Лабораторные работы / ЛР 48 Изучение внешнего фотоэффекта
.pdf
В зависимости от характера поведения чувствительности и фототока фотокатода различают нормальный и селективный фотоэффекты. В первом случае фототок и спектральная чувствительность растут с увеличением частоты. Во втором – селективном (лат. selectio – выбор, отбор) – наблюдаются максимумы на спектральной характеристике.
Сурьмяно-цезиевый катод имеет «красную границу» λ0 = 0,7÷0,8 мкм и один коротковолновый максимум (рис. 2, в). Несколько селективных максимумов может быть из-за выхода электронов с примесных уровней, а также из-за структуры материала катода.
,мА
I, мА
Ф
б
|
|
|
1,0 |
|
|
|
|
|
|
|
0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
0,4 |
|
|
|
|
|
|
,В |
0,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
200 |
400 |
|
600 800 |
||
|
|
|
|
|
|
в |
, нм |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2. Характеристики фотоэлемента: а – вольтамперные; б – световые; |
|||||||
|
|
в – спектральные |
|
|
|
|
|
|
|
ИЗМЕРЕНИЯ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ |
|
|
|||
|
1) Перед включением установки в сеть установите ручки регулировки |
||||||
напряжения питания фотоэлемента и осветителя в |
крайнее |
левое |
положение, а |
||||
8 |
|
|
|
|
|
||
выключатель сети – в положение «Выключено».
2)Включите шнур питания в сеть (~220 В), передвиньте осветитель на r=25…30 см от экрана и установите отверстие диафрагмы диаметром 5 – 10 мм (при этом диаметр d светового пятна на экране будет максимальным).
3)Выключателем сети подайте напряжение на выпрямитель и осветитель.
Регулятором напряжения 
накала осветителя установите нормальную яркость пятна на экране. Перекройте световой луч светофильтром (по указанию преподавателя или лаборанта).
4) Изменяя напряжение на фотоэлементе (резистор «Рег. U») до прекращения роста фототока (ток насыщения), внести в табл. показания вольтметра U и микроамперметра i для трех значений потока Ф. Значения светового потока Ф вычисляются в относительных единицах по формуле:
или
где 
– освещенность экрана, I – сила светового источника, Ф0 –
световой поток из отверстия диафрагмы, S – площадь отверстия в экране (площадь окна фотоэлемента), a и b – нормировочные константы, выбираемые в пределах 100÷1000 для удобства вычисления светового потока (в зависимости от наличия светофильтра). Значение потока 
уточняется по градуировочной кривой 
.
5) По результатам измерений (табл.) построить зависимости 
(ВАХ фотоэлемента) для трех значений Ф, подобные графикам на рис. 2, а
6) По указанию преподавателя из ВАХ определите задерживающее напряжение 
и вычислите работу выхода 
для данного фотокатода. Значение частоты определите приближенно для светофильтра, используемого при измерениях
ВАХ.
9
r, |
d, |
Ф, |
|
|
|
Фотоэлемент типа |
|
|||||
см |
см |
отн. ед. |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
U, В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i, мА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U, В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i, мА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U, В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i, мА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7) В |
области насыщения ВАХ (рис. 2, а) для трёх значений напряжения |
||||||||||
постройте световые характеристики фотоэлемента |
|
, подобные графикам на |
||||||||||
рис. 2, б и убедитесь в их соответствии закону Столетова.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Отчет по работе должен содержать:
1)тему, цель, приборы и принадлежности.
2)схему установки.
3)краткую теорию.
4)таблицу результатов измерений и вычислений.
5)графики 
, 
.
6)вывод.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1)Что такое внешний фотоэффект и его основные закономерности?
2)Как при фотоэффекте проявляются квантовые свойства света?
3)Объясните физический смысл работы выхода в разных веществах.
4)Объясните закон Столетова для фотоэффекта квантовыми свойствами света.
5)Что такое интегральная и спектральная чувствительность фотоэлемента?
6)Что такое спектральная характеристика фотоэлемента и его «красная граница»?
7)Объясните закон сохранения энергии для фотоэффекта.
8)Что такое задерживающее напряжение и от чего оно зависит?
10
9)Как измерялись ВАХ и световые характеристики? Объясните полученные зависимости.
10)Где применяется внешний фотоэффект.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Савельев, И.В. Курс общей физики [Текст]: учеб. пособие. В 5 т. Т. 4. / И.В. Савельев. – 5-е изд., испр. – Москва: Лань, 2011. – 36 с.
2.Савельев, И.В. Курс общей физики [Текст]: учеб. пособие. В 5 т. Т. 5. / И.В. Савельев. – 5-е изд., испр. – Москва: Лань, 2011. – 48 с.
3.Стафеев, С.К. Основы оптики [Текст]: учебное пособие для вузов по направлениям "Физика"(510400), "Прикладная математика и физика"(511600), "Опотехника"(551900), "Приборостроение"(551500) и другим физическим и техническим направлениям / С.К. Стафеев, К.К. Боярский, Г.Л. Башнина. – Санкт-Петербург: Питер, 2006. – 336 с.
4.Сивухин, Д.В. Общий курс физики [Текст]: в 5 т. Т. 4. Оптика: учеб. пособие для вузов./ Д.В. Сивухин. – 3-е изд., стереот. – Москва: ФИЗМАТЛИТ,
2005. – 792 с.
5.Янг, М. Оптика и лазеры, включая волоконную оптику и оптические волноводы [Текст]. / М. Янг. – Москва: Мир, 2005. – 541 с.
6.Сивухин, Д.В. Общий курс физики [Текст]: в 5 т. Т. 3. Электричество. /
Д.В. Сивухин. – 4-е изд., стереот. – Москва: ФИЗМАТЛИТ, 2004. – 656 с.
7. Гершензон, Е. М. Курс общей физики [Текст]. Оптика и атомная физика. Для физико-математических факультетов / Е.М. Гершензон, Н.Н. Малов, А.Н. Мансуров. – 2-е изд., перераб. – Москва: Просвещение, 1992 . – 320 с.
11
ИЗУЧЕНИЕ ВНЕШНЕГО ФОТОЭФФЕКТА
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторной работе № 48 по физике
Составители Пономарев Андрей Сергеевич Герасименко Татьяна Анатольевна Заблодский Артём Вячеславович
Редактор Г.В. Казьмина
Подписано в печать . Формат 60x80 1/16. Бумага офсетная. Ризография. Печ. л. 0,75. Тираж 100 экз. Заказ №
Издательство Липецкого государственного технического университета. Полиграфическое подразделение Издательства ЛГТУ
398600 Липецк, ул. Московская, 30.