Thứ sáu, 3/4/2020, 0:0 Lượt đọc: 1130  Người đăng tin: Quản trị hệ thống Tin cùng chuyên mục Năng lượng trong dao động điều hòa5/6/2020 0:0 Lực tác dụng lên vật dao động điều hòa30/5/2020 0:0 Bài toán cực đại điện áp hiệu dụng30/5/2020 0:0 Hệ thức độc lập với thời gian trong dao động điều hòa23/5/2020 0:0 Đại cương về sóng cơ22/5/2020 0:0 Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện của mạch RLC nối tiếp15/5/2020 0:0 Bài tập về phóng xạ15/5/2020 0:0 Bài tập về năng lượng hạt nhân và phản ứng hạt nhân8/5/2020 0:0 Phóng xạ8/5/2020 0:0 Bài giảng: Phản ứng hạt nhân24/4/2020 0:0 Năng lượng liên kết của hạt nhân24/4/2020 0:0 Tính chất và cấu tạo hạt nhân17/4/2020 0:0 Bài tập: Mẫu nguyên tử Bohr17/4/2020 0:0 Bài 31: Hiện tượng quang điện trong10/4/2020 0:0 Bài 33 Mẫu nguyên tử Bo10/4/2020 0:0 Thí nghiệm vật lý 2 Bài 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 THUYẾT Hiện 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 A th của electron đối với kim loại đó. Bình thường động năng chuyển động nhiệt củacác electron đều nhỏ hơn A th . 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 e \= . Năng lượng này một phần chuyểnthành công thoát A th 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: max W tdo hchfA e l \= = \= + (1)Khi 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 v 0 . Điện trường cản mạnh Hình 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: W đmax \= eU h (2)U h 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:1 Thí nghiệm vật lý 2 th h hf A eU \= + thh AhU f e e \= - Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu điện thế hãm vào tần số của ánh sáng kích thích có dạngnhư hình 1. Điểm cắt trục hoành chính là giá trị f 0 \= A th /h gọi là giới hạn quang điện (định luật 1) 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: 635nm, 570nm, 540nm, 500nm, 460nm. 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 Hz 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 -6 A. Vị trí x 0.1 đo cường độ dòng quangđiện có giá trị 10 -7 Vị trí x 0.01 đo cường độ dòng quangđiện có giá trị 10 -8 A. Vị trí x0.001 đo cường độ dòng quangđiện có giá trị 10 -9 A.2 Thí nghiệm vật lý 2 (4).Chuyển mạch chọn cường độ sáng của đènchiếu, có 3 vị trí : Vị trí đèn sáng mạnh (STRONG) Vị trí ngắt điện đèn chiếu sáng (OFF) Vị trí đèn sáng yếu (WEAK)(5).Núm điều chỉnh hiệu điện thế một chiềucung cấp cho mạch điện của tế bào quangđiện, thay đổi từ 0 đến 15V(6).Chuyển mạch thay đổi chiều điện áp đặt vào mạch điện của tế bào quang điện.(7). Công-tắc nguồn, có 2 vị trí : bật điện (ON)và tắt điện (OFF).(8).Đèn báo hiệu.(9). Hộp kín, bên trong có tế bào quang điện.(10).Đèn chiếu sáng, có hai chế độ làm việc (sáng mạnh, sáng yếu) và có thể trượt dọc theoray để thay đổi khoảng cách đến tế bào quangđiện. III.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 nó bằng 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 quang điện bão hoà. 3. 3. Nghiên cứu định luật dòng quang điện bão hoà (định luật 2) : 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.3 |
