- •«Изучение спектральных закономерностей внешнего фотоэлектрического эффекта»
- •I. Цель работы
- •II. Указания по подготовке к работе
- •III. Основные теоретические положения
- •3.1. Общее представление о волновых и корпускулярных свойствах света.
- •3.2. Основные закономерности фотоэффекта.
- •IV. Описание рабочей установки и методики измерений
- •V. Порядок выполнения работы и обработки результатов измерений
- •Градуирование шкалы барабана монохроматора.
- •Получение спектральной характеристики фотоэлемента. Определение красной границы фотоэффекта и работы выхода электронов.
- •VI. Указания по оформлению отчета
- •VII. Контрольные вопросы
- •VIII. Литература
Градуирование шкалы барабана монохроматора.
Проградуировать шкалу отсчетного барабана монохроматора – это значит найти соответствие делений его шкалы (деления соответствуют углам поворота барабана) значениям длин волн света на выходной щели монохроматора.
Для выполнения этого упражнения необходимо отодвинуть штатив с фотоэлементом по направляющему рельсу от выходной щели монохроматора так, чтобы можно было визуально наблюдать соответствующий участок спектра через выходную щель.
1. С помощью линзы 5 сфокусировать свет на входную щель монохроматора. Это достигается передвижением штатива с линзой по направляющему рельсу.
2. Наблюдать визуально спектр на выходной щели монохроматора. При вращении барабана 8 будет происходить сканирование спектра и изменение цвета на выходной щели монохроматора от красного до фиолетового. Установив напротив выходной щели определенную линию спектра, нужно снять отсчет по шкале барабана и записать в табл.1. Проделать такие измерения для всех цветов, указанных в таблице.
Таблица 1.
№ |
Цвет |
Длина волны, нм |
Отсчет по барабану, град |
1 |
Фиолетовый |
406 |
|
2 |
Синий |
440 |
|
3 |
Голубой |
475 |
|
4 |
Сине-зеленый |
492 |
|
5 |
Зеленый |
498 |
|
6 |
Желтый |
563 |
|
7 |
Оранжевый |
604 |
|
8 |
Светло-красный |
630 |
|
9 |
Ярко-красный |
655 |
|
10 |
Бордовый |
730 |
|
3. Построить градуировочный график: зависимость значений по шкале барабана монохроматора φ ( в градусах ) от длины световой волны λ ( в нм ).
Упражнение № 2
Получение спектральной характеристики фотоэлемента. Определение красной границы фотоэффекта и работы выхода электронов.
Придвинуть штатив с фотоэлементом вплотную к выходной щели монохроматора.
При включенном источнике света 6 замкнуть ключи и. Регистрировать по микроамперметру 9 силу фототока. Установить с помощью потенциометраП значение напряжения на фотоэлементе, соответствующее току насыщения.
3. Установить значение шкалы барабана монохроматора, равное 2900 дел.
4. Вращая барабан в сторону уменьшения значений шкалы, фиксировать значения фототока через каждые ~ 240 делений отсчетного барабана; данные занести в таблицу 2.
Таблица 2.
№ |
Отсчет по барабану, град. |
Фототок, мкА. |
Длина волны, нм |
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
|
4 |
|
|
|
5 |
|
|
|
6 |
|
|
|
7 |
|
|
|
8 |
|
|
|
9 |
|
|
|
5. Пользуясь градуировочным графиком, построенным в первом упражнении, определить длины волн, соответствующие значениям шкалы барабана из п.4. Данные занести в табл.2.
6. Построить спектральную характеристику фотоэлемента - зависимость величины фототока I от длины волны света λ, падающего на фотоэлемент.
7. Определить по графику «красную границу» фотоэффекта () следующим образом: К правой ветви кривой проведите касательную с максимальной крутизной. Точка пересечения касательной с осью абсцисс будет давать величину.
8. Рассчитать работу выхода электрона из материала катода по формуле (где с - скорость света в вакууме). По справочным материалам определить, из какого вещества сделан фотоэлемент.
Упражнение №3
Получение вольтамперной характеристики фотоэлемента.
1. Вращением установить барабан монохроматора в положение, соответствующее максимальной чувствительности фотоэлемента. Другими словами, установить на деление, соответствующее максимуму спектральной характеристики (см. упражнение №2 ).
5. Замкнуть ключи и. Подать напряжение на фотоэлемент с блока питания БП-1. Плавное изменение напряжения обеспечивается потенциометромП. Подаваемое напряжение измеряется вольтметром 10. Регистрировать значения фототока с помощью микроамперметра 9.
6. Изменять напряжение, подаваемое на фотоэлемент, в интервале от нуля до 60 В. В интервале от 0 до 15 В регистрировать значения тока через каждые (2-3)В, в интервале от 12 до 60В – через каждые (5-10) В. Результаты занесите в таблицу 3.
Таблица 3.
№ |
Напряжение на фотоэлементе U, В |
Сила фототока I, мкА |
1 |
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
4 |
|
|
5 |
|
|
6 |
|
|
7 |
|
|
8 |
|
|
9 |
|
|
7. Для получения той ветви ВАХ, которая соответствуют задерживающему напряжению (см. рис.2) необходимо изменить полярность напряжения, подаваемого на фотоэлемент. С помощью потенциометра увеличивать напряжение обратной полярности до тех пор, пока фототок не станет равным нулю. Измерить напряжение задержки Uзадержки.
8. Построить вольтамперную характеристику фотоэлемента - зависимость фототока I от приложенного к фотоэлементу напряжения U.