2. Описание установки и метода измерений

Для исследования вольтамперной и световой характеристик фотоэлемента в работе используется электрическая схема, представленная на рис. 60. Напряжение U на фотоэлементе ФЭ регулируется реостатом R, изменение величины светового потока Ф осуществляется путем изменения расстояния l между фотоэлементом и источником света (электролампой). Световой поток, падающий на фотоэлемент, определяется по формуле

(166)

где I_л− сила света электрической лампочки; S − площадь фотокатода (значения I_ли S указаны на установке).

3. Порядок выполнения работы

Задание 1 . Снятие вольтамперной характеристики фотоэлемента.

1. Результаты измерений и расчетов, а также единицы измерения величин заносите в таблицу.

i	U,	l1,	Ф1,	i1,	l2,	Ф2,	i2,

2. Установите лампу накаливания на некотором расстоянии l₁от фотоэлемента и рассчитайте Ф₁по формуле (166).

3. Установите все тумблеры в положение «Упр. 1, 2».

4. Включите установку в сеть и, изменяя напряжение U на фотоэлементе от 0 до 75 В, измеряйте через каждые 5 В соответствующие значения фототока i. Выполните такие же измерения при другом значении l₂.

5. По полученным результатам постройте графики i = f(U).

Задание 2 . Снятие световой характеристики.

1. Результаты измерений и расчетов, а также единицы измерения величин заносите в таблицу.

i	U,	l,	Ф,	i,	γ,

2. Выполните п. 3 задания 1 и подайте на фотоэлемент напряжение, соответствующее фототоку насыщения (определяется по данным задания 1).

3. Снимите зависимость фототока i от светового потока Ф, падающего на фотокатод (изменение Ф производится путем изменения расстояния l между источником света и фотоэлементом; величина Ф рассчитывается по формуле (166)).

4. Постройте график зависимости i = f(Ф). По графику определите интегральную чувствительность γ фотоэлемента (γ = ∆i/∆Ф) − тангенс угла наклона).

4. Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение внешнего фотоэффекта. 2. Сформулируйте основные законы фотоэффекта и объясните их на основе уравнения Эйнштейна. 3. Как устроен вакуумный фотоэлемент и каковы его характеристики? 4. Приведите примеры использования фотоэффекта.

141

Лабораторная работа № 26 изучение спектра водорода

Цель работы:изучить ядерную модель строения атома, спектры излучения и оглощения атома водорода; произвести градуировку монохроматора; измерить длины волн спектральных линий водорода в видимой области; определить постоянную Ридберга.

1. Теоретическое введение

Спектр атома водорода состоит из отдельных линий (линейчатый спектр), которые объединены в группы, называемые сериями (рис. 61). Частота любой спектральной линии в каждой серии спектра водорода определяется формулой Бальмера, полученной экспериментально:

(167)

где R − постоянная Ридберга; n1 и n2 − целые числа.

Линии, частота которых определяется одним и тем же значением n₁, но разными n₂, принадлежат к одной серии (для серии Лаймана n₁= 1, Бальмера − 2, Пашена − 3, Брэкета − 4, Пфунда − 5, Хемфри − 6). Для каждой серии n₂= n₁+1, n₁+2, n₁+3 и т. д. Линия, соответствующая n₂=n₁+ 1, называется головной линией серии, а линия, соответствующая n₂= ∞, называется границей серии. Все линии серии Лаймана и часть линий серии Бальмера расположены в ультрафиолетовой области (λ < 400 нм), некоторые линии серии Бальмера − видимой (λ = 400−760 нм), а линии остальных серий − в инфракрасной (λ > 760 нм) областях спектра.

На рис. 62 приведена схема уровней атома водорода и тех переходов, в результате которых в спектре атомарного водорода появляются линии, принадлежащие к сериям Лаймана, Бальмера и Пашена. Слева указаны соответствующие значения главного квантового числа n. Энергетическое состояние, которому соответствует n = 1 и, следовательно, наименьшее значение

энергии атома Е₁, называется основным состоянием, а остальные − возбужденными. При возрастании n расстояние между соседними уровнями уменьшается, а энергия E_n→0. Значению n = ∞ соответствует состояние, в котором электрон бесконечно удален от ядра и не связан с последним. Поэтому изменение энергии при переходе атома из состояния n = 1 в состояние n=∞ равно E_∞−E₁=hν_1,∞=Rh. Следовательно, энергия, называемая энергией ионизации атома, которую нужно затратить для того, чтобы электрон, находящийся в основном состоянии, удалить из атома, для водорода определяется по формуле

E= hν_1,∞= Rh. (171)