4. Порядок выполнения работы. Эксперимент. Математическая обработка результатов измерений

4.1. Включить измерительное устройство тумблером «Сеть», расположенным на его задней панели. При этом должны загореться индикаторы «прямая – обратная», «В», «мкА».

4.2. Тумблером «Сеть» включить источник излучения. Дать прогреться ртутной лампе в течении 15 минут. Ртутная лампа излучает несколько спектральных линий (электромагнитное излучение определенной частоты или длины волны). Для селективного отбора этих линий используются интерференционные светофильтры (№№ 1, 2, 3, 4). Их номера указаны на регулировочном кольце блока светофильтров. Кроме того, на этом кольце имеются цифры «0» и «5». Цифра «0» означает отсутствие светофильтров. Цифра «5» соответствует установке непрозрачного диска (заслонки от излучения ртутной лампы)

4.3. Снять семейство ВАХ фотоэлемента Ф-8 или Ф-25 (по заданию преподавателя).

Для этого:

4.3.1. Подготовить в тетради четыре таблицы для каждого светофильтра по образцу таблицы i.

Таблица № i

( i = 1,2,3,4 )

Светофильтр № i

λ_i = ; ν_i =

Интенсивность излучения	Jmax				Jmin
Режим работы	прямой		обратный		прямой		обратный
	Ua^пр, В	Iф, мкА	Ua^обр, В	Iф, мкА	Ua^пр, В	Iф, мкА	Ua^обр, В	Iф, мкА
1 2 3 ……..	00,00

где U_a – значение анодного напряжения, В

I_ф – значение силы фототока, мкА,

λ_i – длина волны излучения, на которую приходится максимум коэффициента пропускания светофильтра № i.

J_max,min–максимальная и минимальная интенсивности падающего света.

4.3.2. Вписать соответствующие значения λ_i ,ν_i в заполняемые таблицы, используя следующие данные.

λ₁ = 407 нм, λ₂ = 435 нм, λ₃ = 546 нм, λ₄ = 578 нм.

–частота, соответствующая данной длине волны.

4.3.3. Установить максимальное значение интенсивности падающего света J_max. Для этого установить кольцо оправки поляроида в положение J_max.

4.3.4. Установить заслонку №5 поворотом кольца. Нажать кнопку «Сброс», при этом на индикаторе «В» должно загореться 00,00. Далее ручками «Установка 0» на фотоприёмном устройстве установить нулевое значение тока по индикатору «мкА».

4.3.5. ВАХ снимается в области положительных и отрицательных значений анодного напряжения. Для снятия ВАХ в области положительных напряжений установить нажатием кнопки «прямая – обратная» режим «прямая».

4.3.6. Изменять анодное напряжение кратковременным нажатием кнопки «+» или «-» с шагом 1В для светофильтра №1 и с шагом 0,5В для светофильтров№2,3,4. Записать значения U_a^пр и I_Ф в соответствующую таблицу. Измерения продолжать до тех пор, пока четыре или пять значений фототока I_ф станут приблизительно одинаковыми. Это значение I_ф будет соответствовать току насыщения при данной интенсивности падающего света J_max и данному спектральному составу падающего на фотокатод излучения.

4.3.7. Снять ВАХ фотоэлемента в области отрицательных значений U_А . Для этого установить режим «обратная» нажатием кнопки «прямая – обратная». Осуществить установку нуля, повторить пункт 4.3.3, после чего вернуть исследуемый светофильтр в прежнее положение.

4.3.8. Изменять анодное напряжение кратковременным нажатием кнопки или «+» или «-»с шагом 0,05В для всех светофильтров. Записывать значения U_А^обр и I_Ф в соответствующий столбик таблицы до тех пор, пока I_Ф не станет равным нулю.

4.3.9. Установить минимальное значение интенсивности падающего света J_min. Для этого установить кольцо оправки поляроида в положение J_min.

4.3.10. Повторить 4.3.3. 4.3.8.

4.3.11. Аналогично заполнить таблицы 2,3,4.

4.4. Для каждого светофильтра на одном листе миллиметровой бумаги построить две ВАХ, соответствующих максимальному и минимальному значению интенсивности падающего света J_max и J_min.

По оси абсцисс отложить значения U_А^пр, U_А^обр.

По оси ординат отложить значения I_Ф.

Каждая пара ВАХ должна быть нарисована своим цветом:

Светофильтр №1 – синий или фиолетовый

Светофильтр №2 – зеленый

Светофильтр №3 – желтый

Светофильтр №4 – красный

Замечание!

Экспериментальные точки ВАХ на графике должны быть соединены плавной, а не ломанной кривой.

4.5. Определить красную границу фотоэффекта _кр и работу выхода А_вых электронов из материала соответствующего фотоэлемента.

4.5.1. Для этого составить и заполнить таблицу №5 и построить зависимость запирающего напряжения от частоты U_з= f(_i), где i = 1,2,3,4.

Таблица №5

i, с^-1	Uз, В
	Jmax	Jmin

По оси абсцисс отложить частоту ν.

По оси ординат – модуль запирающего напряжения .

Из уравнений (1) и (2) следует, что .

4.5.2. Используя полученный график, методом парных точек определить _кр и А_вых.

Для этого, по заданию преподавателя, через точки с координатами (ν_i; U_зi) и (ν_k; U_зk) нужно провести несколько экспериментальных прямых до пересечения с осью абсцисс и ординат.

4.5.3. Пересечение экспериментальных прямых с осью абсцисс дают значения частотν^min, соответствующих красной границе фотоэффекта.

Выбрать минимальное (ν^min)_min и максимальное (ν^min)_max значения ν^min и вычислить среднее значение красной границы фотоэффекта и абсолютную погрешность результата.

; ,

где .

Результат записать в виде 

4.5.4. Пересечение экспериментальных прямых с осью ординат дают значения работы выхода А_вых материала фотоэлемента, выраженные в эВ.

Для полученных экспериментальных значений А_вых вычислить среднее значение работы выхода и абсолютную погрешность результатаΔА_вых.

; 

Для того, чтобы получить значения А_вых в Дж, нужно умножить эти значения на 1,6 ∙10^-19 Дж/эВ.

Результат записать в виде

A_вых, эВ

A_вых, Дж.

4.6. На основании экспериментальных данных вычислить постоянную Планка.

Из уравнения (3) следует, что

Результат записать в виде h и сравнить его с табличным.

Учесть, что h= hA_вых/A_вых  +_кр/_кр 

4.7. Проверить справедливость первого закона внешнего фотоэффекта, анализируя графики пункта 4.4.

4.8. Оценить интенсивность спектральных линий излучения ртутной лампы I_i по величинам силы тока насыщения I_насi и частоте ν_i падающего излучения спектральных линий ртутной лампы.

4.8.1. Используя уравнения (4), (5), легко видеть, что значение интенсивности падающего излучения ртутной лампы J_i пропорционально произведению частоты падающего света на силу тока насыщения I_нас.

, где i = 1,2,3,4… k = 1,2,3,4…

При неизменном спектральном составе излучения ν_i= ν_k , т.е. i=k.

Используя экспериментальные данные пункта 4.4, вычислить , гдеk=1, или 2, или 3, или 4 (по заданию преподавателя).

Результат записать в следующем виде:

Если k =1, то и тд.

Если k=2, то и тд.

Полученные отношения интенсивностей спектральных линий сравнить с визуальной оценкой этого отношения в лабораторных работах с дифракционной решеткой и призмой.