Онлайн

Предметное обучение (старшая школа) - Онлайн

Давление света

Давление света

model lightСветовое давление нормально падающего света равно
light pressure image003

где W – энергия фотонов, падающих на единичную площадь поверхности за 1 с, R - коэффициент отражения освещенной поверхности (т.е. из n упавших фотонов R∙n фотонов отражается).

Подробнее

При одинаковой интенсивности светового излучения давление света на зеркальную поверхность
(R = 1) в два раза больше давления на черную поверхность (R = 0), поглощающую свет.
Для экспериментального исследования давления света используются два легких металлических диска, подвешенных на тонкой упругой нити в стеклянном сосуде, из которого откачен воздух. Один диск – зеркальный и хорошо отражает падающий на него свет. Другой диск – черный и хорошо поглощает падающий свет.
Если на один из дисков направить пучок света, то под действием давления света равновесие нарушается и диски поворачиваются, закручивая нить. По углу закручивания упругой нити можно измерить момент сил давления, вызывающих этот поворот. Для измерения угла закручивания нити к поворачивающейся системе прикреплялось плоское зеркальце, которое отбрасывало на шкалу световой «зайчик». При повороте дисков «зайчик» перемещается по шкале и его перемещение пропорционально углу поворота и расстоянию между зеркальцем и шкалой.

Изучение закономерностей внешнего фотоэффекта

Изучение закономерностей внешнего фотоэффекта

model projector test
Компьютерная модель установки для изучения фотоэффекта позволяет производить измерения физических величин. Можно изменять напряжение на электродах трубки (и менять полярность приложенного напряжения), измерять это напряжение вольтметром, измерять силу тока в цепи. 
 
 
Подробнее
Можно также изменять параметры освещения, изменять частоту и интенсивность освещения. Для проведения опыта нужно установить значения всех параметров, кроме двух, один из них изменяют, а другой – измеряют. Разумеется, это лишь идеализированная модель. Реальный фотоэффект гораздо сложнее.
Опыт 1. Построение вольт-амперной характеристики внешнего фотоэффекта.
Изменяя напряжение, измеряем силу фототока и по результатам измерений строим график зависимости силы тока от напряжения (при различных частотах света).
Опыт 2. Измерение зависимости силы фототока от интенсивности.
Изменяем интенсивность, измеряем силу фототока и по результатам измерений строим график зависимости силы фототока от интенсивности света.
Эксперимент доказывает, что при фиксированной, достаточно высокой, частоте света, падающего на фотокатод, сила фототока прямо пропорциональна интенсивности падающего на катод света (т.е. пропорциональна числу фотонов, падающих на поверхность катода в единицу времени).
Опыт 3. Измерение кинетической энергии фотоэлектронов.
Измеряем величину запирающего напряжения, изменяя интенсивность света. Измеряем величину запирающего напряжения, изменяя частоту света, и по результатам измерений строим график зависимости запирающего напряжения от частоты.
Эксперимент доказывает, что максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света и линейно зависит от его частоты.
Опыт 4. Измерение красной границы фотоэффекта.
Изменяя частоту света, измеряем минимальную частоту электромагнитного излучения и по результатам измерений строим графики зависимости фототока от частоты света для фотокатодов из различных материалов.
Эксперимент доказывает, что для каждого фотокатода красная граница фотоэффекта, равна
ν0=Aвых /h

Фотоэлектрический эффект

Фотоэлектрический эффект

model projectorВнешним фотоэффектом называют явление вырывания электронов из вещества под действием падающего на него света.
Основным в теории фотоэффекта является гипотеза световых квантов — свет представляет собой поток фотонов. 
 
  
Подробнее

 
Фотоэффект можно представить как результат двух последовательных процессов: 1) поглощение кванта света электроном, 2) вылет электрона за пределы вещества.
Из закона сохранения энергии, при поглощении фотонов электронами и вылете электрона, следует формула Эйнштейна для фотоэффекта:

k1

где h – постоянная Планка, v - частота света, m – масса электрона, u – скорость вылетающего электрона. При этом важно, что электрон не может поглотить лишь часть энергии фотона. Поэтому энергия hv превращается в кинетическую энергию электрона, часть Aвых которой затем тратится на совершение работы выхода. Это полностью объясняет результаты экспериментальных исследований фотоэффекта.

Три закона внешнего фотоэффекта

1. При фиксированной частоте электромагнитного излучения, падающего на фотокатод, сила фототока насыщения прямо пропорциональна интенсивности падающего на катод света (т.е. числу фотонов, падающих на поверхность катода в единицу времени).
2.Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света и линейно зависит от его частоты.
3.Для каждого фотокатода существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота электромагнитного излучения v0 = Aвых / h , при которой фотоэффект ещё возможен.
В компьютерной модели установки для изучения фотоэффекта имеется трубка, из которой откачан воздух и внутри расположены две пластины, присоединенные к источнику напряжения, и в ту же цепь включены приборы для измерения силы тока и напряжения. Одна из пластин освещается светом, параметры которого можно изменять.