Описание установки
Эксперимент №1
Карточка к эксперименту
Цель эксперимента: продемонстрировать что движущийся фотон полностью передает свою энергию электрону, получив достаточную энергию, последний выскочит из потенциальной ямы и покатиься по горизонтальной поверхности со скорость V. Оборудование: 2 штатива, нить, 2 шарика, 3 дощечки. Ход эксперимента: Собираем установку рис 1
В этом эксперименте фотоны моделируются стальными шариками 1 разного цвета, которые поочередно привязываются к нити и опускаются с высоты h. Свободный электрон в металле моделируется другим шариком 2, находящимся на дне потенциальной ямы глубиной h0. Его помещают в положение, соответствующее положению равновесия груза 1 нитяного маятника. Если массы шариков 1 и 2 одинаковы, то движущийся фотон полностью передает свою энергию электрону, последний по плоскости 3 выскочит из потенциальной ямы и покатиться по горизонтальной поверхности 4 со скоростью V. Пренебрегая потерями, можно записать закон сохранения энергии для данного процесса:
mgh=mgh0+mv^2/2
В этом выражении mgh— энергия фо¬тона, mgh - работа выхода электрона, mv^2/2 — его кинетическая энергия.
Глубину потенциальной ямы можно в широких пределах менять, перемещая пластину из оргстекла 3 вдоль направляющей стойки штатива 5. Для измерения «задерживающего напряжения» и максимальной скорости «фотоэлектронов» пластина 4 связана с пластиной 3 шарнирно и может поворачиваться относительно нее. Если «фотоэффект» наблюдается, то
Mv^2/2=mgh, откуда Vmax=√2gh
В опытах с «цинковой пластиной» глубина потенциальной ямы устанавливается равной 11,5 см,что соответствует работе выхода 6,4X10^19Дж.«Фотоны видимого света» движутся с высоты 5—9 см и «фотоэффекта» не вызывают.
Фотоэффект из «цинковой пластины, может быть вызван лишь ультрафиолетовым излучением, энергия фотонов которого больше 6,4*10^-19 Дж. В этом случае передаваемой электрону энергии достаточно для того, чтобы он смог преодолеть потенциальный барьер (рис.2).
Пользуясь законом сохранения энергии, можно записать уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: hʋ=A+mv2max/2 аналогично выполняется эксперимент и с цезиевой пластиной, но в этом случае глубина потенциальной ямы устанавливается 6.5 см.
