Измерения и обработка результатов

Упражнение 1. Изучение вольтамперных характеристик фотоэлемента при различных световых потоках.

Д ля исследования вольтамперных характеристик фотоэлемента соберите установку в соответствии со схемой, приведенной на рис. 1. Подключите лампу накаливания к источнику переменного напряжения 6,3 В.

Рис. 1

Исследуйте зависимость фототока i от напряжения U на фотоэлементе в интервале от 0 до 60 В (по точкам через 5 В) при четырех различных значениях расстояния между фотоэлементом и источником света. Полученные результаты сведите в таблицу:

U, B	i, мкА при различных r :
	0,30 м	0,35 м	0,40 м	0,45 м

Постройте (на одной плоскости) графики зависимости i от U при различных r.

ВНИМАНИЕ! Наличие высокого напряжения на выходных клеммах выпрямителя исключает возможность каких–либо переключений или проверок контактов в схеме при включенном выпрямителе. При всех недоразумениях следует немедленно выключить выпрямитель и обратиться за разъяснениями к дежурному лаборанту или преподавателю.

Упражнение 2. Изучение зависимости фототока насыщения от светового потока, падающего на катод.

При достаточно большом напряжении U между катодом и анодом фотоэлемента все электроны, освобожденные светом, увлекаются электрическим полем и достигают анода. В этом случае ток через фотоэлемент не зависит от U (испытывает насыщение). При этом сила тока насыщения определяется числом электронов, выходящих из катода за единицу времени. Действительно, по определению сила тока есть величина, равная заряду, проходящему через сечение проводника за единицу времени: Если за время t из катода фотоэлемента выходят N электронов, то q = Ne (e – заряд электрона) и Согласно первому закону фотоэффекта количество n электронов, вырываемых светом за единицу времени, пропорционально световому потоку Φ, падающему на катод. Следовательно, должна иметь место закономерность: ~ Φ.

Цель данного упражнения – проверить, соответствуют ли экспериментальные результаты, полученные в упражнении 1, этой закономерности. По результатам исследования вольтамперных характеристик фотоэлемента, проведенного в упражнении 1, определите величину фототока насыщения при расстояниях r между фотоэлементом и источником света, равных 30, 35, 40 и 45 см. Согласно известному закону фотометрии освещенность Е катода обратно пропорциональна квадрату r:

Здесь I – сила света источника, а α – угол падения лучей на поверхность катода фотоэлемента. На элемент поверхности катода dS падает световой поток dΦ = EdS, пропорциональный 1/r². Следовательно, и полный световой поток, падающий на катод фотоэлемента, пропорционален 1/r².

Постройте график зависимости фототока насыщения от 1/r², который, как следует из сказанного выше, отражает зависимость фототока насыщения от светового потока. Данные для графика сведите в таблицу:

r	1/r^2	iн

Какой вывод следует из полученного графика? Соответствуют ли экспериментальные результаты первому закону фотоэффекта?