Выполнение работы и обработка результатов

Задание 1. СНЯТИЕ ВАХ ФОТОЭЛЕМЕНТА

1. Ознакомьтесь с^: компьютерной моделью, представленной программой КФ3.exe. Запишите в рабочую тетрадь номер вашей установки (отображается в окне “РекомендаЦии”). Научитесь пользоваться источником питания ИП, переключателями, светофильтрами и измерительными приборами.

2. Перемещая вдоль оптической скамьи расположенные на ней источник света Л и фотоэлемент ФЭ, установите их на заданном (согласно РекомендаЦиям к работе) расстоянии L друг от друга. Значение L запишите в табл. 1.

Экспериментальные данные

Таблица 1

L ……...., см		L……....., см
U, В	I, мкА	U, В	I, мкА
0
…	…	…	…
…	…	…	…

3. Замкните переключатель П в положение 1. Источник питания ИП установите на нуль снимаемого напряжения.

4. Поместите перед фотоэлементом светофильтр СФ в соответствии с рекомендациями (для каждого номера установки свой).

5. Увеличивая согласно рекомендациям подаваемое на фотоэлемент напряжение, заносите показания вольтметра U и макроамперметра I в табл. 1 тех пор, пока не будет достигнуто насыщение (при дальнейшем повышении напряжения фототок практически не будет изменяться). В таблицу должно быть занесено не менее 10 точек зависимости I(U) (т.е. заполнены не менее 10 строк таблицы).

6. Измените в соответствии с рекомендациями расстояние L на L'. значение L' запишите в правую часть табл. 1. Установите напряжение источника питания на нуль.

8. Повторите п. 5.

9^*). По результатам проведенных измерений постройте на одном графике обе вольтамперные характеристики. Сделайте соответствующие выводы (поместите в отчёт).

Задание 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОТЫ ВЫХОДА ЭЛЕКТРОНОВ

1. В ходе выполнения программы КФ3.exe установите источник питания на нуль снимаемого напряжения (расстояние L до источника остаётся равным тому, что было использовано в задании 1 (см. “РекомендаЦии к работе”). Замкните переключатель в положение 2. Поставьте первый из перечисленных в табл. 2 светофильтров.

2. Увеличивайте подаваемое на фотоэлемент напряжение до тех пор, пока показания микроамперметра не обратятся в нуль. Занесите в таблицу значение задерживающего напряжения U_з.

Экспериментальные данные

Таблица 2

Номер опыта	Светофильтр	, мкм	UЗ, В	АВ, эВ	АВ, эВ	(АВ)^2, эВ^2
1	Синий 1	0.43
2	Синий 2	0.46
3	Зеленый	0.50
4	Желтый	0.51
5	Оранжевый	0.52
6	Красный	0.57

3. Меняя светофильтры в порядке их перечисления в табл. 2, повторяйте п. 2.

4. по формуле (7) вычислите значение константы С (в Вм) и запишите его в тетрадь (в дальнейшем внесите в отчёт по работе).

5^*). Для каждого из опытов рассчитайте по формуле (6) работу выхода электронов А_В для задания 2 (значение длины волны  должно быть выражено в метрах) и занесите результаты в табл. 2.

6. Вычислите сумму найденных значений А_в и определите среднее значение работы выхода <А_в> в задании 2. Сравните <А_в> с соответствующим значением в табл. 5 и определите материал катода фотоэлемента для задания 2. Результаты включите в отчёт.

7. Выполните все расчеты, необходимые для оценки случайной погрешности измерения работы выхода А_в. Найдите вели-чину А_в, задаваясь доверительной вероятностью  = 0.95.

8. Пренебрегая приборными погрешностями, запишите окончательный результат определения работы выхода.

9. Используя среднее значение <А_в>, по формуле (2) найдите длину волны _кр красной границы фотоэффекта в задании 2.

Задание 3. НАБЛЮДЕНИЕ ПРОЦЕССОВ В ВАКУУМНОМ ФОТОЭЛЕМЕНТЕ НА КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ

Исследуйте явление фотоэффекта в соответствии с возможностями модельной установки, представляемой программой books.exe.

1. Зацепив мышью, перемещайте метку на цветном спектре, постепенно увеличивая длину волны облучения фотокатода. Добейтесь полного отсутствия фототока. Зафиксируйте самую большую длину волны (она будет равна _кр) и частоту _кр, при которой фототок еще присутствует. Запишите в рабочий журнал и, в дальнейшем, внесите в отчёт по работе значение длины волны _кр и частоты _кр красной границы фотоэффекта.

2. Для определения связи запирающего напряжения с длиной волны падающего излучения применяется следующая методика. Сначала установите значение запирающего напряжения U_З1 в соответствии с таблицей 3 (ваша строка выбирается по номеру подгруппы в лабораторном журнале).

3. Перемещая мышью вертикальную метку на спектре, устано-вите такое значение длины волны, при котором прекращается фототок (при визуальном наблюдении электронов вы видите, что практически все электроны долетают до анода и после этого движутся обратно к катоду). Значения  и U_З1 занесите в таблицу 4. Повторите измерения ещё 3 раза (i = 1, 2, 3, 4) заполняя соответствующие столбцы табл. 4.

Значения запирающего напряжения

Таблица 3

(в рабочий журнал не переносить)

№ подгруппы	UЗ1	UЗ2	UЗ3	UЗ4
1, 5	-0.1	-0.3	-0.6	-0.8
2, 6	-0.2	-0.4	-0.6	-0.9
3, 7	-0.3	-0.5	-0.7	-1.0
4, 8	-0.4	-0.7	-0.8	-1.1

4^*). Вычислите и запишите в табл. 4 обратные длины волн.

5. По данным табл. 4 (по четырём точкам) постройте график зависимости напряжения запирания U_З от обратной длиныволны 1/.

Результаты измерений и расчётов

Таблица 4

i =	1	2	3	4
UЗi, В
i, нм
1/i,10^6м^-1

6. Определите постоянную Планка, используя график и формулу

,

здесь U_З/(1/) – тангенс угла наклона прямой, аппроксимирующей график зависимости U_З(1/), построенной по данным табл. 4 при выполнении п. 5 данного задания.

7. по формуле, отображенной на экране монитора, определите работу выхода А = A_В (в эВ) для металла модельного фотоэлемента. сравните A_В с соответствующим значением в табл. 5 и определите материал катода фотоэлемента в задании 3. Результаты включите в отчёт.

Значения работы выхода для некоторых материалов (справочные данные)

Таблица 3

Материал	калий	литий	платина	рубидий	серебро	цезий	цинк
АВЫХ, эВ	2.2	2.3	6.3	2.1	4.7	2.0	4.0