Измерения и обработка результатов

 

Задание 1. Определение красной границы фотоэффекта и вычисление работы выхода.

Закрепите фотоэлемент в патроне (фото 2) и установите в кожухе монохроматора (фото 3).

1. Проверьте правильность начального положения ручек на приборах, чтобы не сжечь приборы:

а) выпрямитель ВУП: начальное положение ручки регулировки напряжения 0-100 (левая ручка на фото 5) - крайнее левое, что соответствует 0 В;

б) микроамперметр Ф-195:

кнопка ШКАЛА в положении 0-100;

переключатель диапазонов измерений в положении 100 nА.

в) барабан монохроматора установите на деление 1300, что соответствует фиолетовой области спектра;

г) переключатель регулировки света в монохроматоре (указан стрелкой на фото 6) поставьте в положение "ЗАКРЫТО".

2. Поставьте переключатель ВУП-0-Б в положение «0». Включите микроамперметр Ф-195, нажав кнопку СЕТЬ, при этом над кнопкой должна загореться красная лампочка. Дайте прогреться при­бору 10-15 минут.

3. Закрепите фотоэлемент в патроне и опустите в кожух монохроматора. Включите выпрямитель ВУП. Поставить переключатель ВУП-0-Б в положение ВУП.

4. Включите осветительную лампу К-12, расположенную перед входной щелью монохроматора, тумблерами СЕТЬ и "ЛАМПА К-12" на блоке питания.

5. Выставьте на выпрямителе ВУП рабочее напряжение 100 В.

6. Измерьте при помощи Ф-195 темновой ток фотоэлемента (при этом измерении можно перевести переключатель диапазонов измерений в положении 50 nА; после окончания измерения не забудьте вернуть переключатель диапазонов в положение 100 nА).

7. Поставьте ручку регулировки света в положение ОТКРЫТО. Снимите защитный колпачок с входной щели монохроматора. При этом микроамперметр Ф-195  покажет ток, текущий через фотоэле­мент (5-15 дел). При значениях тока, существенно меньших указанной величины, необходимо от­регулировать световой поток, падающий на входную щель, и ширину входной щели монохромато­ра (операции по регулировке проводятся дежурным инженером или преподавателем).

8. Вращайте барабан монохроматора в сторону увеличения делений φ, через каждые 50° фиксируя в таблице 1 зна­чения тока i, текущего через фотоэлемент. (Вращение барабана в сторону увеличения делений соответствует увеличению длины волны падающего света). Измерения проводите до тех пор, пока стрелка микроамперметра не остановится на значении темнового тока. Измерения около конечной точки повторите несколько раз. (Для более точного определения "точки остановки" стрелки при­бора, после достижения темнового тока, необходимо начать вращение барабана монохроматора в сторону уменьшения делений, до тех пор, пока стрелка микроамперметра снова не начнет дви­гаться). Отметьте в таблице 1 положение барабана φ⁰_гр, соответствующее i=i_темн. Оцените погрешность измерения.

ТАБЛИЦА 1

φ0	1300	1350	1400	1450	1500
λ (A)
i (nА)

По значению φ⁰_гр определите красную границу фотоэффекта λ_гр (используя калибровочную кривую, Приложение 1).

9. После проведения измерений переключатель ВУП-О-Б поставьте в положение "0", ВЫКЛЮЧИТЕ выпрямитель ВУП!!, переключатель диапазоновмикроамперметра Ф-195 переведите в положение «ДИАПАЗОН ИЗМЕРЕНИЙ -1 мкА», выключите лампу накаливания К-12, переключатель регулировки света по­ставьте в положение "ЗАКРЫТО", наденьте колпачок на входную щель монохроматора.

10. Постройте график зависимости фототока i от длины волны - спектральную характеристику фотоэлемента (используя калибровочную кривую монохроматора, Приложение 1).

12. Вычислите в электрон-вольтах работу выхода электронов из катода сурьмяно-цезиевого фотоэлемента: А_вых=hυ_гр. Оцените погрешность результата.

 

Задание 2. Снятие вольт-амперной характеристики фотоэлемента и оценка постоянной Планка.

1. Выньте фотоэлемент из насадки к монохроматору и укрепите его в штативе (с учетом по­лярности) на панели напротив осветительной лампы (фото 4).

2. Установите перед осветительной лампой в держателе оранжевый светофильтр (λ_ор= 0,62 мкм).

3. Подготовьте к работе микроамперметр Ф-195:

а) кнопка ШКАЛА в положении 0 – 100;

б) переключатель диапазонов измерений – 500 nА;

4. Проверьте готовность к работе вольтметра В7-35. Он должен быть установлен в режим измерения постоянного напряжения (переключатели рода работ в положениях *–* и *V*). Включите прибор в сеть переключателем СЕТЬ на задней панели.

5. Включите источник задерживающего напряжения ИЭПП тумблером СЕТЬ, при этом должна заго­реться сигнальная лампочка на панели пробора.

6. Включите осветитель (фото 4).

7. Переключатель ВУП-0-Б переведите в положение "Б" что соответствует запирающему напряжению, равному нулю. Вращая ручку трансформатора, регулирующего силу света, добейтесь, чтобы стрелка микроамперметра отклонилась на 80 – 90 делений шкалы.

8. Плавно поворачивая ручку П потенциометра, увеличивайте величину задерживающего напряжения. Напряжение меняйте до тех пор, пока ток не ста­нет равным нулю. Снимите вольт-амперную характеристику фотоэлемента в области тормозящего поля (см. рис. 4.2.1).

9. Повторите такие же измерения для фиолетового светофильтра (λ_ф=0,42 мкм).  

ВНИМАНИЕ!!! При замене светофильтров НЕОБХОДИМО размыкать электрическую цепь, по­ставив переключатель ВУП-0-Бв положение «0», во избежание зашкаливания стрелки микро­амперметра и его поломки.

Показания вольтметра и микроамперметра занесите в таблицу 2 (она должна содержать 12-15 значений напряжения при каждой из частот). Особенно тщательно определите величину напряжения, соответствующего прекращению фототока при каждой из частот (точка В на рис. 4.2.1).

 

ТАБЛИЦА 2

 

λ=0,42 мкм

U (в)
I (мкА)

 

λ=0,62 мкм

U (В)
I(мкА)

 

9. По окончании измерений переключатель ВУП-0-Б поставьте в положение «0». Выключите осветитель. Ручку регулировки диапазонов измерения микроамперметра Ф-195 переведите в поло­жение 5 мкА. Выключите источник запирающего напряжения ИЭПП. Ручку П регулировки запи­рающего напряжения поверните в крайнее левое положение. Выключите микроамперметр и вольтметр тумбле­рами СЕТЬ.