Описание установки

Лабораторная работа выполняется на установке, принципиальная схема которой представлена на рис. 3. На оптической
скамье в специальных держателях установлены источник света -
лампа накаливания (Л) и фотоэлемент (ФЭ). Расстояние между лампой и фотоэлементом можно изменять перемещением вдоль
оптической скамьи фотоэлемента. От лампы накаливания свет попадает в окошко фотоэлемента (О) и в цепи фотоэлемента начинает протекать фототок. Величина фототока измеряется микроамперметром (), а приложенное к электродам фотоэлемента напряжение – вольтметром (V). Величина подаваемого напряжения может регулироваться потенциометром (П ). С помощью реостата (R) можно изменять ток в цепи накала лампы и измерять его величину амперметром (А). Вакуумный фотоэлемент (ФЭ) СЦВ-4 представляет собой сферический стеклянный вакуумированный баллон с нанесенным на него изнутри слоем цезия (выполняет роль катода (К)). Собирающий электрод (анод (А)) выполнен в виде металлического кольца, расположенного в центре баллона.

Рис. 3. Блок – схема измерительной установки.

Порядок выполнения работы №11(а) в лаборатории
"ОПТИКА" к.433

1. На рабочем месте представлен график зависимости силы света источника от протекающего через лампу тока . Преподавателем задаются три значения силы тока, а студент должен
самостоятельно по графику определить соответствующие им значения силы света источника , , .

2. Установить между источником света и фотоэлементом
предложенное преподавателем фиксированное расстояние , остающееся неизменным при дальнейших измерениях.

3. По формуле ( - площадь фотокатода) вычислить 3 значения светового потока , , , соответствующие различным значениям тока накала.

Значения токов накала , силы света , расстояния
и световых потоков занести в таблицу 1(а).

4. Установив реостатом R ток накала лампы, соответствующий, например, значению силы света источника и световому потоку , снять зависимость фототока от напряжения на фотоэлементе . Для этого с помощью потенциометра П напряжение на фотоэлементе изменяют с шагом 5 – 10 В от 0 до такого его значения, при котором фототок примет свое максимальное значение и при дальнейшем увеличении изменяться не будет (фототок насыщения ).

5. Аналогичным образом снять ВАХ фототока и для двух других значений светового потока и .Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1(а).

6. По данным таблицы 1(а) построить три графика световых характеристик и из них определить токи насыщения , , , соответствующие световым потокам , и .

7. Вычислить три значения интегральной чувствительности по формуле и результаты вычислений занести в таблицу 1(a).

Таблица 1(a)

Измерения

Порядок выполнения работы №11(б) в лаборатории
"ОПТИКА, к. 436

1. Установить на оптической скамье в передвижной каретке приемник люксметра. Изменяя трижды расстояние от нити лампы осветителя до приемника люксметра, измерить соответствующие значения освещенности . ВНИМАНИЕ: при измерениях освещенности следить за тем, чтобы вся поверхность приемника люксметра была освещена.

По формуле вычислить значения силы света для каждого и найти среднее значение силы света источника , которое в дальнейшем и будем принимать как силу света источника.

2. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1(б).

3. Снять приемник люксметра и каретку с оптической скамьи и на его место установить фотоэлемент.

4. Установить между источником света и фотоэлементом одно из 3-х предложенных преподавателем расстояний или .

Таблица 1 (б)

№ пп
1
2
3

5. По формуле ( - площадь фотокатода) вычислить световой поток , соответствующий этому расстоянию .

6. Снять зависимость фототока от напряжения на фотоэлементе . Для этого, не меняя установленного расстояния , с помощью потенциометра П напряжение на фотоэлементе изменяют с шагом 5 – 10 В от 0 до такого его значения, при котором фототок примет свое максимальное значение и при дальнейшем увеличении изменяться не будет (фототок насыщения ).

7. Аналогичным образом снять ВАХ фототока и
для двух других значений светового потока и . Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 2(б).

8. По данным таблицы 2(б) построить три графика световых характеристик и из них определить токи насыщения , , , и соответствующие световым потокам , и .

9. Вычислить три значения интегральной чувствительности по формуле и результаты вычислений занести в таблицу 2(б).

Таблица 2(б)

Измерения

Контрольные вопросы (для защиты):

1. Какое явление называется внешним фотоэффектом?

2. Запишите формулу Планка, связывающую энергию фотона с частотой света (длиной волны ).

3. Запишите формулу Эйнштейна для фотоэффекта и объясните её физический смысл.

4. Что такое задерживающий потенциал и как его определить экспериментально?

5. Объясните, что такое «ток насыщения» и как его измерить?

Рекомендуемая литература

1. Трофимова Т.И. Курс физики. - М.: Высш. школа, 2004.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атома и элементарных частиц. – М.: ООО «Издательство Астрель», 2001.

3. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. - М.: Академия, 2008.

Правила техники безопасности

При выполнении работы необходимо убедится, что все токоведущие части электрической схемы изолированы. Категорически запрещается касаться руками или другими предметами зажимов цепи, находящихся под напряжением. По окончании работы обязательно отключите электрическую схему от источника напряжения.