Фотоэлектрический эффект

1. Получите необходимые компоненты для этого эксперимента

1. Приобретите электроскоп (Рисунок 1), который представляет собой устройство, контролирующее заряд на металлической пластине, подключенной к электроскопу. Из-за кулоновской силы отталкивания между зарядами стрелка внутри электроскопа будет отклоняться больше (или меньше), если на пластине больше (или меньше) зарядов, и не будет двигаться, если зарядов нет.
2. Получается цинковая металлическая пластина. Используйте наждачную бумагу для полировки его поверхности (это удаляет оксид цинка с поверхности металла и облегчает потерю электронов из-за фотоэлектрического эффекта).
3. Поместите цинковую пластину на верхнюю часть электроскопа и соприкоснитесь с ней (Рисунок 1).
4. Получите источник ультрафиолетового света, который имеет составляющую длины волны ниже 300 нм и обычную лампу, обеспечивающую видимый свет. Приобретите солнцезащитные очки с защитой от ультрафиолета.
5. Приобретите акриловый стержень и кусок меха, обычно используемые для производства зарядов. Трение стержня мехом добавит электроны к стержню, что сделает стержень отрицательно заряженным.

Рисунок 1: Диаграмма, показывающая незаряженный (a) и заряженный (b) (обозначенный отклонением иглы) электроскоп, с цинковой металлической пластиной, помещенной и соединенной с его верхней пластиной. (В качестве примера заряженная ситуация для b нарисована для положительных зарядов. Аналогичное наблюдение справедливо и для отрицательно заряженного электроскопа.

2. Фотоэлектрические эффекты на отрицательно заряженном цинке

1. Потрите стержень мехом пять раз. Это сделает удилище отрицательно заряженным.
2. Поднесите стержень близко к цинковой пластине, не касаясь ее. Другой рукой кратковременно коснитесь цинковой пластины. Это приведет к тому, что цинковая пластина будет заряжена положительно за счет индукции (отрицательно заряженный стержень притягивает некоторые положительные заряды от руки к металлическому цинку, а положительные заряды остаются на металлическом цинке после того, как его контакт с рукой удаляется). Стрелка электроскопа должна отклоняться, указывая на то, что металлическая пластина вместе со всеми деталями электроскопа, подключенными к ней, заряжена (Рисунок 2a). При необходимости повторите шаги 2.1 и 2.2, чтобы добавить на тарелку больше зарядов.
3. Включите видимую лампу и поднесите ее близко к электроскопу, чтобы направить ее свет на цинковую пластину (Рисунок 2b). Понаблюдайте за реакцией электроскопа.
4. Выключите штатную лампу и теперь наденьте солнцезащитные очки, защищающие от ультрафиолета. Включите ультрафиолетовый свет и поднесите его к электроскопу. Направьте ультрафиолетовым светом металлический цинк (Рисунок 2c). ВНИМАНИЕ: Направляйте ультрафиолетовый свет в сторону от глаз и не смотрите прямо в ультрафиолетовый свет, чтобы защитить глаза от ультрафиолета. Понаблюдайте за реакцией электроскопа. Затем выключите ультрафиолетовый свет.

Рисунок 2: Диаграмма, показывающая (a) положительное заряд металлического цинка отрицательно заряженным стержнем посредством индукции; и принося (b) обычный свет лампы и (c) ультрафиолетовый свет, чтобы наблюдать их влияние на состояние заряда цинка, контролируемое подключенным к нему электроскопом.

3. Фотоэлектрические эффекты на положительно заряженном цинке

1. Еще раз потрите стержень с мехом пять раз. Это сделает удилище отрицательно заряженным.
2. Подведите стержень в непосредственный контакт с цинковой металлической пластиной и потрите стержень о пластину пять раз. Это перенесет некоторые отрицательные заряды на цинк, о чем свидетельствует отклонение стрелки электроскопа (Рисунок 3a).
3. Уберите стержень и не используйте руку или любые другие предметы для прикосновения к металлическому цинку.
4. Включите обычную (видимую) лампу и поднесите ее близко к электроскопу, чтобы посветить ее светом на цинковую пластину (Рисунок 3b). Понаблюдайте за реакцией электроскопа.
5. Выключите обычную лампу, а теперь включите ультрафиолетовый свет и поднесите его ближе к электроскопу, чтобы направить ультрафиолетовый свет на металлический цинк (Рисунок 3c). ВНИМАНИЕ: Направляйте ультрафиолетовый свет в сторону от глаз и избегайте прямого взгляда на ультрафиолетовый свет, чтобы защитить глаза от ультрафиолета. Понаблюдайте за реакцией электроскопа. Затем выключите ультрафиолетовый свет.

Рисунок 3: Диаграмма, показывающая (a) отрицательную зарядку металлического цинка отрицательно заряженным стержнем при прямом контакте; и принося (b) обычный свет лампы и (c) ультрафиолетовый свет, чтобы наблюдать их влияние на состояние заряда цинка, контролируемое подключенным к нему электроскопом.