2.2. Методика эксперимента

Включить тумблер "СЕТЬ" на панели ИСК-2 (рис.2.4).

Установите на монохроматоре: входную щель ((7) на рис.2.2) – 1,0 мм, выходные щели на задней и боковой выходы (соответственно (4) и (3) на рис.2.2) – 4,0 мм. Включите источник света – лампу накаливания (тумблер "ЛН" на панели ИСК-2 рис.2.4). Установите с помощью регулятора "РЕГ. ТОКА" (рис.2.4) ток лампы около 0,4 А (напряжение 0,4В на выходе "I"). Наблюдая изображение источника через зрительную трубу (1) (рис.2.2), сфокусируйте излучение на входной щели (7) (рис.2.2) с помощью поворотного зеркала входной оптики (9). Убедитесь в измерении цвета выходящего излучения при вращении ручки настройки монохроматора (13) (рис.2.2). Определите минимальную и максимальную длину волны излучения, воспринимаемого визуально. Запишите результат:

_мин = ­___________ нм, _макс = ___________ нм.

Перемещая шток (1) (рис.2.2), переведите поток излучения на задний выход (4) монохроматора. С помощью фиксирующего винта (1) (рис.2.5) установите фотоприемник ФЭУ на задний выход (4) (рис.2.2) монохроматора. Подключите штекер (4) (рис.2.5) ФЭУ к измерительной системе ИСК–2 (выход "ФП" на рис.2.4). Подключите мультиметры к выходам измерительной системы: к гнездам "U_ФП" – вольтметр для измерения напряжения на фотоприемнике, к гнездам "I_ФП" (выход усилителя фототока) – вольтметр для измерения тока фотоприемника. Ток фотоприемника пропорционален напряжению на выходе "I_ФП" с коэффициентом от 0,1 мкА/В до 100 мкА/В, указанным на шкале переключателя "мкА/В". При токах более 500 мкА переключатель устанавливают в положение "ВНЕШ" (при этом усилитель фототока отключен), а к гнездам "I_ФП" подключен амперметр. При этом фототок равен:

I_Ф = К(U_ВЫХ – U_ТЕМН),

К – коэффициент преобразования усилителя, мкА/В,

U_ВЫХ – напряжение на выходе усилителя (гнездо "I_ФП"),

U_ТЕМН– напряжение на выходе усилителя при перекрытом световом потоке (используется экран-заглушка, которая устанавливается в держателе 8 (рис.2.2).

В эксперименте исследуется зависимости фототока от напряжения при фиксированных длинах волн и от длины волны при заданных обратных (отрицательных) напряжениях. Плавный выход зависимости I_Ф(U) и I_Ф() на нулевое значение затрудняет определение напряжения или длины волны, при которых фототок обращается в ноль. В то же время, зависимость величины от обратного напряжения или от длины волны вблизи I_Ф = 0 близка к линейной и удобна для анализа.

Задача 1. Определение красной границы фотоэффекта и постоянной планка, используя набор фиксированных значений длин волн

1. Для 3 – 5 значений длин волн  (рекомендуемый шаг приращения  = 50 нм) из диапазона _мин _макс снимите зависимости I_Ф(U) фототока от отрицательного (обратного) напряжения U на фотоприемнике в пределах от 0 до –2В с шагом 50  100 мВ. Напряжение регулируется ручками "U_ФП" грубо (0…20 В) и плавно (–2…0 В) (рис.2.4). Для каждого значения  заполнить табл.1.

2. Постройте графики нелинейных зависимостей от модуля приложенного напряжения |U| в мВ. Для удобства графического построения используйте значения, нормированные на величину темнового тока ₀ = _ф(0), т.е. (примерный вид одного из графиков показан на рис.2.8).

3. Аппроксимируя полученные зависимости до пересечения с осью напряжений, определите величины запирающих напряжений U_З (точки пересечения графика с осью U).

4. Определите частоты , соответствующие выбранным значениям . Постройте график U_З() (примерная зависимость показана на рис.2.9).

5. П о наклону графика U_З() определите постоянную Планка, а по точке пересечения с осью частот – красную границу фотоэффекта _КР и _КР, а также работу выхода фотокатода А_вых.

 = __________ нм, К = ­­­­__________ мкА/В

ТАБЛИЦА 1

UФП , мВ	UВЫХ , мВ	UТЕМН , мВ	IФ , 10^–11А

U_З = ____________ В.

Результаты вычислений

– угловой коэффициент графика q = U/ = __________10^–15 Вс,

• постоянная Планка ℏ = ___________ 10^–34 Джс,

• красная граница _КР = __________10¹⁵ рад/с, _КР = ­­­­­­­­­­____________ нм,

• работа выхода А_ВЫХ = ­­­­­­­­­__________ эВ.