Thí nghiệm môn Vật lý – Khảo sát hiện tượng quang điện xác định hằng số planck – Giáo Án, Bài Giảng

 4. Các dây dẫn dùng nối mạch điện ( 9 dây ).

5. Nguồn điện ~ 220V .I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .Hiệu ứng quang điện ngoài là hiện tượng kỳ lạ những Electron thoát khỏi bản sắt kẽm kim loại khi chiếu vào mặt bản đó chùm ánh sáng thích hợp có bước sóng nhỏ hơn hoặc bằng o. Các Electron này gọi là quang Electron, còn giá trị o gọi là số lượng giới hạn quang điện nhờ vào vào thực chất và trạng thái mặt ngoài của mỗi sắt kẽm kim loại .Để điều tra và nghiên cứu hiệu ứng này, người ta dùng một tế bào tế bào quang điện chân không AK mắc vào mạch điện theo sơ đồ hình 1. Đó là một bóng thuỷ tinh đã hút chân không ( 10-6 – 10-8 mmHg ), bên trong nó có hai điện cực : Anốt là một vòng dây sắt kẽm kim loại đặt ở giữa, katốt K là một lớp nhạy quang ( thí dụ như hợp chất Angtimoni xêzi, ) phủ trên 50% mặt phía trong của bóng. Anốt A nối với cực ( + ) và katốt K nối với cực ( – ) của nguồn điện một chiều U .

5 trang | Chia sẻ : lephuong6688| Lượt xem : 5629

| Lượt tải: 0

Bạn đang xem nội dung tài liệu Thí nghiệm môn Vật lý – Khảo sát hiện tượng quang điện xác định hằng số planck, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Thí nghiệm Vật lý. Bài 7 : Khảo sát hiện tượng kỳ lạ quang điện xác lập hằng số planck Dụng cụ : 1. Bộ thí nghiệm vật lý MC-959. 2. Tế bào quang điện chân không. 3. Đèn chiếu sáng và những kính lọc sắc ( vàng và tím ). 4. Các dây dẫn dùng nối mạch điện ( 9 dây ). 5. Nguồn điện ~ 220V. I. Cơ sở kim chỉ nan. Hiệu ứng quang điện ngoài là hiện tượng kỳ lạ những Electron thoát khỏi bản sắt kẽm kim loại khi chiếu vào mặt bản đó chùm ánh sáng thích hợp có bước sóng l nhỏ hơn hoặc bằng lo. Các Electron này gọi là quang Electron, còn giá trị lo gọi là số lượng giới hạn quang điện nhờ vào vào thực chất và trạng thái mặt ngoài của mỗi sắt kẽm kim loại. Để điều tra và nghiên cứu hiệu ứng này, người ta dùng một tế bào tế bào quang điện chân không AK mắc vào mạch điện theo sơ đồ hình 1. Đó là một bóng thuỷ tinh đã hút chân không ( 10-6 – 10-8 mmHg ), bên trong nó có hai điện cực : Anốt là một vòng dây sắt kẽm kim loại đặt ở giữa, katốt K là một lớp nhạy quang ( thí dụ như hợp chất Angtimoni xêzi, ) phủ trên 50% mặt phía trong của bóng. Anốt A nối với cực ( + ) và katốt K nối với cực ( – ) của nguồn điện một chiều U. Hiệu điện thế UAK giữa Anốt và Katốt hoàn toàn có thể đổi khác nhờ biến trở R và đo bằng vôn kế V. Nếu chiếu ánh sáng thích hợp từ đèn Đ vào Katốt K, trong mạch sẽ Open dòng quang điện có cường độ I đo bằng microampekế mA. Cường độ I của dòng quang điện tăng dần theo hiệu điện thế UAK giữa Anốt và Katốt. Cho tới khi UAK ³ Ubh, cường độ I của dòng quang điện không tăng nữa và đạt giá trị bão hoà Ibh. Giá trị Ibh tăng tỉ lệ với cường độ chùm sáng thích hợp chiếu vào Katốt. Đồ thị I = f ( UAK ) trên hình 2 là đường đặc trưng Vôn-Ampe của tế bào quang điện chân không. Hình1 và 2 Có thể lý giải hiện tượng kỳ lạ quang điện bằng thuyết lượng tử ánh sáng của Anhxtanh. Theo thuyết này, ánh sáng cấu trúc bởi vô số những phôtôn ( hay lượng tử ánh sáng ). Năng lượng của mỗi phôtôn có giá trị bằng : ( 1 ) với h là hằng số Plancl, c là tốc độ ánh sáng trong chân không, còn n là tần só của ánh sáng đơn sắc có bước sóng l. Như đã biết, Electron tự do trong sắt kẽm kim loại muốn thoát ra khỏi mặt ngoài của sắt kẽm kim loại thì cần phải có nguồn năng lượng tối thiểu bằng công thoát Ao của nó so với sắt kẽm kim loại đó. Nếu chiếu ánh sáng thích hợp vào bản sắt kẽm kim loại, Electron tự do nằm ở gần sát mặt ngoài của bản sẽ hấp thụ trọn vẹn nguồn năng lượng e = h. n của phôtôn để chuyển một phần thành công xuất sắc thoát Ao và phần còn lại chuyển thành động năng khởi đầu cực lớn của quang Electron khi nó vừa thoát khỏi mặt ngoài của sắt kẽm kim loại. vận dụng định luật bảo toàn nguồn năng lượng cho quang Electron này, ta thu được phương trình Anhxtanh : ( 2 ) Vì, nên h. n ³ Ao và suy ra điều kiện kèm theo xảy ra hiệu ứng quang điện : ( 3 ) Với chùm ánh sáng thích hợp ( lo ³ l ) chiếu vào Katốt, ta nhận thấy : – Nếu hiệu điện thế UAK > 0 và càng tăng thì số quang Electron hoạt động tư Katốt K về Anốt A trong đơn vị chức năng thời hạn càng nhiều. Do đó cường độ I của dòng quang điện càng tăng và đạt giá trị bão hoà Ibh khi số quang Electron thoát khỏi Katốt K trong đơn vị chức năng thời hạn hoạt động về phía Anốt A. – Nếu cường độ chùm sáng thích hợp càng mạnh thì số phôtôn đến đập vào Katốt trong đơn vị chức năng thời hạn càng nhiều. Do đó số quang Electron thoát khỏi Katốt và hoạt động về Anốt trong đơn vị chức năng thời hạn càng nhiều, nên cường độ dòng quang điện bào hoà Ibh càng lớn. – Nhưng ngay cả khi UAK = 0, một số ít quang Electron có động năng bắt đầu đủ lớn vẫn hoàn toàn có thể bay từ Katốt sang Anốt A để tạo thành dòng quang điện có cường độ Io ạ 0 như đồ thị hình 2. Muốn dòng quang điện triệt tiêu ( Io = 0 ), ta phải đặt vào hai cực của tế bào quang điện một hiệu điện thế cản UC có giá trị âm ( UC = UAK < 0 ), sao cho công cản của điện trường giữa Anốt A và Katốt K có trị số bằng động năng khởi đầu cực lớn của quang Electron : ( 4 ) ở đây e = 1,6. 10-19 C là điện tích của quang Electron. So sánh ( 2 ) với ( 4 ), ta tìm được : e. UC = h. n - Ao Với những ánh sáng đơn sắc có tần số lần lượt là n1 và n2, hiệu điện thế cản sẽ có giá trị tương ứng là UC1 và UC2. Khi đó, theo ( 5 ) ta có : e. UC1 = h. n1 – Ao ; e. UC2 = h. n2 – Ao Từ đó suy ra : ( 6 ) Trong thí nghiệm này, ta sẽ khảo sát hiện tượng kỳ lạ quang điện bằng cách vẽ đường đặc trưng Vôn-Ampe I = f ( UAK ) của tế bào quang điện chân không và xác lập hằng số Planck h theo công thức ( 6 ). II. Trình tự thí nghiệm. 1. Chuẩn bị bộ thiết bị MC-959 để triển khai thí nghiệm này : a. Chưa cắm phích lấy điện của bộ MC-959 vào nguồn điện ~ 220V b. Dùng những dây nối những chốt vít xiết trên mặt máy MC-959 ( hình 3 ) theo sơ đồ mạch điện hình 1 : - Vôn kế V mắc giữa hai chốt P. và Q. - Tế bào quang điện AK mắc tiếp nối đuôi nhau với microampekế điện tử mA giữa hai chốt E và F. - Nối những chốt E với P. và chốt F với Q. - Núm chuyển thang đo của Vôn kế V đặt ở vị trí 100V và của microampekế điện tử mA đặt ở vị trí 100 mA. - Núm xoay UAK của biến trở PQ đặt ở vị trí 0. - Gạt chuyển mạch ( nếu có ) của nguồn điện một chiều sang vị trí + 100 V. - Đặt đèn chiếu Đ cách tế bào quang điện AK từ 6-8 cm và nối nó với nguồn xoay chiều 50V - 1A. - Các công tắc nguồn K và K1 đặt ở trạng thái ngắt điện. Hình 3 2. Mời thầy giáo tới kiểm tra mach điện trên mặt máy MC-959 và cắm phích lấy điện vào nguồn ~ 220V. Bấm những công tắc nguồn K và K1 trên mặt máy : những đèn LED và đèn chiếu Đ phát sáng báo hiệu máy đã sẵn sàng chuẩn bị hoạt động giải trí. 3. Vẽ đường đặc trưng Vôn-Ampe của tế bào quang điện. Vặn từ từ núm xoay UAK để số chỉ của Vôn kế V tăng dând dần từ 0 đến 100V. Đọc và ghi những số chỉ cường độ dòng quang điện I tương ứng của microampekế mA vào bảng 1. Sau đó, vặn núm xoay UAk quay về vị trí 0. Dựa vào những số liệu trong bảng 1, vẽ đồ thị I = f ( UAk ). 4. Xác định hằng số Planck : Dùng miếng nhựa chắn ánh sáng chiếu vào tế bào quang điện AK. Đảo cực của tế bào quang điện AK bằng cách nối chốt E với Q và F với P. ( theo những đường đứt nét vẽ trên hình 1 ). Vặn những núm chuyển thang đo của Vôn kế V sang vị trí 2,5 V và của microampekế mA sang vị trí 1 mA. Nếu kim của microampekế mA không chỉ đúng số 0, ta phải triển khai động tác " qui 0 " bằng cách vặn từ từ núm xoay " 0 " ở bên trái phía dưới nó để đưa kim của microampekế mA quay trở về đúng 0. a. Thay miếng nhựa chắn sáng bằng kính lọc sắc màu vằng : Vôn kế V chỉ số 0 và microampekế mA chỉ giá trị Io của cường độ dòng quang điện. Vặn từ từ núm xoay UAk để số chỉ của Vôn kế V tăng dần, đồng thời chỉ số của microampekế mA giảm dần tới giá trị Io = 0. Đọc và ghi số chỉ tương ứng của UAK và Io vào bảng 2. Sau đó, lại vặn núm xoay UAK quay trở lại vị trí 0. Dựa vào số liệu trong bảng 2, vẽ đồ thị Io = f ( UAK ) để xác lập giá trị UC1. Giả sử đồ thị có dạng như hình 4. Chọn đoạn dốc nhất của đường cong và vẽ tiếp tuyến ab. Khi đó giá trị hiệu điện thế cản Uc so với quang Electron được xác lập tại giao điểm của tiếp tuyến ab với trục hoành UAK. Hình 4 b. Thay kính lọc sắc màu vàng bằng kính lọc sắc màu tím. Thực hiện lại động tác ( 4 - a ) nêu trên. Đọc và ghi chỉ số UAK và IO tương ứng trên Vôn kế V và microampekế mA vào bảng 2. Dựa vào số liệu trong bảng 2, vẽ đồ thị Io = f ( UAK ) để xác lập giá trị UC2. 6. Vặn núm chuyển thang đo của Vôn kế V về 0. Bấm công tắc nguồn K1 và K để ngắt điện : những đèn LED và đèn chiếu sáng Đ đều tắt. Rút phích cắm điện của bộ MC-959 ra khỏi nguồn điện ~ 220V. Tháo những dây dẫn nối những mạch điện trên mặt máy và sắp xếp ngăn nắp. 7. Ghi những số liệu sau đây vào những bảng 1 và 2 : - Giá trị cực lớn Um và cấp đúng mực dv của vôn kế V ứng với mỗi thang đo. - Giá trị cực lớn Im và cấp đúng chuẩn dA của microampekế A ứng với mỗi thang đo. - Bước sóng ánh sáng l1 và l2 của kính lọc sắc màu màu vàng và màu tím. III. Câu hỏi kiểm tra. 1. Định nghĩa hiệu ứng quang điện ngoài ? Vẽ sơ đồ và diễn đạt mạch điện dùng để nghiên cứu và điều tra hiệu ứng này. 2. Phát biểu thuyết lượng tử ánh sáng của Anhxtanh. ứng dụng thuyết này lý giải dạng của đường đặc trưng Vôn Ampe I = f ( UAK ) so với tế bào quang điện chân không. 3. Trình bày giải pháp xác lập hằng số Planck h dùng tế bào quang điện chân không. Tại sao phải vẽ đồ thị Io = f ( UAK ) để chọn giá trị hiệu điện thế UC ? Báo cáo thí nghiệm Khảo sát hiện tượng kỳ lạ quang điện - xác lập hằng số Planck Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 2 Xác nhận của thấy giáo Lớp : Tổ Họ tên : ... I. Mục đích thí nghiệm. .... II. Kết quả thí nghiệm. 1. Vẽ đường đặc trưng Vôn Ampe của tế bào quang điện chân không : a. Bảng 1. Um = .. ( V ) ; dV =. % Im = .. ( mA ) ; dA = .. % UAK ( V ) I ( mA ) b. Đường đặc trưng Vôn - Ampe I = f ( UAK ) 2. Xác định hằng số Planck a. Bảng 2. Um = .. ( V ) ; dV =. % Im = .. ( mA ) ; dA = .. % Kính lọc sắc màu tím : l2 =. ( mm ) U ( V ) Io ( m A ) Kính lọc sắc màu vàng : l2 =. ( mm ) U ( V ) Io ( m A ) Kính lọc sắc màu vàng Kính lọc sắc màu đỏ b. Đồ thị Io = f ( UAK ). UC1 =. ±. ( V ) ; UC2 =. ±. ( V ) c. Tính toán tác dụng đo của hằng số Planck h : - Tính giá trị đo theo thực nghiệm : - Tính sai số tương đối bằng cách so sánh giá trị đo h ' với giá trị triết lý h = 6.625.10 - 34 J.s : - tính sai số tuyệt đối : - Viết tác dụng đo : File đính kèm :

• Quang dien, xac dinh hang so Flanck.doc

Source: https://thomaygiat.com
Category : Điện Tử