. Функции анализа данных в Excel являются рудиментарными и для серьезной научной работы не очень пригодны.

По результатам анализа данных определите работу выхода металла A и константа Планка h, а также точность полученных данных. (если U в вольтах, а λ в нанометрах, то значение a дает работу выхода A в электронвольтах, а значение b = 10⁹(hc/|e|), где все физические константы взяты в единицах CИ).

Величины c, e сочтите известными (возьмите значения из справочника). Сравните полученные таким образом значение A и h с известными данными (неплохая таблица работ выхода металлов есть в англоязычной Википедии, работа выхода = "work function").

6. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ БАЛЛ: выберите в программе "неизвестный металл", который обозначен вопросительными знаками. Повторите эксперимент (5-6 точек достаточно). Вычислите работу выхода, считая постоянную Планка h известной. Попытайтесь установить, что это за металл, сравнивая полученное значение A с известными данными.

Контрольные вопросы

• Как зависит энергия электронов, вылетающих из катода, от интенсивности света и от длины его волны?

• Как зависит величина тока от длины волны света? Почему она выходит на "полочку" при очень малых λ?

• Как зависит величина тока от напряжения? Объясните, почему ток сначала растет с ростом напряжения, а затем перестает расти?

• Как зависит величина тока от интенсивности света напряжения? Объясните, почему ток сначала растет с ростом напряжения, а затем перестает расти?

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ БАЛЛ:

• Работа выхода, например кальция менее трех электрон вольт. Почему, если включить напряжение с положительным знаком, при достаточно большом U (программа позволяет максимальное значение U = 8 вольт) не возникает ток при отсутствии света?