2. Методика измерений

Установка для наблюдения фотоэффекта (рис. 3) смонтирована на оптической скамье на основе монохроматора М, содержащего систему призм, на которой падающий от источника белый свет разлагается в спектр. С помощью специального поворотного устройства, связанного с вращающимся барабаном Б, призма поворачивается, соответственно изменяется направление проходящего луча так, что свет определенной длины волны  попадает на катод фотоэлемента ФЭ.

Для установки отсчета на барабане, соответствующего задаваемой длине волны, используется градуировочный график – зависимость угла поворота барабана от длины волны (см. настольный вариант инструкции к работе).

Возникающий фототок регистрируется микроамперметром. Постоянное электрическое напряжение, подаваемое на фотоэлемент, регулируется потенциометром и регистрируется вольтметром. Источником света является лампа накаливания 1, свет от которой с помощью линзы 2 фокусируется на входной щели монохроматора. Щель служит для регулировки светового потока, проходящего внуть монохроматора. Ширина щели d изменяется и измеряется с помощью микрометрического устройства 3. Световой поток рассчитывается по ширине щели kd, где k – значение коэффициента пропорциональности, – указано в настольном варианте инструкции к работе.

В лабораторной установке не предусмотрена возможность нормирования интенсивности света, которая, как известно, зависит от длины волны, и на этой зависимости имеется максимум. Это обстоятельство может создать определенные трудности в интерпретации наблюдаемых явлений. Однако оно не препятствует наблюдению и определению красной границы фотоэффекта , поскольку максимум теплового излучения находится в области длин волн, значительно превышающих красную границу фотоэффекта. С помощью рис. 4 мы обосновываем это утверждение. Здесь представлена расчетная зависимость величины, пропорциональной излучательной способности лампы накаливания r_, от длины волны (кривая 2) в сравнении с экспериментальной зависимостью фототока I от (кривая 1). Расчет r выполнен по формуле Планка квантовой теории теплового излучения³. Коэффициент пропорциональности между r и r_ подобран так, чтобы получить сопоставимые с экспериментальными величинами значения фототока. Сравнение кривых 1 и 2 показывает, что уменьшение тока вблизи значения наблюдается на фоне возрастающей интенсивности теплового излучения света и может быть обусловлено только прекращением фотоэффекта. Штриховая линия показывает, как, экстраполируя отрезок прямой, соответствующий участку резкого уменьшения тока, до пересечения с осью абсцисс, определяю красную границу фотоэффекта .

3. Порядок выполнения работы

задание 1. Изучение зависимостей фототока от напряжения

( вольтамперные характеристики фотоэлемента)

1. Включить блок питания и осветитель. Убедиться, что свет сфокусирован на входной щели монохроматора М. С помощью микрометрического устройства 3 установить ширину щели d₁ = 1 мм. Потенциометром установить напряжение на фотоэлементе U = 150 В.

2. Установить на барабане монохроматора Б положение, соответствующее максимальному фототоку. По градуировочному графику определить длину волны. При необходимости для получения максимального тока вместе с преподавателем отрегулировать положение и соосность всех оптических устройств и элементов, расположенных на оптической скамье.

3. Меняя напряжение, снять показания микроамперметра. Данные записать в табл.1. Изменить ширину щели (d₂ = 2 мм) и повторить опыт.

Таблица 1

U, В	0	5	10	15	20	30	50	75	100
I,A (1= лм)
I,A (2= лм)

4. Построить вольтамперные характеристики I (U) для двух значений светового потока (kd, k = 0,1 Лм/мм). Сделать вывод о характере полученных зависимостей.

Задание 2. Изучение зависимости фототока насыщения от лучистого потока

1. Установить напряжение U = 150 В.

2. Меняя ширину щели от 0 до 2 мм, снять показания фототока I_нас, данные занести в табл.2. Рассчитать значения светового потока kd.

Таблица 2

d, мм	0	0,1	0,2	0,4	0,6	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0
, лм
I,A

3. Построить графики зависимости I (). Сделать вывод о выполнимости закона Столетова.

Задание 3. Определение красной границы фотоэффекта