Задание 2. Экспериментальная проверка зависимости освещенности поверхности от угла падения света Описание установки

Внешний вид установки представлен на рис. 11.

Рис. 11. Внешний вид установки

Установка включает следующие элементы, обозначенные цифрами на рисунке:

1. – оптическая скамья;

2. – источник света ‑ лампа накаливания;

3. – фотоэлемент;

4. – штатив фотоэлемента;

5. – маховик для вращения штатива фотоэлемента;

6. – шкала для отсчета значений угла поворота штатива фотоэлемента.

Микроамперметр, служащий для измерения силы тока, протекающего через фотоэлемент, показан на рис.12.

Рис.12. Микроамперметр для измерения силы тока фотоэлемента

Проведение эксперимента Включение установки

Блок питания лампы накаливания включить в сеть переменного напряжения 220 В. Включает лаборант!

Обеспечить затемнение помещения.

Порядок выполнения измерений

1. Установить суппорт штатива фотоэлемента на произвольном расстоянии (10 – 30 см) от суппорта штатива лампы накаливания.

2. Вращая штатив фотоэлемента (4 на рис.11) за маховик (5 на рис.11), установить штатив так, чтобы измерительная риска (1 на рис.13) соответствовала делению "0" на шкале угла поворота штатива фотоэлемента. Проверьте! Поверхность фотоэлемента должна быть перпендикулярна лучу света, падающего от лампы. В этом случае значение угла поворота штатива фотоэлемента будет равно значению угла падения. Занести это значение угла поворота (ноль) в табл. 2.

3. Значение силы тока фотоэлемента, измеренное микроамперметром (рис. 12), занести в таблицу 2.

4. Повернуть штатив фотоэлемента (4 на рис.11) так, чтобы значение угла поворота увеличилось на 10º. Значение угла поворота, отсчитанное по шкале (рис.13), занести в табл. 2.

5. Значение силы тока фотоэлемента, измеренное микроамперметром (рис. 12), занести в табл. 2.

6. Выполнить пункты 4, 5 порядка выполнения измерений до достижения значения угла поворота, равного 90º.

Рис.13. Шкала угла поворота штатива фотоэлемента

Таблица 2. Зависимость силы тока фотоэлемента от угла падения света на поверхность фотоэлемента

Угол падения α, градус	Сила тока фотоэлемента i, мкА	i – iпар	cos(α)

Примечание. Размер таблицы должен обеспечить запись 10 строк экспериментальных значений.

Обработка результатов эксперимента

Заполнить таблицу 2 результатов эксперимента значениями (i – i_пар), cos(α).

Значение i_пар считать равным значению силы тока фотоэлемента при значении угла падения 90º. В этом случае поверхность фотоэлемента расположена перпендикулярно направлению на источник света, и ее освещенность обусловлена паразитными источниками света. Считая величину паразитной освещенности постоянной, уменьшим каждое измеренное значение силы тока фотоэлемента на величину i_пар.

Значения величин в таблице должны содержать три значащих цифры.

Графический способ обработки результатов эксперимента заключается в следующем. Представим закон освещенности

в виде линейной функции. Для этого проведем следующие преобразования.

Освещенность (E) поверхности фотоэлемента пропорциональна силе тока (i), протекающего через фотоэлемент. Эту зависимость можно представить как

,

где γ – некоторая константа.

С учетом данного выражения закон освещенности приобретает вид:

,

или .

Это линейное уравнение вида:

,

где ; ; .

Коэффициента k является постоянной величиной, так как в ходе эксперимента сила света источника и расстояние от источника света до фотоэлемента были постоянными.

Построить график зависимости как функцию от . Размер графика должен быть не менее размера тетрадного листа. Масштаб единиц по каждой оси выбирается отдельно. Масштабные метки должны иметь целочисленные значения (не значения из таблицы). В поле графика проставляются точки, координаты которых заданы в таблице. Затем по линейке проводится прямая линия таким образом, чтобы удаление от каждой точки до прямой линии было минимальным. Образец графика приведен на рис.14.

Рис.14. Образец графика зависимости силы фототока от косинуса угла падения

Совпадение точек (экспериментальных данных) с прямой линией (теория) свидетельствует о том, что освещенность изменяется в зависимости от угла падения по закону косинуса.

Сформулировать общий вывод в соответствии с целью работы на основании результатов, полученных при выполнении экспериментальных заданий.