Описание установки

Приборы: микроскоп, дифракционная решетка, миллиметровая линейка. Внешний вид установки представлен на Рис. 7.

Рис.7. Описание экспериментальной установки: 1 – штатив, 2 – тубусодержатель, 3 – тубус, 4 – окуляр, 5 – объектив, 6 – кремальера, 7 – микрометрический барабан, 8 – осветительное зеркало, 9 – предметный столик, 10 – стеклянная пластина (или диф. решётка), 11 – зеркальная насадка, 12 – измерительная линейка, 13 – планка крепления.

Рис.8. Изображение линейки на фоне дифракционной решётки

В качестве увеличиваемого объекта используются черно-белые полосы дифракционной решетки (Рис. 8), помещенной на предметный столик 9 перед объективом 5. Ширина каждой черно-белой полосы

(а+b)=0,01 мм,

где а – ширина белой, b – ширина черной полосы. Если n – число черно-белых полос, то n(a+b) – их истинная ширина.

Увеличенное микроскопом изображение полос измеряется линейкой 12. Для совмещения линейки с изображением полос линейку перемещают вдоль планки 13.

Порядок работы

1. Устанавливают осветительное зеркальце 8 микроскопа так, чтобы поле зрения было хорошо освещено. Наблюдают дифракционную решетку 10, глядя в полупрозрачное отверстие 11 на зеркале насадки.

2. Поворачивают насадку так, чтобы в зеркале была видна измерительная линейка, и наблюдают изображение линейки, наложенное на изображение дифракционной решетки.

3. Необходимо установить дифракционную решетку и линейку, так чтобы штрихи решетки были перпендикулярны линейке. Для этого поворачивают предметный столик 9 микроскопа или саму насадку и передвигают линейку вдоль планки 13.

4. Считают, сколько делений N линейки занимает заданное число пар n черных и белых полос дифракционной решетки. Вычисляют увеличение микроскопа по формуле:

№ п/п	N, мм Размер изображения	N Число полос	(a+b), мм	W, раз увеличение
1 2 3			0,01
среднее зн.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

Относительную ошибку определяют по формуле:,

,

где цена деления линейки и- число делений линейки,- число черно-белых полос.

Абсолютная ошибка:

,

где - среднее значение увеличения, равное

Экспериментальное значение:

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое линза? Разновидности линз.

2. Основные элементы линзы.

3. Какие лучи следует взять для построения изображения в линзе?

4. Виды изображения

5. Постройте изображение в линзе, если предмет находится за двойным фокусом, между фокусом и двойным фокусом, фокусом и линзой.

6. Построение изображения в микроскопе.

7. Увеличение микроскопа.

8. Измерительная установка. Ход выполнения работы.

Лабораторная работа № 8

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ ПЛАНКА, РАБОТЫ ВЫХОДА ЭЛЕКТРОНОВ И КРАСНОЙ ГРАНИЦЫ ФОТОЭФФЕКТА

Вопросы для подготовки

1. Внешний фотоэффект.

2. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

3. Работа выхода электронов

4. Красная граница фотоэффекта.

5. Задерживающий потенциал.

Приборы и оборудование

Сурьмяно-цезиевый фотоэлемент типа СЦВ-3, три светодиода, излучающие волны с длиной 625 нм, 525 нм и 465 нм, соответственно, источник постоянного напряжения от +14 до -14 В.

Теоретическая часть

Эйнштейн предложил рассматривать свет, взаимодействующий с электронами вещества при фотоэффекте, не как волну, а как поток «корпускул» или «квантов». Энергия каждого кванта определяется соотношением

,

где - частота света,- постоянная Планка. Это соотношение было впервые введено Планком для объяснения спектров испускания нагретых тел.

В результате освещения металла светом при определенных условиях наблюдается фотоэлектронная эмиссия или внешний фотоэффект. Фотоэлектроны, покидающие металл, обладают широким набором скоростей. Скорость фотоэлектронов при заданной зависит от того, с какого энергетического уровня металла он был «вырван» квантом света. Максимальное значение скоростиопределяется из уравнения Эйнштейна

где - масса покоя электрона,- работа выхода зависящая от химической природы вещества и состояния его поверхности. Частота, для которой энергия падающего кванта светаравна работе выхода, называется красной границей фотоэффекта:

,

, .

В работе используется сурьмяно-цезиевый фотоэлемент типа СЦВ-3, СЦВ-4. На фотоэлемент падает свет, излучаемый светодиодом с определённой длиной волны (Рис. 1а). Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов связана с величиной задерживающего потенциала. Поэтому уравнение Эйнштейна можно представить в виде

где – величина задерживающего потенциала при частоте падающего излучения.

Значение постоянной Планка можно найти, используя излучение разных частот. Излучение светодиода, используемого в экспериментальной установке (Рис. 1а), лежит в узкой области длин волн. Поэтому в экспериментальной установке предусмотрено переключение между разными светодиодами и, следовательно, разными частотами. Для двух частот уравнение для фотоэффекта можно переписать в виде

,,

где - задерживающий потенциал для частоты. Из данных уравнений следует, что

.

Рис.1. а) Принципиальная схема экспериментальной установки; б) Вольт-амперная характеристика ФЭ.

Ход работы.

1. Определить значения задерживающих потенциалов для излучений, для пары светодиодов. Последовательность операций следующая: движком реостата (потенциометра) установить напряжение между анодом и катодом, равное нулю. Поместить один из светофильтров между фотоэлементом и лампой накаливания. Включить лампу накаливания. Путем перемещения движка реостата (подачи отрицательного напряжения между анодом и катодом) добиться, чтобы фототок, возникший при освещении фотоэлемента, стал равным нулю. По вольтметру определить задерживающий потенциал. Измерение задерживающего потенциала для каждого из светодиода провести десять раза. Результаты измерений занести в соотвествующую таблицу.

2. Рассчитать постоянную Планка по формуле для каждой пары экспериментальных значений . Результаты расчета занести в таблицу.

3. Определить работу выхода электрона из фотокатода. Использовать для этих целей среднее значение hср., рассчитанное выше:

,

4. Рассчитать максимальную длину волны излучения, падающую на фотокатод, при которой фототок прекращается. В расчете использовать полученные выше значения hср. и А:

.