Карточка демонстрации опыта: внешний фотоэффект

По эксперименту:

Учебная

1) Практикум по методике и технике школьного физического эксперимента Л.И. Анциферов, И.М. Пищиков – М.: Просвещение, 1984

1) Физика 11 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений / Н.С. Пурышева, Н.Е. Важеевская – М. Дрофа, 2020 § 38

2) Физический эксперимент в средней школе: колебания и волны. Квантовая физика / Н.М. Шахмаев, Н.И. Павлов, В.И. Тыщук – М.: Просвещение, 1991

2) Физика. Базовый уровень. 11 класс : методическое пособие / Н.С. Пурышева, Н.Е. Важеевская, Д.А. Исаев, В.М. Чаругин. — М. : Дрофа, 2016.

3) Физика 11 кл. В 2 ч. Ч.1: учеб. для общеобразоват. учреждений / Л.Э. Генденштейн, Ю.И. Дик – М.: Мнемозина, 2019 §19

№

Название

Параметры (режим)

Примечание

1

Дуговая лампа или источник ультрафиолетового излучения косметический «Фотон»

Учитель исп темные очки!

Или другой источник УФ излучения

2

Электрометр

3

Наждачная бумага

Мелкозернистая

4

Цинковая пластина

Устанавливается на электрометре

5

Кусок картона

6

Эбонитовая и стеклянная палочки

7

Куски меха и шёлка

Рисунок демонстрации

Схема демонстрации

Эксперимент выполняется для ознакомления с явлением внешнего фотоэффекта с целью дальнейшего теоретического объяснения.

Данная демонстрация является частью процесса изучения нового материала, используется в качестве проблемного эксперимента.

Источник ультрафиолетового излучения установить на небольшом расстоянии от электрометра. Наждачной бумагой зачистить цинковую пластину, укрепить её на стержне электрометра и зачищенной стороной повернуть к лампе.

Для чего используют электрометр?

(Электрометры с принадлежностями служат для обнаружения электрически заряженных тел и определения рода заряда).

а) Цинковую пластину зарядить с помощью эбонитовой палочки, потёртой о мех. Между пластиной и источником света установить ширму (кусок картона). Убедиться, что заряд на пластине сохраняется. Подать напряжение на источник света. Убрать ширму и наблюдать потерю цинковой пластиной отрицательного заряда. Во время опыта лампу закрывать ширмой 2-3 раза и наблюдать за показаниями электрометра. Вместо картонной ширмы можно использовать стеклянную пластину вместо ширмы.

Какой заряд получит пластина от эбонитовой палочки?

(Заряд эбонитовой палочки, потёртой о мех, — отрицательный).

Почему при использовании стеклянной пластины вместо ширмы электрометр не разряжается?

(Стекло практически не пропускает УФ-излучение, исходящее от лампы).

Опыт повторить, определяя время разряда цинковой пластины.

б) Зарядить цинковую пластину с помощью стеклянной палочки, потертой о шелк. Отодвинуть ширму и наблюдать за стрелкой электрометра. Сделать выводы.

Какой заряд получит пластина от стеклянной палочки?

(Заряд стеклянной палочки, потёртой о шёлк — положительный).

Почему показания электрометра в данном эксперименте не меняются?

(Свет вырывает с поверхности пластины электроны, т.к. пластина заряжена положительно, её электрическое поле возвращает назад вырвавшиеся свободные электроны).

Для наглядности эксперимента электрометр можно разместить на фоне светлого цвета.

В опыте: сперва мы отрицательно зарядили цинковую пластину (с помощью эбонитовой палочки, потёртой о мех). При освещении пластины ультрафиолетовой лампой она начинает очень быстро разряжаться - свет вырывает электроны с поверхности пластины. На данном этапе необходимо обратить внимание учащихся на показания электрометра.

При освещении положительно заряженного электрометра стрелка должна оставаться неподвижной даже при длительном освещении пластины. Освещение лампой не вызвало разрядки электрометра - при положительном заряде вырванные светом электроны притягиваются к пластине и снова оседают на ней.

Обсудить ситуацию:

Почему при использовании стеклянной пластины вместо ширмы электрометр с цинковой отриц. заряж пластиной не разряжается?

(Стекло практически не пропускает УФ-излучение, исходящее от лампы).- КРАСНАЯ граница фотоэффекта!

Вырывание электронов из вещества под действием света называют фотоэлектрическим эффектом (или фотоэффектом). При фотоэффекте энергия порции света идёт на совершение работы выхода (работы, необходимой для извлечения электрона из металла), и на сообщение электрону кинетической энергии. Если электроскоп, в котором шарик заменен цинковой пластинкой, зарядить отрицательно, то при облучении ультрафиолетовыми лучами он быстро разрядится. Работа выхода зависит от рода вещества и ….??

Используя график зависимости I(U) (см. рис.), ответьте на вопросы. Как можно объяснить наличие тока в цепи при U = 0?

(Часть вырванных светом электронов достигает правого электрода и при отсутствии напряжения)

Как изменятся результаты опыта, если цинковую пластину заменить на медную? Никелевую? Если взять другую лампу вместо УФ-лампы?

(Т.к. работа выхода меди (4,47 эВ) и никеля (4,84 эВ) больше, чем у цинка (3,74 эВ), время разряжения медной и никелевой пластины будет больше, чем цинковой. Если заменить УФ-лампу на другую, то фотоэффект происходить не будет).