Описание установки

Первая часть работы заключается в изучении характеристик фотоэлемента. Их снимают на измерительной установке, электрическая схема которой дана на рис. 72.1. Эта установка состоит из вы­прямителя, питающего через потенциометр (R) фотоэлемент (ФЭ), и источника света — электролампы (Л), которая может перемещаться вдоль, оптической скамьи.

Рис. 72.1. Схема измерительной установки: R —потенциометр, ФЭ — фотоэлемент. Л — электролампа, V — вольтметр, .А — микроамперметр

Измерительная установка позволяет:

1. Изменять напряжение на фотоэлементе при помощи потен­циометра (R) и измерять его вольтметром (V).

1. Измерять фототок микроамперметром (А).

2. Освещать фотокатод различными сетевыми потоками, для чего можно поменять источник, либо перемешать его вдоль оси. При перемещении источника света освещенность фотокатода изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния (закон обратных квадратов). При замене источника световой поток меняется пропорционально мощности, обозначенной на нем. По таким же законам должен изменяться и фототок, так как его величина пропорциональна освещенности фотокатода.

Проверка законов обратных квадратов и составляет вторую часть задачи.

Порядок выполнения работы

1. Определите вольт-амперную характеристику фотоэлемента при каком-либо определенном световом потоке, падающем на фотокатод. Для этого при фиксированном положении источника света на оптической скамье следует изменять напряжение на фотоэлементе, начиная с нуля.

Измерение фототока и зависимости его от напряжения проводить через каждые 10 В.

По указанию преподавателя можно это же задание выполнять, заменяя источники. Источники-лампы разной мощности выдает преподаватель

П р и м е ч а н и е. Источник света следует включать только лишь на короткое время. При более или менее длительном освещении фотокатода ток i начинает уменьшаться, что связано с нестабильностью работы фотоэлемента.

Внимание!

1. Нельзя превышать напряжение u = 280 В на фотоэлементе (напряжение зажигания). При u = 280 В фототок начинает самопроизвольно возрастать и в баллоне возникает самостоятельный газовый разряд. Фотоэлемент выходит из строя.

2. Следите, чтобы прибор не зашкаливал и не перегорел.

Таблица 72.1

Данные к построению вольт-амперной характеристики фотоэлемента

Напряжение u, В	10	20	…				200
Фототок i,мкА

Вместо напряжения можно менять мощность источника.

По данным табл. 72.1 постройте график, откладывая по оси абсцисс

напряжение на фотокатоде и, а по оси ординат фототок i при данном световом потоке.

2. Установив на фотоэлементе номинальное напряжение и, определите значение фототока i при различных расстояниях между источником света и фотоэлементом.

П р и м е ч а н и е При малых расстояниях r значении фототока определять через каждые 2—3 см. Произвести не менее 5 измерений. Результаты измерений свести в табл. 72.2.

Таблица 72.2

Экспериментальные данные к проверке закона обратных квадратов

Расстояние r	Фототок i	r2	1/r2

По данным таблицы постройте график, откладывая по оси абсцисс величину x =1/r², а по оси ординат - фототок i. В соответствии с законом обратных квадратов график должен получиться в виде прямой линии. Теоретическую зависимость следует провести сплошной линией, а экспериментальные данные нанести точками. Осветительная лампа выбирается по указанию преподавателя.

Обработка результатов измерений

Постройте:

1. График зависимости фототока от напряжения на фотоэлементе i =(и) при фиксированном положении источника света.

2. График зависимости фототока от расстояния между фотоэлемен­том и источником света i = (1/r²), при фиксированном напряжении.

г¹

3. Сделайте выводы из проделанной работы.

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте, в чем состоит явление фотоэффекта. Какими величинами характеризуется фотоэффект?

2. От чего зависит фототок насыщения?

3. От чего зависит величина запирающего напряжения?

4. Какой закон фотоэффекта можно проверить, используя обо­рудование данной лабораторной работы? Как это сделать?

5. Как изменится вольт-амперная характеристика фотоэлемента, если источник света заменить более мощным?

6. Для чего в электрической схеме (рис. 72.1) нужен потенциометр?

Лабораторная работа № 73

ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРА ВОДОРОДА

Измерение спектров поглощения и испускания атомов и моле­кул позволяет определять природу химической связи, строение ато­мов, молекул и комплексов, их физико-химические параметры, про­водить качественный и количественный анализ лекарственных форм и соединений.

При подготовке к лабораторной работе ознакомьтесь с закономерностями, наблюдающимися в спектре излучения атома водорода и с устройством спектроскопа по конспектам лекций.

Проработайте темы «Спектры поглощения и спектры испуска­ния», «Спектры атома водорода» по пособию: Квантовая физика: Методические указания по курсу «Физика и биофизика». С. 26-29.

Цель работы

Проградуировать спектроскоп по справочным данным и определить

Длины волн света, наблюдаемого в спектре испускания атома водорода,

по градуировочному графику. Вычислить постоянную Ридберга.

Оборудование (рис. 73.1 и 73.2)

I Спектроскоп.

2.Газоразрядная трубка с гелием или криптоном. I 3.Газоразрядная трубка с водородом.

Краткие теоретические сведения

Спектр излучения атомов в видимой области состоит из характерных линий различного цвета. Количество линий, их интенсивность и положение строго специфичны для данного газа. Такие спектры называются линейчатыми.

По современным представлениям образование линейчатых спектров испускания происходит при переходе электрона с дальней на ближнюю

орбиту. Частота кванта монохроматического излучения при таком переходе определяется разностью энергий электронов на двух разных орбитах с номерами k и n.

hv_n,k= E_k –E_n,

где h=6,62^.10^-34 Дж^. с - постоянная Планка;

k - номер орбиты электрона, с которой происходит переход;

n - номер орбиты электрона, на которую происходит переход.

Отметим, что k и n целые числа и k > n

Для атома водорода частоты всех линий описываются одной общей закономерностью:

v_n,k=R

где R постоянная Ридберга.

Длина волны связана с частотой соотношением:

,

где с= 3^.10⁸ м/с - скорость распространения света в вакууме.

Тогда длина волны излучаемого света выражается следующим

соотношением:

Спектральные линии атома водорода группируются в серии. Се­рией называется совокупность линий с определенным значением числа n. В видимой области находится серия Бальмера (n - 2), опи­сываемая формулой:

,

где k = 3, 4, 5, 6 и т. д.

Линии красного цвета соответствует k = 3, зеленой - k = 4, го­лубой - k = 5 и фиолетовый - k = 6. Остальные линии серии Бальмера (k 7) находятся в ультрафиолетовой области.