Bài 4 Khảo Sát Hiện Tượng Quang điện - Tài Liệu Text - 123doc

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.doc) (6 trang)

Trang chủ

Kỹ Thuật - Công Nghệ

Kĩ thuật Viễn thông

Bài 4 khảo sát hiện tượng quang điện

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (259.04 KB, 6 trang )

Thí nghiệm vật lý 2Bài 4KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆNI. MỤC ĐÍCH--Khảo sát hiện tượng quang điện và bản chất hạt của ánh sáng, hiểu được ứng dụng củahiện tượng trong các linh kiện điện tử như led, laser, photodiode, trong các thiết bị đầu cuốicủa hệ thống Viễn thông và trong các ổ đọc ghi đĩa quang của máy tính.Vẽ đặc tuyến von-ampe của tế bào quang điện.Nghiệm lại các định luật quang điện.Xác định hằng số Planck.II. CƠ SỞ LÝ THUYẾTHiện tượng quang điện là hiệu ứng bắn ra các electron từ một tấm kim loại khi dọi vàotấm kim loại đó một chùm sáng có bước sóng thích hợp. Các electron bắn ra được gọi là cácelectron quang.Electron trong kim loại muốn thoát ra ngoài kim loại phải có năng lượng ít nhất bằngcông thoát Ath của electron đối với kim loại đó. Bình thường động năng chuyển động nhiệt củacác electron đều nhỏ hơn Ath. Khi bức xạ điện từ thích hợp dọi tới, các electron tự do trong kimloại sẽ hấp thụ photon. Mỗi một photon có năng lượng   hf . Năng lượng này một phần chuyểnthành công thoát Ath và phần còn lại chuyển thành động năng ban đầu của electron quang. Độngnăng ban đầu này càng lớn khi electron càng gần bề mặt kim loại và kết quả là động năng banđầu sẽ cực đại với các quang electron ở sát bề mặt kim loại. Theo định luật bảo toàn năng lượngta có:2mv h  Ath  0 max  Ath  Wd max (1)2Khi chiếu vào catốt ánh sáng có bước sóngthích hợp thì trong mạch xuất hiện dòngquang điện. Muốn cho dòng quang điện triệttiêu hoàn toàn thì phải đặt vào giữa anốt vàcatốt một hiệu điện thế cản. Sự tồn tại củahiệu điện thế cản chứng tỏ rằng khi bật rakhỏi mặt kim loại, các electron quang có mộtvận tốc ban đầu v0. Điện trường cản mạnhHình 1đến một mức nào đó thì ngay cả những electron có vận tốc ban đầu lớn nhất v 0max cũng không bayđược đến anốt. Lúc đó dòng quang điện triệt tiêu hoàn toàn và công của điện trường cản có giá trịđúng bằng động năng ban đầu cực đại của electron quang:Wđmax = eUh(2)Uh là hiệu điện thế làm cho dòng quang điện triệt tiêu hoàn toàn, được gọi là hiệu điện thế hãm.Kết hợp phương trình (1) và (2) ta có:1Thí nghiệm vật lý 2hf  Ath  eU hAhf  theeĐồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu điện thế hãm vào tần số của ánh sáng kích thích có dạngnhư hình 1.Uh III. THIẾT BỊ VÀ TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆMIII.1. DỤNG CỤ:Thiết bị nghiên cứu hiệu ứng quang điện và xác định hằng số Planck, với các thông số: Tế bào quang điện chân không loại Cs-Sb , dòng điện tối không lớn hơn 3nA.Bộ gồm 5 kính lọc sắc:Sai số xác định điện áp gia tốc electron: 2%.Nguồn sáng : Đèn Halogen 12V/35WNguồn cung cấp cho thiết bị : AC 220V, 50 Hz635nm, 570nm, 540nm, 500nm, 460nm.III.2. THIẾT BỊ ĐO:(1).Đồng hồ chỉ thị dòng điện và hiệu điện thế.(2). Chuyển mạch thay đổi giữa hai kiểu làmviệc của đồng hồ: Đo dòng điện (Current),Đo hiệu điện thế (Voltage).(3).Chuyển mạch chọn thang đo dòng điện :Vị trí x1 đo cường độ dòng quang điệncó giá trị 10-6A.Vị trí x 0.1 đo cường độ dòng quangđiện có giá trị 10-7A.Vị trí x 0.01 đo cường độ dòng quangđiện có giá trị 10-8A.Vị trí x0.001 đo cường độ dòng quangđiện có giá trị 10-9A.2Thí nghiệm vật lý 2(4).Chuyển mạch chọn cường độ sáng của đènvào mạch điện của tế bào quang điện.chiếu, có 3 vị trí :(7). Công-tắc nguồn, có 2 vị trí : bật điện (ON) Vị trí đèn sáng mạnh (STRONG)và tắt điện (OFF).Vị trí ngắt điện đèn chiếu sáng (OFF)(8).Đèn báo hiệu.Vị trí đèn sáng yếu (WEAK)(9). Hộp kín, bên trong có tế bào quang điện.(5).Núm điều chỉnh hiệu điện thế một chiều (10). Đèn chiếu sáng, có hai chế độ làm việccung cấp cho mạch điện của tế bào quang (sáng mạnh, sáng yếu) và có thể trượt dọc theoray để thay đổi khoảng cách đến tế bào quangđiện, thay đổi từ 0 đến 15Vđiện.(6).Chuyển mạch thay đổi chiều điện áp đặtIII.3. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM:3. 1. Chuẩn bị thí nghiệm:Chuyển mạch (4) bật về vị trí WEAK (đèn sáng yếu). Nới lỏng ốc giữ đèn chiếu sao chocó thể dịch chuyển đèn chiếu nhẹ nhàng giữa đường ray để thay đổi khoảng cách giữa đèn chiếuvà tế bào quang điện. Đặt đèn chiếu ở vị trí 40cm. Cắm phích lấy điện vào ổ điện 220V.Bật công-tắc nguồn (7) sang vị trí ON: đèn chiếu (10) phát sáng, báo hiệu máy đã sẵn sàng hoạtđộng. Quan sát bóng đèn chiếu được thắp sáng (yếu). Tháo nắp che tế bào quang điện và thay nóbằng kính lọc sắc màu đỏ.3. 2. Vẽ đặc tuyến vôn-ampe của tế bào quang điện: Lắp kính lọc sắc màu đỏ vào cửa sổ của tế bào quang điện.Chuyển mạch cường độ sáng (4) đặt ở vị trí WEAK (sáng yếu). Dịch chuyển đèn chiếu đến vịtrí 18cm.Gạt chuyển mạch chiều điện áp (6) về vị trí + .Đặt chuyển mạch thang đo dòng điện (3) ở vị trí x0,1.Xoay nhẹ núm điều chỉnh điện áp (5) về tận cùng trái (ứng với hiệu điện thế ban đầu 0V).Muốn đo hiệu điện thế, ta gạt chuyển mạch (2) về vị trí VOLTAGE. Muốn đo dòng quangđiện, ta gạt chuyển mạch (2) vị trí CURRENT. Xoay nhẹ núm điều chỉnh điện áp (5) để tăng dần hiệu điện thế từng 0,5V một, từ 0V đến10V. Đọc và ghi giá trị dòng quang điện tương ứng vào bảng 1.Từ kết quả thu được, vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng quang điện vào hiệuđiện thế đặt giữa anốt và catốt của tế bào quang điện. Xác định hiệu thế bắt đầu dòng quangđiện bão hoà.3. 3. Nghiên cứu định luật dòng quang điện bão hoà : Giữ nguyên kính lọc sắc đỏ lắp trên cửa sổ của tế bào quang điện.Đèn chiếu vẫn để ở vị trí r = 18 cm.Điều chỉnh hiệu điện thế giữa hai cực của tế bào quang điện bằng 10V. Đọc và ghi giá trịdòng quang điện tương ứng vào bảng 2 tại vị trí r = 18cm.3Thí nghiệm vật lý 2Tăng dần khoảng cách giữa đèn chiếu và tế bào quang điện từng 2cm một, từ vị trí r = 18cmđến vị trí r = 40cm. Đọc và ghi vào bảng 2 các giá trị dòng quang điện bào hoà I tương ứngvới mỗi vị trí r của đèn chiếu.Từ kết quả thu được, vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng quang điện bão hoàvào nghịch đảo của bình phương khoảng cách từ đèn chiếu đến tế bào quang điện :I ~ 1/r2Ghi chú: Cho biết độ dọi sáng vào tế quang điện do đèn chiếu gửi đến tỉ lệ nghịch với bìnhphương khoảng cách từ đèn chiếu đến tế bào quang điện.3. 4. Xác định hằng số Planck :Đặt đèn chiếu ở vị trí r = 40cm.Chuyển mạch thang đo dòng điện (3) đặt ở vị trí x0,001.Lắp kính lọc sắc màu đỏ (bước sóng  = 635nm) vào cửa sổ của tế bào quang điện.Xoay nhẹ núm điều chỉnh điện áp (5) về vị trí tận cùng trái (hiệu điện thế đặt vào hai cực củatế bào quang điện bằng 0V)Bật đèn chiếu vừa đủ sáng (đèn sáng quá sẽ bị cháy).Gạt chuyển mạch (2) về vị trí CURRENT để đo dòng quang điện ban đầu.Gạt chuyển mạch chiều dòng điện (6) về vị trí có dấu - (đảo chiều điện áp đặt giữa hai cựccủa tế bào quang điện để tạo ra hiệu điện thế cản).Xoay nhẹ núm điều chỉnh điện áp (5) để tăng dần hiệu thế cản cho đến khi cường độ dòngquang điện giảm tới giá trị bằng 0.Gạt chuyển mạch (2) về vị trí VOLTAGE để đọc giá trị của hiệu điện thế hãm U h và ghi vàobảng 3 cùng với giá trị bước sóng  tương ứng.Lần lượt thay kính lọc sắc đỏ bằng kính lọc sắc vàng ( = 570nm) và kính lọc sắc lục ( =540nm) , rồi lặp lại các bước thí nghiệm trên với mỗi kính lọc sắc đã cho. Đọc và ghi các kếtquả thí nghiệm vào bảng 3.Nhấn công-tắc của đèn chiếu và công-tắc nguồn về vị trí OFF để ngắt điện cho thiết bị. Tháocác kính lọc sắc, xếp cẩn thận vào hộp xốp và đậy nắp che cửa sổ của tế bào quang điện.IV. CÂU HỎI KIỂM TRA1. Định nghĩa hiện tượng quang điện. Hiện tượng quang điện chứng tỏ bản chất gì của ánh sáng?Tại sao?2. Phát biểu ba định luật quang điện và dùng thuyết photon của Einstein để giải thích ba định luậtquang điện.3. Nêu phương pháp nghiên cứu định luật dòng quang điện bão hòa. Mối liên hệ giữa cường độdòng quang điện và khoảng cách từ nguồn sáng đến tế bào quang điện như thế nào?4. Thế nào là hiệu điện thế hãm? Nêu phương pháp xác định hằng số Planck trong bài thí nghiệm.4Thí nghiệm vật lý 2BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆMTrường ........................................Lớp ...................Tổ .....................Họ tên .........................................Xác nhận của giáo viênI. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................II. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM1. Bảng 1. Vẽ đặc tuyến vôn-ampe của tế bào quang điện:I (  A) x 0,1TTU (V )U (V )1094,020.5104,531,0115,041.5126,052,0137,062.5148,073,0159,083.51610,0I (  A) x 0,12. Bảng 2. Nghiên cứu định luật dòng quang điện bão hoà I bh :I bh (  A) x 0,1TTVị trí r (cm)118730220832322934424103652611386Vị trí r (cm)I bh (  A) x 0,12812403. Bảng 3. Đo hiệu điện thế hãm và xác đinh hằng số Planck:5Thí nghiệm vật lý 2TTKínhBước sóngTần sốHiệu điện thế hãmlọc sắc (nm)f ( Hz )U h (V )1đỏ6352vàng5703vàng lục5404lục5005lam4601. Vẽ các đồ thị I (U ); I bh (1) ; U h ( f ) tương ứng với các bảng 1, 2, 3.r2Rút ra kết luận về các định luật quang điện được nghiệm qua các thí nghiệm trên.2. Từ đồ thị mô tả quan hệ giữa tần số f của ánh sáng đơn sắc chiếu vào tế bào quang điệnvà hiệu điện thế hãm tương ứng, tính hằng số Planck h và công thoát của êlectrôn theophương trình Einstein: hf = A + eU h , trong đó f = c/ và A là công thoát của êlectrôn.Tính sai số theo công thức  hLT  hTNhLT.100% 6

Tài liệu liên quan

Hiện tượng quang điện và lượng tử ánh sáng
- 4
- 2
- 25
Tài liệu KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG NHIỄM GIUN NHIỀU TƠ ppt
- 8
- 578
- 1
Tài liệu Kỹ thuật thông tin quang - Bài 4: Linh kiện biến đổi quang điện pptx
- 49
- 666
- 4
Bài 43. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGOÀI CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN ppt
- 7
- 1
- 5
Bài 46. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG pot
- 5
- 1
- 3
HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM BÀI 2 : Khảo sát hiện tượng phân cực ánh sáng - kiểm nghiệm định luật Malus docx
- 3
- 6
- 48
Giáo án Vật lý 12 - HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG doc
- 9
- 1
- 0
Giáo án Vật lý 12 - HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG QUANG ĐIỆN TRỞ PIN QUANG ĐIỆN I / MỤC TIÊU : Hiểu potx
- 4
- 1
- 5
Bài giảng vật lý : Hiện tượng quang điện part 2 pot
- 5
- 478
- 1
Bài giảng vật lý : Hiện tượng quang điện part 1 docx
- 6
- 431
- 5