2.5 Техника безопасности

1. Без разрешения преподавателя схему не включать.

2. Перед выполнением работы ознакомиться с правилами обращения с приборами.

3. По окончании работы отключить приборы от сети.

2.6 Вопросы для самоподготовки

1. Как проявляется внутренний фотоэффект?

2. Как объясняется явление фотопроводимости?

3. Закон Ома в дифференциальной форме и его применение для полупроводников.

4. Как возникает фото-ЭДС, от каких параметров зависит ее величина?

5. Как найти чувствительность фотоэлемента?

3 Лабораторная работа № 4.13. Определение красной границы фотоэффекта и работы выхода электрона

Цель работы: Определить красную границу фотоэффекта и работу выхода электрона из фотокатода вакуумного фотоэффекта с помощью монохроматора. Для определения красной границы фотоэффекта (см. раздел 1.2) исследуется зависимость фототока I_λ от длины волны λ ( или частоты) падающего на фотоэлемент монохроматического света. В данной работе для получения монохроматического света используется монохроматор УМ – 2.

3.1 Устройство и принцип работы монохроматора

Оптическая схема любого монохроматора (рисунок 3.1) содержит коллиматор с входной щелью S₁ и объективом L₁ , формирующим параллельный пучок лучей, диспергирующую систему Д (призма или дифракционная решетка),фокусирующий объектив L₂ , в фокальной плоскости которого расположена выходная щель S₂. Перемещая щель S₂ вдоль спектра, (перпендикулярно оптической оси ОО^/) можно выделять различные его участки. Такой процесс называют сканированием.

Рисунок 3.1. Принципиальная схема монохроматора

Но обычно сканирование производится не перемещением щели, а поворотом системы Д. Каждому фиксированному повороту системы Д соответствует излучение с определенной длиной волны. В данной лабораторной работе для изучения зависимости фототока от λ используется монохроматор УМ – 2, оптическая схема которого приведена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2. Оптическая схема монохроматора УМ – 2

На рисунке 3.2 цифрами обозначены:

1 – источник света; 2 – защитное стекло кожуха лампы; 3 – конденсор;

4 – линза, F =140 мм; 5 – призма сравнения; 6 – входная щель переменной ширины; 7 – объектив коллиматора; 8 – диспергирующая призма Аббе; 9 – объектив зрительной трубы; 10 – съемная выходная щель переменной ширины; 11 – защитное стекло.

Внешний вид монохроматора приведен на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3. Внешний вид монохроматора

Все узлы монохроматора: коллиматор 7, призменный столик 3 и выходная труба 2 размещаются на одном основании, установленном на оптической скамье вместе с осветителем и приемником излучения. Входная щель монохроматора раскрывается поворотом барабана 10 с делениями (цена деления 0,01 мм). На входную щель можно надеть насадку 8 с линзой F = 140 мм и призмой сравнения, включаемой рукояткой 9. В насадку входит фигурная диаграмма, ограничивающая щель по высоте. Высота щели определяется по шкале с ценой деления 1,2 мм, которая нанесена на правой верхней части диафрагмы. Отсчет снимается против края корпуса щели. Ножи входной щели установлены в фокальной плоскости объектива коллиматора. Так как фокусное расстояние объектива для разных волн различно, то предусмотрена возможность фокусировки объектива с помощью маховика 12. Положение объектива коллиматора определяется по шкале 6 с нониусом. Шкала освещена лампой 5, которая включается тумблером 16. В трубе коллиматора между щелью и объективом помещен затвор, с помощью которого можно прекратить доступ света в прибор. Движением затвора управляют рукояткой 11. Столик 3 с призмой 4 установлен на нижнем столике с рычагом, получающим движение от микрометрического винта 13 поворотного механизма. На измерительном барабане 14 поворотного механизма нанесены относительные деления – градусы. Отсчитываются деления напротив индекса, скользящего по спиральной канавке.

Объектив выходной трубы собирает лучи , выходящие из призмы, в плоскости выходной щели 1, укрепленной в патрубке. Освободив маховичок 19, можно выбрать патрубок со щелью и заменить его патрубком 20 зрительной трубы со сменными окулярами. В фокальной плоскости окуляра зрительной трубы расположен указатель с головкой 21, освещаемой лампочкой через сменные светофильтры 22. Освещение указателя включается тумблером 17 и регулируется реостатом 18.

По окончании работы выходные окна щелей закрываются металлическими колпачками во избежание загрязнений щелей. Монохроматор можно сделать спектроскопом постоянного отклонения, для чего нужно патрубок со щелью заменить патрубком зрительной трубы.