Методика измерений

Из (7.2) и (7.3) получим:

. (7.6)

График зависимости U_З=f() представляет собой прямую:

(7.7)

с угловым коэффициентом . Таким образом, по графику (рис.7.4) можно экспериментально определить постоянную Планка:

. (7.8)

Точка пересечения графика с осью абсцисс даёт значение красной границы фотоэффекта ₀.

Экспериментальная установка

Экспериментальная установка для изучения фотоэффекта состоит из объекта исследования (блок 1 на рис.7.5) и измерительного устройства 2, выполненных в виде конструктивно законченных изделий. Блок 1 выполнен в виде сборного корпуса, в котором установлены осветитель – ртутная лампа 3 с источником питания, блок светофильтров 4 и устройство регулировки освещённости 5. Положение «0» блока светофильтров соответствует прохождению света без светофильтров, а в положении «5» световой поток полностью перекрывается. На передней панели расположены регуляторы 6 баланса усилителя «Грубо» и «Точно».

Н а передней панели измерительного устройства 2 размещены органы управления и индикации: кнопка 8 «прямая-обратная» с соответствующими индикаторами предназначена для включения режима измерений; кнопки «+» и «–» – для регулировки напряжения; кнопка 7 «сброс» – для сброса напряжения на нуль; напряжение и ток фотоэлемента фиксируют вольтметр и микроамперметр.

Порядок выполнения работы

За­да­ние 1. Измерение вольт­ам­пер­ной ха­ра­к­те­ри­сти­ки фо­то­эле­мен­та.

1. Ознакомиться с установкой.

2. Включить установку в сеть; для этого подключить сетевые шнуры к сети, включить тумблеры «сеть» на левой боковой стенке блока 1 и на задней панели измерительного блока 2.

3. Диск со светофильтрами 4 установить в положение «5» и после 5-минутного прогрева ручками 6 установить нулевое значение тока микроамперметра при нулевом значении напряжения.

4. Поворотный диск 5 осторожно повернуть до упора против часовой стрелки.

5. Кнопкой 8 выбрать прямой режим.

6. Установить светофильтр 1 поворотом диска 4 до лёгкого щелчка фиксатора.

7. Кнопкой «сброс» установить нулевое значение напряжения.

8. Записать в табл.7.3 значения напряжения U и тока I.

9. Кнопками «+» и «» устанавливать нужные значения напряжения U на фотоэлементе (см. табл.7.3) и измерять соответствующую силу тока I.

10. При достижении максимального напряжения нажать кнопку «сброс».

11. Измерения по пунктам 9 и 10 повторить для светофильтров 2, 3 и 4. Все данные записать в таблицу 7.3.

Таблица 7.3

U, В (прямое)	I, мкА
	Светофильтр
	1	2	3	4
0
2
4
6
8
10
12
15
20
25
30
35

12. Кнопкой 8 установить обратный режим.

13. Повторить измерения по пунктам 9 и 10 при значениях обратного напряжения, указанных в табл.7.4 для светофильтров 14.

Таблица 7.4

-U, В (обратное)	I, мкА
	Светофильтр
	1	2	3	4
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.1
1.2

Замечание. При снятии обратной характеристики необходимо нулевое значение тока считывать при уменьшении напряжения от нулевого до запирающего, а не наоборот. Не рекомендуется также устанавливать значение напряжения ниже запирающего.

14. Построить графики зависимости I=f(U) для всех четырёх светофильтров.

За­да­ние 2. Определение постоянной Планка

1. По графикам, построенным в задании 1, определить U_з для каждого светофильтра – обратное напряжение, при котором сила тока обращается в нуль. В табл.7.5 записать модуль U_з.

2. Построить график зависимости U_з=f(), проведя по экспериментальным точкам прямую линию (графическое усреднение экспериментальных данных).

3. Определить красную границу фотоэффекта ₀, экстраполируя график до пересечения с осью абсцисс, и по формуле (7.4) найти работу выхода А_вых. Результаты занести в табл.7.5.

4. Рассчитать угловой коэффициент графика U_з=f() (рис.7.4):

.

5. По формуле (7.8) определить постоянную Планка h; сравнить с табличным значением.

6. Оценить погрешности А_вых. и h.

7. Все результаты занести в табл.7.5.

8. Сделать выводы.

Таблица 7.5

№ свето-филь- тра	, нм	.1014 , Гц	Uз, В	tg, В/Гц	0, Гц	Авых, Дж	Авых, Дж	Авых, эВ	h, Дж.с	h, Дж.с
1	407
2	435
3	546
4	578