Лабораторна робота №1.20 вивчення фотоелектричних властивостей фотоопору

Мета роботи: зняти вольт-амперну характеристику фотоопору; визначити залежності фотоструму від прикладеної до фотоопору напруги за незмінної освітленості.

Прилади: фотоопір, потенціометр, джерело світла, мікроамперметр, вольтметр, джерело постійного струму.

Теоретичні відомості

Речовини, що змінюють свої електричні опори під дією на них світла, називаються фотоопорами.

Світло, падаючи на опір, звільняє з його кристалічної ґратки електрони, тобто виникає явище внутрішнього фотоефекту. Переведені світлом в зону провідності електрони і «дірки», що утворилися на їх місці, в ґратці кристала під впливом прикладеного електричного поля починають рухатися: провідність кристала зростає, що рівноцінно зменшенню електричного опору досліджуваного зразка.

Фотоопір є звичайним напівпровідниковим омічним опором, що знаходиться між двома провідними електродами. За наявності в колі зовнішнього джерела струму і затемненого фотоопору, в колі протікатиме незначний струм, який зветься темновим. Якщо величина прикладеної напруги постійна, то сила струму в колі залежатиме від падаючого на нього світлового потоку.

Опис схеми

С хема електричного кола для зняття характеристик показана на рис. 1.20.1 Вона складається з фотоопору ФО, джерела постійного струму, потенціометра R, вольтметра V, мікроамперметра та ключа К.

Порядок виконання роботи

1. Скласти електричне коло, як показано на рис. 1.20.1.

2. Змінюючи потенціометром від 0 до 8 В через один вольт напругу, прикладену до фотоопору, який знаходиться у затемненому місці, записати покази вольтметра і мікроамперметра.

3. Виконати завдання (2) за постійної освітленості фотоопору.

4. Подати постійну напругу на контакти фотоопору (1,5 – 2 В) і, змінюючи освітленість фотоопору (тобто наближаючи лампочку кожного разу на 5 см), записати покази мікроамперметра.

5. Побудувати вольт-амперні характеристики фотоопору: темнову і для заданої освітленості ƒ .

6. Побудувати світлову характеристику фотоопору ƒ , де – відстань від фотоопору до джерела світла (лампочки).

Контрольні запитання

1. Чим обумовлена фотопровідність напівпровідників?

2. Від чого залежить фотопровідність?

3. Як влаштовані напівпровідникові фотоелементи?

4. Поясніть фізичний зміст темнової і світлової вольт-амперної характеристик.

ОПТИКА

Лабораторна робота №1.21 визначення головної фокусної відстані збирної і розсіювальної лінз

Мета роботи: визначити головну фокусну відстань збирної і розсіювальної лінз.

Прилади: оптична лава, збирна лінза, розсіювальна лінза, освітлювач, екран з масштабом, напівпрозорий екран із сіткою.

Теоретичні відомості

Лінзою називається шліфоване скло або будь-яка інша прозора речовина, обмежена з двох боків сферичними поверхнями; в окремому випадку одна з поверхонь лінзи може бути плоскою. Лінзи поділяються на два класи: збирні, або опуклі, коли сферична поверхня опукла, і розсіювальні, або увігнуті, коли сферична поверхня увігнута.

Ці визначення стосуються лінз, що мають більший коефіцієнт заломлення, ніж середовище, з якого падають промені.

Сферичні лінзи застосовуються для одержання зображень і збирання світлових пучків.

Лінзи бувають тонкі і товсті. Тонкою називається лінза, товщина якої мала порівняно з радіусами кривизни обмежуючих її поверхонь.

Розглянемо тонку збирну лінзу (рис. 1.21.1а).

На рисунку С – оптичний центр – точка, проходячи яку промені не змінюють напрямку.

Усяка пряма, що проходить через оптичний центр, називається оптичною віссю, а якщо вона, окрім того, проходить через центри кривизни ( і ) – головною оптичною віссю. Площина, перпендикулярна до головної оптичної осі, яка проходить через оптичний центр, називається головною площиною лінзи.

Г оловним фокусом лінзи називається точка, у якій перетинаються після заломлення в лінзі промені, які падають на неї паралельно до головної оптичної осі (на рис. 1.21.1 точка ). Відстань головного фокуса від оптичного центра лінзи (відстань ) називається головною фокусною відстанню і є основною характеристикою лінзи. Для збирних лінз головна фокусна відстань – величина додатня, для розсіювальних – від’ємна. Часто лінзу характеризують оптичною силою в діоптріях – величиною, оберненою до головної фокусної відстані, вираженої в метрах. Для розсіювальних лінз головний фокус є уявним, і для його знаходження беруть не самі промені, а їхнє продовження (рис. 1.21.1б).

Для побудови зображення предмета за допомогою лінзи користуються променями, хід яких через лінзу відомий. Зазвичай беруть два промені з таких трьох (рис. 1.21.2): промінь 1, що проходить через оптичний центр (він пройде через лінзу, не заломлюючись); промінь 2, що падає на лінзу паралельно до її головної оптичної осі (цей промінь, вийшовши з лінзи, пройде через її головний фокус); промінь 3, що проходить через головний фокус лінзи (він з лінзи вийде паралельно до її головної оптичної осі).

З ображення предмета АВ залежно від того, на якій відстані від лінзи буде знаходитися предмет, може вийти збільшеним (як на рисунку) або зменшеним, дійсним або уявним. Уявним зображенням предмета називається таке його зображення, яке знаходиться перед лінзою по один бік із предметом.

Позначимо через а (рис. 1.21.2) відстань від предмета до лінзи, а через b – відстань від лінзи до зображення. Залежність між a, b і f (фокусною відстанню) відображає формула тонкої лінзи:

.

(1.21.1)

Лінійне збільшення, яке дає тонка лінза,

.

(1.21.2)

Лінійним збільшенням називається відношення розміру зображення до відповідного розміру предмета.