13_Фотоэффект
.pdfОпределение постоянной Планка
1.Выберите из выпадающего списка зависимости I(t); U(t).
2.Установите максимальную интенсивность света, полярность напряжения переключите на «-». Переключатель «Коэффициент усиления» установите в положение «х0.001». Амплитуда сигнала тока на экране при этом увеличится в 10 раз, что позволит более точно определить величину запирающего напряжения.
3.Установите красный светофильтр в объектив фотоприёмника. Выставите нулевое значение напряжения при отрицательной полярности. Запустите измерения, нажав кнопку Изменяя напряжение, добейтесь падения фототока до нуля и зафиксируйте минимальное значение
запирающего напряжения U3. Значение фототока могут испытывать некоторые колебания, поэтому обратите внимание на показания цифрового индикатора в левом нижнем углу экрана. Остановите измерения, как только величина тока периодически начинает принимать нулевые значения. Установите вертикальный жёлтый маркер в точку графика I(t), в которой I=0,
инажмите кнопку : Откроется таблица «Обработка», в четвёртом столбце которой отображается измеренное запирающее напряжение. Внесите в ячейку первого столбца таблицы значение длины волны света, указанное на светофильтре. Во втором и третьем столбцах таблицы автоматически
вычисляются значения частоты света и отношение . Перепишите данные
таблицы на экране монитора в таблицу 3 вашего отчета по лабораторной работе.
4. Повторите действия, описанные в предыдущем пункте, для всех имеющихся в комплекте светофильтров, постепенно уменьшая длину волны излучения. По окончании измерений перейдите на вкладку «график», в которой по экспериментальным точкам строится график зависимости
U3=U3 . Для аппроксимации этой зависимости линейной функцией вида
Y=Ax+B нажмите кнопку . В верхнем левом углу окна появится соответствующее уравнение аппроксимирующей прямой. Угловой коэффициент полученной прямой дает значение постоянной Планка. Сохраните полученный график, пользуясь кнопкой под своим именем (Иванов_Петров_Сидоров_1.bmp) в указанной преподавателем директории на компьютере
5. Результаты эксперимента занесите в отчет по лабораторной работе (Приложение 1). Сравните полученное значение постоянной Планка с теоретическим.
11
И учение ависимости фототока от светового потока.
1.Нажмите кнопку (либо Alt+C) и выберите сценарий «Зависимость фототока от светового потока».
2.Установите источник света на отметке 17 см (наиболее близкое положение к фотоэлементу). Установите максимальную интенсивность света, полярность напряжения переключите на «+». Переключатель «Коэффициент усиления» установите в положение «х0.001». Обратите внимание, что реальные значения фототока при этом будут в 10 раз ниже тех, которые отображается на экране.
3.Установите синий светофильтр в объектив фотоприёмника. Повернув ручку «напряжение» по часовой стрелке до упора установите максимальное ускоряющее напряжение (фотоэлемент будет работать при этом в режиме близком к насыщению).
4.Запустите измерения. Ослабьте световой поток, поступающий на фотоэлемент. Для этого установите поляроиды в стойку перед фотоприёмником, пододвиньте стойку вплотную к установленному светофильтру и поверните один из поляроидов на такой угол, при котором фототок минимален. Остановите измерения. Установите жёлтый маркер (левая кнопка мыши) на участке графика с зарегистрированным минимальным током и с помощью кнопки добавьте это значение в таблицу обработки. В первый столбец открывшейся таблицы внесите текущую координату осветителя в см. То же значение координаты внесите в пункт таблицы «исходные данные».
5.Передвиньте осветитель в следующую точку (например, на отметку «20 см»). Нажмите кнопку запуска измерений и отклоните предложение программы очистить таблицу накопленных данных. Измерьте ток и заполните очередную строку таблицы обработки.
6.Повторите действия, описанные в предыдущем пункте, и получите еще 3 точки в таблице при удалении осветителя вплоть до 38 см. Результаты эксперимента занесите в таблицу 4 отчета по лабораторной работе.
По окончании измерений перейдите на вкладку «график», в которой по экспериментальным точкам строится график зависимости I(Ф). Для аппроксимации этой зависимости функцией вида Y=Ax выберите эту
функцию и нажмите кнопку |
. Сохраните полученный график, пользуясь |
|
кнопкой |
под своим |
именем (Иванов_Петров_Сидоров_1.bmp) в |
указанной преподавателем директории на компьютере.
7. Теперь снимите аналогичную зависимость фототока от светового потока, но в условиях более сильного светового потока. Для этого выньте поляроиды из оправки и установите переключатель «Коэффициент усиления» в положение «х0.01». Запустите измерения и согласитесь с предложением программы очистить таблицу накопленных данных. Проведите вновь измерение фототока, устанавливая осветитель
12
последовательно в 4-5 позиций и заполняя таблицу обработки. Наименьшее расстояние между фотоэлементом и осветителем выбирается исходя из максимальной величины тока 20 мкА и вводится в таблицу (исходные данные). В этом случае полученная в этом случае зависимость I(Ф) уже не является прямо пропорциональной. Сохраните полученный график, пользуясь кнопкой .
8. Результаты эксперимента занесите в отчет по лабораторной работе (Приложение 1).
3.2.Порядок выполнения лабораторной работы без компьютера
Получение волътамперной характеристики фотоэлемента
1.Включите питание установки, дайте ей прогреться в течение 5 минут, передвиньте источник света на отметку 25 см. Зафиксируйте источник света с помощью зажимного винта. Поляроиды при этом следует извлечь из оправки.
2.Установите максимальную интенсивность света, полярность напряжения переключите на «-». Переключатель «Коэффициент усиления» установите в положение «х0.01».
3.Поверните ручку «напряжение» по часовой стрелке до упора. Установите синий светофильтр в объектив фотоприёмника.
4.Снимите вольтамперную зависимость фотоэлемента. Плавно вращайте ручку «напряжение» против часовой стрелки до упора, уменьшая тем самым задерживающее напряжение до 0. Переключите полярность на «+» и плавно вращайте ручку «напряжение» по часовой стрелке до упора, увеличивая тем самым ускоряющее напряжение. При этом значения силы тока и напряжения фиксируйте через 1 В с цифрового дисплея на левой стороне лицевой панели лабораторной установки, переключая тумблер в положения «ток» и «напряжение». Результаты эксперимента занесите в таблицу 1 отчета по лабораторной работе. Постройте график измеренной зависимости. По полученному графику вольтамперной характеристики определите значения задерживающего напряжения и максимального тока фотоэлемента и занесите их в таблицу 2 вашего отчета по лабораторной работе (Приложение 1).
5.Повторите описанные в пунктах 3-5 действия, устанавливая на объектив фотоэлемента другие светофильтры. Замену светофильтров рекомендуется производить при большом отрицательном напряжении на фотоэлементе.
Определение постоянной Планка
1. Установите максимальную интенсивность света, полярность напряжения переключите на «-». Переключатель «Коэффициент усиления» установите в положение «х0.001». Амплитуда сигнала тока на экране при
13
этом увеличится в 10 раз, что позволит более точно определить величину запирающего напряжения.
2.Установите красный светофильтр в объектив фотоприёмника. Выставите нулевое значение напряжения при отрицательной полярности. Переведите тумблер в положение "ток". Изменяя напряжение, добейтесь падения фототока до нуля и зафиксируйте соответствующее этому
минимальное значение запирающего напряжения U3 в таблицу 2 вашего отчета по лабораторной работе.
3.Повторите действия, описанные в предыдущем пункте, для всех имеющихся в комплекте светофильтров, постепенно уменьшая длину волны излучения. По окончании измерений постройте по экспериментальным
точкам график зависимости U3=U3 |
|
. Угловой коэффициент полученной |
|
прямой дает значение постоянной Планка.
4. Результаты эксперимента занесите в отчет по лабораторной работе (Приложение 1). Сравните полученное значение постоянной Планка с теоретическим.
4.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.В чем заключается явление внешнего фотоэффекта?
2.Как объясняется явление фотоэффекта с квантовой точки зрения?
3.Каково устройство фотоэлементов и их характеристика?
4.Сформулируйте законы фотоэффекта.
14
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Форма отчета по лабораторной работе
ОТЧЕТ по лабораторной работе № 13
ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ФОТОЭФФЕКТА
И
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ ПЛАНКА
студент ______________
группа _______________
Дата ________________
Преподаватель _____________
РГППУ
2013
15
1. Расчетная формула:
, |
|
|
|
- тангенс угла наклона прямой |
|
к оси 0 ; |
|
е |
|||
|
|
- частота падающего на фотоэлемент света; е=1,6∙10-19 Кл - заряд электрона
2. Средства измерений и их характеристики
Средство |
Цена |
Предел |
Класс |
Предел |
|
измерения, его тип |
деления |
основной |
|||
измерения |
точности |
||||
и номер |
шкалы |
погрешности |
|||
|
|
||||
Линейка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Измерение вольтамперной характеристики фотоэлемента (заполняется в случае, если работа проводится без использования компьютера):
Таблица 1
Цвет |
I, мкА |
U, В |
|
светофильтра |
|||
|
|
||
|
|
|
График зависимости I(U) (построить для всех длин волн на одном графике)
Результаты измерения вольтамперной характеристики фотоэлемента Таблица 2
Цвет |
λ, нм |
, В |
Iн, мкА |
|
светофильтра |
||||
|
|
|
||
Синий |
460 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Зелёный |
500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Желтый 1 |
540 |
|
|
|
Желтый 2 |
570 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Красный |
635 |
|
|
|
|
|
|
|
4. Определение постоянной Планка
Таблица3
λ, нм |
= |
с |
, 1014 Гц |
|
|
1030 Гц/Кл |
, В |
|
е |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16
где с=3∙108 м/с - скорость света в вакууме, е=1,6∙10-19Кл - заряд электрона.
График зависимости
е
Расчетное значение постоянной Планка:
h=
5. Измерение зависимости фототока от светового потока (выполняется только с использованием компьютера)
Таблица 4
R, см |
Ф, % |
I, мкА |
|
|
|
График зависимости I(Ф)
Вывод:
17
Задания и методические указания
для выполнения лабораторной работы № 13
по дисциплине «Физика»
для студентов всех форм обучения направления подготовки 051000.62 Профессиональное обучение
(по отраслям)
Подписано в печать _______. Формат 60 84/16. Бумага для множ. аппаратов. Печать плоская. Усл. печ. л. __. Уч.-изд. л.__. Тираж ____ экз. Заказ № ____. ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессиональнопедагогический университет». Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11.
Ризограф ФГАОУ ВПО РГППУ. Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11.
18