Эксперт

Сергей

Задать вопрос

Мы готовы помочь Вам.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Определить красную границу фотоэффекта, оценить порог внешнего фотоэффекта для полупроводникового фотокатода.
ОБОРУДОВАНИЕ: Стенд С3-ОК01, блок питания ИПС1, блок мультиметров, вольтметр АВ1, набор светодиодов, фотоэлектронный умножитель.

Порядок   выполнения   работы

• 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

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 величины  и следите, чтобы в последующих опытах она не менялась.
5. Установите длину волны источника света l₀. Снимите при этой длине волны вольт-амперную характеристику фотоэлемента I_ф(U) при его прямом подключении к источнику напряжения, для ускоряющих напряжений от 0 до 0,5 В с шагом 0,05 В (по вольтметру V₂). 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 l₁, l_2, l₃, занося данные в аналогичные таблицы.

Обработка результатов измерений

1. Постройте графики снятых вольт-амперных характеристик I_ф(U) на одной координатной плоскости в масштабе 1 В:10 см и 1 мкА:10 см._.
2. Продлите линейную часть графиков I_ф(U) до пересечения с осью напряжений. Точка пересечения дает значение задерживающего напряжения U_з.
3. Просчитайте произведение еU_з для каждой длины волны.
4. Для каждой длины волны l₀,l₁, l₂ и  l₃  рассчитайте соответствующие им частоты n₀, n₁, n₂,n₃ из соотношения (10).
5. Постройте график зависимости еU_з(n), для этого начертите оси, выберите нужный масштаб и нанесите на график точки еU_з, в соответствии с частотамиn. Через полученные точки проведите усредняющую прямую так, чтобы точки ложились на минимальном расстоянии по обе стороны от прямой.
6. Экстраполируя экспериментально полученную линейную зависимость еU_з(n), до пересечения с осью n, оцените численное значение красной границы фотоэффекта n_кр для используемого в опытах полупроводникового фотоэмиттера.
7. Экстраполируя далее график до пересечения с осью еU_з(n), оцените порог фотоэффекта для этого фотоэмиттера.
8. Определите численное значение порога фотоэффекта по формуле (11). Убедитесь, что фотокатод фотоэлемента действительно изготовлен из полупроводника (диапазон значений величины для полупроводников указан в разделе «Краткая теория»).
9. Сравните результаты определения порога фотоэффекта из графика зависимости еU_з(n) и рассчитанного по формуле (11).
10. Сделайте выводы.

Контрольные вопросы

1. Что такое внешний фотоэффект?
2. Можно ли объяснить все особенности фотоэффекта пользуясь волновой теорией света?
3. Можно ли объяснить все особенности фотоэффекта пользуясь фотонной теорией света? Какое уравнение предложено для квантового описания внешнего фотоэффекта?
4. Почему при фотоэффекте ярко проявляются корпускулярные свойства света?
5. Объясните все особенности вольтамперной характеристики при фотоэффекте.
6. Что такое квантовый выход?
7. В чем преимущество полупроводниковых фотокатодов перед металлическими?
8. Какие изменения в уравнение Эйнштейна надо ввести, если оно применяется к полупроводниковому фотокатоду?
9. Объясните методику определения величин n_кр, W в данной лабораторной работе.
10. При каком условии контактную разность потенциалов между катодом и анодом фотоэлемента можно считать малой? На определение какой величины в данной работе контактная разность потенциалов не оказывает влияние?