Методика эксперимента

В качестве источников света в работе используется набор светодиодов, излучающих в различных узких диапазонах длин волн. Эти диапазоны длин волн лежат в видимой и инфракрасной частях спектра.

В качестве фотоэмиттера используется полупрозрачный катод фотоэлемента, изготовленный из полупроводникового вещества. Электроны, выбитые светом из катода, собираются анодом. Поскольку катод и анод фотоэлемента обычно изготавливают из веществ близких по электрофизическим свойствам, контактную разность потенциалов между катодом и анодом можно считать малой.

Для определения красной границы фотоэффекта_кр(или соответствующей длины волны света_кр)предлагается в процессе эксперимента снять зависимость силы тока от напряжения I_ф(U)(вольт-амперную характеристику) при освещении катода светодиодами с различными длинами волн. Характерный вид таких зависимостей представлен на рис 3.

По полученным экспериментально вольт-амперным характеристикам I_ф(U) определяется величина задерживающего напряжения U_з для каждого светодиода.

Из (6) и (7) при условии, что контактной разностью потенциалов можно пренебречь (U_конт≈0), следует:

еU_з= h –W, (9)

где  – частота световой волны, связанная с длинной волны соотношением

, (10)

где с=3·10⁸м/с - скорость света в вакууме.

Из (9) следует, что еU_з линейно зависит от частоты, т.е. графиком функцииеU_з() является прямая (рис. 4).

Точка пересечения графика с осью частот соответствует нулевому значению величины еU_з=0, что согласно (7) дает Е_Кmax=0.Следовательно, частота₀это красная граница фотоэффекта для данного фотоэмиттера (₀=_кр).

Теперь, зная_кр, можно определить порог фотоэффекта, как:

W =h_кр(11)

Кроме того из (9), видно, что, экстраполируя график еU_з() до пересечения с осью еU_з, получаем точку, для которой

еU_з = –W, (12)

что также позволяет оценить порог фотоэффекта (графически).

П 100орядок выполнения работы

1. Соберите схему измерений согласно рис.5. Анод на схеме подключен к «плюсу», а катод к «минусу» источника напряжения (блока питания ИПС-1) (прямое подключение фотоэлемента).

2. Подготовьте для записи результатов таблицу 1.

Таблица 1

U, B	-0,3	-0,25	-0,2	-0,15	-0,1	-0,05	0	0,05	0,1	0,15	0,2	0,25	0,3	0,35	0,4	0,45	0,5
Iф, мкА

3. Установите на выходе блока питания 1÷1,5 В по вольтметру V₁.

4. Установите значение интенсивности светового потока =1 (или иное по указанию преподавателя). Для этого необходимо вращать ручку, обозначенную(прибор измеряет не абсолютное, а относительное значение интенсивности). Запишите значение величиныи следите, чтобы в последующих опытах она не менялась.

5. Установите длину волны источника света ₀. Снимите при этой длине волны вольт-амперную характеристику фотоэлементаI_ф(U)при его прямом подключении к источнику напряжения, для ускоряющих напряжений от 0 до 0,5 В с шагом 0,05 В (по вольтметруV₂). Результаты измерений занесите в таблицу 1.

6. Подключите анод фотоэлемента к «минусу», а катод к «плюсу» блока питания и снимите при той же длине волны вольт-амперную характеристику I_ф(U)для задерживающих напряжений от 0 до –0,3 В с шагом 0,05 В. Результаты измерений также занесите в таблицу 1.

7. Повторите эксперимент по п.5 и п.6 для длин волн ₁, _2, ₃, занося данные в аналогичные таблицы.