3. Описание экспериментальной установки

Общая функциональная схема лабораторной установки приведена на рис. 53.3. Основными инструментами исследования являются источ­ник оптического излучения ИС; блок питания источника излучения ИП1; монохроматор УМ-2; фотоэлемент ФЭ; цифровые вольтметры В7-22 и R7-27 (на рис.53.3 обозначены В1 и В2).

Оптическое излучение, создаваемое лампой, фокусируется объективом 01 на входную щель Щ1 монохроматора УМ-2. Щель установлена в фокусе объектива 02, формирующего слабо расходящийся пучок, падающий на диспергирующий элемент (ДЭ)- стеклянную призму. Излучение, прошедшее через призму, объективом 03 фокусируется в плоскости вы­ходной щели Щ2. Через эту щель проходит излучение в узком спектральном интервале

, (53.7)

где D_λ - линейная дисперсия монохроматора,dширина щели монохроматора. Соотношение (53.7) имеет место при условии равенства ширины входной и выходной щелей и коэффициентах увеличения объективов 02 и 03, равных единице.

Примечание. На установке имеется градуировочная кривая монохроматора, по которой можно определить численные значенияλ(φ), то есть интервал длин волнλ...λ+ Δλизлучения, вызывающего фотоэффект, по показаниям барабана монохроматораφ.

Излучение, вышедшее из монохроматора, освещает фотокатод ФК фотоэлемента ФЭ. Для измерения величины фототока последовательно с фотоэлементом включен резистор R. Напряжение на резисторе измеряется цифровым вольтметром В1. Величина фототока находится из соотношения

, (53.8)

где V_Ф - показание вольтметра;R - сопротивление резистора (R-= 1,0-10⁵Ом). Интенсивность излучения лампы ИС регулируется путем изменения выходного напряжения источника питания лампы ИП1. Источники питания ИП2 и ИПЗ используются соответственно для снятия двух ветвей (в области положительных и отрицательных значений напряжения на фотокатоде) вольтамперной характеристикиI = f(U), гдеUнапряжение между фотокатодом и анодом,I_Ф. - величина фототока.

4. Порядок выполнения работы

Включить общее питание стойки и необходимые для проведения эксперимента приборы. Перед включением источника питания лампы ИП1 потенциометр установить в крайнее нижнее положение; после включения перевести потенциометр в среднее положение.

Задание 1. Снятие спектральной характеристики фотоэлемента и определение красной границы фотоэффекта.

4.1. Тумблер Т1 установить в положение 1 (50 В), а выходное напряжение источника ИП2, контролируемое вольтметром В2, установить в интервале 30 ... 50 В.

4.2. Снять зависимость величины фототока I_Ф = f(φ), гдеφ, угол поворота барабана монохроматора. При вращении барабана изме­няется длина волны излучения, падающего на фотокатод и вызывающего фотоэффект. Результаты измерений внести в табл. 53.1. В табл. 53.1 внести также значения линейной дисперсии монохроматораD(φ) для последующего пересчета результатов в зависимостьI_Ф =f(λ).

Таблица 53.1

Зависимость фототока от длины волны света при постоянном ускоряющем напряжении

φ, град	λ(φ), нм	D(φ)	VФ	Iφ, мкА

Примечание. При построении таблицы предусмотреть необходимое для проведения эксперимента число строк.

Задание 2. Снятие вольтамперной характеристики фотоэлемента и определение запирающего напряжения U_З

4.3. Установить тумблер Т в положение 1.

4.4. По данным, внесенным в табл. 53.1, выбрать три значения длины волны, для которых значения U_З достаточно велики. При выборе этих значений проконсультироваться с преподавателем.

4.5. Установить одно из выбранных значений длин волны, задавая соответствующее значение угла поворота барабана монохроматора φ.

4.6. Изменяя напряжение источника питания ИП2 (значения U) в пределах 0 ... 50 В, фиксировать показания вольтметра В1 (значения

V_Ф). Шаг изменения напряжения II в диапазоне 0 … 15 В выбрать равным 1 В, а в диапазоне 15 ... 50 В - равным 5 В.

4.7. Внести полученные данные в табл. 53.2.

Таблица 53.2

Вольтамперные характеристики фотоэлемента для разных длин волн

λ1 - нм			λ2 - нм			λ3 = нм
U,в	VФ, В	Iф, мА	U, В	VФ,B	Iф, мА	U, В	VФ,B	Iф, мА

Примечание. При построении таблицы предусмотреть необходимое число строк; значения I , как и ранее, рассчитываются по формуле (53.8).

4.8. Повторить измерения для двух других длин волн. Результаты внести в табл. 53.2.

4.9. Для получения отрицательных значений напряжений U (см. примерный вид вольтамперной характеристики фотоэлемента на рис. 53.1) и определения запирающего напряжения тумблер Т перевести в положение 2.

4.10. Повторить п. 4.5 - 4.8 для всех выбранных длин волн.

Для этого, изменяя напряжение источника питания ИПЗ (значения U) в пределах от 0 до - 5 В (на анод подается отрицательный потенциал, создающий тормозящее поле), фиксировать показания вольтметра В1 (значенияV_Ф). Шаг изменения напряжения не должен превышать 0,1 В.

4.11. Результаты измерений для всех выбранных значений длин волн внести в табл. 53.3, аналогичную табл. 53.2.